Comunicación presentada al I Congreso Ciudades Inteligentes:
Autores
- Isabel Martín Sanz, Arquitecto Restaurador, Director de Obra Torrelago, 3IA Ingeniería acústica
- Javier Martín Sanz, Ingeniero Industrial, Ingeniero de Estudios, Veolia Servicios LECAM
- José Luis Barrientos Moreno, Ingeniero Industrial, Director Técnico, Veolia Servicios LECAM
Resumen
La regeneración y adaptación de áreas de población a la demanda energética, climática y de sostenibilidad es una cuestión que se está abordando en los países europeos en la actualidad. A través del concepto Smart Cities se realiza un proyecto de intervención a nivel distrito en el cual se parte de unos parámetros ambientales que se simulan, se evalúan y se adaptan dando respuesta a la regeneración energética de un barrio localizado en Laguna de Duero, Valladolid. Involucrando a diferentes agentes, mediante la envolvente, la red de calor y los sistemas de gestión y control, se actúa en edificios en altura de carácter privado dando respuesta a las necesidades urbanísticas, instalaciones, demandas de confort y adecuación de un modelo eficiente. Las diferentes mejoras afectan a 12 bloques con un total de 1.488 viviendas mediante un demostrador real del cual se extraen datos para ser reproducibles en otros distritos y ciudades.
Introducción
En la actualidad nos encontramos con áreas urbanas edificadas bajo un consumo energético que se puede reducir notablemente. Este exceso no solo perjudica al usuario final de manera económica con los recursos que emplea en su hogar, sino que afecta a su confort, y de manera solidaria al medio ambiente con las emisiones contaminantes. El marco español de la edificación sufrió un cambio importante en la década de 1.980 adaptándose al incremento poblacional nacional. En esa situación la tipología de los edificios a nivel de soluciones constructivas y de diseño energético marcaban una tendencia por cumplir con las demandas de viviendas y no bajo un diseño de eficiencia energética.
Otro de los aspectos importantes es la capacidad de decisión por parte de los usuarios finales. La estructura habitual sólo permite una toma de decisión global, lo que hace que algunos de los usuarios estén en situaciones de disconfort al tiempo que otros usuarios estén en situaciones de confort.
Encontrados estos escenarios obsoletos como algo común en España y probablemente en parte de Europa, se deciden tomar unos indicadores de referencia en algunas áreas edificadas, para dar la solución más apropiada teniendo en cuenta las necesidades, los objetos arquitectónicos así como las instalaciones con las que abordar la cuestión, y así obtener la mejor respuesta al ámbito de aplicación. Una vez obtenida la información, se compara, se modela con herramientas de simulación energética, se comprueba con ensayos y mediciones durante el proceso, se difunde y sobre todo se evalúa durante el proceso, para que pueda servir como plataforma reproducible.
Proyecto de intervención
El proyecto de intervención se realiza en el núcleo urbano de Laguna de Duero en Valladolid. Dicho proyecto está enmarcado dentro del proyecto europeo CITyFiED, que se desarrolla paralelamente en Turquía y en Suecia.
El conjunto de intervención que nos ocupa está formado por dos comunidades de vecinos de titularidad privada que fue construido en distintas fases entre 1.978 y 1.981. La CC.PP.1 está compuesta de 12 bloques y la CC.PP. 2 por 19 bloques, tratándose de edificaciones de bloques en altura de unos 43 metros, de 12 alturas sobre planta baja, destinada a locales y entrada a vivienda, que en su mayor parte permanece diáfana sobre pilares, y que permite el paso a la zona comunitaria ajardinada. Cada edificación tiene una planta en forma de ‘H’ que se une al menos a otra y en ocasiones a dos tipologías cercanas, organizándose en 4 viviendas de unos 100 m2 llegando a ser 48 vecinos por bloque para un total de 1.488. Las fachadas de diferentes medidas van conformando la envolvente rojiza cerámica de los bloques para dar respuesta a más de 4.000 vecinos.
En cuanto a la respuesta arquitectónica de su muro existente nos encontramos con medio pie cara vista de 12 cm. de espesor colocado a soga, a excepción de los petos bajo hueco de ventana donde aparece colocado a sardinel, cámara de 5 cm. sin aislamiento, y tabique de 7cm. con un acabado interior de enlucido de yeso de 1,5 cm.
Para paliar el bajo nivel de aislamiento original, con una transmitancia en los paramentos de 1,6W/m2C y en el acristalamiento de 5,7W/m2C, se opta por un Sistema de Aislamiento Térmico por el Exterior (SATE) compuesto por un panel aislante de EPS de 80mm, anclado mecánicamente al ladrillo caravista y recibido por varias capas de mortero y malla de refuerzo para permitir el movimiento propio de la fachada. Así mismo se procede a la sustitución voluntaria de las ventanas de los usuarios finales con transmitancia en el acristalamiento de 2,7W/m2C. Todo ello hace que se reduzca la demanda de calefacción hasta un 40%.
El cálculo y diseño de la solución constructiva inicial está basada en una simulación energética estática a partir de los valores reales que existen en el distrito. Los aspectos básicos que se han tenido en cuenta para la elección constructiva son su resistencia y estabilidad, seguridad, durabilidad, economía, facilidad de montaje y modulación. Su configuración es sencilla, adaptándose al programa de necesidades, obteniendo una transmitancia térmica y respuesta a condensaciones muy por debajo de la exigida en la zona, Um límite 0,66. Teniendo como premisa que la aplicación de los productos en la envolvente se realiza bajo temperaturas superiores a los 5 grados de temperatura que en determinados meses invernales del año en Castilla y León resulta difícil de alcanzar.
A nivel de producción de energía, tenemos dos redes de calor diferenciadas e independientes que son capaces de suministrar energía, la primera para los 12 edificios de la CC.PP. 1 y la segunda para los 19 edificios de la CC.PP. 2. Hay un anillo único en la CC.PP. 1 que suministra energía a los bloques del 1 al 12 sin emplear subcentrales de intercambio. Para el caso de la CC.PP. 2, existen cinco subcentrales de intercambio con acumulación de ACS que proveen energía a un grupo de 5 edificios, dos grupos de 3 edificios y dos grupos de 4 edificios.
Una vez realizada la reducción de la demanda a través de la envolvente, el siguiente campo de actuación es la propia producción de calor, a través de la red de calor, a nivel de edificio y a nivel de usuario. En este aspecto cobra especial importancia los sistemas de regulación y control.
Metodología de intervención
Envolvente
Los propietarios que siempre han sentido estos 31 elementos en altura como algo identitario del distrito que conforman, buscaban por un lado el incremento térmico con la respuesta del aislamiento en la envolvente, y por otro lado un diseño acorde a su herencia social como comunidad.
Con la propuesta arquitectónica se ha buscado el sistema más acorde para la mejora de la eficiencia energética, así como el que posibilita por su ligereza y acabado final, una intervención de rehabilitación de fachada en el patrimonio urbano acorde al distrito de Torrelago. Tratándose de un conjunto formado por 31 bloques la imagen que se proyecta es unitaria buscando por un lado un mismo color base, y por otro lado la diferenciación de las agrupaciones de bloques bajo colores que contrastan y se complementan. De este modo existe una visión general de concordancia y a su vez las 8 agrupaciones existentes tienen un ritmo y carácter propio.
Esta morfología tan característica de la planta de los bloques en H, propicia que la orientación de algunas fachadas, así como la altura de los bloques que se desarrolla en 12 alturas, y la disposición de su unión de manera contrapeada, sean factores que impiden la suficiente radiación solar. Algunas de estas áreas corresponden a la zona de tendederos que en origen disponían de una terraza adyacente a la cocina que servía de ventilación natural, y que hoy en día está cerrada en la mayoría de los casos. El tipo de carpintería empleada para este cerramiento a lo largo de los años en algunos casos está compuesta por un vidrio simple, dando lugar a un asesoramiento técnico según orientación, altura, tipo de estancia de la vivienda y confort adecuado a la intervención de manera integral (Arranz, 2013).
Red de calor
Las intervenciones al nivel de la producción de calor se divide en los partes: Red, Producción e Individualización.
Red
El primer objetivo es el de optimizar el rendimiento de producción, conservando el esquema principal de distribución y bombeo. Se realizará una nueva conducción que conecte ambas redes y que permita enviar energía de manera bidireccional dependiendo de la demanda. Así se pasará de tener dos redes de calor independientes con dos centrales térmicas independientes a una única red de calor con dos centrales de producción conectadas.
Producción
En un primer estado se realiza la reforma integral de la central de producción de la CC.PP. 1 cambiando las dos calderas existentes de gas natural por tres calderas de biomasa en astilla con una potencia total de 3.450kW y con las siguientes características:
2x VIESSMANN KOB Pyrotec 1.250
1x VIESSMANN KOB Pyrotec 950
En la central de producción de la CC.PP. 2 se conservan las calderas originales que datan del año 2.000 y que tienen una potencia total de 8.175kW con tres calderas de gas natural con las siguientes características:
3x YGNIS EM-2905
Adicionalmente se instala un equipo de cogeneración con las siguientes características:
1x KWE Smartblock 33
Al existir diferentes fuentes de energía con diferentes inercias térmicas, es importante el planteamiento de una estrategia de producción adecuada a estas singularidades. Así el aporte base se realizará con la producción del equipo de cogeneración cuya producción eléctrica se empleará en la alimentación eléctrica de los equipos de trasiego de biomasa y bombeo del anillo. En una segunda etapa como aporte grueso de energía se empleará el sistema de biomasa y finalmente se emplearán los equipos generadores a gas ya que su respuesta es más rápida en las puntas de consumo en los meses con condiciones desfavorables.
El escalonamiento de la potencia disponible gracias a los tres equipos de biomasa y los tres equipos de gas natural, permite aportar diferentes niveles de energía adaptándose a la demanda de cada momento. El dimensionamiento de la potencia necesaria para suministrar la energía para calefacción está realizado teniendo en cuenta la reducción de la demanda gracias a la mejora de la envolvente.
El perfil de producción anual para un año tipo sería el que se muestra a continuación:
Individualización
La adecuación de la demanda a la producción es uno de los objetivos principales de los sistemas de individualización, por ello se produce la individualización a nivel de edificio y a nivel de usuario final.
En el edificio se separará hidráulicamente del anillo con un intercambiador para calefacción y otro para ACS. Está incluido un bombeo con caudal variable para regular el caudal de impulsión en función de la temperatura de retorno y adaptar el consumo del intercambiador al edificio.
Cada usuario final dispondrá de una válvula de corte motorizada conectada con un termostato individual en el interior de la vivienda que permitirá decidir o tener la capacidad de decisión de fijar la temperatura en el interior evitando sobrecalentamientos en las plantas centrales y en las orientaciones con más radiación.
Finalmente dando cumplimiento a las directrices europeas se instalan contadores individuales de energía térmica.
Resultados y datos obtenidos
Como resultado se plantea un modelo de servicios energéticos, donde la empresa de servicios energéticos factura los kWh térmicos útiles consumidos mensualmente. Los ahorros obtenidos respecto a la situación de partida se emplearán para la amortización de la inversión realizada.
El modelo planteado implica un contrato de una duración de 20 años con una inversión en las instalaciones de 16,5M€ y generando un ahorro del 15% respecto de la situación de partida.
Destacar la sostenibilidad del proyecto gracias al mix de producción, teniendo combustibles variables con el petróleo como es el gas y combustibles variables con el IPC como es la biomasa. A nivel de suministro implica una alta seguridad gracias a la diferencia de procedencia.
Conclusiones
Siendo conscientes por un lado de que no existe una solución eficaz global que extraer, pero sí unos indicadores de referencia para aplicar en un mercado inmobiliario más sostenible que ayuda en el diseño y modo de vida de cada ciudad. Considerando en la línea de la propuesta estudios en algunas ciudades europeas como es el caso de Madrid, donde se toman áreas diferentes del microclima urbano para realizar nuevos desarrollos bioclimáticos, coincidiendo con nuestro abordaje. Se realizan para ello simulaciones energéticas que comportan un apoyo en las intervenciones a realizar, aunque obteniendo como resultado que recae en la figura de los proyectistas el empleo de las herramientas más adecuadas para cada caso (Tumini, 2013). Estos elementos servirán para conformar la solución adoptada de manera unitaria para Torrelago intentando dar la mayor información para su puesta en valor en otros escenarios.
Por otro lado habría que destacar en la parte de la red de calor el empleo solidario de producción con biomasa y gas. Esto influiría a nivel de coste pudiendo elegir entre dos tipos de combustibles diferentes, dónde uno de ellos está vinculado con el IPC y por lo tanto con el nivel de precio nacional, y además a nivel de seguridad de suministro ante cualquier avería o fallo, ya que el sistema alternativo puede entrar en funcionamiento.
Por último destacar que el escenario de intervención perteneciente a Valladolid cuenta con un clima extremo en verano e invierno produciéndose un encarecimiento del coste de los medios auxiliares, al permanecer durante estos periodos sin uso por la no aplicación de los productos debido a las temperaturas.
Agradecimientos
Expresar nuestro agradecimiento a los miembros de las Juntas Directivas de las Comunidades de Propietarios de Torrelago apoyando en la difusión de la intervención, al equipo de CITyFiED y los vecinos de Torrelago que permitieron el acceso a sus viviendas para la toma de datos.
Referencias
- Arranz, B., 2013, Tesis Doctoral, Optimización de la composición del hueco de fachada en materia de eficiencia energética. Propuesta de indicador como herramienta para el análisis integral del elemento acristalado = Energy performance optimization of window systems. Proposal of an indicator as a tool for an integrated analysis of glazing. ETSAM- UPM.
- Tumini, I., 2013, Tesis Doctoral, El microclima urbano en los espacios abiertos: estudio de casos en Madrid. ETSAM- UPM.
- CityFied (enero 2015)
Nota: Este artículo fue presentado y publicado en el Libro de Comunicaciones del I Congreso Ciudades Inteligentes.