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SIMULACIÓN ENERGÉTICA
DEL EDIFICIO
INFORME DEFINITIVO
Simulación energética del edificio.
El objeto de este informe es doble. En primer lugar se trata de estimar el
comportamiento energético del edificio. En segundo analizar diversas estrategias que
permitan minimizar el consumo de energía del mismo y permita extraer conclusiones
para diseñar las mejores soluciones viables técnica y económicamente en un edificio
de estas características.
Para conseguir estos objetivos se han utilizado los datos facilitados por los distintos
integrantes del proyecto, teniendo en cuenta que algunos de ellos se basan en
estimaciones realizadas y que han de ser refrendadas en análisis posteriores.
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Simulación energética del edificio.
SIMULACIÓN A TRAVÉS DE HERRAMIENTAS OFICIALES. PROGRAMA LIDER
Consideraciones iniciales
Para la primera de las simulaciones realizadas se ha utilizado como soporte informático
el programa de referencia oficial para determinar el cumplimiento de la normativa
aplicable a los edificios.
Se trata del programa denominado LIDER, herramienta reconocida por el Ministerio de
Industria, Energía y Turismo de España. La dificultad de utilizar este programa es que
alguna de las estrategias bioclimáticas que se utilizan para que la demanda energética
del edificio sea baja no pueden introducirse directamente en el mismo por lo que hay
que apoyarse o bien en análisis externos para, posteriormente, incluir elementos que
tengan el mismo comportamiento energético o bien a simplificaciones que en algunos
casos pueden hacer que no se tengan en cuenta todas las ventajas que una
determinada solución plantea. No obstante, este efecto hace que se obtengan
resultados más conservadores o prudentes en relación al funcionamiento real del
edificio, lo cual redunda en una mayor seguridad.
En el momento de realizar el análisis no estaban totalmente definidos, aunque sí en su
gran mayoría, algunos aspectos relativos a:




Características de los materiales de cerramientos y huecos
Características de puentes térmicos (valores de transmitancia térmica lineal o
detalle constructivo)
Cargas internas del edificio, ocupación y horario de funcionamiento
Renovaciones/hora por espacios
En cualquier caso, los valores tomados son perfectamente asimilables a los que
finalmente serán asumidos.
El análisis se ha realizado partiendo de los siguientes condicionantes:
 Transmitancia fachada este y oeste 0,15 W/m 2K (composición por capas según
el detalle constructivo, suponiendo una conductividad 0,040 W/mK para la lana
de roca, y añadiendo el efecto de la fachada ventilada mediante un material
ficticio denominado efecto térmico)
 Puentes térmicos mejorados (aislamiento por el exterior)
 Renovaciones/hora: 1,5 (en todos los espacios habitables)
 Transmitancia de cubierta (0,15 W/m2K considerando el efecto de la cubierta
vegetal en la transmitancia térmica)
 Transmitancia resto de cerramientos opacos: 0,22 W/m 2K (se ha supuesto la
composición de forma que proporcione el valor de transmitancia anterior y el
espesor de los forjados correspondientes)
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





Transmitancia huecos (vidrio y marco): 0,8 W/m 2K (obtenido mediante el
programa Calumen, utilizando la información disponible hasta el momento.)
Factor solar huecos: 0,3 (no se ha considerado ningún factor corrector para
invierno o verano)
Porcentaje de marco en los huecos por defecto (10%)
Permeabilidad al aire de los huecos: 3 m3/hm2 a 100 Pa
La zonificación se ha simplificado. Es necesario disponer del proyecto de
climatización definitivo para adaptar la zonificación.
Se han considerado todas las zonas, excepto el gimnasio, como zonas de
representación a la hora de asignar el VEEI correspondiente
Por otro lado, y como ya se ha indicado, este proyecto contempla la inclusión de
diferentes soluciones constructivas y sistemas cuya introducción en los programas
informáticos de calificación energética no es posible.
La solución más adecuada en este caso, es apoyarse en el documento informativo
“Criterios para la aceptación de soluciones singulares a los programas de referencia y
alternativos de calificación energética de edificios“.
Este documento especifica lo siguiente respecto a soluciones singulares que no puedan
ser introducidas en los programas informáticos:
En el caso de que el proyectista proponga en el proyecto soluciones singulares, que
desee sean consideradas en la calificación energética del edificio, y que éstas no estén
incluidas en los programas de Referencia o Alternativo, el proyectista justificará
documentalmente en un Anexo al documento “certificado de eficiencia energética” los
siguientes aspectos:
a) Descripción de la solución singular que no ha podido ser calificada energéticamente
utilizando el programa de Referencia o Alternativo debido a las limitaciones de
aplicabilidad de estos programas para ese caso concreto y justificación de los motivos
que hacen que no sea aplicable el programa de Referencia o Alternativo.
b) Calificación que obtendría el edificio
considerándola.
sin considerar esta solución singular y
c) Procedimiento que se propone para evaluar el comportamiento energético de ésta
solución singular, bien sea: método de cálculo alternativo, estudio específico, ensayo,
campaña de medidas, etc.
d) Resultados de las pruebas, comprobaciones e inspecciones que específicamente se
hayan realizado sobre el edificio terminado para confirmar la incidencia en la
calificación energética de la solución singular anterior en el edificio.
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Por tanto, se considera que la mejor opción para introducir estas soluciones singulares
es la utilización de métodos de cálculo o simulaciones energéticas alternativas. Por ello
se han realizado una simulación del edificio mediante otros programas de general
utilización.
Resultados obtenidos1
Con las consideraciones indicadas anteriormente se ha realizado la simulación
energética obteniéndose lo siguientes resultados:
Vista 3D del edificio
Vista del edificio de referencia
Se observa que se han incluido los elementos que actúan como sombreamiento del
edificio y permiten así reducir su demanda energética en refrigeración.
Las capas de materiales que definen los cerramientos son:
1

Muro exterior: 0,22 W/m2K

Solera: 0,21 W/m2K

Cubierta: 0,22 W/m2K

Forjado: 1,71 W/m2K

Tabique: 2,81 W/m2K

Fachadas este-oeste: 0,14 W/m2K

Cubierta vegetal: 0,15 W/m2K

Vidrio sur: 0,80 W/m2K

Vidrio lucernario: 1,00 W/m2K

Marco: 0,70 W/m2K
Los datos introducidos y los resultados obtenidos se muestran en detalle en el Anexo I.
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Introduciendo también la zona climática donde se proyecta el edificio, su orientación y
otros aspectos significativos, el resultado es que el edificio cumple con la
reglamentación, tal y como se aprecia en la siguiente figura.
Adicionalmente a ello, los valores de demanda de calefacción y refrigeración son muy
bajos, sobre todo en el segundo apartado:
La distribución mensual es:
Calefacción mensual
-7,37
-6,07
-5,64
-3,65
-0,45
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
-3,87
-7,08
0,00
0,00
0,00
0,00
0,51
0,80
0,00
0,00
0,00
0,00
Refrigeración mensual
0,00
0,00
No obstante, estos valores tan bajos de la demanda de refrigeración han de ser
analizados con cautela ya que el programa plantea escenarios para la zona climática
donde se sitúa el edificio muy poco intensivos.
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Por ello, esta simulación se toma como un primer punto de aproximación al
comportamiento energético del edificio, referido a su demanda de energía, pero ha de
ser completado con otras simulaciones donde se puedan incluir todas las soluciones
constructivas realizadas.
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SIMULACIÓN A TRAVÉS DE HERRAMIENTAS ALTERNATIVAS. ENERGY PLUS.
En este apartado se incluye la modelización energética del edificio en condiciones de
evolución libre primero, proponiendo después elementos que pueden conducir a las
condiciones de confort adecuadas para estimar finalmente, las energías renovables
necesarias para la consecución del objetivo energético2.
Para la simulación del edificio en evolución libre se ha utilizado el software de
simulación energética Energy Plus que permite predecir los consumos finales de
energía de un edificio a partir de la descripción detallada su geometría y envolvente,
de las cargas internas y de los sistemas de HVAC propuestos en el diseño. Como
interfaz gráfica del software de simulación se ha utilizado la herramienta
DesignBuilder.
Vista 3D del edificio
En la siguiente figura se representa los balances de energía a través de la envolvente
del edificio. Como era de esperar, las mayores pérdidas y ganancias a través de
cerramientos se producen en las grandes áreas acristaladas, por lo que el
comportamiento del edificio va a ser muy dependiente del correcto diseño de estos.
Los contenidos incluidos en este apartado forman parte del informe completo que se encuentra en el
Anexo II del presente documento. Por tanto, es un resumen con los resultados más significativos del
mismo.
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Se han realizado simulaciones del edificio en evolución libre, es decir sin sistemas
mecánicos de climatización ni ventilación. Este tipo de simulaciones permiten evaluar
el comportamiento pasivo del edificio, e identificar los momentos y las zonas del
edificio en las que no se alcanzan las condiciones de confort.
A partir de estos datos se plantean distintas posibilidades para adecuar las condiciones del
edificio a unos valores de confort para sus usuarios. Son las siguientes:


Optimización del sombreado. Con ello se obtendría radiación solar en régimen de
calefacción y se evitaría en régimen de refrigeración.
Mejora de la transmitancia térmica de los vidrios planteados en el proyecto.
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
Acción conjunta de ambas soluciones.
Para continuar con la simulación se incluye el efecto que los sistemas de climatización
tendrían. Se analiza el comportamiento del edificio con la utilización de bombas de calor aguaagua, con elemento emisor suelo radiante a partir de una losa termoactivada. La ventilación
mecánica propuesta cumple la normativa vigente aplicable. Con todo ello, los valores totales
de consumo eléctrico obtenidos incluyendo otros elementos consumidores presentes en el
edificio (iluminación artificial, circulación de fluidos, circuito de refrigeración y otros) son los
siguientes:
Consumos eléctricos (KWh/año)
Losa TA + ventilación mecánica
CPD en sala sótano
(Potencia TSK)
Calefacción
7280,64
Refrigeración
9377,51
Iluminación interior
10.554,15
Iluminación exterior
2265,64
Equipos
47994,80
Ventiladores
184,97
Bombas
498,73
Condensación
160,42
TOTAL
79288,54
Finalmente, se analiza la posibilidad de que una parte significativa de estos consumos
eléctricos sea satisfecha a partir de fuentes energéticas renovables del propio edificio. Por ello
se plantea la inclusión de una instalación fotovoltaica.
Otras posibilidades son la inclusión de elementos de almacenamiento que aprovechen en
mayor grado la inercia térmica del propio edificio permitiendo desconexiones parciales o que
permitan acumulaciones térmicas en el interior del edificio (depósitos de agua o piscina).
También se plantea la inclusión de una pila de combustible o de un equipo de microcogeneración por bio-diésel o aceite reciclado.
Con todo ello, y como resumen a las simulaciones efectuadas, las estrategias a seguir
planteadas son las siguientes:

Aplicación de las medidas pasivas descritas (envolvente optimizada, sombreados,
ventilación natural, Iluminación natural,…).
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

Aplicación de medidas activas en el diseño de la instalación (bombas de calor
eficientes impulsando agua a temperaturas adecuadas (menos frío en verano, menos
caliente en invierno y resto de medidas indicadas), así como sistemas de control
inteligentes integrados con las estrategias pasivas.
Optimización de la envolvente fotovoltaica, aumentando la producción y explotando
las inclinaciones y orientaciones que produzcan mayor electricidad anualmente.
Aumento de la producción solar fotovoltaica por metro cuadrado con tecnología con
más eficiencia por metro cuadrado.
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ANEXOS
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ANEXO I. DOCUMENTACIÓN SIMULACIÓN PROGRAMA LIDER
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ANEXO II. SIMULACIÓN
1
Introducción y objeto
1.1
Objeto
El presente informe muestra un resumen de los trabajos de modelizado energético del
proyecto The Autonomus Office LIFE11 ENV/ES/622 realizado en apoyo de los trabajos
de la actividad B1. Para ello se ha realizado la modelización energética del edificio en
condiciones de evolución libre primero, incluyendo después los sistema descritos en
este informe para estimar finalmente, las energías renovables necesarias para la
consecución del objetivo energético.
Tal como se planeaba en la actividad B1 las modelizaciones llevadas a cabo han
permitido asesorar al equipo de diseño en los siguientes puntos:

Apoyo a los arquitectos testeando las estrategias bioclimáticas planteadas y
optimizando el diseño pasivo del edificio.

Identificación de la demanda energética anual del edificio incluyendo las
estrategias pasivas definidas por el equipo de diseño.

Apoyar en los estudios de viabilidad de los sistemas e instalaciones para responder
a la demanda y necesidades del edificio.

Definir la capacidad de los sistemas de producción renovable del edificio para
satisfacer la demanda.

Evaluación del consumo energético y definición de la energía generada por los
sistemas de generación de energía renovable del edificio.

Evaluar los requisitos para alcanzar el balance energético nulo (net zero)
1.2
Exclusiones
Las simulaciones han sido realizadas basadas en el Proyecto Básico definitivo sirviendo
para proporcionar el “input” que ha permitido influenciar el diseño final realizado tal
como se indica arriba. Sin embargo, los resultados mostrados en este informe:

No sirven para definir el Consumo energético final del edificio construido que
entendemos variara al variar el diseño final y la construcción ejecutada.

No debe usarse para el dimensionado de las instalaciones y sus potencias máximas
o nominales que deberán ser calculadas por el proyectista de las instalaciones
térmicas y eléctricas. Estos realizaran los cálculos de diseño siguiendo criterios de
dimensionado de la normativa vigente.

El presente informe está basado en las instrucciones y necesidades específicas de
nuestro cliente. No está destinado al uso por terceras personas para otros fines,
ante las cuales quedamos exentos de toda responsabilidad u obligación.
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Simulación del edificio en evolución libre
2.1
Modelado del edificio
Para la simulación del edificio en evolución libre se ha utilizado el software de
simulación energética “Energy Plus”, desarrollado por la oficina de Eficiencia
Energética y Energías Renovables del Departamento de Energía de Estados Unidos
(http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/). Este software permite predecir
los consumos finales de energía de un edificio a partir de la descripción detallada su
geometría y envolvente, de las cargas internas y de los sistemas de HVAC propuestos
en el diseño. Como interfaz gráfica del software de simulación se ha utilizado la
herramienta DesignBuilder. La figura 1 muestra el modelo geométrico del edificio BFC.
Figura 1. Modelo del edificio BFC
El modelo del edificio en evolución libre se basa en los siguientes datos del proyecto:
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Simulación energética del edificio.

Geometría y zonificación del edificio según Proyecto Básico definitivo. Las
figuras que se presentan a continuación representan la geometría de las plantas y
las zonas térmicas consideradas en el modelo.
Figura 2. Planta Baja. Zonificación
Figura 3. Planta primera. Zonificación
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Figura 4 Planta segunda. Zonificación
Figura 5. Planta tercera. Zonificación

Cerramientos y acristalamientos según proyecto Básico Definitivo: Todos los
cerramientos así como los acristalamientos se han introducido capa a capa de
material teniendo en cuenta el espesor, el tipo de material y su posición
relativa. La siguiente imagen muestra la definición de la fachada norte:
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Figura 6. Cerramiento norte
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Para las fachadas Este y Oeste, el revestimiento exterior sobre el que van
anclados los paneles FV se ha simulado como un sombreamiento exterior.
Los acristalamientos se han introducido uno a uno manteniendo los tamaños y
la posición según los alzados de fachada del proyecto básico.
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Figura 7. Cerramiento E y O
Figura 8. Acristalamiento (sin sombreado exterior)
Nota: El coeficiente de sombreado indicado arriba en la fig.8 para los
acristalamiento no incluye el efecto del sombreado exterior de la pérgola.
Dicho efecto es calculado directamente por el software de simulación en
función de la geometría de la pérgola y las distintas altitudes solares. El
coeficiente resultante se aproxima a 0,1 para los meses de verano.

Iluminación. Se ha considerado iluminación LED en todo el edificio
introduciendo en cada una de las zonas la potencia de iluminación según
planos.
o Horario de iluminación:

100% de uso de 9-13h y de 17-19h

75% de uso de 14-16h
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
Iluminación natural. Se han incluido en el modelizado los sensores de control
de iluminación natural que apagan la instalación de alumbrado cuando la zona
obtiene el nivel de iluminación requerido.

Ventilación natural: El software utilizado permite realizar cálculos de
ventilación natural en función de los vientos incidentes y de las aperturas
habilitadas en el edificio para tales efectos. Para tener en cuenta los efectos
beneficiosos de la ventilación natural se ha realizado las siguientes hipótesis:
o Las plantas 1-3 tienen aperturas de un área de 2 m2 en Fachada sur y
2.5 m2 en fachada norte.
o Se ha supuesto que durante los meses de mayo a septiembre está
habilitada la ventilación natural siempre que la temperatura exterior no
disminuya de los 18ºC.
o El horario de ventilación se mantiene durante el día y la noche haciendo
uso de la ventilación nocturna cuando sea aplicable.

Sombreamientos. El modelo considera dos tipos de sombreamientos.
o Sombreamiento exterior fijo: Se ha introducido la geometría de a
pérgola FV, incluyendo para cada uno de los módulos el % de
transparencia según datos de ONYX solar.
Figura 9. Detalles de pérgola fotovoltaica
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o Sombreamiento interior: se han modelizado los estores interiores
durante el día cuando la radiación solar directa supera el valor de
250w/m2. Durante las noches de invierno bajan para disminuir las
pérdidas por radiación al cielo.

Cargas internas:
o Ocupación: se han considerado 15 personas por planta, con unas
ganancias por persona de 120 w/persona que se corresponde con
trabajo de oficina.

Horarios de ocupación:

Ocupación total de 9-13h y de 17-19h

Ocupación del 75% de 14-16h
o Equipos de oficina: se han considerado 15 ordenadores por planta, con
una carga de 135 W/ordenador, lo que se corresponde con unos 15
w/m2 de cargas de equipos correspondiente al área de oficinas. Se ha
considerado que los ordenadores irán ubicados en el sótano.

Horario de equipos de oficina= mismos ratios que de ocupación.
o Cargas de la sala de fitness: se ha supuesto un carga de equipos de 20
w/m2 con la ocupación de las oficinas.
o Cargas de la cocina: 20W/m2 durante las horas de desayuno y comida.
o Cargas de baños: 5W/m2 con el horario de ocupación de oficinas.
2.2
Balance energéticos del edificio
En la siguiente figura se representa los balances de energía a través de la envolvente
del edificio. Como era de esperar, las mayores pérdidas y ganancias a través de
cerramientos se producen en las grandes áreas acristaladas, por lo que el
comportamiento del edificio va a ser muy dependiente del correcto diseño de estos.
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Figura 10. Ganancias de calor por cerramiento
La siguiente figura muestra la contribución porcentual de cada tipología de cargas
internas existente en el edificio. La mayor contribución de cargas se produce por las
ganancias solares a través de los ventanales.
Figura 11. Distribución porcentual de cargas internas por tipos
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Simulación energética del edificio.
El análisis de los balances energéticos del edificio indica que los acristalamientos son
el elemento crítico en el diseño pasivo del edificio ya que constituyen un porcentaje
elevado del área de la envolvente y además constituyen puentes térmicos en el
aislamiento del edificio al tener mayor coeficiente de transmisión de calor que los
muros opacos.
2.3
Confort en evolución libre
Se han realizado simulaciones del edificio en evolución libre, es decir sin sistemas
mecánicos de climatización ni ventilación.
Este tipo de simulaciones permiten evaluar el comportamiento pasivo del edificio, e
identificar los momentos y las zonas del edificio en las que no se alcanzan las
condiciones de confort.
En la siguiente figura se muestra la evolución de la temperatura en la zona de oficina
de la segunda planta (considerada como representativa del edificio), y se compara con
la franja de temperaturas de confort (20-26ºC). La imagen también muestra la
temperatura exterior y las ganancias de radiación solar de la zona.
Figura 12. Comportamiento del edificio en evolución libre. Temperatura interior de las oficinas
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Simulación energética del edificio.
El análisis de los datos del proyecto básico indicaba que existen diferentes causas de
disconfort en el edificio en evolución libre.

VERANO
o Disconfort por exceso de radiación solar y bajo potencial de ventilación
debido a las bajas temperaturas del ambiente (< 18ºc). Estas situaciones
se producen al principio y al final del verano.
o Disconfort debido a las altas temperaturas exteriores.

INVIERNO
o Disconfort por las bajas temperaturas exteriores.
2.3.1
Medidas para mejora del confort
En este apartado se proponen una serie de medidas para mejorar el confort en el
interior del edificio desde su estado de evolución libre. Como primer paso se optimizan
las medidas pasivas antes de pasar a la inclusión de medidas activas del diseño de
instalaciones:
2.3.1.1
Optimización del sombreado
La primera propuesta para mejorar el comportamiento térmico del edificio es
optimizar el sombreamiento, de modo que deje pasar la radiación solar en los meses
de invierno y que lo bloquee en verano.
El diseño óptimo de sombreamiento de la fachada sur del edificio BFC se corresponde
con un voladizo para una altura solar de 45ºC, que permite alargar el periodo de
sombra de abril hasta octubre, tal y como se muestra necesario en la Figura 11.
En la siguiente gráfica se compara la evolución anual de las ganancias solares en la
fachada sur. La imagen superior se corresponde al diseño actual y la imagen inferior al
diseño optimizado.
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Simulación energética del edificio.
IlustraciónFigura
1. Ganancias
13. Ganancias
solares solares
con sombreamiento
con sombreamiento
del proyecto
de proyecto
Figura 14. Ganancias solares con sombreamiento optimizado
La optimización del sombreado reduce las horas de disconfort en verano al bloquear la
radiación solar en los meses de final de agosto y septiembre, pero también en invierno
al dejarla pasar la radiación beneficiosa. En la siguiente imagen se muestra la mejora
en horas de confort interior como consecuencia de mejorar el sombreado. Se observa
como el número de horas en que la temperatura cae dentro de la franja de confort es
superior cuando optimizamos el sombreado (azul).
Figura 15. Mejora confort al optimizar el sombreado
2.3.1.2
Mejora U-value de los vidrios
La segunda propuesta para mejorar el confort en el interior del edificio es el cambio a
un acristalamiento más aislante, es decir con un U-value inferior al propuesto
inicialmente en el proyecto Básico.
La mejora del coeficiente de transmisión de calor del vidrio mejora el nivel de
aislamiento del vidrio y por lo tanto del edificio, lo que se traduce en menos pérdidas
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Simulación energética del edificio.
de calor en invierno y menos ganancias en verano. La siguiente imagen muestra la
mejora relativa en horas de confort.
Figura 16. Mejora de confort al optimizar vidrios
2.3.1.3
Mejora vidrios y optimización del sombreado
La mejora del coeficiente de transmisión de calor del vidrio mejora el nivel de
aislamiento del vidrio y por lo tanto del edificio, lo que se traduce en menos pérdidas
de calor en invierno y menos ganancias en verano, tal y como se observa en la gráfica
(línea de puntos azules).
Figura 17. Mejora del confort al optimizar vidrios y sombreado
A continuación se muestran los porcentajes de horas de disconfort en cada uno de los
casos analizados.
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Simulación energética del edificio.
Figura 18. Horas de disconfort
Como resultado de las propuestas pasivas y bioclimáticas se aprecia que el número de
horas donde las instalaciones consumidoras de energía son necesarias para mantener
el confort se reducen drásticamente.
3
Simulación del edificio con sistemas de
calefacción y refrigeración radiante
3.1
Modelado de sistemas
El siguiente paso ha sido simular el edificio incluyendo sistemas de climatización. El
modelo del edificio es el mismo que el apartado 2. Para la simulación de los sistemas
se han adoptado las siguientes hipótesis.

Producción de agua caliente y agua fría:
o Bomba de calor para calefacción agua-agua (Daikin). Producción de
agua caliente a 45ºC.
o Bomba de calor para refrigeración agua-agua (Daikin). Producción de
agua fría a 13ºC.
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Simulación energética del edificio.
o Condensación por torre.
Figura 19. Modelado de sistemas de generación de agua fría y agua caliente.

Suelo radiante:
o Losa termoactivada con 15 cm de hormigón arriba y abajo
o Tubos de 13mm de diámetro y 2 mm de espesor.
o Separación entre tubos de 0.1 m.
o Tª impulsión de calefacción: 35ºC
o Tª impulsión de refrigeración: 18ºC
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Simulación energética del edificio.
Figura 20. Representación esquemática de sistemas de HVAC

Ventilación. Se ha supuesto un sistema de ventilación con caudales según RITE,
mediante una climatizadora, que introduce exclusivamente el aire exterior
necesario en cada una de las salas cuando la ventilación natural no es suficiente
o adecuada térmicamente para mantener la calidad de aire (niveles de CO2).
Figura 21. Esquema de climatizadora de aire exterior
3.2
Balances energéticos del edificio con sistemas activos.
A partir de las simulaciones energéticas del edificio incluyendo los sistemas de
climatización radiante se ha calculado el balance energético preliminar para el edificio
de BFC.
La Figura 22 representa los porcentajes
de consumo eléctrico
correspondiente a cada uso final de la energía.
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Simulación energética del edificio.
Figura 22. Balance energético preliminar del edificio BFC. Porcentajes sobre el total en
función de usos.
La siguiente tabla muestra el consumo eléctrico total del edificio bajo las hipótesis de
modelizado del edificio y de los sistemas descritos en los apartados anteriores. Se han
realizado varias simulaciones incluyendo sistemas de forma secuencial: sin sistemas,
con losa termoactivada (LTA), con LTA y con ventilación mecánica.
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Simulación energética del edificio.
Consumos
eléctricos
(KWh/año)
Evolución
libre
Losa TA
Losa TA +
ventilación
mecánica
Calefacción
0
4645,29
7461,47
Refrigeración
0
4516,48
4079,8
Iluminación
interior (con ilu.
natural)
10554,15
10554,15
10554,15
Iluminación
exterior
2265,64
2265,64
2265,64
Equipos
17609,4
17609,4
17609,4
Ventiladores
0
0
131,8
Bombas
0
586,12
447,74
Torre de
condensación
0
148,15
74,29
31433,21
40325,23
42865,84
TOTAL
Tabla 1. Consumos eléctricos preliminares. Desglose según usos.
3.3
Comparativa de sistemas radiantes: losa
termoactivada y suelo radiante.
Para este estudio se ha desarrollado un modelo parcial del edificio en el software
TRNSYS (Transient Energy System Simulation Tool, www.trnsys.com), que permite
analizar el comportamiento térmico y energético dinámico de la losa termo-activada y
compararlo con el comportamiento de un suelo radiante convencional.
En los siguientes apartados se analiza la evolución de la temperatura superficial del
suelo y de las oficinas climatizadas para tres casos de estudio:

Losa termo-activada con agua caliente a 35ºC

Losa termo-activada con agua caliente a 50ºC

Suelo radiante con agua caliente a 35ºC
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3.3.1.1
Modo calefacción
Figura 23. Temperatura superficial de las superficies radiantes. Modo calefacción.
Evolución durante una semana de invierno.
Timpulsión
agua
Tsuperficie
(ºC)
Oscilación
diaria (ºC)
COP BC
Daikin
Horas
disconfort
(ºC)
Losa TA
35
22ºC
3
4,24
175
Losa TA
50
24ºC
2
2,72
0
Suelo Radiante
35
25-26ºC
4-5
4,24
10
Tabla 2. Parámetros de funcionamiento de los sistemas radiantes. Modo calefacción
Los resultados de la simulación indican que el suelo radiante activado con agua a 35ºC
consigue las mismas temperaturas superficiales que la losa termoactivada con agua a
50ºC. Adicionalmente hay que tener en cuenta que el rendimiento de la bomba de
calor depende de la temperatura a la que suministra el agua. A 35ºC el rendimiento de
la bomba de calor es mejor que si se suministra a 50ºC. Por último, la evolución diaria
de las temperaturas indica también mayores oscilaciones térmicas en el caso del suelo
radiante, debido a su menor inercia térmica.
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3.3.1.2
Modo refrigeración
Si se compara el comportamiento de los dos sistemas en modo refrigeración,
impulsando agua a 18ºC en ambos casos, las dinámicas observadas son muy
diferentes. El suelo radiante al tener menor inercia está constantemente encendiendo
y apagando frente al comportamiento térmico de la losa que es más estable.
Figura 24. Temperatura superficial las superficies radiantes. Modo refrigeración.
Evolución durante 4 días de verano.
Timpulsión
agua
Tsuperficie
(ºC)
Oscilación
diaria (ºC)
Rendimiento
BC Daikin
Horas
disconfort
(ºC)
LosaTA
18
24-25ºC
2
5,64
28
Suelo
Radiante
18
20-21ºC
4-6ºc
5,64
454
Tabla 3. Parámetros de funcionamiento de los sistemas radiantes. Modo refrigeración
3.3.1.3
Inercia térmica de los sistemas radiantes.
Se ha calculado el tiempo de carga de los sistemas radiantes analizados. Los resultados
de las simulaciones muestran que la losa temoactivada tarda unos 3 días en cargarse,
mientras que el suelo radiante los hace en un día. Asimismo se puede observar que la
oscilación diaria de la temperatura media del suelo radiante es muy superior a la
oscilación de la temperatura de la losa termoactivada.
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Simulación energética del edificio.
Figura 25. Inercia de los sistemas radiantes
Este mismo efecto se observa en la temperatura interior de la sala acondicionada. Los
espacios acondicionados por la losa TA tienen menor oscilación térmica diaria que los
espacios acondicionados mediante suelo radiante convencional.
Figura 26. Evolución semanal de la temperatura de las oficinas. Suelo Radiante y Losa
TA.
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Simulación energética del edificio.
4
Balance global de edificio y energías
renovables. Hacia el “Net Zero Energy
building”
En los apartados anteriores se ha evaluado el consumo energético del edificio
considerando las estrategias de eficiencia energética tanto a nivel pasivo (envolvente,
inercia,..) como a nivel activo (sistemas), y con ello se han obtenido unos consumos
energético anuales preliminares.
El objetivo de este apartado es evaluar el porcentaje de energía (necesaria o
excedente) generado por los sistemas renovables y compáralo con el consumo
energético del edificio para valorar el nivel de cumplimiento de los requisitos de “Net
Zero Energy Building” y si es necesario proponer las acciones necesarias pasa su
cumplimiento.
Para cumplir con este objetivo se ha desarrollado un modelo con el software de
simulación dinámica de sistemas TRNSYS (Transient Energy System Simulation Tool,
www.trnsys.com). Se trata de un software con estructura modular especialmente
diseñado para la simulación acoplada de edificios y sistema solares activos.
El modelo desarrollado incluye módulos de:

Edificio BFC
o Cargas internas
o Cargas de iluminación
o Cargas de equipos

Sistema de climatización radiante con Bomba de Calor (Daikin Altherma
Monoblock)

Instalación de producción eléctrica FV (Onix).
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Simulación energética del edificio.
Figura 27. Modelo de TRNSYS desarrollado para el edificio BFC.
4.1
Perfil anual de los consumos
En este apartado se muestran los perfiles horarios anuales para diferentes consumos
del edificio calculados en las simulaciones descritas anteriormente. Las gráficas
representan la evolución horaria anual y están representados en kW.
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Simulación energética del edificio.
Figura 28. Consumo eléctrico anual de iluminación (kW)
Nota: El perfil muestra la gran influencia de la iluminación natural en la reducción del consumo
eléctrico de alumbrado.
4.1.1
Consumos de equipos
Figura 29. Consumo eléctrico anual de equipos (kW)
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4.1.2
Consumos de bombas de calor para climatización radiante
Figura 30. Consumo eléctrico anual de bombas de calor (Daikin) para climatización
radiante (kW)
Nota: El perfil muestra como con el uso de las medidas pasivas indicadas se reduce los
consumos de climatización considerablemente especialmente en verano. También muestra
que los consumos de invierno y verano y las disipaciones térmicas asociadas a las bombas de
calor no están compensadas anualmente.
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4.1.3
Consumo global del edificio
Figura 31. Consumo eléctrico global del edificio. Cálculos preliminares. (kW)
4.1.4
Producción fotovoltaica
Figura 32. Producción fotovoltaica (kW)
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4.2
Balance Net-Zero
En la siguiente figura se representa conjuntamente el consumo eléctrico anual del
edificio BFC y la producción fotovoltaica. La figura muestra valores integrados
horariamente y a lo largo de todo el año.
Figura 33. Consumo edificio y producción fotovoltaica. Datos horarios integrados (KWh)
Las figuras anteriores (fig.31,32,33) de consumo, producción fotovoltaica y evolución
anual muestra tanto el desfase entre producción y consumo como que el balance
anual, aunque cercano, no es neutro,( no Net-Zero). En invierno el consumo es mayor
que la producción, mientras que en verano la producción supera el consumo.
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Simulación energética del edificio.
Figura 34. Consumo eléctrico y producción anual (kWh/año)
El siguiente apartado analiza en mas detalle este resultado y plantea sugerencias de
mejora.
4.2.1
Sugerencias para alcanzar el Net-Zero energy building
El primer objetivo del proyecto pensamos debe ser la consecución del net zero energy
building que basado en el diseño actual sería alcanzable por medio de:

Aplicación de las medidas pasivas descritas (envolvente optimizada,
sombreados, ventilación natural, Iluminación natural,…) que entendemos ya
son parte del proyecto pero deben ser consideradas también en el diseño de
instalaciones.

Aplicación de medidas activas en el diseño de la instalación (bombas de calor
eficiente impulsando agua a temperaturas adecuadas (menos frío en verano,
menos caliente en invierno y resto de medidas indicadas), así como sistemas de
control inteligentes integrados con las estrategias pasivas.

Optimización de la envolvente fotovoltaica, aumentando la producción y
explotando las inclinaciones y orientaciones que produzcan mayor electricidad
anualmente. Aumento de la producción solar fotovoltaica por metro cuadrado
con tecnología con más eficiencia por metro cuadrado.
Como se ha indicado arriba los balances presentados en este informe son preliminares
basados en el diseño en progreso. El diseño final podrá confirmar consumos de las
instalaciones y equipos (ventilación , bombas de agua,…).
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Simulación energética del edificio.
Los consumos energéticos preliminares calculados muestran que el balance entre
producción y consumo no supera los 15MWh/año, lo que sitúa al edificio BFC muy
cerca del Net Zero.
Si las estrategias pasivas y activas (instalaciones) se llevaran a cabo adecuadamente
para un proyecto ejemplarizante como el que nos ocupa y no como un edificio
convencional pensamos que el balance net-zero sería alcanzable con la instalación
fotovoltaica optimizada.
Por otro lado, no nos queda claro cuál es la definición precisa del objetivo energético
definido para el proyecto LIFE “The Autonomous Office”. No pensamos sea adecuado
plantear un edificio en un entorno urbano con una red eléctrica plenamente operativa
que trabaje “en modo isla” sin requerir nunca energía de la red exterior o sin usar
nunca la red eléctrica para volcar sus excedentes renovables.
La optimización tanto medioambiental como económica del “energy mix” del edificio
debe buscar también el “cost optimal” a lo largo del todo el ciclo de vida perseguido
por las Directivas europeas y pensamos esto no debe requerir el modo de consumo
energético tipo isla aprovechando también las energías limpias producidas fuera del
proyecto.
Por otro lado, la posibilidad de incorporar elementos de almacenado y regulación
pueden optimizar estos intercambios “inteligentes” con la red eléctrica exterior
permitiendo la flexibilidad requerida. Esta flexibilidad permitirá esperar las señales de
mercado que permitan el “cost optimal” y podrán atenuar el marco regulatorio
negativo como el existente en España en la actualidad.
Una mayor independencia de la red exterior se lograría con


Posibilidad de elementos de almacenamiento:

Inercia térmica del propio edificio permitiendo desconexiones parciales de
la climatización. Ya existente y que deberá incorporarse en el sistema de
control del edificio.

Otras acumulaciones térmicas en el interior del edificio (depósitos de agua
o piscina)

Posibilidad de acumulación carga geotérmica estacional.

Pila de combustible (entendemos es ya parte del proyecto LIFE)

Posible baterías eléctricas (tal vez relacionado con vehiculo eléctrico)
Otras producciones eléctricas renovables: El equipo de diseño ha considerado la
instalación de un equipo de mini-cogeneración por bio-diésel o aceite reciclado.
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Simulación energética del edificio.
ADENDA
Objetivo de la Adenda
Este documento es una Adenda al “Informe resumen de la virtual simulations que
apoyan la actividad B1 del proyecto LIFE11ENV/ES/622”.
El contenido de esta Adenda muestra los consumos energéticos resultantes de una
simulación adicional, donde se han variado los inputs de potencia informática y
electrónica de red, de acuerdo con los datos de proyecto de TSK.
Hipótesis de potencia de equipos de oficina y electrónica de
red
De acuerdo con la información disponible, se han aumentado las potencias instaladas
en equipos de oficina. Las nuevas hipótesis de diseño son:
1) Potencia instalada en zonas de oficinas (debidos a las pantallas de ordenador,
impresoras, etc): 15 w/m2.
2) Potencia instalada en la sala del servidores de la planta sótano: 1000 w/m2
(acorde con los 6kW de potencia eléctrica de CPD según proyecto TSK).
3) La sala del clúster está climatizada con un equipo de aire, con una temperatura
de consigna que no supere los 26ºC.
Consumo eléctrico global
La siguiente tabla muestra el consumo eléctrico total desglosado del edificio BFC bajo
las nuevas hipótesis de modelizado detalladas en el apartado anterior.
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Consumos eléctricos
(KWh/año)
Calefacción
Refrigeración
Losa TA + ventilación
mecánica
CPD en sala sótano
(Potencia TSK)
7280,64
9377,51
Iluminación interior
10.554,15
Iluminación exterior
2265,64
Equipos
47994,80
Ventiladores
184,97
Bombas
498,73
Condensación
160,42
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