Comunicación presentada al VII Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autores
- Javier Antolín Gutiérrez, CMVP y responsable de evaluación de proyectos, Fundación CARTIF
- Miguel Á. García Fuentes, Responsable de Estrategia y Desarrollo de Negocio de Energía, Fundación CARTIF
- Cristina de Torre Minguela, Jefa de proyecto, Fundación CARTIF
- Jaime Gómez Tribiño, Ingeniero de estudios, Veolia Servicios LECAM
- Jaime Jose Cubillo Capuz, Gerente de Innovación División de Ingeniería, ACCIONA
Resumen
El proyecto REMOURBAN es un proyecto demostrativo a gran escala cuyo principal objetivo es acelerar la transformación urbana hacia el concepto de ciudad inteligente considerando todos los aspectos de la sostenibilidad. Con este propósito, se ha desarrollado un Modelo de Regeneración Urbana que ha sido validado en las tres ciudades faro del proyecto (Valladolid-España, Nottingham-Reino Unido y Tepebasi-Turquía). El proyecto REMOURBAN ha llevado a cabo diferentes intervenciones en la ciudad de Valladolid con el objetivo de conseguir edificios de bajo consumo energético. Entre las intervenciones energéticas implementadas en el distrito de FASA, se encuentra la rehabilitación de la envolvente de los edificios, la integración de una innovadora fachada fotovoltaica, la instalación de luminarias más eficientes y la renovación de la red de calor del distrito mediante el uso de biomasa, integrando además soluciones TIC para mejorar el comportamiento de estos edificios desde el punto de vista energético y de confort. Para evaluar el impacto energético de las intervenciones y facilitar la replicabilidad en otros distritos, se ha analizado la mejora conseguida tras el despliegue de las distintas acciones, aplicando para ello el Protocolo Internacional de Medida y Verificación de Ahorro Energético (IPMVP) a escala distrito.
Palabras clave
Distrito de energía casi nula, rehabilitación energética, red de calor, integración energías renovables en edificación, medida y verificación
Introducción
El proyecto REMOURBAN tiene como principal objetivo el desarrollo de un Modelo de Regeneración Urbana, holístico y replicable que facilite el proceso transformación de entornos urbanos en áreas más sostenibles e inteligentes. Este modelo integra todas las innovaciones técnicas desarrolladas y demostradas en el proyecto en sus tres áreas prioritarias -energía, movilidad e ICT- así como innovaciones no-técnicas. En el ámbito de la energía, REMOURBAN se ha centrado en la transformación de barrios en Distritos de Energía Casi Nula, reduciendo su demanda, mejorando la eficiencia de sus sistemas energéticos, incrementando el uso de fuentes renovables e implementando sistemas de control que optimicen los rendimientos y las condiciones de confort.
En la ciudad de Valladolid, se han llevado a cabo un conjunto de intervenciones centradas en mejorar la sostenibilidad de los edificios del distrito de FASA (Valladolid, España), incrementando su eficiencia energética y reduciendo las emisiones de CO2. Para lograr este objetivo y convertir el barrio de FASA en un Distrito de Energía Casi Nula, desde el proyecto REMOURBAN se han realizado una serie de intervenciones entre las que se encuentran el aislamiento de las fachadas y cubiertas de los edificios, la sustitución de la iluminación de las zonas comunes por LED y la renovación de la red de calor del distrito para sustituir las fuentes de generación basadas en combustibles fósiles (gas natural y gasóleo) por fuentes renovables (biomasa y solar fotovoltaica), tanto para suministrar calefacción como ACS (Agua Caliente Sanitaria).
Con el objetivo de demostrar que los resultados conseguidos se ajustan a lo esperado y lograr que estas acciones se repliquen en otras zonas con características similares, se ha llevado a cabo una evaluación de los ahorros energéticos considerando para ello los fundamentos del Protocolo Internacional de Medida y Verificación (IPMVP).
Protocolo de evaluación – IPMVP
La Medida y Verificación (M&V) ha sido el proceso utilizado para la determinación de los ahorros reales conseguidos. Para su aplicación, se ha optado por el Protocolo Internacional de Medida y Verificación de ahorros que se basa en la estimación de ahorros mediante la comparación del rendimiento de los edificios tras las intervenciones con el que hubieran tenido en esas mismas condiciones sin haber llevado a cabo ninguna de las medidas.
IPMVP es un protocolo desarrollado por la Organización de la Valoración de la Eficiencia (EVO). Es el protocolo de Medida y Verificación (M&V) más ampliamente usado y reconocido mundialmente. Este protocolo se ha desarrollado con la idea de ayudar a mejorar la credibilidad y el atractivo de los proyectos de renovación de eficiencia energética.
IPMVP es un documento guía que describe las mejores prácticas disponibles en medida y verificación de ahorros conseguidos con los proyectos de eficiencia energética. Presenta un marco y cuatro opciones para de una manera transparente, fiable y consistente reportar los ahorros energéticos conseguidos.
En REMOURBAN, tras el análisis de diferentes opciones, se optó por la aplicación de este protocolo ya que su metodología se adaptaba muy bien a las circunstancias del proyecto. Sin embargo, en el caso de REMOURBAN la evaluación ha ido más allá de la metodología propuesta en el IPMVP ya que ha sido necesario extender la escala del protocolo de edificio a distrito, considerando no solo el ahorro energético logrado sino también la mejora del confort y la reducción de las emisiones de CO2.
Acciones implementadas en el barrio de FASA para alcanzar un Distrito de Energía Casi Nula
El barrio de FASA es un barrio construido durante los años 60 para los trabajadores de la fábrica Renault en Valladolid, formado por 19 bloques de 5 plantas, una torre de 14 plantas así como un pequeño edificio que alberga la central térmica que abastece de calefacción a las 398 viviendas que conforman el barrio. Estos edificios presentaban severas deficiencias en su aislamiento térmico que se traducían en falta de habitabilidad y confort, además de un elevado consumo de calefacción. La red de calor se componía de tres circuitos, alimentada por dos calderas una de gas natural y otra mixta de gas natural-gasóleo, mientras que el sistema de agua caliente sanitaria era individual por vivienda con tres diferentes fuentes energéticas: gas natural, butano y electricidad.
El proyecto REMOURBAN ha diseñado e implementado un conjunto de intervenciones pasivas, con el objetivo de reducir la demanda de calefacción y aumentar el confort interior en las viviendas, así como un conjunto de intervenciones activas que incrementan la eficiencia de los sistemas que cubren esa demanda reduciendo el consumo de energía y cubriendo la mayor parte de dicho consumo con fuentes de energía renovables. A continuación, se describe brevemente las intervenciones llevadas a cabo en el distrito de FASA.
Medidas para reducir la demanda energética
Rehabilitación de la envolvente de los edificios
Las medidas pasivas persiguen reducir la demanda de calefacción mediante el aislamiento de las fachadas y las cubiertas. En el caso de las fachadas el sistema empleado ha sido el sistema SATE de 60 mm de espesor de aislamiento y para las cubiertas, en la torre se ha colocado un sistema de lana de roca con lámina asfáltica impermeable de 80 mm de espesor directamente sobre la cubierta plana existente, mientras que en el caso de los bloques se ha proyectado 60 mm de espuma de poliuretano sobre los forjados del espacio bajo cubierta, ya que en estos casos las cubiertas son inclinadas.
Medidas para la mejora de la eficiencia energética
Las medidas activas persiguen mejorar el rendimiento de la infraestructura de calefacción y ACS e integrar energías renovables como biomasa y solar fotovoltaica.
Renovación de la red de distribución de calor y generación con biomasa
La red de tuberías existente ha sido renovada consiguiendo un importante aumento del rendimiento de la instalación, ya que al mejorar el aislamiento se han reducido las pérdidas de calor. Por otro lado se ha comenzado a trabajar con agua caliente en vez de con agua sobrecalentada, lo que permite trabajar a menos temperatura y presión.
Gracias a la reducción de la demanda y de las pérdidas del sistema de distribución, ha sido posible sustituir una de las dos calderas existentes de gas natural de 3.721 kW por dos calderas de biomasa de 499 kW cada una.
Las dos calderas de biomasa generan entre un 80-90% de la energía necesaria para el distrito, quedándose la caldera restante de gas natural como apoyo para picos de demanda y periodos de mantenimiento de las calderas de biomasa.
La nueva red de distrito de biomasa es la encargada no solamente de cubrir las necesidades de calefacción del barrio, sino que también se encarga de cubrir la demanda de ACS de aquellos usuarios que han decidido conectarse a la red. Por lo tanto, se ha pasado de un sistema individual de calderas para aportar ACS a un sistema centralizado.
Integración de un sistema fotovoltaico en fachada
En la fachada sur de la torre de 14 plantas se ha instalado un sistema solar fotovoltaico de 27,4 kWp integrado en un sistema de fachada ventilada. La energía eléctrica producida se utiliza directamente en corriente continua para alimentar unas resistencias eléctricas alojadas en un depósito de inercia de 500 litros que a su vez realiza un intercambio de calor constante con la red de calor del distrito y por lo tanto reduce el aporte de combustible a las calderas.
Iluminación
El consumo eléctrico de los edificios se ha disminuido gracias a la renovación del sistema de iluminación de las zonas comunes. Antes de la intervención, la capacidad de iluminación total en el distrito FASA ascendía a 24,28 kW y ha sido reducida a 4,15 kW gracias al uso de tecnología LED.
Sistema de control y gestión de la energía
El sistema de gestión y control implementado está estructurado en tres niveles diferentes: distrito, edificio y vivienda. A nivel distrito el sistema se encarga de gestionar la calefacción de distrito en conjunto. En cada uno de los 20 edificios, el sistema de gestión se encarga de monitorizar y controlar las instalaciones de calefacción y ACS. El mismo SCADA que monitoriza las instalaciones a nivel de distrito también controla el equipo a nivel de edificio. Por último, se han instalado dos tipos de equipo en las 398 viviendas: repartidores de costes en cada radiador para medir el consumo individual de las viviendas y válvulas termostáticas para ajustar la temperatura dentro de cada estancia.
En la Tabla I se muestra de un modo resumido el estado del distrito FASA antes y después de la implementación de las intervenciones que acaban de detallarse.
Evaluación de las acciones
Descripción del sistema de monitorización
El sistema de monitorización para la producción de calor incluye tanto las calderas de biomasa, como la caldera de gas, así como los 20 bloques de viviendas con sus medidores cubriendo los sistemas tanto de calefacción como ACS.
El equipamiento de monitorización instalado para medir en iluminación, consiste en dos medidores eléctricos instalados en dos bloques diferentes que representan todas las tipologías existentes en el distrito (Torre y bloque).
Aplicación del protocolo IPMVP para cada una de las acciones
Como se ha mencionado anteriormente, el protocolo IPMVP presenta 4 opciones para estimar los ahorros energéticos en función de las características específicas de cada proyecto. La opción IPMVP seleccionada para medir el impacto de las acciones llevadas a cabo en el distrito de FASA de Valladolid son la Opción C para estimar los ahorros en calefacción, la Opción A para estimar los ahorros en iluminación y la Opción D para estimar los ahorros en ACS.
Evaluación de ahorros en calefacción – IPMVP Opción C
La opción seleccionada es la Opción C ya que se cuenta con datos reales del consumo de calefacción antes de la rehabilitación del distrito. En este caso se ha elaborado un modelo matemático de referencia para estimar los ahorros en base a los datos reales de monitorización energética del periodo de referencia y los grados día de calefacción en dicho periodo. Este modelo permite calcular la referencia ajustada durante el periodo demostrativo considerando las condiciones climáticas en el momento de la evaluación. Comparando los resultados del modelo de referencia ajustado con los datos reales obtenidos en el periodo demostrativo, es posible estimar los ahorros en calefacción.
Evaluación de ahorros en iluminación – IPMVP Opción A
En el caso del ahorro en iluminación en las zonas comunes, la Opción A del protocolo ha sido seleccionada como las más apropiada. La Opción A permite estimar los ahorros en base a la medición de un parámetro clave y a la estimación del resto. En este caso concreto el parámetro clave que se ha medido es la potencia de las luminarias antes (lámparas incandescentes) y después del cambio (LED) y se ha estimado por lo tanto el número de horas de operación de estas pudiendo conseguir de esta manera una estimación del ahorro eléctrico en iluminación.
Evaluación de ahorros en ACS – IPMVP Opción D
Durante el periodo de referencia la producción de ACS era descentralizada y no existían dispositivos de medida, por lo tanto no existían datos reales del periodo de referencia. Una vez que se realizó la rehabilitación del distrito, el ACS se ha centralizado y por lo tanto es posible medir el consumo para la producción de ACS durante el periodo demostrativo. Debido a todo esto la única opción posible para aplicar es la Opción D que se basa en simulaciones calibradas. Por lo tanto para determinar los ahorros en ACS, los datos reales obtenidos en el periodo demostrativo, se han comparado con el consumo energético simulado durante el periodo de referencia.
Resumen de resultados
En la tabla II y Figura 4 se muestra la comparación entre los datos de referencia (pre-intervención) y el periodo de reporte (post-intervención).
El consumo de energía para calefacción y ACS durante el periodo de referencia fue de 183,60 kWh/m2 año, mientras que después de la implementación de las intervenciones, el consumo se redujo a 133,68 kWh/m2 año, consiguiéndose 49,93 kWh/m2 de ahorro energético. Estos ahorros se lograron principalmente gracias al nuevo aislamiento de los edificios, aunque el nuevo sistema de distribución y la renovación de las subestaciones tuvieron un importante papel en los ahorros conseguidos.
La centralización del ACS supuso un aumento del consumo energético pero, considerando que el consumo de ACS ronda el 25% del consumo térmico, las mejoras obtenidas para la calefacción suponen una mejora generalizada del consumo térmico.
El consumo en iluminación también se redujo gracias a la implementación de iluminación LED de 1,44 kWh/m2 año a 0,73 kWh/m2 año.
Con la instalación de las nuevas calderas de biomasa y la instalación fotovoltaica integrada en fachada, se han conseguido, en el periodo de reporte, un total de 99,01 kWh/m2 año de producción con energías renovables. Alrededor del 99% del aporte de renovables se produjo en las calderas de biomasa, ya que la capacidad energética de la instalación es mucho mayor. Este aporte significó que más del 70% del total de energía consumida en el distrito provino de fuentes de energía renovable, reduciendo el uso total de energía no renovable en 153,12 kWh/m2 año, pasando de 190,34 kWh/m2 año durante el período de referencia a 37,22 kWh/m2 año durante el período de reporte.
Conclusiones
Como se muestra en los resultados presentados, las acciones implementadas en el distrito han permitido la reducción del consumo de energía en alrededor de un 30% con una contribución del 80% de biomasa, lo que reduce las emisiones de CO2 del distrito en un 77%. Estas cifras, que se espera que aumenten en los próximos meses debido a la optimización del funcionamiento de los sistemas, reflejan el potencial de los distritos para ser más eficientes energéticamente y contribuir a lograr los objetivos de la UE de neutralidad de carbono en 2050, donde el sector de la construcción es esencial.
Conseguir estos ahorros ha sido posible gracias a la integración adecuada de medidas pasivas, activas y de control, donde la reducción de la demanda de energía y el aumento de las condiciones de confort ha sido un elemento clave en el diseño del proyecto de rehabilitación.
Además de la reducción del consumo energético y de las emisiones de CO2, cabe destacar que la factura energética de los vecinos del distrito se ha reducido en un 64% incrementando en un 14% su confort térmico.
Existe un gran potencial para replicar medidas a esta escala, donde la agregación de demandas y la integración de los sistemas de energía a nivel de distrito permiten la integración de sistemas más eficientes basados en fuentes de energía renovables que, de lo contrario, no podrían implementarse.
Agradecimientos
Este trabajo de investigación ha sido parcialmente financiado por la UE a través del Programa de Investigación e Innovación Horizon 2020 de la Unión Europea en el marco del proyecto de investigación REMOURBAN con el acuerdo de subvención No 646511. Los autores desean agradecer al resto de los socios por su apoyo. Toda la información relacionada con el proyecto está disponible en www.remourban.eu.
Referencias
- [1] REMOURBAN project Deliverable 4.14 “Analysis of performance”.
- [2] Concepts and Options for Determining Energy and Water Savings. Volume 1. IPMVP. EVO 10000-1:2012.
- [3] Core concepts. International Performance Measurement and Verification Protocol. EVO 10000-1:2016.