Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- David Mencías Carrizosa, Investigador, ETSAM – UPM
- Margarita Arroba Fernández, Profesora Titular, IE Universidad
- José Antonio Meneses Navarro, Investigador, ETSAM – UPM
- Jorge de Andrés Marcos, Profesor Asociado, IE Universidad
Resumen
Con el objetivo de los edificios de energía casi nula, la incorporación de energías renovables es prácticamente indispensable. Sin embargo, la integración de este tipo de energías en edificios con valores patrimoniales, presenta una serie de problemas de orden técnico, que hay que evaluar a la hora de seleccionar el tipo de energía más adecuado. Se analiza diversas dificultades que conlleva la incorporación de los elementos productores de energía de origen renovable en este tipo de edificios y se analiza las consecuencias que producen sobre los valores de edificios que merecen ser conservados, en especial cuando dichos valores se ven relegados por otros de carácter económico o técnico.
Introducción
Para la consecución de edificios de consumo energético prácticamente nulo, la incorporación de energías renovables es imprescindible. Bien sea para el autoabastecimiento (en zonas donde la distribución es complicada) o bien para volcar al servicio de distribución los excedentes de la producción, desde el punto de vista exclusivamente de los sistemas no supone ninguna dificultad. Esto se comprueba en la relativa sencillez técnica que tienen los proyectos de instalaciones productoras de energía mediante fuentes renovables, salvo el caso de la geotermia por las implicaciones en el terreno y en el agua subterránea. Prueba de ello es el enorme desarrollo que del sector de la producción energética (especialmente la eléctrica) ha tenido en los últimos años.
La incorporación en edificios de nueva planta, añade la complejidad propia del trazado de las redes en un espacio determinado y su compatibilidad con otros usos, que son generalmente los principales. En este sentido, la dificultad técnica reside exclusivamente en organizar y coordinar los diferentes aspectos del edificios (funcionales, de diseño, urbanísticos, técnicos, etc.), que en muchos casos no son tenidos en cuenta, para mejora del edificio terminado. A la hora de intervenir en un edificio existente, las dificultades se multiplican dado que la gran libertad que disfrutaba el proyectista en el caso anterior, se ve reducido por la presencia del edificio. Generalmente, salvo condicionantes estructurales importante, dichos condicionantes se pueden ir matizando para la incorporación del sistema de producción energética por renovables. Buen ejemplo de estos temas son los proyectos nacionales y europeos demostrativos que se encuentran en desarrollo sobre edificios construido.
Sin embargo las dificultades se maximizan en el caso de edificios patrimoniales e históricos. Para preservar estos valores, tal y como se expresan en las diferentes instituciones internacionales como el caso de ICOMOS en la carta de Cracovia de 2000, debe partir de “la intención de la conservación de edificios históricos y monumentos, estén estos en contextos rurales o urbanos, es mantener su autenticidad e integridad, incluyendo los espacios internos, mobiliario y decoración de acuerdo con su conformación original”. En estos casos, los factores que deben primar sobre todo los demás son los valores presentes en la edificación, frente a los económicos o técnicos.
Produción Energética Mediante Fuentes Renovables
La instalación de producción energética en edificios con valores patrimoniales, deben tener en cuenta diversas consideraciones en función del tipo de instalaciones, a pesar de que algunas son comunes, donde cabe destacar por un lado, la situación de la sala de calderas y por otro la distribución de la red por el interior del edificio.
Partiendo de un edificio que ya dispone de instalación de producción de energía térmica, las dificultadles para la incorporación de un nuevo sistema de producción será menor. Especialmente sencillo es la sustitución de una caldera por otra, que use combustible renovable o la conexión con un intercambiador existente.
En relación a la distribución, el cambio de recorridos en la distribución puede provocar la alteración del espacio interior, el aspecto o el amueblamiento en el caso de que queden vistas. Para intentar ocultarlas, es prácticamente imprescindible la perforación de nuevos pasatubos, patinillos y pasos, por lo que se producirá la alteración de la tabiquería interior.
Energía solar térmica
Entre los modelos existentes de captadores solares térmicos, destacan los paneles solares de vacío y los paneles solares planos, como los más habitualmente instalados. Las diferencias entre ellos, a la hora de evaluar las repercusiones que tiene en el edifico donde se instalan, no son significativas. Habitualmente, la zona donde se suelen instalar los captadores suele ser en cubierta debido a que la integración arquitectónica en un edificio protegido es muy difícil de realizar y que la superposición en paramentos verticales prácticamente modifica el aspecto exterior de la edificación.
En edificios con demandas importantes, la instalación suele estar compuesta por módulos–elementos, pero lo más habitual sueles ser sistemas compactos o monoblock que comprenden en un solo cuerpo el panel o paneles solares (existen equipos monoblock con dos paneles) y el depósito primario de acumulación de agua caliente sanitaria. Estos sistemas compactos son más sencillos y fáciles de colocar por lo que sus costes iniciales son más bajos (por ejemplo, para su legalización sólo será necesaria una memoria descriptiva por parte del instalador cualificado).
Respecto a la integración en cubierta, el aspecto estructural sobre la cubierta existente es el determinante.
Mientras que el peso propio del panel no será significativo, lo que sí influirá de forma notable es, por una parte, la inclinación adoptada por el panel, por otra parte, el tipo de soporte utilizado y, finalmente, la estructura de cubierta existente. En cualquiera de los casos, la conexión entre panel y subestructura deberá ser elástica para evitar que las fluctuaciones de tamaño que el panel puede llegar a sufrir por las variaciones térmicas se transmitan a la estructura del edificio. Estas fluctuaciones pueden llegar a ser elevadas, sobre todo en los paneles térmicos y, dentro de estos, sobre todo en los que sean capaces de alcanzar mayores temperaturas.
En la parte superior del panel se fijará éste con dos ganchos más débiles que los de abajo puesto que no son de carga y sólo tienen como misión evitar el vuelco. Un caso particular a estudiar será el de los equipos monoblock que comprenden en un solo cuerpo el panel o paneles solares (existen equipos monoblock con dos paneles) y el depósito primario de acumulación de agua caliente sanitaria. En estos casos, la función de contrapeso viene ya realizada, al menos parcialmente, por el depósito acumulador. Sin embargo, hay que considerar que este depósito puede encontrarse vacío, por lo que habrá que calcular el peso del contrapeso para viento considerando únicamente el equipo sin agua y, consiguientemente habrá que sumar al peso de este contrapeso el del agua contenida en el depósito y calcular la estructura existente con dicha carga.
En cubiertas inclinadas, cuando los paneles se encuentran superpuestos, el efecto del viento será el mismo que para la cubierta en su totalidad. En cambio, en el momento que éstos se coloquen buscando la inclinación óptima y no coincida con la de la cubierta (lo que ocurre en la mayor parte de la edificación salvo la de alta montaña), se producirán las mismas cargas que en el caso de cubiertas planas. Las cargas de cubierta, en el caso de las realizadas sobre tabiques palomeros, a efectos globales de la estructura, repercutirán directamente sobre el forjado horizontal de la planta inferior, por lo que las cargas afectarán a una superficie mayor y se puede suponer que se produce un efecto de “disipación”, es decir, los efectos de las cargas actuando en un área mayor son menores que en áreas más reducidas.
El porcentaje de reducción de coeficientes de seguridad es el incremento que deberemos aplicar a las cargas para dimensionar correctamente la estructura. Es pues obvio que, salvo que se adapte el panel a la cubierta para evitar los efectos del viento será necesario contemplar la incorporación de los paneles en el peritaje estructural y evaluar si la estructura es capaz de soportar los nuevos esfuerzos, lo que afectará constructiva y económicamente al edificio.
Energía mediante biomasa
Entre las tecnologías de combustión de biomasa a pequeña escala se encuentran fundamentalmente dos sistemas. El primero se trata de combustión de biomasa en parrilla plana, con propagación de calor desde la fuente generadora mediante aire, con eliminación de cenizas manuales mientras el segundo es la combustión en caldera en la que se incorpora un intercambiador para la producción de agua caliente que puede utilizarse tanto para calefacción como para generar agua caliente sanitaria.
La combustión en pequeña escala en estufas, es el sistema habitual de calefacción de muchos edificios tradicionales, por lo que la incorporación de la energía renovable se había realizado en el momento de su diseño y construcción. Por ello, no es necesario modificar ni incorporar nada y este tipo de edificios ya cuenta con un sistema renovable. Es cierto que este sistema no es ni el más eficaz ni el que logra un grado de confort mayor, que sin embargo es necesario sopesar, en pro de la no modificación del edificio.
En cambio, los sistemas de mayor tamaño, además de requerir salas de caldera de tamaño adecuado, requieren respiraderos o tomas de entrada de aire, que no son fácilmente adaptables. Por ello, es necesario que el edificio disponga inicialmente de un espacio que cumpla estos requisitos para evitar la apertura de huecos en fachadas o forjados.
Estos sistemas requieren silos o cámaras de almacenado de combustible para garantizar el suministro de biomasa al menos por varias semanas, desde donde el combustible se transporta a la caldera. Esto se puede realizar con cintas o tornillos sinfín que requiere que el depósito se encuentre adyacente a la sala de calderas o con mediante instalaciones neumáticas, que permiten mayor flexibilidad en el emplazamiento del silo pero que requieren también que no de existir curvas en la manguera presenten radios suaves.
El transporte del combustible puede suponer la mayor dificultad a la hora de instalar este sistema, ya que los requisitos son muy rígidos y un edificio protegido presenta enormes dificultades para su adaptación. Por otra parte el almacenaje también presenta serias dificultades de adaptación. Estas cámaras o silos deben construirse bien aislados contra la humedad y pueden constituir sectores de incendio, incluso de alto riesgo si la carga de fuego acumulada es alta. Técnicamente la solución más conveniente es el almacenamiento exterior, ya sea por la falta de adaptación del edificio o bien por razones de protección al fuego. Esta opción también solventa el problema de las fuertes cargas que puede suponer el combustible sobre la estructura, que requiere inevitablemente de la intervención en la estructura. El almacenaje de un volumen de 2 m de altura de pellets supone 7 veces la carga de uso residencial y casi 3 el de espacios de pública concurrencia.
Otra dificulta importante es la instalación de la chimenea de evacuación de humos. Dado que en el proceso de la combustión de las calderas es necesario que los gases quemados salgan a una cierta temperatura mínima, los conductos deben estar convenientemente aislados, por lo que la dimensión de la chimenea aumenta considerablemente. La solución habitual de la salida de humos por fachada del edificio, queda automáticamente descartada para preservar los valores exteriores del edificio, aunque encontrar un espacio técnicamente viable en el interior, no es tarea sencilla. Este requisito puede descartar la solución del empleo de biomasa en la edificación.
Energía geotérmica
La producción energética mediante sistemas geotérmicos presenta la característica fundamental de que es necesario el intercambio con el terreno (ya que en este tipo de edificios la estructuras termoactivas casi se pueden descartar) por lo que la afección a este, es inevitable. Las cimentaciones históricas, suelen estar realizadas mediante materiales discretos, por lo que son especialmente sensibles a movimientos en el terreno y variaciones en sus características. Dada las técnicas constructivas habituales, la interferencia con las cimentaciones puede ser inevitable por lo que la única posibilidad es la perforación en espacio exterior lo suficientemente distante para evitar movimientos. Por ello, la instalación de este sistema pasa por disponer de un espacio exterior de suficiente dimensión para la realización de las perforaciones.
Los equipos necesarios (bombas de calor, vasos de expansión, depósitos de inercia, etc.) no requieren unos requisitos particulares, por lo que pueden instalarse en espacio existentes. Sin embargo, como se ha comentado anteriormente, la necesidad de disponer de espacio exterior en extensión suficiente, indica que la situación óptima sea en una construcción auxiliar, que permita albergar estos equipos. De esta manera, el edificio original se verá afectado exclusivamente por lo colectores, que es más factible de instalar. La conexión con los sistemas de producción existentes, se puede realizar más cómodamente en la construcción auxiliar, lo que facilita también las tareas de mantenimiento y operación.
Pilas de hidrógeno
Otra fuente energética de tipo renovable que es posible que acabe siendo incorporada de forma masiva a los edificios – aunque no se prevé que sea de forma inminente en los próximos años – es la que proporciona las denominadas “pilas de hidrógeno” o “pilas de combustible”. En el ámbito donde este tipo de experiencias han logrado mayores éxitos es en el transporte, aunque diversos proyectos lo están trasladando a la edificación.
Al igual que en casos anteriores, la primea dificultad que se debe afrontar es tanto el peso del líquido almacenado como del recipiente. El almacenaje de 20.000 l de hidrógeno líquido supone un peso aproximado de 14 kN. A esto habrá que incrementar el peso del recipiente contenedor, que debiendo soportar altas presiones y bajas temperaturas, pueden ser espesores importantes de material, que lleve a pesos mayores. La solución pasa bien, por la posición directamente sobre solera (lo que implica tener un espacio disponible a nivel de la última planta, en contacto con el terreno) bien realizar un refuerzo estructural. Esta última opción, es la que más compleja desde el punto de vista de la intervención en el edificio, y puede presentar que para su ejecución se deba alterar de forma significativa el estado original.
Conclusiones
A partir de lo anteriormente expuesto, se puede extraer como principal conclusión que el autoabastecimiento energético (condición imprescindible para lograr edificios de consumo de energía casi nulo) aplicada a edificios protegidos o con valores patrimoniales, se encuentra con numerosas dificultades para su instalación.
Estos conflictos que aparecen entre la preservación de este tipo de edificios con la incorporación de un nuevo sistema de producción energética mediante renovables, puede hacer inviable la instalación. En función de qué tipo de energía se pueden atenuar o agravar las dificultades, que pueden llevar a descartar un determinado sistema. Las más importantes cabe concluir que se tratan de aumento de las cargas en la estructura original, modificación en las propiedades del terreno, modificación de la forma de trabajo de la cubierta o afección a tabaquerías y muros.
El estudio en profundidad de las posibilidades de actuación de un edificio, es el primer requisito para aceptar o no la inclusión de nuevos sistemas tecnológicos de producción energética, con la certeza de que se salvaguardan los valores y la integridad del edificio protegido.
Referencias
- Arroba, M. & Mencías, D. 2008. Integración arquitectónica de algunas energías renovables. 9º Congreso Nacional de Medio Ambiente, Madrid.
- Arroba, M., Mencías, D. , Meneses, J.A. Benítez, P. ,2012, Steel vs. Wood. Hygrometric and structural impacts for replacement of timber structures by metallic ones in protected buildings. Green Lines Institute.
- González Velasco J., 2009, Energías renovables, Editorial Reverté, Barcelona.
- Rey Martínez, F. J & Velasco Gómez, E., 2005, Bombas de calor y energías renovables en edificios, Editorial Paraninfo, Madrid.