Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Amaia Uriarte Arrien, Investigador, TECNALIA Research & Innovation
- Eneritz Barreiro Sánchez, Gestor de Proyectos, TECNALIA Research & Innovation
- Víctor Sánchez Zabala, Investigador, TECNALIA Research & Innovation
- Borja Tellado Laraudogoitia, Investigador, TECNALIA Research & Innovation
Resumen
La rehabilitación energética de los edificios públicos es un objetivo prioritario de la EU. El proyecto A2PBEER demuestra que los requerimientos de los Edificios de Energía casi nula, son alcanzables en los edificios y distritos públicos a través de tecnologías adaptables y asequibles. En el marco del proyecto se están desarrollando diferentes KITs tecnológicos para reducir un 50% el consumo energético de los edificios/distritos y serán validados en 3 distritos públicos (España, Suecia y Ankara). El proceso metodológico seguido y las soluciones desarrolladas buscan la replicabilidad, por lo que deberán ser fácilmente adaptadas a distintos climas y tipologías de edificios Públicos.
Introducción
Los edificios consumen alrededor del 40% de la energía total en Europa. Teniendo en cuenta que los edificios con peor rendimiento energético son los construidos antes de 1980, fecha en la que el aislamiento térmico comenzó a ser exigido en los edificios, y que estos representan la gran mayoría del parque edificado de Europa, la única manera de lograr los objetivos de 20-20-20 y el objetivo europeo de reducción de emisiones para 2050 es a través de la rehabilitación eficiente energéticamente de los edificios existentes.
El cumplimiento del objetivo de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en un 80-95% para 2050 respecto a 1990, implica especialmente la necesidad de rehabilitación del parque edificado europeo a un ritmo anual de 2,9% frente al actual 1,2%.
Las tecnologías y los sistemas constructivos avanzados pueden contribuir a la construcción de nuevos edificios y a la rehabilitación de los existentes con una reducción significativa del uso de energía y cumplir así con los objetivos marcados para el 2050. Sin embargo, en muchos casos, su penetración se ve dificultada por barreras de mercado como la falta de información general sobre los mismos, el desconocimiento de eficiencias, costes y la desconfianza ante nuevas soluciones que no están del todo demostradas.
En este sentido, por la importancia en el PIB y de su parque inmobiliario, el sector público de la Unión Europea representa un motor para estimular la transformación del mercado hacia productos, edificios y servicios más eficientes, así como para provocar cambios de comportamiento en el consumo de energía por parte de los ciudadanos y superar dichas barreras de mercado [1]. La Administración como potenciador de mercados actúa introduciendo nuevas soluciones en sus promociones e incluyendo parámetros de compra verde. Como promotor, la Administración implanta y valida el comportamiento de nuevas soluciones en sus edificios; y mediante la aplicación de determinados códigos de valoración o criterios de bajo consumo energético cuando aún estos son de carácter voluntario, contribuye, a la concienciación y formación de los equipos facultativos y los constructores en los ámbitos de la sostenibilidad. [2]
En respuesta a esta necesidad de rehabilitación de los edificios y el papel catalizador del sector público, la nueva Directiva de Eficiencia Energética 2012/27/EU tiene como objetivo que el sector público lidere el mercado de la rehabilitación. Para ello, los estados miembros garantizarán, a partir del 1 enero del 2014, la renovación anual del 3% de la superficie total de los edificios que tenga en propiedad, con requisitos rendimiento energético mínimos. En este marco, el proyecto A2PBEER, Affordable and Adaptable Public Buildings through Energy Efficient Retrofitting, cofinanciado por el 7º Programa Marco de la Unión Europea, demostrará que las soluciones innovadoras contribuyen a alcanzar los estándares actuales de EECN para edificios existente con periodos de retorno de la inversión inferiores a 7 años, con especial énfasis en aquellos edificios agrupados en distritos que en la actualidad presentan baja eficiencia energética.
El proyecto cuenta con 22 socios que representan a toda la cadena de valor de la edificación desde la perspectiva de ciclo de vida del edificio; estando involucrados centros de investigación e industriales para el desarrollo y suministro de nuevas soluciones, que se integran por los arquitectos y constructoras en el diseño y ejecución del proyecto de rehabilitación de los edificios, bajo los requerimientos de los usuarios y propietarios de los edificios.
El proyecto
El objetivo del proyecto A2PBEER es demostrar que se pueden alcanzar los actuales requisitos de los edificios Zero Energía en los edificios ya existentes. El proyecto incluye el desarrollo, evaluación y demostración de nuevos KITS de soluciones tecnológicas y una metodología sistémica innovadora de rehabilitación de Edificios Públicos y Distritos que es fácilmente implementable en distintas zonas climáticas y tipologías de edificios
La viabilidad técnico-económica y la replicabilidad de la nueva metodología y tecnologías se valida mediante el diseño y ejecución del proyecto de rehabilitación y la monitorización de 3 edificios y distritos públicos reales construidos en los años 60 y 70.
Uno de ellos es un edificio de oficinas en un campus universitario en España; el segundo es un edificio de dormitorios de estudiantes en un complejo educativo en Turquía y el último es un museo de tecnología en un distrito urbano que integra usos residenciales y terciarios.
Estos edificios se caracterizan por tener unas elevadas exigencias de confort interior (calidad de aire e iluminación) y sin embargo sus calidades constructivas y sistemas de generación e iluminación son significativamente mejorables, lo que sitúa el consumo energético actual de los tres demostradores en torno a 210-145KWh/m2 y año.
Existe un potencial de reducción del consumo energético significativo si se actúa sobre su envolvente opaca y transparente, los sistemas de iluminación natural y el aprovechamiento de las renovables. El proyecto A2PBEER quiere demostrar que es factible conseguir reducciones del consumo energético superiores al 50% con la implementación de nuevos desarrollos tecnológicos, cuyos periodos de retorno son inferiores a los 7 años.
Desarrollos tecnológicos del A2PBEER
Las tecnologías en desarrollo en A2PBEER conforman tres kits de soluciones de rehabilitación fácilmente configurables a las características de los edificios, y están destinados a reducirla factura energética de climatización e iluminación. Así, el primer kit está constituido por soluciones de altas prestaciones para la envolvente opaca y transparente; el segundo, por sistemas inteligentes de iluminación, y el tercero, posibilita integrar el edificio en una Red inteligente de distrito de calor y de frío.
Soluciones de altas prestaciones para la envolvente opaca y transparente
La fachada de los edificios es en general, la principal causa del alto consumo de energía, debido en muchos casos al bajo nivel de aislamiento. En la actualidad, aislar la envolvente de los edificios, tanto en la parte opaca como en la transparente, es una de las medidas con mayor viabilidad económica.
En lo que respecta a la parte opaca, existen muchos materiales aislantes comercialmente disponibles que se han venido utilizando desde los años 80, y a medida que las exigencias de consumo específico para los edificios se han ido reduciendo, se ha incrementado el espesor del mismo. Sin embargo, para conseguir EECN los valores de transmitancia de muros opacos que se están prescribiendo son inferiores a 0,2 W/m2K, lo que representa espesores de aislamiento convencionales superiores a 20cm, resultando en la reducción de la superficie útil de los edificios, o en un problema en los entornos urbanos.
A2PBEER plantea actuar ante esta limitación, mediante el desarrollo de sistemas de rehabilitación por el exterior o interior de la fachada con paneles de aislamiento al vacío (VIPs). Los VIPs tienen un poder aislante entre 5 y 8 veces superior a los aislantes convencionales y permiten conseguir las mimas prestaciones en espesores reducidos. Sin embargo su integración en la edificación representa un reto, dado que los paneles son susceptibles de perder sus propiedades cuando se pinchan o recortan lo que dificulta su instalación. El sistema desarrollado deberá tener en cuenta estos y otros requisitos para que el producto sea técnico-económicamente viable y sea susceptible de integrarse en la edificación.
Además de la fachada opaca, los huecos representan en la actualidad otra de los puntos débiles de la envolvente. La transmitancia de los huecos se ha reducido al sustituir vidrios simples por dobles y por el uso de capas bajo emisivas. Una capa colocada en el cara 3 maximiza las ganancias la solares y minimiza las pérdidas de calor(adecuado para invierno), mientras que las capas bajo emisivas que minimizan las ganancias solares (deseable en verano) se aplican en la cara 2 . Sin embargo en la mayoría de las ubicaciones de Europa, lo más deseable es maximizar las ganancias en invierno y minimizarlas verano. Las tecnologías actuales, no consiguen esta funcionalidad dual sin penalizar otro requisito de confort interior, la transmisión de luz visible. A2PBEER desarrollará una nueva carpintería que permita la rotación de la capa bajo emisiva, de forma que se consiga el mejor comportamiento en invierno y verano sin penalización de transmisión de luz visible.
Sistema inteligente de iluminación
Los edificios públicos se caracterizan en muchos casos por desarrollar actividades o usos con requerimientos de iluminación (uniformidad de iluminancia, distribución, color, deslumbramientos) muy rigurosos y en muchos casos durante un horario muy extenso como puede ser el caso de edificios de oficinas, educacionales o centros de salud. Ello condiciona a que en la actualidad el consumo específico de iluminación en este tipo de edificios ascienda a 25-48 KWh/m2 y año, mientras que las nuevas tendencias en la comunidad internacional tienden a limitar el consumo a 10 kWh/m2[3].
A2PBEER desarrolla soluciones que contemplen la captación, transporte y aprovechamiento de luz solar mediante fibra óptica, el suplemento mediante LEDs y el sistema de control que integrará el control de presencia y los niveles de iluminación.
Red inteligente de distrito de calor y de frío
Los edificios públicos se caracterizan por tener elevadas demandas de refrigeración condicionadas por las elevadas cargas internas y superficies acristaladas que incrementan las ganancias solares. Sin embargo, no es difícil de encontrar edificios que no satisfacen las condiciones de confort en verano, y son aún menos aquellos que satisfacen dicha demanda con sistemas eficientes.
La propuesta de A2PBEER es una solución que integra sistemas de absorción para generar frío. El frío se genera en el sistema de absorción de triple estado patentado por ClimateWell, que hace uso de calor residual de una cogeneración o radiación solar como foco caliente que posibilita el cambio de estado y la generación de frío.
Este concepto de red térmica propuesto es especialmente adecuado en términos de eficiencia y rentabilidad, cuando la planta central del sistema de calefacción de distrito se basa en la cogeneración, y especialmente, si se utilizan combustibles renovables.
Metodología holística de rehabilitación
Los edificios son un sistema térmico complejo, en el que los distintos elementos que lo conforman (envolvente, sistemas, usos, etc.) interactúan entre sí, resultando imposible deducir el comportamiento final del mismo como suma de las actuaciones o tecnologías individuales. Es por ello que A2PBEER está desarrollando y estableciendo una metodología de rehabilitación energética sistémica, que garantice que se alcancen las condiciones de confort en el edificio con el mejor ratio de coste/efectividad, y tenga en cuenta todo el ciclo de vida del edificio y su interacción con el resto de edificios en el distrito.
Los aspectos económicos son críticos en la toma de decisión de la rehabilitación y en la futura replicabilidad de la metodología, por lo tanto en cada etapa, la selección de las estrategias tendrá en cuenta la viabilidad técnico-económica de las soluciones, el costo de mantenimiento y los periodos de retorno de la inversión (ROI). Así, la metodología contempla la posibilidad de valorar el coste efectividad de las soluciones en distintos periodos de tiempo, y tiene en cuenta, tanto las soluciones actualmente disponibles en el mercado como las tecnologías más emergentes para reducir de la demanda, la integración de renovables y compartir el excedente de energía con el entorno colindante. En consecuencia, los edificios serán analizados desde una triple perspectiva (1) como consumidores de energía, (2) como generadores de energía y (3) como sistemas de almacenamiento de energía térmica.
Por lo tanto la metodología A2PBEER complementará las metodologías ya existentes para el diseño de edificios Zero energía y la rehabilitación de edificios residenciales.
Monitorización
La monitorización tiene como objetivo evaluar el comportamiento energético real de los edificios antes y después de la intervención de rehabilitación. Provee los consumos energéticos específicos reales a los que se puede llegar, y el potencial de ahorro resultante de la aplicación de la metodología sistémica y las soluciones seleccionadas.
Así, se ha diseñado una campaña de monitorización en continuo para medir el (1) consumo de energía eléctrica asociado a la iluminación y a los sistemas de ventilación, (2) el aporte de calor de los sistemas de calefacción y frío, (3) las condiciones en el interior de los edificios –iluminación, temperatura, humedad relativa y la concentración de CO2- y (4) las condiciones climáticas exteriores (temperatura de bulbo seco, humedad relativa, velocidad y dirección de viento, radiación solar, sensor de lluvia). La monitorización en continuo se complementa con termo-flujometría, termografía y ensayos de gases trazadores para la caracterización del comportamiento y prestaciones de la fachada antes y después de la rehabilitación.
La monitorización, por tanto, validará los resultados energéticos obtenidos en la fase de diseño mediante el uso de herramientas de simulación dinámica, e identificará aquellos aspectos en los que se debe incidir para conseguir EECN.
Resultados y conclusiones
El proyecto A2PBEER demostrará que, mediante sistemas innovadores de rehabilitación y una aproximación sistémica, es técnicamente viable y rentable reducir el consumo energético actual de los edificios públicos existentes en más del 50%.
La monitorización energética de los edificios pre y post-intervención durante un período de un año, permitirá validar estos resultados, así como comparar la efectividad de distintas soluciones en diferentes edificios públicos ubicados en 3 localizaciones europeas distintas.
El fin último es movilizar la renovación del parque edificado existente en Europa hacia modelos de edificios y distritos de energía casi nula y reducir así, en más de un 85%, las emisiones de gases de efecto invernadero de este sector en 2050.
Para alcanzar este objetivo es necesario que, en el periodo 2010-2020, se renueven en profundidad más de 300.000 edificios públicos en el conjunto de Europa. Si se considera la renovación profunda, como un paso previo hacia los edificios de energía nula, puede decirse que el proyecto A2PBEER contribuye al standard de energía neta cero movilizando el mercado de renovación profunda.
Reconocimientos
La investigación que ha dado lugar a estos resultados ha recibido financiación del Séptimo Programa Marco de la Unión Europea [PM7/2013-2017] en virtud del acuerdo de subvención nº [609060].
Referencias Bibliográficas
- [1] DIRECTIVA 2012/27/UE relativa a la eficiencia energética, de 25 de octubre de 2012.
- [2] N. Tellado, A. Uriarte. Retos y oportunidades para la transición de la edificación hacia la sostenibilidad., Ekonomiaz-75 3.er cuatrimestre, 2010.
- [3] P. Bertoldi & B. Atanasiu. Characterization of Residential Lighting Consumption in the Enlarged European Union and Policies to Save Energy, DG Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability, 2008.
- [4] Europe’s buildings under the microscope. Buildings Performance Institute Europe, 2010.
- [5] Pierre Renaud, Joëlle Hars et al Explosion of energy demand for air cooling in summer: perspectives and solutions, CISBAT 2009, Lausanne, September 2-3.
- DG Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability, 2008.