Ficha de proyecto presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Resumen Proyecto
El presente proyecto representa un caso real de un edificio plurifamiliar de 10 viviendas, situado en un entorno urbano consolidado que combina vida, trabajo e interacción con el barrio con un intercambio sinérgico de energía. El edificio consigue el objetivo NZEB (Net Zero Energy Building) a través de la reducción de la demanda con un diseño arquitectónico eficiente, acompañado por simulaciones energéticas dinámicas en función de los estándares de confort adaptativo dinámico, que permiten además tener en cuenta fenómenos determinantes como la ventilación natural y la inercia térmica. El consumo de refrigeración calefacción y ACS se cubre con un sistema de producción y almacenamiento de energía fotovoltaica de 5,88kWp y 3 baterías. El entorno urbano consolidado condiciona significativamente el proyecto y evidencia un aspecto frecuente en el momento de ponerse como objetivo el estándar de edificios nZEB en las ciudades. Este caso puede servir como referencia tanto en proyectos de nueva edificación como en proyectos de rehabilitación energética en línea con el objetivo a medio corto plazo de la Directiva Europea. El proyecto persigue la reducción de impacto ambiental en su ciclo de vida con un objetivo de mejora de más del 60% en base a la certificación VERDE. El resultado es un edificio con un coste de construcción igual o menor a un edificio de referencia del mismo tipo, que alcanza valores de sostenibilidad y consumo energético de excelencia, demostrando las grandes posibilidades reales para el sector de la construcción en el momento que la sostenibilidad se plantea desde el principio como elemento vertebrador del desarrollo arquitectónico.
Memoria descriptiva
El edificio cuenta con planta baja y cinco plantas piso, una planta de acceso a la cubierta y una planta sótano. El solar se encuentra dentro del ámbito del conjunto especial del Eixample y linda con una cara a la calle Lepanto a lado de la Sagrada Familia, en una isla de manzana consolidada. La parcela es de forma irregular y está orientada en sus lados largos a noroeste y sureste. En las parcelas colindantes se encuentran actualmente edificaciones existentes consolidadas. Se proyecta un edificio con alineación al vial. La planta del edificio es irregular y no ocupa la totalidad de la profundidad edificable (25.50m) retirándose aproximadamente 3,00 metros del límite del solar. Las dimensiones del edificio son de 6,64 metros de fachada a la calle Lepanto y 5,02 metros de fachada interior y una profundidad en el punto medio de 22,70 metros.
Las cinco plantas piso cuentan con dos viviendas en cada planta. En la cubierta se dispone la zona de lavado y de secado natural de uso común para todas las viviendas y las instalaciones del edifico. Además, la cubierta cuenta con una parte ajardinada y un espacio común de calidad para todos los vecinos.
La planta baja y el altillo forman una unidad funcional y se destinan a un coworking con uso preferencial de los inquilinos, proponiendo un formato innovador de vivienda/trabajo. En la planta sótano, a parte de la zona del local, se disponen los trasteros para las viviendas, con un espacio destinado al aparcamiento de bici, una zona comunitaria/almacén, el espacio de previsión de basuras y una zona de instalaciones. Se ha desestimado el uso de aparcamiento debido a la reducida anchura de la parcela.
Agentes del Proyecto
- Promotor: Promotor privado
- Proyectistas: Pich architects | Pich-Aguilera
- Dirección Obra: Pich architects | Pich-Aguilera
- Ingenieria: Mafo – Imogep
Antecedentes
El proyecto se concibe en un momento de transición entre la salida de la crisis económica y una nueva perspectiva de un futuro de edificios de consumo energético casi nulo. En el momento del desarrollo del proyecto el Código Técnico de la Edificación no define todavía los valores límites que identifican los nZEB por lo tanto se ha optado por apostar por lo máximo alcanzable en función de las condiciones propias del proyecto. El tejido urbano en el cual se asienta el edificio condiciona ineludiblemente las posibilidades del edificio: la exposición hacia el norte de la fachada principal, la fachada sur sombreada por los edificios alrededores del interior de manzana y una parcela alargada entre medianeras, que reduce el potencial de la instalación fotovoltaica. El proyecto de la calle Lepanto 253 responde a estas problemáticas contextuales consiguiendo el objetivo de edificio de energía cero, dentro de los costes actuales del mercado, identificándose como posible referente de modelo constructivo para el contexto urbano de Barcelona.
Descripción del Proyecto
El proyecto representa un ejemplo de regeneración sostenible del entorno urbano consolidado, remplazándose a un edificio obsoleto quedado en desuso. En un contexto en el cual la producción de energía a través de renovables tiene la limitación del entorno y de los edificios colindantes, es fundamental diseñar el proyecto en función de la mínima demanda energética, concibiéndose la arquitectura, desde el principio, como el principal sistema de control climático, antes de cualquier otro sistema activo. Esto se traduce en un diseño centrado en el confort del usuario y su interacción con las variables micro y macro climáticas. La ventilación pasiva y la luz natural determinan las directrices principales del proyecto que se desarrolla alrededor de un patio central con grandes ventanales, garantizando el adecuado nivel de iluminación interior y una ventilación cruzada combinada con las aperturas en fachada y el efecto chimenea del patio. Otro aspecto determinante del control climático pasivo es el aprovechamiento de la inercia térmica de los forjados dejados expuestos para maximizar la interacción de la temperatura radiante superficial y la temperatura del aire. En la superficie del forjado se instala un sistema de calefacción radiante que se combina sinérgicamente con el funcionamiento inercial del cerramiento horizontal. Toda la envolvente, aislada con más de 10cm de lana de roca, cierra el edificio sin interrupción de continuidad evitando cualquier tipo de puente térmico. Todas las ventas prevén un sistema de protección solar exterior replegable y orientable que modula la entrada del sol y de la luz natural de forma óptima durante todo el año.
La voluntad de interpretar el edifico como un sistema termodinámico equiparable a una instalación térmica requiere analizar su funcionamiento a través de simulaciones energéticas dinámicas capaces de estimar la respuesta climática de los espacios interiores y las condiciones de confort en cada momento del año. A través de los análisis realizados con el software Energy Plus se pudo estudiar la interacción entre las distintas estrategias bioclimáticas y el edificio teniendo como parámetro de referencia la percepción de confort del usuario. Este último aspecto se ha analizado de forma dinámica según los estándares de confort adaptativo EN 15251 y los valores de temperatura operativa, humedad, velocidad del aire, tipo de vestimenta e índice metabólico de los usuarios. Considerar el confort de forma detallada, desvinculándose de un único parámetro de temperatura de consigna, es un aspecto que trasladado al diseño arquitectónico se convierte en una herramienta de proyecto determinante. Sin embargo, toda la instalación se ha dimensionado en base al código técnico y los consumos energéticos se han calculado también con la herramienta ministerial HULC. Para la producción de calor y frio se ha escogido un sistema de producción con bomba de calor aerotérmica, que funcionará en combinación con la energía fotovoltaica producida. Es un equipo que dispone de recuperación de calor.
Prestaciones del Edificio
El proyecto arquitectónico se ha diseñado y dimensionado a través de simulaciones dinámicas con Energy Plus. Toda la documentación oficial de proyecto de arquitectura e instalaciones se ha dimensionado respetando la normativa CTE (Código Técnico de la Edificación) y RITE (Reglamento Instalaciones Térmicas en Edificios) utilizando las herramientas ministeriales previstas. Sin embargo, los resultados de simulación dinámica difieren de los datos justificativos de normativa. A continuación, se exponen los resultados obtenidos con las dos metodologías de cálculo. Los consumos considerados son el eléctrico, de calefacción, refrigeración, ventilación mecánica y ACS. Para obtener datos comparables, las condiciones de uso, horario de ocupación y cargas térmicas interiores se han considerado iguales en las dos simulaciones según el Apéndice C del DBHE.
En base a los consumos estimados a través de la herramienta ministerial resulta un consumo total de 12.368 kWh equivalente a 29 kWh/m2 año. La instalación fotovoltaica tiene una producción potencial de 8.677 kWh de los cuales la mayoría se utilizará directamente y una parte equivalente a 4.133 kWh se almacenará en las baterías para un posterior uso. El consumo final de energía se calcula en 2.540 kWh correspondiente a 6,15 kWh/m2 año.
Los consumos calculados con Energy Plus resultan más bajos. Esto se debe principalmente a la posibilidad de incorporar en la simulación el beneficio de las estrategias bioclimáticas y a una metodología de cálculo más cercana al comportamiento real del edificio y las instalaciones. El consumo total es de 5.848 kWh equivalente a 14 kWh/m2 año. Considerando una producción de 8.677 kWh de fotovoltaica el balance anual del edificio es positivo, produciéndose más energía de la que se consuma. Sin embargo, durante los meses de invierno se seguiría consumiendo más de lo que se produce, concentrándose el surplus de producción en los meses de primavera verano y otoño.
El edificio se ha estudiado desde el punto de vista de las prestaciones bioclimáticas en relación al confort adaptativo del usuario y los parámetros de confort PMV (Predicted Mean Vote) de Fanger. Se han tenido en cuenta como parámetros de análisis la temperatura del aire, la temperatura radiante y la temperatura operativa derivada, el nivel de humedad, la velocidad del aire y el tipo de vestimenta. En un primer análisis se ha analizado la condición de confort con cadencia horaria, sin el aporte de la climatización mecánica, durante todo el año. El análisis horario de temperatura operativa de las viviendas tipo, una orientada a norte y la otra a sur, identifica el porcentaje de tiempo en el cual los usuarios se encontrarían en una situación de confort. En las dos tablas se evidencia como más del 50% de las horas del año se encuentran en una temperatura entre 20º y 26º entre un 7% y 8% se encontrarán en una condición límite de confort adaptativo según norma EN 15251 de 27º y 28ºC y entre un 14% y un 22% del año en una situación límite de frio de entre 17º y 19º, considerando que en esta franja corresponde la mayoría de las horas de noche durante las cuales el requerimiento de temperatura en base al Apéndice C del DBHE es de 17º. En base a los datos analizados las viviendas se encontrarían en una condición de confort un total del 86% de todo el año en los pisos expuestos a sureste y 73% en los pisos expuestos a noroeste.
Estos datos confirman la eficacia del edificio en mantener una condición de confort interior sin la necesidad de un sistema de climatización mecánica en coherencia con un valor reducido de demanda energética y de consumo.
Bajo el aspecto de la iluminación natural, los espacios captan luz natural desde las grandes aperturas en fachada y patio. El confort lumínico se ha simulado con el software Radiance, con el objetivo de conseguir un valor de 2% o mayor de factor de luz diurna en los espacios de estar y comedor. Este valor corresponde al mínimo de confort lumínico en función de la evaluación ambiental VERDE.
Las principales estrategias pasivas se han estudiado y cuantificado en función del potencial de reducción de demanda, definiendo su aportación energética en el balance total del edificio. La inercia térmica de los forjados tiene una aportación potencial en invierno hasta 250 W por vivienda, correspondiente a un valor aproximado de 6 W/m2. La ventilación natural, en verano aporta una reducción de carga térmica de hasta 30 W/m2 y potencial de reducir la demanda de refrigeración de 4 kWh/m2 en el balance energético, valor equivalente al 50% de la demanda de refrigeración.
Memoria constructiva
El sistema constructivo del edificio se realiza en seco a exclusión de la estructura, principalmente por un tema de viabilidad económica y capacidad de operar en la parcela.
Sustentación del Edificio y Sistema Estructural
La estructura consta de planta sótano, planta baja y cinco plantas piso. Será una estructura reticular de pilares con forjados bidireccionales realizada en obra. La estructura sobre rasante está constituida por Sistemas de Envolventes y Acabados
Sistema de envolvente vertical
Fachada de paneles de hormigón industrializado. Aislamiento de lana de roca de 10cm de espesor en la cara interior acabado con un trasdosado de cartón-yeso. El puente térmico entre forjados y paneles está solucionado con un aislamiento de alta densidad. La transmitancia térmica de la fachada será de 0,2 W/m2K. En cuanto a las aperturas, presentarán un despiece combinando con partes fijas y móviles. Las aperturas dispondrán de un sistema de persianas de aluminio que pasará por delante de la ventana y que se recogerá en la parte superior de la apertura.
Sistema de envolvente horizontal
Sistema de cubierta realizada en seco con losas de hormigón con aislamiento incorporado y unas zonas ajardinadas de acabado de tierras vegetales. La cubierta será transitable. La transmitancia térmica de la cubierta será de 0,2 W/m2K
Sistema de carpinterías exteriores: Todas las carpinterías serán con ruptura de puente térmico con cámara de 14mm con una transmitancia de 1,8 W/m2K. El acristalamiento de las ventanas exteriores es de 6mm (3+3) más cámara de aire de 14mm mas 8mm (4+4) Las carpinterías de aluminio tendrán un acabado anodizado y las de acero serán lacadas.
Sistemas de Acondicionamiento e Instalaciones
Calefacción
Para la producción de calor y frio se ha escogido un sistema de producción con bomba aerotérmica, con una potencia calorífica total 25 kW repartida en dos unidades exteriores, que funcionará con la energía fotovoltaica producida. Es un equipo que dispone de recuperación de calor, con una potencia de recuperación de 12,3 kW. Además, la instalación dispone de un depósito de inercia de 2000 litres, en la sala de instalaciones de planta sótano.
La producción de la energía estará centralizada en la sala de instalaciones de cubierta. Desde allí saldrán los tubos hacia los depósitos, situados en planta sótano, y desde allí la distribución hacia a cada vivienda. Se ha previsto la instalación de contadores de energía en cada vivienda y estudio, para poder controlar y facturar los consumos de cada usuario. La distribución se realizará a 2 tubos, se dispondrá de un selector invierno/verano común para producción.
Principalmente la distribución del calor se realizará mediante suelo radiante. El sistema de calefacción mediante suelo radiante es el más parecido a la calefacción ideal. La curva térmica que lo caracteriza demuestra una distribución regular de temperatura con una percepción más inmediata y directa de confort, de tal modo que se puede disminuir la temperatura total con el ahorro que esto conlleva. Un fancoil en la zona del salón comedor apoyará en caso de necesidades puntuales garantizando una respuesta climática rápida. El sistema tiene un rendimiento nominal de 3,4.
Refrigeración
El sistema de refrigeración es el mismo de calefacción con potencia frigorífica total 20 kW y Potencia recuperación total de 24,6 kW para la producción de ACS. Se dispondrá de un fancoil en el salón-comedor para el apoyo en la climatización de la vivienda/estudio. Su principal función será la de aportar frio y deshumidificación en los meses de verano. El sistema tiene un rendimiento nominal de 3,2.
Ventilación
El diseño de la instalación de ventilación de las vivienda y estudios sigue las siguientes características, cumpliendo con les indicaciones del CTE CB HS: Se ha previsto una extracción en el baño y en la cocina y una aportación de aire primario en los dormitorios y el comedor. El funcionamiento del sistema de extracción es tal que solamente se activaran las zonas en las que se requiere una renovación de aire, de modo que en los baños se activará mediante el interruptor del alumbrado y en el comedor mediante un detector de CO2. El sistema de ventilación también será comunitario e incorporará un recuperador de calor con una eficiencia nominal de 74%.
Iluminación
Todas las luminarias serán LED.
Automatización y Control
El edificio dispondrá de un sistema de monitorización y control centralizado conectado a cada vivienda que permitirá un control individualizado de la climatización. Desde el punto de vista de la gestión se dispondrá de contadores de energía que permitirán visualizar: el consumo de los equipos eléctricos de producción, la energía térmica frio/calor. La energía térmica para ACS, la energía térmica frio/calor por cada unidad privativa, con capacidad para entrada auxiliar de impulsos de contaje auxiliar, caudal de agua caliente, con salida de impulsos a integrar al contador de energía térmica. Una central de supervisión, equipada con pantalla táctil y puertos de comunicación vía Ethernet, Wlan, MBus para contadores conectada a un servidor web para poder controlar y actuar a través de los dispositivos móvil.
Energías Renovables in situ o en el entorno
La producción fotovoltaica se realizará mediante 18 paneles orientados hacia el suroeste, en la cubierta del edificio, de 327 W y una eficiencia del 20,1% que suman una potencia de 5,88 kWp y se apoyará a un sistema de 3 baterías de 48 V y una capacidad de 189 Ah cada una.
Presupuesto y viabilidad económica
El coste de construcción material del proyecto se estima por un valor de 772 €/m2 y resulta un 22% más bajo del coste de referencia, estimado por un valor de 996 €/m2. Este aspecto subraya un elemento clave de la construcción sostenible que deja clara la posibilidad de conseguir un edificio NZEB de forma rentable y competitiva en el mercado.
Cumplimiento DB-HE ahorro de energía
El cumplimiento del DB-HE se ha calculado a través de la herramienta ministerial HULC. Estos valores se consideran los oficiales en términos de cumplimiento normativo.
Certificaciones energéticas y ambientales
El edificio consigue la certificación energética A de proyecto. La certificación VERDE estudiada a día de hoy cuando el proyecto esté terminado es de 4 hojas debido a las estrategias y simulaciones realizadas, correspondiente a una mejora de impacto ambiental general de más del 60%
Las viviendas están situadas en el ensanche de Barcelona, por este motivo dispone de múltiples sistemas de transporte público y equipamientos cercanos para evitar el uso de coches.
Una de las estrategias utilizadas para aumentar la puntuación de esta certificación es la existencia de una cubierta verde accesible y un muro vertical, la vegetación de los cuales será autóctona y con unas necesidades de riego bajas. Asimismo, el riego de estas se realizará a partir de la recogida y depuración de las aguas grises provenientes de las duchas y grifos. Igual que la obtención del agua para riego es reutilizada, se ha elegido grifería y sanitarios con caudales bajos para el ahorro de agua en el resto del edificio. De esta manera la reducción del impacto ambiental de los recursos naturales disminuye un 52%.
La puntuación de energía y atmósfera se consigue en un 87% consiguiendo reducir las demandas energéticas, gracias a los sistemas constructivos y materiales y la eliminación de puentes térmicos. Además, se prevé la instalación de placas solares en la cubierta.
Gracias a los sistemas constructivos en seco, los materiales con baja emisión de COVs, la protección contra el ruido y la ventilación natural cruzada de todas las viviendas se consiguen en un 70% los créditos de calidad del ambiente interior.