C023: Green Building Certification, Energy Ratings, and Life Cycle Analysis Methods: Suitability for Building Renovations

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1 C023: Green Building Certification, Energy Ratings, and Life Cycle Analysis Methods: Suitability for Building Renovations Lara Mabe CIDEMCO Tecnalia Patxi Hernandez UCD Energy Research Group, School of Architecture, Landscape & Civil Engineering, University College Dublin, Ireland Sergio Saiz CIDEMCO Tecnalia INTRODUCCIÓN Hoy en día existen multitud de herramientas de análisis energético y medioambiental y métodos de certificación cuyo objetivo es evaluar edificios. Mientras unos se centran en la energía asociada a la fase de explotación, otros incluyen aspectos medioambientales o integran el concepto de ciclo de vida. En este estudio se debate cuán apropiado es cada método para la evaluación de la renovación de edificios. Como base de estudio, se ha llevado a cabo el análisis de las soluciones de renovación de un hotel en el clima mediterráneo y han sido analizadas empleando tres metodologías diferentes: el sistema de certificación voluntario LEED, la Certificación de eficiencia energética de acuerdo con el Real Decreto 47/2007 y el Análisis de Ciclo de Vida. El Sistema de certificación voluntario LEED(1) se basa en la evaluación de una serie de criterios que tienen carácter de Prerrequisito y otros que tienen una puntuación asignada. La calificación máxima son 69 puntos y en este estudio nos hemos centrado en aquellos criterios que pueden considerarse a la hora de llevar a cabo la renovación de un edificio. Estos criterios se engloban en los siguientes apartados: Energía y Atmósfera, Materiales y Recursos y Calidad de Aire Interior. Estos apartados representan el 65% de la puntuación asignada por LEED. El Real Decreto 47/2007, de 19 de enero, de obligado cumplimiento desde el 31 de octubre de 2007, regula el Procedimiento Básico para la certificación de la eficiencia energética de los edificios de nueva construcción y en determinadas modificaciones, reformas o rehabilitaciones de edificios. El objetivo del decreto es promover la construcción de edificios eficientes energéticamente, y para hacerlo se aprueba la creación de un distintivo común a todo el territorio español: la Etiqueta de Eficiencia Energética. 1

2 El Análisis del Ciclo de Vida (ACV) es una herramienta que se usa para evaluar el impacto potencial sobre el ambiente de un producto, proceso o actividad a lo largo de todo su ciclo de vida mediante la cuantificación del uso de recursos ("entradas" como energía, materias primas, agua) y emisiones ambientales ("salidas" al aire, agua y suelo) asociados con el sistema que se está evaluando. El ACV se basa en ella serie de normas 14040(2) y por el momento es de carácter voluntario. En el caso de un edificio, se analizarán las fases de fabricación de materiales y productos, transporte, construcción, uso, reconstrucción y fin de vida. PRINCIPALES RELACIONES LEED VS CERTIFICACIÓN ENERGÉTICA DE EDIFICIOS LEED(1) basa sus criterios en las exigencias de la normativa estadounidense ASHRAE, sin embargo uno de nuestros primeros objetivos ha sido buscar la relación existente entre este sistema de certificación y la normativa vigente en España. En este sentido se han evaluado los siguientes puntos relacionados con la temática de Energía y Atmósfera: Mínima Eficiencia Energética (Prerrequisito 2) Objetivo: Establecer el mínimo nivel de eficiencia energética para los sistemas del edificio propuesto. Diseñar el envoltorio del edificio, HVAC, iluminación y otros sistemas para maximizar la eficiencia energética del edificio. El Código Técnico de la Edificación (CTE) establece el mínimo nivel de eficiencia de los cerramientos y acristalamientos según la zona climática en la que se vaya a construir el Edificio. Por su parte el Reglamento de Instalaciones Térmicas (RITE) establece los requisitos mínimos que deben cumplir las instalaciones de un edificio en función de su uso y dimensiones. Optimización de la Eficiencia Energética (Crédito 1) Objetivo: Incrementar los niveles de eficiencia energética por encima de la linea base de la norma base para reducir los impactos económicos y medioambientales asociados a un uso exclusivo de energía. El LEED establece unos baremos para edificios en rehabilitación. En este sentido se pueden llegar a obtener 10 puntos si se demuestra un ahorro en costes de energía del 35% en comparación con la línea base de la tasa de eficiencia del edificio dada por la norma ASHRAE/IESNA Por su parte el sistema de Certificación de Edificios en España otorga una calificación (que va de la A para los edificios energéticamente más eficientes a la G para los menos eficientes) en función del CO2 emitido por el consumo de energía de las instalaciones de calefacción, refrigeración, agua caliente sanitaria e iluminación. El Programa informático Calener es una herramienta promovida por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, a través del IDAE, y por el Ministerio de Vivienda, que permite determinar el nivel de eficiencia energética correspondiente a un edificio. Energía Renovable In Situ (Crédito 2) Objetivo: Favorecer y reconocer el incremento de niveles de auto suministro de energía renovable in situ para reducir los impactos medioambientales y económicos asociados al uso de energía obtenida de combustibles fósiles. 2

3 LEED establece que el edificio podrá obtener hasta 3 puntos si demuestra un porcentaje de energía renovable sobre los costes anuales de energía del edificio del 12,5%. Por su parte, el CTE establece que para el calentamiento del agua caliente sanitaria habrá que instalar paneles solares de baja temperatura que cubran una parte de las necesidades energéticas y que en los edificios con alto consumo de energía eléctrica se incorporaren paneles fotovoltaicos que produzcan electricidad para uso propio o suministro a la red. Los requisitos mínimos se establecen en función de la zona climática en la que se construya el edificio. CASO DE ESTUDIO Para llevar a cabo este estudio se ha llevado a cabo la simulación de un Hotel (Gran Terciario) en Tarragona (Clima Mediterráneo). Se han querido evaluar las mejoras asociadas a diferentes soluciones de rehabilitación empleando para ello el software de simulación Calener GT destinado a la evaluación de edificios de Gran Terciario. Se han tomado en cuenta en este estudio las exigencias establecidas por el CTE para edificios de nueva construcción. El Código Técnico (3) establece que para Tarragona (Zona Climática B3) los cerramientos opacos tendrán una transmitancia térmica máxima de 1,07 W/m2.K y en el caso de los acristalamientos no podrá superar el valor de 5,70 W/m2.K. Para este caso concreto, debido al alto consumo en Agua Caliente Sanitaria (ACS), se debería cubrir el 70% de la demanda empleando para ello energía solar térmica. Partimos de una situación inicial con unos cerramientos con una transmitancia térmica de 2,73 W/m2.K y unos acristalamientos de 5,9 W/m2.K. Las diferentes soluciones que se han evaluado han consistido en aumentar el espesor del aislamiento, pasar de un vidrio simple a vidrio doble, añadir voladizos a las ventanas de las fachadas Sur, Este y Oeste e instalar paneles solares térmicos destinados a cubrir parte de las demandas en ACS. 3

4 Resultados obtenidos C Imagen extraída de la simulación del hotel en Calener GT. Con un espesor de poliuretano proyectado de 80 mm se consiguen unos ahorros del 69% en climatización. Así mismo con un espesor de 40 mm se consiguen unos ahorros del 65 % y finalmente con un espesor de 20 mm el ahorro disminuye resulta del 59%. Resulta interesante recalcar que con el mínimo espesor de aislamiento se consiguen los mayores ahorros y que a partir de cierto espesor los ahorros en climatización disminuyen. Este efecto se ve aumentado debido a la inercia térmica de los cerramientos y el consiguiente aumento del consumo en refrigeración kwh Energía Final Calefacción Refrigeración mm 40 mm 20 mm Inicial C Consumo en climatización (Calefacción y Refrigeración) en función del espesor del aislamiento de los muros. 4

5 Por otra parte, sustituyendo el vidrio simple por un vidrio doble de 2,69 W/m2.K de transmitancia térmica se consiguen unos ahorros en climatización del 10%. Si además de sustituir el vidrio se añaden voladizos móviles que actúen en los meses de verano se puede alcanzar un ahorro de más del 20%, dependiendo de su buen diseño en función de la orientación del edificio. Finalmente se ha evaluado la instalación de paneles solares térmicos. En un hotel el consumo de ACS es muy elevado, concretamente en este hotel representa kwh de energía final anuales. Conseguir ahorrar 35% del consumo de ACS se traduce en ahorrar kwh anuales de energía final mediante la instalación de 200 m2 de paneles solares térmicos. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA CERTIFICACIÓN ENERGÉTICA DE EDIFICIOS A la hora de definir la calificación energética de un Edificio de Gran Terciario, el programa de simulación Calener GT define un edificio de referencia con misma geometría que el edificio a simular pero para el que los cerramientos presentan los valores límites que plantea el CTE y además cumple estrictamente los valores de las exigencias relativas a instalaciones térmicas, eficiencia energética en iluminación, contribución de energía solar térmica a la producción de ACS y producción de energía fotovoltaica si da lugar. El Edificio objeto obtiene una calificación según el resultado del cociente de sus emisiones anuales de CO2 sobre las del edificio de referencia en materia de climatización, ACS e iluminación. En el caso en el que se mejora de manera importante la transmitancia térmica de los cerramientos exteriores (a partir de 40mm de espesor de poliuretano), disminuyen bruscamente las emisiones del edificio de referencia creado por Calener GT relativas al ACS. Luego el cociente de las emisiones de CO2 del edificio caso de estudio sobre las emisiones del edificio de referencia aumenta en materia de ACS, empeorando la Calificación Energética del Edificio. Por otra parte, las mejoras asociadas al vidrio doble y a la instalación de protecciones solares no se aprecian en materia de Calificación Energética mientras que en el caso de la instalación de sistemas de energía solar térmica que cubran el 70% de la demanda la calificación energética de ACS pasa de D a A. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA La Certificación Energética de Edificios considera únicamente la explotación del edificio dejando de lado el impacto ambiental del resto de fases del ciclo de vida. Se han analizado las diferentes soluciones planteadas para llevar a cabo la rehabilitación del edificio considerando la energía embebida de los materiales empleados hasta puerta de la fábrica. Los valores para el poliuretano, el vidrio y el aluminio de los voladizos se han extraído del Inventory of Carbon and Energy (4). En este estudio se ha considerado para le poliuretano una energía embebida de 72 MJ/kg, para el vidrio una energía embebida de 20 MJ/kg y para el aluminio 218 MJ/kg. En el caso de los paneles solares térmicos y de sus sistemas se ha considerado que 10 m2 de instalación tienen un impacto de 9200 MJ de energía primaria (5). 5

6 Kwh Energía Primaria Energía embebida total (kwh) kwh/m2 Vida útil estimada (años) Panel solar térmico 35% 51111,11 255,56 18 Vidrio doble 38070,00 166, ,56 24, ,12 48, ,28 12,00 30 Voladizo aluminio ,43 209,31 20 C Energía embebida y vida útil de las diferentes soluciones de rehabilitación en kwh de energía primaria. Empleando los valores de energía embebida hasta puerta de fábrica de los materiales y considerando los años de vida útil que figuran en la tabla anterior se ha llevado a cabo un estudio comparativo de la amortización en términos de Energía Primaria de los diferentes sistemas de rehabilitación propuestos en base a los ahorros obtenidos a través de su instalación. Kwh Energía Primaria Energía embebida (kwh/año) Ahorro anual (Calener - kwh) Ahorro vida útil (MWh) Impacto (Energía embebida) Panel solar térmico 35% , ,87 1,55% Vidrio doble ,24 456,28 8,34% , ,50 2,74% , ,81 1,45% , ,50 0,80% Voladizo aluminio ,03 309,40 142,97% C Impacto asociado a la Energía Embebida de los materiales empleados. De acuerdo con las hipótesis tomadas, el único sistema que no resulta rentable considerando la energía embebida y los ahorros energéticos asociados es la instalación de voladizos de aluminio. La fabricación del aluminio tiene una alta energía embebida que no se amortiza durante su vida útil para el caso de estudio. Para conseguir la amortización energética del aluminio, se debería mejorar su rendimiento, disminuyendo el espesor de la lámina, disminuyendo las dimensiones de los voladizos y definiendo un ángulo de inclinación óptimo para cada orientación, permitiendo disminuir la cantidad de material para un ahorro en refrigeración mayor. Por otra parte, el aluminio es un material 100 %reciclable para el que no merman sus cualidades físicas tras su reciclado. Además, el proceso de reciclaje requiere sólo de un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario. Luego empleando Aluminio con un alto porcentaje de metal reciclado se podría mejorar su rentabilidad en más de un 80 %. 6

7 Ahorro anual (kwh) Impacto Energía Embebida (%) Panel solar térmico 35% Vidrio doble Panel solar térmico 35% Vidrio doble C023 5/6. Energía ahorrada (kwh de energía primaria) y Energía Embebida (%) para cada una de las soluciones de rehabilitación propuestas. De estos resultados destaca el bajo impacto de la energía embebida del aislamiento y de los paneles solares térmicos frente al ahorro energético asociado. Cabe mencionar que en este estudio se ha considerado únicamente la energía hasta puerta de fábrica de los materiales empleados. Sin embargo no se han tenido en cuenta las fases de construcción, mantenimiento, reconstrucción y fin de vida. Finalmente, en esta comparación de la Calificación Energética de los Edificios frente al ACV cabe destacar que los coeficientes de paso de Energía final a emisiones de CO2 que utiliza el programa Calener parten de unos baremos fijos asignados por la Administración. Estos coeficientes no se corresponden con la realidad, ya que para los combustibles no consideran los impactos asociados ni a su obtención ni a su transporte, consideran únicamente las emisiones de CO2 equivalente derivadas de su uso. Por otra parte, el mix eléctrico peninsular varía anualmente y este hecho no se ve reflejado en estos datos estáticos. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA CERTIFICACIÓN LEED Como hemos visto en el segundo punto de este estudio, LEED valora positivamente la optimización de la eficiencia energética de los edificios y el empleo de energía renovable in situ. Sin embargo, la puntuación se asigna evaluando el porcentaje de mejora en término de costes de energía en vez de en emisiones de CO2 como en el caso del sistema de Calificación Energética de Edificios. Por otra parte, la certificación LEED (1) valora positivamente la rehabilitación frente a la nueva construcción. Dentro de la temática Materiales y Residuos el crédito Reutilización del Edificio otorga 2 puntos a los Edificios que mantienen el 95% de los muros, forjados y cubiertas existentes. El objetivo de este crédito es extender el ciclo de vida del parque de edificios existentes, conservar los recursos, reducir los residuos y los impactos medioambientales de los edificios nuevos en lo que se refiere a la fabricación y transporte de materiales. 7

8 Dentro de esta misma temática concede un total de 7 puntos por el empleo de materiales reciclados, de materiales regionales, de materiales rápidamente renovables y 2 puntos por la correcta gestión de residuos de construcción y demolición. De esta manera, la certificación LEED busca fomentar la reducción de los impactos en las fases del Ciclo de Vida del edificio asociadas a la fabricación de productos, transporte, construcción, reconstrucción y fin de vida. En términos energéticos, promueve el empleo de materiales y procesos con baja energía embebida. En este apartado, se ha evaluado el edificio caso de estudio desde el punto de vista de los créditos LEED de acuerdo con los resultados obtenidos empleando el software Calener GT. Si consideramos como solución final de rehabilitación mejorar el aislamiento de los cerramientos exteriores de 80 mm, se podrían alcanzar unos ahorros del 26% en costes energéticos sobre el total, obteniendo 7 puntos asociados al crédito Optimización de la eficiencia energética. Si además se instalaran paneles solares térmicos que cubriesen el 35% de la demanda en ACS, se podrían alcanzar unos ahorros adicionales del 10% sobre el total, obteniendo 2 puntos asociados al crédito Energía renovable In Situ. Por lo tanto, los ahorros asociados a la eficiencia energética y el empleo de energía renovable sumarían 9 puntos. Luego en este caso, los créditos relacionados con la energía embebida de los materiales tendrían un peso del 78% sobre el ahorro energético (7 puntos asociados al empleo de materiales reciclados, de materiales regionales, de materiales rápidamente renovables sobre 9 puntos asociados a la eficiencia energética y empleo de energía renovable). Sin embargo, como hemos visto en el estudio de ACV, la energía embebida asociada a estas dos soluciones representa únicamente el 2% del ahorro energético asociado a su vida útil. Por otra parte, cuanto mayor es la eficiencia energética del edificio y aumenta el empleo de energía renovable, lo que se traduce en obtener los 13 puntos máximos asociados a estos créditos en LEED, disminuye el peso relativo de los créditos asociados a los materiales hasta el 54 %. Sin embargo, los estudios de ACV(5) han demostrado que cuanto más nos acercamos a edificios zero energía, la energía embebida de los materiales cobra mayor importancia. En este sentido, no resultan indicados los pesos que se asignan a los créditos en el sistema LEED. CONCLUSIONES Por una parte, consideramos que obtener la Calificación de Edificios a través de la herramienta Calener permite tener en cuenta el conjunto Cerramientos Instalaciones a la hora de llevar a cabo la rehabilitación. En este sentido, estamos de acuerdo en que la rehabilitación no puede centrarse únicamente en mejorar la envolvente sin considerar las instalaciones y su rendimiento ni viceversa. Sin embargo, los resultados que se obtienen en cuestión de calificación energética no son directamente proporcionales a los ahorros energéticos conseguidos con las soluciones propuestas. Por otra parte, como ya se ha enunciado anteriormente, la Certificación de Eficiencia Energética de los Edificios considera únicamente la fase de explotación. Resulta interesante observar que la perspectiva de ACV aplicada a la rehabilitación de edificios presenta unos resultados muy favorables, dado que la energía embebida en los materiales ofrece un retorno energético muy rápido, algo que no se traslada a la perspectiva económica. Por tanto, desde el punto de vista de la sostenibilidad, el fomento de la rehabilitación frente a la obra nueva parece una estrategia apropiada. El enfoque ACV aplicado a una nueva edificación, no permite calcular los períodos de retorno energético, salvo en el caso de las instalaciones energéticas, dado que en el período de uso no se puede hablar de ahorros, sino de gastos energéticos. Para poder emplear este concepto es necesario proponer una situación de referencia, que puede ser el caso estrictamente normativo, o cualquier otro que el 8

9 proyectista estime oportuno. En el caso de la rehabilitación, la situación de referencia es la inicial, en la que el escenario de consumos energéticos se encuentra perfectamente definido. Los valores relativos obtenidos para el % de energía embebida respecto al total, son relativamente bajos en el caso contemplado, salvo para los voladizos de aluminio. A medida que los proyectos de edificación tiendan a menor consumo en fase de explotación, este porcentaje irá en aumento, hasta llegar al 100% en el caso de los edificios con balance de energía neutro, en los que todo el impacto será el correspondiente al ciclo de vida el edificio, del que desaparecerá el término correspondiente a la fase de uso, al ser cero. A la espera del desarrollo de una metodología solvente que nos permita llevar a cabo el ACV de un Edificio de forma práctica y con resultados verosímiles, planteamos dos opciones. Por una parte, adaptar las exigencias de LEED a la normativa y clima estatales, reasignando los pesos de cada crédito de acuerdo a indicadores nacionales. Por otra parte, la legislación estatal debería fomentar la rehabilitación de los edificios existentes frente a la nueva construcción y bajo criterios de sostenibilidad, considerando no sólo el consumo energético y emisiones asociados a la fase de uso sino a todo el ciclo de vida. REFERENCIAS (1) Spain Green Building Council: LEED NC. Sistema de Clasificación de Edificios Sostenibles para Nueva Construcción y Grandes Remodelaciones. Octubre (2) ISO 14040: Norma sobre Gestión Ambiental Análisis de Ciclo de Vida Principios y estructura (1997). ISO 14041: Norma sobre Gestión Ambiental Análisis de Ciclo de Vida Definición de Objetivos y Alcance y Análisis de Inventario (1998). ISO 14042: Norma sobre Gestión Ambiental Análisis de Ciclo de Vida Evaluación del Impacto de Ciclo de Vida (2000). ISO 14043: Norma sobre Gestión Ambiental Análisis de Ciclo de Vida Interpretación del ciclo de vida (2000). (3) Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación. (BOE 28 marzo 2006). Documento Básico HE. Ahorro de energía. (4) Inventory of Carbon and Energy ICE. v1.5,geoff Hammond and Craig Jones (5) PLEA th Conference on Passive and Low Energy Architecture, Defining Zero Energy Buildings A life cycle perspective. Patxi Hernandez, Paul Kenny. University College Dublin. 22nd to 24th October