Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Enrique Tarraga Sánchez, Ingeniero de desarrollo, 4Eclima
- Laura Prados Gimeno, Dir. Arquitectura de construcción, 4eclima
- Raúl Torres Rubio, Arquitecto de Arquitectura Torres y Asociados
Resumen
Para garantizar la salubridad y calidad térmica en las instalaciones en la edificación, se hace imprescindible (por rentabilidad) la utilización de la tecnología radiante TECS. Los sistemas TECS como elemento terminal y la disociación de los sistemas térmicos y de tratamiento de aire, garantizan reducciones del 45% del consumo de energía para alcanzar el objetivo de los Edificios de Energía Casi Nulo (EECN). Los TECS son además un factor dinamizador de mercado al reducir los costes de las inversiones y por tanto el tiempo de amortización en el objetivo de los EECN. Sin embargo para implantar esta tecnología es necesario eliminar las barreras producidas por la calidad de algunos sistemas. La solución parte por una nueva normativa que contemple los factores de calidad de esta tecnología y permita el desarrollo de sistemas eficientes. En el artículo se expone un ejemplo de construcción residencial analizado en un sentido amplio en base a los requisitos de la sostenibilidad.
Introducción
La alta dependencia energética y el deterioro del medioambiente en la UE, tiene en los edificios a su mayor responsable al ser el causante del 40% del consumo total de energía. Para revertir esta situación es necesario que todos los actores que intervienen en el proceso energético aporten soluciones que permitan reducir el consumo de energía y en un sentido más amplio la sostenibilidad.
A nivel legislativo, la UE con la Directiva 2010/31/UE “Eficiencia energética de los edificios”, establece la obligatoriedad de los Estados de fijar unos requisitos mínimos de eficiencia energética en los edificios o en partes de ellos, con el fin de alcanzar niveles óptimos de rentabilidad teniendo en cuenta todos los costes a lo largo de la vida del edificio, “Edificios de Energía Casi Nula” (EECN).
A nivel tecnológico, el desarrollo de estándares como el PASSIVHAUS STANDARD, fundamentado principalmente en la dotación de un mayor nivel de medidas pasivas a los edificios, tiene como consecuencia unos costes de inversión elevados que es necesario reducir.
Las empresas del sector desarrollan cada vez sistemas más eficientes en la generación de energía como es el caso de la implantación de la tecnología Inverter en el sector residencial; sin embargo los resultados energéticos se pueden mejorar en un 45%, con la utilización de las TECS y la disociación de la instalación de Tratamiento de Aire de la instalación de Tratamiento Térmico. Además, las TECS, aportan un mayor grado de sostenibilidad a la edificación en su sentido amplio: social, económico y medioambiental.
Objetivo
En el artículo se analiza y se expone un ejemplo de los beneficios de la implantación de las TECS, en una Arquitectura energética con los sistemas térmico y de tratamiento de aire disociados.
El análisis se realiza en base en los requisitos de la sostenibilidad e4 definidos por sus cuatro dimensiones básicas o principales:
- excelencia ambiental
- eficiencia y ahorro de energía
- ecología
- economía
Descripción del análisis
Los sistemas de la tecnología TECS, tal y como muestra la ilustración siguiente:
En el análisis energético de las instalaciones técnicas la Figura 2, muestra el porcentaje del consumo de energía en la producción 78%, el transporte de energía secundario 20% (ventiladores en los elementos terminales de difusión de aire tipo split o fan coil) y el 2% en el transporte de primario (bombas de circulación de agua).
La Arquitectura energética de los elementos terminales se realiza disociada tal y como muestra la Figura 3, para optimizar los consumos de energía.
En la Figura 3 se observa el sistema de tratamiento de aire separado del sistema térmico, permitiendo gestionar de forma individual la masa de aire a tratar por el nivel de CO2 y Humedad [1] ambiente para evitar el crecimiento proliferación de elementos patógenos para el ser humano.
Los beneficios de las TECS, sobre los sistemas tradicionales de difusión de aire en base a los requisitos de la sostenibilidad y como ejemplo el análisis de una edificación residencial situada a orillas de Mar Menor en (Murcia), son las siguientes:
Análisis de los Requisitos de la Sostenibilidad
La arquitectura energética disociada entre el sistema de Tratamiento de Aire y el Sistema Térmico, permite en un ciclo anual (calefacción, periodo transitorio y refrigeración) reducir el consumo de energía el 45%.
Los TECS aportan los siguientes beneficios a nivel energético:
- De forma pasiva, aumentan el 42% el nivel de aislamiento de la superficie de techo en construcciones que cumplen con el CTE.
- Reducen el 30% la demanda de energía.
- Reducen el 70% el consumo de energía de transporte secundario.
- Incrementan el 25% la eficiencia en la producción de energía de los sistemas de compresión de vapor.
Aportación de aislamiento
Las TECS incorporan aislamiento del orden de 40mm, con un coeficente de transferencia térmica de 0,023 mK/W.
Reducción de la Demanda
Durante el periodo de Calefacción para una temperatura Operativa de 20ºC, el sistema radiante consigue la neutralidad térmica de los ocupantes con una temperatura ambiente de 18ºC.
Durante el periodo de Refrigeración para una temperatura Operativa de 24ºC, el sistema radiante consigue la neutralidad térmica de los ocupantes con una temperatura ambiente [2] de 25,7ºC.
La menor diferencia entre la temperatura ambiente y la exterior por el mayor intercambio de energía entre los ocupantes y la superficie radiante de forma directa por el mecanismo de radiación tiene como consecuencia la reducción del 30% de la demanda de energía.
Reducción la energía de Transporte secundario
El consumo de energía de movimiento de aire solamente se produce en la renovación de aire y tratamiento de la humedad a niveles del 40% – 60%, con controles específicos, por tanto el consumo de energía se puede considerar óptimo.
Eficiencia energética en la producción
La eficiencia con sistemas de producción de energía por compresión de vapor aumentan del orden del 25% (calefacción de 45ºC con fan-coil a 34ºC con TECS; refrigeración de 7ºC con fan-coil a 14ºC con TECS).
Reducción del consumo de energía
En resumen se reduce del orden del 45% el consumo de energía, tal y como muestra la Figura 6:
Otros factores a destacar según los criterios de la sostenibilidad son:
Excelencia ambiental
- Uniformidad de temperaturas en el espacio acondicionado.
- Eliminación del riesgo de corrientes molestas de aire.
- No aporta contaminación acústica.
En resumen, favorece la calidad ambiental como factor imprescindible de competitividad.
Ecología
Reduce las emisiones de CO2 un 45%, proporcional al consumo de energía.
Mejor utilización de los recursos naturales, por la mayor vida media del sistema comparado con los sistemas de difusión de aire.
Economía
- La potencia a instalar se reduce un 35% ( reducción de la demanda y mayor eficiencia en la producción)
- Menor coste de recursos energéticos (energía + mantenimiento)
Para la obra residencial de ejemplo, con 420m2 acondicionados con la arquitectura energética disociada de los elementos terminales:
Sistema de tratamiento de aire por áreas (planta baja, piso y zona de ocio) controlado por CO2 y Humedad relativa ambiente
Sistema térmico radiante por zona, con control de la temperatura ambiente y proporcional a la radiante de techo (Temperatura Operativa)
La potencia instalada para producción de energía son dos Bombas de Calor aire-agua con compresor inverter de 4,5 kW/cada una. Tratamiento de aire (6 equipos de 0,12kW).
Discusión de los resultados
El objetivo final, de conseguir edificios con baja demanda de energía: en Calefacción a 15kWh/m2año; Refrigeración a: 15 kWh/m2año; Energía Primaria Total 120kWh/m2año; en resumen, reducir la demanda de calefacción y refrigeración a potencias específicas del orden de 10 W/m2 con inversiones rentables y suministrar la energía primaria a partir de fuentes de energías renovables.
La aplicación del estándar sólo con medidas pasivas tiene un coste de inversión [3] elevado. Las inversiones con medidas pasivas con un coste medio previsto de 580 euros/m2 (Figura 8), con el sistema térmico 4Eclima pueden pasar a tener un coste de 140 euros/m2; reduciendo la inversión en un 76%; dinamizándose el mercado y reduciendo el tiempo de obtención del objetivo.
La aplicación de las TECS, permite beneficios en todos los escalones del proceso energético: Aporta aislamiento como medida pasiva: Reduce la demanda de energía; Mejora la eficiencia energética en la producción de energía; además de aportar mayores niveles de calidad ambiental.
Por tanto, una tecnología como la radiante utilizada desde los orígenes del ser humano es necesario dotarla de Normas de Calidad que garanticen su calidad como producto y su implantación junto a medidas pasivas y otras tecnologías permita un factor fundamental como es la Rentabilidad en las Inversiones.
Agradecimientos
Antonio Caballero Castejón, Director de compras del grupo Cobber
Vivienda en: C/ Cabo de Gata, Cabo de Mar y Cabo Ortegal. Santiago de la Ribera «Urbanización Torre Minguez» – San Javier (Murcia)
Referencias
- [1] 2008 ASHRAE Handbook; HVAC Systems and Equipment cap 22.1
- [2] Chilled Ceilings in Parallel with Dedicated Outdoor Air Systems: Addressing the Concerns of Condensation, Capacity, and Cost. Stanley A. Mumma, Ph.D., P.E. Fellow ASHRAE.
- [3] Europe’s buildings under the microscope; Buildings Performance Institute Europe (BPIE); pag. 103.