Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Miguel Ángel García-Fuentes, MSc. Arch, Fundación CARTIF
- Carolina Pujols, MSc. Arch, ACCIONA Infraestructuras
- Ali Vasallo, Dr., Fundación CARTIF
- Pajares, MSc. Eng, Fundación CARTIF
- Andrea Martín, MSc. Arch, Fundación CARTIF
Resumen
Aunque el concepto de Edificios de Energía Casi Nula se puede aplicar fácilmente en obra nueva, al abordar proyectos de rehabilitación resulta necesario pensar en medidas energéticas integradas a nivel de distrito, dando lugar así al concepto de Distritos de Energía Casi Nula. Este planteamiento no sólo incrementa el abanico de soluciones disponibles sino que también permite alcanzar objetivos más ambiciosos. Este artículo presenta una metodología replicable de rehabilitación a escala urbana y su aplicación a un área del distrito del Cuatro de Marzo en Valladolid, con unas condiciones de confort deficientes y elevados consumos energéticos. Así, se analiza cómo la metodología propuesta facilita el diagnóstico de las condiciones actuales del distrito y, seguidamente, la selección óptima de posibles soluciones energéticas en base a una serie de indicadores de sostenibilidad.
Introducción
En la Unión Europea existen cerca de 160 millones de edificios, cuyo consumo de energía primaria se aproxima al 40% del global en Europa y genera en torno a dos tercios de las emisiones de CO2. Con el objetivo de paliar esta situación, la Comisión Europea, dentro del Plan de Acción para la Eficiencia Energética, identifica la Eficiencia Energética en Edificios como prioridad fundamental. Los objetivos de la estrategia Europe 2020, 20% de ahorro energético, 20% de reducción de emisión de gases de efecto invernadero y 20% de aumento del uso de fuentes de energía renovable, refuerzan esta prioridad.
Esta estrategia pasa necesariamente por una correcta integración de medidas de reducción de la demanda, mejora de la eficiencia energética de los sistemas, producción a partir de fuentes renovables y herramientas de gestión de la energía consumida y producida. Mientas que para nueva edificación el concepto de Edificios de Energía Casi Nula resulta más claro y factible, en el ámbito de la rehabilitación no es tan inmediato implementar esas medidas a nivel de edificio. La coherencia hace pensar en medidas integradas que involucren a conjuntos de edificios, apareciendo así el concepto de Distritos de Energía Casi Nula.
El distrito del Cuatro de Marzo
El distrito del Cuatro de Marzo surge a mediados del s. XX al amparo de las grandes promociones estatales de vivienda protegida, bajo un proyecto único, con parámetros de escala y condiciones de planeamiento controladas y tipologías de bloque abierto y torre.
Redactado por los arquitectos M. López, J. González, J. Vaquero y L. Tuesta y promovido por el Patronato Francisco Franco, el proyecto fue aprobado por el Instituto Nacional de Vivienda en 1957 y se realizó en dos fases, sumando un total de 1.947 viviendas, una iglesia, cuatro grupos escolares, veintiún comercios, un edificio dotacional y la urbanización del conjunto.
Características morfológicas y constructivas
Sobre una superficie de parcela de 16 ha. se construyeron un total de 81.000 m2 de uso residencial -vivienda protegida- distribuidas en 183 bloques lineales de B+4 o B+3 y 6 torres de B+10. Existen cuatro tipos diferentes de viviendas, que oscilan entre los 70 y 100 m2 y tienen un programa común compuesto por salón-comedor, cuatro o cinco dormitorios, cocina, despensa, baño, aseo y dos terrazas.
En cuanto a las características constructivas, los edificios se resuelven con muros de carga perimetrales de asta y media de ladrillo cara vista sobre muro de zócalo de 45 cm de espesor de mampostería regular trasdosado con hormigón en masa, además de muro de carga central de un asta de ladrillo galletero. Las cubiertas se resuelven con bóvedas vaídas sobre tablero de rasilla.
El Proyecto R2CITIES: Renovación de Espacios Urbanos Residenciales hacia Ciudades de Energía Casi Nula
El proyecto europeo R2CITIES[1] tiene como objetivo desarrollar y validar una metodología global y científica de rehabilitación energética que facilite implementar soluciones a escala de distrito. Dicha metodología consta de cinco fases, que son (I) auditoría de distrito, (II) evaluación y diseño de soluciones y negociación con los implicados, (III) ejecución, seguimiento y puesta en marcha, (IV) operación y mantenimiento, y (V) evaluación de los ahorros energéticos y plan de aceptación, y se apoya en el empleo de indicadores de sostenibilidad que permiten evaluar el comportamiento energético, las condiciones de confort y diferentes aspectos ambientales, sociales, económicos y urbanos.
El fin es optimizar la solución final y alcanzar elevados ratios de mejora del comportamiento energético con unos costes razonables y compatibles con diferentes modelos de financiación.
La característica fundamental de replicabilidad de esta metodología no persigue la reproducción sistemática de las medidas de eficiencia energética implementadas, sino la réplica de los instrumentos que permiten diagnosticar, proponer, seleccionar y evaluar las combinaciones de distintas soluciones de eficiencia energética.
Metodología de rehabilitación a escala urbana
R2CITIES plantea una herramienta metodológica exhaustiva y en base a una serie de indicadores objetivos que permiten evaluar, en cada fase, tanto el estado del distrito -en los ámbitos energético, de confort, ambiental, económico, social y urbano- como las alternativas de intervención, así como hacer el seguimiento de la ejecución de los trabajos y cuantificar los ahorros energéticos y la mejora de las condiciones de confort.
Dado el gran potencial de ahorro energético y de mejora de las condiciones de confort, junto con la gran homogeneidad tipológica y constructiva, que presentan este tipo de conjuntos residenciales, se plantea el salto del edificio al distrito con objeto aplicar medidas escalables, reduciendo así tiempo y coste, y la integración de diversas medidas de conservación fácilmente replicables en el conjunto del distrito.
Esta herramienta metodológica propone la implementación del método IPD (Integrated Project Delivery), a la vez que se apoya en un instrumento que permite centralizar la información y dar soporte a todos los actores involucrados en el proceso, así como a las diferentes herramientas auxiliares, el BIM (Building Information Modelling).
Fase I – Auditoría de distrito: indicadores de estado, presión y respuesta
La metodología comienza con el diagnóstico del estado actual del distrito, cuantificando parámetros clave por medio de la recogida de datos de facturación de los vecinos y de sus hábitos de uso de los sistemas energéticos, para construir los perfiles de consumo de las viviendas.
Por otro lado, las simulaciones energéticas permiten obtener la demanda energética, parámetro no directamente cuantificable. Para verificar su precisión, ésta ha de ser validada con los perfiles de consumo real y una serie de ensayos que muestran el comportamiento energético real.
Posteriormente, finalizada la auditoría del distrito, han de definirse los objetivos a alcanzar por medio de la intervención (en términos de ahorros energéticos, económicos, mejora de las condiciones de confort, etc.), así como los condicionantes derivados de las barreras identificadas (limitación de costes, condicionantes técnicos, sociales, etc.).
Fase II – Evaluación y diseño de las soluciones y negociación
La segunda fase plantea al diseño de soluciones por medio de la instalación de diversas tecnologías de eficiencia energética (pasivas, activas o híbridas), viables desde el punto de vista técnico, que permiten mejorar el comportamiento energético y las condiciones de confort de los edificios del distrito.
En esta fase es clave el análisis de la interacción que cada tecnología tiene sobre las demás, ya que las implicaciones sobre los ahorros o los costes de las tecnologías combinadas no se pueden evaluar de forma individual. Al analizar la combinación de medidas activas y pasivas, el retorno de las inversiones se equilibra de forma que los diferentes modelos de inversión pueden responder a una intervención de esta envergadura, algo que no ocurre cuando se aplican las medidas pasivas de forma independiente.
De forma paralela, se desarrolla un proceso de negociación donde se verifica que las demandas y necesidades de los clientes, planteadas en la primera fase, se cumplen, al mismo tiempo que se garantizan unos costes asumibles bajo el modelo financiero planteado, considerando no sólo la inversión inicial, sino los beneficios a corto, medio y largo plazo.
Fases III-V – Ejecución de los trabajos, operación y mantenimiento y evaluación de ahorros
Las tres últimas fases de la metodología contemplan la ejecución de los trabajos de rehabilitación, la operación y mantenimiento del edificio, la evaluación de los ahorros energéticos obtenidos (por medio de un protocolo estricto de Medida y Verificación) y, finalmente, la caracterización final de todos los parámetros de evaluación.
Resulta de vital importancia que en estas fases se mantenga el mismo discurso metodológico, en coherencia con las fases anteriores y empleando las herramientas establecidas en este marco, de forma que recursos como el BIM permitan asistir a las fases de ejecución y operación y mantenimiento, así como seguir empleando los indicadores de sostenibilidad establecidos desde la primera fase.
Resultados
En el momento actual de desarrollo del proyecto se ha desarrollado, parcialmente, la primera fase planteada en la metodología en el distrito del Cuatro de Marzo de Valladolid. Se han determinado indicadores de sostenibilidad y se han realizado simulaciones energéticas para evaluar el comportamiento de los edificios, que se han validado con los datos reales obtenidos de la facturación de los consumos energéticos, y ajustado en base a parámetros de uso de los edificios (perfiles de ocupación, uso de sistemas energéticos, percepción de confort, etc.).
Para la obtención de los datos de consumos y de usos se han desarrollado y circulado entre los vecinos unas encuestas que han permitido, asimismo, recoger otros indicadores de carácter económico (niveles de rentas, tasa de desempleo, etc.) y social (edades, personas con discapacidad, cohesión social, etc.).
Además, mediante una serie de ensayos no destructivos (termografía infrarroja y Blower Door test) se han obtenido de forma objetiva otros datos necesarios para la evaluación del estado actual del distrito.
Completada la fase de diagnóstico, y en base a las demandas y necesidades de los clientes (en este caso reducción del consumo total de energía en un 60% y reducción de las emisiones de CO2 en otro 60% con objeto de alcanzar un consumo energético final de 70 kWh/m2a y unas emisiones finales no superiores a 25 kg.CO2/m2a) se plantean un conjunto de medidas para lograr estos objetivos.
Estas medidas contemplan el aislamiento térmico de fachada y cubierta, sustitución de ventanas, sistema centralizado de calefacción de distrito alimentada con biomasa y con apoyo de una instalación de solar térmica, integración de sistemas de captación solar fotovoltaica en fachada (Building Integrated Photovoltaic), sistema tradicional de paneles en cubierta y sistemas de gestión energética, control y actuación sobre ciertos elementos (distribución energética, termostatos regulables o válvulas termostáticas en radiadores).
Así, la distribución de ahorros prevista con las diferentes medidas queda de la siguiente manera:
Discusión y Conclusiones
El concepto de Distrito de Energía Casi Nula pasa necesariamente por abordar la rehabilitación de áreas urbanas completas, tal como demuestra la investigación desarrollada en el proyecto R2CITIES. Así, la metodología innovadora presentada, que nace con el objetivo de ser fácilmente replicable en distritos residenciales de toda Europa, se basa en los principios del IPD y BIM para determinar una serie de indicadores de rendimiento que permiten monitorizar la evolución del comportamiento del conjunto del distrito a lo largo de todas las fases que cubre.
Planteando la rehabilitación de edificios residenciales desde un punto de vista de distrito el abanico de soluciones, especialmente para integración de medidas activas de generación de energía, es mucho mayor.
Tras la aplicación de la primera de las fases –auditoría- al distrito del Cuatro de Marzo en Valladolid, se han detectado y cuantificado las principales deficiencias en la envolvente de los edificios, lo que permite valorar de forma objetiva las soluciones necesarias que cubran un doble objetivo de disminuir la demanda de la envolvente y garantizar las condiciones de confort en el interior de los edificios.
Además, durante las primeras etapas de la fase de diseño se demuestra que existe un gran potencial de implementación de sistemas pasivos de acondicionamiento y sistemas de generación energética a nivel de distrito, especialmente la integración de sistemas de energías renovables. En concreto, sistemas de calefacción de distrito alimentados con calderas de biomasa y sistemas de producción energética solar.
En la fase de negociación cabe destacar que un análisis riguroso del coste/beneficio de las medidas a integrar es esencial a la hora de plantear un modelo de negocio atractivo a los usuarios y los promotores. Todo ello acompañado necesariamente de la participación de las entidades públicas mediante políticas de regeneración urbana.
Los modelos de negocio actuales -principalmente el modelo ESCO- no contemplan generalmente la aplicación de medidas pasivas que reduzcan la demanda, ya que los retornos de la inversión son mayores. Sin embargo, aprovechando el salto a nivel de distrito y la combinación de tecnologías pasivas y activas, junto con la indudable ventaja de la economía de escala, se reduce la inversión así como los periodos de retorno. De esta forma, el producto final es más atractivo y, por lo tanto, rentable a largo plazo.
Reconocimientos
Este trabajo de investigación ha sido financiado por la Comisión Europea, a través del 7º Programa Marco bajo el proyecto de investigación R2CITIES (Renovation of Residential urban spaces: Towards nearly zero energy CITIES), cuyo Grant Agreement es el nº: 314473.
Referencias bibliográficas
- Meiss, A., Del Caz, R. & Álvaro, A., 2013, Rehabilitación de barrios de vivienda social. El ARI de la Rondilla en Valladolid. Universidad de Valladolid, Valladolid.
- Fernández, J. A., 1991, Promoción oficial de viviendas y crecimiento urbano en Valladolid, Universidad de Valladolid, Valladolid.
- Font Arellano, A., 1976, Valladolid. Procesos y formas del crecimiento urbano, Delegación de Valladolid del COAM, Madrid.
- Gigosos, P. & Saravia, M., 1997, Arquitectura y urbanismo de Valladolid en el siglo XX, Serie: Historia de Valladolid, VIII-2, Ateneo de Valladolid, Valladolid.
- López, M., González, J., Vaquero, J. & Tuesta, L., 1959, Memoria original de Proyecto de 2.000 viviendas protegidas en Valladolid. Grupo: 4 de Marzo. Promotor: Patronato Francisco Franco de Valladolid. Marzo de 1959. Archivo Provincial, Diputación de Valladolid.
- [1]R2CITIES: Proyecto financiado por el 7º Programa Marco de la UE: Grant Agreement nº: 314473