Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula.
Resumen proyecto
Presentamos el análisis del proyecto de rehabilitación integral de un edificio protegido de uso residencial, situado en pleno Ensanche de Valencia. El objetivo es conseguir una solución de envolvente e instalaciones cuyas prestaciones energéticas sean iguales o superiores a las del óptimo económico en el ciclo de vida del edificio. Para ello el promotor, el equipo de arquitectura y el constructor han trabajado coordinadamente. El proceso consta de tres fases: 1) se ha elegido la solución de envolvente e instalaciones mediante la utilización del método del coste óptimo, y para ello se ha modelizado el edificio en TRNSYS y se ha utilizado un perfil de ocupación que se ha considerado más aproximado al real que el del CTE 2013; 2) una vez construido el edificio, se calibrará el modelo energético a partir de una prueba de infiltración mediante el ensayo de puerta soplante, el análisis termográfico de la envolvente y la determinación del rendimiento real de las instalaciones de climatización; y 3) una vez ocupado el edificio, se monitorizará la utilización real del mismo así como sus consumos energéticos y se compararán éstos con los previstos en la simulación, volviendo a calibrar el modelo; esto permitirá definir estrategias optimizadas de operación del edificio, y realizar una previsión muy ajustada de los consumos para cada una de ellas. El Proyecto tiene licencia municipal de obras, estando previsto el inicio de las mismas para la primera quincena de Octubre de 2017 y su finalización, tras 14 meses de ejecución, para finales de 2018.
Memoria descriptiva
Agentes del Proyecto
- Promotor: José Ribes (RIMONTGO)
- Proyectista y Dirección de Obra: José Martí (ERRE ARQUITECTURA) y José Luna (ERRE ARQUITECTURA)
- Ingeniería: Rafael Pérez (ADYPAU)
- Análisis Energético: Luis Irastorza (EDIFESA), Alberto Soriano (EDIFESA), Jordi Pascual (AIGUASOL), Oriol Gavaldá (AIGUASOL)
- Constructora: EDIFESA
Antecedentes
La Comisión Europea aprobó el pasado 30 de noviembre de 2016 el denominado Paquete de Invierno, con el que la UE pretende dar respuesta a los compromisos adquiridos en el Acuerdo de París de 2015. Dicho paquete legislativo está en fase de tramitación para su aprobación por el Parlamento Europeo, lo que razonablemente ocurrirá a lo largo de 2018 o principios de 2019, y el mismo propone, entre otras medidas, un aumento de las exigencias de la Directiva 2010/31 de Eficiencia Energética en la Edificación.
A su vez, por exigencia de dicha Directiva Europea, es necesario que todos los edificios de titularidad pública que se construyan a partir de 2019 sean de consumo casi nulo de energía, fecha que se retrasa hasta 2021 para los edificios de titularidad privada.
Descripción del Proyecto
Obra de rehabilitación integral de un edificio de viviendas. Únicamente se mantiene la fachada principal, protegida, demoliéndose completamente el resto del edificio existente. Son ocho viviendas, distribuidas de plantas primera a cuarta, y una vivienda ático. En planta baja hay un local comercial y zonas comunes con espacio ajardinado y piscina. Aparcamiento para 12 vehículos en planta semisótano, con ventilación natural. En total tenemos 1637,36 m² construidos sobre rasante, y 412,69 m2 bajo rasante.
En el momento de redactar esta ponencia, el Proyecto tiene licencia municipal de obras, estando previsto el inicio de las mismas para la primera quincena de Octubre de 2017 y su finalización, tras 14 meses de ejecución, para finales de 2018.
Fundamentos de la solución arquitectónica elegida
En el caso de este Proyecto el promotor ha tomado la decisión de escoger una solución algo más eficiente que la exigida por el Código Técnico de la Edificación (CTE) e incluso que la que deriva de la aplicación del óptimo económico en el ciclo de vida del edificio, y todo ello por las siguientes razones: 1) es claro que los niveles de exigencia normativos van a ir aumentando a lo largo de los próximos años, empezando por la revisión del CTE, prevista por la Dirección General de la Vivienda del Ministerio de Fomento para 2018, lo que supondría que de cumplir estrictamente con los requerimientos del actual CTE 2013 el edificio estaría fuera de norma la práctica totalidad de su vida útil; 2) el promotor quiere que este edificio constituya una referencia en cuanto a sus prestaciones y desea adquirir conocimiento y experiencia en el diseño de edificios altamente eficientes; 3) el promotor cree que podrá repercutir en el precio de venta el sobrecoste de construcción que el edificio tendría sobre uno que cumpliera estrictamente con el CTE 2013
En este Proyecto se comparan los consumos estimados con el modelo de simulación con los consumos reales, a partir en ambos casos del perfil real de ocupación, cuya determinación requiere de una monitorización del edificio una vez ocupado y durante un periodo prolongado de tiempo.
A este respecto, el documento RECOMENDACIÓN UE 2016/1318 DE LA COMISIÓN, de 29 de julio de 2016, SOBRE LAS DIRECTRICES PARA PROMOVER LOS EDIFICIOS DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO recoge un su Apartado 2.1.1, párrafo último, que “…hay estudios según los cuales es frecuente que ni los edificios nuevos ni los renovados alcancen la eficiencia energética proyectada. Es preciso por ello establecer mecanismos que permitan calibrar el cálculo de la eficiencia energética con el uso de energía real”.
El CTE 2013 establece requerimientos para las prestaciones energéticas a partir de cálculos teóricos realizados con el modelo LIDER CALENER, que toma por defecto valores concretos para la envolvente del edificio y para el rendimiento de las instalaciones. Asimismo, el perfil de ocupación utilizado por el CTE 2013 es muy diferente al de utilización habitual de los edificios, especialmente de uso residencial, por lo que se propone un perfil de ocupación teórico bastante diferente y que se considera más aproximado a la realidad.
En la revisión del CTE prevista para el año 2018, tampoco está previsto que vaya a recoger verificación alguna del funcionamiento real del edificio o bien requerimientos prestacionales. Lo que realmente interesa al usuario es la estimación de los consumos reales del edificio en operación, siendo dichos consumos esenciales para poder determinar la solución del óptimo económico en su ciclo de vida.
Para ello, el modelo energético del edificio debe ser calibrado una vez construido el mismo mediante la realización de determinadas pruebas físicas, como una prueba de infiltración para determinar su estanqueidad real, un análisis termográfico para ajustar los valores de los puentes térmicos de la envolvente y un análisis del rendimiento de las instalaciones en operación. También debe ser ajustado el perfil de ocupación mediante una monitorización del edificio una vez terminado y en uso.
Descripción de la metodología utilizada en la determinación de la solución elegida y resultados obtenidos
La metodología utilizada es el método del coste óptimo recogido en el Reglamento Delegado (UE) nº 244/2012 de la Comisión de 16 de Enero de 2012 que complementa la Directiva 2010/31/UE de Eficiencia Energética en la Edificación así como en las Directrices que le acompañan.
Se ha utilizado un perfil de ocupación que se considera más realista que el recogido en el CTE 2013, que consiste en establecer unas determinadas temperaturas de consigna entre las 18 h y las 24 h y que varían en función de si los sistemas utilizados son de suelo radiante o convectivos. Dichas temperaturas de consigna son: temperatura mínima de 18ºC para auelo radiante y 20ºC para sistemas convectivos y temperatura máxima de 25ºC.
Es importante señalar que, en el cálculo de los valores de referencia del CTE (valores relativos de energía por unidad de superficie), se contabiliza la superficie habitable tal como se define en el apéndice A del DB HE1. Nuestra simulación dinámica solo contempla la superficie climatizada, que es un 25% menor en este caso.
Los consumos estimados que derivan del perfil de ocupación utilizado son algo inferiores a los obtenidos a partir de los valores prescritos por el CTE 2013. Se ha utilizado el primero de ellos al considerar que es más aproximado al uso real del edificio, lo que ha permitido la utilización de la metodología del coste óptimo con mayor consistencia a la hora de definir la solución de envolvente e instalaciones.
Partiendo de una solución base que cumple estrictamente con el CTE 2013 y de una modelización del edificio en TRNSYS, se analizan las siguientes soluciones de envolvente: incremento y disminución de aislante en fachada y cubierta, colocación de persianas en fachada, utilización de diferentes tipos de vidrio, utilización de sistema de recuperación de calor en la envolvente, operación de las persianas en época estival y modificación de las temperaturas de consigna (20ºC y 21ºC en invierno con “setback” nocturno de 18ºC , 24ºC y 23ºC en verano cuando la temperatura exterior es superior a 26ºC y “free cooling” nocturno).
Los sistemas de producción analizados han sido los siguientes
- Sistema 1: Producción centralizada, combinación de geotermia y aerotermia (SISTEMA MIXTO)
- Sistema 2: Producción centralizada, todo geotermia
- Sistema 3: Producción individual, sistema aire-agua
- Utilización de energía fotovoltaica, con una superficie de 75 m2 y 11,96 kWp, únicamente en combinación con los sistemas 1 y 2
- Además de los sistemas de producción, se ha analizado la ventilación y la calidad de aire interior, comparando un sistema VMC (Ventilación Mecánica Controlada) individual con recuperador de calor de alta eficacia y “free cooling”, con un sistema centralizado y sin recuperación que dé cumplimiento al CTE.
Para la estimación de los costes de construcción, se utiliza información procedente de la base de datos de la empresa constructora y ofertas específicas de industriales que han colaborado en el estudio. La solución escogida y considerada como óptima se ha denominado EDIFICIO NZEB, describiéndose en detalle en el apartado siguiente de este documento.
A continuación se representan los resultados obtenidos para las diferentes alternativas analizadas en los siguientes tres gráficos
Si comparamos las prestaciones energéticas, el coste global en el ciclo de vida, el coste de inversión y las emisiones de CO2 de la solución elegida con los valores correspondientes a la solución del coste global mínimo en el ciclo de vida, podemos concluir lo siguiente
- Las prestaciones energéticas de la solución elegida son muy superiores a la solución de coste global mínimo al ser inferior su consumo de energía primaria no renovable en un 25% en el ciclo de vida del edificio (1.003 MWh y 1.333 MWh, respectivamente)
- El coste global del edificio en su ciclo de vida para la solución elegida es de un 2,6% superior a la del coste global mínimo (2,030 M€ y 1,978 M€, respectivamente)
- El coste de inversión inicial del edificio de la solución elegida es un 3,9% superior al valor correspondiente para la solución de coste global mínimo y de un 4,7% superior a la de coste mínimo de inversión inicial (1,615 M€, 1,555 M€ y 1,543 M€, respectivamente)
- Las emisiones de CO2 a lo largo del ciclo de vida del edificio correspondientes a la solución elegida son un 25% superiores a las del coste global mínimo (170 tCO2 y 227 tCO2, respectivamente).
Por tanto, la solución elegida tiene un coste ligeramente superior a la de coste mínimo de inversión (+4,7%) y a la de coste global mínimo (+2,6%) pero presenta unas prestaciones energéticas muy superiores (25% de ahorro energético) a las mismas, así como unas emisiones de CO2 muy inferiores (25%). Las razones de su elección han sido explicadas en detalle en el Apartado anterior.
Una vez construido el edificio, está previsto realizar una calibración de los parámetros utilizados en el modelo de simulación energética del mismo a partir de los ensayos de puerta soplante (“Blower Door”) para medir la estanqueidad del edificio, el análisis termográfico de la envolvente para ajustar los valores de los puentes térmicos utilizados en la simulación y la medición del rendimiento real de las instalaciones de climatización en operación.
Los resultados de los anteriores ensayos de la envolvente y de las instalaciones deben permitir calibrar el modelo de simulación energética, ajustándolo al comportamiento real del edificio.
A su vez, una vez ocupado el edificio y transcurrido un cierto tiempo para permitir que se estabilice razonablemente su funcionamiento, está previsto monitorizar el mismo durante un periodo de nueve meses, que incluiría las estaciones de verano, invierno y una de las intermedias, ya sea primavera u otoño.
La monitorización del edificio permitirá conocer el perfil real de ocupación, las temperaturas reales de diferentes partes del edificio y los consumos para cada una de las instalaciones. Para ello habrá que colocar sensores en diferentes partes del edificio que permitan su lectura de forma continua y remota. Está también prevista la utilización de una estación meteorológica en la cubierta del edificio con el objeto de tener las condiciones de contorno de una forma más precisa.
A partir de los datos obtenidos en la monitorización del edificio, se pretende calibrar el modelo de simulación de forma precisa con el objeto de conseguir una concordancia lo mayor posible entre los datos estimados por el modelo y los medidos, tanto en cuanto al comportamiento del edificio como al consumo energético. Ello permitirá establecer estrategias de operación del edificio en un sistema de control para optimizar el funcionamiento del mismo, pudiendo estimar con una precisión razonable los costes de cada una de dichas estrategias.
Memoria constructiva
Sustentación del Edificio y Sistema Estructural
La cimentación del edificio está formada por una losa armada y la estructura es de hormigón, reforzándose los pilares medianeros de ladrillos, que se mantienen, con perfiles metálicos.
Soluciones de envolvente y sistemas que definen el EDIFICIO NZEB
Cerramientos de fachada y cubiertas
Fachada protegida de ladrillo macizo, de unos 25cm de espesor, revestido de mortero y pintura. Se implementa un aislamiento de 6 cm de espuma de poliuretano más 6cm de lana mineral, obteniendo una transmitancia media de 0,245 W/m2K.
En cubiertas, se proyecta aislamiento de poliestireno extruido de 16 cm (12 cm en la terraza del ático) hasta una transmitancia media de 0,189 W/m2K (0,227 W/m2K para el ático).
Carpinterías de las fachadas
Carpinterías de aluminio con RPT, de altas prestaciones.
Puertas abatibles: Transmitancia U= 1,36 W/m2K. Factor solar g=0,49. Vidrio: Doble cámara con argón, y doble vidrio laminado interior y exterior. 4+4 / 14+4+14 / 4+4
Puertas Correderas: Transmitancia U=1,60 W/m2K. Vidrio: Doble cámara con argón, y doble vidrio laminar interior y exterior 4+4 / 6+4+6 / 4+4
Sistemas HVAC
Uno de los aspectos críticos del proyecto, fue decidir que la producción de energía para climatización fuese centralizada. Además de optimizar los recursos, permite la posibilidad de introducir la energía fotovoltaica como fuente de energía renovable conectada al sistema. Se satisfacen las demandas de climatización, frío y calor, y ACS. Se analizaron sistemas de producción mediante energía geotérmica y aerotérmica, considerándose el óptimo económico un sistema mixto de condensación por GEOTERMIA Y AEROTERMIA, cubriendo la Geotermia la demanda de energía durante el 80 % de las horas, y utilizándose la aerotermia para los picos de producción, necesario especialmente para refrigeración en época estival.
Calefacción mediante suelo radiante. Distribución en doble espiral con tubería multicapa 17mm, y sistema de control independiente por vivienda.
Refrigeración mediante “fancoils”. Dos equipos por vivienda, zona de día y zona de noche. Los “fancoils” pueden utilizarse como apoyo al sistema de calefacción en invierno, para un calentamiento rápido en los arranques del sistema, tras una ausencia de varios días, por ejemplo.
Ventilación
Cumplimiento del DB HS3 mediante ventilación comunitaria sin recuperación. El estudio de coste óptimo desaconsejó la instalación de equipos individuales con recuperación de alta eficiencia.
Hay que señalar que tras la publicación del FOM/588/2017 de 15 de junio, la incidencia de la ventilación en la calificación energética de las viviendas es mucho menor.
Sistema de gestión centralizada
Para poder conocer y, sobre todo, conducir de un modo eficiente el edificio, se instalará un sistema de seguimiento y control de los consumos de los equipos de producción centralizada de energía (agua caliente y fría para climatización y ACS), y se contrastará con la energía producida por los citados equipos. De este modo podremos conocer su rendimiento real en todo momento y de qué modo mejorarlo mediante el ajuste de las consignas de uso.
Se medirá el consumo eléctrico del sistema en su conjunto, incluidos los equipos auxiliares (bombas de circulación, actuadores y todos los elementos que forman parte del sistema), y se recogerán los datos de los contadores individuales de vivienda, pudiendo de este modo tener información de las pérdidas en distribución (lo que indirectamente es un control sobre el mantenimiento de los aislamientos de las canalizaciones).
Se instalará un servidor web para facilitar el acceso remoto a la información, mediante protocolo BACnet o Modbus. También se instalará una estación meteorológica en cubierta del edificio como referencia a todos los sistemas.
Domótica para el control energético en viviendas
La domótica a instalar está ideada para que el usuario conozca y sea consciente del consumo energético que está realizando, lo que influirá de forma muy positiva en su comportamiento. Comprende una unidad central de control por vivienda, sondas de temperatura y actuadores para control de la climatización, así como la contabilización de consumos energéticos y eléctricos por separado. El sistema se basará en el estándar KNX. Se podrá consultar y gestionar de forma local o de forma remota desde el teléfono móvil del usuario.
Energías Renovables in situ o en el entorno
Instalación de paneles fotovoltaicos
La producción de energía fotovoltaica está diseñada para alimentar el sistema de producción centralizada de climatización. Se utilizará el sistema de acumulación solar para ACS como modo de almacenar la energía excedente que podría existir en los períodos de entretiempo, en primavera y otoño, en los que no exista demanda de calefacción ni refrigeración. Superficie de instalación considerada: 75 m². Potencia instalada: 11,96 kWp en 46 Paneles de 260Wp de potencia. Unidad inversora 12 kW 400V / 50 Hz. No hay baterías de acumulación.
Instalación de Geotermia
Instalación de campo de captadores con una potencia de 30 KW, con sonda geotérmica tipo DCL . Ensayo TRT realizado. Bomba de calor geotérmica con capacidad de hasta 120 KW en calor, y recuperador de 20 KW. Como se ha comentado, se instalará un aerotermo de apoyo, de 100 kW, para la energía que no sea capaz de disipar el sistema geotérmico.
Cumplimiento DB-HE Ahorro de Energía
En el presente proyecto hemos trabajado con criterios prestacionales, distintos de los utilizados en los programas de calificación del CTE. En la tabla de indicadores presentamos los valores obtenidos en nuestro estudio estimados con criterios normativos (perfil de ocupación, superficie habitable y parámetros por defecto según CTE 2013). Con la aportación de las energías renovables diseñadas, los resultados de consumo de energía primaria no renovable y emisiones de CO2 nos muestran valores claramente por debajo de los límites exigidos para una CALIFICACIÓN ENERGÉTICA A.
