CONJUNTO DE 3 EDIFICOS DE OFICINAS PARA EL GRUPO ORTIZ

GOP Oficina de Proyectos, S.A. Arquitecto: Bruce S. Fairbanks

Articulo redactado por Eduardo Montero Fernández de Bobadilla Noviembre 2007

1

ÍNDICE

1.-

Introducción.

2.-

Descripción del edificio

3.-

Estrategias

4.-

Datos de partida

5.-

Intercambiador tierra-aire

6.-

Ventilación cruzada

7.-

Diseño de equipos e instalaciones

8.-

Análisis y valoración de las estrategias de diseño

9.-

Resumen de los resultados más significativos previstos por el uso de las estrategias empleadas

10.- Indicadores de sostenibilidad 11.- Investigaciones programadas 12.- Colaboradores en el proyecto

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1.-

Introducción.

Este conjunto de edificios nace en un momento en que las grandes políticas de ahorro energético, de lucha contra el cambio climático a través de la reducción de las emisiones de GEIs, el respeto y optimización en la extracción y transformación de los recursos naturales, así como las estrategias de reutilización y reciclado de productos, se materializan a través de imposiciones reglamentarias y normativas de muy distintos rango: protocolos y acuerdos internacionales, directivas comunitarias, reglamentos y legislación de carácter nacional, políticas específicas de municipios con ordenanzas y exigencias adicionales, que pretenden, quizá quiméricamente, influir positivamente en dicho cambio. Digo quiméricamente porque dicho cambio no se puede lograr sin un cambio radical de nuestra forma de vida. No obstante, debemos intentarlo y este proyecto supone una modesta aportación en dicha línea. A nuestro entender, la arquitectura se encuentra frente a uno de sus mayores retos dado que para satisfacer todas las exigencias técnicas y responder a su vez a las necesidades de la sociedad, se requiere un esfuerzo considerable para tratar de conseguir la excelencia en el desarrollo del proyecto y un ejercicio de responsabilidad en su (hay que diseñar bien) y posteriormente en el control de su ejecución (hay que construir bien). En este sentido, el conjunto promovido por el grupo Ortiz pretende ser uno de los actuales exponentes de esa arquitectura dado que su concepción se gestó intentando emplear el sentido común y teniendo presente una especial sensibilidad hacia la naturaleza y la sociedad...lo que parece ser, actualmente se identifica como edificación sostenible, dedicando también una especial atención a la accesibilidad, el confort interior y la seguridad en uso y construcción. No obstante, el desarrollo de este artículo se centra exclusivamente en las estrategias de diseño que se han valorado e implementado con la finalidad de obtener un conjunto de edificios con la mayor calificación energética posible, en cumplimiento del RD 47/2007 obligatorio a partir del 1 de noviembre del presente año. Ello ha supuesto un reto tecnológico en si mismo, aunque de forma paralela, se ha producido otro gran reto al aunar los esfuerzos de los equipos técnicos que para las instalaciones, iluminación, diseño pasivo, etc...han compartido conocimientos con la finalidad de alcanzar un objetivo que en el parque de edificios actuales es francamente complicado de conseguir, y es obtener una calificación energética A. 2.-

Descripción del edificio

Las premisas que han prevalecido a la hora de diseñar este conjunto arquitectónico constituido por tres edificios, cuyo inicio de la obra está previsto para diciembre de este año y que estará concluido en agosto de 2009, han sido conseguir unos edificios bellos, funcionales y además que fueran sostenibles, en la mayor medida de lo posible. Es decir, lo que se ha pretendido es realizar una arquitectura razonable; una arquitectura que tenga presente su relación de dependencia con el entorno y las condiciones que le son dadas, para mejorar las variables de su habitat interno. El conjunto se desarrolla en la zona Oeste del Ensanche de Vallecas, en las parcelas 2.91, 2.72 y 2.50, delimitadas por las calles de Entrepeñas, la Avenida del Ensanche de Vallecas y la Avenida de las Suertes. Con respecto a la orientación de las parcelas, el eje de los edificios se encuentra desviado 33º de la dirección N-S lo que a efectos del CTE hace que dos fachadas tengan orientación Norte, otra Sureste y la restante Suroeste. La singularidad de la envolvente es el uso de una sucesión de grandes pórticos de hormigón conforman la imagen de un prisma de vidrio que alberga en su interior los diferentes usos que requería el programa funcional. El esquema tiene cierta similitud con el cuerpo humano en el que la estructura ósea , además de proporcionar la sustentación, protege los órganos vitales. Los citados pórticos cumplen la doble misión de proporcionar un control selectivo de la radiación solar, amortiguando los efectos negativos del soleamiento como son el exceso de

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radiación en verano y parte de los posibles deslumbramientos, conformando parte de la estructura del edificio.

En la planta baja se desarrollan usos compatibles con el terciario y además de los accesos principales y secundarios a los distintos edificios. Todo el edificio se encuentra conectado verticalmente por dos núcleos de comunicaciones e instalaciones, que se ejecutaran con paneles prefabricados de hormigón. Las plantas de oficinas disponen de una distribución flexible, con posibilidad de compartimentarse mediante divisiones sencillas. Mediante las cartelas de fachada y persianillas dispuestas en la fachada, se consigue un adecuado confort lumínico.

Bajo rasante se desarrollan 3 plantas destinadas al aparcamiento de vehículos, distintos recintos de instalaciones. Debajo de la solera se ha previsto, en dos de los edificios, un intercambiador tierra aire cuya misión es suministrar aire primario en condiciones térmicamente favorables al sistema de climatización, tal como se detallará más adelante. Los distintos niveles del aparcamiento se comunican a través de rampas mixtas con circulación en bucle que permiten optimizar el espacio requerido por las circulaciones internas sin penalizar el número de plazas, que supera el requerido por las normas municipales. En el primer sótano se realiza el acceso al estacionamiento por una rampa que delimita un área destinada a las instalaciones eléctricas y de telecomunicaciones, así como el cuarto de bombas de agua. En la cubierta se emplazan los equipos de climatización adoptados en cada caso, calderas y grupo electrógeno protegidos, a su vez, por una nueva cubierta que conforma los recintos de instalaciones; finalmente a la intemperie, se colocan los captadores solares de vacío y los paneles fotovoltaicos de que disponen los edificios.

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3.-

Estrategias

A la hora de proyectar un edificio con vocación de que sea sostenible hay que tener presente los impactos que pueden producir los siguientes conceptos: abcdefghij-

La energía El uso del suelo Los residuos El transporte Los materiales El agua potable El ecosistema La atmósfera La calidad del aire interior, el confort y la salud Las aguas grises

Hay que conocer el impacto y su incidencia en el edificio para poder definir claramente las estrategias a seguir para minimizar o anular sus efectos, e incorporarlas en el diseño. Hay impactos que el arquitecto puede intentar reducir –en teoría– sin más condicionantes que los económicos y los que fija el estado de la tecnología (a, c, e, f y j), otros que al venirle impuestos difícilmente puede evitarlos aunque si se puede intentar aminorar sus efectos (b, d y g) y, por último, otros –los restantes– que se pueden manipular pero muy condicionados. A la hora de diseñar el edificio se han tenido presente todos los impactos citados a excepción de las aguas grises, dado que no existe una masa crítica en el uso de la tecnología que las manipula, es decir, no es – a nuestro entender- una tecnología madura en el campo de las oficinas. La Tabla 01 identifica de forma sencilla las estrategias generales que se han estimado apropiadas para cada caso a fin de obtener las máximas calificaciones energéticas, obviamente cumpliendo con el CTE y RITE en el más mínimo detalle, obteniendo finalmente la calificación A para dos edificios y B para el tercero referenciado como 2.50.

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Estrategias adoptadas Edificio E. Pasivas(1) Parasoles verticales (cartelas) Parasoles horizontales (fachadas Suroeste) Bandeja difusora de luz Intercambiador geotérmico tierra-aire E. Activas Microturbina Enfriadora de absorción Mejora de la calidad aire interior por fotocatálisis Protección contra lipoatrofia HR 50% + electricidad estática Iluminación conjugada (artificial-natural) en 2 circuitos Persianas reflectantes motorizadas Sistema ventilación cruzada (ventanas motorizadas) Energías renovables Captadores solares planos Captadores solares de vacio Paneles fotovoltaicos Iluminación conjugada en circuito perimetral Equipos tradicionales Enfriadora convencional Torre de refrigeración Caldera de gas Monitorización Sistema de toma y proceso de datos

2.91

2.72

2.50

X X

X X

X X X

X

X

X X(1) X X X X X

X(1) X

X

X X

X X X

X X

X(1) X(2) X*

X(1) X(2) X

X(1) X(1) X

X

X

X

NOTAS * Caldera reducida () Unidades disponibles

Tabla 01 Resumen de estrategias adoptadas en los tres edificios

Dentro de las medidas integradas en los edificios detallaremos, las que pueden tener un carácter más innovador en nuestro entorno, como pueden ser el intercambiador geotérmico tierra-aire, los estudios de iluminación natural(2) y la ventilación cruzada. Además, se describirán las instalaciones de climatización del edificio, que incorporan sistemas novedosos como las máquinas de absorción o las micro turbinas. Las medidas incorporadas al diseño repercuten favorablemente en el consumo en calefacción que se estima será del orden de 29 kWh/(m2 año) y el de refrigeración que es de 29 kWh/(m2 año). El total del consumo energético, 58 kWh/(m2 año), se encuentra muy por debajo del estándar alemán para un edificio eficiente de estas características -100 kWh/(m2 año)- y muy alejado del promedio de consumo en este tipo de edificios en España, que es de 140 kWh/(m2 año). 4.- Datos de partida Al concebir el edificio operamos en una lógica de niveles sucesivos, tratando en primer lugar los elementos externos que influyan sobre el mismo como son la orientación, el viento, las (1 )

Empleo de elementos inertes capaces, por sus propias cualidades físicas, de filtrar las condiciones del medio para mejorarlas en el interior del edificio. (2 ) El estudio de iluminación natural es objeto de un artículo independiente en esta mmisma revista.

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temperaturas y la radiación solar. Con la orientación disponible de los edificios, impuesta por el planeamiento urbanístico y alejada de la óptima - el eje de los edificios ideal es el este/oeste - , se procedió a analizar el desempeño solar con objeto de reducir los efectos perniciosos en su interior. Los cartelas en la fachada sureste aportarán una sombra escasa y bastante homogénea. Esta fachada tendrá una exposición al sol directa que podemos calificar de severa. En la fachada noroeste no se presentará exposición solar alguna. No se considera una condición relevante desde el punto de vista energético. La fachada suroeste presenta una gran accesibilidad solar, en su mayor parte en invierno, lo cual se podría considerar como favorable en pura teoría, aunque al permanecer en régimen de refrigeración la mayor parte del año el efecto podría no ser tan bueno. Para la fachada sureste el aporte de sombra por los pórticos durante todo el año será escaso y bastante homogéneo en las horas de la mañana. En esta fachada se esperan ganancias por radiación solar directa durante los meses comprendidos entre septiembre y marzo En la fachada noreste la accesibilidad solar ocurrirá predominantemente durante el periodo estival. Los datos del clima empleados se obtuvieron de MeteoNorm 5.0., y son los que figuran a continuación en las siguientes figuras: Temperatura ambiente

Fig. 01: Temperaturas mínima, máxima y media en el transcurso de un año (media de 10 años en Madrid capital).

Fig. 02: Radiación solar global, valores mensuales. 5.- Intercambiador tierra-aire El principal elemento empleado para mejorar la eficiencia energética de dos de los edificios se incorpora a su diseño un sistema de intercambiador geotérmico tierra-aire, que suministrará aire primario al sistema de climatización y que se prevé proporcione un ahorro energético en torno al 10%.; el aire captado desde el exterior es canalizado a una profundidad dada del suelo, y mediante un intercambiador enfriado, o calentado, e impulsado hacia el interior del edificio La simulación efectuada para diseñar el intercambiador de calor aire-tierra (Air to Earth Heat 7

Exchanger, de ahora en adelante AEHX) utiliza como datos de partida los siguientes - Temperaturas del suelo La temperatura del suelo a distinta profundidad -parámetro en el que se basa el diseño del intercambiador- resulta crítica y depende de la temperatura ambiente del aire y de las características del suelo - Datos adicionales Alguno de los datos necesarios para el dimensionado del intercambiador se muestran en la siguiente tabla:

Datos climáticos del edificio Flujo de volumen de aire de diseño (para cada AEHX) Temperatura interna de diseño Instalación de bypass Eficiencia de la ventilación

10.000

m³/h

18 /24 Si 80 %

°C

Umbral de calefacción Umbral de refrigeración

10°C 14°C

Datos del suelo Densidad Capacidad térmica Conductividad térmica

2.300 1.1 0.45

Tabla 02:

kg/m3 kJ/(kgK) W/(mK)

Datos generales para el dimensionado del intercambiador de calor aire-tierra

DIMENSIONAMIENTO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR TIERRA - AIRE A una profundidad de unos 10m bajo tierra, las temperaturas del suelo son prácticamente constantes a lo largo del año. Más cerca de la superficie existe una oscilación de la temperatura a lo largo del año, correspondiente a las distintas estaciones. DISEÑO El AEHX tal como se ha indicado dispone de dos módulos simétricos situados bajo el edificio. Cada módulo consta de 24 tubos de un diámetro de 300mm de una longitud de unos 17m. La instalación se encuentra a una profundidad de 13m bajo la superficie del suelo, a 2m de la cota inferior del edificio.

IN

OUT Fig. 03: Diseño “Tichelmann” para el AEHX. Este diseño asegura que las pérdidas de presión, y por tanto, los flujos de volumen son iguales en todo el recorrido del intercambiador.

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La eficiencia del mismo depende en gran medida de los recursos naturales disponibles, como es el estado del aire ambiente a lo largo del año. En la Fig. 04 se muestra un histograma de las temperaturas del aire ambiente a lo largo del año, donde se observa que durante unas 4.000 horas, la temperatura ambiente es superior a los 14 °C. Según los cálculos realizados, durante estas horas existirá una demanda de refrigeración del edificio, y el AEHX puede entonces funcionar en modo refrigeración. Como se sabe la demanda de refrigeración en un edificio de oficinas es más importante que la demanda de calefacción, siendo este fenómeno típico de edificios que tienen altas cargas internas. ambient temperature histogram -5

5

15

25

35

45

1000 900 800

1000 number of hoursde whenhoras Número ambient temperature is durante las cuales la below heating threshold:

temperatura ambiente por debajo del umbral de calefacción: 659 3179

789 777 768

está 3179

700 hours per year

number of hours when ambient temperature is

Número de threshold: horas durante above cooling 4037 las cuales la temperatura ambiente está por encima del umbral de refrigeración: 4037

900 800

702

689

636 566

600

526

506 500

456

700

El intercambiador de exchanger calor aire-tierra se Air-to-earth heat is are puentea bypassed cuando when las temperatures temperaturas se cooling and heating limit. encuentranbetween entre los límites de calefacción y refrigeración.

600 500

400

400 320

308

275

300

300 220

200

181

147

200 110

66

100

39

14

100 6

0

0

0

0

38

40

42

44

46

0

0 -4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

ambient temperature in deg C

Temperatura ambiente en grados C Frecuencia de la temperatura ambiente típico) ambient temperature frequency (hours(horas/año per typical year)

Límitelimit de(inrefrigeración cooling summer) (en verano)

Límitelimit de (in calefacción heating winter) (en invierno)

Fig. 04: Histograma de temperaturas ambiente. Para el año típico mostrado, las temperaturas ambiente se encuentran bajo el umbral de calefacción durante 3179 horas, y sobre el límite asumido de refrigeración durante 4037 horas.

Fig. 05 Sección Longitudinal

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RESULTADOS 40 35 30 25

Temperaturas en Agosto

20 15 10 5 0 0

100

200

Temperatura ambiente

300

400

500

600

Temperatura de salida

700

Horas

Fig. 06: Simulación del intercambiador de calor aire-tierra para agosto. La temperatura ambiente se muestra en azul, la temperatura de salida del intercambiador en rojo. Como se puede observar en la Fig. 06 a lo largo del citado mes de agosto, las temperaturas de salida del aire del AEHX en funcionamiento oscilan entre los 10°C y los 30 °C. Durante los días calurosos de verano que aquí se muestran (temperatura ambiente máxima: 35°C), la temperatura de salida del AEHX oscilará unos ± 5 ºC alrededor de los 23°C, proporcionando aire preenfriado para el edificio. La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos de la simulación durante un año para uno de los módulos del AEHX. En base a los datos geotécnicos disponibles sobre el suelo y la caracterización del mismo (ver tabla 02) se evaluó el aporte de la refrigeración para las temperaturas de salida indicadas en la citada tabla. Para garantizar un adecuado rendimiento los tubos enterrados, estos deben instalarse de modo que se obtenga un buen contacto térmico entre las conducciones y el relleno. No obstante, a modo de comprobación se analizó lo que sucedería con condiciones desfavorables de suelo, para lo cual se hicieron simulaciones adicionales, empleándose como alternativa un suelo compuesto de arena seca. En este caso, el rendimiento térmico (calor y frío) del AEHX se reduce en un 5 %.

Energía térmica del intercambiador: Refrigeración del hx: Consumo eléctrico del ventiladorA:

Módulo sencillo 18 21 150

2 módulos 36 42 300

MWh MWh kWh

Todos los valores están redondeados A

No se incluye la electricidad necesaria para compensar las pérdidas de presión en los filtros y en las tomas de aire.

Tabla 03: Resultados de la simulación anual del intercambiador de calor

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Fig. 07 Sección transversal COSTES Y DATOS AMBIENTALES Hay que mencionar que la integración de un sistema de intercambiador de calor tierra-aire permite reducir la capacidad de los equipos que forman parte del sistema de HVAC ( (Heating, Ventilating and Air Conditionning / Calefacción, ventilación y aire acondicionado) “convencional”, lo que reduce los costes de inversión para éste último. Este aspecto, no obstante, no se ha tenido en cuenta en los cálculos. En principio, cuanto más profundos se encuentren los tubos del AEHX, mejores resultados se obtendrán. Como la excavación es cara, se tiene que llegar a una solución de compromiso entre los costes de la excavación y la reducción del rendimiento del AEHX debido a su instalación más próxima a la superficie. COSTES DE FUNCIONAMIENTO Y AHORRO ELÉCTRICO En la Tabla 02 se puede ver que el consumo eléctrico anual del ventilador que es de unos 300 kWh. El sistema proporciona 42 MWh = 42.000 kWh de aire frío. Para producir la misma cantidad de aire frío, un sistema convencional de aire acondicionado con un COP3 de 2,6 requiere 42.000 / 2,6 = 16.150 kWh de electricidad. Por tanto, el funcionamiento del AEHX produce un ahorro anual de energía eléctrica de unos 16.150-300=15.850. Considerando un coste de electricidad de 0.12 €/kWh el ahorro de electricidad ascendería a 1.900 €. El sistema proporciona 35 MWh = 35.000 kWh de calor cada año. Para producir la misma cantidad de calor, una calefacción de gas con una eficiencia del 100% (para una caldera de condensanción) requiere 35.000 kWh de gas. Por lo tanto, el funcionamiento del AEHX resulta en un ahorro anual de 35.000 kWh de gas. Asumiendo un coste del gas de 0.03 €/kWh, los 3

COP...Coeficiente de rendimiento

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citados 35.000 kWh el ahorro de gas al año ascendería a 1.050 €. El ahorro estimado total (electricidad para refrigeración y gas para calefacción) es de unos 3.000 €/año €/año al coste que actualmente se encuentran los combustibles. Reducción en la emisión de dióxido de carbono Con respecto a la refrigeración, el sistema AEHX ahorra 16 MWh al año. Teniendo en cuenta que la media de las emisiones de CO2 por kWh de electricidad en España es de unos 400 kg/MWh, los sistemas AEHX evitan unas emisiones anuales de CO2 de 6,4 toneladas a la atmósfera. Usando unas emisiones específicas de gases de efecto invernadero de 300 kg/MWh para el suministro de calor a partir de combustibles convencionales resulta un ahorro anual de 35 MWh x 300kg/MWh ≈ 10.5 toneladas. Por lo tanto, con este sistema se evita la emisión de unas 17 toneladas anuales de gases de efecto invernadero. 6.-

Ventilación cruzada

La refrigeración nocturna consiste en la ventilación provocada a través de los huecos de fachada que permite disipar el calor acumulado en el edificio durante las horas más cálidas. Combinada con masas de gran inercia térmica, como son las losas prefabricadas de las que están dotados estos edificios, puede contribuir eficazmente a compensar las altas temperaturas que se producen en el interior de los edificios en la época estival, fundamentalmente así como a paliar las elevadas cargas térmicas que se producen por la actividad laboral diurna. El calor que se almacena en los citados elementos constructivos - que están acabados con un falso techo calado, no continuo, que permite el contacto directo del aire con dichas masas - puede ser eliminado por la noche a través de las aberturas de fachada. Esta técnica es especialmente adecuada para modificar la inercia de la envolvente en función de las condiciones ambientales existentes en el exterior, principalmente en las noches de veranos y los fríos días soleados de primavera y otoño.

Fig. 08 Detalle encuentro forjado con fachada

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Los edificios del conjunto tienen un elevado porcentaje de superficie acristalada proyectada en su envolvente, en la que se han previsto aperturas controlables – de cada tres huecos, uno estará dotado de este sistema en uno de los edificios- que facilitarán el aprovechamiento de la ventilación natural, lo que influirá tal como se ha indicado de forma muy importante tanto en la eficiencia energética como en el confort y sensación de bienestar de los usuarios. Esta sencilla técnica resulta válida para aclimatar el interior en numerosos momentos del año, evitando así consumos innecesarios de energía de los equipos, facilitando la entrada de aire fresco que evita así el efecto del edificio enfermo (SEE), y generará , además, condiciones de servicio y trabajo francamente confortables. Recordemos que ésta ha sido una de las conclusiones del estudio del comportamiento térmico del edificio cuando se ha considerado el aporte del intercambiador tierra-aire para el sistema de climatización. Los resultados del estudio muestran que es necesario introducir un by-pass entre el AEHX y el sistema de climatización del edificio en dicho elemento, puesto que se producen en numerosos instantes en los que la ventilación con aire directamente del exterior es más favorable. Los citados resultados son coherentes con las características propias del clima de Madrid, en las que se puede observar que a pesar de ser un clima cálido, la ventilación resulta una estrategia importante de cara a la refrigeración de los ambientes interiores y, aunque no resulta factible suprimir los sistemas activos, si procede apoyarse en estas técnicas tradicionales, más sencillas y de menor coste ecológico y económico, para disminuir el consumo de energía sin penalizar el confort ni la calidad de aire interior.

Fig.09 Gráfico psycométrico de Madrid Por ello, y ante la probable divergencia de criterio en el empleo de los citados sistemas practicables por parte de los usuarios del edificio(4), se propone un sistema inteligente de control de los sistemas de apertura / cierre de las ventanas practicables -1 de cada 3 ventanas, tal como ya se ha indicado-, el cual irá controlado desde la misma centralita que el resto de sistemas incorporados al proyecto, de modo que el manejo de todos ellos se haga

(4 )

El confort es la esencia de incomodidad y la incomodidad se alivia mediante ajustes.

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coherente con el objetivo de máximo confort con el mínimo consumo de energía, y evitando que un empleo descoordinado de los sistemas produzca una inadecuada eficiencia global Este sistema actuará en base a un algoritmo diseñado específicamente para este caso integrado en el control central del edificio, que estará provisto de sensores de temperatura (exteriores e interiores) y de radiación solar. El sistema esta dotado también de sensores de lluvia y medidores de velocidad de aire exterior

Fig. 10 Perspectivas de dos de los edificios 7.-

Diseño de equipos e instalaciones

Los tres edificios disponen de los mismos servicios pero las instalaciones que los proporcionan disponen de tecnologías diferentes, en algunos casos, lo que va a permitir poder medir y, por tanto, comparar los resultados obtenidos, cuantificando el rendimiento de las mismas y su eficiencia energética. Las instalaciones se han dimensionado basándose en las estimaciones de la demanda que se detallan en el apartado sobre el análisis y valoración de las estrategias empleadas, que se exponen a continuación. Existen una serie de instalaciones comunes en todos los edificios que son las siguientes: • La producción de agua caliente para calefacción se efectúa por medio de una caldera centralizada con una potencia de 225 Kw de baja temperatura que permite disminuir la temperatura del agua de retorno sin que se produzca condensación, dicha caldera estará situada en la cubierta del edificio y utilizan con gas natural como combustible. • Dado que en los edificios de oficinas el problema de la refrigeración es el más acusado y, por tanto, requiere una mayor cantidad de energía para solucionarlo, se ha cuidado mucho este aspecto de la instalación. La producción de agua fría para refrigeración se hace por medio de dos enfriadoras condensadas por agua situadas también en la cubierta del edificio, con una potencia

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unitaria de 375 Kw dotadas con compresores de tornillo, que utilizan un refrigerante ecológico tipo R134A, que funcionarán con ciclo de enfriamiento de compresión mecánica.

Fig 11 Disposición de conductos bajo el suelo térmico • Uso de climatizadores en cubierta y cajas de volumen variable. • Instalación de producción de agua caliente de circuito primario para su utilización en el posterior calentamiento de las necesidades de agua caliente sanitaria; calentamiento que se produce en un depósito de acumulación por medio de un serpentín tubular incorporado en el mismo o bien mediante el apoyo de un intercambiador de placas exterior. El agua del circuito se genera en otra caldera, de 250 Kw de potencia, que actúa cuando se requiera de forma complementaria con la anterior y que estará ubicado en la cubierta, empleado como combustible gas natural. • Instalación de paneles solares térmicos para calentar el fluido primario y su posterior utilización para agua caliente sanitaria que se producirá así mismo en depósitos similares al apartado anterior y por sistemas semejantes siendo el anterior complemento de este. • Torres de refrigeración adiabática para las unidades enfriadoras y de circuito cerrado con una potencia unitaria de 430 Kw. • Cuatro climatizadores para la impulsión de aire exterior al edificio para la renovación del aire interior que mueven cada uno 65.000 m3/hora.

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Estas unidades estarán situadas también en la cubierta y cuentan con un sistema de baterías de calentamiento o enfriamiento para el tratamiento del aire en invierno o verano respectivamente. Las unidades irán provistas de free-cooling que mezclará el aire de retorno y además de un recuperador entálpico de energía. • Toda la instalación está controlada, regulada. monitorizada por medio de un sistema de control universal con entradas y salidas analógicas y digitales, y un procesador un software específico. • La instalación de paneles solares fotovoltaicos en cumplimiento del documento de aplicacion HE5 del vigente Código Técnico de la Edificación.

DE CIRCUITO A.C.S. (VER ESQUEMA A.C.S)

Definidos los sistemas básicos anteriores, se detallan a continuación las modificaciones, complementos o variaciones de estos que han servido para establecer las bases de los distintos proyectos de I+D+i en cada uno de los edificios.

DE CIRCUITO UTAS

A CIRCUITO A.C.S. (VER ESQUEMA A.C.S)

DEPOSITO DE EXPANSION PRESURIZADO CON COMPRESOR CAPACIDAD = 1500 L

ST

Ø18mm

Q

A CIRCUITO UTAS TM

SP

M

BOMBA DE IMPULSOS

M

BOMBAS GEMELAS PRIMARIAS A.C.S.

COMPRESOR

M

M

ELEVADOR DEL pH + INHIBIDOR CORROSION

VF

ST

VF

UTAS

3 BOMBAS SECUNDARIAS UTA`S y FAN-COILS

M

AGUA FRIA DE RED

VF

ST

M

PANEL CONTROL BOMBAS

BOMBAS GEMELAS PRIMARIAS A.C. (1 Reserva) CAUDAL = 14.3 m³/h PRESION = 7.3 m.c.a.

M ST A MAQUINA DE ABSORCION

DM BOMBAS GEMELAS PRIMARIAS A.C.S.

Q

DEPOSITO EXPANSION 100 L.

ST

IF

M

MICROTURBINA 65 kW ELECTRICOS

MICROTURBINA 65 kW ELECTRICOS BOMBAS GEMELAS M

CALDERA CALEFACCION (TIPO: CONDENSACIÓN) POTENCIA = 250 kW

M

DE MAQUINA DE ABSORCION

Fig 12 Esquema de la instalación de aire acondicionado Producción A.- EDIFICIO 1 (2.91) Las variaciones que se han introducido en este edificio son las siguientes: • Si se tiene en cuenta que se requiere tres veces más energía para refrigerar un espacio que para calentarlo, se puede apreciar la importancia de emplear energías renovables en la climatización, por ello se decidió sustituir una de las enfriadoras de compresión mecánica previstas por otra agua-agua junto con una máquina de absorción. La potencia frigorífica que esta máquina proporcionará se encuentra en el entorno al tercio de la demanda del edificio.

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VF

Esta sustitución obliga a incrementar la potencia de la torre de refrigeración original en la medida correspondiente. La potencia de la unidad de absorción prevista oscilara entre el 40 y el 50% de la potencia total, según se estime conveniente. • Sustitución de los paneles solares térmicos, por unas microturbinas de cogeneración que genera una potencia eléctrica de 65 Kw y 100 kW térmicos. La energía generada se vierte a la red y la energía térmica que genera la turbina se utilizará como foco caliente para satisfacer las necesidades de la unidad de absorción. • Reducción de la potencia de las calderas en la proporción adecuada, como consecuencia de la instalación de la turbina de cogeneración, cuya producción de calor en invierno será utilizada para la calefacción y/o producción de la fuente de energía primaria para el calentamiento del A.C.S. • Instalación del intercambiador tierra-aire ya descrito anteriormente para el preenfriamiento o pre-calentamiento del aire exterior de las instalaciones comunes, para reducir la energía necesaria en el tratamiento del aire de renovación. La potencia del intercambiador será la que resulte mayor en la situación de verano o invierno para provocar en el caudal total del aire, estimado en 20.000 m3/h, el mayor salto térmico posible, teniendo en cuenta la capacidad de absorción o cesión térmica del terreno. Al margen de las modificaciones anteriores, se incorporarán una serie de sistemas menos convencionales que se indican a continuación y que tienen como objeto mejorar las condiciones de las instalaciones, la habitabilidad o el rendimiento energético. • Mejora de la calidad del aire mediante el uso de un sistema de fotocatálisis. • Tratamiento de las condiciones de humedad del ambiente de las oficinas mediante la incorporación de métodos de humectación a los sistemas de impulsión del aire, para situar ésta en niveles del 50%. • Disminución del nivel de electricidad estática del edificio. • Esta solución y la anterior están enfocadas a conseguir una protección eficaz contra la lipoatrofia. • Instalación de luminarias próximas a las ventanas con balastro electrónico regulable, controlado por célula fotoeléctrica que regula la intensidad de la luz interior en función de la exterior. B.- EDIFICIO 2 (2.72) Como alternativas se han introducido en este edificio son las siguientes modificaciones: • Sustitución de una de las enfriadoras de compresión mecánica por una enfriadora aguaagua de absorción, como en el anterior edificio. Esta sustitución obliga a incrementar la potencia de la torre de refrigeración del apartado 6 en la medida correspondiente. Así mismo, la potencia de la unidad de absorción podría oscilar según se estime conveniente entre el 30 y el 40% de la potencia total. La máquina producirá alrededor de 300 kW de frío. Para ello se harán circular 35 m3/h de agua por la máquina de absorción, que será capaz de enfriarlos de 12º a 7º C. • Sustitución de los paneles solares térmicos, por otros formados por tubos de vacío que producirán agua a 85º C y la máquina reducirá a 70º C.

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El número de paneles de vacío será el que resulte necesario para la producción de la energía requerida por la enfriadora de absorción y la producción de A.C.S. • Instalación de un intercambiador tierra-aire de las mismas características que el ya descrito con anterioridad en el edificio 1. Este edificio incorpora las mismas innovaciones que ya se han detallado en el edificio anterior.

Fig. 13 Perspectiva de los edificios 2.91 y 2.72 C.- EDIFICIO 3 (2.50) Este edificio es considerado como referencia, ya que sobre él se realizará la comparación de los datos obtenidos en los otros dos. Únicamente se incorporarán las instalaciones no tradicionales - por designarlas de alguna manera - que tienen como objeto cumplir con la normativa vigente, es decir, el CTE y RITE. 8.- Análisis y valoración de las estrategias de diseño En este apartado se describe el diseño pasivo del edificio, las actuaciones sobre la envolvente térmica y cómo se consigue minimizar la demanda básica. El desarrollo del proyecto ha requerido un cuidadoso estudio del tema que ha permitido adecuar las características de la envolvente a la zona climática y el entorno urbano, para lo cual se ha llevado a cabo un análisis de sombras proyectadas que se detalla en un artículo independiente en esta misma revista, dada la extensión del mismo. Por ello, partiendo de la base del estudio del entorno se ha abordado la optimización energética del edificio trabajando tanto en envolvente en la parte pasiva como en la incorporación de equipos y sistemas innovadores que aprovechen los recursos naturales para minimizar los consumos de energía. Paralelamente se ha considerado la iluminación natural una estrategia imprescindible, que si bien afecta a los consumos de energía, y tiene un efecto importante sobre el confort visual. - Edificio de Referencia Dado que los edificios presentan más de un 60% de superficie acristalada en fachada, el cumplimiento del CTE-HE-1 se ha llevado a cabo mediante la denominada Opción General, esto es, comparándolo con el consumo teórico de energía del edificio de referencia y para lo que se ha empleado el modelo que se muestra en la siguiente figura.

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Fig. 14 -Edificio de Referencia. Cumple estrictamente los límites de transmitancia (UHlim) y de factor solar modificado (FHlim) En un primer paso se ha modelado un acristalamiento con el factor solar requerido por el CTE, lo que evita cualquier elemento de sombreado, ya que el Factor Solar Modificado es el producto de ambos efectos, y manteniendo sin protecciones los huecos, el Factor de Sombra es igual a la unidad. Por otra parte, los cerramientos cumplen estrictamente con el valor de U establecido en la tabla correspondiente del Código Técnico en la ciudad de Madrid, considerada la reciente modificación del CTE. Se muestra, a continuación, el balance horario en el que se representan pérdidas o ganancias energéticas en el edificio proyectado para un índice de ocupación definido para la actividad laboral de un edificio de oficinas. Cabe destacar la importancia de la ventilación y de las cargas térmicas internas estimadas en un valor de 10 W/m2, razonable para un edificio de oficinas, favorables en invierno y perjudiciales en verano. Las pérdidas por ventilación se han calculado según el RITE, penalizando en general el consumo de energía tanto en invierno como en verano.

Fig. 15-Balance de Energía – Edificio de Referencia Se ha establecido un índice de ocupación del edificio, destinado a oficinas, que abarca desde las 7:00 horas hasta las 21:00 horas de lunes a viernes, quedando inactivos los sistemas durante las noches y los fines de semana, y se ha calculado el consumos teórico de energía en estas condiciones del edificio de referencia establecido por el Código Técnico de la Edificación. Los resultados obtenidos de esta simulación son los siguientes:

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Total (kWh/año) 260.734 kWh/(m2 año) 35,0 Área climatizada Tabla 04 Edificio de referencia

404.629 54,4 7440 m2

665,4 MWh/año 89 kWh/(m2 año)

Cabe destacar que el edificio debe el 57% del consumo en calefacción a la ventilación, el 67% de la refrigeración a las ganancias internas (46%), la ventilación (15%) y las ganancias a través de cerramientos (6%), y sólo un 33% se debe a las cargas solares, lo cual muestra la eficacia de los requisitos en términos de control solar que fija el Código Técnico de la Edificación. El consumo de energía por metro cuadrado anual ofrece un moderado valor de 89,4 kWh.

Fig. 16-Se muestra el desglose de cargas correspondiente a los meses de primavera-verano. Como se puede ver en mayo y septiembre la ventilación natural apoya a los sistemas de climatización y en verano los penaliza. Edificio de Proyecto – Incorporación de estrategias pasivas para la gestión solar Como siguiente paso, se procedió a incorporar las protecciones solares, las cuales tienen como misión atenuar los efectos indeseados de la radiación solar, a la vez que mantienen en un elevado grado de iluminación natural, que repercuten de manera muy positiva en el confort interior.

Fig. 17 -Edificio de Proyecto – Incorporación de las protecciones solares Se muestran a modo de ejemplo, a continuación, para las orientaciones SE y SO, los niveles de radiación solar directa recibidos, para mostrar la eficacia de los sistemas propuestos: Fachada SE

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Fachada SO

Fig.-18 Efectuando el mismo balance que en el caso anterior, se observa que ahora la incidencia de la radiación solar en las ganancias térmicas ha descendido un 7%, siendo que el resto de los parámetros apenas varía salvo el aumento relativo de las cargas internas motivado por el descenso en valor absoluto de la radiación solar incidente.

Fig.19-Balance de Energía – Incorporación de las protecciones solares El cálculo (en las mismas condiciones de ocupación) realizado en el proyecto, al que únicamente se le aportan las protecciones solares ofrece el, siguiente resultado: , 286.179

Total (kWh/año) 2

kWh/(m ·año) Área Climatizada

-9,8%

307.591

38,5

41,3

24,0%

593,8 MWh/año 2 80 kWh/(m ·año)

10,8%

2

7440 m

Tabla 05 Edificio proyecto con protecciones solares

Se observa que el edificio muestra un 10,8% de ahorro de energía, lo cual repercute en un mejor comportamiento medioambiental, y las cargas de refrigeración disminuyen en un 24% respecto al edificio de referencia. No obstante, al incidir menos radiación el edificio aumenta su demanda de calefacción, lo cual no está permitido por el Código Técnico de la Edificación, a pesar de que muestra un notable ahorro de energía en términos globales. Además, el bajo factor solar empleado en fachadas SE y SO, g=0,46, presenta una fuerte

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protección frente a la radiación, y que sumado a las protecciones, se antoja excesivo para el buen funcionamiento del edificio, lo que requiere un exhaustivo análisis del acristalamiento para elegir el más adecuado. Edificio de proyecto – Optimización de la envolvente arquitectónica La incorporación de cartelas en la fachada evita soleamientos indeseables sobre los usuarios, mejorando su confort y bienestar, permitiendo además disminuir la protección solar de los acristalamientos . Por ello, se ha decidido emplear el mismo vidrio en toda la envolvente del edificio, es decir, un acristalamiento bajo emisivo con altas prestaciones de aislamiento (valor de U=1,8 W/m2·K) y Factor Solar g=0,62. De esta forma se permite un ligero aumento de la radiación solar incidente, sobre todo en invierno, a la vez que se aumenta el valor del aislamiento:

Fig.20-Balance de Energía – Mejora de las prestaciones de transmitancia (UH) de los vidrios. Optimización del factor solar (FH) El nuevo balance de cargas muestra la incidencia de la radiación solar apenas ha variado, en términos relativos, lo cual resulta coherente con el planteamiento expuesto. Se ha reducido de manera sensible, no obstante, la carga debida a la transmitancia térmica de los cerramientos, lo cual es el reflejo de la mejora del coeficiente U de los acristalamientos en las fachadas SE y SO. Los resultados obtenidos se muestran a continuación: 237.134

Total (kWh/año) 2

kWh/(m ·año) Área Climatizada

9,1%

31,9

338.547 45,5

16,3%

575,7 MWh/año 2 77 kWh/(m ·año)

13,5%

7440 m2

Tabla 06 Optimización de la envolvente

En este caso el ahorro de energía (respecto al edificio de referencia) es sensiblemente superior, y se muestra más compensado en ambos conceptos. Con esta configuración el edificio es conforme con el Código Técnico de la Edificación, independientemente del aporte extra que ofrecen los intercambios geotérmicos, como se muestra a continuación y que supone una mejora adicional sobre las medidas pasivas adoptadas en la envolvente.

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9.- Resumen de los resultados más significativos previstos por el uso de las estrategias empleadas Sede del grupo Ortiz Edificio de referencia Total (kWh/año) kWh/(m2 año) Edificio con protecciones solares Total (kWh/año) kWh/(m2 año) Edificio con mejora del acristalamiento Total (kWh/año) kWh/(m2 año) Edificio con intercambiador ( Schlaich) Total (kWh/año) kWh/(m2 año)

Calefaccion Refrigeracion 260.734 404.629 35 54

Sup.p. tipo climatizada

Total 665.363 89

286.179 38

307.591 41

593.770 79

247.228 33

259.037 35

506.265 68

221.228 29

216.037 29

437.265 58 *

7500

* Para llegar a esta cifra he descontado 43,000 kWh en refrigeracion y 26,000 kWh/ en calefacción según informe Schlaich

Hipotesis de partida El edificio se ocupa los días laborables de 7:00 horas hasta las 21:00 horas de lunes a viernes

Tabla 07- Resumen

10.-

Indicadores de sostenibilidad

Todo lo que no se puede medir no existe o, siendo quizás menos radical, no se puede cuantificar la mejora. GOP ha establecido un sistema interno de indicadores de medida con tres niveles que abarca desde la clase más restrictiva en la que -como ejemplo- es posible actuar en la orientación de los edificios porque el planeamiento así lo permite, hasta la clase más básica que solo utiliza los parámetros que el CTE maneja, con la idea de valorar la sostenibilidad de sus proyectos. El conjunto que se ha descrito se analiza desde la perspectiva intermedia (clase), quizás la más frecuente, y los resultados obtenidos han sido los siguientes: OFICINAS SEDE ORTIZ. EDIFICIO 2.91 VALORACION DE LA SOSTENIBILIDAD Categoría de impacto

Valor obtenido Valor max. (V2) (V1)

Valor de impacto (V3=(V1/V2)x100)

Coeficiente de Ponderación (FP)

Valor de impacto ponderado (VIP=V3xFP)

ENERGIA

203

247

82.19

0.44

36.16

RESIDUOS

170

305

55.74

0.22

12.26

MATERIALES

52

171

30.41

0.11

3.35

AGUA POTABLE

34

55

61.82

0.08

4.95

ECOSISTEMAS

56

101

55.45

0.05

2.77

ATMOSFERA

23

48

47.92

0.05

2.40

CALIDAD DE AIRE INTERIOR, CONFORT Y SALUD

120

147

81.63

0.05

4.08

INNOVACIÓN

7

10

70.00

0.10

7.00

23

Valor de impacto total (VIP total)

72.96

Tabla 08-Tabla resumen de indicadores, que muestra los resultados finales de la valoración de cada una de las categorías de impacto. Cada categoría se puntúa en función de unos parámetros previamente definidos.

El sistema, alejado de otros quiméricos, es muy riguroso por lo que la puntuación obtenida refleja la bondad de su diseño. Esta clase no tiene en cuenta el uso del suelo, el transporte ni las aguas grises. 11.-

Investigaciones programadas

La vocación del grupo Ortiz por la investigación y la innovación, unida a las inquietudes del estudio de arquitectura GOP en el campo de la sostenibilidad, se han materializado en el proyecto de investigación denominado. “Optimización energética de edificios terciarios”, constituido por los subproyectos que se muestra en el siguiente cuadro, que desarrollan distintos aspectos del proyecto matriz GEOFÍSICA -

Estudios geofísicos Microgravimetrías Ensayos de testificación geofísica Ensayos de conductividad geotérmica

ENSAYOS SOBRE ILUMINACIÓN -

Simulación. Evaluación del desempeño de iluminación natural Modelo a escala real. Construcción y montaje de prototipos Campaña de mediciones. Protocolos detallados. Bitácoras

VENTILACIÓN CRUZADA -

Modelo CFD (Dinámica de fluidos computacional) de las corrientes interiores Definición del algoritmo de control (software) Implementación del sistema, ubicación y tipo de sensores, sistemas de comunicación entre estos y sistema centralizado

MONITORIZACIÓN DE LOS EDIFICIOS -

Estudio de los sensores, sistemas de comunicación entre ellos y sistema centralizado Software para PC para recogida de datos y exportación para su posterior análisis

El objetivo es aprovechar la ocasión de disponer de 3 edificios formalmente iguales, en los que se podría medir los resultados de las distintas estrategias aplicadas y comparar la bondad de los mismos. El proyecto por tanto se prolongará el tiempo necesario para poder obtener datos representativos de distintas variables ambientales, rendimientos de instalaciones y consumos que permitirán generar conocimientos más profundos sobre dichos temas y criterios de diseño contrastados para futuros proyectos. 12.-

Colaboradores en el proyecto -

Schlaich Bergerman und Parthner Diseño del intercambiador

-

Aurea Consulting Sustainable Architecture and Engineering S.L. Estudios optimización energética.

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-

J.H. Salazar Trujillo, A. A. García Cardona y A. González Castaño. Arquitectos Análisis de iluminación natural

-

Valladares Ingeniería Proyecto de instalaciones

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