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ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA DE UN EDIFICIO ADMINISTRATIVO DE ALTA
CALIFICACIÓN ENERGÉTICA
Rev. 2 del 9/ene/2012
J Garcia Sanz-Calcedo, F Cuadros-Blazquez, F López-Rodriguez
Ing. y Tecnología del
Medio ambiente
Ecodiseño
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 :
RESUMEN:
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 nonexperimental 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.
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.
Keywords: Energy efficiency, sustainable building, renewable
energy
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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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 2123ºC 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
Inversión (€)
Combustible (€)
Electricidad (€)
Agua (€)
Conexión a red (€)
Mantenimiento (€)
Gasto anual (€)
4.742.400
27.000
84.000
1.850
29.760
59.000
142.090
Edificio
referencia
4.280.000
58.125
110.000
735
36.500
205.360
%
+10,80
-53,55
-23,64
+151,7
+61,64
-30,81
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ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA DE UN EDIFICIO ADMINISTRATIVO DE ALTA
CALIFICACIÓN ENERGÉTICA
Rev. 2 del 9/ene/2012
J Garcia Sanz-Calcedo, F Cuadros-Blazquez, F López-Rodriguez
Ing. y Tecnología del
Medio ambiente
Ecodiseño
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).
8. BIBLIOGRAFÍA
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Proceeding of International Scientific Congress of Engineering. Tetuán 2010. pp. 47-53. ISBN: 978-84-693-0155-5
[4]Código Técnico de la Edificación, Real Decreto 137/2007, de 19 de Octubre.
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Internacional de Gestión Ambiental en Centros Sanitarios. Badajoz. 2007.
[6]Heras Celemín, R; Heras, J. PSE-ARFRISOL. Seguridad y medio ambiente. 2008. Vol. 111. p. 32-38.
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2004.
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