Plan de gestión energética y mantenimiento de 12 edificios residenciales rehabilitados. Mejora de la eficiencia en 576 viviendas

Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:

Autores

• Isabel Martín Sanz, Arquitecto restaurador, 3IA Ingeniería acústica
• Iñigo Urra Mardaraz, Investigador, Tecnalia Research & Innovation
• Javier Martín Sanz, Ingeniero de Estudios, Veolia Servicios LECAM
• Francisco Javier Rodríguez, Ingeniero Técnico, LKS Ingeniería
• Félix Larrinaga Barrenechea, Investigador, Mondragon Unibertsitatea
• Susana María Gutiérrez Caballero, Investigador, Fundación CARTIF
• Carol Pascual Ortiz, Investigador, Tecnalia Research & Innovation
• Imanol Aguirre, Arquitecto, LKS Ingeniería
• Ali Vasallo Belver, Dr. Ingeniero e Investigador, Fundación CARTIF
• Andoni Diaz de Mendibil, Investigador, Tecnalia Research & Innovation

Resumen

Una vez realizadas las actuaciones de rehabilitación energética a nivel de distrito, y para garantizar el uso eficiente de la energía, se han establecido diferentes estrategias de gestión y mantenimiento en los elementos pasivos (reequipamiento de fachadas) y de generación y consumo de energía (red de calor con biomasa). Las estrategias se centran en las buenas prácticas a nivel de usuario y en una metodología innovadora de control a nivel de distrito, de edificio y de vivienda. La consecución de los niveles de consumo calculados y comprometidos en la fase de diseño se garantiza a través de un plan de gestión y mantenimiento de las instalaciones, que incorpora las decisiones del gestor energético y del usuario final.

Introducción

El proyecto objeto de intervención forma parte del proyecto CITyFiED que recibe fondos del Séptimo Programa Marco de la Unión Europea para la investigación, desarrollo tecnológico y demostración bajo el acuerdo de subvención número 609129. El proyecto CITyFiED tiene como propósito desarrollar una estrategia replicable, sistemática e integrada para adaptar ciudades europeas y ecosistemas urbanos en las ciudades inteligentes del futuro. Una estrategia centrada en reducir la demanda energética y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) e incrementar el uso de energías renovables desarrollando e implementando tecnologías y metodologías innovadoras para la reforma de edificios, redes inteligentes y redes de calor interconectadas con las TIC y la movilidad. I

Los escenarios de intervención se enmarcan en Suecia, Turquía y España, siendo este último objeto de desarrollo y análisis en este caso: el distrito de Torrelago ubicado en Laguna de Duero, Valladolid.

Una vez se realiza la actuación a nivel envolvente y red de calor, se diseña un plan de gestión, uso, mantenimiento y buenas prácticas. Se tiene en cuenta tanto a nivel edificio aspectos como la ventilación, a nivel vivienda con el sistema proyectado por el exterior de la fachada, así como a nivel red de calor con su monitorización posterior. Este control y las pautas que se llevan a cabo forman parte del Libro del Edificio para que el usuario final conozca los elementos de eficiencia energética con los que va a trabajar y las futuras mejoras a implementar tanto en su uso diario como con el tiempo.

La gestión y el mantenimiento se entienden como piezas energéticas en el futuro del usuario final, y por ello se realiza un análisis del caso residencial del distrito que proporciona información a los inquilinos.

Proyecto

El distrito residencial contempla la rehabilitación de las fachadas y de la red de calor existente mediante la integración de energías renovables y generación eléctrica distribuida, reduciendo las emisiones de CO2. Las viviendas organizadas en altura afectan a 576 propietarios y por su forma en planta a unas 130 fachadas a rehabilitar. Esta implicación a gran escala afecta a las cuatro orientaciones posibles hallándose 4 viviendas en cada planta, y teniendo que dar una solución homogénea a todos los propietarios. La actuación desarrolla a nivel edificio sólo el tratamiento de la envolvente de la fachada, no actuando en cubierta, techo de planta baja o suelo de planta primera, huecos y acristalamientos. Existen 12 bloques de tipología en H, según se observa en el plano de situación y emplazamiento correspondientes a la Comunidad de Propietarios 1, y los 19 restantes a la Comunidad de Propietarios 2 (futura actuación a realizar).

La actuación en los sistemas de calefacción y agua caliente sanitaria, se divide en tres partes:

• Unificación de las dos redes de calor existentes en una y cambio del sistema de generación de 100% gas natural a 80% biomasa y 20% gas natural. El mix energético permite asegurar el suministro de energía en todo momento, estabilización de los costes energéticos y reducción de las emisiones de GEI.
• Instalación de un sistema de control avanzado a nivel de barrio, edificio y vivienda. Con ello se permite la monitorización de consumos y sensores, permitiendo optimizar el uso energético del edificio, adaptando en cada momento la producción a la demanda.
• Producción de energía eléctrica y térmica mediante un equipo de cogeneración a gas. El sobreconsumo adicional de los sistemas de trasiego de biomasa, se ven reducidos por la aportación de la energía generada en el motor de cogeneración y el aprovechamiento del calor en la generación de agua caliente sanitaria.

La problemática que se aborda es este proyecto es la rehabilitación energética de un barrio, bajo criterios de viabilidad técnica y económica. Una vez realizadas las intervenciones y superadas las dificultades técnicas y económicas, el objetivo es clarificar si edificios cuyas emisiones de CO2 son casi nulas requieren un mantenimiento específico diferente a los convencionales. Para ello se describirán en los siguientes puntos, las diferentes buenas prácticas y usos de los sistemas energéticos (pasivos o activos) que tienen influencia en el consumo, concluyendo finalmente si la operación de estos sistemas o proyectos de rehabilitación suponen un coste o una dedicación extra. Es de especial importancia en este proyecto no solo la reducción de las emisiones, sino dotar al propietario de la capacidad de decisión para el uso del sistema de calefacción, evitando sobrecostes.

Conservación o mantenimiento

Nivel vivienda

“El objetivo del requisito básico “Ahorro de energía” consiste en conseguir un uso racional de la energía necesaria para la utilización de los edificios, reduciendo a límites sostenibles su consumo y conseguir así mismo que una parte de este consumo proceda de fuentes de energía renovable, como consecuencia de las características de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento.” (Artículo 15 de la Parte I del Código Técnico de la Edificación).

Es por ello, que se ha realizado una simulación energética de los edificios del 01 al 12 del distrito de Torrelago, con los programas informáticos Lider y Calener, y considerando tanto el antes como el después de la instalación del Sistema de Aislamiento Térmico por el Exterior, SATE. El mantenimiento de la fachada es prácticamente nulo ya que el revestimiento lleva un acabado Silancolor Base Coat que se limpia con agua de lluvia. De esta manera los usuarios no notaran diferencia con respecto al ladrillo original con el que contaban que no requería mantenimiento específico de su superficie.

En la Tabla I se puede observar la demanda calorífica previa a la actuación de un edificio tipo A del distrito de Torrelago, cuyo valor estimado es 65.70 kWh/año m2. Una vez se lleva a cabo la rehabilitación el valor estimado de la demanda calorífica se reduce hasta un valor de 29.21 kWh/año m2, lo que supone un ahorro superior al 40%.

Por otro lado, se sugiere al usuario el cambio de ventanas después de 35 años desde la creación de los bloques, dado que las ventanas colocadas en origen en los bloques estaban compuestas por un vidrio simple. A lo largo de los años la variedad que se presenta hace que no se pueda definir un modelo único. Debido a esto, se realiza una estimación de las características que podría presentar un hueco en fachada llegando a los siguientes datos: transmitancia térmica del vidrio de 3,7 W/m2K y factor solar 0,76, donde se estima que como mínimo se coloquen ventanas con doble vidrio con cámara de 16 mm, transmitancia térmica de 2,3 W/m2K y factor solar de 0,62, teniendo siempre en consideración la altura, orientación y radiación solar que recibe cada usuario según el confort que quiere obtener en su hogar.

Nivel edificio

La intervención se realiza en el distrito residencial con el proyecto de actuación, a nivel fachada y red de calor produciendo una mejora llegando a unos ahorros en el consumo de calefacción que pueden rondar entre el 40 – 50% de media como hemos visto anteriormente. Dicha estimación se basa en las simulaciones realizadas según el estado inicial de los edificios, contemplando los siguientes elementos: fachada, cubierta, suelo, ventana, medianera, así como el nivel de infiltración, comparándolo con el estado rehabilitado. Para determinar los parámetros incluidos en la simulación se realizaron ensayos del comportamiento térmico de la fachada y de los niveles de infiltraciones, con la intención de que la estimación fuese lo más precisa posible.

Aunque el ahorro energético es un parámetro importante a considerar, es más relevante la mejora de confort generalizada que supone la renovación de la envolvente, ya que se reducen los contrastes térmicos (paredes frías), las infiltraciones en las viviendas y corrientes de aire incontroladas. Dicho confort se ve mejorado por el aprovechamiento de la inercia térmica de la fachada cuando el sistema de calefacción no está en marcha, gracias a que el aislamiento exterior lo favorece.

Esta situación se puede ver incrementada si la intervención se amplía a todas las ventanas, techos exteriores de planta baja (suelo de primera) y tejado. Desde el punto de vista energético una mejora generalizada de las ventanas puede suponer reducir el consumo de calefacción hasta un 50%, no solo por la reducción de las pérdidas de calor, sino por la disminución de las pérdidas por infiltraciones de aire incontroladas en invierno. De la misma manera, la estrategia en verano pasa por airear las viviendas durante las horas nocturnas que baja la temperatura, aprovechando dicha inercia.

Por otro lado, a través de la mejora de los suelos al exterior de planta primera y cubierta, se llevaría a cabo una mejora de la situación de dichas plantas.

Otro factor a tener en cuenta, relacionado con la envolvente, es la calidad del aire interior; es decir, es necesario asegurar un nivel suficiente de aporte de aire exterior que garantice la renovación de aire viciado. Para ello se puede contar, en parte, con la intervención activa de los residentes de las viviendas, pero para poder garantizar un nivel mínimo de renovación de aire a lo largo del día es recomendable la colocación de aireadores en las carpinterías.

Nivel red de calor

La legislación relativa a calefacción y ACS se publica en el Reglamento de Instalaciones térmicas en los Edificios (RITE) y sus Instrucciones técnicas complementarias, que supusieron un nuevo impulso para las instalaciones en el tema del reparto de gastos, al incluir la obligatoriedad de los contadores de energía para calefacción y la exigencia de termostatos de ambiente y válvulas motorizadas individuales. Aprovechando la experiencia adquirida con las reglamentaciones anteriores se fijan las medidas de obligado cumplimiento en este tipo de instalaciones; las ya existentes se ven afectadas en el mantenimiento y en las inspecciones periódicas.

Si se tiene en cuenta lo expuesto anteriormente, se proporciona a continuación una serie de pautas y guías de buenas prácticas tanto para el sistema de calefacción y agua caliente sanitaria como para el resto de instalaciones, que los vecinos deberían llevar a cabo para el buen uso de las mismas y el aprovechamiento tanto de ellas como de la actuación de rehabilitación.

Generación: El primer motivo del empleo de biomasa en la red de calor es la reducción de las emisiones de GEI, lo cual implica un incremento en las operaciones de mantenimiento respecto a la operación habitual de calderas de otros tipos de combustible como gasóleo o gas. El incremento anual de horas de mantenimiento se cifra entre un 25% y un 30%, considerando las operaciones de limpieza de hogar, extracción de cenizas, aprovisionamiento de biomasa al silo y mantenimiento de los sistemas de alimentación a calderas. Por otro lado, la gestión eficiente del calor producido se realiza a través de estrategias de regulación y control en base a los datos recogidos por el sistema de monitorización, y se incluyen varios sistemas de bombeo de caudal variable, que adaptan el consumo a la demanda.

Calefacción: Un hogar bien aislado reduce los costes de calefacción entre un 20% y un 40%, a la vez que disminuye la necesidad de refrigeración en verano. Aún con esto, se recomienda dentro de cada vivienda abrir las persianas y las contraventanas durante las horas soleadas para aprovechar el calor del sol, y durante la noche en cambio, dejarlas cerradas para que no se pierda el calor interior. Las cortinas evitan pérdidas de calor, aunque éstas no se deban revestir ni cubrir como los radiadores de la calefacción.

Por otro lado, con la instalación de burletes adhesivos en puertas y ventanas se mejora el aislamiento y se reducen entre un 5% y un 10% la energía consumida. Las dobles ventanas o acristalamientos como ya se ha mencionado, permiten ahorrar hasta un 20% de energía en climatización. Es necesario que se mantengan limpias las superficies de los radiadores para la transmisión de calor.

Es recomendable utilizar termostatos y relojes programables en el interior de la vivienda para regular la temperatura de la calefacción. Estos termostatos deberían ajustarse periódicamente. En invierno la temperatura de confort está entre 19°C y 20°C durante el día, siempre que el hogar esté ocupado. Durante la noche o con la vivienda desocupada, la temperatura interior se deberá mantener entre 16°C y 17°C. La reducción de la temperatura interior en un grado supone un ahorro de energía de un 8%.

Agua caliente sanitaria: Deben señalarse diferentes acciones economizadoras para llevar a cabo por cada usuario sobre la instalación del agua caliente sanitaria. En primer lugar, es importante señalar que una ducha gasta de 30 litros a 40 litros de agua, cuando en un baño se necesita entre 120 litros y 160 litros, con el consiguiente gasto adicional de combustible, por lo que es recomendable el uso de las primeras.

Monitorización

El sistema de monitorización tiene como objetivo proveer de los sistemas y mecanismos para medir y controlar el consumo energético en el distrito residencial. Se realiza a través de sistemas de medición y gestión de energía, y de una plataforma de recogida y gestión de datos.

Los sistemas de medición y gestión de energía se implantan a tres niveles;hogar (HEMS, Home Energy Management System), edificio (BEMS, Building Energy Management System) y distrito (DEMS, District Energy Management System). A nivel HEMS se recogen datos de consumo energético (eléctrico o térmico) además de otros datos (ej. Confort). A nivel BEMS monitorizando el consumo y la demanda energética del edificio (temperatura, caudal, etc.), y controlando el consumo energético (consumo térmico de los anillos del edificio en el DH, District Heating). A nivel DEMS recogiendo información del consumo de energía en el distrito, producción instantánea, caudales y acumulaciones de energía.

El acceso a los datos de los tres niveles se facilita mediante una plataforma en la nube:

1. Donde se realiza el seguimiento y control del comportamiento energético del distrito, de cada edificio, y de los distintos hogares, mediante indicadores (KPI) y cuadros de mando.
2. Donde se presentan los datos permitiendo visualizar y adaptar la información a las necesidades del usuario mediante aplicaciones o informes.
3. Que proporciona información complementaria (ej. geolocalización o meteorología).

Estos datos se emplean en la generación de diferentes algoritmos y estrategias de optimización en edificios y viviendas. Por ello, la recogida, almacenamiento y tratamiento de datos permite establecer una estrategia definida de producción. Así se mostrarán datos donde se extraerá que los edificios con menos fachadas exteriores o con orientaciones más desfavorables tendrán una demanda menor y por lo tanto entrarán en carga de manera posterior a otros edificios, con ello se consigue reducir el pico de potencia en la producción, aplanando la curva de demanda y por lo tanto reduciendo el consumo energético.

Resultados

Se pueden distinguir una serie de pautas de uso y mantenimiento residencial para una mejor gestión energética. A nivel edificio la renovación de las ventanas supondría una importante mejora del confort de las viviendas, desde el punto de vista térmico y de la calidad del aire interior, como efectos más relevantes. De la misma manera, se puede completar la mejora con la adición de aislamiento a la primera y última planta de los edificios para conseguir una mejora global del ecodistrito. A nivel vivienda la incorporación del SATE en la envolvente ha reducido la demanda calorífica más del 40% tal y como se comprueba en la simulación de la Tabla I, con un mantenimiento del acabado final prácticamente nulo. A nivel red de calor los objetivos de reducción del 50% se han cumplido y la integración de energías renovables hace que la reducción de emisiones de GEI sea superior al 70%.

Discusión y conclusiones

El distrito residencial de Torrelago es definido según el planeamiento urbano de Laguna de Duero, como conjunto con proyecto, y es necesario marcar un sistema de gestión energético único futuro para los 31 bloques. Por tanto, el libro del edificio conocido como de uso y mantenimiento o de buenas prácticas, va a tener por objeto establecer unas pautas para conservar y aumentar la vida útil de los edificios destinados a viviendas, así como salvaguardar los derechos de los usuarios finales. Por ello, con un buen sistema de gestión energética y respondiendo a la pregunta de origen de si con este tipo de intervenciones para la mejora de la eficiencia energética, se supone un sobre coste de los sistemas habituales en uso y mantenimiento, la respuesta es que los costes de mantenimiento son superiores, aunque compensados con la reducción de coste energético global, y en consecuencia desde el punto de uso y mantenimiento supone un esfuerzo mayor en operación, rentable energéticamente. Además de tratarse de un distrito residencial que aún pasados 35 años desde su diseño, pierde su obsolescencia a través de unas medidas de gestión energética que lo vuelven a poner en valor en el parque inmobiliario actual, siguiendo unas pautas de uso, mantenimiento y sostenibilidad acordes al tiempo que vivimos.

Reconocimientos

Los autores expresan su agradecimiento al consorcio del proyecto CITyFiED, a Tecnalia, LKS Ingeniería, Mondragon Unibertsitatea, a la Fundación CARTIF, y a las empresas que intervienen en la envolvente térmica de los edificios y la red de calor, 3IA Ingeniería acústica y Veolia Servicios LECAM.

Referencias

• Martín, J., Martín, I., Gutiérrez, SM., Vasallo, A. et. al, 2015, Proyecto europeo CITyFiED: rehabilitación con criterios de eficiencia energética de 1.488 viviendas en la urbanización Torrelago en Laguna de Duero (Valladolid), Libro de Comunicaciones del I Foro de Rehabilitación, Ahorro y Energía. FORAE, Madrid.
• Larrinaga, F., Gutiérrez, SM., Urra, I., Vasallo, A. et. al, 2015, Proyecto Europeo CITyFiED. Estrategia para la rehabilitación y transformación de espacios residenciales urbanos en áreas de energía casi nula, Libro de Comunicaciones del I Congreso Ciudades Inteligentes, Madrid. URL: https://www.esmartcity.es/comunicaciones/i-congreso-ciudades-inteligentes-cityfied (15abril2016).
• Martín, J., Martín, I., Barrientos, JL., 2015, Proyecto de intervención a nivel distrito residencial para la mejora de la Eficiencia Energética de 4000 ciudadanos en España, Libro de Comunicaciones del I Congreso Ciudades Inteligentes, Madrid. URL: https://www.esmartcity.es/comunicaciones/i-congreso-ciudades-inteligentes-mejorar-la-eficiencia-energetica (15 abril 2016).
• Martín, I., Julián, G., Rabanal, R., Nº Nov-Dic 2015, Edificación. Be ENERGY. Revista de la eficiencia y el ahorro energético. Proyecto de rehabilitación a nivel distrito para la mejora de la eficiencia energética en Valladolid, pp.18-20 URL: http://beenergy.es/n%C2%BA-noviembre-diciembre-2015 (15abril2016).