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EN 2 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA EN GRANDES COMPLEJOS
CASO DEL HOSPITAL SAN PEDRO DE LOGROÑO
Palabras Clave:
Eficiencia energética, Criterios funcionales, Reducción de costes
AUTOR/es
Juan Gallostra Isern Ingeniero
Víctor González Clara Ingeniero
Carla Planas Rodríguez Ingeniera
Grupo JG Ingenieros Consultores - España
[email protected]
ABSTRACT
THE SYSTEMS OF ENERGY DISTRIBUTION IN LARGE HOSPITAL COMPLEXES.
CASE OF HOSPITAL SAN PEDRO IN LOGROÑO.
The strategies to produce and distribute the energies is one of the first decisions to
take when planning the technical solutions in large hospital complex, since it will affect
the spaces to be reserved, communications infrastructure, and energy and operation of
technical installations management. Decisions become more difficult to take as much
as the hospital is a large complex. Many times the problem is solved without a
complete analysis of the impact on the future operation of the building.
The paper presents the process for a particular case : the New Hospital San Pedro of
Logroño, of 126.000 m2 and 400 beds ( www.hospitalsanpedro.es ) and the criteria
followed for this case as well as the possible generalization to other similar cases.
From the starting point of a centralized solution , we work out two alternatives : the
local energy production in each of the buildings of the complex and the centralized
production with double distribution, primary ring and secondary connections. We
analyze the functional and economic criteria
SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA EN GRANDES COMPLEJOS
HOSPITALARIOS: CRITERIOS ESTRATÉGICOS DE DECISIÓN.
EL CASO DEL HOSPITAL SAN PEDRO DE LOGROÑO.
Juan Gallostra Isern, ingeniero industrial, Carla Planas Rodriguez, ingeniera industrial y Víctor González.
Grupo JG Ingenieros Consultores.
1.
INTRODUCCIÓN
La estrategia de producción y distribución de energía es una de las primeras decisiones que hay que
tomar en el planteamiento de las soluciones técnicas de los grandes complejos hospitalarios, pues tendrá
afectaciones importantes en la reserva de espacios, infraestructuras de comunicaciones y gestión
energética y en las condiciones de explotación del centro hospitalario. Esta decisión es más compleja
cuanto mayor es el centro hospitalario, y muchas veces se resuelve sin un análisis completo del impacto
en la futura operación del edificio.
Se presenta en la ponencia el proceso seguido para un caso particular: el nuevo hospital San Pedro de
Logroño, de 126.000 m2 y 600 camas, y los criterios seguidos para la definición del sistema, así como su
posible generalización a otros casos. La ponencia se centra en el sistema de distribución energético y no
aborda el sistema de producción. El “nuevo” hospital es, de hecho, el resultado de la reforma y
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ampliación del hospital existente, de mucha menor dimensión, y del que básicamente se han conservado
sólo las plantas de hospitalización.
A partir de una solución inicial planteada desde una centralización energética y distribución a puntos de
consumo se trabajan dos posibles alternativas: la producción localizada en los diferentes edificios del
complejo (eliminando así los sistemas de distribución) y la producción centralizada pero con doble
sistema de distribución: anillo primario y conexiones secundarias. Se analizan los diferentes criterios de
decisión a tener en cuenta: criterios funcionales y criterios económicos.
2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el planteamiento inicial de un gran equipamiento hospitalario son muchas las decisiones estratégicas
que se deben ir abordando, desde el modelo funcional del hospital hasta su esquema económico de
financiación y explotación.
Son parte de estas decisiones estratégicas las soluciones de tipo técnico en el diseño del edificio
hospitalario: organización espacial (edificio compacto o tipo pabellones), circuitos logísticos internos y
externos, relación entre áreas funcionales, y también las grandes decisiones sobre los diferentes sistemas
técnicos de instalaciones.
Las instalaciones de un hospital pueden llegar a significar cerca del 45% de la inversión en edificación del
mismo (sin contar equipamiento), y son además las responsables de una parte sustancial de los costes de
explotación del edificio hospitalario. Sin considerar los costes de personal sanitario ni gasto farmacéutico
(que pueden representar conjuntamente el 85% del coste ordinario de explotación de un gran hospital),
los costes de explotación por consumos energéticos y por mantenimiento y reparaciones pueden alcanzar
el 25% del resto de costes ordinarios de operación.
En el ámbito de las instalaciones, son bastantes también las decisiones iniciales que conviene tomar
teniendo en cuenta el máximo de factores posibles: desde la tecnología de comunicación hospitalaria a
adoptar, el sistema de acondicionamiento térmico de unidades de hospitalización, el grado de seguridad
por redundancia eléctrica, la flexibilidad de las infraestructuras de instalaciones para adaptarse a
cambios futuros en el edificio, o el nivel de incorporación de medidas de sostenibilidad en la edificación.
Dentro de estas decisiones estratégicas están también las relativas a las centrales de producción
energética (agua, energía térmica, energía eléctrica): selección de tecnologías a emplear, predimensionamiento de necesidades, ubicación de equipos principales y planteamiento de redes de
distribución hacia los elementos terminales.
Nos parece importante fijar unos criterios de decisión sobre los sistemas energéticos centrales del
hospital que cubran el máximo de aspectos, y que deberían pues considerar:
-
Garantía de suministro
Flexibilidad para modificaciones y/o ampliaciones
Costes de inversión
Costes de explotación
Espacios ocupados
De este modo se podrá tomar la mejor decisión posible para el buen funcionamiento futuro del hospital.
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Pág. 2
Se presenta el caso particular seguido para un hospital en La Rioja, que pretende ilustrar este proceso
para extraer unas conclusiones más generales. La presentación se centra en las instalaciones térmicas
del edificio (producción de frío y calor), pero el esquema de decisión sería extrapolable al resto de
centrales técnicas (agua, electricidad).
3.
EL HOSPITAL SAN PEDRO DE LOGROÑO
El nuevo hospital San Pedro de Logroño se inauguró el mes de febrero de 2007, y es la infraestructura
sanitaria más importante abordada por Rioja Salud, el departamento de salud de la comunidad
autónoma de La Rioja, resultado de la reforma y ampliación del antiguo hospital existente (foto 1).
El hospital tiene 126.000 m2 construidos, que permiten albergar los siguientes servicios:
Hospitalización
-
630 camas, con un 82% de habitaciones individuales
Quirófanos
-
14 quirófanos (ampliables a 16)
4 quirófanos en el bloque obstétrico (paritorios)
18 puestos en las unidades de reanimación post-anestésica (URPA)
Urgencias
-
2 puestos de triaje y reconocimiento
16 boxes de primera atención
4 camas de reanimación
Zona de consultas: 8 consultas y 2 salas de curas y 1 yesos
2 consultas infantiles
Zona de radiología y ecografía
Zona de observación con 21 boxes
Unidad de corta estancia (UCE) con 17 camas
Servicios Centrales
-
-
Laboratorios: bioquímica, microbiología, anatomía patológica, virología, genética y biología
molecular, hematología e inmunoanálisis.
Diagnóstico por la imagen: 4 ecógrafos, 1ecodopler, 2 mamógrafos, 1 ortopantomógrafo, 1
unidad de TAC, 1 resonancia magnética, 1 angiógrafo digital, 7 aparatos de radiología
convencional, 1 telemando, 1 equipo de tórax automático, y equipo multifuncional.
Rehabilitación
Farmacia
Documentación clínica
Medicina preventiva
Neurofisiología
Servicios Generales
-
Dirección y administración
Cocina
Cafetería
Salón de actos para 200 personas
Servicio religioso.
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Pág. 3
-
Aparcamiento para 1.500 plazas
Consultas externas
-
135 consultas
El proyecto de arquitectura es obra de los equipos Cruz-Baquerizo y Alas-Casariego. El proyecto de
instalaciones térmicas inicial es obra de D. Javier Cruz. La ejecución de las obras correspondió a la UTE
Dragados – Acciona - J.Martín, y desde DB Asociados – Grupo JG colaboramos con la UTE constructora y el
equipo de ingeniería de proyecto en la puesta en obra del mismo.
El presupuesto de inversión para el hospital fue de 159 millones de Euros.
Desde un punto de vista de distribución funcional, el hospital se organiza en 4 grandes bloques:
-
En la zona oeste, un edificio circular preexistente, destinado a centrales técnicas y servicios
(cocina).
-
En la zona norte se encuentra el otro edificio existente, que se destina básicamente a unidades
de hospitalización en sus plantas altas (2 a 7) y a servicios médicos y administrativos en las
plantas bajas: bloque quirúrgico (plantas 1 y 2), cirugía mayor ambulatoria (planta 1), farmacia,
administración, cafetería y recepción (planta baja).
-
En la zona sur, uno de los nuevos edificios, de planta baja más piso, destinado
fundamentalmente a consultas externas, y albergando también usos administativos y la unidad
de diálisis.
-
Finalmente, el nuevo edificio de la zona suroeste continene los servicios principales de
diagnóstico, tratamiento e intervención: laboratorios y hospital de día en planta baja; y unidad de
cuidados intensivos, urgencias, diagnóstico por la imagen y obstetricia en planta primera.
En el esquema 2 se aprecian los diferentes edificios y zonas del hospital, y en el esquema 3 se presenta
una planta como ejemplo, la planta primera.
4.
LA SOLUCIÓN INICIAL DE DISTRIBUCIÓN
El proyecto de instalaciones térmicas inicialmente planteado parte de las necesidades energéticas
siguientes:
-
10.000 kW de frío
11.500 kW de calor (para calefacción y agua caliente sanitaria)
Para satisfacer estas necesidades se propone una central de producción de frío y una de calor, colocadas
ambas en el edificio técnico del hospital, en el extremo oeste del complejo, formadas por:
-
4 calderas 2.325 kW cada una
3 plantas enfriadoras centrífugas condensadas por agua, 3.100 kW
1 planta enfriadora tornillo condensada por agua, 1.600 kW
4 torres recuperación calor, circuito abierto, 3.900 kW
1 torre recuperación de calor, circuito abierto, 2.000 kW
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Pág. 4
-
2 depósitos acumulación de hielo, 150 m3 cada uno.
Desde este edificio de centrales se realiza la distribución a todas las zonas y edificios del hospital, con un
planteamiento radial que incluye los siguientes circuitos de distribución:
Calor:
-
circuito climatizadores, caudal variable
circuito fan-coils, caudal constante
circuito zona climatizadores cirugía, caudal variable
circuito edificio instalaciones, caudal constante.
circuito distribución A.C.S., caudal constante.
circuito radiadores, caudal constante.
Frío:
-
circuito climatizadores, caudal variable
circuito fan-coils, caudal constante
circuito zona climatizadores cirugía, caudal variable
circuito edificio instalaciones, caudal constante.
Desde el edificio circular de instalaciones saldrían pues 8 pares de tuberías (son 10 circuitos menos los
dos que se quedan en el propio edificio circular) al resto del edificio, esto es, un “peine” de 16 tuberías.
En los esquemas 4 y 5 se presentan, respectivamente, los conceptos de producción de frío y calor según
esta opción inicial.
Esta solución de proyecto inicial es una solución plenamente válida y la opción más lógica cuando se trate
de un edificio compacto, pues se centralizan todos los elementos de producción, facilitando el
mantenimiento, y asumiendo unas pérdidas por distribución no muy elevadas.
En el momento que se desarrolla el edificio hacia un planteamiento de tipo pabellones o “campus”, los
costes de distribución empiezan a ser importantes, tanto a nivel de inversión inicial como de explotación
(costes de bombeo y por pérdidas de temperatura). Es entonces cuando se plantea analizar una o varias
soluciones alternativas.
5.
LAS SOLUCIONES ALTERNATIVAS
Se plantean dos posibles opciones para optimizar los costes de inversión y explotación de la distribución
de energía en el hospital desarrollado en pabellones:
-
Eliminar la distribución de energía desde una central, pasando a producción energética para
cada pabellón o zona del hospital: Producción descentralizada.
-
Optimizar los costes de inversión y explotación del sistema de distribución, pasando de un
sistema radial a un anillo de distribución energética que alimenta subcentrales en cada pabellón
o zona del hospital: Anillo térmico.
a)
Producción descentralizada
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Pág. 5
Se dividiría el hospital, desde un punto de vista energético, en 6 centrales independientes:
Zona
Hospitalización 1
Hospitalización 2
Radiología
Edificio Sur
Bloque quirúrgico
Edificio Sur-Oeste
Usos
Hospitalización
Hospitalización
Diagnóstico por la
imagen
Consultas externas y
administración
Quirófanos
Laboratorios, uci,
urgencias
Sumas
Demanda calor - kW
2.508
2.675
731
Demanda frío - kW
2.153
2.466
660
1.463
1.651
1.860
2.174
1.442
1.568
11.411
9.940
Para mantener el mismo nivel de seguridad en la producción energética que la solución centralizada, se
propone realizar un esquema de redundancia N+1 en cada uno de los edificios o zonas. La producción de
frío sería mediante plantas enfriadoras condensadas por aire, colocadas en la cubierta de cada edificio, y
la producción de calor mediante calderas de alto rendimiento, colocadas en las plantas bajas de cada
edificio. A su vez, cada edificio o zona dispondría de sus depósitos de producción-acumulación de agua
caliente sanitaria:
Zona
Hospitalización 1
Hospitalización 2
Radiología
Edificio Sur
Bloque quirúrgico
Edificio Sur-Oeste
Demanda calor –
kW
2.508
2.675
731
1.463
1.860
2.174
Poducción calor
– kW
3 x 1.250
3 x 1.300
3 x 350
3 x 750
3 x 950
3 x 1.100
Demanda frío kW
2.153
2.466
660
1.651
1.442
1.568
Producción frío
- kW
3 x 1.000
3 x 1.250
3 x 300
3 x 850
3 x 700
3x 800
Sumas
11.411
17.100
9.940
14.700
En el esquema 6 se presenta la solución de producción descentralizada por edificio o zona para una zona
tipo.
b)
Anillo térmico
En este caso la producción de energía sería muy similar a la opción de producción centralizada, pero se
plantea una reducción muy importante en el número de circuitos de distribución, formando un anillo con
tuberías de agua fría y caliente, y dejando la producción de agua caliente sanitaria y la regulación de agua
caliente para fan-coils a cada una de las 6 subestaciones de energía que se plantean en el complejo.
El anillo principal de distribución se realizará con circuito de caudal variable por regulación de presión.
Los ramales secundarios a cada edificio o zona se realizarán en caudal constante, para garantizar la
máxima estabilidad hidráulica del sistema.
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Se propone en esta fase eliminar el sistema de acumulación de hielo en la producción de frío. Se
simplifica de esta manera la instalación y, según se justifica en un estudio específico, la ventaja de
producir frío para acumulación en horas nocturnas (con tarifa eléctrica algo más favorable y temperaturas
de condensación más benignas) no se compensa con el exceso de consumo derivado de la necesidad de
producir esa energía frigorífica a temperaturas más bajas (- 6 ºC) para poder producir hielo.
Se mantiene una cuarta planta enfriadora de menor potencia para cubrir las horas de muy baja carga
frigorífica y no tener grandes plantas enfriadoras funcionando a carga parcial.
Los equipos de producción de energía serían pues:
-
4 calderas 2.600 kW cada una
3 plantas enfriadoras centrífugas condensadas por agua, 3.600 kW
1 planta enfriadora tipo tornillo, condensada por agua, 1.000 kW
4 torres recuperación calor, circuito abierto, 4.500 kW
1 torre recuperación de calor, circuito abierto, 1.250 kW
Desde este edificio de centrales se realiza la distribución a las 6 subestaciones térmicas del hospital, con
un anillo de distribución a caudal variable:
Calor:
Frío:
circuito agua caliente general, caudal variable, DN 300
circuito agua fría general, caudal variable, DN 400
Los esquemas 7 y 8 reflejan conceptualmente la solución de producción centralizada y distribución de frío
y calor mediante anillo de distribución.
En cada subestación de energía se colocan pares de bombas de impulsión de agua fría y caliente, que
aspiran del anillo térmico y distribuyen a la zona a caudal constante, para garantizar la máxima
estabilidad hidráulica. En cada subestación tendremos:
Calor:
-
circuito climatizadores, caudal constante
circuito fan-coils, caudal constante, válvula de mezcla en el retorno
circuito producción A.C.S., caudal constante, 2 inter-acumuladores.
Frío:
-
circuito climatizadores, caudal constante
circuito fan-coils, caudal constante, válvula de mezcla en el retorno
El esquema de una subestación energética tipo, situada en el sótano de cada edificio o zona, se presenta
en el esquema 9. Se incluye en el esquema la posibilidad de instalación de un sistema solar para precalentamiento de agua sanitaria, que no está recogido a nivel de inversión en el estudio económico.
6.
CRITERIOS FUNCIONALES
Se trata pues de comparar las tres opciones presentadas desde dos grupos de criterios, que se pueden
clasificar en: funcionales y económicos. Desde nuestro punto de vista, los criterios de tipo funcional
deberían tener más de importancia que los económicos a la hora de tomar la decisión sobre un sistema
de distribución u otro.
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Pág. 7
Dentro de los criterios funcionales deberemos considerar:
a)
Criterios de fiabilidad
Los más importantes criterios funcionales son los que hacen referencia a la comparación entre la
fiabilidad de las diferentes soluciones frente a eventuales averías en la instalación. Podemos separar
estos criterios en:
a.1)
Fiabilidad en la producción de energía
Se trata de valorar la capacidad de la instalación de producción de frío y calor para mantener el
suministro frente a eventuales averías. Si aplicamos el criterio de redundancia N+1 a todas las unidades,
en principio el nivel de fiabilidad sería equivalente, con las siguientes precisiones:
-
El nivel de fiabilidad entre la opción 1 (Producción Centralizada con distribución Radial: PCR) y la
3 (Producción Centralizada con distribución en Anillo: PCA) es el mismo.
-
Se podría argumentar que la fiabilidad de la opción 2 (Producción por Edificio o Zona: PEZ) es
superior, pues al tener la producción distribuida en varias máquinas, toleraría la avería de
incluso dos o tres máquinas manteniendo el servicio (siempre que no fueran máquinas del
mismo edificio o zona).
a.2)
Fiabilidad en la distribución de energía
En este caso debemos atender a la capacidad de los diseños para mantener el servicio si falla algún
elemento de la red de distribución: equipos de bombeo y redes de tuberías.
a.3)
-
La solución PEZ parece en principio la que menos riesgo tiene por este concepto pues no hay
propiamente en este caso una red de distribución de energía entre edificios o zonas, por lo que
no puede haber problemas de fiabilidad por este concepto. Sí que existirá, como en las otras dos
soluciones, una red de distribución dentro de cada zona o edificio, que puede estar sometida a
averías, pero el nivel de fiabilidad por este concepto sería el mismo para las tres opciones.
-
Las otras dos soluciones tienen ventajas e inconvenientes. En la opción PCR, la sectorización de
los ramales que alimentan los diferentes edificios y zonas es muy clara, por lo que una avería en
uno de los ramales dejaría efectivamente sin servicio esa zona pero intacto el resto de zonas del
complejo hospitalario, por lo que la intervención para solucionarla es muy directa.
-
En la solución PCA, la fiabilidad de servicio es superior a la opción PCR, pues la distribución en
anillo permitirá atender el complejo hospitalario desde un extremo del anillo si en el otro se ha
producido una avería. Por pensar en posibles inconvenientes, quizás es más dificultosa la
reparación de esta eventual avería del anillo sin dejar sin servicio algunas zonas del hospital.
Seguridad: ubicación de instalaciones de riesgo.
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Pág. 8
También dentro de este grupo de criterios estarán los propios de seguridad general de la instalación por
existencia de instalaciones de riesgo en diferentes zonas del hospital. En las opciones centralizadas esta
seguridad será mayor, pues las redes de gas natural (para producción de calor) y de distribución en media
tensión (para alimentación equipos de frío) quedan confinadas en el edificio de instalaciones. En la
opción PEZ, deberán existir instalaciones de gas natural y media tensión (instalaciones que consideramos
de riesgo) que se distribuyen por el complejo y llegan a todos los edificios.
Cabría considerar también en este apartado el posible riesgo por legionella asociado a las existencia de
torres de recuperación en las opciones centralizadas. Este riesgo se podría minimizar empleando torres en
circuito cerrado.
b)
Criterios de flexibilidad
Como criterios de segundo nivel en importancia podemos considerar los que hacen referencia a la
flexibilidad de las instalaciones ejecutadas. El hospital será un edificio sometido a numerosas reformas y
nuevos usos durante su vida útil, y es conveniente considerar si el sistema de distribución de energía
planteado podrá responder a estas modificaciones que se irán dando en el futuro:
b.1)
Flexibilidad en la construcción y puesta en marcha
Por lo que respecta a las centrales de producción, la solución PEZ sería la más flexible, pues al ser cada
edificio independiente permitiría incluso una construcción del hospital por fases. Las opciones de
producción centralizada tienen un cierto grado de flexibilidad pues podrían instalarse incialmente 2 de las
3 máquinas previstas, permitiendo una división en dos fases de puesta en marcha.
Por lo que respecta al sistema de distribución, la opción menos flexible sería la PCA, pues se exige en
cualquier caso la construcción completa del anillo para la puesta en marcha, aunque sea parcial, del
sistema. Las opciones PCR y PEZ serían equivalentes desde el punto de vista de flexibilidad de
distribución, permitiendo la puesta en marcha escalonada por edificios y/o zonas.
b.2)
Flexibilidad en operación y modificaciones.
En este aspecto los sistemas centralizados claramente tienen ventaja sobre los sistemas por edificio,
pues admiten fácilmente el traslado de cargas térmicas de una zona a otra sin afectar a las centrales de
producción, cosa que no pasa en la opción PEZ.
Esta flexibilidad es máxima en el caso de la red de distribución PCA, pues al ser el anillo de sección
constante permite trasladar cargas de una zona a otra incluso sin modificar la red de distribución, cosa
que sí que habrá que hacer en la solución PCR.
c)
Criterios de facilidad de operación
Se trataría en tercer lugar de valorar la facilidad de operación de las diferentes instalaciones energéticas
del hospital. Un sistema con instalaciones fáciles de operar tiene muchas más probabilidades de
funcionar corrrectamente que uno complejo. Podemos distinguir en este criterio dos fases en la operación
del edificio:
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Pág. 9
c.1)
Facilidad de equilibrado y puesta en marcha
Parece claro que la solución más distribuida, PEZ, es la que más facilmente podrá regularse y ponerse en
marcha (“commissioning”), pues se compone de una serie de instalaciones relativamente sencillas
(unidades enfriadoras compactas, redes de distribución de agua dentro de la zona y a caudal constante).
La solución PCA sería la más laboriosa de regulación y puesta en marcha, por el hecho de tener dos
sistemas hidráulicos acoplados: el anillo de distribución principal, que es a caudal variable, y los
diferentes sistemas secundarios dentro de cada zona, a cuadal constante.
La solución PCR quedaría en una posición intermedia en lo que a complejidad de regulación y puesta en
marcha se refiere.
c.2)
Facilidad de operación y mantenimiento
Aquí los términos se invierten, pues las soluciones centralizadas son más sencillas de operar y mantener
que la opción distribuida por edificio o zona.
La solución mejor desde el punto de vista de este criterio sería la PCR (centralizada – radial), pues todos
los equipos están concentrados en el edificio de instalaciones, en una sola ubicación.
En la opción PCA (centralizada – anillo) la mayoría de los equipos están también ubicados en el edificio
de instalaciones, pero existen también grupos de bombeo en cada una de las subestaciones de cada zona
o edificio.
La opción más compleja desde el punto de vista del control de mantenimiento y explotación es la PEZ (por
edificio), pues tendremos un considerable número de unidades repartidas por los diferentes edificio y/o
zonas.
El mantenimiento “unitario” (por máquina) sería más sencillo para las unidades de enfriamiento
condensadas por aire (opción PEZ) que las condensadas por agua (opciones PCR y PCA) pero esta ventaja
unitaria queda anulada porque serán necesarias muchas más unidades en la solución por aire (18
unidades) que en la solución por agua (4 unidades)
d)
Criterios de ocupación de espacio
Finalmente tendríamos un último criterio que puede ser mas o menos relevante en función de la criticidad
del espacio disponible para el plantemiento del nuevo hospital. En el caso de complejos hospitalarios de
nueva planta no debería ser el criterio más relevante pero sí uno a tener en cuenta:
d.1)
Espacio ocupado por equipos de producción
Los espacios totales ocupados por las tres soluciones vienen a ser similares, aunque repartidos de forma
diferente. En el caso de la solución PEZ, con unidades enfriadoras condensadas por aire, el grueso del
espacio se ocupa en cubierta, lo que puede crear problemas desde un punto de vista de accesibilidad e
impacto visual, mientras que en las opciones centralizadas la parte más importante de espacio es
necesaria en zonas de sótano.
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En la opción PEZ, la estimación de espacios sería:
-
Sótano: 4 m2 para calderas y bombas por cada 1.000 m2 de planta
Cubierta: 12 m2 para plantas enfriadoras y bombas por cada 1.000 m2 de planta
Para las opciones PCA y PCR tendríamos:
-
Sótano: 4 m2 para calderas y bombas por cada 1.000 m2 de planta, y 5 m2 para plantas
enfriadoras y bombas por cada 1.000 m2 de planta
Cubierta: 5 m2 para torres de refrigeración y bombas por cada 1.000 m2 de planta
d.2)
Espacio ocupado en distribución
Aquí debemos considerar solamente las opciones centralizadas:
Opción PCR:
Sala de bombas de distribución, en edificio de instalaciones: 2 m2 cada 1.000 m2 de planta
Peine de tuberías desde edificio de instalaciones a cada zona: máximo de 16 tubos con DN entre
300 y 50: Se ocupa una sección de galería variable, con un máximo de 2,5 m2, y longitud de
galería de unos 500 m.
Opción PCA:
Sala de bombas de distribución, en edificio de instalaciones: 0,5 m2 por cada 1.000 m2 de
planta
Anillo de tuberías de frío y calor: 2 tubos DN 400 y 2 tubos DN 300: Se ocupa una sección de
galería constante de 1,5 m2, y longitud de galería de unos 500 m.
Salas de bombas en cada subestación: 2 m2 cada 1.000 m2 de planta
d.1)
Resumen de espacios ocupados
En el resumen de espacios se ve que el total de superficie ocupada queda bastante compensado,y que lo
relevante es ver en qué ubicaciones existe disponibilidad de espacio:
Superficie - m2
PCR
Sótanos – producción edificio central
Sótanos – bombas edificio central
Cubierta – edificio central
1.134
252
63
504
ifhe2008-jgi
252
1.000
750
630
630
Cubierta – edificios y zonas
Total
PCA
1.134
Sótanos – edificios y zonas
Sótanos – galerías
PEZ
1.512
3.016
2.016
2.829
Pág. 11
7.
CRITERIOS ECONÓMICOS
El segundo grupo de criterios serían los de carácter más directamente económico, donde se realiza la
lógica distinción entre costes de inversión y costes de explotación.
e)
Costes de inversión
Realizaremos un estudio comparativo de costes sólo en los elementos principales de producción y
distribución, y no incluiremos los elementos terminales que serían comunes a las tres opciones (unidades
climatizadoras, unidades fan-coils, red de distribución interios de los edificios y/o zonas).
e.1)
Inversión inicial en equipos de producción
Opción PCR:
Equipos producción calor y bombas primarias:
Equipos producción frío y bombas primarias:
Equipos producción - acumulación hielo:
450.000 €
820.800 €
284.000 €
Opción PCA:
Equipos producción calor y bombas primarias:
Equipos producción frío y bombas primarias:
450.000 €
920.500 €
Opción PEZ:
Equipos producción calor y bombas primarias:
Equipos producción frío y bombas primarias:
728.000 €
2.476.000 €
e.2)
Inversión inicial en equipos de distribución
Opción PCR:
Bombas de distribución:
Red radial de tuberías de distribución:
464.400 €
706.000 €
Opción PCA:
Bombas de distribución:
Anillo de tuberías de distribución:
Bombas en las subestaciones:
312.000 €
306.000 €
235.200 €
Opción PEZ:
No hay instalación de distribución
e.3)
Total inversión inicial
Opción PCR:
Opción PCA:
Opción PEZ:
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2.725.200 €
2.223.700 €
3.204.000 €
Pág. 12
f)
Costes de explotación
Dentro de los criterios económicos, es muy importante justificar los costes de explotación y
mantenimiento asociados a las diferentes opciones. En un escenario de costes energéticos en aumento,
cobra aún mayor importancia.
f.1)
Costes de explotación: energía
Para estimar los diferentes costes de explotación asociados a los consumos energéticos se ha realizado
una simulación energética con el software HAP de Carrier, con las siguientes hipótesis de partida:
-
localidad: Logroño
condiciones interiores: 23 ºC +/- 2
cargas internas: almbrado, maquinaria y ocupación para las diferentes zonas
horarios de funcionamiento: 24 horas en hospitalización, uci, urgencias, 18 horas en quirófanos
y diagnóstico por imagen, 10 horas en consultas externas.
Dentro de la simulación sólo se han considerado los elementos de producción y distribución que son
relevantes para el estudio. Los importes reflejados son por lo tanto sólo una parte del consumo total del
complejo, y son válidos fundamentalmente a efectos comparativos entre los sistemas. Los resultados
obtenidos han sido los siguientes, indicando consumos y costes anuales:
Opción PCR (centralizada – radial):
Producción
Distribución – primario y radial
TOTAL
Consumo energético - kWh
11.500.000
1.910.000
13.410.000
Coste energético - €
544.200
201.000
745.200
En el consumo de producción se ha tenido en cuenta el sistema de acumulación de hielo. Los consumos
de distribución incluyen tanto los grupos de bombeo de primario como los de distribución radial a cada
edificio y zona.
Opción PEZ (por edificio):
Producción
Distribución – primario
TOTAL
Consumo energético - kWh
14.425.000
570.000
14.995.000
Coste energético - €
784.100
58.100
842.200
Respecto a la opción PCR, la producción es más ineficiente por tratarse de unidades condensadas por
aire, con un COP inferior. En el apartado de distribución sólo se ha tenido en cuenta el conjunto de
bombas de primario.
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Opción PCA (centralizada – anillo):
Producción
Distribución – primario y anillo
TOTAL
Consumo energético - kWh
12.650.000
1.106.000
13.756.000
Coste energético - €
598.600
116.500
715.100
Respecto a la opción PCR, la producción es algo más ineficiente por haber eliminado el sistema de
producción y acumulación de hielo. El bombeo de distribución es mucho más eficiente por tratarse de
grupos de presión a caudal variable, que actúan según la demanda real en cada momento. El consumo
promedio por estos conceptos es del 50% en calor (sobre el máximo, que se da en el mes de febrero) y del
30% en frío (sobre el máximo, que se da en el mes de julio). El gran ahorro energético se produce
lógicamente por este capítulo.
f.2)
Costes de explotación: mantenimiento
Es más difícil obtener la estimación de costes de mantenimiento, pues existen menos datos disponibles. A
partir de información facilitada por la AEM (Asociación Española de Mantenimiento) se puede relacionar
el coste de mantenimiento anual con el coste de inversión inicial y con el tipo de instalación ejecutada
(básicamente, más o menos concentrada) y de este modo se llega a los siguientes resultados, siempre
para la parte de instalaciones que estamos analizando (producción y distribución de energía térmica).
Para un gran hospital de estas características, el coste de mantenimiento global del edificio
(mantenimiento conductivo, preventivo, correctivo y sustitutivo) está entre 35 y 45 €/m2 y año. Tomando
40 €/m2 como valor central, y un 7,5% para la central de producción y distribución de energía térmica en
su solución original (PCR), resultarían 3,0 €/m2 y año para mantenimiento de los equipos térmicos de
producción y distribución.
Para las otras dos opciones se calcula el valor corrigiendo, como hemos indicado, el valor de referencia de
la solución inicial según el valor de inversión inicial y por el grado de centralización de equipos de las
soluciones alternativas, y resulta:
Opción PCR:
Opción PCA:
Opción PEZ:
3,0 €/m2 y año
2,7 €/m2 y año
3,5 €/m2 y año
Para el hospital considerado, con 126.000 m2 tendríamos:
Opción PCR:
Opción PCA:
Opción PEZ:
8.
378.000 € / año
340.200 € / año
441.000 € / año
CONCLUSIONES PARTICULARES
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Podemos plantear un cuadro resumen para el conjunto de criterios que hemos presentado en los
apartados anteriores.
Opción PCR
Opción PEZ
Opción PCA
Buena
Buena
Concentradas
Superior
Máxima
Dispersas
Buena
Superior
Concentradas
Buena
Superior
Máxima
Regular
Regular
Máxima
Buena
Máxima
Máxima
Buena
Regular
Superior
Espacio ocupado -m2
3.106
2.106
2.829
Costes inversión -€
Costes explotación
Energía -€/año
Mantenimiento -€/año
2.725.200
3.204.000
2.223.700
745.200
378.000
842.200
441.000
715.100
340.200
Fiabilidad
Producción
Distribución
Instalaciones riesgo
Flexibilidad
En construcción
En operación
Facilidad uso
Puesta en marcha
Operación y mantenimiento
En el caso particular de este hospital, los criterios económicos favorables y la máxima flexibilidad futura
del sistema PCA fueron los factores que determinaron la adopción del sistema de Producción Centralizada
y Distribución en Anillo com el definitivo.
9.
GENERALIZACIÓN DE CONCLUSIONES.
Para establecer recomendaciones de generalización de las anteriores conclusiones, conviene presentar
como teoría de análisis de decisiones dos opciones posibles: se podría plantear un método de análisis de
tipo “intuitivo” o de opción fundamental, o bien un método más “analítico” y ponderado. Conviene optar
por uno de ellos antes de analizar las diferentes opciones.
a)
Opción fundamental
Se trataría de fijarse en un criterio de los presentados como característica fundamental, y tomar la
decisión en base a ese criterio, sin dejar de ver el resto de los criterios.
La primera decisión sería optar como criterio fundamental por uno de tipo funcional o por uno económico.
Si el criterio fundamental es el funcional, habría que decidir entonces cuál de ellos es el más importante:
fiabilidad de funcionamiento, flexibilidad de operación, facilidad de operación, espacio ocupado.
Si el criterio fundamental es el económico, habrá que decidir si el más importante es el de inversión inicial
(por objetivos presupuestarios de inversión) o el de costes de explotación, que parece el más sensato.
Una vez escogido este criterio fundamental, por ejemplo, el de flexibilidad de operación, el análisis se
centra en ese criterio, y se toma la decisión en base a ese criterio.
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Pág. 15
Una vez escogido un sistema en base a ese criterio, se revisa el sistema a la luz del resto de criterios
(funcionales y económicos) para ver si puede quedar invalidado por algún motivo específico.
-
Por ejemplo, si nuestro criterio fundamental es el coste energético de explotación, en el caso
estudiado la solución más favorable sería la PCA (centralizada – anillo).
-
Si nuestro criterio fundamental es el de la fiabilidad en el funcionamiento, nuestra opción
debería ser la PEZ (por edificio).
-
Y si nuestro criterio fundamental es el de máxima facilidad de operación y mantenimiento,
nuestro sistema debería ser el PCR (centralizada – radial).
La ventaja de este método es que centra y simplifica mucho la toma de decisiones, pero tiene como
inconveniente que no sabremos cual sería nuestra segunda mejor opción, y puede ser más difícil de
argumentar frente a terceros.
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b)
Análisis ponderado
Consiste en este caso en asignar unos pesos relativos a cada uno de los criterios, y valorar los diferentes
sistemas en base a estos criterios. El resultado es una media ponderada de valoración de criterios que
nos dará una clasificación de los tres sistemas.
Deberían hacerse pues dos tipos de ejercicios:
-
para cada criterio, asignarle un peso relativo
para cada criterio, puntuar cada uno de los tres sistemas
A partir de la combinación de estas dos valoraciones saldrá el resultado final.
La asignación de pesos relativos podría por ejemplo ser:
-
-
Criterios funcionales:
fiabilidad:
en producción:
en distribución:
seguridad instalaciones de riesgo:
flexibilidad:
construcción y puesta en marcha:
operación y modificaciones:
facilidad de operación:
equilibrado y puesta en marcha:
operación y mantenimiento:
ocupación de espacio:
equipos de producción:
redes de distribución:
Criterios económicos:
inversión inicial:
costes explotación:
energía:
mantenimiento:
60%
40%
40%
40%
20%
30%
30%
70%
20%
30%
70%
10%
50%
50%
40%
30%
70%
70%
30%
Aplicando todos estos porcentajes, el peso de cada criterio en base 100 sería:
-
-
Criterios funcionales:
fiabilidad:
en producción:
en distribución:
seguridad instalaciones de riesgo:
flexibilidad:
construcción y puesta en marcha:
operación y modificaciones:
facilidad oper.: equilibrado y puesta en marcha:
operación y mantenimiento:
ocup. espacio: equipos de producción:
redes de distribución:
Criterios económicos:
inversión inicial:
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9,6%
9,6%
4,8%
5,4%
12,6%
3,6%
8,4%
3,0%
3,0%
12,0%
Pág. 17
explotación:
energía:
mantenimiento:
19,6%
8,4%
Y si ahora ordenamos estos criterios de mayor a menor peso relativo:
coste explotación - energía:
flexibilidad - operación y modificaciones:
coste inversión inicial:
fiablidad en producción:
fiabilidad en distribución:
facilidad de operación y mantenimiento:
coste explotación - mantenimiento:
flexibilidad - construcción y puesta en marcha:
fiabilidad por seguridad instalaciones de riesgo:
facilidad de equilibrado y puesta en marcha:
ocupación de espacio - equipos de producción:
ocupación de espacio - redes de distribución:
19,6%
12,6%
12,0%
9,6%
9,6%
8,4%
8,4%
5,4%
4,8%
3,6%
3,0%
3,0%
Si finalmente aplicamos a cada criterio un valor entre 100% y 0% según su proximidad al óptimo o
máximo para cada criterio, podemos tener (utilizando en este caso los valores obtenidos para el caso
particular presentado):
VALORES EN PORCENTAJE
PCR
PEZ
PCA
Coste explotación - energía
95
80
100
flexibilidad - operación y modificaciones
70
50
100
coste inversión inicial
80
60
100
fiabilidad en producción
80
100
80
fiabilidad en distribución
50
100
70
100
50
80
coste explotación - mantenimiento
90
70
100
flexibilidad - construcción y puesta en marcha
80
100
70
fiabilidad por seguridad instalaciones de riesgo
80
60
80
facilidad de equilibrado y puesta en marcha
80
100
60
ocupación de espacio - equipos de producción
90
90
100
ocupación de espacio - redes de distribución
50
100
50
facilidad de operación y mantenimiento
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PESO
VALORES BASE 100
PCR
PEZ
PCA
coste explotación - energía
19,6%
18,6
15,7
19,6
flexibilidad - operación y modificaciones
12,6%
8,8
6,3
12,6
coste inversión inicial
12,0%
9,6
7,2
12,0
fiablidad en producción
9,6%
7,7
9,6
7,7
fiabilidad en distribución
9,6%
4,8
9,6
6,7
facilidad de operación y mantenimiento
8,4%
8,4
4,2
6,7
coste explotación - mantenimiento
8,4%
7,6
5,9
8,4
flexibilidad - construcción y puesta en marcha
5,4%
4,3
5,4
3,8
fiabilidad por seguridad instalaciones de riesgo
4,8%
3,8
2,9
3,8
facilidad de equilibrado y puesta en marcha
3,6%
2,9
3,6
2,2
ocupación de espacio - equipos de producción
3,0%
2,7
2,7
3,0
ocupación de espacio - redes de distribución
3,0%
1,5
3,0
1,5
SUMAS
100,0%
80,7
76,0
88,0
Con estos criterios de elección, y con estos pesos relativos asignados a estos criterios, y con la puntuación
asignada a cada criterio, se llegaría a la conclusión de que la mejor opción sería la PCA con 88,0% de
valor, sobre un máximo teórico posible de 100%, y le seguirían a continuación las opciones PCR (un
80,7%) y la PEZ (un 76,0%)
10.
RESUMEN
En el planteamiento estratégico de un nuevo hospital (o una reforma en profundidad) conviene incluir las
grandes decisiones sobre criterios de instalaciones técnicas, por su peso en los costes de inversión y
explotación, y su impacto directo en la funcionalidad del edificio.
Dentro de estos criterios estratégicos están, entre otros, los de producción y distribución energética (agua,
frío y calor, electricidad), donde se plantean tres opciones generales:
-
producción centralizada y distribución radial a edificios y/o zonas
producción descentralizada por edificio/zona
producción centralizada y distribución en anillo a subestaciones en cada edificio/zona.
Conviene fijar a priori los criterios de decisión que nos ayudarán a seleccionar la opción de
producción/distribución que más convenga a nuestro caso. Proponemos establecer criterios de tipo
funcional y criterios de tipo económico, y proponemos dar algo más de relevancia a los primeros:
-
criterios funcionales: fiabilidad, flexibilidad, facilidad de operación y ocupación de espacio.
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-
criterios económicos: inversión inicial, costes de explotación por consumo energético y por
mantenimiento.
Finalmente, se deberá valorar cada una de las opciones bajo los criterios fijados y decidir algún sistema o
método que nos permita realizar la selección. Se proponen dos métodos de decisión:
-
opción fundamental: tomar la decisión en base al criterio más relevante y ver si algún otro criterio
penaliza mucho esta decisión.
análisis ponderado: asignando pesos relativos a cada criterio para llegar a una puntuación para
cada una de las opciones.
Se plantea como ejemplo el análisis para un complejo hospitalario en La Rioja donde, por el método
ponderado, se llega a la conclusión de que la opción más favorable sería la de producción centralizada
con distribución en anillo (88,0% de valor, sobre un máximo teórico posible de 100%), y le seguirían a
continuación las opciones de producción centralizada y distribución radial (un 81%) y la producción
descentralizada por edificio o zona (un 76%).
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