Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Carlos Expósito Mora, Arquitecto, Director y socio fundador de Alia, Arquitectura Energía y Medio Ambiente y Proamas
Resumen
A partir de los resultados y conclusiones del Proyecto TOBEEM, se plantea una síntesis de los mismos desde una perspectiva arquitectónica, evaluando la contribución de la edificación en el diseño de los EECN. TOBEEM es un estudio sobre optimización energética de edificios de oficinas en Madrid, en el horizonte 2020-50. Coordinado desde DUCH y desarrollado por AIGUASOL Engyneria con la colaboración de ALIA, analiza según la metodología de Coste Óptimo más de 20.000 escenarios (edificios con soluciones diferenciadas) con programas de simulación dinámica calibrados a partir de la monitorización de edificios existentes. Su metodología permite extrapolar resultados a la rehabilitación integral. Se atienden cuestiones fundamentales como la viabilidad económica de los EECN ¿Conllevan sobrecostes? ¿Cuál es su relación con edificios de coste óptimo y los niveles de referencia del CTE?
Introducción
Considerando los objetivos generales del Proyecto TOBEEM, ya expresados en buena parte en el resumen previo, desde ALIA asumimos el desarrollo de los aspectos arquitectónicos del Proyecto, en colaboración directa con AIGUASOL ENGYNERIA en las distintas etapas del trabajo. Nuestro interés como arquitectos se dirigía a responder cuestiones que consideramos fundamentales para proyectar soluciones que nos aproximen a los Edificios de Energía Casi Nula (EECN):
¿Cómo se puede contribuir desde la arquitectura al objetivo de hacer factibles los EECN? ¿Qué relación/distancia hay entre ellos y los edificios de coste óptimo? ¿Dónde se encuentran hoy nuestros edificios y normativa con respecto a los de Coste Óptimo y los de Mínimo Consumo? ¿Los edificios eficientes son más caros que los edificios usuales o cuestan lo mismo? ¿Cuánto? ¿Qué soluciones arquitectónicas son las más eficientes y/o económicas?
Marco general y Metodología
El objetivo principal del proyecto TOBEEM era la determinación de los límites razonables, económica y energéticamente, a los que puede llegarse en edificios eficientes de oficinas en Madrid, así como en el establecimiento de criterios fehacientes de diseño para alcanzar los mencionados límites de consumo. La metodología seguida y el carácter de los datos obtenidos resultan válidos tanto para nuevos edificios como para operaciones de rehabilitación integral (algo usual, periódicamente, por exigencias de mercado en este tipo de edificios). Se resumen a continuación brevemente las distintas fases y tareas desarrolladas (de su comprensión se derivan los análisis de resultados y las principales conclusiones).
- Fase 1: ANÁLISIS DE CONDICIONES REALES Y DATOS DE CALIBRACIÓN. Selección de edificios, Monitorización, Calibración de programas de simulación.
- Fase 2: DEFINICIÓN Y ANÁLISIS ESCENARIOS CTE. Definición de tipos de fachadas y soluciones/ variables para simulaciones. Cálculo de costes globales. Simulaciones energéticas con referencia al CTE.
- Fase 3: DEFINICIÓN Y ANÁLISIS ESCENARIOS REAL Y OPTIMIZADO, SISTEMAS Y ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD. Simulaciones referidas a escenarios reales y optimizados. Análisis de resultados.
- Fase 4: CONCLUSIONES FINALES: DIRECTRICES Y OBJETIVOS DE FUTURO. Sistematización de datos y resultados obtenidos. Conclusiones.
No cabe exponer con más detalle en esta comunicación la cantidad de tareas y resultados desarrollados, también esenciales para la consecución de los objetivos planteados. Para una mayor aproximación a la metodología y contenidos del trabajo se recomienda acudir al Resumen Ejecutivo del Proyecto. (Ver Referencias Bibliográficas, al final).
Primeras etapas del trabajo. Resultados y conclusiones parciales
El primer paso fue analizar con suficiente nivel de aproximación, el estado de la edificación terciaria de oficinas en Madrid producida durante los últimos 25 años; para conocer sus características y para seleccionar, a partir de una muestra inicial de 40 edificios documentados, un grupo final de 6 edificios suficientemente representativos.
Una primera cuestión observada fue la abundancia generalizada de edificios totalmente o muy acristalados, como solución paradigmática y más extendida en el sector. Este aspecto conducirá a conclusiones relevantes en los resultados obtenidos; al jugar un papel muy significativo en el consumo de energía y llevar asociados problemas de confort (deslumbramiento, radiación solar directa, otros).
Por otro lado, cabe concluir con carácter general la despreocupación generalizada, hasta ahora, del sector de oficinas por el comportamiento energético de los edificios terciarios, salvo excepciones puntuales y cierta tendencia de cambio aún muy reducida. Ello se evidencia en las soluciones de fachada utilizadas, desconsideración de las orientaciones solares, bajos niveles de aislamiento derivados de una normativa de 1979 no modificada hasta el 2006 (con el CTE); ausencia de protecciones solares y de sistemas de control y gestión, datos desagregados de consumos, etc.
Todo ello conduce a una gran dispersión en consumos energéticos, con un consumo final y una intensidad energética muy elevados; asociados los mayores generalmente a elevadas infiltraciones, grandes superficies de vidrio y/o bajos niveles de aislamiento. Por último es necesario referir también la frecuente inadecuación de las condiciones urbanísticas para permitir soluciones más eficientes.
La muestra inicial, y la selección final de seis edificios (ver Figura 1), debían responder en lo posible la diversidad existente de criterios tipológicos, soluciones de fachada, fechas de construcción (repartidas entre 1980 y 2010) con diferentes niveles de referencias normativas, accesibilidad para toma de datos, calidad y nivel de mercado, etc.
Sobre estos seis edificios se desarrolló un trabajo esencial para asegurar la fiabilidad de datos e instrumentos a utilizar, y garantizar con ello la credibilidad en resultados y conclusiones finales. Se monitorizaron durante 9 meses, recogiendo datos de temperaturas, humedad y niveles de iluminación, ocupación, etc.; para ser contrastados y calibrar con ellos los programas de simulación a utilizar en fases posteriores del trabajo, tras aplicarlos a los edificios de referencia. Con ello la fiabilidad y rigor de los resultados conduce a una desviación máxima del 5%. De esta fase se obtuvieron datos muy significativos para la determinación fehaciente de problemáticas reales con impactos muy importantes en el consumo energético final, que nos conducen a revisar a fondo las soluciones y métodos constructivos usuales.
- Diferencias relevantes entre valores de condiciones de operación teóricas y normativas con datos reales de operación.
- Problemáticas derivadas de patologías o defectos en la construcción, fundamentalmente por infiltraciones incontroladas, bien con el exterior, bien con zonas comunes en otras plantas del edificio.
- Frecuente imposibilidad de gestionar energéticamente los edificios y usos ante la ausencia de sistemas de control.
Nuestra siguiente tarea fue definir con precisión los tipos básicos de soluciones de fachada a considerar en las simulaciones posteriores. Dada la cantidad de posibles soluciones y variantes, tras un proceso de selección y filtrado de las variables fundamentales, conseguimos llegar de 32 soluciones a una síntesis de 10 tipos básicos.
En la Figura 2, los tipos se estructuran en dos categorías: en horizontal, parcialmente opacas y transparentes. Las primeras, se diferencian a su vez, de izquierda a derecha, en las que tienen un porcentaje de huecos menor que el 60% y las que lo tienen mayor. En cuanto a la banda inferior, encontramos las fachadas transparentes diferenciadas en soluciones de una hoja (como el muro cortina) a la izqda., y de doble hoja acristalada a la dcha.
En paralelo se determinaron las distintas variables a considerar en las simulaciones y su materialización en soluciones concretas. Dada la combinatoria resultante del número de soluciones a considerar, ésta debía acotarse con claridad para no rebasar el número de simulaciones previstas (en torno a las 20.000). Tras un complejo proceso de análisis y de síntesis, concluimos considerar las siguientes variables en simulaciones (ver Figura 3) consideradas relevantes a partir de las conclusiones de la fase anterior.
Los Modelos arquitectónicos se constituyeron a partir de un módulo básico de 5 m de fachada, 10 m de fondo y 3,5 m. de altura entre pisos; y de dos tipos básicos, planta cuadrada y bloque lineal (o pastilla) de 900 m2 en planta; atendiendo dos soluciones en altura y entorno (VI plantas y XIV plantas / Urbano y Expuesto).
Proceso de cálculo de costes. Coste Global: Para definir con precisión los precios de las distintas unidades a considerar (obra, instalaciones, operación, energía, otros) elaboramos una base de precios a partir de su definición a nivel de proyecto de ejecución, desde las soluciones constructivas de los distintos tipos de fachadas al resto de componentes considerados.
Posteriormente se cruzaría con la BBDD de resultados energéticos de los escenarios calibrados. La BBDD determina los costes asociados a cada uno de los escenarios definidos, y permite desarrollar el análisis de coste óptimo según la metodología de la Directiva Comunitaria. Los datos proceden de fuentes y BBDD reconocidas, así como de expertos consultados y/o elaboración propia.
De una aproximación rápida a los resultados obtenidos, resulta una horquilla del Presupuesto de Construcción (sin impuestos) de 875 a 1390 €/m², de soluciones más económicas a las más costosas; resultados que se corresponden con escenarios reales y responden suficientemente al presente del sector (con salvedades lógicas derivadas de las coyunturas económica y del sector inmobiliario).
Resultados generales y conclusiones finales
Bajo las condiciones normativas de referencia, el global de escenarios analizados se puede caracterizar según la Figura 4 de análisis de costes globales y consumos de energía primaria. En ella se incluyen las dos referencias normativas que deben interpretarse considerando que todos los escenarios (puntos) que queden a la derecha de la línea roja, representan edificios que no cumplirán CTE. Los escenarios entre los dos límites, pueden cumplir con los requisitos normativos, mientras que los que quedan a la izquierda del límite inferior (línea negra) serán, edificios con calificación B o A.
Edificios de oficinas de consumos reducidos y coste global inferior. Es perfectamente viable construir edificios de oficinas de consumos energéticos reducidos a unos costes globales significativamente inferiores de actuaciones de mercado de los últimos años, bajo condiciones actuales, según capacidades del sector, conocimientos técnicos y tecnología disponible en mercado.
Construir edificios de oficinas eficientes es más económico. Construcciones energéticamente eficientes a costes óptimos resultan más económicas, considerando tanto costes globales de todo el ciclo de vida, como costes de inversión.
La diferencia energética entre edificios de coste mínimo y consumo mínimo es pequeña. En costes globales, construir un edificio de energía casi cero resulta más rentable económicamente que un edificio gran consumidor. En un escenario de edificios optimizados esto se minimiza.
Importancia del diseño arquitectónico y constructivo, y de la operación eficiente. Los principales elementos a considerar en los edificios eficientes, en costes y energía, son el diseño arquitectónico y constructivo y la operación en su vida útil, siendo el sistema energético el factor de menor peso.
Mayor consumo y coste de las fachadas transparentes. Destaca que los edificios de fachadas transparentes (elevadas proporciones de hueco, muros cortinas y dobles pieles) son significativamente más caros y llevan asociado mayor consumo que soluciones más convencionales (opacas, inerciales y protegidas del entorno). Esto es especialmente relevante en el caso de edificios de dobles pieles.
Mayor consumo y coste de los edificios en altura. Los edificios en altura (sin valorar torres singulares) son económicamente más caros y energéticamente menos eficientes que los urbanos. Ello deriva, en gran medida, de los condicionantes arquitectónicos y constructivos, aunque también de las condiciones ambientales del entorno, más cuando existan patologías de construcción.
Del cruce y análisis por parámetros y orientaciones según las tres regiones de interés, se determina:
Máximo consumo. Los edificios tipo de esta región se caracterizan por ser: en altura, fachadas totalmente transparentes (FA05) o muro cortina (FA06), estructura ligera, planta tipo cuadrada o pastilla invariablemente, proporciones de huecos elevadas (>70 %), vidrios convencionales y factores solares modificados medios o elevados.
Coste mínimo. Los edificios en esta región, se caracterizan por situarse en entorno urbano (VI alturas), fachadas convencionales e inerciales (FA02 y FA04), plantas tipo cuadrada o pastilla invariablemente, reducidas proporciones de hueco (30 al 40%), vidrios bajo-emisivos predominantemente y factores solares modificados medios.
Mínimo consumo. Finalmente, en esta región se cumplen mayoritariamente las mismas condiciones que la región de costes mínimos, con pequeñas variaciones en el tipo de planta (predomina el tipo pastilla) y en porcentajes de huecos (donde tienen cabida porcentajes algo más elevados).
Operación eficiente: diseño, ejecución, mantenimiento y formación. La operación eficiente de los edificios es un factor predominante tanto en costes como en consumos. Por ello debe abordarse desde distintas perspectivas, tanto a nivel de diseño y ejecución, como de implicación de los usuarios y a través de la formación y recursos del personal de mantenimiento.
El aspecto energético será clave en las actualizaciones de la normativa. Las actualizaciones, presentes y en un futuro próximo, de la normativa de la edificación obligan a considerar como factor decisivo el vector energético y modificarán el sector de forma relevante.
Margen entre resultados teóricos y resultados reales. Existe un margen muy amplio entre las evaluaciones a nivel normativo y los consumos reales de los edificios. Una evolución normativa hacia modelos más detallados, teóricos y/o en base a facturación energética, que integre la obligatoriedad de los tests de calidad constructiva, contribuiría a ajustar el margen entre resultados teóricos y realidad.
Es factible construir edificios con 1/3 del consumo actual a costes actuales. Objetivo razonable, según Figura 5: edificios con consumos en torno a 60 Kwh/m2 año, en construcciones con costes globales entre 1.100 y 1.200€/m2 año (con costes de inversión / construcción entre 900 y 1.000€/m2).
Incorporando en diseño una adecuación bioclimática de fachadas según orientaciones, se obtiene un resultado con clara tendencia a reducir consumo (98 kwh/m² año) sin salir de la región de coste mínimo. Considerando incorporación de gestión domótica de clima y protecciones solares y alumbrado led, se obtiene una mejora sustancial (68 kwh/ m² año). La última hipótesis incorpora el sistema energético que resultó más eficiente (District-Heating) (58kwh/m² año).
Construir edificios de oficinas eficientes energética y económicamente es perfectamente viable y altamente rentable en el contexto actual. El proyecto TOBEEM demuestra que es una realidad a nivel local y de edificio, evidenciando la necesidad de una revisión sustancial de los planteamientos de diseño predominantes en el sector terciario nacional. Un análisis en profundidad (optimizaciones de detalle) y amplitud (zonas climáticas), revertiría en una visión integral de los planteamientos descritos y permitiría avanzar en la dirección de aproximar económicamente los NZEB a la región de coste óptimo.
Agradecimientos
Los autores agradecen a los patrocinadores del proyecto su contribución para hacerlo posible: Ayuntamiento de Madrid, Activos Renta, Asociación de Promotores Inmobiliarios de Madrid (Asprima), Desarrollo Urbanístico Chamartín (DUCH), Gas Natural Fenosa, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), Jones Lang LaSalle, LKS, Remica, Typsa, Uponor y Pladur. Agradecen también la colaboración y facilidades prestadas a las distintas propiedades y usuarios de los edificios monitorizados: Metrovacesa, Hoinsa, Idom, Grupo Ortiz, Telefónica, Trypark, Zardoya Otis, Dia.
Referencias
- Directiva2012/27/UE del Parlamento Europeo y del Consejo. 25 octubre 2012.
- Directiva 2010/31/EU OF del Parlamento Europeo y del Consejo. 18 Mayo 2010 sobre actuación energética en edificios.
- Orden FOM/1635/2013, 10 de septiembre: Actualización del Documento Básico DB-HE «Ahorro de Energía», del Código Técnico de la Edificación, aprobado por Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo.
- Resumen Ejecutivo Proyecto TOBEEM.
- Proyecto TOBEEM. Aiguasol.