Nuevas tendencias y oportunidades de negocio en rehabilitación energética
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Nuevos Desarrollos de Producto para Conseguir Edificios Cero
Energía.
Servando Álvarez Domínguez UNIVERSIDAD DE SEVILLA,
Escuela Técnica Superior de Ingenieros.
Índice
• Oportunidades Legislativas • Oportunidades Tecnológicas • Conclusiones finales
Transposición en España de las directivas de eficiencia energética
en edificios 2002/91/CE y 2010/ 31/EU
Ejemplo de Hoja de ruta
Endurecimiento progresivo de la reglamentación sobre calidad térmica de los edificios de nueva planta (establecimiento de
consumos máximos permitidos -requisitos mínimos-)
Promoción de edificios de nueva planta cuyo consumo de energía sea netamente inferior al que se deriva de la aplicación estricta de
la reglamentación.
Directiva 2010/ 31/EU
Artículo 9: Edificios de consumo de energía casi nulo (NZEB)
Artículo 9 apartado 1
Los Estados miembros se asegurarán de que: • a) como muy tarde el 31 de diciembre de 2020,
todos los edificios nuevos sean al menos edificios de energía casi nula
• b)después del 31 de diciembre de 2018, los
organismos públicos que ocupen y posean un edificio nuevo garantizarán que el edificio es un edificio de energía casi nula
Artículo 9 2010/ 31/EU : Edificios de energía casi nula .- Apartado 2
Además, los Estados miembros, siguiendo el ejemplo encabezado por el sector público, formularán políticas y adoptarán medidas tales como el establecimiento de objetivos, para estimular la transformación de edificios que se reforman en edificios de consumo de energía casi nulo, e informarán de ello a la Comisión en sus planes nacionales, a los que se refiere el apartado 1.
Artículo 9 2010/ 31/EU : Edificios de energía casi nula.- Apartado 5
• La Comisión publicará, el 31 de diciembre de 2012 a más
tardar y cada tres años después de esa fecha, un informe sobre los avances efectuados por los Estados miembros a la hora de aumentar el número de edificios de consumo de energía casi nulo. Sobre la base de ese informe, la Comisión elaborará un plan de acción y, si fuera necesario, propondrá medidas para aumentar el número de este tipo de edificios y fomentará las mejores prácticas en materia de transformación rentable de edificios existentes en edificios de consumo de energía casi nulo.
Cascada de Indicatores en NZEB prEN ISO/DIS 5200-1
¿Cómo se obtienen los NZEB?
– Reducción de la demanda: • Buen diseño arquitectónico del edificio, • Alta calidad constructiva de la envuelta • Inclusión en el mismo de fachadas y cubiertas inteligentes que utilicen
fuentes y sumideros medioambientales.
– Aumento del rendimiento • Instalaciones y equipos de alto rendimiento medio estacional. • Equipos y sistemas innovadores apoyados por energías renovables.
– Optimización de la operación: • Gestión de la demanda. • Concienciación y participación del usuario • Gestión óptima instalaciones multigeneración
Evaluación de alternativas energéticas sobre un edificio (ejemplo: coste durante ciclo de vida vs. demanda de
calefacción)
Edificio
REQUISITO MÍNIMO VIGENTE
CTE-HE
Nivel de rentabilidad óptima (cost-optimal)
Nivel de rentabilidad óptima
Edificio
REQUISITO MÍNIMO VIGENTE
CTE-HE
Tecnologías NO competitivas
Tecnologías competitivas a corto plazo
Tecnologías competitivas en el momento actual
Reduction in primary energy consumption
Redu
ctio
n in
LCC
100%
100%
Starting point Optimum LCC
Minimum energy consumptio Pareto in the initial situation Pareto implementing a “new” technology
Evaluación de una nueva tecnología (sin extra coste)
Reduction in primary energy consumption
Redu
ctio
n in
LCC
100%
100%
Starting point Optimum LCC
Minimum energy consumptio Pareto in the initial situation Pareto implementing a “new” technology
Evaluación de una nueva tecnología (extra coste tolerable que la hace competitiva)
Índice
• Oportunidades Legislativas • Oportunidades Tecnológicas • Conclusiones finales
Oportunidades Tecnológicas
• Reducción de la demanda • Equipos y sistemas innovadores apoyados por
energías renovables. • Optimización de la operación
Estrategia invierno en rehabilitación
Reducir pérdidas Aumentar ganancias
Descripción Transmisión infiltración / ventilación Aumentar área sur equivalente
Aumentar factor de utilización
Ubicación
Diseño
Compacidad
Superficie acristalada
Orientación y distribución de la superficie acristalada
Elementos convencionales Mejora aislamiento opacos
Mejora calidad ventanas
Estanqueidad
Inercia
Elementos y estrategias especiales
Estrategia de verano en rehabilitación
Reducir ganancias Aumentar perdidas
Descripción Transmisión Solares Aumentar renovaciones aire exterior durante noche
Aumentar factor de utilización
Ubicación
Diseño superficie acristalada
Orientación y distribución de la superficie acristalada
Elementos convencionales
Mejora aislamiento cubierta
Control solar
Ventilación nocturna
Inercia
Elementos y estrategias especiales
Ejemplo I: Potencial de ventilación y estanqueidad en zonas climáticas
A,B y C
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0
Life
Cic
le C
ost 3
0 ye
ars (
€/m
2 )
Energy Consumption(kWh/m2)
1 ACH
MED Region Results for zone C
Climatic Zones
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0
Life
Cic
le C
ost 3
0 ye
ars (
€/m
2 )
Energy Consumption(kWh/m2)
1 ACH 0.6 ACH
MED Region Results for zone C
Climatic Zones
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0
Life
Cic
le C
ost 3
0 ye
ars (
€/m
2 )
Energy Consumption(kWh/m2)
1 ACH 0.6 ACH 0.2 ACH
MED Region Results for zone C
Climatic Zones
We have assessed a set of energy efficiency
measures with 5 levels of air ventilation and
infiltration (0.2 to 1 ACH) the difference between the optimums will give us an
idea of the maximum acceptable price in order to consider the reduction
of ACH a cost-optimal measure
Climatic Dependence of the acceptable extra-cost of the Ventilation and Airtightness measures
Alternativas para conseguir la reducción de las ACH
• Estanqueidad
Ventilación controlada por demanda • Doble flujo
Ventilation and Infiltration Rates depending on the technology and the airtightness
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Vent
ilatio
n +
Infil
trat
ion
Rate
(ACH
)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH Global airtightness of the building: n50=6.0
Influence of the ventilation technology and the control system
Influence of the airtightness
Caso base
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Vent
ilatio
n +
Infil
trat
ion
Rate
(ACH
)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH Global airtightness of the building: n50=6.0
How to get a global ventilation and infiltration rate of 0.8 ACH (option I)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Vent
ilatio
n +
Infil
trat
ion
Rate
(ACH
)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH Global airtightness of the building: n50=6.0
n50 = 2.2 implies no infiltration Global vent+inf rate = 0.8 ACH
Improvement of the airtightness
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Vent
ilatio
n +
Infil
trat
ion
Rate
(ACH
)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH Global airtightness of the building: n50=6.0
Ventilation rate = 0.6 ACH Global vent+inf rate = 0.8 ACH
DCV
How to get a global ventilation and infiltration rate of 0.8 ACH (option II)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Vent
ilatio
n +
Infil
trat
ion
Rate
(ACH
)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH Global airtightness of the building: n50=6.0
n50 = 6.0 Global vent+inf rate = 0.6 ACH
Constant Ventilation + Heat Recovery
How to get a global ventilation and infiltration rate of 0.6 ACH
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Vent
ilatio
n +
Infil
trat
ion
Rate
(ACH
)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH Global airtightness of the building: n50=6.0
Reinforced n50 = 1.4 Global vent+inf rate = 0.4 ACH
Constant Ventilation + Heat Recovery
How to get a global ventilation and infiltration rate of 0.4 ACH
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Vent
ilatio
n +
Infil
trat
ion
Rate
(ACH
)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH Global airtightness of the building: n50=6.0
Reinforced n50 = 0.6 Global vent+inf rate = 0.2 ACH
DCV+ Heat Recovery
How to get a global ventilation and infiltration rate of 0.2 ACH
Ejemplo II: Elementos especiales de la envuelta
Elementos especiales de la envuelta (uso de la inercia). Proyecto SINHOR
Fachada Activa (configuración invierno)
Exterior
Interior
Hoja acristalada Hoja exterior de hormigón
Hoja interior de hormigón
Cámara exterior (galería acristalada)
Cámara interior Ventiladores
Fachada Activa (invierno)
Calor Calor
Se utiliza la hoja interior como acumulador de calor. El calor se toma de la radiación solar y el cristal evita que se pierda
al exterior.
Temperaturas medias interior, muro sur y exterior
0
1
2
3
4
5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
28/12 12:00 29/12 00:00 29/12 12:00 30/12 00:00 30/12 12:00 31/12 00:00 31/12 12:00 01/01 00:00 01/01 12:00 02/01 00:00 02/01 12:00
Tair_ext (ºC) Media_sup_int T_media_interior oper_vent_fachada (control)
Fachada térmicamente activa (configuración verano)
Exterior
Interior
Hoja exterior de hormigón Hoja interior de hormigón
Cámara interior Ventiladores
Fachada Térmicamente activa
Frio Frio
Calor
Se utiliza la hoja interior como acumulador de frío. Este frío es cargado en la noche y utilizado en el día.
Fachada activa: Modo verano con nebulizadores
Frio
Boquillas nebulizadoras
Agua pulverizada
Frio
Calor
Compuerta cerrada
Rejilla antirretorno
Compuerta abierta
Montaje experimental
Boquillas
Diferencia entre temperaturas medias diarias del interior y del exterior
Sin fachada ventilada
Fachada ventilada activa
∆T
Fachada ventilada activa con evaporativo
CONTEXTO
NZED NET ZERO ENERGY DISTRICT
Plaza de Oriente, barrio Parque Alcosa, Sevilla,
Sevilla.
48
SITUACIÓN INICIAL DE LA DEMANDA DE ENERGÍA
Bloques rectangulares de 4 plantas
Bloques rectangulares de 8 plantas
Bloques en H de 4 plantas
INTRODUCCIÓN DE LOS EDIFICIOS DEL DISTRITO EN HULC
49
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
CCV
[€]
Demanda total de climatización [kWh]
Evaluación de alternativas; Catálogo base
INFLUENCIA DE INCLUIR UNA SOLUCIÓN INNOVADORA DE FACHADA
51
INCLUSIÓN DEL ELEMENTO EN UN EDIFICIO REAL: BLOQUE EN H (Plaza de Oriente, 5)
Elemento en SE
Ancho (m) 3.9
Alto (m) 2.67
Número plantas 4
Número muros 2
Área total SE (m2) 83.304
Elemento en SO
Ancho (m) 2.55
Alto (m) 2.67
Número plantas 4
Número muros 2
Área total SO (m2) 54.468
ÁREA TOTAL (m2) 137.772
INFLUENCIA DE INCLUIR UNA SOLUCIÓN INNOVADORA DE FACHADA
52
INCLUSIÓN DEL ELEMENTO EN UN EDIFICIO REAL: BLOQUE EN H (Plaza de Oriente, 5)
ALTERNATIVAS A ESTUDIAR:
1. Vidrio simple y aislamiento bajo: caso E1. 2. Vidrio simple y aislamiento medio: caso E2. 3. Vidrio simple y aislamiento alto: caso E3. 4. Vidrio doble y aislamiento bajo: caso E4. 5. Vidrio doble y aislamiento medio: caso E5. 6. Vidrio doble y aislamiento alto: caso E6.
53
Evaluación de alternativas; Catálogo ampliado
54
Evaluación de alternativas; Catálogo ampliado
55
Extra coste tolerable que la hace competitiva
Oportunidades Tecnológicas
• Reducción de la demanda • Equipos y sistemas innovadores apoyados por
energías renovables. • Optimización de la operación
Ejemplo de sistema innovador: Refrigeración solar por absorción Escuela de Ingenieros de Sevilla
Almacenamiento térmico
Agua sobrecalentada 13 bar/ 180º C
Agua sobrecalentada 13 bar / 165º C
Máquina absorción de doble efecto
Intercambiador
Circuito primario
Circuito secundario
Circuito de Agua refrigeración
Agua fría
Captador solar
Fresnel
gas natural
Sistema de control
- Río Guadalquivir -
• Engineering School (main building).- 35000 m2
Funcionamiento Refrigeración Solar
Captadores solares Fresnel
59
Parabolic Trough
Tanque de acumulación PCM Hidroquinona. Tpcm: 170ºC
275 kWh
Absorption Chiller
The plant has one single absorption chiller. As this is a pilot plant, it is not intended to cover the total cooling needs of the ESI building.
PILOT SOLAR COOLING PLANT
2. SEVILLE PILOT PLANT CONCEPTUAL DESIGN
• Absorption Chiller type: Two stage, lithium bromide absorption media. • Operation is initially supported by NG firing until 145oC optimum temperature is
reached • Refrigeration power: 174kW which, using the conversion factor 1
RT(refrigeration ton) = 3.5168525 kW, it is equivalent to 49.4760 RT • COP =1.34
62
The use of the solar fraction concept to assess the climatic applicability of solar cooling
Multigeneración a nivel de distrito
Oportunidades Tecnológicas
• Reducción de la demanda • Equipos y sistemas innovadores apoyados por
energías renovables. • Optimización de la operación
• Gestión de la demanda. • Concienciación y participación del usuario • Gestión óptima instalaciones multigeneración
Gestión de la demanda (concepto)
• Adaptar la demanda de energía a las necesidades reales de los diferentes espacios (iluminación, ventilación, temperatura).
• Utilización de la inercia estructural del edifico
como buffer que permite reducir la demanda energética del edificio y/o reducir el consumo energético y/o reducir el coste económico asociado.
Gestión de la demanda (elementos)
• Tradicionales: – Operación de equipos (on-off o modulantes). – Consignas de equipos.
• Otros: – Ventilación nocturna. – Operación de la ventilación sanitaria. – Elementos de control solar. – Reducciones o aumentos de la transmitancia de
huecos.
Índice
• Oportunidades Legislativas • Oportunidades Tecnológicas • Consideraciones finales
Argumentos para obtener edificios de alta eficiencia energética
• Demanda por parte de los consumidores • Edificios corporativos de entidades que tienen actividades
relacionadas con las energías renovables, la eficiencia energética, la sostenibilidad, etc.
• Edificios construidos por Constructores, inmobiliarias, promotores, estudios etc que abogan por la sostenibilidad como uno de sus elementos de imagen de marca
• El sector público cuyos edificios tienen que ser ejemplares en este sentido
• Edificios financiados con capital público. • Edificios que quieren acogerse a políticas de subvención en
eficiencia energética
• Por obligación todos los edificios nuevos a partir de 2018 (edificios públicos) o 2020 (resto)
• El mismo objetivo de consumo energético casi nulo se puede alcanzar de muchas maneras que difieren en la inversión inicial.
• No se obliga a utilizar ninguna tecnología en particular. • La solución óptima en cada caso depende del tipo de
edificio, del uso del mismo y del clima en el que está situado.
• Lo mejor no es casi nunca lo más complejo. • La eficiencia energética suele estar vinculada a la utilización
de fuentes y sumideros medioambientales
Consideraciones finales
Nuevos Desarrollos de Producto para Conseguir Edificios Cero
Energía.
Servando Álvarez Domínguez UNIVERSIDAD DE SEVILLA,
Escuela Técnica Superior de Ingenieros.