Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Javier Pinilla Costa, Director de Obra, CP Grupo
- Jesús García López, Director de Ejecución, CP Grupo
Resumen
Ejemplo de reducción del consumo energético de una promoción de 38 viviendas en bloque con sistema de producción centralizado con bomba de calor, caldera de condensación y emisión por suelo radiante-refrescante. Las viviendas se proyectaron para tener una baja demanda energética 13,50 Kwh/m2año en calefacción y 7,00 Kwh/m2año en refrigeración, mediante; Baja transmitancia térmica de los cerramientos (0,27 W/m2 ºK); La mejora de la estanqueidad de la envolvente, con ensayo final de bloower-door (menos de 3 ren/h); y Reducción de las pérdidas energéticas por ventilación mediante recuperador de calor individual. Una vez reducida la demanda, se diseñó una instalación centralizada basada en la flexibilidad de uso e inercia térmica que se consigue mediante; La disposición de dos calderas de condensación y una bomba de calor para flexibilizar el uso en función de la temperatura exterior (según gráficas AEMET) y/o en función del coste del gas y de la electricidad; y La instalación de suelo radiante-refrescante que permite trabajar a baja temperatura y estabilizar la curva de máxima demanda energética con la de mejores condiciones exteriores. Calificación energética A mediante software oficial Calener VYP. Modelización y cálculo mediante CYPE MEP 2015.
Introducción
Para desarrollar un nuevo edificio residencial situado en Tres Cantos, se analizaron diferentes esquemas para climatizar las viviendas desde el punto de vista de la eficiencia energética. La finalidad era justificar cual era el sistema más óptimo para la tipología de edificación, climatología y uso del mismo desde el punto de vista, tanto de ahorro energético como de ahorro económico.
El edificio en cuestión se diseñó para tener una baja demanda energética, ya que en los últimos años en CP Grupo venimos tomando medidas para mejorar la envolvente. Las transmitancias de los elementos que componen la envolvente están por encima de los estrictamente normativos. Una vez que teníamos un buen aislamiento, pensamos que era de vital importancia analizar el grado de estanqueidad de las viviendas para evitar las infiltraciones incontroladas. En este sentido, llevamos más de 3 años realizando ensayos de estanqueidad Bloower door en las viviendas. De esta forma, hemos conseguido pasar de construir viviendas con más de 6 ren/h de infiltraciones a menos de 3 ren/h.
Una vez que teníamos una baja carga estructural y en base a la baja carga interna que tienen las viviendas, procedimos a analizar qué tipo de ventilación, de las contempladas en el código técnico, deberíamos realizar para poder conseguir la máxima calificación energética. Se estudiaron los sistemas de simple flujo autorregulables, higrorregulables y se compararon con el sistema de doble flujo con recuperación de calor.
Por último, procedimos a analizar las diferentes alternativas por las que se suele refrigerar y calefactar los diferentes recintos hasta llegar al sistema más eficiente y flexible sin tener que hacer uso de energías renovables.
Materiales y métodos
Envolvente
Ventilación: Caudales
Sistemas: (ventilación)
Ventilación mecánica simple flujo autorregulable
El caudal de extracción es el total de la tabla III. (10.260,00 m3/h).
La extracción se realiza mediante cajas de ventilación situadas en cubierta. Estos extractores se instalan aproximadamente por cada 6 viviendas y mueven un caudal de unos 1500,00 m3/h. Viendo la gráfica de trabajo de estos extractores, con estos caudales el consumo es de 430,00 W (72 W por vivienda).
Ventilación mecánica simple flujo higrorregulable
El aire viciado se extrae en la cocina, los baños y los aseos por las bocas higrorregulables que se abren en función de la humedad ambiental, o por las bocas temporizadas. Las bocas están conectadas al grupo mediante conductos aislados. Este tipo de ventilación necesita de Documento de idoneidad técnica, ya que no respeta los caudales del CTE.
Según el DIT del fabricante Siber, en viviendas plurifamiliares situadas en zona climática D se reduce el caudal de extracción en un 42%. (5.690,80 m3/h).
Con esta reducción de pérdidas energéticas por la ventilación, la carga máxima en verano se reduce en un 4% y la de invierno en un 9 %
La extracción se realiza mediante cajas de ventilación situadas en cubierta. Estos extractores se instalan aproximadamente por cada 6 viviendas y mueven un caudal de unos 1000,00 m3/h. Viendo la gráfica de trabajo de estos extractores, con estos caudales el consumo es de 380,00 W (64 W por vivienda).
Ventilación doble flujo con recuperador de calor
Es un sistema de ventilación que asegura la calidad de aire, a través de la extracción del aire viciado en las estancias húmedas (cocina, baños, aseos, lavaderos, etc.) y que simultáneamente asegura la insuflación de aire nuevo filtrado en las estancias secas (salón, comedor, dormitorios, etc). Entre ambos flujos se interpone un recuperador de calor que permite que, el aire nuevo recupere las calorías del aire viciado que extraemos de la vivienda, gracias a la presencia de un intercambiador térmico, ayudando a mantener la temperatura en la vivienda.
Con esta reducción de pérdidas energéticas por la ventilación, la carga máxima en verano se reduce en un 9% y la de invierno en un 20 %
Viendo la gráfica de trabajo de estos recuperadores, con estos caudales el consumo se estima en 35 W en admisión y 35 W en extracción (70 W por vivienda).
Sistemas: (emisión de calor)
Radiadores a alta Tª
Este sistema era el más habitual en viviendas, aunque con el nuevo RITE, estas temperaturas de entrada y retorno ya no se permiten. Consiste en la producción del agua caliente de calefacción con unas temperaturas de entrada y retorno de 75º/55º, mediante una caldera de condensación.
Radiadores a media Tª
Este sistema surge porque el nuevo RITE, en el punto 9 del apartado IT 1.2.4.1.2.1 Requisitos mínimos de rendimientos energéticos de los generadores de calor, indica que los emisores deberán estar calculados para una temperatura media de emisor de 60 ºC como máximo. Consiste en la producción del agua caliente de calefacción con unas temperaturas de entrada y retorno de 65º/55º.
Los radiadores convencionales se tienen que incrementar un 30% para garantizar la potencia que ofrecían a alta temperatura.
Suelo radiante a baja Tª
Este sistema no es tan habitual en viviendas, pero al tener que instalar radiadores de mayor dimensión que condicionan el amueblamiento e incrementan el coste de la instalación, cada vez se empieza a instalar con más frecuencia. Consiste en la producción del agua caliente de calefacción con unas temperaturas de entrada y retorno de 45º/40º.
Sistemas: (emisión de frio)
Para el cálculo en la producción de la refrigeración se tendrá en cuenta si esta es individual o colectiva. En el caso de ser colectiva, se podrá aplicar la carga máxima del conjunto de viviendas. La potencia de la producción máxima será (188.241,95 W). El dimensionado de la red de distribución dependerá del salto térmico que se decida en la instalación y del tipo de transporte de energía (gas refrigerante o agua). En el caso de ser individual, se deberá calcular con la carga máxima de cada vivienda, un 20 % mayor.
Expansión directa con conductos y rejillas
Los sistemas de expansión directa con Split o sistemas separados, distribuyen el refrigerante de la unidad condensadora, que se encuentra en el exterior, a las unidades evaporadoras de las áreas acondicionadas. La máquina exterior se sitúa en la cubierta del edificio y la unidad interior en el baño secundario de cada vivienda.
Dentro de cada vivienda se realiza una red de conductos por el falso techo de la vivienda que distribuye el aire a los dormitorios y salón. La difusión del aire se produce mediante la colocación de unas rejillas metálicas al final de los conductos.
Solamente existe un termostato en el salón que controla la necesidad o no de A/A de toda la vivienda. La máquina interior distribuye aire a toda la red de conductos.
Expansión directa con multi-splits
Los sistemas de expansión directa con multi-splits, al igual que el anterior, son sistemas separados que distribuyen el refrigerante de la unidad condensadora, que se encuentra en el exterior, a las unidades evaporadoras de las áreas acondicionadas. La máquina exterior se sitúa en la cubierta del edificio y las unidades interiores en los dormitorios y salón. En este caso la difusión del aire la realiza directamente cada unidad interior.
Por cada vivienda se instala una máquina exterior y máquinas interiores en dormitorios y salones.
Existen tantos termostatos como máquinas interiores. Cada máquina cubre la demanda necesaria en cada recinto.
Expansión indirecta. Suelo refrescante y fancoil
En los sistemas de expansión indirecta, el ciclo frigorífico con gas refrigerante se realiza en la enfriadora que se instala en la cubierta del edificio y enfría el agua que se envía a las viviendas.
El suelo refrescante no tiene potencia suficiente para cubrir ciertas estancias por limitación en la temperatura superficial. Suele pasar en los recintos con alta carga interna. Salones y cuartos de estar. En dichas estancias se tiene que dejar la posibilidad de instalar un fancoil por si, por su uso, fuera necesario.
Por cada vivienda se instalan termostatos independientes en salones, cocinas y dormitorios.
Resultados
Mediante el software oficial Calener versión 1.0 vigente cuando se realizó el proyecto se realizaron 9 simulaciones correspondientes a las 9 posibilidades según el tipo de ventilación y de emisión de calor.
Discusión
Se analizan los costes de las instalaciones que cumplen normativa (se elimina la alta temperatura y ventilación mecánica por superar la demanda límite) para poder analizar la rentabilidad de cada solución. Para ello se utilizan precios de instalaciones ya realizadas.
Observamos que una vez que hemos instalado el suelo radiante, el coste de la solución completa, calefacción y refrigeración es incluso más barato con suelo radiante/refrescante que con la instalación de equipos de expansión directa.
Teniendo en cuenta, que la instalación mínima normativa nos costaba con refrigeración 9.168.97 y con suelo radiante-refrescante y apoyo de fancoils 9.347,87, nos decantamos por esta solución.
Conclusiones
La instalación de suelo radiante y recuperador de calor es la única forma de obtener la mejor calificación energética (A) sin utilizar energías renovables y siempre y cuando se garantice una buena envolvente. La instalación de suelo radiante-refrescante y recuperador de calor cuando se va a entregar la vivienda con refrigeración no supone incremento de coste.
A parte de la obtención de la mejor calificación energética, tendríamos una instalación más flexible ya que podríamos producir calor mediante la bomba de calor o mediante las calderas.
Para analizar el funcionamiento óptimo de la instalación conjunta se vuelven a calcular las cargas térmicas finales con el suelo radiante y el recuperador de calor. Una vez calculada la carga máxima y teniendo la recta de demanda del edificio en función de la temperatura exterior, superponemos la curva de funcionamiento de la bomba de calor instalada y que ha sido seleccionada para la carga máxima de refrigeración (Figura 4).
Podemos ver que partir de una temperatura exterior de 4,5 ºC la bomba de calor tiene potencia para dar calefacción al total del edificio. En ese instante el COP está por encima de 3. Según los datos sacados de AEMET de las temperaturas exteriores año 2013, el 88% de las horas del año están por encima de 4,5 ºC y el otro 12% son horas nocturnas en las que la temperatura de consigna es más baja.
A más de 4,5 ºC la bomba de calor tiene un COP superior a 3,12 y teniendo en cuenta los precios de la energía actuales, el precio del kW consumido con bomba de calor sería 0,0432 € (0,135 €/kW eléctrico) y el precio del kW consumido con la caldera sería 0,0508 €. Teniendo en cuenta además, que podría optimizarse el consumo gestionando la discriminación horaria y la inercia térmica del sistema.
La flexibilidad para poder producir energía con suministro eléctrico o gas nos permite, que ante subidas económicas de alguna de las dos energías, se pueda variar el criterio de uso. Por ejemplo, el gas se ha encarecido más de un 47% desde 2005.