Comunicación presentada al I Congreso Ciudades Inteligentes:
Autores
- Ali Vasallo Belver, Investigador, Fundación CARTIF
- Andrea Martín González, Investigadora, Fundación CARTIF
- Susana María Gutiérrez Caballero, Investigadora, Fundación CARTIF
- Elena Méndez Bértolo, Investigadora, Acciona Infraestructuras SA
- Iñigo Urra Mardaraz, Investigador, Fundación Tecnalia Research & Innovation
- Asier Martínez Urrutia, Investigador, Fundación Tecnalia Research & Innovation
- Félix Larrinaga, Investigador, Mondragon Unibertsitatea
- Ignacio Arenaza-Nuño, Investigador, Mondragon Unibertsitatea
- Enrique Fernández Delgado, Concejal de Servicios Urbanos, Ayuntamiento de Laguna de Duero
Resumen
El desarrollo sostenible en términos de eficiencia energética y gestión medioambiental de las áreas urbanas constituye un factor clave de progreso en la sociedad actual. En particular, el sector Europeo de la edificación ofrece grandes oportunidades de desarrollo económico y mejora medioambiental. El presente trabajo expone la estrategia desarrollada dentro del proyecto europeo CITyFiED para la transformación de las ciudades y distritos en espacios urbanos más eficientes, introduciendo criterios de sostenibilidad ambiental, económica y social. Se analizará cómo la aplicación de medidas de conservación de la energía a nivel de distrito en el demostrador de Laguna de Duero (Valladolid) contribuye al desarrollo de entornos urbanos más sostenibles.
Introducción
El sector de la edificación tiene un gran potencial en cuestiones de ahorro de energía. El 40% del consumo total de energía en la Unión Europea, junto con el 36% de las emisiones de CO2, proviene de sus 160 millones de viviendas (Lewis et. al, 2013), por lo que el incremento de la eficiencia energética en este sector representa una medida prioritaria para la reducción de la dependencia energética de la Unión Europea por un lado y la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero por otro. En este sentido, la Comisión Europea, dentro del Plan de Acción para la Eficiencia Energética, identifica la Eficiencia Energética en los edificios como una prioridad fundamental. Los objetivos de la estrategia Europa 2020 (Comisión Europea, 2010), 20% de ahorro energético, 20% de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y 20% de aumento del uso de fuentes de energía renovable, refuerzan esta prioridad.
Antecedentes y objetivos
En Europa existe una clara necesidad de mejorar la eficiencia energética en el sector de la edificación, no sólo a nivel de edificio sino también a nivel de distrito y ciudad. Uno de los principales retos de la Unión Europea es acelerar la transformación de sus ciudades a espacios urbanos más sostenibles y energéticamente eficientes que puedan generar actividad económica, empleo y atraer nuevas fuentes de inversión.
En este contexto, y bajo la línea de proyectos “ENERGY.2013.8.8.1: Demonstration of optimised energy systems for high performance-energy districts” del Programa de Energía del Séptimo Programa Marco, surge el proyecto de carácter demostrativo CITyFiED (RepliCable and InnovaTive Future Efficient Districts and cities). El proyecto tiene dos objetivos principales: (i) Por un lado se pretende desarrollar una estrategia replicable, sistémica e integrada para transformar las ciudades Europeas en ciudades inteligentes, prestando especial atención a la reducción de la demanda de energía y emisiones de gases de efecto invernadero, así como al incremento del uso de fuentes de energía renovable. (ii) Por otra parte, se abordará la definición de nuevos modelos de negocio que permitan implementar este tipo de estrategias y así acelerar el cambio hacia espacios urbanos de energía casi nula.
CITyFiED está dotado con un presupuesto de 48,6 M€, de los cuales 27 M€ son financiados por la Comisión Europea, y tiene una duración de 5 años. El proyecto está coordinado por la Fundación CARTIF y está siendo desarrollado en estrecha colaboración con otros 17 socios.
Estrategia para la transformación de las ciudades inteligentes del futuro
La transformación de las ciudades Europeas en ciudades inteligentes del futuro conlleva la puesta en marcha de una serie de medidas de renovación en base a tecnologías pasivas y activas a nivel de distrito, la consideración de sistemas de gestión energética altamente eficientes, el desarrollo de nuevos modelos de negocio y la implementación de mecanismos para garantizar la participación social.
Para acelerar esta transformación, resulta fundamental la definición de una estrategia sistémica para la correcta toma de decisiones en relación a las intervenciones para la renovación energéticamente eficiente y sostenible de áreas urbanas y su transformación en distritos de energía casi nula, que permita implementar distintas soluciones tecnológicas a nivel de distrito basadas en:
- Reducción de la demanda energética a través de la mejora del comportamiento térmico de la envolvente de los edificios.
- Reducción del consumo energético mediante la instalación de sistemas de calefacción y refrigeración urbanos basados en energías renovables incorporando sistemas de gestión energética avanzados.
- Redes eléctricas inteligentes y generación distribuida basada en fuentes renovables.
- Uso de herramientas basadas en la tecnología de Modelado de la Información de Construcción (BIM, Building Information Modeling).
- Uso de modelos contractuales basados en el concepto de Entrega de Proyecto Integrado (IPD, Integrated Project Delivery).
Un elemento fundamental en este esquema es la participación ciudadana. La viabilidad de este tipo de estrategias conlleva la implicación de los vecinos desde las primeras etapas del proceso de rehabilitación de las áreas urbanas, así como la definición de nuevos modelos de negocio que resulten atractivos para todas las partes involucradas en el proceso.
Carácter demostrativo
El proyecto CITyFiED tiene carácter demostrativo y gran parte de su actividad se centra en la renovación de tres distritos urbanos ubicados en las ciudades europeas de Laguna de Duero-Valladolid (España), Soma (Turquía) y Lund (Suecia). Mediante la aplicación conjunta e integrada a escala de distrito de una serie de tecnologías maduras, disponibles en el mercado y de contrastada eficiencia, se está logrando mejorar el comportamiento energético de los distritos así como reducir las emisiones de CO2, facilitando su transformación hacia áreas de energía casi nula.
Con objeto de recoger, analizar y visualizar los datos de cada demostrador, así como facilitar la incorporación de los resultados del proyecto dentro de la base de datos de la iniciativa Europea CONCERTO (CONCERTO Initiative, 2012), se está desarrollando una plataforma de monitorización en cada uno de los demostradores. Este aspecto resulta clave para la verificación y medida de los ahorros energéticos y reducción de las emisiones de CO2 que se pretenden lograr.
El alcance de la demostración del proyecto, junto con los resultados esperados, se resume en la Tabla I:
Rehabilitación del distrito Torrelago en Laguna de Duero
Laguna de Duero pertenece al área metropolitana de Valladolid y tiene una población de 22.334 habitantes. Dentro de área urbana de Laguna de Duero, la demostración tendrá lugar en el distrito de Torrelago, construido en torno a 1980 junto a la laguna que da nombre al municipio, y que cuenta con 31 edificios residenciales de 12 alturas y 4 pisos por planta, afectando a un total de 1.488 viviendas, 140.000 m2 de área acondicionada y más de 4.000 vecinos.
La rehabilitación reducirá de manera drástica la demanda y el consumo energético del distrito mediante la implementación de medidas pasivas basadas en Sistemas de Aislamiento Térmico por el Exterior (SATE) para la rehabilitación de las fachadas de los 31 edificios, y activas basadas en la modernización de la red de calor de distrito existente y sistemas de control avanzados. También está prevista la instalación de una planta de cogeneración para la producción de electricidad junto con varios puntos de recarga para vehículo eléctrico.
La rehabilitación de las fachadas es clave para alcanzar los objetivos de eficiencia energética perseguidos en relación con la reducción de la demanda energética. En base a los resultados de la simulación energética de los edificios llevada a cabo con programa DesignBuilder, sobre los muros existentes, de doble hoja con cámara de aire y un espesor de 25 cm, se está instalando una solución SATE con placas de poliestireno expandido (EPS) de 8 cm de espesor que permite reducir la demanda de los edificios cerca de un 40%.
Junto con los modelos de simulación energética, se está desarrollando un modelo BIM del distrito con el programa Revit Architecture para la mejora de la gestión, planificación y control de los trabajos de rehabilitación. Son muchas las ventajas que la tecnología BIM aporta a la industria de la construcción. En particular, en Estados Unidos, la utilización de herramientas BIM aplicadas al desarrollo de proyectos de edificación ha permitido demostrar una disminución del coste final de construcción estimado entre un 3 y un 9% del presupuesto base, y es por esta razón que actualmente más del 50% de los responsables exigen tecnologías BIM para el desarrollo de sus proyectos (McGraw Hill, 2009).
Teniendo en cuenta que en España el empleo de esta tecnología está poco extendido, siendo difícil conseguir datos oficiales sobre su implantación, el proyecto CITyFiED pretende servir como ejemplo práctico de referencia para impulsar el uso de este tipo de herramientas entre los profesionales del sector de la construcción.
Además de la simulación energética de los edificios, en sus estados previo y posterior a la rehabilitación, para obtener una aproximación a la demanda de los mismos, se han realizado diferentes cálculos y simulaciones del comportamiento de las instalaciones para poder desarrollar una estrategia de cara a su gestión y control, en línea con el modelo de negocio diseñado para el distrito.
Tras analizar los pros y contras de las distintas alternativas en las inmediaciones de Torrelago, se ha seleccionado la biomasa como combustible idóneo para la red de calor, en base a su precio y sus posibilidades de abastecimiento. La red de calor dispone de tres calderas con una potencia total de 3.450 kW que utilizan astilla para evitar el empleo de pellets y garantizar así una mayor estabilidad en el precio del combustible. La mayor parte de la demanda energética se cubre utilizando esta fuente renovable y, para cubrir los picos de demanda, se han conservado dos calderas de gas natural como apoyo. En cada una de las 19 subestaciones situadas en los bloques hay un intercambiador de calor que cubre la demanda de calefacción y de Agua Caliente Sanitaria (ACS), la cual se almacena en pequeños depósitos de inercia.
También se ha realizado un estudio del potencial de la energía solar térmica para la producción, en combinación con la biomasa, de ACS. Según los resultados obtenidos, tras la rehabilitación de los edificios la instalación solar cubriría el 68% de la demanda de ACS y aproximadamente el 33% de la demanda total de energía del distrito. La Figura 4 muestra la comparación de balance energético de la red de calor sin y con instalación solar.
Otra de las líneas clave del proyecto se centra en el desarrollo de un sistema de monitorización cuyo principal objetivo es proveer de los sistemas y mecanismos para monitorizar, medir y controlar el consumo energético en los distintos demostradores. La arquitectura de la solución consta de sistemas de gestión de energía (EMS, Energy Management Systems) a distintos niveles y de una plataforma para la recogida, gestión y presentación de los datos. Los sistemas de gestión de energía se implantarán en cada uno de los demostradores y se clasifican como:
- Sistemas de gestión implantados en el hogar (HEMS, Home Energy Management System) para recoger los datos de consumo energético (eléctrico o térmico) junto con datos adicionales como son el confort en el hogar (temperatura) o la tarificación (coste).
- Sistemas de gestión implantados a nivel de edificio (BEMS, Building Energy Management System) para monitorizar y controlar principalmente el consumo energético térmico de los distintos anillos del sistema DH. Además estos sistemas permitirán gestionar el consumo eléctrico en zonas comunes del edificio (ascensores, escaleras, salas de reuniones o similares).
- Sistemas de gestión implantados a nivel de distrito (DEMS, District Energy Management System) que recogen información relativa al consumo de energía en el distrito (fuera de los edificios) como puede ser la demanda de los postes de carga eléctricos, sistemas de alumbrado instalados en la calle, mobiliario urbano con consumo energético (paneles informativos, áreas de recreo, etc.).
Todos los datos obtenidos de las mediciones realizadas por los dispositivos disponibles en los HEMS, BEMS y DEMS se almacenarán en una plataforma en la nube. Esta plataforma estará compuesta por:
- Una base de datos (BD) para almacenar toda la información recogida. Dependiendo del volumen, la velocidad y la variabilidad de esa información, las bases de datos se organizarán en un formato estructurado o no estructurado. Se utilizarán estándares de energía y formatos de datos estructurados, principalmente en formato XML, para intercambiar datos entre la BD y las aplicaciones o sistemas que los consuman.
- Módulo de extracción de Open Data. Este módulo consumirá datos ofertados por terceros (administraciones, centros meteorológicos, proveedores energéticos) para proporcionar información adicional con el fin de dar recomendaciones más precisas a los usuarios finales en aspectos como la meteorología y geolocalización (datos históricos meteorológicos, las previsiones para los próximos días, la posición o la orientación del edificio), tarificación o estadísticas de consumos medios por perfiles o electrodomésticos.
- Servidor de aplicaciones energéticas (EAS). Este servidor dispondrá de soluciones Business Intelligence que permitan, mediante el análisis de toda la información almacenada en la nube, realizar el seguimiento y control (siempre que sea posible) del comportamiento energético del distrito, de cada edificio y de los distintos hogares.
- Aplicaciones de presentación de datos. Se desarrollarán e implantarán interfaces para la interacción del usuario con la plataforma. Estas interfaces se denominan Human Machine Interfaces (HMI) y principalmente se materializarán en desarrollos web en servidores o desarrollos sobre dispositivos móviles.
Dicha infraestructura permitirá visualizar la información de forma amigable, sencilla y adaptada al tipo de usuario que acceda al sistema en cada momento.
Impacto
El proyecto CITyFiED busca alcanzar un gran impacto a nivel Europeo, demostrando que este tipo de intervenciones pueden ser fácilmente reproducibles. En particular, se espera que los resultados del proyecto tengan un gran impacto en el sector de la construcción, debido fundamentalmente al alto potencial de reproducción de dichos resultados en otras ciudades Europeas, intentando así acelerar la renovación del parque inmobiliario europeo; en el sector industrial, al ofrecer nuevas soluciones económicamente rentables para la renovación energéticamente eficientes de distritos urbanos; y en el ámbito ambiental, mediante la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.
El impacto de CITyFiED en números se puede resumir en la siguiente tabla:
Todos los avances del proyecto son recogidos en la página web www.cityfied.eu, en la cual puede seguirse el progreso de los trabajos de demostración e investigación que se están llevando a cabo.
El proyecto CITyFiED ha recibido fondos del Séptimo Programa Marco de la Unión Europea para la investigación, desarrollo tecnológico y demostración bajo el acuerdo de subvención número 609129.
Referencias
- Comisión Europea, 2010, Europa 2020, Una estrategia para un crecimiento inteligente, sostenible e integrador. Bruselas, 3.3.2010. COM (2010) 2020 final.
- CONCERTO initiative, 2012, (20 febrero 2014)
- Lewis, J.O., Hógáin, S.N., Borghi, A., 2013, Building energy efficiency in European cities, Cities of Tomorrow – Action Today. URBACT II Capitalisation
- McGraw Hill Construction (2009), The business value of BIM
Nota: Este artículo fue presentado y publicado en el Libro de Comunicaciones del I Congreso Ciudades Inteligentes.