Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Amantia Martínez Pérez, Arquitecto Técnico, estudiante de Máster en Tecnologías de Edificación Sostenible de la UDC
- Fco. Javier López Rivadulla, Dr. Arquitecto, profesor del Departamento de Construcciones Arquitectónicas de la UDC
Resumen
Cuando se habla de edificios de consumo casi nulo siempre se enfoca desde el punto de vista energético. Sin embargo, enfocando esta meta desde un punto de vista más amplio, se podría relacionar el consumo de agua con el consumo energético. Consumiendo de manera moderada e incluso reaprovechando aguas, además de reducir el consumo de agua, se podría reducir el consumo energético que implicaría un transporte de agua excesivo desde las plantas de tratamiento hasta la vivienda, y desde la vivienda a las estaciones depuradoras (EDAR). Haciendo una comparativa con el consumo energético en una vivienda sin estos sistemas y una vivienda con un uso de agua eficiente, se demuestra que estos métodos son eficaces para reducir el consumo energético.
Introducción
Cuando se comenzaron a establecer las primeras relaciones entre agua y energía, tan solo se consideraba como única relación entre ambas, al aprovechamiento de la energía que se puede producir en los ríos, considerando éstos como una fuente de producción. Sin embargo, posteriormente también se ha comenzado a hablar de la relación inversa, la relación que existe entre el consumo de agua y el consumo energético.
Objetivo
Cuando se habla de edificios de consumo de energía casi nulo, se hace referencia a la definición presentada por la Directiva Europea 2010/31/EU, que define estos edificios como aquellos edificios altamente eficientes desde el punto de vista energético, con una demanda casi nula o muy baja, cubierta por energías procedentes de fuentes renovables. Para ello, se han de tener presentes e intentar minimizar todos los consumos energéticos que requiere la vivienda para su pleno funcionamiento. Esto casi siempre se cumple, siempre se han tenido presentes procesos y métodos para ahorrar energía, pero un uso eficiente del agua, siempre se ha pasado por alto. En el caso de las viviendas se obtiene una buena relación de beneficios utilizando dispositivos de ahorro de agua doméstico (MacMahon y col, 2006).
Teniendo presente esta definición, el objetivo del presente trabajo, es demostrar la relación que existe entre el consumo de agua y el consumo de energía en una vivienda unifamiliar. Para ello primero se analizarán los consumos de agua, tanto actuales, como con la incorporación de sistemas de ahorro, y se vincularán ambos al consumo energético que implican, demostrando que reduciendo el consumo de agua se reducirá notablemente el consumo de energía.
Relación entre el consumo de agua y el consumo de energía
En las viviendas la totalidad del agua empleada es potable, no siendo necesario en muchas ocasiones que disponga de esta propiedad. Un elevado consumo de agua, conlleva que se consuma energía en exceso, necesaria para llevar a cabo el transporte y el proceso potabilizador cuando puede no ser necesario. El transporte del agua requiere grandes demandas de energía, por ello optimizando la demanda y su consumo, los procesos de depuración y tratamiento también se verán optimizados. Cada etapa del ciclo hídrico urbano que recorre el agua, desde su captación hasta su vertido final, previo tratamiento, implica un gasto de energía unitario (kWh/m³).
La imagen anterior muestra el esquema del ciclo urbano del agua, todos los procesos que refleja requieren una cantidad de energía que repercute durante todo este proceso, desde la captación del agua en el entorno, hasta que ésta retorna al medio natural una vez ha sido depurada. El gasto energético de este ciclo, no es un dato constante, depende del tipo de proceso de captación, como del tipo de entorno entre más factores. En la mayoría de los casos, la presencia del agua implica la presencia de energía. En la actualidad, aproximadamente entre un 2 y 3% del consumo de energía total que se consume en el mundo, es empleado para el bombeo y el tratamiento del agua en las poblaciones urbanas y el sector industrial (Watergy, 2002).
Teniendo presentes dichos datos, se puede considerar que el consumo de agua y de energía están estrechamente relacionados. Con la incorporación de políticas de ahorro, y sistemas de ahorro en las viviendas además de garantizar la existencia del recurso para el suministro, también se consigue lograr un ahorro de energía, minimizando la emisión de gases de efecto invernadero. En temas de ahorro de agua, se debe fomentar en la mayor medida posible para no contribuir al cambio climático, pero también el menor consumo de agua supone menor una menor utilización del ciclo urbano del agua.
En este gráfico extraído de la UNE EN 15978:2011 referida al comportamiento ambiental de los edificios, muestra como durante la etapa de uso del edificio, se han de valorar a la par el consumo de energía junto al consumo de agua. Ambos consumos sería necesario reducirlos, y hacer referencia al consumo de agua implica hablar también de consumo energético.
Método
Trabajo de obtención de datos
Para comprobar que la instalación de sistemas de aprovechamiento de agua aportan beneficios a la hora de cuantificar la energía consumida en una vivienda, ha sido necesario realizar un trabajo de recopilación de datos, mediante el cual se ha realizado un análisis de los consumos de agua y energía en una vivienda unifamiliar aislada. Además también ha sido necesario analizar grandes infraestructuras de abastecimiento de agua, como la empresa encargada del abastecimiento de agua, y la Estación Depuradora de Aguas Residuales que se encargará de la depuración de las aguas residuales del municipio, siendo en estos dos últimos casos, datos relacionados con el consumo energético asociados al agua.
Para la obtención de la información que garantizase la consecución del objetivo del trabajo, se han valorado los siguientes datos:
- Volumen de agua consumido en la vivienda.
- Volumen de agua enviada a la red de evacuación y tratamiento.
- Volumen de agua procedente de la red de abastecimiento.
- Consumo energético de abastecimiento.
- Consumo energético que implica el tratamiento de agua residual.
Estimación del ahorro
Conocido el consumo de agua de la vivienda unifamiliar elegida, se proyecta la incorporación de sistemas para lograr reducir el consumo y que no impliquen un aumento del consumo energético de la vivienda.
Sistemas de ahorro, se incorporan a todos los grifos reductores de caudal, se incorpora un sistema de doble descarga en el inodoro y se cambia el sistema de riego a un sistema de riego por goteo.
Sistemas de aprovechamiento de aguas de lluvia. Se instalará un sistema de aprovechamiento de agua de lluvia, que recoja la totalidad de las aguas que caigan sobre la cubierta. Un depósito situado en la planta bajo cubierta, aprovechará la gravedad para dar abastecimiento a inodoro, lavadora, limpieza y riego.
Sistema descentralizado de aprovechamiento de aguas grises. Un sencillo depósito situado bajo el lavabo destinará las aguas generadas en él al inodoro, ayudando al depósito de pluviales a cubrir la totalidad de esta demanda.
Consumo energético derivado del consumo de agua
Se consultan los datos que ofrece la empresa de abastecimiento de aguas en cuanto al consumo energético que implica el transporte de las aguas, desde el punto de abastecimiento en el embalse, hasta la captación de la propia vivienda. También son consultados los datos de consumo energético que implica el transporte de las aguas por la red de evacuación desde la vivienda a la estación depuradora, y su tratamiento antes de ser devueltas al medio natural. Los datos de esta última etapa del ciclo de agua son orientativos, ya que la estación depuradora que se encargará del tratamiento de las aguas de la vivienda todavía no se encuentra en funcionamiento, y los datos de los que se dispone son una estimación de la propia empresa.
Resultados
Consumo de agua con las instalaciones convencionales
Se analiza el consumo de agua medio por persona, y se aplica a una unidad familiar de cuatro personas. La vivienda elegida tomada como referencia se encuentra en la provincia de A Coruña, dato que se ha de tener presente al menos en cuanto al ahorro que puede suponer el aprovechamiento de agua de lluvia y la necesidad de riego del jardín. Se adjuntan en la siguiente tabla los consumos medios que han sido estimados:
Con una extensión de 100 m² de jardín, y empleando datos como la evapotranspiración de la zona, el tipo de cultivo y el clima, se ha estimado la necesidad de riego del jardín, siendo únicamente necesario el riego en los meses de julio y agosto, con 1.275 y 708 litros al mes respectivamente.
Considerando la ocupación diaria de cuatro personas, y la necesidad del agua de riego, el consumo estimado de la vivienda es de 199.083 litros/año.
En la vivienda convencional, toda el agua consumida es arrojada al desagüe, no es aprovechada y se envía a la estación depuradora. Por otro lado, el agua destinada a la limpieza también se pierde definitivamente y del total consumido, se considera que el 80% sigue este camino. Esto implica que anualmente se arrojan a la red de evacuación 154.176 litros.
Consumo de agua con sistemas de ahorro
Con la incorporación conjunta de estas medidas, se logra reducir notablemente el consumo de agua de la vivienda.
Modificando el sistema de riego, aunque la demanda sigue siendo la misma, la necesidad de agua se reduce a 872,95 y 483,91 litros durante los meses de julio y agosto respectivamente. Con la ocupación diaria de cuatro personas, y la necesidad del agua de riego, el nuevo consumo estimado de la vivienda es de 118.886,87 litros/año.
Con la instalación conjunta de los sistemas de aprovechamiento de aguas de lluvia y de reaprovechamiento de aguas grises, se ha llegado a anular completamente el gasto de agua que implica el inodoro, la lavadora, la limpieza y el riego. De este modo, los usos que requieren del agua de la red de abastecimiento serán únicamente la ducha, el lavabo, el fregadero y lavavajillas, quedando el consumo reducido del siguiente modo:
Implicando un consumo diario en la vivienda de 179 litros/día y un consumo anual de 65.335 litros/año.
La incorporación de estos sistemas no reduce únicamente el agua que se consumirá procedente de la red de suministro, al aprovechar las aguas grises procedentes de lavadora, ducha y lavabo, también se reducirá la cantidad de agua que se envía a la red de evacuación para su posterior tratamiento. Las aguas susceptibles de ser enviadas a tratar son, únicamente, las procedentes de la cocina, lavavajillas e inodoro:
Con la aplicación de estos sistemas, se generan en total 106 litros de agua diarios que no pueden ser reaprovechados y requieren un tratamiento. Suponiendo que el 80% de esas aguas siguen ese camino, implica que anualmente 30.952 litros son enviados a la EDAR para su tratamiento.
Consumo energético
Valorados los recursos hídricos consumidos anualmente para el abastecimiento de agua potable de la vivienda unifamiliar y su tratamiento, a continuación se presentan los consumos de energía eléctrica ligados a dicha demanda. Los consumos eléctricos a continuación expuestos hacen referencia al proceso de bombeo para poder transportar las aguas desde las redes de distribución y desde los depósitos principales de regulación, al proceso de potabilización, y al de tratamiento de las aguas. No han sido incluidos en el estudio las demandas energéticas debidas a las bombas dosificadoras de cloro de los depósitos de regulación, por ser irrelevantes respecto al resto y de imposible determinación en la mayoría de los casos.
Consumo energético vinculado al abastecimiento
Para deducir el consumo energético que implica el abastecimiento, se calcula el consumo que tendría la instalación de una bomba para el autoabastecimiento a partir de un pozo situado en la vivienda.
Consumo energético vinculado a la evacuación y tratamiento
La estimación ofrecida por la empresa de tratamiento de aguas del consumo energético que implica el transporte y tratamiento de las aguas es de 0,49 kW/m³.
Discusión de los resultados obtenidos
A lo largo de todo un año, la demanda de agua urbana total que exige la vivienda unifamiliar analizada es de 199,083 m³, cuya totalidad procede de aguas superficiales, evitando así mayor demanda energética por bombeos de aguas subterráneas, desalaciones o transferencias de agua. Con la instalación de los sistemas de ahorro y aprovechamiento de aguas, esta cantidad logra reducirse a 118,887 m³, aproximadamente un 40% de consumo menos.
Se puede deducir del presente trabajo, la idoneidad, desde un punto de vista energético, de promover la reutilización y ahorro de las aguas procedentes de las aguas de lluvia, ya que no es necesario un tratamiento especial de tratamiento o potabilización que precisen los usos posteriores a los que se destinen. Teniendo que el consumo que implica la regeneración de las aguas residuales y su distribución se estima en unos 0,49 kWh/m³ lograr la reducción del 80% del consumo asociado al tratamiento de aguas.
Es de destacar que todos los consumos y volúmenes a los que se hace referencia proceden únicamente de una vivienda unifamiliar ocupada por cuatro personas, si se extendiese el fomento de los sistemas de ahorro de aguas a todas las edificaciones,
Conclusiones
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, se ha demostrado que reducir el consumo de agua y su reaprovechamiento también supone un ahorro desde el punto de vista energético. Con cada litro de agua que no se consuma, se ahorrará todo el consumo energético que implica la totalidad del proceso al que se somete, desde su captación hasta su vertido. Por cada litro de agua que no se consuma en la vivienda se ahorran 0,11 kW de energía, lo que implica un 55% de lo que actualmente implica el consumo de agua, logrando así un consumo energético más eficiente y sólo cuando éste sea necesario.
Bibliografía
- ARIZMENDI BARNES, L.J., 2005. Cálculo y normativa básica de las instalaciones en los edificios. 7ª renovada edn. Pamplona: Eunsa.
- CABRERA E., PARDO M. A., CABRERA JR. E. Y COBACHO R., 2011. Agua, energía y eficiencia o el inaplazable reto de la sostenibilidad. VII Congreso Ibérico sobre Gestión y Planificación del Agua. Fundación Nueva Cultura del Agua.
- MCMAHON J.E., WHITEHEAD C.D., BIERMAYER P., 2006. Saving water saves energy. Lawrence Berkeley National Laboratory. Berkeley. California. USA
- WATERGY, 2006. Agua y Energía: Aprovechando las oportunidades de eficiencia de agua y energía aún no exploradas en los sistemas municipales de agua.