Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Gerardo Rodríguez Vázquez, Responsable del Área de Edificación Sostenible, EnergyLab
- Diego Quiñoy Peña, Técnico Investigador Área de Edificación Sostenible, EnergyLab
- Soraya López García, Arquitecta, Passiv Haus Institut
Resumen
La utilización de una metodología de diseño integradora, donde las diferentes partes que componen un proyecto constructivo estén alineadas es clave para la consecución del objetivo EECN. Decisiones tomadas en diferentes fases: desde el diseño hasta la construcción y operación, y en diferentes componentes y sub-sistemas tienen un impacto relevante sobre el consumo y la generación energética renovable del edificio proyectado, así como en el coste-eficiencia de las medidas a adoptar para conseguir un nivel EECN. En la presente comunicación se exploran la evaluación de estrategias de eficiencia energética aplicadas al diseño arquitectónico inicial del edificio IMPULSA VERDE, dentro del proyecto LIFE LUGO + BIODINÁMICO, donde se proyecta un edificio construido en madera estructural y de carácter pasivo en Lugo.
Antecedentes – Proyecto Lugo + Biodinámico
La metodología y actividades expuestas en la presente comunicación se enmarcan dentro de los trabajos de asesoramiento energético, que EnergyLab realiza dentro del proyecto LIFE LUGO + BIODINÁMICO.
El proyecto LUGO + BIODINÁMICO trata de contribuir a desarrollar una estrategia de planificación urbana para lograr una adaptación efectiva al cambio climático a escala de vecindario o barrio residencial, visualizando el mismo no como una amenaza sino como una oportunidad para la mejora de la calidad de los espacios urbanos, considerando el cambio climático como “reto” y la necesidad creciente de regeneración de los ámbitos urbanos como su “contexto”.
Para ello establece un programa de actuaciones con una duración de 4,5 años que incluye un amplio abanico/mosaico de 28 acciones relacionadas entre sí que van desde el conocimiento del escenario climático de referencia, el marco analítico y la visión estratégica del emplazamiento, el catálogo de soluciones de diseño urbano, con el detalle de definición de las infraestructuras ecológicas del ámbito y la planificación detallada de zonas de confort climático residencial, hasta las acciones de selvicultura de frondosas autóctonas, cultivos energéticos en medio urbano, soto de castaños, recuperación y puesta en valor de un bosque de ribera y creación de un arboretum gallego. Dichas acciones se complementan con las de establecimiento de actuaciones de agricultura urbana de suelo y altura, adaptación de sistemas constructivos con materiales autóctonos de baja energía incorporada y diseño y ejecución de proyecto piloto “Impulso verde”.
El proyecto piloto IMPULSO VERDE
El diseño y ejecución de Proyecto Piloto IMPULSO VERDE constituye un trabajo de investigación de la USC Campus Lugo, basado en el empleo de la madera local, con el fin del desarrollo de productos estructurales de madera, confort de altas prestaciones y valor estético, para favorecer la sustitución de los materiales que tienen un alto coste energético de uso habitual en la construcción actual. Para ello se pretende la incorporación de productos en el mercado que favorezcan y pongan en valor el aprovechamiento de la madera local, poniendo en funcionamiento las explotaciones forestales, e incrementando en consecuencia la absorción del CO2.
Además, con la construcción del edificio de madera “IMPULSO VERDE” se pretende crear un referente de cambio en la lucha contra el Cambio Climático para la sociedad gallega, proponiendo un nuevo modelo constructivo de edificación en altura con estructura de madera gallega, respetuoso con el medio ambiente, actuando como Centro de Referencia en Formación y Divulgación en la Acción por el Clima. Este edificio supondrá una alternativa real y medible a las edificaciones convencionales altamente contaminantes y de baja eficiencia energética (basados fundamentalmente en las tecnologías de acero y de hormigón armado). Esta infraestructura se presenta como un hito construido anticipatorio del nuevo barrio multiecológico que se proyecta, para dotar de gran capacidad de “adaptación” y “resiliencia” a los entornos urbanos, por su capacidad de replicación y evolución en el tiempo.
IMPULSO VERDE como Edificio de Consumo Casi Nulo
El edificio IMPULSO VERDE se proyecta con criterios de eficiencia y sostenibilidad energética tipo Passive House, aunque de manera adicional se plantea el reto de alcanzar un nivel prestacional equivalente a un edificio EECN.
El diseño integrador en un proyecto EECN
En el ámbito de la edificación sostenible, el diseño integrador, es un procedimiento en el que todas las variables que están interrelacionadas son consideradas de manera conjunta, con el objeto de conseguir una solución final óptima. Se trata pues de un procedimiento de diseño holístico en tanto que analiza al edificio en su conjunto, y pone especial énfasis en la integración de los diferentes aspectos del diseño edificatorio (Lewis 2009).
El diseño integrador se apoya de manera clave en una óptima comunicación entre los diferentes componentes del equipo de diseño y construcción, y parte del establecimiento claro y temprano de los objetivos prestacionales del proyecto; en este caso la consecución de niveles de consumo de un edificio EECN. La utilización de un método de diseño integrador es determinante, en el caso de los edificios EECN, donde se parte de una restricción energética muy exigente: obtener un muy bajo consumo de energía, que sea satisfecho en gran medida por energía renovable producida in situ.
Decisiones tomadas en las diferentes fases de proyecto (ver figura 3): desde el diseño, pasando por la construcción y la operación; y en diferentes componentes y subsistemas: arquitectura, ingeniería, equipamientos; pueden tener un impacto relevante sobre el consumo energético final del edificio una vez terminado, así como en el coste-eficiencia de las medidas a adoptar para que el consumo de energía sea lo más reducido posible.
Dentro del procedimiento de diseño de un edificio EECN es recomendable llevar a cabo una fase exploratoria inicial o fase de pre-diseño, donde se analicen diferentes restricciones que afectan al proyecto EECN. Dentro de los puntos clave a incluir en esta fase están los siguientes:
- Establecimiento del objetivo EECN. ¿Cómo va a ser calculado y medido?
- Recopilar información climatológica y realizar un análisis climático del emplazamiento.
- Analizar el emplazamiento para identificar o limitaciones en cuanto al consumo energético.
- Calcular el consumo de energía base.
- Establecer un objetivo de consumo energético del edificio proyectado (kWh).
- Establecer un objetivo de producción energética renovable para el edificio (kWh).
- Realización de un modelo energético simplificado del edificio.
- Análisis de potenciales medidas de diseño pasivo y estrategias de eficiencia energética.
- Análisis de las interrelaciones entre las diferentes variables y el consumo energético: uso del edificio, ocupación, horarios, etc. y el consumo energético.
El resultado del análisis de las diferentes estrategias de diseño será determinante en la fase de diseño para que, junto con criterios de coste-eficiencia, así como atendiendo a otros requisitos o limitaciones del proyecto, sea factible alcanzar el objetivo EECN.
Análisis climático del emplazamiento
Dentro del análisis climatológico del emplazamiento del proyecto es necesario recurrir a datos climáticos promedios para evaluar la severidad climática de las diferentes variables, que pueden tener impacto en el consumo energético y que tendrán que ser tenidos en cuenta en la fase de diseño (temperaturas medias, máximas y mínimas, humedades relativas, velocidad del viento, irradiancia media horizontal, etc.). De este modo podemos representar en el diagrama psicométrico la distribución de las temperaturas exteriores y humedades relativas para el emplazamiento objeto y analizar posibles estrategias desde el punto de vista bioclimático – pasivo (figura 4).
En el caso de Lugo la temperatura media anual es de 11,5ºC, correspondiéndose con una zona climática D1 (CTE DB HE), definiéndose por un invierno moderadamente severo y veranos suaves.
Dado que se toma como punto de partida el empleo del estándar de construcción pasivo, el edificio se caracterizará por unas muy bajas infiltraciones y por unos muy reducidos intercambios de calor por conducción a través de la envolvente térmica. Si bien estas premisas permiten lograr un bajo consumo de calefacción y unos altos estándares de confort en invierno, puede resultar de interés el análisis del comportamiento climático en verano, especialmente en lo que se refiere a fenómenos climáticos con temperaturas elevadas (fenómenos extremos y de baja ocurrencia). Esta tendencia está recogida dentro de los diferentes escenarios del cambio climático.
Mediante el empleo de software específico (CCWorldweathergen) se puede generar un archivo climático que recoja diferentes escenarios para el cambio climático (Jentsch). A continuación se incluye el análisis gráfico de temperaturas de verano para el escenario A2 (intermedio).
Resultado del análisis climático es que el confort climático en verano para un edificio de oficinas en Lugo deberá ser cuidadosamente tenido en cuenta en la fase de diseño para no incurrir en situaciones de disconfort.
Pre-diseño. Fase exploratoria
Dentro del proceso de la fase exploratoria inicial o fase de pre-diseño, se analizan diferentes restricciones a nivel de uso de energía, emplazamiento, recursos naturales, restricciones del diseño arquitectónico, materiales, climatología, confort final de los ocupantes, entre otras.
Análisis de estrategias pasivas
Se han analizado mediante simulaciones energéticas (EnergyPlus), las implicaciones que tendrían la adopción de diferentes alternativas de diseño sobre el consumo energético final del edificio, y por ende, sobre la capacidad de generación de energía renovable necesaria para alcanzar un nivel EECN.
Entre otros análisis se han realizado los siguientes:
- Geometrías y compacidades
- Análisis de sombreamientos de masas arboladas sobre el edificio y sobre las instalaciones de generación
- Análisis de iluminación natural
- Sistema de recuperación de calor
- Estrategias de ventilación natural que mitiguen los riesgos de disconfort climático en verano.
Resultados
Como resultado de la combinación de las diferentes medidas analizadas en la fase de pre-diseño se obtiene un conjunto de resultados (figura 8), que aportará información valiosa de cara a las fases de diseño y construcción del edificio Impulso Verde. Debido a las características climáticas de la zona donde se emplazará este edificio, las principales demandas energéticas serán las generadas por la iluminación y el sistema de calefacción. La libertad de la ubicación dentro de la parcela y los bajos coeficiente de transmisión térmica de la envolvente, recomiendan la utilización del aprovechamiento solar como fuente de calentamiento gratuito en invierno y que minimice al tiempo las necesidades de iluminación artificial.
Como se ha comentado en el análisis climático de Lugo, las temperaturas de verano se incrementarán en el corto y medio plazo, según estimaciones del IPCC, lo cual combinándose con un edificio de uso de oficinas y por tanto de alta carga interna, puede desembocar en situaciones de disconfort climático si no es remediado en la fase de diseño. Estas situaciones podrían ser suavizadas o eliminadas mediante la implementación de estrategias inteligentes de ventilación natural, gracias a la gran variación que experimentan las temperaturas diurnas y nocturnas en Lugo, durante el periodo estival.
Conclusiones
En conclusión, la utilización de una fase inicial de prediseño exploratoria, que se apoye en la realización de simulaciones energéticas específicas, permite analizar un gran número de estrategias, que serán de mucha utilizad para la redacción del proyecto constructivo de un edificio EECN.En el caso de un proyecto EECN que utilice estrategias pasivas o bioclimáticas es recomendable, además, contemplar posibles escenarios de evolución de las temperaturas, en tanto que la vida útil de un edificio de oficinas supera con mucho el horizonte temporal de los escenarios ya disponibles.
Agradecimientos
Agradecimientos al grupo de madera estructural de la USC (PEMADE) por las facilidades y la documentación aportada para la realización del presente artículo.
Referencias
- http://www.lugobiodinámico.eu (septiembre 2017)
- Lewis, Malcolm. 2009, Integrated Design for Sustainable Buildings
- Jentsch M.F et al. 2013, Transforming existing weather data for worldwide locations to enable energy and building performance simulation under future climates, Renewable Energy, Volume
- http://www.energy.soton.ac.uk/ccworldweathergen/ (septiembre 2017)
- Milne et. al. 2009, Climate Consultant 4.0 Develops Design Guidelines for Each Unique Climate, American Solar Energy Society, Buffalo, New York, Mayhttp://www.energy-design-tools.aud.ucla.edu/climate-consultant/request-climate-consultant.php (septiembre 2017)