Edificio de oficinas de consumo cero y bajo coste en Madrid: El reto Kömmerling

Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:

Resumen Proyecto

El proyecto a presentar es resultado de aplicar una novedosa metodología de trabajo pionera en España, que aúna las bondades del BIM, LEAN e IPD en la búsqueda de alcanzar el diseño de un edificio de oficinas de consumo cero de bajo coste en Madrid, fruto de un concurso internacional con intervención de jurado. En él se explica el proceso de diseño y cálculo que toma como eje central la filosofía PassivHaus, articulándola con un software muy diverso (EnergyPlus, Ansys Fluent, Envi-met, HTFlux y DIVA entre otros), logrando alcanzar la optimización del diseño pasivo, semipasivo y activo sin olvidar su repercusión económica. Se logra así un edificio de consumo cero sin necesitar un gran despliegue tecnológico que dispare los costes.

Memoria descriptiva

El proyecto busca ser contundente y eficiente a la hora de enfrentarse al ‘reto Kömmerling’: diseñar un edificio de oficinas representativo de la marca bajo la premisa de edificio de consumo cero (y de bajo coste), pero a la vez que consiga un espacio agradable para el trabajador a pesar del entorno industrial que en el que se inserta.

Agentes del Proyecto:

• Promotor: Kömmerling (Profine Iberia)
• Proyectistas: David Moreno Rangel + Elena Vilches Álvarez [enmedio studio]
• Dirección Obra: David Moreno Rangel + Elena Vilches Álvarez [enmedio studio]
• Otros Técnicos Intervinientes: Carlos Moreno Martínez (ingeniero civil), Paula Esquivias Fernández (arquitecto), Ángela Dub (arquitecto).
• Colaboradores: Luis Angulo Serrano, Rafael Cano Aceituno, Fernando Prieto Álvarez, Elena Roldán Camas.
• Otros Agentes: Zero City Project (gestor), Alter Technica (ingeniería), Arquitectura Agronomía (paisajismo), LabBIM (BIM).
• Empresas colaboradoras: Kömmerling, Baupanel, Irpen, Siplast Icopal, Maco, Renson, Placo, Sismovil, Krona, Termigo, Schneider, Eurofesa, Foamglass, Solarworld, Iguzzini, Ingeperfil, Onduline, Prefire.

Antecedentes

El proyecto es fruto de un concurso internacional con intervención de jurado en dos fases, bastante novedoso en la metodología de trabajo planteada por Zero City Project. Ésta tiene como objetivo diseñar y construir Arquitectura de Energía Nula (Zero), situándose un paso más allá de los requisitos que establece la administración con la llegada de los EECN. El potencial de la metodología es conseguir que técnicamente el Edificio sea de Consumo Nulo, al mismo coste económico de lo que supone el cumplimiento del CTE y el edificio Casi Nulo. Los mecanismos que se ponen en marcha para alcanzar este logro pasan, ineludiblemente, por mejorar y optimizar los procesos de diseño y construcción del edificio incorporando innovación y tecnología, e incluir a todos los agentes que participan en el proceso, en fases tempranas del diseño, donde pueden aportar conocimiento y se adquieren compromisos que dan viabilidad al proyecto. La metodología está basada en la integración de tres herramientas: la filosofía LEAN, la tecnología BIM (Building Information Modeling) y gestión IPD (Integrated Project Delivery). Cualquiera de estas tres herramientas por separado supondrá una mejora en el proceso de edificación, pero el gran potencial de mejora se alcanzará mediante la integración de estas tres. Kömmerling comprometido desde hace tiempo con este tipo de edificación, decide asumir el reto de diseñar y construir un edificio de oficinas para su sede de Camarma de Esteruelas (Madrid), bajo la metodología Zero City Project, con el objetivo de lograr un Edificio de Energía Zero a un precio de ejecución objetivo.

Implantación

Un edificio eficiente no es sinónimo de cubiertas verdes y placas solares: entendemos como primera necesidad el hecho de que el usuario disfrute de calidad espacial viendo, además, satisfechas sus necesidades en el programa en todo su significado. Para ello, la nueva sede (situada en un polígono industrial) ofrece una doble faz:  Hacia el norte se genera una ‘plaza dura’ de recepción de trabajadores y visitantes, conectada e integrada con los espacios industriales de la parcela y del entorno, pero a la vez creando su propio lugar representativo de la marca; hacia el sur se produce el semienterramiento de la nueva sede, donde los trabajadores consiguen un espacio propio, aislado visual y acústicamente del entorno fabril, abierto al sur y con vegetación. Las nuevas oficinas se abren así a un jardín en el que se perciben los cambios estacionales en la luz y la vegetación, donde el bienestar consigue mayor eficiencia en el trabajo y minimiza el riesgo de estrés.

El edificio

La nueva sede se divide en dos cuerpos funcionales que arropan en ángulo a la plaza dura: el espacio del showroom y la zona de trabajo. El primero acoge al visitante y, en un descenso continuado, le muestra los productos en forma de muestras aisladas pero también productos ya instalados; el recorrido en suave descenso va mostrando poco a poco el edificio, sorprendiendo al visitante a través de un espacio muy atractivo. Para los espacios de oficina se persigue un concepto claro: la calidad medioambiental del espacio de trabajo, la serenidad y la armonía; para ello se diseña un nuevo paisaje ajardinado que penetra en el edificio a través de los patios.

Gracias a la utilización de diversas estrategias pasivas (que minimizan la demanda energética), junto con la utilización de otras activas de muy alta eficiencia (como la iluminación, climatización, ventilación y equipos), se logra cubrir toda la demanda energética con sólo 1PV por cada 13,7m² construidos del edificio.

Valores prestacionales

Con una superficie de referencia energética de 1.028,70m² (1.218,41 m² construidos) una demanda de calefacción de 11,17kWh/(m²a) para una carga de 13,09 W/m²; mientras que para los meses cálidos, la demanda de refrigeración es de 9.62 kWh/(m²a), con una carga de 14,08 W/m². La frecuencia de sobrecalentamiento de los días que la temperatura interior alcanzaría una temperatura superior a 25ºC sin los sistemas activos funcionando es de sólo el 17,16% (sin considerar el sistema de pulverización de agua a presión instalado). El consumo de energía final en kWh/a de todo el edificio (Figura 2) es de 27.474,10kWh/a, lo que supone 32,6 kWh/(m²a) de demanda específica de energía primaria. El factor más determinante en el consumo es el equipamiento de las oficinas, que supone un 43,6% de ese valor, mientras que el resto de prestaciones (iluminación, refrigeración, ACS, ventilación y calefacción -por orden creciente) suponen porcentajes similares entre el 9 y 14%. Con estos valores se consigue que el edificio sea de consumo cero con una instalación fotovoltaica con 95 PV.

Memoria constructiva

Decidir la materialidad (en su sentido amplio) de un edificio es una de las cuestiones más importantes ya que debe enfatizar la ‘apuesta del proyecto’, y ayudar a genera la atmósfera interior deseada. Este hecho aún se complica más cuando hablamos de un edificio de consumo cero ya que no sólo entran en juego las propiedades ‘ópticas’ y ‘estéticas’, sino que hay clarísima influencia entre ésta y el comportamiento energético final del edificio. La dificultad aumenta cuando el presupuesto por metro cuadrado se convierte en un ‘reto’ (hacer un edificio de oficinas de una planta de 1.218,41 m² por 850.000€, con una ratio inferior a 700€/m² y que además sea de consumo cero).

Sustentación del Edificio y Sistema Estructural

El sistema estructural del edificio forma parte de la propia envolvente térmica, y consiste en paneles de EPS armados donde se proyecta microhormigón. La cimentación se realiza mediante losa de hormigón armado in situ.

Descripción general de la envolvente térmica

A continuación se describen los elementos constructivos principales que componen la envolvente térmica.

Cerramientos verticales opacos

Todos los cerramientos verticales opacos se forman a partir del panel BAUPANEL180, formado por 180mm de panel EPS armado y su correspondiente capa de 3,5cm de microhormigón a cada cara del mismo. Dependiendo de la posición dentro del edificio aparecen unas capas adicionales u otras. Así la cara norte, este y oeste se remata hacia el exterior con una cámara de aire no ventilada de 1cm y un panel de policarbonato multicelular de 40mm. Hacia el sur se incluye, sin embargo un monocapa de 3cm en color blanco. En la zona enterrada incluye una capa de impermeabilización. Hacia el interior, se incorpora un trasdosado de cartón yeso en la zona de trabajo y servicio mientras que el showroom se acaba en monocapa blanco. La transmitancia térmica del conjunto con policarbonato es de 0,17 W/(m²K), mientras que los cerramientos sin él es de 0,21 W/(m²K).

Cubierta

La cubierta está formada por un panel BAUPANEL 250, formado por 250mm de EPS armado con 3,5cm de microhormigón a cada lado. La cara interior se remata con un falso techo de placas de cartón yeso que, en la zona de trabajo, incorpora 4cm de aislamiento de lana de roca. Hacia el exterior la impermeabilización se consigue gracias a paneles onduline. La transmitancia térmica del conjunto es de 0,56 W/(m²K).

Suelo contacto con el terreno

La parte de envolvente en contacto con el terreno está formada por una losa de hormigón armado (a falta de estudio geotécnico, por la profundidad a la que se está cimentando y las pocas cargas que va a transmitir la estructura por el sistema elegido, se ha estimado 25cm), sobre 6cm de aislamiento de Foamglas, 10cm de hormigón de limpieza, un film de polietileno y un encachado de grava de 20cm. La transmitancia térmica del conjunto es de 0,55 W/(m²K).

Ventanas y puertas

Las ventanas y puertas se realizan con carpintería Kömmerling 76 (certificada por PHI), y vidrio triple Saint Gobain Glass SGG Climatop LUX 4/18/4/18/4 AR 90%, con factor solar (g) de 0,62. La transmitancia térmica del vidrio es de 0,62 W/(m²K) mientras que la del marco 0,98 W/(m²K).

Lucernarios

Los lucernarios son PROFINE LAMILUX CI-SYSTEM PR60 (certificados por PHI) con vidrio triple PR60 (10+6+10+6+10), factor solar (g) de 0,48. La transmitancia térmica del vidrio es de 0,7 W/(m²K) mientras que la del marco 0,52 W/(m²K).

Sistemas de Acondicionamiento e Instalaciones

Sistema de climatización

Una de las recomendaciones más importantes que hace PassivHaus Institut sobre el diseño de edificios de consumo casi nulo o cero es la de intentar conseguir un diseño pasivo que permita, por sus bajas cargas térmicas, conseguir climatizar (calefactar y refrigerar) a través del propio aire de ventilación (sin necesidad de aumentar el tamaño de los ventiladores o del equipo). El proyecto consigue que se cumpla esta recomendación durante la mayor parte del año (no se ha podido conseguir durante todos los días ya que las soluciones necesarias para ello incrementaban el presupuesto del edificio por encima del límite objetivo), precisando un aporte adicional mínimo.

Entre las múltiples hipótesis realizadas se apuesta por un sistema de suelo radiante/refrescante, ya que no sólo resulta más económico, sino que consigue un mayor equilibrio entre el consumo energético, el coste de la instalación y el confort de los usuarios. Este sistema se conecta al sistema hidráulico cuya producción térmica se genera mediante aerotermia, con una potencia frío/calor de 16,06/14 kW.

Ventilación

El edificio cuenta con un sistema de ventilación de alta eficiencia con recuperador de calor pasivo de celdillas cerradas y flujos a contracorriente, con forma de diamante, formado por 6 equipos Zehnder ComfoAir Q600 ST HRV.

Se ha optado por un sistema de múltiples unidades más pequeñas, fácilmente distribuibles por el edificio, que minimiza las longitudes de conductos y la potencia del ventilador necesario ya que se reducen las pérdidas de carga. Además al tratarse de equipos ‘domésticos’, certificados por PHI, tienen niveles de producción sonora muy reducidos (sólo 28dBA) con altas prestaciones, y un mantenimiento sencillo pensado para que todo los usuarios puedan realizarlo de manera cómoda y sencilla. La tecnología de ventiladores que incorpora proporciona un funcionamiento energéticamente eficiente y silencioso, equilibrando las renovaciones de aire para garantizar la máxima recuperación de calor, llegando a alcanzar una eficiencia del 96% a 21l/s.

Aerotermia

La producción térmica (frío/calor) para calefacción, refrigeración y abastecimiento de agua caliente se realiza a través de un único sistema de aerotermia  formado por:

• 1 unidad exterior Daikin Altherma ERLQ014CV3, Potencias frío/calor 16,06/14,00 kW, con EER/COP 3,01/4,46; con tubo de drenaje EKDK04.
• 1 Hidrokit EHVX14S18CB3V, con depósito ACS 180 litros integrado, con interfaz usuario EKRUCBL3.
• 1 Depósito de inercia GEISER Inercia G-1000-IF, con capacidad de 1.000 litros.

Sistema de pulverización de agua a alta presión

El sistema se incorpora de manera perimetral siguiendo el espacio buffer y a los patios de las zonas de trabajo, contando con un grupo de presión (12 LPM), un grupo de inyectores (con 100 boquillas de níquel con antigoteo de 0,3mm) y un grupo de filtrado (con dos cartuchos de filtro de 5 micrones y uno de 1 micrón) junto con una serie de accesorios eléctricos (como 3 electroválvulas de drenaje NC de alta presión y otra de baja presión).

Con éste, bajo el principio de enfriamiento adiabático por evaporación se consigue reducir la temperatura del aire en 10ºC de media, dependiendo de la temperatura y la humedad relativa exterior.

Iluminación

Se utilizan para ello paneles led slim para las zonas de trabajo y servicio, campanas LED Philips Driverless 200W y 135lm para el showroom, pantallas estancas LED ECO 1200mm 36W para el espacio buffer y el comedor, y barras lineales LED Otis 42W PRO instalados de manera oculta en el lucernario para iluminar los pasillos. Además para la regulación se ha contado en general con interruptores crepusculares con célula fotoeléctrica integrada y reguladores LED, y BUS para las áreas de trabajo. De todas formas, las zonas de trabajo de open plan alcanzan un Daylight Autonomy de 300 luxes en la horquilla del 70 al 100% de horas ocupadas al año, considerándose el perfil de ocupación desde las 8:00 hasta las 20:00 de la tarde.

Automatización y Control

El edificio no cuenta con un sistema domótico tradicional capaz de dominar y controlar todo de manera automática. Está demostrado que el usuario se siente más satisfecho si puede participar en los mecanismos adaptativos del edificio para conseguir un mayor grado de confort visual y térmico. Sin embargo sí que se disponen tres sistemas diferentes que ayudan a la automatización de sistemas y uno, el más importante, que informa al usuario (mediante la ‘carpintería equipada’) ayudándolo a inter-actuar con el edificio de la mejor manera posible en la búsqueda de minimizar los consumos y conseguir un buen funcionamiento energético general:

• Sistema de automatización propio para la instalación fotovoltaica, que optimiza por sí sola el proceso de producción de energía eléctrica sin necesidad de un control y mantenimiento continuado.
• Sistema de ventilación mecánica de doble flujo, con sensores independientes y control automatizado para optimizar el proceso de recuperación de calor y renovación de aire del edificio.
• Sistema de control de la producción de aerotermia que optimiza la producción térmica regulando el consumo.
• Sistema de ‘falso retorno’ para el agua caliente sanitaria que permite ahorrar una gran cantidad de energía (y agua) consiguiendo una mejor experiencia del usuario.
• Sistema domótico basado en placas Arduino, que se convierte en el cerebro central facilitando la interactuación del usuario con el edificio a través de las carpinterías, dándole información relevante de manera muy sencilla para ayudar a que el edificio siempre se ‘configure’ de la mejor manera posible. Además este sistema, de muy bajo coste, es capaz de gobernar la iluminación, el sistema de pulverización de agua, la apertura y cierre de lucernarios, y los estores de exterior, siempre gracias a la información recibida a partir de una serie de sensores de iluminación, temperatura (seca y radiante), humedad y calidad del aire.

Sistema de interactuación con el usuario: La ‘carpintería equipada’

Los edificios de bajo consumo o consumo nulo suelen pensarse bajo unos criterios óptimos de funcionamiento que dan lugar a situaciones donde el usuario no interactúa, o bien lo hace de manera ideal. La realidad es que en este tipo de edificios el grado de influencia que el usuario tiene sobre el comportamiento energético global es enorme.

Dado que la solución de incorporar un costosísimo cerebro domótico autómata es ajeno al ‘sentido común’ de las personas, se apuesta por equipar los perfiles de Kömmerling para la carpintería mediante sistema de comunicación con el usuario directo y sencillo que le permite entender en cada momento la repercusión que su acción sobre el edificio puede tener en el balance energético global.

Así todas las carpinterías practicables incorporan un led RGB junto la maneta que cambia de color (a modo semáforo):

• Rojo = ‘No es bueno abrir. Si tienes que hacerlo abre y cierra rápido’.  : o
• Amarillo = ‘No importa abrir. Es indiferente tener abierto o cerrado’  : \
• Verde = ‘Deberías abrir, ¡estás ahorrando energía con ello!’  : )

Energías Renovables in situ o en el entorno

Energía Fotovoltaica

Para abastecer la demanda de energía primaria renovable del edificio de 32,9kWh/(m²AProyectada·a), 33.844,23kWh/a, se necesitan 95 captadores fotovoltaicos Solar World SW300Mono, con dos inversores de 20kW.  Se toma, no obstante, la determinación de aumentarlos hasta 102 por tres motivos: El envejecimiento de los captadores, la inadaptación entre la curva de producción y la curva de demanda, y el cambio climático.

El rendimiento de energía conseguido es de 34.050,00 kWh/a (33,1 kWh/m²AProyectada*a), suficientes para conseguir que el edificio sea de consumo cero

Presupuesto y viabilidad económica

El presupuesto de ejecución material del edificio es 849.991,35€ (no desviándose del PEM de 850.000,00€. que marcó el promotor desde el inicio del proyecto). La distribución de los costes por capítulos es el siguiente:

• Demoliciones:     085,00€
• Acondicionamiento del terreno   247,90€
• Cimentaciones   771,54€
• Estructuras 168,99€
• Fachadas y particiones   028,25€
• Carpintería, vidrios, hermeticidad y protecciones solares 124,99€
• Remates y ayudas     103,02€
• Instalaciones 682,76€
• Aislamientos e impermeabilizaciones   053,77€
• Cubiertas   054,53€
• Revestimiento, trasdosados y falsos techos   298,46€
• Señalización y equipamiento     315,35€
• Gestión de residuos     250,00€
• Control de calidad y ensayos     752,96€
• Seguridad y salud     053,83€

Cumplimiento DB-HE ahorro de energía

Para diseñar un edificio de consumo cero (que cumple sobradamente con el DB-HE sobre ahorro de energía) se puede optar por diferentes estrategias: desde apostar claramente por estrategias activas que sean capaces de generar la suficiente energía como para  equilibrar las demandas del edificio (con independencia de que éstas sean más altas o bajas); hasta considerar que la energía más ‘limpia’ es la que no se consume, para lo cual es necesario considerar una gran cantidad de estrategias pasivas que traten de minimizar las necesidades energéticas de un edificio con el uso propuesto. Este proyecto de edificio de oficinas de consumo cero parte de una apuesta radical por este último posicionamiento, tratando de explotar al máximo las ventajas que el propio diseño arquitectónico (pasivo) permite. Entre las soluciones pasivas empleadas destacan las siguientes: semienterrar el edificio; aprovechar la vegetación como regulador térmico y de calidad del aire; situar el edificio donde no exista obstrucción solar; aprovechar las oportunidades que brinda orientación; proteger el edificio ante el lavado térmico del agua de lluvia y los vientos fríos de invierno y cálidos de verano; realizar un diseño con un factor de forma variable según la estación; realizar una organización programática estratégica acorde con las cargas internas generadas; crear espacios de transición (transitional spaces) para minimizar pérdidas a través de la envolvente, maximizar el uso de la iluminación natural; utilizar una envolvente de grandes prestaciones térmicas (tanto a nivel pasivo como dinámico) y gran hermeticidad; contar con protección solar horizontal y vertical ante la radiación excesiva de verano; optimizar la ventilación natural.

Certificaciones energéticas y ambientales

El edificio no sólo ha obtenido una calificación energética A según la herramienta unificada, sino que además cumple con el estándar PassivHaus.

Actualmente está en proceso de obtener la siguiente certificación: PassivHaus, LEED NC y BREEAM NC.

Imágenes proyecto