Ficha de proyecto presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autores
- Alberto Jiménez, Jefe Departamento Técnico, Formación y Soporte, Baxi Calefacción
- Héctor Noguera, Jefe Departamento de Baxi Solutions, Baxi Calefacción
Resumen
Esta propuesta es la segunda parte de la comunicación expuesta en el anterior Congreso. Hacíamos un análisis sobre las tecnologías de climatización que se podrán incorporar a los Edificios de Consumo Casi Nulo de nueva construcción. En aquel momento suponíamos unos valores límite que estaban todavía por definir. En Julio de este año, por fin se ha publicado el borrador de lo que será el nuevo DB HE del CTE. Como en el documento anterior, queremos hacer un análisis más allá de la definición de los EECN en términos de Energía Primaria e intentar saber qué tipos de generadores de calor y frío se adaptarán a los nuevos requerimientos. En este caso el estudio lo hemos realizado en colaboración con ATECYR y utilizando la herramienta de simulación Energy Plus.
Palabras clave
Instalaciones de Climatización, Edificios de Consumo Casi Nulo, Energía Primaria, Eficiencia, Futuro de la Climatización, Obra Nueva, Energy Plus
Introducción
El pasado mes de Julio se publicó finalmente el borrador de lo que será el nuevo Documento Básico de Ahorro de Energía (DB HE 2018) del CTE. Tal y como se venía indicando en los meses anteriores el documento sigue una filosofía completamente prestacional.
En este nuevo Documento Básico del CTE se hace por fin una definición del Edificio de Consumo de Energía casi Nulo que se ajusta a las recomendaciones de la Unión Europea y que obligará a reducir de manera significativa el consumo energético de los edificios.
Previsiblemente todos los edificios construidos a partir de primeros de 2020 tendrán que cumplir con esta nueva normativa. Aunque la norma afecta a todas las tipologías de edificios, en esta comunicación nos centramos en los edificios de viviendas. Pretendemos contestar a una pregunta aparentemente simple: ¿qué tipo de instalaciones de climatización se deberán instalar en estos edificios?
Borrador del DB HE
El pasado 26 de Junio de 2018 se publicó en la página web del Ministerio de Fomento el PROYECTO DE REAL DECRETO POR EL QUE SE MODIFICA EL REAL DECRETO 314/2006, DE 17 DE MARZO, POR EL QUE SE APRUEBA EL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN, iniciando el trámite de audiencia e información pública del documento y como fecha límite para la entrega de alegaciones el 31 de Julio.
En el apartado HE0 se limita el consumo de energético de los edificios. Lo hace limitando el consumo de Energía primaria total y no renovable de toda la construcción. Hasta ahora, todos los que trabajamos en este sector estábamos acostumbrados a hablar en términos de Energía final. Este cambio puede afectar al tipo de tecnología que se puede utilizar en las instalaciones de climatización de los edificios. Cada combustible, de los que habitualmente utilizamos para calentar o enfriar edificios, tiene un coeficiente de paso (de Energía final a Energía primaria) diferente. De manera que, frente a un mismo consumo de Energía final en la instalación, diferentes combustibles tendrán diferentes consumos de Energía primaria.
Los limites en cada caso se establecen según el índice de severidad climática en invierno (α,A,B,C,D,E) y se establece un valor de kWh por metro cuadrado y año.
En la primera tabla del documento se limita el consumo de Energía Primaría no renovable:
La Energía Primaria no renovable determinará en gran medida, como luego podremos observar, la tipología de las instalaciones de climatización.
A continuación, en este mismo apartado se establece el límite de consumo de energía primaria total. Los valores son exactamente, para cada zona, el doble que los de energía primaria no renovable.
Algo que llama la atención respecto a estas limitaciones en el consumo de energía es que a las zonas mayor severidad climática en invierno se les permite tener un consumo superior. Esto tiene lógica si pensamos en el consumo de la calefacción, pero hay que recordar que todos estos límites de consumo energético lo son también para los servicios de refrigeración, ACS y ventilación. Dicho de otra forma, este criterio de limitación al consumo energético va a perjudicar a las zonas con bajo consumo en calefacción, pero con alto consumo en refrigeración durante el verano.
También en la HE0 se establecen sistemas de referencia para la calefacción y la refrigeración. Tal y como se indica en el artículo 4.5, en el caso de los edificios de viviendas se deberán utilizar estos sistemas de referencia a efectos de cálculo energético cuando no se incluyan esas instalaciones en el proyecto. Esta condición tiene un efecto muy importante en las instalaciones de climatización, ya que si la demanda en los servicios de calefacción o de refrigeración es lo suficientemente alta será obligatorio instalar equipos o tecnologías con un rendimiento superior al de los sistemas de referencia. De otra forma no se cumplirá con los límites de Cep,nren y Cep,tot. Como podremos ver en el estudio realizado, en casi todas las regiones del país serán necesarias instalaciones de calefacción y de refrigeración para cumplir con los requisitos de los EECN. Sólo en las zonas con baja severidad climática en verano se podrá elegir no instalar equipos de refrigeración para el verano.
En el apartado HE1 se establecen los mínimos de calidad de la construcción del edificio. Se exigen unos valores máximos en la transmitancia de cada elemento de la envolvente del edificio (Muros, cubierta y huecos) y se introduce un nuevo coeficiente Global de transmisión de calor del edificio. Hay que cumplir con ambos indicadores al mismo tiempo. Durante este estudio hemos visto que el cumplimiento de los máximos de transmitancia en los elementos de la envolvente no implica el cumplimiento con la Klim del edificio. El coeficiente global de transmisión de calor se define en el Anejo A del Documento Básico. Se trata de un sumatorio de todos los coeficientes de transferencia de calor de la envolvente del edificio dividido entre el área de intercambio térmico.
Los valores límites de este coeficiente global del edificio se establecen en función de la severidad climática en invierno y de la compacidad del edificio.
En el Anejo E aparece una tabla con valores orientativos de transmitancias de la envolvente térmica. Con estos valores recomendados si se obtiene un valor de transmitancia global del edificio por debajo del límite establecido.
En este apartado también se establece un criterio para el control solar de la envolvente. Se define la qsol;jul como la ganancia de calor en el interior del edificio por la entrada de radiación solar por los huecos durante el mes de Julio y se establece un límite máximo para los edificios de uso residencial y de otros usos. Para los edificios de viviendas el límite está en 2 kWh/m2.mes.
El valor de la ganancia solar en el mes de Julio debe establecerse considerando activadas todas las protecciones solares móviles. Esto incluye las que son accionadas manualmente (persianas, toldos, etc.), por lo que en realidad el cumplimiento de este apartado pasa por instalar cualquiera de estos elementos. En el estudio realizado hemos considerado vidrios con un factor solar muy bajo para cumplir con este requerimiento, aunque somos conscientes de que en la práctica la solución pasará por instalar simples persianas.
El apartado HE4 también es un apartado importante desde el punto de vista del consumo energético de las viviendas. Este apartado ha sufrido una importante modificación con respecto a las versiones anteriores. En esta parte de la norma se establece que el 50% de la demanda energética en la producción de agua caliente de los edificios debe hacerse con energías renovables. La Energía Solar Térmica deja de tener prioridad en este apartado. La energía renovable ahora puede provenir de otras fuentes renovables como son la aerotermia o la biomasa.
Descripción del estudio
Hemos simulado dos edificios de viviendas muy diferentes. Una vivienda unifamiliar, aislada de 150 m2 y un edificio de 16 viviendas de 90 m2. Se trata de edificios de formas sencillas y compactas.
El primer diseño de ambos edificios se ha realizado con los aislamientos recomendados en el Anejo E del Documento Básico HE. Con esos valores de transmitancia se consiguen valores de la K del edificio muy por debajo de los máximos requeridos. Posteriormente hemos reducido el espesor de la capa de aislamiento de los muros exteriores para adaptarnos a la Klim.
Se ha simulado el comportamiento energético de los edificios y su demanda en cuatro ciudades: Madrid (D3), Barcelona (C2), A Coruña (C1) y Sevilla (B4). Estos cuatro lugares representan las climatologías más habituales de nuestro país. La simulación se ha realizado con el programa EnergyPlusversión 8.8.0., hemos hecho una simulación hora a hora. Los ficheros climáticos son los utilizados por los programas certificadores reconocidos. Para las condiciones exteriores de diseño se toman los valores presentes en la Guía Técnica de Condiciones Climáticas Exteriores de Proyecto (IDAE, 2016).
Hemos simulado la demanda de los edificios tomando 4 condiciones diferentes:
- Valores orientativos de transmitancia (U) del Anejo E del DB HE
- Valores mínimos de transmitancia para obtener la Klim
- Valores mínimos de transmitancia para obtener la Klim + optimización del factor solar de los vidrios (qsol;jul<2)
- Valores orientativos de transmitancia (U) del Anejo E del DB HE + recuperación de calor en la ventilación
En cada una de estas suposiciones hemos analizado el consumo de energía primaria con 4 instalaciones de climatización diferentes:
- Caldera de gas + Energía Solar térmica (ACS) + Aire Acondicionado
- Aerotermia para calefacción, refrigeración y producción de ACS
- Aerotermia para calefacción, refrigeración y producción de ACS + Energía Solar térmica (ACS)
- Aerotermia para calefacción, refrigeración y producción de ACS + Energía Solar Fotovoltaica
Resultados
Podemos analizar los resultados desde varios puntos de vista.
Control solar
Respecto al control solar, con el fin de cumplir con el máximo de ganancia solar durante el mes de Julio se pueden optar por dos estrategias diferentes:
- Reducir el factor solar del vidrio (SHGC-Solar Heat Gain Coeficient)
- Tapar el hueco (persianas, toldos, sombras, etc.)
Cumpliendo con la qsol;jul < 2 kWh/m2.mes se puede reducir la demanda de refrigeración entre un 10% y 20% en las zonas con más demanda en verano.
Potencia instalada
Desde el punto de vista de la potencia instalada, podemos ver como los equipos de refrigeración deberán ser más potentes que los de calefacción. Solo en el caso de las zonas con severidad climática 1 en verano (A Coruña) la refrigeración es casi inexistente. De hecho, en estas zonas se puede valorar la opción de no instalar equipo de refrigeración para el verano.
Aislamientos
Como ya hemos indicado, desde el punto de vista de los aislamientos hemos realizado simulaciones con dos opciones diferentes:
- Con los aislamientos recomendados en el Anejo E. Es decir, con aislamientos reforzados.
- Con el aislamiento mínimo en cada caso para alcanzar la Klim.
La diferencia en casi todos los casos es de unos 5 cm de aislamiento entre ambas opciones. Sólo en la zona más cálida (B4) la diferencia es de tan sólo 2 cm.
Este aumento en los espesores de los aislamientos, reduce considerablemente la demanda en calefacción (entre un 24% y un 33%). Sólo resulta menos efectiva en la zona más calidad donde la demanda en invierno es muy baja.
Recuperación de calor en la ventilación
La recuperación de calor en la ventilación reduce la demanda de calefacción considerablemente en las zonas con más demanda en invierno.
En las zonas más cálidas, aunque porcentualmente la reducción es importante, el valor absoluto es despreciable.
Conclusiones
En cada una de las zonas analizadas hemos obtenido los consumos de Energía primaria para cada condición de simulación y para cada tipología de instalación. Verificando qué instalaciones están por debajo de los límites establecidos. Por supuesto a estos criterios técnicos tendríamos que añadir otros como son las tendencias del mercado, los costes y la complejidad de la instalación o el confort y el coste de explotación que tendrá el usuario final.
Madrid (D3)
En este caso las opciones que cumplen son:
- Aislamientos recomendados con Aerotermia y Energía Solar Térmica
- Aislamientos recomendados con recuperación de calor en la ventilación y Aerotermia
- Aislamientos recomendados con recuperación de calor en la ventilación, caldera de gas, Energía Solar Térmica y Aire Acondicionado.
Barcelona (C2)
En este caso las opciones que cumplen son:
- Aislamientos mínimo con Aerotermia
- Aislamientos recomendados con caldera de gas, Energía Solar Térmica y Aire Acondicionado.
A Coruña (C1)
En este caso las opciones que cumplen son:
- Aislamientos mínimo con Aerotermia
- Aislamientos recomendados con caldera de gas y Energía Solar Térmica, sin necesidad de refrigeración.
Sevilla (B4)
En este caso las opciones que cumplen son:
- Aislamiento mínimo con Aerotermia y Energía Solar Térmica
- Aislamiento mínimo con Aerotermia y Energía Solar Fotovoltaica