Sistema de vivienda protegida industrializada de consumo energético casi nulo

Comunicación presentada al VII Congreso Edificios Energía Casi Nula

Autores

• Francisco Campuzano Izquierdo, Jefe de la Sección de Planificación, Sistemas de Información y Gabinete de Estudios, Agencia de Vivienda y Rehabilitación de Andalucía (AVRA)
• Javier Gómez Vázquez, Técnico de la Sección Planificación, Sistemas de Información y Gabinete de Estudios, AVRA
• María Elena Morón Serna, Jefa de la Sección de Rehabilitación de Edificios, AVRA
• Jorge Ruíz García, Jefe del Equipo de Rehabilitación, AVRA

Resumen

El proyecto consiste en una contratación pública de innovación para la prueba de concepto y evaluación de la viabilidad técnica y del potencial comercial de un sistema modular y flexible de vivienda protegida plurifamiliar, industrializada, de consumo energético casi nulo. El objeto del proyecto es diseñar un sistema arquitectónico compuesto por elementos constructivos producidos de forma industrializada e integrables modularmente, así como por los procesos necesarios para su integración y uso en edificios plurifamiliares de vivienda protegida de consumo energético casi nulo. Afronta el reto de la administración pública andaluza de construir viviendas protegidas de consumo energético casi nulo, en un plazo lo más corto posible y evitar así que la escasez de oferta se traduzca en mayores tensiones en los precios que empeoren aún más la accesibilidad a la vivienda.

Palabras clave

Vivienda protegida, construcción industrializada, edificios de consumo energético casi nulo.

Introducción

La Agencia de Vivienda y Rehabilitación de Andalucía (AVRA) ha sido adjudicataria del proyecto Sistema de vivienda protegida industrializada de consumo energético casi nulo NZEISHB (Near Zero Energy Industrialized Social Housing Building) presentado el 7 de enero de 2020 a la convocatoria de proyectos de Compra Pública de Innovación realizada por la Consejería de Economía, Conocimiento, Empresas y Universidad de la Junta de Andalucía.

Antecedentes

La reciente aprobación del Real Decreto Ley por el que se modifica el Código Técnico de la Edificación (CTE) supondrá la obligación para todos los nuevos edificios, incluidos los plurifamiliares de vivienda protegida, de contar con un consumo de energía casi nulo.

Sin embargo, son muy escasas las experiencias en este tipo de edificios, limitándose hasta ahora a edificios unifamiliares o soluciones parcialmente industrializadas.

Por otro lado, los promotores de vivienda protegida no están suficientemente preparados para responder al reto que supondrá la aplicación de esta normativa.

A la necesidad de cumplir con estas exigencias de sostenibilidad se une la dificultad de hacerlo dentro de límites de precio asequible propios de la vivienda protegida.

Añadido a lo anterior, la escasa promoción de nuevas viviendas protegidas en los últimos años y la espiral de precios de la vivienda en alquiler, han creado una importante bolsa de demanda insatisfecha de vivienda protegida. Así, el número de calificaciones definitivas en Andalucía ha pasado de una media anual de más de 9.000 entre 2008 y 2012, a 2.820 viviendas en 2013 y 2014, a 696 en 2015 y 2016, y a solo 50 viviendas de media en 2017 y 2018. En 2019, con datos al mes de junio, no se había calificado definitivamente ninguna vivienda protegida en Andalucía.

Por su parte, el nuevo Plan “VIVE”, de Vivienda, Rehabilitación y Regeneración Urbana de Andalucía 2020-2030 contemplará, solo para el período 2020-2024, calificar 25.550 nuevas viviendas protegidas en las reservas de suelos del 30% para este tipo de viviendas.

En definitiva, la administración pública andaluza afronta el reto de construir miles de viviendas protegidas de consumo energético casi nulo y, además, hacerlo en un plazo lo más corto posible para evitar que la escasez de oferta genere un alza en los precios que dificulten aún más el acceso a la vivienda.

A nivel estatal es igualmente importante hacer mención al Plan Estatal de Vivienda 2018-2021. Entre cuyos objetivos, hay varios relacionados con el proyecto NZEISHB, destacando, entre otros: “Mejorar la calidad de la edificación y, en particular, de su conservación, de su eficiencia energética, de su accesibilidad universal y de su sostenibilidad ambiental”. Así, dicho Plan contempla entre otras cosas un programa específico de fomento de la mejora de la eficiencia energética y sostenibilidad en viviendas.

En lo que respecta al actual marco financiero de los fondos FEDER 2014-2020, se encuadra el Objetivo Temático 1 de la Estrategia Europa 2020 «Potenciar la investigación, el desarrollo tecnológico y la innovación”. Las Estrategias de Innovación de Andalucía 2014-2020 (RIS3 Andalucía), aprobadas por Consejo de Gobierno el 18 de diciembre de 2012, tienen por objeto impulsar la excelencia en la prestación de servicios públicos a través de la incorporación de soluciones innovadoras y sostenibles, potenciar la innovación empresarial, fortalecer el posicionamiento de las soluciones innovadoras de Andalucía utilizando el mercado público andaluz como cliente de lanzamiento internacional y avanzar en la mejora del gasto público andaluz.

De esta manera, los objetivos de innovación del proyecto están alineados con varias de las prioridades establecidas en el Programa Operativo, en la RIS3 Andalucía, en el PAIDI 2020, etc.

RIS3 (Research and Innovation Strategy for Smart Specialisation). Estrategia de Innovación de Andalucía

El proyecto se alinea plenamente con la Prioridad 7 de la RIS3 Andalucía: Fomento de energías renovables, eficiencia energética y construcción sostenible y, en particular, con la eficiencia energética en edificación y rehabilitación y con los nuevos materiales y procesos para la construcción sostenible.

La propuesta de vivienda de consumo casi nulo implica el uso y fomento de energías renovables y la aplicación de criterios de alta eficiencia energética y construcción sostenible, empleando y desarrollando nuevos materiales y procesos para la construcción sostenible.

La elaboración de esta Estrategia es un reto que la Comisión Europea ha lanzado a todas las regiones con el objetivo final de propiciar un nuevo modelo económico, centrado en las empresas, y basado en una apuesta firme y decidida por la innovación, la ciencia, la tecnología.

PAIDI (Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación 2020)

El proyecto se alinea con los objetivos del PAIDI 2020, concretamente con los objetivos siguientes:

• O.G. 5: Fomento de la Ciencia orientada a la competitividad e innovación. Existencia de PYMEs andaluzas con gran potencial en la construcción y edificación para aplicar la I+D+I a la mejora de la eficiencia energética de edificios y viviendas, dado su positivo impacto sobre el empleo, la calidad de vida, el paso a una economía baja en carbono, la protección del medioambiente y la adaptación al cambio climático.
• O.G.3: Orientación de la I+D+I hacia Retos Sociales andaluces. Respuesta a las necesidades habitacionales avanzando hacia una sociedad más inclusiva, innovadora y reflexiva. Igualmente, contribuye a compatibilizar la salud con el cambio demográfico y el bienestar social y a la acción por el clima, medioambiente, eficiencia de recursos y materias primas. Corrige los bajos niveles de vivienda social existentes en comparación con los países de nuestro entorno, reduce la vulnerabilidad residencial y el retraso en el cumplimiento de la Directiva de Eficiencia Ener333gética de Edificios.
• O.G. 6: Potenciación y consolidación de las infraestructuras de I+D+I de calidad, asi como el uso eficiente de las mismas. Aprovecha las infraestructuras, equipamientos científico-tecnológicos y servicios regionales, particularmente, los 38 grupos de investigación y los 15 centros de investigación no universitarios vinculados a la construcción. Apoya actuaciones de I+D+I en el Marco regional de la planificación de la I+D+I en materia de vivienda, logística, transportes, movilidad e infraestructuras del transporte y, en concreto, en el campo estratégico de la vivienda y, dentro de este, en la construcción sostenible.

Estrategia Energética 2014-2020 de Andalucía

Está alineado con la Estrategia Energética 2014-2020 de Andalucía, que recoge la innovación como una oportunidad estratégica y elemento clave para la mejora de la competitividad, definiendo actuaciones vinculadas a la construcción sostenible.

Estrategia a largo plazo para la Rehabilitación Energética en el Sector de la Edificación en España

El proyecto refuerza igualmente la alineación con los trabajos preparatorios de la ERESEE 2020 (Estrategia a largo plazo para la Rehabilitación Energética en el Sector de la Edificación en España), siguiendo el mandato europeo recogido inicialmente en el artículo 4 de la Directiva 2012/27/UE de eficiencia energética. El objetivo concreto a nivel europeo que debe ser recogido en las estrategias nacionales: Lograr un parque edificatorio (residencial y no residencial) totalmente descarbonizado en el año 2050, facilitando la transformación económicamente rentable de los edificios existentes en edificios de consumo de energía casi nula. Y, además, que:

• La nueva ERESEE 2020 debe incluir políticas y acciones destinadas a todos los edificios públicos, incluyendo los de todas las Administraciones Públicas.
• La revisión de la ERESEE debe incluir de forma explícita aspectos como los relativos a financiación, incentivos fiscales y pobreza energética.
• Se debe incluir una Hoja de Ruta, marcando objetivos concretos para 2030, 2040 y 2050 e indicadores medibles (nº de viviendas rehabilitadas, inversión pública, etc.) para permitir la evaluación de su seguimiento y cumplimiento.

SELLO VERDE andaluz

Por último, el proyecto persigue, igualmente, la consecución del SELLO VERDE andaluz, documento que garantiza que el edificio evaluado cumple con determinados estándares de calidad.

Objetivos del proyecto

Objetivos directos del proyecto

El proyecto nZEISHB generará un modelo de sistema flexible que permita edificar viviendas protegidas plurifamiliares a gran escala, adaptándose a las particularidades climáticas y de emplazamiento y cumpliendo los requisitos de la vivienda protegida y de los edificios de consumo energético casi nulo, y hacerlo en el menor plazo y con la mayor calidad posible aprovechando las ventajas de la construcción industrializada.

Los objetivos del proyecto contribuyen a mejorar el Servicio público de vivienda y los procesos internos de la Administración, permitiendo afrontar los retos actuales y mejorando la prestación de los servicios en los cuáles es competente AVRA, entre los que se encuentra la promoción, construcción y administración de edificios con destino a viviendas protegidas.

En particular, el proyecto contribuye a mejorar la eficacia de AVRA incrementando su capacidad para atender un mayor número de necesidades habitacionales y apoyar así la ejecución y la eficacia de la política de vivienda autonómica. Esta mejora es especialmente oportuna en un contexto en el que es preciso reimpulsar la promoción de viviendas protegidas, las cuales se han reducido un 99,5% entre el período 2008-2012 y el 2017- 2018, pasando de una media anual de 9.113 viviendas a 50 viviendas.

Asimismo, el proyecto dota a la Agencia de mayor eficiencia, pues podrá promover más viviendas en menos tiempo, con más calidad, a menor coste y cumpliendo, o incluso mejorando, las exigencias normativas sobre edificios de consumo energético casi nulo. Esta mejora de la eficiencia dotará a la Administración de capacidades para la satisfacción a gran escala de las necesidades de vivienda, reduciendo el tiempo de respuesta para satisfacer dichas necesidades y mitigando de este modo la inelasticidad de la oferta ante repuntes de la demanda y sus perniciosos efectos sobre los precios.

En concreto, con el proyecto NZEISHB se pretende reducir los plazos de ejecución entre un 30 y un 50%1, reducir en un 30% las emisiones en las viviendas de nueva planta, posibilitar ahorros de hasta el 60% en el consumo de materiales y conseguir reducciones de hasta el 90% en la generación de residuos in situ.

Las capacidades de AVRA resultarán así notablemente mejoradas, atendiendo a los sectores más vulnerables y potenciando a la vez la innovación en la construcción.

Objetivos indirectos (sociales, económicos y ambientales)

Indirectamente, nZEISHB contribuirá al incremento de la capacidad pública para mejorar el medio ambiente urbano, reducir el gasto energético de las familias y las situaciones de pobreza energética, un importante problema social hoy día, incrementar el confort térmico de los hogares, su calidad de vida (también en su conocimiento del uso de la energía y la importancia del mantenimiento y uso de la vivienda posteriormente) y su salud, dado que la mejora de la eficiencia energética repercute directamente en la salud de las personas.

El proyecto no solo busca el desarrollo de un modelo de vivienda protegida pasivo, sino que el desarrollo por elementos prefabricados podrá utilizarse para la mejora de todos los proyectos de rehabilitación del parque público, porque podrá estandarizarse la rehabilitación tipo mejor para cada caso, según sus características, por lo que su desarrollo afectará también directamente a la mejor gestión de estos proyectos, que son una parte bastante importante del trabajo actual de la Agencia.

Este proyecto será exportable a cualquier administración pública con los mismos objetivos principales, teniendo en cuenta que AVRA es el mayor gestor público de vivienda de España y ha sido el mayor promotor de vivienda protegida. Evidentemente, la prestación de sus servicios será mejorada en una medida muy grande, puesto que es su principal tarea técnica actual.

El proyecto nZEISHB tiene, igualmente, un efecto potencial muy elevado sobre el valor añadido bruto (VAB) a nivel empresarial, regional y nacional. En efecto, el sistema, en la medida en que sea explotado por la industria del subsector residencial, crea las condiciones para que el VAB pueda incrementarse hasta un 50% anual debido a que puede reducir los plazos de edificación a la mitad. Es decir, el proyecto sentará las bases para incrementar la productividad y competitividad del ecosistema empresarial de la construcción.

Este potencial daría un nuevo impulso al sector, el cual ha crecido en los últimos años de forma sostenida. Así, el valor añadido bruto a precios básicos del sector de la construcción ha pasado en Andalucía de 7.777 millones de euros en 2014 a 9.887 en 2018, incrementándose un 27,1% entre ambos años, ascenso muy superior al 16,4% experimentando por el conjunto de los sectores.

En cuanto al empleo, una mayor actividad productiva repercutiría en la creación de más puestos de trabajo. Además, el empleo generado será potencialmente más cualificado al estar asociado a las tareas industrialización las cuales requieren una mayor capacitación.

El empleo en la construcción ha recobrado peso dentro del empleo total regional, pasando de representar el 4,9% en 2014 al 6,2% en 2018. Además, el sector ha generado proporcionalmente más empleo que el conjunto de la economía. Así, los puestos de trabajo totales crecieron un 13,3% entre los dos años mencionados, mientras que los puestos de la construcción lo hicieron un 43,9%. El proyecto nZEISHB contribuirá a consolidar esta tendencia positiva del empleo en la construcción.

Por otro lado, el nuevo Plan de Vivienda, Rehabilitación y Regeneración Urbana de Andalucía 2020-2030 (Plan VIVE) contempla, solo para el período 2020-2024 calificar 25.550 nuevas viviendas protegidas en las reservas de suelos del 30% para este tipo de viviendas, por lo que la aplicación de los resultados del proyecto a la ejecución de los objetivos de dicho Plan, permitiría crear 61.200 puestos de trabajo en los próximos 5 años, empleando el ratio comúnmente aceptado de 2,4 empleos generados por vivienda.

Adicionalmente, el proyecto, al dirigirse a la vivienda protegida, tiene un impacto muy significativo en colectivos desfavorecidos, en particular en el segmento de población con menores rentas y en riesgo de exclusión residencial. Asimismo, la industrialización, al desligar la fabricación de los elementos del ensamblaje en el lugar de emplazamiento, favorece significativamente la descentralización de la generación de empleo y el crecimiento de empresas en territorios distintos a aquellos en que se concentra la demanda de vivienda, las grandes áreas urbanas, precisamente aquellos donde el PIB por habitante es menor.

Al margen del impacto positivo en el VAB y el empleo, el proyecto tendrá, previsiblemente, otros impactos socio económicos favorables, tales como:

• Posibilidad de satisfacción a gran escala de las necesidades de vivienda protegida
• Posibilidad de utilización por componentes para la rehabilitación del parque público de vivienda
• Menor tiempo de respuesta para atender necesidades habitacionales
• Establecimiento de colaboraciones público-privadas pioneras en el sector
• Reducción de vulnerabilidad y exclusión residencial
• Reducción de las tensiones en los precios, evitando incrementos motivados por problemas de inelasticidad de la oferta de vivienda ante “tirones” de la demanda
• Mejora del medio ambiente urbano, al reducir las emisiones de carbono de los nuevos edificios
• Menor gasto energético de las familias y reducción de pobreza energética
• Mayor confort térmico y calidad de vida que redunda en mejor salud de los habitantes

El proyecto nZEISHB está orientado, expresa y prioritariamente, a la mejora o protección del medio ambiente y al uso sostenible de los recursos naturales, con incidencias muy positivas en la reducción de la contaminación, reciclaje de recursos y uso racional de insumos y materias primas.

En efecto, las implicaciones sobre el medio ambiente son inmediatas, al reducir a casi nulas las emisiones de gases de efecto invernadero generadas por las edificaciones llevadas a cabo bajo la metodología diseñada.

Si estimamos que, en base a los indicadores FEDER para el objetivo temático 4 (OT4 – economía baja en carbono), el objetivo es ahorrar 0,34 Ton CO2/año y por viviendas, un 30% de las emisiones que estas generan, cuantificables en 1,15 Ton CO2/año. Para un horizonte a medio plazo en el que son precisas 25.550 nuevas viviendas, si éstas fueran viviendas de consumo casi nulo, con emisiones de gases invernadero casi nulo, la diferencia de emisiones entre lo existente y las nuevas supone una disminución de emisiones de 29.501 Ton CO2/año.

Si partimos de que una vivienda conforme al CTE actual consume un 70% de las que existen en el parque inmobiliario actual, es decir una media de 0,80 Ton CO2/año, el ejecutarlas bajo la metodología propuesta ahorraría un total de 20.567,75 Ton CO2/año.

Por otro lado, la construcción mediante procesos de prefabricación requiere menor consumo de materiales y otros insumos y, por tanto, menos recursos naturales, reduciendo el consumo energético y la emisión de gases de efecto invernadero, por lo que la huella ecológica durante el ciclo de vida es mucho menor (al menos un 60-70%).

En cuanto a la protección civil o la prevención de riesgos laborales, la prefabricación mejora considerablemente las condiciones laborales de las personas trabajadoras y sus riesgos asociados.

Descripción técnica preliminar de la solución propuesta y sus funcionalidades

nZEISHB pretende llegar a ser un prototipo de sistema constructivo industrializado modular y flexible para proyectar y ejecutar en plazos reducidos y optimizados edificios plurifamiliares en régimen de vivienda protegida y con consumo casi nulo de energía, adaptados a las particularidades climáticas y de emplazamiento. Para ello, se ha diseñado la siguiente solución técnica y funcionalidades:

Solución propuesta

nZEISHB prevé incluir los siguientes módulos funcionales para el sistema experto y las soluciones constructivas que desarrolle:

1. Desarrollo e integración de elementos constructivos
2. Ventilación sanitaria y nocturna.
3. Energías Renovables e integración con sistemas activos de ventilación.
4. Automatización, monitorización, control y gestión.
5. Industrialización del diseño y la ejecución del Proyecto Arquitectónico.

Para ello será necesario que el sistema tenga capacidades de:

• Desarrollo e incorporación de los modelos físicos y de caracterización del comportamiento térmico de cada uno de los elementos constructivos.
• Desarrollo integral de soluciones constructivas (envolvente, estructura, elementos constructivos, acabados interiores e instalaciones).
• Análisis de viabilidad técnica (mecánica y térmica) económica e industrial para obtener un modelo de negocio sólido y una elevada replicabilidad de los resultados.

Funcionalidades

Las principales funcionalidades a conseguir serán:

Prototipo experimental virtual:

• Calidad: Se atendrá a las exigencias constructivas (materiales y procesos) de los niveles más altos de los estándares de certificación de sostenibilidad en la edificación (ver sección siguiente sobe normativa de referencia)
• Economía: Precio de coste máximo compatible con la viabilidad económica de las actuaciones de vivienda protegida con respecto a los distintos programas estatales y autonómicos.
• Consumo energético casi nulo, más allá de los mínimos establecidos por el Documento Básico HE del Código Técnico de la Edificación
• Plazo: Reducción de plazos de ejecución de entre un 30-50%
• Mantenimiento: Renovación optima del sistema de ACS
• Sostenibilidad: Ahorro de al menos un 60% en el consumo de materiales constructivos, y de al menos el 90% en Residuos de Construcción y Demolición (RCDs).

Sistema de modelado y simulación de elementos constructivos modulares y edificios nZEISHB:

• Basado en Inteligencia artificial (IA) y herramientas de aprendizaje automático
• Capacidad de modelización y simulación BIM, incluyendo:
• Elementos constructivos, envolvente e instalaciones (incluyendo EERR)
• Climatología local y emplazamiento
• Cálculo de la huella de carbono a lo largo de todo el ciclo de vida del edificio
• Verificación del cumplimiento de estándares de sostenibilidad
• Estimación de la inversión, periodo de retorno, plazo de amortización y costes de mantenimiento, incluyendo externalidades ambientales.
• Prototipado múltiple y rápido, con reducción de plazos de diseño en un 90%

Fases

El contrato contemplará cuatro etapas para su desarrollo, con duración y dotación económica propia:

1. Exploración de soluciones. Estudio de viabilidad (selectiva)
2. Desarrollo del sistema experto
3. Desarrollo de elementos constructivos y del catalogo
4. Desarrollo del prototipo virtual

Resultados

El proyecto se encuentra en fase preliminar, por lo que aún no se han obtenido resultados. No obstante, los resultados y principales avances técnicos esperados del proyecto serán:

• Un catálogo inédito de elementos constructivos industrializados y un sistema para la gestión y actualización del mismo.
• Un sistema experto, basado en la Inteligencia artificial, para el diseño constructivo modular industrializado, utilizando una base de conocimientos y un motor de inferencia con funcionalidades de aprendizaje automático. Este sistema permitirá modelar edificios en formato BIM y realizar simulaciones energéticas y económicas avanzadas de éstos, incluido el cálculo de la huella de carbono a lo largo de todo el ciclo de vida del edificio, la determinación del cumplimiento de los principales estándares de sostenibilidad y la estimación de la inversión y sus plazos de amortización y tasas internas de retorno, así como los costes de mantenimiento asociados. Todo ello permitirá garantizar los mejores resultados ambientales y económicos en las actuaciones de promoción y construcción de vivienda social.
• Un prototipo y piloto virtual a nivel de laboratorio en BIM de edificio nZEISHB a construir en una parcela de AVRA. Este prototipo es inédito y supone un avance relevante para afrontar desde la práctica y las evidencias la exigencia de que todos los nuevos edificios sean de consumo energético casi nulo.