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ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA DE UN EDIFICIO ADMINISTRATIVO DE ALTA

CALIFICACIÓN ENERGÉTICA

Ing. y Tecnología del Medio ambiente

Rev. 2 del 9/ene/2012 J Garcia Sanz-Calcedo, F Cuadros-Blazquez, F López-Rodriguez Ecodiseño

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Publicaciones DYNA SL -- c) Mazarredo nº69 -3º -- 48009-BILBAO (SPAIN) Tel +34 944 237 566 – www.dyna-energia.com - email: [email protected]

ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA DE UN EDIFICIO

ADMINISTRATIVO DE ALTA CALIFICACIÓN ENERGÉTICA

Justo García Sanz-Calcedo* Francisco Cuadros-Blázquez* Fernando López-Rodríguez**

*UNIVERSIDAD DE EXTREMADURA. Escuela de Ingenierías Industriales. Campus Universitario, Avda. de Elvas s/n - 06006 Badajoz. Tfno: +34 924 289600. [email protected] **AGENCIA EXTREMEÑA DE LA ENERGIA. [email protected]

Recibido: 19/mar/2012 -- Aceptado: 28/may/2012 - DOI: http://dx.doi.org/10.6036/ES1002

ANALYSIS ON THE PERFORMANCE OF AN ADMINISTRATIVE

BUILDING WITH HIGH ENERGY RATING

ABSTRACT :

The present work is aimed at evaluating the results obtained during the first year of operation of a public building with high energy rating in Extremadura (a southwest Region of Spain), which it puts into practice techniques on saving and energy efficiency in buildings and renewable energy integration. The building has been built taking into account the climatic conditions of the city of Mérida (Spain), applying concepts of passive solar collection and thermal insulation, shading of windows and roofs, using natural lighting and technologies based on the integration of renewable energy. The results shows that it is possible to weatherize public buildings in cities of extreme weather by implementing measures that minimize energy consumption and using renewable energy sources (solar and biomass), demonstrating the economic viability, energy and environment of that buildings. It is a public buildings to use administrative and non-experimental with energy rated "A", operating since 2010 in Spain, which serves as an example to society of the efficacy of energy efficiency techniques. It´s larger than 5,000 m2, its particular envelope based on a production facility using biomass combined heat engine cycle with a single effect absorption, the ventilation free-cooling system and the integration solar thermal and photovoltaic, make it an international benchmark. Keywords: Energy efficiency, sustainable building, renewable energy

RESUMEN:

En este trabajo se analizan los resultados obtenidos durante el primer año de funcionamiento de un edificio público con alta calificación energética en Extremadura, que pone en práctica técnicas novedosas sobre ahorro y eficiencia energética en la edificación, así como de integración de energías renovables. El edificio se ha construido teniendo en cuenta las características climáticas de la ciudad de Mérida (España), aplicando conceptos de captación solar pasiva y aislamiento térmico, sombreamiento de ventanas y cubiertas, haciendo uso de la iluminación natural y de tecnologías basadas en la integración de energías renovables Los resultados muestran que es posible climatizar edificios públicos en ciudades de clima extremo, aplicando medidas que minimizan el consumo energético y utilizando fuentes de energía renovables (energía solar y biomasa), demostrándose la viabilidad económica, energética y medioambiental de este tipo de edificios. Se trata de uno de los primeros edificios públicos de tipo administrativo y no experimental, con calificación energética “A”, operativo desde 2010, que sirve como ejemplo real a la sociedad de la eficacia del uso de las técnicas de eficiencia energética. Su tamaño superior a 5.000 m2, su particular envolvente y su sistema de climatización, basado en una instalación de producción de energía térmica mediante biomasa combinada con una máquina de ciclo de absorción de simple efecto y ventilación por sistema free-cooling, así como la integración de energía solar térmica y fotovoltaica, le convierten en un referente a nivel internacional. Palabras clave: Eficiencia energética; edificación sostenible; energías renovables

1. INTRODUCCIÓN

El sector de la edificación representa uno de los sectores con mayor incidencia en las emisiones de dióxido de carbono a

la atmósfera, emisión en su mayor parte debida al elevado consumo energético. El consumo de energía final de este

sector, representa el 17% en España, correspondiendo un 10% al sector doméstico y un 7% al sector terciario [1]. Si se

considera tanto la fabricación de los materiales, materia prima de la construcción, como el transporte de los mismos, se

puede considerar que el consumo de energía final en el sector de la edificación es del orden del 40% [2].

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http://dx.doi.org/10.6036/ES1002





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El aumento del consumo energético, derivado del crecimiento económico y de la tendencia a satisfacer un mayor

número de necesidades, hace cada vez más urgente la integración de los aspectos medioambientales y el desarrollo

sostenible en la construcción de las infraestructuras públicas [3].

El balance energético en España relativo al año 2010 refleja que las energías renovables fueron la primera fuente de

generación eléctrica con el 32,6% del total, siendo líderes europeos en producción eólica. Ello ha permitido reducir las

emisiones de CO2 un 20% respecto al año anterior y en tres puntos nuestra elevada dependencia energética externa,

causante de un déficit comercial de 34.500 M€. Este déficit se espera que aumente aún más, debido al encarecimiento

de los hidrocarburos y a su mayor consumo. El avance de las renovables en España indica que se está produciendo un

cambio de modelo energético y su futuro pasa por su uso e integración en la edificación, urbanismo y transporte, así

como en la generación distribuida.

Ante esta situación, se han diseñado estrategias de ahorro y eficiencia energética para los edificios, en cumplimiento de

la Directiva 2010/31/UE de eficiencia energética, que pretende conseguir la reducción de la demanda de los edificios de

nueva construcción. Esta Directiva está traspuesta en España mediante el Código Técnico de la Edificación (CTE) [4],

uno de cuyos objetivos es que los edificios de nueva construcción rebajen su demanda energética, y el RD 47/2007 de

Certificación Energética.

Una de las mejores maneras de promocionar la eficiencia energética y el empleo de energía limpias, es que la

Administración Pública, en sus dependencias, aplique tecnologías que demuestren la viabilidad de construir edificios

energéticamente sostenibles, donde el balance energético sea nulo o el más bajo posible mediante la implementación de

técnicas bioclimáticas [5], colaborando en demostrar la viabilidad de estas tecnologías.

Algunos antecedentes sobre edificios energéticamente sostenibles son el proyecto PSE-ARFRISOL [6], el proyecto

Green Building Challenge Spanish Team [7], el edificio PETER [8] y el colegio de Abárzuza [9]. Aunque existen otros

edificios que no coinciden exactamente con las restricciones impuestas a éste, si suponen valiosos referentes; es el caso

del edificio EREN [10] y el edificio de nuevas Consejerías de Mérida [11]. Sin embargo, mucho de estos proyectos se

han desarrollado como edificios experimentales, nacidos de proyectos de investigación para evaluar la viabilidad

técnica de la implementación de fuentes de energías renovables y otras técnicas, algunos de los cuales ni siquiera se han

llegado a materializar. Con este propósito, se ha diseñado el edificio, basándose en otros trabajos previos [12-15].

El edificio en cuestión, esta destinado a uso administrativo público y situado en la localidad de Mérida (España), en una

parcela donde se encuentran otras tres edificaciones, dos pertenecientes al Servicio Extremeño de Salud y otra al

Servicio de Promoción de la Autonomía y Atención a la Dependencia, ambos organismos autónomos dependientes de la

Consejería de Sanidad y Dependencia.

La construcción se deriva de un proceso de contratación mediante concurso público, que en las bases del Pliego de

Condiciones primaba la eficiencia energética de la propuesta arquitectónica, mediante la valoración en los criterios

objetivos de adjudicación de la calificación energética del edificio. Así un edificio de calificación superior sumaba más

puntos que una propuesta de edificio con menor calificación. El adjudicatario del concurso ofertó una propuesta

arquitectónica para construir un edificio de calificación energética A.

La principal característica que presenta esta construcción es que se trata de uno de los primeros edificios de tipo

administrativo, no experimental, con calificación energética “A” [4], y operativo desde 2010. Ello permite extraer

resultados reales durante su año de uso, así como realizar un análisis preciso sobre su comportamiento termodinámico.

El objetivo principal de este trabajo ha sido analizar los resultados obtenidos durante el primer año de funcionamiento

de un edificio de alta calificación energética, que pone en práctica técnicas sobre ahorro y eficiencia energética en la

edificación, integrando varias fuentes de energía renovables.

2. METODOLOGÍA La ciudad de Mérida (Badajoz) está situada en el suroeste de España, a una altitud media de 220 m. sobre el nivel del

mar y con un clima mediterráneo continental con influencia atlántica. Sus inviernos son fríos y los veranos muy

calurosos. Las precipitaciones son irregulares, con una media anual de 463 mm, siendo los meses invernales los que

registran más precipitaciones, mientras que los veranos son bastante secos. Tanto la humedad como los vientos son

reducidos, aunque es frecuente la aparición de nieblas, especialmente durante los meses de diciembre, enero y febrero.





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La evolución de las temperaturas medias mensuales y la radiación solar global horizontal, se han obtenido a través de la

Agencia Estatal de Meteorología de España [16], así como del CTE.

La herramienta utilizada en fase de prediseño ha sido el análisis de Givoni o de los diagramas psicométricos [17], que

indica la mejor técnica de acondicionamiento de un edificio para optimizar el grado de confort interior en el periodo de

un año. En la figura 1 se muestra el diagrama de Givoni para una altura y climatología similar a la de Mérida, en el que

se observa unas pautas estacionales que marcan la estrategia bioclimática a utilizar en los diferentes meses del año. En

invierno, el diagrama indica que se debe obtener temperaturas máximas dentro de la zona de calefacción por ganancias

internas, temperaturas medias dentro de la zona de aprovechamiento pasivo de energía solar, temperaturas mínimas

dentro de la zona de aprovechamiento activo de energía solar, uso de ganancias directas y sistemas de recuperación de

calor.

Fig. 1 Diagrama psicométrico de Givoni

En verano, el diagrama indica que se debe utilizar ventilación nocturna con uso de masa como inercia térmica, una baja

incidencia de los sistemas evaporativos, producción de frío mediante máquina de absorción y sombreamiento en

función de la orientación.

Para estudiar la volumetría más eficiente desde el punto de vista energético, se han estudiado los valores de la demanda

de energía, asociada a las posibles opciones de implantación en la parcela del edificio, complementada con un estudio

de orientación térmica y de vientos dominantes.

La evaluación teórica del edificio se ha realizado con el programa de simulación energética TRNSYS [18]. Este

software está especialmente diseñado para la evaluación térmica de edificios y de sistemas solares activos. Para ello, se

ha dividido el edificio en diferentes zonas térmicas atendiendo a su situación, uso, ocupación y comportamiento

energético.

Una vez introducido el modelo del edificio con sus parámetros característicos, los modelos climatológicos para el año

meteorológico y los modelos para los diferentes elementos de sombreamiento, se han efectuado las simulaciones del

edificio en evolución libre, dejando que el edificio se comporte libremente, sin utilizar ningún sistema de climatización

[19].

Posteriormente se procedió a la segunda simulación, en este caso considerando las instalaciones a pleno

funcionamiento, para después de realizar la calificación energética del edificio, estableciendo un doble objetivo. El

primero, estimar el valor esperado de energía primaría consumida (gas, gasóleo, solar, etc.). Con los datos obtenidos

sobre los consumos energéticos, el segundo objetivo consistiría en la optimización tanto de los cerramientos que forman

la envolvente como de las instalaciones que generan confort térmico, por medio de análisis reiterativos utilizando el

programa de simulación, para escoger la solución energéticamente más eficiente.





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Seguidamente, se realiza la simulación de la instalación térmica, lo que consiste en estimar, con unos ciertos intervalos

de tiempo que suelen ser aproximadamente de una hora, la potencia térmica suministrada para proporcionar los

servicios que mantengan el confort térmico en ese intervalo de tiempo. En la figura 2, se aprecia la representación

digital del edificio con sus instalaciones efectuada con el programa CALENER-GT [20].

Fig. 2: Simulación digital del edificio

El objetivo final es la estimación del consumo energético anual del edificio, o su equivalente producción de CO2. Por lo

tanto, la simulación se ha realizado sobre dicho periodo de tiempo (aunque siempre manteniendo el mismo paso

horario) y para todas las tipologías de instalaciones que consumen energía: calefacción, refrigeración, agua caliente

sanitaria e iluminación, para poder compararlo con el consumo energético real en el mismo periodo de tiempo.

3. DESCRIPCIÓN Y TECNOLOGÍA DEL EDIFICIO Es un edificio de cuatro plantas ocupadas por oficinas, y otra bajo rasante donde se sitúa el garaje y la zona destinada a

instalaciones. En la figura 3 se puede observar un plano de planta del edificio, así como su orientación.

Fig. 3: Plano de planta del edificio

La comunicación vertical del edificio se resuelve mediante dos módulos, con escaleras y ascensor, uno situado en la

zona NO y otro en la zona SO. La entrada principal al edificio se realiza por la fachada SE, donde se sitúa el vestíbulo

principal con el control general del complejo, a través del cual se tiene acceso al resto de edificios. La ocupación

prevista inicialmente era de 231 trabajadores, aunque actualmente la ocupación real es de 245.

La compacidad del edificio, entendiendo como tal la relación entre el volumen encerrado por la envolvente térmica y la

suma de las superficies de dicha envolvente, es de 3,77. En la Tabla nº 1 se muestra el cuadro de superficies del edificio.





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Dependencia Útil Construida Acondicionada No acondicionada

Planta sótano 1.117,79 1.307,29 - 1.307,29

Planta baja 866,65 1.073,22 772,18 301,04

Planta primea 856,69 954,30 762,05 192,25

Planta segunda 921,85 1.030,42 819,67 210,75

Planta tercera 892,60 1.003,21 791,10 212,11

Casetones - 25,85 - 25,85

Total 4.655,58 5.394,29 3.145,00 2.249,29

Tabla 1: Cuadro de superficies del edificio

Las fachadas se han tratado según su orientación, calculando el porcentaje de huecos que se deben abrir en cada una. La

zona de trabajo tiene aporte de luz natural por las fachadas SO y NE. Las zonas técnicas destinadas a instalaciones de

climatización, en planta sótano, es una construcción exenta del resto del edificio, con estructura independiente a base de

muros de hormigón y cubierta ajardinada. En la figura 4 se aprecian distintas vistas del edificio.

Fig. 4 Vistas del edificio de alta calificación energética

El horario de funcionamiento previsto del edificio, es de 12 horas diarias de lunes a viernes, en horario de 08:00 a 20:00

horas, con unas condiciones termo-higrométricas en verano de 23º a 25ºC y 45% a 60% de humedad relativa y de 21-

23ºC y 40-50% en invierno y una calidad de aire interior tipo IDA-2.

Para disminuir el consumo energético del edificio, minimizando su impacto ambiental, se han utilizado distintas

técnicas energéticas, las cuales se exponen a continuación.

3.1 Climatización La climatización se realiza por un sistema agua-agua a cuatro tubos mediante fancoils situados en el falso techo, con un

sistema de control para la regulación de la temperatura, mediante un regulador de caudal constante.

La producción de calor, se realiza mediante dos calderas pirotubulares Vulcano-Sadeca, con una potencia térmica

nominal de 465 kW cada una, que utilizan como combustible biomasa: huesos de aceituna triturados [21] y cáscara de

almendra, debido a su elevada rentabilidad económica [22]. Dispone de un silo de almacenamiento que está situado de

forma independiente a la sala de caldera, con una capacidad de 70 m³, siendo el consumo de la caldera a pleno

rendimiento de 100 Kg/h. En la figura 5 se ha representado el esquema de principios de la instalación de producción

térmica de calor mediante biomasa.





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Fig. 5 Esquema de funcionamiento de la instalación térmica de biomasa

Para la producción de frío se ha instalado una enfriadora de agua marca Carrier, con capacidad frigorífica nominal 545

kW, de ciclo de absorción simple efecto, con bromuro de litio como absorbente y agua como refrigerante, alimentada

por agua caliente procedente de las calderas anteriormente descritas y una torre de refrigeración con una capacidad de

enfriamiento de 1.203 kW. En la figura 6 se expone el esquema de principios de la instalación de producción de frío.

Fig. 6. Esquema de funcionamiento instalación de producción frío mediante absorción

En el diagrama T-P de la figura 7 se puede observar los rangos de trabajo de la máquina de absorción de simple efecto

instalada.





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Fig. 7 Diagrama presión-temperatura de la máquina de absorción

3.2 Recuperación de calor del aire de ventilación Se ha instalado una unidad exterior de recuperación de calor, de tipo enfriamiento gratuito o “free-cooling” de 19.000

m³/h de caudal y un recuperador con un caudal con rendimiento del 72%, además de un sistema de humectación

adiabática indirecta, sobre la corriente de aire exterior, de modo que se disminuye la temperatura de entrada del aire de

aportación [23], manteniendo la calidad del aire interior.

El sistema “free-cooling” se realiza mediante la parada de la rotación del recuperador, de tal forma que no se produce

intercambio térmico, y por tanto, es aprovechada la energía del aire exterior.

El aire exterior de ventilación, se introduce en los espacios del edificio debidamente filtrado, a través de equipos

centralizados capaces de filtrar el aire admitido y recuperar gran parte del calor perdido en la extracción cediéndolo al

aire de admisión, pues se ha considerado el control de la ventilación es un elemento determinante para conseguir la

eficiencia energética del edificio [24]. La clase de filtración utilizada, en función de la calidad del aire exterior (ODA) y

de la calidad del aire interior requerida (IDA), se consigue a base de prefiltros tipo F6 y filtros tipo F8, considerando

una calidad de aire exterior ODA4.

3.3 Acumulación de energía El sistema diseñado es inercial, es decir, no existe una respuesta inmediata a las solicitaciones térmicas del edificio, ni

por parte de la máquina de absorción, ni por parte de las calderas de biomasa. Por ello se ha instalado un sistema de

acumulación, que sustituye la falta de respuesta instantánea de las calderas, y que facilita la temperatura de activación

del generador.

La instalación dispone de un sistema de acumulación de agua caliente a 92ºC, compuesto por tres depósitos de 10.000

litros cada uno. Esta acumulación permite disponer de suficiente potencia térmica que será suministrada al generador, al

mismo tiempo que ayuda a poner a régimen de temperaturas las calderas. Esta acumulación nos da una inercia de 400

kW en régimen de calefacción, durante la temporada invernal.

La instalación dispone de cuatro depósitos acumuladores de agua fría de 5.000 litros cada uno que acumulan agua a 7ºC

que se utiliza para los arranques a primera hora, correspondiente al 15% de la parcialización de la máquina de

absorción.

3.4 Electricidad El suministro eléctrico, se realiza desde un centro de transformación de 1.000 KVA y el suministro de socorro mediante

un grupo electrógeno insonorizado de 93 KVA. Para alimentar los puestos de trabajo informáticos que requieren una

alimentación constante y estabilizada, se ha instalado un SAI de 60 KVA, que suministra la corriente a las tomas de

voz-datos.





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Para aminorar los costes de consumo eléctrico [25], se ha instalado una batería automática de condensadores para la

mejora del factor de potencia, de 140 kVAr, con 6 escalones, a la salida del cuadro general de baja tensión del edificio.

3.5 Monitorización y sistema de control El edificio incorpora un sistema de monitorización y control, para llevar a cabo una cuantificación global de todos los

recursos energéticos utilizados, así como de los rendimientos de los dispositivos de transformación de energía,

reguladores de la luz natural y artificial, control de la temperatura en la caldera de biomasa, en la máquina de absorción

y en sistemas de bombeo y distribución [26]. Cada zona térmica en las que se agrupan los distintos espacios, incorpora

un sistema de control individual de la temperatura ambiente.

3.6 Energía solar fotovoltaica En la cubierta del edificio se ha diseñado una instalación de energía solar fotovoltaica, compuesta por 380 módulos de

silicio policristalino de alto rendimiento de 200 Wp y potencia mínima garantizada de 194 Wp cada uno, en asociación

serie y paralelo y una eficiencia del 13,9%, sumando una potencia pico para el campo de 76 kWp, que desarrolla una

potencia de salida en corriente alterna de 80 kW.

Al estar condicionada la orientación del edificio a la forma de la parcela dónde se asienta, la orientación de los paneles

fotovoltaicos ha sido 135º N, es decir, a 45º de su orientación óptima. Esto ha supuesto asumir una pérdida de

rendimiento de un 8,3% derivado de favorecer la integración arquitectónica de la instalación, y conseguir la integración

del edificio en la trama urbana de la ciudad.

La disposición de las placas fotovoltaicas, con una inclinación de 5º, permite el sombreado de la cubierta, colaborando

en disminuir la carga térmica en verano, como se puede observar en la figura 8, mejorando notablemente el

comportamiento energético del edificio y favoreciendo la integración arquitectónica de la instalación.

Fig. 8 Instalación de energía solar fotovoltaica en cubierta

La energía anual producida por la instalación fotovoltaica se ha estimado en 93.000 kWh. En la figura 9 se puede

observar el balance energético y económico de la instalación fotovoltaica instalada, en la que se ha representado la

energía eléctrica anual inyectada a Red por el sistema expresada en kWh y los ingresos expresados en euros.





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Fig. 9 Balance mensual energético y económico de la instalación fotovoltaica

3.7 Agua Caliente Sanitaria La contribución solar para la obtención de Agua Caliente Sanitaria (ACS), se obtiene mediante un sistema compuesto

por una batería de siete captadores solares planos de 2,03 m2 de superficie real de captación cada uno y un rendimiento

óptico del 77,20%, colocados con una inclinación de 45º y con un azimut de 0º. En la figura 10, se puede observar la

fracción solar mensual, calculada según el método F-Chart.

Fig. 10 Fracción solar mensual

4. ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS PASIVAS En la construcción del edificio, se utilizan desarrollos tecnológicos basados en diseño bioclimáticos, que permiten la

utilización confortable del edificio, así como el control eficiente de los flujos energéticos. A continuación se exponen

las distintas estrategias que se ha seguido en su construcción:

4.1 Uso de la radiación solar Se ha simulado la posición del sol para todas las épocas del año con el fin de conocer su influencia y tomar las medidas

necesarias para evitar calentamientos en los meses de verano y favorecer dicho calentamiento en invierno, donde van a

desarrollar su actividad diaria un mayor número de personas. Si se proyecta el horizonte que se observa desde este lugar

sobre dichas trayectorias solares, se deduce que habrá sombras sobre el edificio a primera hora del día y a última hora

de la tarde, debido a los edificios circundantes [27].





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4.2. Envolvente del edificio Se ha colocado una fachada ventilada compuesta por chapa metálica, capa de aislamiento con espesor de 8 cm a base de

lana de roca hasta una altura de 3,50 m y espuma de poliuretano proyectado sobre ½ pie de ladrillo perforado, y un

trasdosado directo de doble placa de cartón-yeso laminado. Con este conjunto de capas se han creado las fachadas

ventiladas que constituyen los cerramientos exteriores, cuyo valor de transmitancia es de 0,28 W/m2K.

Los huecos de la envolvente se han cerrado mediante carpintería de aluminio lacado, con rotura de puente térmico y

acristalamiento 3+3/12/6 tipo “neutralux” diseñados con un alto contenido de óxidos metálicos para evitar el

intercambio de radiaciones térmicas entre los dos vidrios reduciendo así la transmisión de calor a través del

acristalamiento y reduciendo la entrada de energía solar disminuyendo de esta forma el Factor Solar y consiguiendo una

transmitancia de 1,60 W/m2K, como se puede observar en la tabla 2, extraída de la ficha de calificación energética del

edificio.

Tabla nº 2. Composición de cerramientos del edificio

El proceso de transmisión de calor en un edificio de estas características se lleva a cabo principalmente por radiación en

un porcentaje de hasta el 75%, mientras que la conducción y convección solo ocupan el 25% restante [28].

La disposición de huecos en fachada potencia o limita la capacidad del edificio de calefactarse, ventilarse e iluminarse

de forma natural mediante estrategias pasivas. Se han tenido en cuenta el confort lumínico interior (deslumbramientos y

niveles de iluminación). El porcentaje total de huecos del edificio es inferior al 50%, y se han distribuido de forma

adecuada para aprovechar en la medida de lo posible la luz natural, y radiación solar en invierno, evitando la radiación

solar en meses estivales.

Las cubiertas son de dos tipos: invertida no transitable con acabado grava, y cubierta invertida transitable para

mantenimiento de instalaciones, acabadas en hormigón filtrante. Además, hay una cubierta ajardinada situada sobre la

zona de instalaciones el y silo de combustible.

Las medianeras están formadas por planchas de 2 cm. de poliestireno expandido, fábrica de ½ pie de ladrillo perforado,

capa de mortero de cemento de 1,5 cm sobre cara interior de fábrica y trasdosado autoportante de doble placa de cartón

yeso laminado.





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5. RESULTADOS Para analizar los resultados obtenidos durante el primer año de funcionamiento del edificio, se han evaluado sus

consumos energéticos y las emisiones medioambientales, realizando los correspondientes balances que se exponen a

continuación y que incluyen los consumos de equipos auxiliares asociados a los sistemas de generación (bombas,

ventiladores, electroválvulas,…).

5.1 Balance energético El balance energético del edificio se detalla en la Tabla 3, en la que se compara la energía necesaria para el

funcionamiento del edificio en condiciones normales de funcionamiento y ocupación, con la que necesitaría el edificio

de referencia que implementa el programa Calener-GT, y con la obtenida de la monitorización del primer año de

funcionamiento, obtenidos a través de la monitorización.

Concepto Real Proyecto Referencia

Energía utilizada (kWh/año) 356.776,0 367.178,2 248.678,2

Energía utilizada (kWh/(m2año)) 68,61 70,6 47,8

Energía primaria (kWh/año) 437.687 450.459 599.642

Energía primaria (kWh/(m2año)) 84,17 86,6 115,3

Tabla nº 3. Balance energético del edificio

El ahorro de energía primaria anual que se ha producido en el edificio por unidad de superficie durante el primer año de

funcionamiento, ha sido un 27,01% inferior al edificio de referencia y el ahorro de energía total de un 24,88% inferior al

del edificio de referencia. Durante el primer año de funcionamiento se ha conseguido una reducción adicional de otro

2,13% sobre éste. Esta reducción adicional se produce como consecuencia de la aplicación de unas medidas estrictas de

utilización y buenas prácticas llevadas a cabo durante la gestión energética del edificio, evitando que las actuaciones

inadecuadas repercutan negativamente en el consumo energético.

Debe notarse que el consumo de energía utilizada es superior en el edificio real y en el de proyecto en relación con el

del edificio de referencia. Ello es debido a la utilización de las calderas de biomasa que tienen un rendimiento térmico

inferior a las de gas natural, que son las que se implementan en el edificio de referencia. Sin embargo, y en términos de

energía primaria, el consumo energético del edificio real es inferior al de referencia, al utilizar biomasa que es una

energía renovable y autóctona, mientras que el gas natural es un combustible fósil con unas fases de extracción,

transporte, distribución y transformación con pérdidas altas.

5.2 Balance económico El balance económico de la instalación, se puede observar en la Tabla nº 4, en la que ha analizado los gastos generados

durante el primer año de funcionamiento del edificio, comparándolos con los que generaría el edificio de referencia que

implementa el programa informático utilizado para el cálculo de la calificación energética.

Concepto Real Edificio

referencia %

Inversión (€) 4.742.400 4.280.000 +10,80

Combustible (€) 27.000 58.125 -53,55

Electricidad (€) 84.000 110.000 -23,64

Agua (€) 1.850 735 +151,7

Conexión a red (€) 29.760 - -

Mantenimiento (€) 59.000 36.500 +61,64

Gasto anual (€) 142.090 205.360 -30,81





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Tabla 4. Balance económico del edificio en el primer año de funcionamiento

El balance económico anual generado en el edificio durante el primer año de funcionamiento, operando en condiciones

normales de ocupación y funcionamiento, e incorporando los ingresos derivados de la instalación fotovoltaica ha sido

de 63.270 euros (un 30,81% inferior al edificio de referencia).

El incremento en el coste de construcción ha sido del orden del 11% sobre un edificio equivalente. Este mínimo

incremento ha sido derivado del proceso de licitación pública del edificio y de la oportunidad del momento de licitación

pública de la obra. En estas condiciones, la inversión tiene un periodo de retorno de 7,31 años. Parte del ahorro se ha

debido al tipo de combustible utilizado, la biomasa, cuyo coste es notablemente inferior a los combustibles fósiles. En

términos de coste por unidad de kWh de energía calorífica producida, el hueso de aceituna es un 20% más económico

que el “pellet”, un 41% que el gas natural y un 50% que el gasóleo C, todo ello suponiendo que el rendimiento de las

calderas de combustibles sólidos sea inferior en un 6% al resto de calderas [20].

Por otro lado, hay que destacar que se ha aumentado el importe del mantenimiento del nuevo edificio, debido al

obligado mantenimiento de la torre de refrigeración, necesaria para el funcionamiento de la máquina de absorción y a

que las tareas de mantenimiento preventivo de la instalación de biomasa han aumentado un 120% respecto a

instalaciones similares de producción de energía térmica mediante gasóleo y/o gas natural, debido a operaciones de

limpieza, regulación y vaciado del cenicero, que han supuesto una tarea adicional media de 60 minutos/día por caldera.

Además, ha aumentado el consumo de agua derivado del obligado proceso de purgas de la torre de refrigeración.

5.3 Balance medioambiental Los resultados obtenidos, tanto en fase de diseño como en fase de explotación, califican al edificio de tipo “A”, en

función de sus emisiones de CO2 a la atmósfera. Las emisiones desglosadas para cada una de las instalaciones son las

que se muestran en la Tabla 5.

Emisiones Real Proyecto Referencia

Climatización (kg CO2/(m2año)) 6,25 6,1 10,7

ACS (kg CO2/(m2año)) 0,25 0,7 4,8

Iluminación (kg CO2/(m2año)) 4,1 4,1 13,4

Totales (kg CO2/año) 54.944,9 56.499,9 150.054,9

Totales (kg CO2/(m2año)) 10,6 10,9 28,8

Tabla 5. Emisiones de CO2 del edificio durante el primer año de funcionamiento

Se puede observar que las emisiones anuales de CO2 por unidad de superficie del edificio proyectado, disminuyen un

136,6% con respecto al edificio de referencia implementado por el software Calenet_GT y que durante el primer año de

funcionamiento se ha conseguido una reducción adicional de otro 2,8% sobre éste.

La disminución de emisiones de CO2 es importante en el edificio real sobre el de referencia, sobre todo en las

instalaciones de iluminación, debido fundamentalmente a la utilización de la luz natural (fachadas acristaladas en el

edificio real), sensores que combinan la luz natural-artificial, sensores de detección de presencia, volumétricos, etc. que

hacen mucho más eficientes las instalaciones que consumen energía eléctrica.

El uso de biomasa ha motivado el incremento de emisión de partículas a la atmósfera, compuestas fundamentalmente

por cenizas volantes de carbono. Aún así, se ha comprobado que el rango de emisión de partículas se encuentra por

debajo de los límites admisibles para una instalación de este tipo.

Los resultados obtenidos, tanto en fase de diseño como en fase de explotación, califican al edificio de tipo “A”, en base

a sus emisiones de CO2 a la atmósfera.





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6. DISCUSIÓN En la construcción de este edificio se han utilizado las tecnologías existentes para minimizar el consumo de energía del

edificio, reduciendo las emisiones de gases con efecto invernadero a la atmósfera y disminuyendo sus costes de

explotación. Los resultados obtenidos durante el primer año de funcionamiento, demuestran la viabilidad técnica,

económica, energética y medioambiental de este tipo de edificios, realizándose la amortización económica de la

instalación en un periodo de tiempo de 7,31 años, que entendemos muy razonable para esta tipología constructiva.

Entres las claves que han permitido calificar al edificio con la letra “A”, es de destacar la instalación de climatización,

compuesta por calderas de biomasa y la máquina de absorción, así como la instalación fotovoltaica y los detectores de

luz natural presentes en la mayor parte del edificio.

El aporte de energía con tecnologías renovables se muestra como la elección más efectiva desde el punto de vista

energético, medioambiental y económico. En especial, el uso de la energía solar térmica (activa y pasiva) y de la

biomasa en la edificación, debe ser una opción potenciada desde todas las administraciones públicas. Se ha demostrado

que el edificio alcanza la condición de sostenibilidad gracias al despliegue de energías renovables, sobre todo la

captación solar fotovoltaica y la producción de frío y calor mediante biomasa, que permite reducir la demanda de

energía procedentes de combustibles fósiles. No obstante, la condición de sostenibilidad debería conseguirse

potenciando la reducción de la demanda de energía final, actuando sobre los usuarios, concienciándolos del control del

consumo y racionalizando la ocupación de las dependencias.

Se ha puesto en evidencia que es necesario construir teniendo en cuenta las características del clima local, la orientación

del edificio, el tipo de actividad a la que esta destinado, etc. Particularmente en las regiones del sur de Europa, hay que

considerar el evitar la radiación solar, tener una buena ventilación y un buen aislamiento como elementos clave en el

diseño arquitectónico, pues ello permite una máxima reducción de las necesidades energéticas.

Ponderar en los criterios objetivos de valoración de los concursos públicos la calificación energéticas de un edificio, se

ha demostrado como una solución válida para conseguir un resultado eficiente, desde un punto de vista energético y

medioambiental.

Se ha detectado que el edificio es muy sensible a las variaciones en su ocupación, pudiendo alterar incluso la

calificación energética el aumento del número de funcionarios que lo ocupan, o la utilización de receptores eléctricos

inicialmente no previstos en la fase de diseño.

7. AGRADECIMIENTOS Los autores desean expresar su agradecimiento al Servicio Extremeño de Salud, a la Consejería de Sanidad y

Dependencia y a la Agencia Extremeña de la Energía, por la abundante información facilitada durante el desarrollo de

este estudio, a la Universidad de Extremadura, por los medios aportados para su desarrollo, así como a los arquitectos

redactores del proyecto José M. Herrero Fernández, Francisco J. González Jiménez y María Herrero Coloma y al equipo

técnico responsable de la dirección facultativa de la obra. Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto de

Investigación GR-10099 (IV Plan Regional de I+D Junta de Extremadura 2011-2014).

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analisis de la eficiencia de un edificio administrativo … · windows and roofs, using natural...

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