Comunicación presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autores
- Andrés Macía Gómez, Investigador senior, Fundación CARTIF
- Alí Vasallo Belver, Investigador senior, Fundación CARTIF
- Carmén Muñoz Rodríguez, Ingeniera de estudios, VEOLIA
- Enrique Martín Guillen, Ingeniero de Estudios, VEOLIA
- Javier Martín Sanz, Responsable Técnico área Centro, VEOLIA
- Isabel Martín Sanz, Arquitecto Restaurador, Jefe Proyecto, 3IA Ingeniería Acústica
Resumen
En el distrito de Torrelago en Laguna de Duero (Valladolid) se ha hecho una rehabilitación energética a nivel de edificio y red de calor. Estas intervenciones han consistido en el aislamiento de los bloques de viviendas con un sistema SATE, el cambio de las calderas de gas a biomasa, mejoras en los equipos de distribución, siendo el objetivo de la intervención reducir el consumo energético en un 50%, todo ello formando parte del proyecto europeo CITyFiED. La presente comunicación presenta la implementación del protocolo IPMVP para la medida y verificación de ahorros energéticos, haciendo una identificación de la línea base, comparando los datos reales de monitorización después de las intervenciones, y estima los ahorros logrados después de varios meses de seguimiento.
Palabras clave
Medida y Verficación, Edificios Energía Casi Nula, Cityfied, Eficiencia Energética, Red de Calor, Rehabilitación, IPMVP, Sistemas de Control, Envolvente Térmica
Introducción
El proyecto europeo dentro del programa marco FP7, CITyFiED (CITyFiED, 2018) tiene como su principal objetivo la rehabilitación energética de distritos urbanos en varias ciudades europeas como son: Laguna de Duero-Valladolid (España), Soma (Turquía) y Lund (Suecia). Está enfocado en la reducción de la demanda de energía y emisiones de gases de efecto invernadero, incrementando el uso de energías renovables, y desarrollando metodologías para la renovación holística de distritos. La rehabilitación consiste en la mejora de la envolvente de los edificios con sistemas de aislamiento térmico por el exterior (SATE) y de los sistemas de calefacción de distrito (DH), la integración de fuentes de energía renovables y la implementación de plataformas de monitorización a nivel local (Vasallo et al, 2015). Además de la rehabilitación, uno de los aspectos importantes es la monitorización de los consumos y la gestión, por ello, uno de los objetivos de CITyFiED es dotar a los distintos agentes involucrados en el proyecto de soluciones TIC por medio de las cuales puedan conocer y evaluar el consumo energético, asociándolo a su coste económico y su impacto medioambiental. Así, junto a las medidas de rehabilitación implementadas, se han instalado un conjunto de sistemas a nivel de distrito, edificio y vivienda que permiten medir el consumo energético, con la idea de almacenar, analizar y visualizar los datos de cada demostrador, y facilitar la toma de decisiones sobre el uso de los distintos sistemas energéticos. La evaluación del rendimiento se realiza mediante una serie de indicadores (KPI), los cuales ayudaran a la verificación y medida de los ahorros energéticos y reducción de las emisiones de CO2. Esta comunicación presenta el plan de medida y verificación tomando como referencia el Protocolo Internacional de Medida y Verificación (IPMVP, 2012), desarrollado para la estimación de los ahorros energéticos logrados debido a la rehabilitación energética del distrito de Torrelago, después de varios meses de funcionamiento.
Distrito Torrelago
El distrito de Torrelago se ubica dentro del área metropolitana de Valladolid, en el municipio de Laguna de Duero. Está formado por 31 edificios de 12 alturas sobre planta baja, con 4 viviendas de aproximadamente 100 m2 cada una. El conjunto de intervención está formado por dos comunidades de vecinos de titularidad privada que fueron construidos en distintas fases entre 1.978 y 1.981 encontrándose dividido en dos fases de 12 y 19 edificios, conformando la envolvente rojiza cerámica de los bloques para dar respuesta a más de 4.000 vecinos, 1488 viviendas, y alrededor de 143.000 m2 (Martín et al, 2015). El sistema inicial de calor estaba compuesto por dos redes independientes alimentadas por gas natural. La primera suministraba a los 12 edificios de la Fase1, y la segunda, a los 19 edificios restantes, Fase2.
Las medidas de ahorro energético implementadas en Torrelago y los detalles de cada una se presentan a continuación:
- Mejora de fachada: El distrito disponíade una fachada multicapa con una transmitancia de U=1.36 W/m2°C, estando fuera de las exigencias actuales en obra nueva, U ≤ 0.66 W/m2·°C, del código técnico de la edificación (CTE, 2017) para la zona climática de Laguna. La medida que se implementa consiste en un aislamento térmico por el exterior de 8cm de espesor, que reduce la tramitancia a un valor de U=0.339 W/m2·°C, estimando una disminución del 40% del consumo energético.
- Sistema de generación térmica: El sistema de generación se ha rehabilitado completamente, estando el original constituido por dos fases completamente independientes, la Fase 1 con dos calderas de gas de 2.7 y 3.3 MW, y la Fase 2 con una caldera de gas de 2.9 MW. La mejora ha consistido en la unión de la dos centrales y los anillos de distribución, siendo un único sistema que mejora la gestión y demanda del ditrito. Se han cambiado las dos calderas de la Fase 1 de gas a tres calderas de biomasa de astilla forestal con una potencia de 3.5 MW, y se ha instalado un deposito de inercia de 25m3. Además, se han cambiado las bombas de flujo constante, por bombas de flujo variable. Por otro lado, en la sala de calderas de la Fase 2 se mantienen las calderas de gas originales para dar apoyo a las calderas de biomasa, durante los picos de demanda de potencia o durante los arranques del sistema.
- Sistema de distribución: En el sistema de distribución se ha instalado un intecambiador de calor de 350 kW, un depósito de agua caliente sanitaria de 1 m3 en cada subestación, y unas válvulas de equilibrado hidráulico. En todas las subcentrales, se han instalado válvulas de equilibrado hidráulico permitiendo ajustar la temperatura de impulsión del agua en cada edificio, según la temperatura exterior. Otra medida a este nivel, ha sido la reducción de la temperatura de almacenamiento de los depósitos de ACS de 65ºC a 54ºC. Finalmente, se introduce una regulación de los grupos de bombeo de calefacción de cada edificio para trabajar a presión constante, reduciendo la velocidad de giro de las bombas en momentos de menor demanda. Además, se ha instalado una planta de cogeneración con una potencia de 73kWter y 33kWele.
- Soluciones TIC: Las medidas TIC se han implementado en el hogar, edificio y distrito., A nivel de hogar (HEMS), se han instalado equipos y sensores para recoger datos de consumo energético (eléctrico y térmico) y datos de confort (temperatura). A nivel de edificio (BEMS) y de distrito (DEMS), el sistema SCADA recoge todos los datos de consumo y producción energéticos en términos de calefacción y agua caliente sanitaria (ACS), así como las variables de demanda (temperatura, caudal y acumulación de energía) de la red de calor de distrito, con el objetivo de gestionar la producción y demanda e incrementar los ahorros energéticos.
Monitorización
Dentro de la rehabilitación del distrito térmico de Torrelago, se ha mejorado toda la red de monitorización con el objetivo de optimizar la gestión de la producción y demanda de la energía. Para ello, se han instalado alrededor de 350 sensores, que permiten controlar los arranques y paradas, detección de fallos, gestión de válvulas, etc. En la Figura 2 se ven dos imágenes del sistema de monitorización instalado.
Medida y verificación
El principal objetivo de este trabajo es presentar los ahorros energéticos obtenidos durante los primeros meses después de las intervenciones realizadas en el distrito de Torrelago. A continuación, se define el plan de medida y verificación, siguiendo las indicaciones del Protocolo Internacional de Medida y Verificación IPMVP. Tomando como referencia el IPMVP, se define la opción C “Verificación de toda la instalación”, para estimar los ahorros energéticos, tomando como motivos: los ahorros estimados mayores al 10%, implementado varias medidas de ahorro energético, siendo los efectos cruzados significativos y no pudiéndose medir, disponiendo de los consumos durante el periodo de referencia, y midiéndose los consumos globales. El límite de medida será todo el distrito a partir de los contadores generales.
- Periodo de referencia: Una de las partes más importantes al momento de calcular los ahorros energéticos es identificar el comportamiento de las instalaciones antes de las intervenciones, lo cual se conoce como el periodo de referencia. Esto significa disponer de los consumos energéticos y de todas las características de los edificios. La imagen de la derecha de la figura 3 presenta los consumos de las dos Fases desde junio 2009 a 2014.
El consumo energético térmico del distrito, y por tanto la producción de energía, depende de las condiciones climatológicas, particularmente de la temperatura exterior. La variable que se ha seleccionado para identificar ese grado de dependencia es la más común, con los Grados día de Calefacción (GDC). Los grados día de calefacción, cuantifican la diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura base seleccionada, para este caso, han sido 18ºC, representado así que por debajo de esta temperatura hay demanda de calefacción. En la figura 3, izquierda, se representa la relación entre los consumos energéticos y los grados dia de calefacción para esos mismos periodos, y como se había dicho anteriormente, se ve la relación que hay entre las dos variables.
- Modelo matemático del periodo de referencia: El modelo matemático permite estimar el consumo de energía del distrito durante el periodo rehabilitado si no se hubieran hecho las medidas. Este modelo se obtiene a partir de los consumos energéticos antes de las intervenciones y las variables independientes o aquellas que tienen una influencia directa en el consumo, como se puede ver en la figura 3, y como se mencionó anteriormente, los grados días de calefacción tienen una fuerte relación con el consumo, y se puede considerar como variable independiente, pero también se percibe una influencia estacional, pues con grados día menores a 100 que corresponde a la época de verano, la pendiente es diferente al periodo de invierno. Teniendo en cuenta la variable estacional (M=0 cuando es invierno, M=1 cuando sea verano), se obtiene el siguiente modelo, con un ajuste del 97,5%.
En la figura 4 se gráfica la energía térmica consumida y la energía térmica estimada, y se puede ver como el modelo representa con alta precisión y una baja varianza el consumo real, por ello, se puede dar el modelo por válido. Para el modelo, se consideran los meses de junio, julio y agosto, como los meses de verano.
Resultado de la intervención
Para medir el desempeño de la instalación durante los primeros meses y siguiendo el plan de medida y verificación se han definido unos indicadores que permiten estimar la energía consumida, los ahorros energéticos, la energía primaria y las emisiones de gases de efecto invernadero. En la Tabla I se listan los indicadores con la descripción.
- Ahorros energéticos: Para estimar los ahorros energéticos obtenidos durante los primeros meses después de la rehabilitación, se ha hecho una comparación entre el consumo energético medido y el consumo energético ajustado de acuerdo al modelo matemático obtenido anteriormente, en la Figura 5 se muestra la comparación.
Durante los meses de invierno los ahorros están entre un 20 y 25% mensual, que están por debajo de los esperados del 50%, pero es importante remarcar que hasta marzo no se habían rehabilitado todas las fachadas y todavía se están haciendo ajustes del sistema de gestión, y por tanto se espera que los ahorros aumenten en el próximo invierno. En estos 10 meses de monitorización se han obtenido unos ahorros del 13%.
- Indicadores de sostenibilidad: Teniendo los consumos energéticos y aunque no se considera dentro de la medida y verificación, se ha hecho una estimación de los ahorros de energía primaria y las emisiones de CO2 evitadas debido a la rehabilitación hecha.
En la Figura 6, izquierda, se hace la comparación del consumo de energía primaria para todos los meses, como resultado, se ha reducido en un 20% el consumo de energía primaria. Respecto a las emisiones de CO2 (Figura 6, derecha) se han evitado en un 56% las emisiones de CO2, como consecuencia del cambio de combustible y la instalación de sistemas más eficientes.
Conclusiones
Gracias a la rehabilitación energética implementada en el distrito de Torrelago han disminuido las emisiones de CO2 en un 56%, demostrando que, aunque no se haya llegado por ahora a los ahorros esperados, el impacto ambiental en la zona es muy importante. Se ha desarrollado un modelo matemático que permite estimar los ahorros, con una precisión del 97%. Durante estos primeros meses no se han obtenido los ahorros esperados, aunque es importante destacar que para los resultados presentados en esta comunicación no estaba terminada toda la rehabilitación, por lo que para el próximo invierno los ahorros serán mayores y más actualizados acercándose a la realidad del distrito.
Agradecimientos
Este trabajo de investigación ha sido financiado por la Comisión Europea, a través del Séptimo Programa Marco bajo el proyecto de investigación CITyFiED (RepliCable and InnovaTive Future Efficient Districts and Cities), cuyo Grant Agreement es el nº: 609129.
Referencias
- CITyFiED Project, 2018
- Vasallo A., Martín A., Gutiérrez S., Méndez E., Urra I., Martínez A., Larrinaga F., Arenaza-Nuño I. & Fernández E., “Proyecto Europeo CITyFiED. Estrategia para la rehabilitación y transformación de espacios residenciales urbanos en áreas de energía casi nula” I Congreso de Ciudades Inteligentes, Madrid, 2015.
- Martín I., Martín J., Barrientos JL.“Proyecto de intervención a nivel distrito residencial para la mejora de la Eficiencia Energética de más de 4.000 ciudadanos en España.” I Congreso de Ciudades Inteligentes, Madrid, 2015.
- Protocolo Internacional de Medida y Verificación. EVO, 2012
- Código técnico de la edificación. Documento Básio Ahorro de energía, 2017