Os desafios das novas tecnologias energéticas na construção Ramón Rodríguez, Arup 29 de Mayo de 2008 SEMANA DA ENERGIA E DO AMBIENTE 1 Arup Entorno a 9000 empleados 86 oficinas 37 países. Sectores: Edificación Infraestructuras Consultoría España: 15 años 130 empleados Estructuras, Instalaciones, Civil, Consultorías (Fuego, fachadas, PM, Trasporte y Sostenibilidad) 1
Contenidos A.-Principios de diseño energético B.-Tecnologías Energéticas en edificios Edificios Ejemplo: 1.- CT Palmas Altas. Abengoa. Sevilla 2.- Bed ZED, Suton, UK Estrategias energéticas Planeamiento Urbano 3 Edificios Verdes? 2
Indicadores de la Sostenibilidad Equilibrio Complejo. TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS SOSTENIBLES CT Palmas Altas Abengoa - Sevilla, Arquitecto: Richard Rogers & Partners Arup: Ingeniería de instalaciones y estructuras y consultoría de fachadas y sostenibiliad 3
Principios de diseño Estrategia energética sostenible Estrategias activas: Energías renovables Producción Local de Energías Renovables Estrategias activas: Métodos de eficiencia energética Instalaciones y equipos Estrategias pasivas Diseño y Construcción 7 CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas) Forma compacta, con poca superficie en relación con el volumen=> intercambiará menos energía con el ambiente exterior. factor de forma. 8 4
Pérdida Calor/ Sup Planta W/m2k CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas) Cubo Torre Compact Fingers Una Planta Pérdida de Calor por Superficie Suelo 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 Sup Envolvente/Sup Planta Una Planta Torre Cubo Compact Fingers 9 CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas).- Iluminación natural Tipología Compact Diciembre 12:00 Nublado Tipología Fingers Diciembre 12:00 Nublado 10 5
Tempertura Interior Iluminación natural CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas).- Ventilación natural 35 30 Simulacion de Ventilación Natural La ventilación natural efectiva. 25 20 15 10 5 Ene Feb Mar Abr Nov Dic Max Min compacto no cumple. Para el edificio fingers, factible Pero para Sevilla solo 3 meses 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Mixed mode: Implica control de ventilación inteligente, 12 6
Tempertura Interior CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas).- Inercia termica 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 Simulacion de Ventilación Natural Efecto Inercia Térmica y Purga - Abril 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Solo Vent Nat Max Min Inercia y purga variación del flujo de calor en forma periódica a lo largo del día inercia térmica desfase de la onda de temperatura en el tiempo amortiguación sería necesario exponer la superficie del forjado al espacio 13 Estrategias bioclimaticas (Pasivas).- Inercia termica 14 7
Transmitancia (W/m2K) CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas).- Cerramientos 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 CT Las Palmas Altas Cálculo Cerramientos HE-1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % Hueco N E/O S Objetivo de mejorar Nueva normativa en un 25% Valores de transmitancia de huecos varían entre fachadas Mínimo valor a todas las fachadas (U = 1,88 W/m² C). 15 CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas).- Sombreamiento 8
CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas) 17 CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias bioclimaticas (Pasivas).- Cubierta verde CUBIERTA PLANA ALJIBE Transmitancia= 0.28 W/m2 ºK Inercia Térmica= 300 Wh/m2 ºK CUBIERTA PLANA INVERTIDA CON LOSA AISLANTE DE INTEMPERIE Transmitancia= 0.26 W/m2 ºK Inercia Térmica= 135 Wh/m2 ºK 9
CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias Energética (Activas).- Eficiencia Energética Comparativa Sistemas de Climatización: Sistema convencional Fan Coils CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias Energética (Activas).- Eficiencia Energética Comparativa Sistemas de Climatización: Sistema impulsión Suelo 10
CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Estrategias Energética (Activas).- Eficiencia Energética Comparativa Sistemas de Climatización: Viga Fría CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Eficiencia energética Comparación Consumo Energético Underfloor Viga fria VAV Refrigeración Calefacción Ventiladores Bombas Fancoil 0 25 50 75 100 125 Millares Energía Eléctrica (Wh/m2/año) Comparación consumo energético anual 11
CT Palmas Altas. Sevilla- Abengoa Vigas frías activas Principios de diseño: Energias Renovables 12
pero ~ 26.5 kw solar (maximum output) ~ 5 W/m² Iluminación: 12 15 W/m² Abengoa-CT-Palmas Altas Estrategias Activas Energías Renovables y Alternativas E.Solar Fotovoltaica Trigeneración y district cooling Energía Solar Térmica Disco Stirling y Pila de combustible 26 13
Abengoa-CT-Palmas Altas Estrategias Activas Trigeneración y district cooling Gases de Combustión +radiación Perdidas 20% Intercambiador 35% Generador Refrigeración camisa Calor 45% Frio Electricity 27 Abengoa-CT-Palmas Altas Estrategias Activas Trigeneración y district heating & cooling Aerorefrigeradores secos CONFIGURACIÓ0N DEL SISTEMA PROPUESTO: 1.- Cabina trigeneración Aircogen Nimbus Trigen 1000 L 2.- Enfriadoras tornillo aprox. 2X 1.4 MWf. 3.- Torres de Refigeración (Trigenera+compresión) 4.- Bombas (para aerore. primarios, secundarios 5.- Conexiones eléctricas, protección y transformador asociados a la generación eléctrica 6.- Red de agua enfriada + intercambiadores y contadores de energía en cada edificio. Trigeneración 1MWe y District cooling Coste inversión 1.5-1.7 M Producción Energética Ahorro CO 2 Pay back 8300 Mwh/año Aprox. 700 ton/año 5-7 años 28 14
EUROS Thousands Consumo (Mwe/h) Abengoa-CT-Palmas Altas Estrategias Activas Trigeneración y district cooling Estudio Producción y Demanda Energética Eléctrico Edificios Abengoa Temas Claves: 800.0 700.0 600.0 Asegurar potencia y porcentajes de exportación y autoconsumo de acuerdo a normativa: 500.0 400.0 300.0 Dimensionar equipo de cogeneración en función de Demanda térmica (frío) base 200.0 100.0 0.0 Ene Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dic Mes Demanda Eléctrica Cogen Producción eléctrica (D+N) Producción eléctrica día Demanda Eléctrica Base Con la estrategia pasiva aplicada el district heating basado en agua no resulta rentable con ACS zonas comunes si. 1000 800 Estudio De Amortización Trigeneración Edificios Abengoa Equipos auxiliares para el district cooling como back up y para la demanda pico basados en refrigeración por compresión. 600 400 200 Integración de chimenea, torres de refrigeración y equipos centrales en el diseño arquitectonico 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-200 -400-600 Años Costes Trigeneración Costes Sistema Base Ingresos Trigeneración Retorno Capital 29 Estrategias Activas Energía Solar Fotovoltaica Abengoa-CT-Palmas Altas Instalación Fotovoltaica 100kWp Coste inversión 680.000 Producción Energética 130.000kwh/año Ahorro CO 2 Pay back 60 ton/año 11-13 años Totales: Opción 1.- Inclina 30º: Paneles aprox.1680 m2 Potencia máx. 215 kwp recomendado 2 x 100 kwp Planta útil: 2300 m2. Opción 2.- pérgola 0º Paneles aprox. 3300 m2 Potencia máx. 425 kwp Potencia Recomen 4x100 kwp 30 15
Abengoa-CT-Palmas Altas Estrategias Activas Energía Solar Termica Instalación Solar Térmica, 70 m2 Coste inversión (sin subvención) Producción Energética 47.000 214.000 MJ/año Cobertura 70% Pay back Aprox. 13 años Planta útil: 450 m2. Capacidad: 90 m2 paneles Necesidades para uso oficinas aprox 70 m2 panelespotenci a 31 Abengoa-CT-Palmas Altas Estrategias Activas Disco Solar y Pila de combustible Selección tipo pila Hidrogeno y Pilas de combustible Selección suministro hidrogeno Consideraciones selección tipo pila : Aplicación Demostrativa- (Línea negocio Abengoa) Integración en edificio=>uso como cogenerador Selección: Tipo PEM. (Polímeros Sólidos) Aprovechamiento salida H2O;Temperaturas salida aprox 80ºC Potencia eléctrica 5kw Elevada eficiencia eléctrica 60% Fase de desarrollo: Disponibilidad comercial Posible subvenciones y exportación e I+D Opción para selección tipo pila : Opción 1. Electrolizador (externo o interno a la pila) alimentado desde fotovoltaica o Disco Solar Opción 2.- Reformador (externo o interno a la pila) para Gas Natural Consideraciones Selección disco solar stirling: Aplicación Demostrativa- Línea negocio Abengoa Posible la integración dada su modularidad Ciclo de alto rendimiento 20-30% Potencia a determinar 10kwp Posible subvenciones y exportación e I+D Tipo de tecnología a decidir: 1.-Europea: experiencia en la PSA diseño de SBP y motores motores SOLO alemanes a Helio. 2.- Americana: SES con motores boeing Disco stirling de 10kw, 8,5 m diametro. Fuente: sbp 32 16
Beddington Zero Energy Development 33 Beddington Zero Energy Development (2001),Sutton, UK Beddington Zero Development Completado en 2001 Arquitecteo: Bill Dunster Architects 34 17
BedZED. Estrategia Bioclimatica (pasiva) Orientación y emplazamiento. Distancia entre edificios Densidad de edificación Envolvente: excelentes niveles de aislamiento Estanqueidad a las infiltraciones Ventilación natural cruzada Iluminación natural Distribución de espacios : Uso mixto 35 BedZED. Estrategia Bioclimatica (pasiva) 36 18
construction difference BedZED. Estrategia Bioclimatica (pasivas) Emplazamiento y densidad 37 Principios de diseño Cargas térmicas enfriamiento Solar Equipos Aire exterior Iluminación Ocupantes Infiltraciones 19
Principios de diseño Pérdidas VS Ganancias térmicas en el Edificio Zona Interior Ocupantes Equipos (ordenadores) Pérdidas de la Fachada Zona Perimetral Infiltración Iluminación Impulsión Aire Caliente Sala de Máquinas 39 Aire Viciado BedZED. Estrategia bioclimatica (pasiva) Aislamiento especificaciones Detalles y calidad construcción 20
Principios diseño Estanqueidad a las infiltraciones Principios de diseño Inercia y masa térmica 21
BedZED. Estrategia Bioclimatica (pasiva) Cubiertas verde Espacios de esparcimiento privados/publicos 43 BedZED. Estrategia Bioclimatica (pasiva) Calefacción solar pasiva Iluminación natural 44 22
BedZED. Uso Recursos Naturales (E.Activas ) Ventilación y recuperación de calor Optimización de la envolvente del edificio + => muy bajos de infiltraciones. suficiente aire exterior para los ocupantes y evitar humedades y olores. La opción de aberturas de ventilación en las ventanas=>calefacción un sistema de chimeneas-captadoras eólicas que permite suministrar el aire pre-calentado y extracción de aire viciado. Los captadores eólicos de BedZed fruto de 10 años de trabajos de Arup en el campo del aprovechamiento eólico para bajas velocidades de viento+ Tunel viento 23
BedZED. Estrategia Energetica (Activas ) Fotovoltaica integrada Retorno de la inversión fotovoltaica: PV eléctrica aislada en UK: 75 años mismo Para carga de vehículos: 13 años. Con subvenciones 6.5 años. 107 kwp de panales fotovoltaicos se han integrado en la fachadas con orientación sur que permiten la alimentación de aprox. 40 coches eléctricos. Puntos de carga y los usuarios y ocupantes de BedZed tienen derecho a parking y carga eléctrica gratuita si usan coches eléctricos. 47 BedZED. Estrategia Energetica (Activas ) Producción eléctrica y Agua caliente Incorpora un gasificador de la biomasa que suministra gas al equipo de cogeneración con motor de explosión.. La viabilidad técnica es facilitada mezcla de actividades=> demanda energética bastante constante. La conexión a la red => exportar electricidad cuando la demanda de calor es mayor que las demanda eléctrica. 24
uso residencial: Micro-cogeneración + Calefacción Individual de Producción Centralizada (I) Esquema de la Subcentral Esquema General Estrategia energética Calefacción Individual Contador de GN para cada Local Calderas Individuales Contador de Energía para cada Local Subcentral de Calefacción y ACS C C C C gas agua fría Calefacción Centralizada C C. Indiv. producción Centralidada agua fría gas Central de Producción de Agua Caliente C Acceso desde la Calle Central de Producción de Agua Caliente agua fría gas Contador de GN para todo el edificio C Acumuladores de ACS Central de Producción de Agua Caliente Calefacción Central Estándar Sostenibilidad District Heating Intercambiadores de calor para cada edificio Tuberías de distribución de agua caliente subterráneas 25
BedZED. Estrategia Energetica (Activas) EFICIENCIA ENERGETICA: electrodomésticos instalados (EU clase A) Fluorescentes compactos contadores de eléctricos montados visibles a los usuarios. 51 BedZED. Materiales Materiales de construcción mas pesados: suministrados en un radio de 55km. Acero reusado en la estructura de las oficinas La mayoría del los materiales previamente existentes en la parcela retenidos Madera reusada para la estructura de la tabiquería. Uso de madera únicamente con sello ecológico madera certificada (FSC) Encimeras de cocinas de conglomerado sin COV Plan de gestión de residuos durante la obra y para la ocupación Obra residuos segregados y tratados Viviendas: acuerdos con ayuntamiento de estrategia de separación y reciclaje. Contenedores de reciclaje integrados en cada cocina y en el site Planta de compostaje en el site 52 26
BedZED. Transporte Plan de movilidad sostenible: Incluido como parte de la solicitud urbanística. Objetivo BedZED's reducción del 50% en los siguientes 10 años BedZED tiene buenas conexiones de trasporte publicos (dos estaciones de tren y dos de autobus. Parque de vehículos eléctricos disponible para los residentes: Club 'ZEDcars Puntos de recarga y aparcamiento gratuitos disponibles en el barrio. Preferencia de peatones Alumbrado publico, diseño de accesibilidad, viales para mantener vehículos a velocidad de peatón 53 BedZED El enfoque integral sostenible Resumen: SOSTENIBILIDAD EN Bedzed The triple botton line - Logros Aspectos sociales Viabilidad Económica Bajo impacto ambiental Variados tipos de viviendas y ocupantes Zona urbana de uso combinado: Trabajo y vivienda Adecuada densidad de edificación Proximidad servicios y dotaciones Privacidad y amplios espacios en viviendas Disposición de luz natural y sol Calidad de aire y confort Necesidad de automóvil reducida Parque de automóviles compartido Servicios de Internet comunes Elección de opciones de vida sostenible Precio de venta final competitivo Costes de construcción propios de cooperativa Alta demanda de compra Precios ajustados para las viviendas sociales Valor añadido de mercado Facilidad en obtención de Permisos Urbanísticos Menor precio del suelo municipal Bajas facturas energéticas Fácil acceso al transporte público Contacto por internet entre la comunidad y los negocios de la zona 100% uso de energías renovables. Cero consumo de combustibles fósiles Calefacción por energía solar pasiva sin sistema de calefacción adicional Energía solar fotovoltaica para 40 vehículos eléctricos Reducción de un 50% del consumo de agua Tratamiento local de aguas residuales Ventilación natural por medio del viento Baja energía asociada a los materiales Uso madera y acero estructural reciclado Cogeneración con biomasa Instalaciones para bicicletas 27
BedZED. Sostenibilidad Huella ecológica ESTRATEGIAS ENERGÉTICAS EN EL URBANISMO 56 28
Master Plan Coto de Macairena, Granada Proyecto Alcance de los trabajos de Arup Cliente Urbespacios Arquitectos Richard Rogers Partnership Ltd. ABAA Ingeniería Arup Ingeniería de infraestructuras para el Coto de Macairena en Granada. Los trabajos incluyen el diseño de viales, estudios y diseño de drenaje e hidrología, abastecimiento, saneamiento y depuración, aparcamientos en bancadas, Estrategia energética sostenible con un énfasis especial en la sostenibilidad de la actuación en su conjunto. Macairena: Estrategia energética sostenible 29
Macairena Estrategia Energetica Pasiva Macairena Estrategia energetica Energías renovables y alternativas 30
Estrategia Energética sostenible ESQUEMA DE IMPLANTACIÓN DE LA ESTRATEGIA ENERGÉTICA A.- MASTER PLAN: VIABILIDAD TÉCNOLOGICA Y ECONOMICA B.- EXIGENCIAS NORMATIVAS Y DEL PLANEAMIENTO C.- COMERCIALIZACIÓN Y GESTIÓN EN LA EJECUCIÓN Y OPERACIÓN Medidas pasivas Eficiencia energética en sistemas activos Energías renovables y alternativas Programación e implantación de medidas Otras... Mecanismos que vinculen la promoción y construcción con la implantación de medias sostenibles Exigencias prestacionales especificas de cada uso (ecopuntos porcentuales de reducción) Establecer comisiones técnicas de aprobación de proyectos que asegure cumplimiento de los mínimos establecidos Exigencias viables y dentro del mercado con valores mejorados desde normativas en vigor o próxima aprobación (Codigo Técnico, Ordenanzas Solares). Otras Involucrar autoridades políticas (Ayuntamiento, C.A.) en acciones concretas. ej: reducción de impuestos y tasas municipales Explotar el valor añadido sostenible en la promoción y comercialización del desarrollo Involucrar durante el diseño y concepción a los entes de energía fabricantes e instaladores Contactar y lograr acuerdos con gestores y promotores de las instalaciones sostenibles antes de la construcción Otras estrategia energética sostenible para V e 100% 80% 60% 40% Objetivo Energético V e 20% 0% Construcción Código Técnico Opción Estándar de la Edificación Valladolid Este Ejemplo para el Sector Residencial 31
Os desafios das novas tecnologias energéticas na construção Muito Obrigado por sua atenção ramon.rodriguez@arup.com 32