Ficha de proyecto presentada al V Congreso de Edificios Consumo Energía Casi Nula
Autores
- Daniel Diedrich, Arquitecto / Doctorando, Universidad de Alcalá de Henares
- Talia Dombriz, Directora Proyectos, DMDV Arquitectos
- Susana Olivo, Prescriptora, Lumelco
Resumen
Diseño del edificio residencial de 14 viviendas en proceso de certificación Passivhaus Classic, y del sistema de generación de Agua Caliente Sanitaria en producción comunitaria mediante bomba de aerotermia con CO2 como gas refrigerante. Será el primer edificio residencial colectivo certificado Passivhaus de la Comunidad de Madrid. Además, se presenta, como solución idónea para edificios ECN, el sistema de producción de ACS comunitaria mediante sistema con Bomba de Aerotermia con CO2 como refrigerante Q-TON de Mitsubishi Heavy Industries. Con acumulación de agua caliente y un rendimiento espectacular nos permite solventar el gran problema de la generación de ACS en edificios de consumo de energía casi nulo que tengan consumos de ACS medios y elevados. Además, permite evitar la carga interna que supone la presencia de un depósito de acumulación de ACS dentro de cada vivienda. La posible conexión de esta instalación de ACS a la instalación fotovoltaica del edificio nos permite producir ACS con un consumo muy bajo.
Palabras clave
Generación ACS Comunitaria, Aerotermia, CO2, Alta Temperatura, Energías Renovables
Introducción
Se proyecta un edificio residencial colectivo de 14 viviendas, que cuenta con planta sótano para garaje y trasteros, planta baja con áreas comunes formadas por zonas verdes, piscina comunitaria, huertos urbanos asignados a cada vivienda y sala de coworking. En planta primera a cuarta se disponen las viviendas entorno a dos portales. En todas las plantas se ubican cuatro viviendas idénticas por planta, excepto en la planta cuarta donde solamente se disponen dos viviendas. El edificio se encuentra en fase de ejecución de las obras.
Edificio
El edificio se desarrolla sobre una parcela rectangular de 1.287,85 m2. ubicada en la calle Gloria Fuertes 144, la cual pertenece a una manzana de edificios del nuevo barrio ubicado en el norte de Madrid, fruto del plan de actuación urbanística denominado como de “Arroyo del Fresno”. El edificio se configura mediante un volumen paralepípedo dispuesto sobre una planta baja porticada que contiene en sus áreas libres las zonas y usos comunes. Toda la planta baja se dispone sobre una planta de sótano que ocupa casi la totalidad de la parcela y que contiene el uso de aparcamiento y el de trasteros asociados a las viviendas.
El volumen de vivienda se adosa en uno de sus lados menores al edificio vecino de la misma manzana. Se disponen cuatro viviendas por planta desde la planta primera a la tercera y dos viviendas por planta en la planta cuarta. Todas las plantas del edificio se comunican por medio de dos núcleos de comunicación vertical que cuentan con escalera y ascensor y que dan servicio cada uno de ellos a dos viviendas por planta. En la planta cuarta cada núcleo vertical solo da servicio a una vivienda. El edificio presenta cubierta plana no transitable donde se ubican las instalaciones de generación de ACS y de electricidad fotovoltaica. Las viviendas de la planta cuarta presentan terraza en sus extremos a modo de ático.
Sistemas constructivos
La fachada está formada por una lámina de termoarcilla de 14 cm de espesor enfoscada por el exterior y con Sistema de Aislamiento Térmico Exterior (SATE) formado por paneles de EPS grafitado de 15 cm de espesor. Revestimiento exterior de. Trasdosado interior un guarnecido de yeso y trasdosado de Placa de Yeso Laminar autoportante con lana de roca mineral de 40 mm de espesor entre montantes.
La cubierta plana no transitable con sistema invertido formado por paneles XPS de 24 cm de espesor dispuesto sobre la impermeabilización y en continuidad con el aislante proveniente de las fachadas. El aislamiento de fachada se encuentra con el aislamiento dispuesto bajo el techo de planta primera, del mismo tipo y oculto por el falso techo que cubre el área porticada de planta baja. Las ventanas de PVC usan vidrio de doble cámara con control solar. Los valores de transmitancia de envolvente son los habituales para edificios con estos sistemas constructivos en el clima de Madrid. Cerramientos de fachada U=0,17 W/m2. Ventanas Uv=1,04 W/m2.
Instalaciones
La calefacción y refrigeración se resuelve mediante el uso de suelo radiante alimentado por una bomba de aerotermia individual para cada una de las viviendas. La ventilación se resolvió mediante sistema de ventilación mecánica de doble flujo con recuperador de calor en un esquema en estrella con configuración también individual para cada vivienda. Las protecciones solares se realizan mediante estores exteriores enrollables con comportamiento automático ante el sol. La producción de ACS se realiza mediante una bomba aerotérmica de CO2 Q-TON MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES con producción comunitaria en cubierta. Además, el edificio cuenta con una instalación fotovoltaica de 20 paneles policristalinos de 345 W cada uno, para dar servicio a las zonas comunes del edificio.
Aerotermia como fuente renovable
Conforme al IDAE los sistemas de aerotermia se consideran energía renovable si el valor del Factor de Rendimiento Medio Estacional Estimativo (SPF) es mayor o igual a 2,5. Este Factor interfiere con la cantidad de Energía Aerotérmica Capturada (ERES) y el Calor Útil Estimado (QUSABLE) de la bomba.
ERES = QUSABLE x (1 – 1 / SPF) donde si SPF ≥ 2,5 Aerotermia es Renovable
En el caso de que este valor no venga definido por el fabricante, el IDAE proporciona un método de cálculo partiendo del COP de la bomba obtenido para las condiciones de temperatura que correspondan a la zona climática en la que se instale y según a la aplicación a la que abastezca, un Factor de Ponderación FP en función de la zona climática y un Factor de Corrección FC en función de la temperatura de uso y la obtención del COP.
SPF = COP x FP x FC
Dado que para equipos centralizados el factor de ponderación FP es menor a 1 en todas las zonas climáticas, necesitamos en la mayoría de los casos un equipo con un COP elevado y proporcionado por el fabricante para conseguir un SPF mayor o igual a 2,5. En el caso de la bomba de calor de CO2, que siempre trabaja por encima de 60º, su FC es 1 y no penaliza este rendimiento. Todo esto lleva a considerar que todo equipo de climatización y generación de ACS por aerotermia está formado por dos subsistemas donde en la mayoría de los casos la generación de ACS no cumple, porque el COP o no se proporciona o es bajo. Esto obliga en todos de los casos a la instalación de otra fuente renovable que aporte el 50% de generación de ACS conforme al CTE.
En el caso de generación de ACS mediante bombas de aerotermia para grandes consumos, con CO2 como refrigerante, ofrece las siguientes ventajas:
- COP medio estacional con valores de 4,3 incluso con temperaturas extremas
- Reducción energética considerable para la generación de ACS
- Generación de ACS mediante acumulación fuera de la envolvente térmica
- Generación de ACS entre 60º y 90º
- Potencias desde 30kW a 480Kw
- Refrigerante CO2 ecológico con índices de calentamiento global GWP= 1 y de potencial de destrucción de la capa de ozono ODP=0
- Posibilidad de conectar el sistema a una instalación fotovoltaica
Generación ACS mediante instalación comunitaria de aerotermia
En nuestro edificio optamos por la instalación de un equipo Q-TON MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES formado por una bomba modular ubicada en cubierta con una potencia calorífica nominal 30 kW y COP igual a 4,3 (temperatura de bulbo húmedo del aire exterior 12°C, temperatura de agua de red 17°C y temperatura de salida de agua caliente 65 ºC, (datos del fabricante)) junto con el depósito estratificado necesario para el funcionamiento del sistema de 1000 litros y otros 2 depósitos de acumulación colocados en paralelo con la misma capacidad que el primero y destinados para el consumo.
El COP medio anual para la generación de ACS que hemos obtenido en la instalación prevista en el edificio es de 3,9. Muy superior al de opciones todo en uno. Ello, junto con el consumo de energía primaria y las emisiones de CO2 de Q-Ton, nos ha permitido justificar que la aerotermia es fuente de energía renovable y estar exentos de una instalación termo solar obligatoria en la Comunidad de Madrid. Esta instalación está pendiente de su posible conexión a la instalación fotovoltaica del edificio que con 20 paneles policristalinos proporciona una potencia de 6900 W, cubriendo casi la totalidad de la demanda de energía eléctrica del sistema y evitando las restricciones de uso de esta instalación en edificios residenciales colectivos.
Conclusiones
En edificios con consumos de ACS medios o altos es recomendable la utilización de un sistema de generación mediante bomba de aerotermia con CO2, Q-Ton. Con un rendimiento muy elevado se obtiene ACS a alta temperatura, reduce el consumo eléctrico y su ubicación fuera de la envolvente implica térmica una reducción importante de cargas internas. Su mantenimiento es casi nulo y las características ecológicas de su refrigerante, el CO2 lo hace un sistema ideal para la generación de grandes producciones de ACS en edificios Passivhaus.
Referencias
- IDAE, 2014, Prestaciones medias estacionales de las bombas de calor para producción de calor en edificios.
- SCHNEIDERS, 2009, Jürgen, Passive Houses in South West Europe – A quantitative investigation of some passive and active space conditioning techniques for highly energy efficient dwellings in the South West European region.
- VARIOS AUTORES. Passive-On Project. IEEA.The Passivhaus Standard in European Warm Climates: Design Guidelines for Comfortable Low Energy Homes. In: Part 3. Comfort, climate and passive strategies.