Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Felipe Pich-Aguilera, Pich-Aguilera Architects
- Pau Casaldaliga, Pich-Aguilera Architects
- Jordi Camps, Pich-Aguilera Architects
Resumen
El presente artículo muestra un ejemplo de rehabilitación energética de un edificio oficinas. El artículo resume una propuesta a un concurso convocado por la Junta de Andalucía que no fue ganadora. No obstante por el grado de detalle del análisis energético se presenta como un buen ejemplo de metodología de trabajo. La rehabilitación energética se trata de una disciplina dentro del campo de la arquitectura que se detecta como una necesidad de presente y futuro para minimizar el impacto ambiental de la edificación al mismo tiempo que permite potenciar el crecimiento y actividad económica en Europa. En climas como el que se sitúa el proyecto presentado el control de la demanda de calefacción, refrigeración y calidad de luz (artificial y natural) son factores claves para abordar un proyecto con éxito. También estas nuevas arquitecturas pueden significar una actualización y mejora de la imagen arquitectónica del edifico a la vez que, como se justifica en el artículo significa a una inversión económica con un retorno parametrizable e interesante.
Descripción de la situación actual del edificio
El edificio actual consiste en un volumen prismático exento de 14 plantas sobre un zócalo de una planta, con uso principal administrativo en la ciudad de Málaga. España.
El acceso se produce en la fachada norte del mismo. Una escalera metálica exterior de evacuación sobresale notablemente en el centro de la fachada sur.
Los cerramientos del inmueble consisten en:
- Fachadas mayormente opacas a base de muros aplacados con piedra en planta baja.
- En el volumen principal muro cortina con perfilería vista de aluminio y vidrios simples, con alternancia de franjas horizontales transparentes y opacas. Pilares por el exterior revestidos de chapa de aluminio.
Si bien las condiciones de confort actuales son prácticamente aceptables, el consumo necesario para satisfacerlas resulta exagerado debido principalmente a una envolvente claramente ineficiente y en segundo lugar a causa de unas instalaciones de climatización e iluminación mejorables.
La prioridad es actuar sobre la envolvente del edificio (Figuras 1-6). La intervención a nivel del sistema de climatización incorpora también adecuaciones a nivel de renovaciones de aire (mediante recuperadores de calo). Finalmente el sistema de alumbrado es sustituido por una de mayor eficiencia.
El consumo de energía primaria en el global del edificio es de 208,2 kWhm2/año.
Mejora del cerramiento del edificio
En primer lugar, y en respuesta a la exigencia de hacer compatible la intervención con el uso normal del inmueble, se opta por conservar la fachada existente y acometer todas las mejoras desde el exterior.
Un edificio de oficinas tiene una gran carga interna por lo que se hace indispensable reducir las ganancias térmicas debidas a la radiación solar. Como el edificio existente no dispone de ningún sistema de protección solar será prioritario prever una nueva envolvente que bloquee dicha radiación, a la vez que preserve las vistas desde el interior hacia el exterior y ofrezca una nueva imagen representativa del nuevo paradigma de edificación sostenible.
La solución de fachada actual consiste en un muro cortina obsoleto, con alta transmitancia, que implica grandes pérdidas térmicas en invierno y un cierto grado de disconfort vinculado al alto gradiente de temperatura de la zona perimetral respecto a zonas más interiores. Por esta razón se propone aislar exteriormente las franjas opacas de todas las fachadas. De esta manera se incide también, mediante la introducción de color, en la configuración de la nueva imagen del edificio.
Cada propuesta de mejora, se analizada por separado en cada una de las orientaciones y luego en conjunto, utilizando el programa de simulación LIDER del Código y otras herramientas informáticas de simulación de radiación solar e iluminación. Para analizar la efectividad de cada estrategia se han comparado los valores obtenidos con los correspondientes a la simulación del edificio actual.
Programas utilizados:
- LIDER: demanda energética del CTE.
- PVSYST: simulación de producción fotovoltaica.
- ARCHIWIZARD: simulación de demanda energética, radiación solar incidente y contribución de iluminación natural.
Mejoras. Fachada sur
Para la fachada Sur se propone una estructura auto portante anexa a la fachada que funciona como protector solar, integrada con células fotovoltaicas y jardineras hidropónicas en cada uno de sus elementos.
Protección solar
Unas super-lamas evitan la radiación directa de la fachada sur durante la mayor parte del año, a excepción de algunas horas de los meses de invierno (Figura 8).
Los elementos de protección solar están posicionados en el plano vertical más alejado de la fachada actual, coincidiendo con el plano sur exterior del volumen de la escalera de emergencias.
La superficie inclinada de las lamas de la persiana se puede utilizar para integrar células fotovoltaicas que satisfacen hasta el 6,5% del consumo.
Plantación hidropónica
En el lado interior de los elementos de sombreo reincorporan jardineras hidropónicas para el crecimiento de plantas colgantes que acaban de modular la temperatura del aire de la galería y ofrecen la visión de un jardín vertical a las oficinas.
Los módulos de jardinera se componen de una membrana drenante y transpirable tipo Airpot o similar, relleno de fibras de coco y un sistema monitorizado de riego que además proporciona los nutrientes necesarios a las plantas.
Control de la radiación solar
Integración de dispositivos de reflexión y difusión de la luz solar para ofrecer un nivel adecuado de iluminación natural sin deslumbramientos. Se prevén reflectores tipo Deplosun o similar y superficies difusoras en el intradós de las lamas de aluminio anodizado.
Esta intervención evitará el uso de persianas interiores de control solar.
Acceso de mantenimiento
Las super lamas incluyen pasarelas de mantenimiento equipadas con líneas de vida y accesibles desde los rellanos de la escalera de emergencia.
Ahorros
En cuanto a la fachada sur, se propone una estructura auto portante adjunta a la parte delantera de la misma que funciona como un filtro solar, células solares e integradas con jardineras hidropónicas en cada uno de sus elementos. (Figuras 9a, 9b, 9c, 9d).
Mejoras. Fachada Este y Oeste
Dada la incidencia rasante de los rayos de sol, perpendiculares en planta a estas fachadas, se ha optado por diseñar un filtro continuo, que reduzca significativamente la radiación solar a la vez que conserve las vistas de las oficinas hacia el exterior.
La solución técnica se compone de:
- Bandejas horizontales de chapa de aluminio deployé colgadas.
- Montantes verticales de aluminio anodizado anclados a los montantes verticales de la fachada existente situados cada 125cm.
Se ha estudiado los múltiples modelos existentes de deployes, eligiendo como solución óptima El cristal 200 colocado a 0º, ya que así se obtiene un valor global de factor solar de 0.23, permitiendo una buena permeabilidad a La visión.
Ahorros
La envolvente se mejora revestimiendo las fachadas con una superficie metalica tipo «deployee», con subestructura autoportante metalica, estructura de anclaje al edificio de 40 a 50 cm de distancia. (Figura 12).
Mejoras. Fachada Norte
Para bloquear la radiación rasante proveniente de noreste y noroeste, se han diseñado lamas verticales de aluminio, como extensión de los montantes de la fachada existente.
Dichas lamas consisten en perfiles extraídos de aluminio anodizado de 60cm de profundidad. (Figura 14a).
Mejoras. Aislamiento exterior
Finalmente se propone añadir aislamiento térmico por el exterior en las bandas horizontales opacas del edificio actual.
Esta propuesta está orientada a mejorar el comportamiento térmico de edificio en los meses fríos del invierno, con el objetivo de reducir la demanda de calefacción y obtener unas temperaturas de confort en el interior del edificio en invierno.
La nueva solución constructiva se compone de:
- Panel sándwich de acero lacado anclado a pestañas fijadas a los montantes verticales existentes.
- Aislamiento interior de lana de roca de 0.041 W/mk. de 80mm de espesor.
Al introducir esta nueva capa en el cerramiento del edificio conseguimos reducir la U del cerramiento del edificio de 3.55 W/m2K a 0.66 W/m2K.
Ahorros
El funcionamiento de la fachada norte se mejora solo por la reducción de la luz excesiva del día mediante la instalación de una subestructura de lamas adjunta a la pared cortina y estructura del edificio HA. (Figura 15).
En lo que se refiere a la intervención en la envolvente, hay que señalar que la inversión es mayor para la fachada sur. Como ya se ha descrito anteriormente, incorpora dos elementos singulares: la vegetación y la producción fotovoltaica. Estos elementos actúan de una manera activa en el edificio: el efecto de la refrigeración evo – transpiración(vegetación) y la producción de energía eléctrica (paneles fotovoltaicos). Ambos sistemas tienen también un carácter especial dando al edificio una nueva imagen arquitectónica. En cuanto a la fachada Este-Oeste y la intervención continua de aislamiento tiene un costo a considerar que no sólo ofrece una mejora en la eficiencia energética, sino también un cambio de imagen y algunas actuaciones que garantizan el agua y estanqueidad del edificio. Todas estas intervenciones implican un ahorro global en el consumo de energía de alrededor de 25 %. (Figuras 9a, 11, 15).
Mejoras en el sistema de climatización
El sistema de climatización existente tiene unas aceptables características de producción y el funcionamiento para satisfacer las demandas actuales del edificio. Sobre esta base, la solución para mejorar la instalación consiste en la adaptación y la mejora de la instalación a pequeña escala, el aislamiento de las tuberías, la introducción de las válvulas de control, la optimización del funcionamiento, modernización de elementos en todas las secciones y unidades finales.
Sistema freecooling de suministro de aire exterior
En términos de proporcionar el aire acondicionado y el cumplimiento con el Reglamento de Instalaciones Térmicas en la envolvente de los edificios. Eso se puede lograr con mejoradores para cada planta. Estos mejoradores tienen la ventaja de que no sólo que van a extraer e introducir aire nuevo pero cruzarán los flujos respectivos con el fin de recuperar la energía (sensible y latente) con un rendimiento de casi 80%. Además, estas unidades incluyen el sistema de free cooling. El free-cooling mejora el rendimiento de la instalación actual y permite el control de la ventilación del edificio, evitando el control actual que es totalmente al azar y subjetivo de abrir y cerrar las ventanas.
Establecimiento del sistema de control y gestión del consumo de energía
Aquí se propone la instalación del sistema de control y consumo de energía. La solución se basa en el uso de las habilidades de comunicación en un bus (Mbus), un contador de energía térmica. La ventaja de trabajar con un bus es el hecho de que si el contador está configurado correctamente y conectado al bus, el sistema de lectura remota siempre ve, si en algún momento se pierde la conexión con el contador, o ha cortado el cable de bus o el contador tiene un problema, por lo que no genera incertidumbre sobre la causa y puede ser solucionado rápidamente. Además se propone el uso de los analizadores del sistema eléctrico SQUID que permiten la integración de sistema de control eléctrico, la gestión del consumo de datos en tiempo real y los parámetros de red.
Equipo propuesto
Se ha previsto el uso de los 2 sistemas principales de acción. En primer lugar, se ha previsto un sistema de recogida del consumidor, contadores, tanto de energía como fuerza y los elementos de recogida de estado como bombas y sensores de temperatura, y segundo el sistema automático de lectura de medidores y la centralización de los datos recogidos, que es la herramienta fundamental para la transferencia de datos.
- Contadores de energía.
- SQUID Network Analyzer.
- Administración remota.
Funcionalidades. Esquema principal
Instalación de acceso, en todo momento, en la distancia o en modo local:
- Seguimiento de la evolución de los datos del sistema a través de los históricos.
- Las alarmas y los eventos se almacenan en la fecha y tienen un fácil acceso adentro.
- Los registros históricos de valor están representados por curvas en un generador de gráficos, esta herramienta le permite exportar estos valores en una tabla.
- Los valores actuales de la instalación están disponibles en cualquier momento.
- Pantalla sinóptica ofrece una herramienta gráfica basada en bocetos o planos de la instalación con el fin de explotar el sistema.
- Distribución de alarmas mediante la conexión ya sea WI-FI, ADSL, GSM, Ethernet.
- e@sy-pro garantiza la gestión de los usuarios a base de su «variedad»,por lo tanto pueden definir cuatro niveles de acceso diferentes y personalizar la visualización de los datos de cada usuario.
Ahorros
Respecto al control climático, las máquinas existentes se mantienen, cosa que reduce significativamente el coste de la operación. Al mismo tiempo la necesidad de adaptar el sistema a las nuevas demandas de renovación de aire y capacidad de control a través de los sistemas de TICs puede realizar el funcionamiento de dos partes que no suponen un ahorro de energía global mayor de alrededor del 10,8 %. (Figuras 17a, 17b, 17c).
Mejoras del sistema de alumbrado
La intervención en los sistemas de iluminación se basa en el cambio de las luminarias que incorporan la tecnología LED y la introducción de sistemas de control.
Sustitución de pantallas fluorescentes de las oficinas y luminarias de garaje. Esta actuación consiste en la sustitución únicamente de las lámparas más ineficientes por otras de mayor eficiencia. En las pantallas fluorescentes se ha descartado la sustitución sólo de los fluorescentes T-8 con unos más eficientes o por otras reactancias electrónicas electromagnéticas.
La incorporación de sistemas de regulación y control en los pasillos y el uso ocasional. Esta medida permite alcanzar un mayor ahorro con menos inversión. Los sistemas de control reducen los costos de energía y mantenimiento de las instalaciones y aumentan la flexibilidad, permitiendo que haya un sistema de encendido / apagado selectivo sin que disminuya el rendimiento del servicio.
La incorporación de sensores de crepúsculo para iluminación día. Se considera una medida de regulación y control, pero se han separado de la medida anteriormente porque se considera que las dos soluciones que se pueden abordar de forma independiente. El objetivo de esta medida es el uso de la luz natural. Esta medida es especialmente beneficiosa en un edificio como el abordado.
Ahorros
La intervención en los sistemas de iluminación se basa en el cambio de las luces que incorporan la tecnología LED y la introducción de sistemas de control. Todas estas intervenciones tienen un alto costo para los componentes, pero los costos de instalación son muy bajos debido a su cotejo fácil que permite llevar un balance costo-beneficio muy interesante. Estas intervenciones representan un ahorro global en el consumo de energía de alrededor del 8,25 %. (Figuras 18a, 18b, 18c, 18d).
Imágenes de la propuesta arquitectónica
El resultado arquitectónico final no se enfoca en reducir el consumo de energía del edificio, sino que también cambia toda la imagen del edificio en una grata presencia en el contexto urbano. (Figuras 19, 20, 21 y 22).
Ahorros
En el nivel de equilibrio económico, este tipo de intervención y los valores conservadores, teniendo en cuenta de la inflación de la energía (5%) tiene un retorno de alrededor de 11,5 años. Esta amortización, junto con latipología de la construcción y el tamaño de toda la intervención y la capacidad de control de la energía, una solución integrada de esta intervención que puede ser un modelo replicable, tanto para el público como para el privado.
La suma de los ahorros globales de cada intervención se cifra en 44,05 %, lo que justifica plenamente la inversión. (Figura 23).
Colaboradores
Patricia Ripoll. Arquitecta Técnica.
Alex Parella. Arquitecto Leed AP. Certificador Verde.
Sergi Pérez. Arquitecto/ arquitecto técnico.
Iván Luque. Arquitecto técnico
Referencias
- Felipe Pich-Aguilera, Teresa Batlle (2010). Una realidad industrial. DETAIL Concepto nº3 Pág. 260-263 2010 ISSN: 1578-5769
- Felipe Pich-Aguilera (2010). La hora solar. Arquitectura Viva, nº130, pg. 40-43 2010 ISSN: 0214-12
- Felipe Pich-Aguilera i Teresa Batlle (2010). Revitalización de antiguos cuarteles a partir de un nuevo espacio climático. Criterios para la reducción de la demanda energética. Parque Científico Tecnológico Agroalimentario “Pcital”. Gardeny. Lleida. Consorcio “PCITAL” Informes de la construcción nº 5172010
- Felipe Pich-Aguilera, Teresa Batlle i Josep Mª Puigdemasa (2010). Reciclar y reconvertir para crear un espacio bioclimático. DETAIL Green nº7 Pág. 760-761
- Alain Liébard- André de Herbe. (2005). Bioclimatic Façades. Observatoire des énergies renovables.