Comunicación presentada al VII Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autores
- Alejandro Domínguez Martínez, Director I+D, Saint Gobain Placo e ISOVER Ibérica
- Elena Rico, Responsable I+D, ONYX Solar
- José Llamas, Responsable Unidad de Edificación e Infraestructura, CARTIF
- Susana Garayoa, Responsable Comunicación, REZBUILD
Resumen
El proyecto REZBUILD tiene como objetivo definir un ecosistema de restauración colaborativa de materiales y metodologías para lograr edificios de energía casi nula (NZEB). REZBUILD aborda estos desafíos abriendo el sector de la construcción con la integración de tecnologías de innovación para allanar el camino hacia una tasa de renovación anual del 2,5% en lugar de las tasas actuales inferiores al 1%. Para ello, el proyecto contempla una plataforma integral para la toma de decisiones utilizando tecnologías avanzadas.
Palabras clave
Rehabilitación viviendas, Herramienta APM, OpenBIM, BEM (gestión de energía), Impresión 3D, Bomba de calor solar, Aislantes y estanqueidad, Paneles fotovoltaicos integrados, Suelo radiante alta eficiencia.
Introducción
El sector de la construcción es el mayor consumidor de energía (alrededor del 40%) y el principal emisor de gases de efecto invernadero (alrededor del 36%) en Europa. Como consecuencia de su enorme impacto ambiental, el sector necesita nuevas metodologías de rehabilitación para obtener Edificios de Consumo Energético Casi Nulo (EECN), que promuevan la investigación y la innovación en el sector y contribuyan a reducir su impacto ambiental a través de edificios energéticamente eficientes. El proyecto europeo REZBUILD es una iniciativa financiada por el Programa Horizonte2020 de la Comisión Europea, cuyo objetivo principal es consolidar una plataforma de ámbito europeo para la toma de decisiones de rehabilitación, a través de tecnologías avanzadas para la renovación de edificios de energía casi nula.
Asimismo, el sector de la construcción incorpora, cada vez más, procesos participativos y el compromiso entre las distintas partes involucradas en el proceso constructivo como una de sus principales tendencias de cambio futuras. Son cada vez más visibles distintas iniciativas de renovación y rehabilitación que persiguen afianzar una plataforma abierta que reúna a los principales actores del sector: empresas de construcción, profesionales de la arquitectura y la ingeniería, entidades financieras, autoridades y sociedad civil. Estas iniciativas habitualmente persiguen desarrollar posibilidades de financiación innovadoras y asequibles, promover inversiones en eficiencia energética en los edificios y aunar los esfuerzos de rehabilitación y renovación en grandes bloques para aprovechar las economías de escala.
El impulso a las tecnologías más innovadoras es fundamental para la modernización y empleabilidad del sector, y para contribuir a que la eficiencia energética se convierta en una de las áreas económicas clave. Asimismo, se requiere integrar una visión transversal y metodologías innovadoras de renovación para EECN, con el fin de promover la investigación y la innovación empresarial a través de edificios energéticamente eficientes.
El proyecto
Este contexto tan complejo plantea una serie de desafíos críticos para la renovación de EECN. El proyecto REZBUILD (Refurbishment decision making platform through advanced technologies for Near Zero Energy Building Renovation), que dio comienzo en octubre de 2017, aborda estos desafíos desde una perspectiva holística, integrando el conjunto de experiencias previas de los principales actores del sector, los últimos avances tecnológicos, y las principales herramientas de innovación social, para conseguir el objetivo de una tasa de renovación anual del parque edificatorio del 2,5%. Muy por encima de las tasas actuales, inferiores al 1%. Para ello, REZBUILD ha articulado un consorcio formado por 13 socios (Officinae Verdi Group, Vias y Construcciones, CARTIF, Comunidad de Madrid, Saint-Gobain Placo Ibérica, ONYX Solar, Maetrics, ESTIA, SINTEF, OBOS, UNOTT, Rimond y ZABALA IC), que constituye, en última instancia, una plataforma de conocimiento compartido para la gestión de proyectos que busca maximizar la eficiencia, rentabilidad y sostenibilidad medioambiental en la rehabilitación de edificios.
Así, el objetivo principal del proyecto REZBUILD es desarrollar un ecosistema de rehabilitación que integre tecnologías rentables y eficientes, diferentes modelos de negocio aplicados a distintos contextos europeos, así como el análisis del ciclo de vida de todos los materiales que intervienen en el proceso constructivo de la rehabilitación energética de edificios para conseguir EECN. Para ello, REZBUILD basa su metodología en un análisis exhaustivo de diferentes tipologías de edificios residenciales y clima existentes a nivel europeo y cuenta con tres pilotos en Oslo (Noruega), Martellago (Italia) y Madrid (España):
Herramienta APM
Para lograr este objetivo, el proyecto utilizará una plataforma APM (Agile Programme Management) capaz de interconectar en tiempo real los hitos clave del proceso constructivo con todos los agentes involucrados en la cadena de valor de renovación de edificios para establecer un marco de colaboración ágil y flexible que se traduzca, junto con la adopción de tecnologías de rehabilitación específicas como: sistemas de fabricación aditiva para fachadas a través de impresión 3D, suelo radiante de alto rendimiento, bombas de calor asistidas por energía solar, soluciones fotovoltaicas integradas en edificios o sistemas de super-aislamiento), en los siguientes indicadores de rendimiento:
- Reducción del 60% de la energía primaria.
- Reducción de un 30% en el tiempo de ejecución de las obras, en comparación con los trabajos de rehabilitación tradicionales.
- Un período de recuperación de la inversión de 12 años
Tecnologías empleadas
Durante la vida útil del proyecto, se están desarrollando, probando y optimizando un conjunto de tecnologías avanzadas de rehabilitación, algunas de ellas por centros de investigación y empresas españolas del sector.
Técnicas de fabricación aditiva (VIAS y CARTIF)
La fabricación aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, produce piezas o elementos mediante la deposición o conformado de sucesivas capas de material. Estos sistemas permiten fabricar una amplia gama de formas sin la necesidad de un molde y solo utilizando el material correspondiente. La fabricación aditiva ha llegado a casi todos los sectores industriales, desde el sanitario hasta el aeroespacial. La incorporación de estas tecnologías en el sector de la construcción permitirá, además de crear geometrías complejas que son difíciles de lograr usando técnicas de construcción convencionales, la reducción de riesgos laborales. Se posibilita también disminuir los residuos generados y en muchos casos acortar los tiempos de ejecución y los costes asociados.
Adicionalmente, estas tecnologías tienen el potencial de incrementar la rapidez y el nivel de calidad de los procesos constructivos mediante la industrialización y automatización de diferentes tipos de trabajos manuales. Comienzan a aparecer en el mercado sistemas de impresión 3D de elementos prefabricados pero apenas existen en el mundo sistemas de impresión directa sobre fachadas.
En ese caso, se tiene la opción de conseguir envolventes adaptadas a las necesidades específicas de cada edificio e incluso de cada zona de la fachada. En el proyecto REZBUILD, VIAS y CARTIF han desarrollado un sistema robotizado de impresión 3D capaz de imprimir tanto en superficies verticales (envolventes y paredes) como horizontales mediante técnicas de deposición de material capa a capa, en un tiempo reducido, para su aplicación en obras de rehabilitación.
Uno de los principales problemas en la impresión en fachadas es conocer la geometría de la superficie a imprimir, ya que esta nunca es absolutamente plana. Por este motivo, se ha desarrollado un sistema capaz de adaptarse a la superficie vertical en cuestión, capaz de garantizar la correcta aplicación del material en un caso tan desfavorable como es una fachada. Para ello se ha procedido a la integración de un sistema de medición láser que hace posible conocer el estado real de la superficie a imprimir. También se ha completado el desarrollo del software para generar trayectorias adaptadas a la superficie a imprimir, basándose en los datos del escaneado de la superficie obtenidos previamente. De esta forma no solo se pueden corregir las irregularidades de la fachada, sino también las posibles desalineaciones de la impresora con respecto a la fachada.
Productos super aislantes a base de yeso (PLACO SAINT GOBAIN)
Saint Gobain Placo está desarrollando productos y sistemas aislantes en base de yeso para reducir el consumo medio de energía en los edificios residenciales. Saint Gobain Placo desarrollará un conjunto de productos superaislantes que consta de:
PlacoHermetic®. Producto en base yeso de proyección mecánica para asegurar la estanqueidad de la envolvente de un edificio:
- Aerosol de capa fina (6mm) para una hermeticidad similar a la de una casa pasiva (<0,6ren / h)
- A prueba de grietas incluso en substratos de alta absorción
- Alto rendimiento (1 casa completa / 2 trabajadores / 1 jornada laboral)
- Gran grupo de trabajadores existentes capaces de aplicar la solución
- Misma máquina de pulverización que los revoques tradicionales
- Menor costo que las soluciones de membrana
- Conformidad validada con DAU
- Una solución interna basada en productos nano porosos avanzados incorporados en yeso para minimizar la conductividad térmica
- Aplicado en capa gruesa (hasta 10cm)
- Misma máquina de proyectar que la tradicional
PlacoTherm V ®. Fachada versátil y de alta eficiencia térmica, con tiempo de instalación reducido y bajo impacto ambiental, basada en paneles a base de yeso.
- Sistema de aislamiento externo.
- Fachada de revestimiento versátil a base de yeso para renovación externa.
- Mejora el aislamiento térmico de la envolvente, rendimiento, acústica y estética.
- Varias configuraciones: con o sin cámara ventilada, se puede acabar con mortero y pintura o casi cualquier material externo (mineral, orgánico, metálico, cerámico…).
- Menor huella ambiental en comparación con sistemas similares.
- Validado con DAU.
REZBUILD espera conseguir que con el desarrollo de estos materiales el consumo medio de energía disminuya en aproximadamente un 50%, disminuir un tiempo medio de instalación en un 20%, su tiempo de amortización se estima entre 5 y 10 años y podría aplicarse en todas las tipologías de edificación residencial.
Soluciones de integración fotovoltaica (BIPV) (ONYX)
ONYX ha desarrollado una nueva generación de productos basados en formas ligeras y flexibles y elementos personalizados técnica y estéticamente a las demandas del sector de la construcción. Todos los prototipos desarrollados por ONYX están enfocados a los principales requisitos estéticos que demanda el mercado BIPV, incluyendo propiedades ligeras y estrategias de instalación click-&-go.
Para ello, ONYX ha desarrollado un abanico preliminar de muestras BIPV características (configuración, dimensiones, tecnología, color, grado de transparencia …) de acuerdo con los objetivos de REZBUILD, como ejemplo de las posibles soluciones que podrían implementarse en el proyecto, para posteriormente validar cuál o cuales podrían tener finalmente cabida en los demostradores propuestos, así como un estudio completo de los sistemas “Plug & Play” compatibles con módulos BIPV de base ligera. Los prototipos desarrollados se clasifican en tres familias:
- Prototipos ligeros de BIPV basados en vidrio-vidrio
- Prototipos de BIPV de forma flexible y ligera basados en material compuesto
- BIPV de forma flexible y ligera basada en tecnología CIGS
Una vez realizados los prototipos, se estudió la viabilidad de cada uno de ellos, concluyendo que, en el caso de los prototipos basados en material compuesto y los prototipos ligeros y flexibles basados en tecnología CIGS, aún queda trabajo por hacer para obtener soluciones que cumplan con los requisitos estéticos, funcionales y técnicos, no sólo a nivel fotovoltaico sino a nivel constructivo, demandados por el mercado BIPV, por lo que se descartaron como opciones para ser validadas en un demostrativo real dentro del proyecto REZBUILD. Los prototipos BIPV basados en vidrio-vidrio presentaron una estética sin ningún tipo de defecto, y con la funcionalidad esperada según el tipo de tecnología usado, por lo que fueron los elegidos para su validadicón en los demostradores de REZBUILD.
De esta manera, se quiere permitir su integración en tejas, cubiertas, fachadas de envolvente de edificios., etc. Esta solución reducirá el consumo de energía en aproximadamente un 25-40% gracias a las propiedades pasivas, producirá 40-200 kWh / año de generación eléctrica (propiedad activa) y disminuirá el tiempo de instalación en un 20%. El tiempo de recuperación estimado es de entre 6 y 10 años y podría aplicarse en todas las tipologías de edificios residenciales.
Por otro lado, una vez determinados los prototipos a desarrollar y tras llevar a cabo el diseño de los mismos para cada uno de los demostrativos del proyecto de acuerdo a los requisitos de cada uno de los edificios propuestos, ONYX ha diseñado un plan de testeo basado en los estándares tanto fotovoltaicos como mecánicos que estos vidrios tienen que cumplir para poder ser instalados de acuerdo a la normativa vigente (EN 12600, ISO 12543, EN 61215, etc.). Los vidrios BIPV desarrollados para los demostrativos serán sometidos a este plan de testeo.
Bombas de calor asistidas por energía solar de expansión directa (SAHP) (Universidad de Nottingham)
El concepto SAHP se basa en el uso de un colector solar como evaporador donde el refrigerante se vaporiza directamente debido a la entrada de energía solar; una innovadora «tubería térmica» puede introducirse en el suelo utilizando un apilador manual y actuar como fuente de calor para una bomba de calor. Este concepto aumentará el ahorro energético en un 25%, disminuirá el tiempo de instalación en un 20% y su tiempo de amortización se estima entre 7 y 10 años, aplicable en todas las tipologías de edificación residencial.
Building Energy Management System (BEMS) (OVERDI y ESTIA)
OVERDI y ESTIA desarrollarán un sistema BEMS avanzado basado en la plataforma Maetrics (solución de monitorización). Los antecedentes de MAETRICS y su Plataforma IOT se integrarán con una ‘caja de algoritmo’ ad hoc (ESTIA Box) diseñada para el proyecto REZBUILD, con el objetivo principal de desarrollar una solución BEMS avanzada que permitirá 4 modos de operación: Auto, Manual, Semiautomático y al vacío. Esta solución permite gestionar y reportar el consumo energético del edificio en tiempo real, así como priorizar la fuente de generación de energía más eficaz según la configuración de red del edificio.
Metodología
El proyecto REZBUILD aborda estos retos utilizando una metodología holistica integrada en el propio proyecto:
FASE 1: Análisis del rendimiento energético que compara el consumo de energía del escenario base actual del edificio con varios escenarios de rehabilitación que incorporan diferentes tecnologías.
FASE 2: Diseño y desarrollo de trabajos de reacondicionamiento/remodelación basados en entornos openBIM capaces de gestionar información/documentos en tiempo real y permitir la implementación de trabajos simultáneos.
FASE 3: Instalación de BEMS avanzados (sistema de monitorización y gestión de la energía de los edificios) para gestionar, controlar y comunicar sobre el consumo de energía en tiempo real del edificio, seleccionando a su vez la fuente de generación de energía más rentable de acuerdo con las fuentes de producción de energía y el almacenamiento en el edificio.
FASE 4: Puesta en servicio del edificio para evaluar el ahorro de energía logrados por una empresa certificadora según los objetivos estimados en la estrategia de diseño implementada en la primea fase del método.
FASE 5: Desarrollo de LCC transversal (Analisis del costo del ciclo de vida de los materiales), análisis de rentabilidad y del modelo de inversión introduciendo así el factor socioeconómico que garantice precios asequibles para los propietarios de edificios.
FASE 6: Integración de LCA (Análisis del Ciclo de Vida de los materiales) para garantizar un bajo impacto ambiental dentro de esta metodología de la plataforma APM.
Para realizar todas estas interconexiones de la información se utilizará el formato de intercambio standard .ifc en los archivos introducidos en la plataforma.
Para probar tanto la idoneidad de la herramienta informática para la gestión de las obras, como la idoneidad de los materiales desarrollados para cumplir con los objetivos del proyecto, se están desarrollando tres proyectos piloto en diferentes climas y tipologías de edificios residenciales.
Participación pública en la toma de decisiones y contribución a los ODS
Además de incorporar las últimas tecnologías, y metodologías innovadoras en gestión de proyectos constructivos, REZBUILD integra la participación vecinal en la toma de decisiones vinculantes como un eje fundamental del proyecto. Así, contempla proyectos piloto realizados en Oslo (Noruega) y en Martellago (Venecia, Italia), donde se han impulsado procesos implicando a comunidades de vecinos que contribuyeron al diseño final del proceso de rehabilitación. El último de los tres proyectos piloto está previsto que se lleve a cabo en el barrio de San Fermín, en el distrito de Usera en Madrid. Allí se están realizando los estudios previos en una vivienda social unifamiliar. Como parte de estos procesos participativos llevados a cabo en Italia y Noruega se han realizado talleres con los vecinos, entrevistas personales y encuestas para conocer hábitos de consumo y su comportamiento respecto a las tecnologías.
Por último, además de integrar el eje social como parte fundamental del proyecto, llevando a cabo procesos participativos con los vecinos, se contempla una serie de recomendaciones prácticas y formación aplicada en Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). De este modo, la Universidad de Nottingham, socia del proyecto, desarrolla un programa específico de capacitación en debida diligencia, derechos humanos y sostenibilidad; que incorpore, en el sector de la construcción, los ODS como vector clave para el desarrollo de proyectos, de manera que puedan ser incorporados en los nuevos modelos de negocio que se establecerán a partir del proyecto.
Resultados y datos obtenidos
El proyecto se inició en octubre de 2017 y en estos momentos se están testando las tecnologías informáticas y materiales en los diferentes pilotos que deben cumplir con los 5 pilares del proyecto (el técnico, el económico, el social, el ambiental y el legal), definiendo los distintos Indicadores (KPI) en todos estos ámbitos.
REZBUILD basa su ecosistema de renovación en la integración de tecnologías rentables, modelos de negocio e interacción en el ciclo de vida en diversos tipos de renovación residencial e interconectará tanto las fases de renovación de los edificios como los agentes implicados en todo el proceso.
Para ello, se está haciendo el estudio económico de los periodos de retorno de las inversiones y con las tecnologías empleadas: La web del proyecto https://rezbuildproject.eu/ puede ser visitada.
Conclusiones
El sector de la construcción es el mayor consumidor de energía (alrededor del 40%) y el principal contribuyente a las emisiones de GEI (alrededor del 36%) en Europa. En esta etapa, abordar la renovación de los edificios residenciales existentes es una prioridad máxima y la descarbonización es el principal objetivo alineado con las políticas europeas de energía y cambio climático: Green Deal, Clean Energy Package, Acuerdo de París, y Agenda 2030.
La Comisión, considera que los porcentajes actuales de renovación de edificios públicos y privados deben, como mínimo, duplicarse. Para ello, la mejora de la eficiencia energética de los edificios es imprescindible:
- Los precios de las distintas fuentes de energía deben incentivar la eficiencia energética de los edificios
- Los edificios deben diseñarse de acuerdo con la economía circular
- Mayor digitalización
- Mejor protección de los edificios contra el cambio climático
- Estricta aplicación de las normas sobre eficiencia energética de los edificios
Asimismo, la Comisión quiere promocionar una plataforma abierta que reúna al sector de los edificios y la construcción, arquitectos e ingenieros y autoridades locales para desarrollar posibilidades de financiación innovadoras, promover y aunar los esfuerzos de renovación en grandes bloques para aprovechar las economías de escala. El proyecto REZBUILD quiere contribuir a la a estos objetivos, que requieren cada vez más del fortalecimiento de la colaboración público-privada y de un papel activo de los consumidores/as.
Agradecimientos
A todo el consorcio del proyecto REZBUILD.
Referencias
[1] REZBUILD Proposal-SEP-210410013
[2] Rezbuild Project