Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- María Fernández Boneta, Ingeniero Senior, CENER – Centro Nacional de Energías Renovables (Departamento de Energética Edificatoria)
- Luis Marquez Barrero, Arquitecto, Garrigues Asociados
Resumen
La metodología de coste óptimo de la Comisión Europea permite analizar las distintas medidas de eficiencia energética, y priorizarlas según la relación entre su coste y su eficacia. Esta metodología ha sido aplicada en la rehabilitación energética de un edificio situado en Madrid, el cual se va a transformar en un edificio de 28 viviendas de elevadas prestaciones energéticas. A partir del análisis del proyecto de rehabilitación, se identificaron las principales medidas de eficiencia energética a ser evaluadas, de forma que los resultados del cálculo coste-óptimo provenientes de la evaluación de 721 conjuntos de medidas a través de herramientas de cálculo dinámico computacional, llevaran a la recomendación de las medidas para una rehabilitación óptima desde el punto de vista económico-energético, alcanzando una reducción del consumo entorno al 75%.
Antecedentes
Como es sabido, el consumo energético en los edificios de la Unión Europea supone de media el 40% sobre el consumo energético total; en España el valor de consumo energético de edificios se cifra en torno al 30% (datos 2013), que equivale a 286TWh. En concreto el sector residencial es el responsable del 19% del consumo energético en nuestro país (175TWh).
Dado el potencial existente de mejora, desde la Comisión Europea se están desarrollando políticas específicas para reducir el consumo energético de este sector, tales como la Directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios, y la Directiva 2012/27/UE relativa a la eficiencia energética.
El artículo 5 de la Directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética en rehabilitación exige a los Estados miembros la presentación a la Comisión de un informe de forma regular, relativo a los requerimientos mínimos de eficiencia energética establecidos de acuerdo al cálculo de coste óptimo. El reglamento delegado nº244/2012 establece la metodología específica.
El cálculo de coste óptimo se basa en establecer una comparativa objetiva de distintos paquetes de medidas de mejora de la eficiencia energética, a través de su coste global y su consumo de energía primaria. En esta línea existen diversos proyectos en los que CENER ha participado, así como el propio informe presentado a la Comisión por parte del Ministerio de Fomento.
Aunque el Artículo 5 de la Directiva 2010/31/EU únicamente obliga a la realización de este estudio para edificios de referencia con el fin de fijar los requisitos mínimos de eficiencia energética en cada Estado miembro, su aplicación a casos concretos como este, permite extraer conclusiones más precisas y válidas, incluyéndolas en la redacción del proyecto de rehabilitación, facilitando así la consecución del objetico de EECN en el edificio a rehabilitar.
Proyecto
En 2014 la Tesorería General de la Seguridad Social sacó a subasta pública la venta de este edificio que llevaba vacío varios años. La puja fue ganada por la Cooperativa Valnova gestionada por Domo Gestora de Viviendas y con proyecto de Garrigues y Asociados.
El proyecto tiene por objeto la rehabilitación del Edificio situado en la calle Bretón de los Herreros nº41 de Madrid, previamente ocupado por el Ministerio de trabajo como un edificio de uso administrativo tras una reforma realizada en 1968 y originalmente un edificio residencial para viviendas de funcionarios edificado en 1948.
Esta rehabilitación pretende convertir la edificación en un edificio residencial plurifamiliar de 28 viviendas de elevadas prestaciones energéticas.
En la rehabilitación del edificio se mantiene la tipología del edificio que cuenta con dos patios interiores de forma que todas las viviendas tengan una fachada exterior (a calle o patio de manzana) y una fachada interior al patio del edificio. Esto permite conseguir viviendas con ventilaciones cruzadas como una primera estrategia energética mediante sistemas pasivos tradicionales, además de otras múltiples medidas adoptadas inicialmente.
Aunque el proyecto contaba con un elevado nivel de prestaciones energéticas, al ser una cooperativa de viviendas y no una promoción convencional, se le propuso a la misma la posibilidad de realizar un estudio de optimización energética. Los cooperativistas decidieron acometer dicho estudio para poder tener datos de la manera más objetiva posible que les ayudara a decidir entre las diferentes posibilidades de optimizar la eficiencia energética de su edificio Hay que tener en cuenta que la práctica totalidad de los cooperativistas son familias que van a vivir en el edificio y para ellos es muy importante tener el máximo nivel de eficiencia energética y optimizar el coste global asociado al edificio y su posterior utilización.
Metodología
La metodología de trabajo llevada a cabo se ha basado en el documento de Directrices que acompaña al reglamento nº244/2012 de la Comisión Europea, que describe la forma de aplicar la metodología de coste (o rentabilidad) óptimo, con el fin de que los Estados miembros definan sus requisitos mínimos de eficiencia energética.
Coste óptimo
Mediante la correcta aplicación de la metodología de coste óptimo es posible determinar los conjuntos o paquetes de medidas de mejora que implican la máxima rentabilidad, así como marcar la dirección en la que el edificio se acercará al estándar de edificio de energía casi nula con el mínimo coste asociado.
El cálculo se descompone principalmente en dos vías:
- Consumo anual en términos de energía primaria, incluyendo el consumo de calefacción, refrigeración, ventilación y ACS.
- El cálculo del coste global como valor actual neto, que incluye la inversión inicial, la suma del coste de operación anual durante 30 años, incluyendo el coste de la energía, y el coste de sustitución (si procede), todos los flujos actualizados al año inicial. El esquema de costes se adjunta en la siguiente figura.
Todo ello con el fin de representar todos los conjuntos de medidas de eficiencia energética considerados de la forma que se muestra a continuación, permitiendo identificar las medidas que conllevan un coste óptimo y las medidas con un mínimo consumo de energía primaria.
Caracterización del edificio
Para realizar el cálculo de consumo de energía primaria asociado a cada conjunto de medidas seleccionado, es necesaria la caracterización del edificio para evaluar su comportamiento térmico bajo la implementación de los distintos conjuntos de medidas de eficiencia seleccionados, permitiendo tener en cuenta los efectos cruzados de las distintas medidas aisladas.
Se ha modelado el edificio con 58 zonas térmicas según orientaciones y usos principales, de las cuales 50 corresponden a las 28 viviendas (estando adecuadamente acondicionadas), 7 a las zonas comunes de distribuidores y escaleras (no acondicionadas) y 1 para la planta baja que contiene trasteros, locales comunitarios y portal (se considera no acondicionada en su totalidad a efectos de cálculo). Algunas imágenes del modelo así descrito se muestran a continuación.
El modelo y posterior cálculo ha sido desarrollado con el motor de cálculo EnergyPlus v8.3.3 para simulación dinámica de edificios, desarrollado por el Departamento de la Energía de EEUU (DOE).
La caracterización constructiva se ha realizado en base a los materiales y espesores que componen los cerramientos exteriores originales.
El cálculo dinámico incluye tanto las solicitaciones exteriores como las solicitaciones interiores, de las cuales las más importantes se recogen a continuación.
- Solicitaciones exteriores:
- Climatología de Madrid, representada por el fichero de la zona climática D3 del CTE HE 2013 para verificación del cumplimiento de código técnico.
- Condiciones de contorno, definidas por cerramientos exteriores, adiabáticos y en contacto con zonas no acondicionadas
- Elementos de sombra fijos: los propios del edificio y edificios colindantes
- Solicitaciones interiores:
- Cargas internas de ocupación, iluminación y equipos extraídas del calendario de condiciones operacionales de referencia para la certificación energética.
- Consignas de temperatura de confort ligeramente modificadas respecto a los calendarios operacionales de certificación para obtener resultados más realistas: 21º y 24ºC para temperaturas de confort en invierno y verano respectivamente, 18ºC y 27ºC como temperaturas económicas.
- El control de consigna se realizará por temperatura operativa como recomienda la metodología, con el fin de tener en cuenta el efecto positivo de la mejora de la envolvente térmica sobre la percepción en el confort de los usuarios.
- Ventilación: se ha considerado el caudal de ventilación por salubridad equivalente a la renovación con aire exterior de una tasa de 0.63 ren/h en base a cálculo según el Documento HS3.
Medidas de eficiencia energética
Tras el análisis del proyecto, se definieron entre CENER y Garrigues Asociados, las medidas de eficiencia energética consideradas como viables para su evaluación dentro de la metodología de coste óptimo, clasificadas en función de su objetivo.
Los costes han sido extraídos de distintas fuentes dependiendo de su naturaleza o accesibilidad; proyecto, constructora y/o bases de datos propias (proyecto ENTRANZE).
De acuerdo con la metodología de coste-óptimo se omiten del cálculo aquellos costes que serán iguales en todos los conjuntos de medidas aplicadas, ya que no aportan valor a la comparativa (por ejemplo en este caso los costes asociados a los sistemas de distribución, regulación y control de las instalaciones térmicas).
Las medidas consideradas son:
- 60 combinaciones de medidas de reducción de la demanda con:
- Distintos niveles de aislamiento de fachadas, cubierta y suelo
- Distintas clases de huecos
- Dispositivos de protección solar
- Distintitas soluciones de ventilación para cumplimiento HS3: convencional, higrorregulable y doble flujo con recuperación de calor
- 4 variantes de instalaciones de generación:
- Calderas de gas de condensación y aerotermia aire-aire
- Instalación de aerotermia aire-agua 100%
- Instalación de bomba de calor geotérmica (agua-agua) para cubrir la demanda base (aproximadamente el 80% de la misma) y aerotermia aire-agua para cubrir los picos (aproximadamente el 20% de la demanda)
- Caldera de biomasa y aerotermia aire-aire
- 3 configuraciones de apoyo con energías renovables:
- 50% solar térmica para ACS (mínimo normativo HE4)
- 70% solar térmica para ACS y aproximadamente el 10% para calefacción
- 50% solar térmica para ACS (mínimo normativo HE4) y 6kWp de instalación fotovoltaica
Resultados
La evaluación de los 721 conjuntos de medidas mediante la metodología de coste óptimo permite obtener un resultado gráfico y cuantificado de las soluciones en términos de su consumo de energía primaria no renovable y coste global asociado. De esta forma el resultado final es la selección de una o varias soluciones de medidas, incluyendo soluciones de envolvente y sistemas, que permitan alcanzar un reducido consumo energético con un menor coste global asociado.
Además, el cruce de esta metodología con la certificación oficial de edificios existentes, permite seleccionar la solución que permita alcanzar la máxima calificación energética (A) con un menor coste.
Conclusiones
La aplicación a casos concretos de la metodología de coste óptimo definida por la Comisión Europea para edificios de referencia, permite establecer una herramienta objetiva de toma de decisiones entre el abanico de soluciones de eficiencia energética disponibles en el mercado para un proyecto concreto, dejando al margen la priorización subjetiva que se da en algunos casos.
Así, el estudio ha permitido informar a la propiedad de las opciones viables y rentables que permiten dotar al proyecto de las más altas prestaciones energéticas, incrementando la calidad medioambiental del proyecto, sin que ello conlleve un sobrecoste o en todo caso el menor posible.
Referencias
- Comisión Europea, 2012, Directrices que acompañan al Reglamento Delegado (UE) nº244/2012
- Fernández, M., 2013, Cost of energy efficiency measures in buildings refurbishment: a summary report on target countries, D3.1 of WP3 from Entranze Project
- Pitrobon, M., Armani, R., Zangheri, P. & Pagliano, L., 2013, Reporto n Cost/Energy curves calculation, D3.3 of WP3 from Entranze Project
- Entranze