Comunicación presentada al II Congreso Edificios Inteligentes:
Autores:
- Estanislao Folgado Chust, Responsable Building Automation, Asea Brown Boveri, S.A.
- Carlos de Palacio Rodríguez, Market Manager Power Generation, Asea Brown Boveri, S.A.
Resumen
Esta Comunicación presenta dos casos reales de éxito en la rehabilitación de edificios existentes, demostrando los resultados objetivos del aumento de su eficiencia energética, mediante el uso de la tecnología de automatización estándar ABB i-bus® KNX, convirtiéndolos en “smart buildings”. Estos ejemplos demuestran que ya es una realidad la aplicación de la automatización de un edificio construido y en funcionamiento. Con ello se ha contribuido a la reducción del gasto energético, además de mejorar la gestión y mantenimiento del edificio. Todo ello ha redundado en una mejora del confort, seguridad y una reducción de costes, gracias al sistema bus estándar ABB i-bus® KNX, siendo el principal sistema mundial para el control, automatización y eficiencia energética de los edificios.
Introducción
El cambio climático y la creciente escasez de recursos son retos importantes de nuestro tiempo. Además, muchos países del mundo dependen de la importación de energía – en la UE, por ejemplo, el 50% de la energía consumida actualmente es importada – una cantidad que se espera que alcance el 70% en 2030.
Después de las áreas del transporte y generación de energía, el segmento de la edificación es el mayor consumidor. La calefacción, el aire acondicionado, la ventilación y la iluminación de los edificios residenciales y terciarios, constituyen aproximadamente el 40% de la energía consumida en los países industrializados.
El uso eficiente y sostenible de la energía es por tanto una necesidad urgente, por consiguiente se está produciendo el incremento de una legislación técnica cada vez más exigente. A nivel Europeo este hecho se cumple con la publicación de la directiva relativa a la eficiencia energética de los edificios (2002/91/EC). A nivel nacional esta directiva se ha transpuesto mediante los Reales Decretos del RITE (Reglamento Instalaciones Térmicas en los Edificios, RD 1027/2007) para conseguir unas instalaciones eficientes, CTE (Código Técnico de la Edificación, RD 314/2006) cuya finalidad consisten en la reducción de la demanda energética de los edificios, y por último la Certificación Energética (Edificios nuevos RD 47/2007 y Edificios Existentes 235/2013), cuyo objetivo es comprobar la aplicación de dichas normas.
El objetivo último de la eficiencia energética en los edificios, consiste en reducir el consumo total de energía. Este es el principal objetivo de la Directiva de Eficiencia Energética Europea (Directiva 2012/27/UE), que obliga a los estados miembros de la Unión Europea a cumplir con la Directiva 20-20-20 de la UE, conocida como la “Triple 20”, que obliga a los estado miembros a:
- Reducir 20%, las emisiones de gases de efecto invernadero.
- Aumentar 20%, la producción de energía con fuentes renovables.
- Aumentar 20%, la eficiencia energética.
En el caso que a continuación les presentamos, van a poder comprobar la aplicación de esta nueva legislación técnica cada vez más exigente, en dos casos reales como son, la rehabilitación del edificio corporativo de oficinas de ABB en Madrid, y el edificio de oficinas y área de fabricación de la fábrica de ABB de productos Niessen en Oiartzun (San Sebastián).
El Proyecto “Edificio de la marca NIESSEN, Oiartzun
El proyecto consiste en rehabilitar un edificio existente utilizado para la fabricación de mecanismos eléctricos en la localidad de Oiartzun (San Sebastián). El principal objetivo consiste en la automatización del edificio de oficinas y del área de fabricación, en aras de convertirlos en unos edificios más eficientes desde el punto de vista energético, reduciendo sus consumos eléctricos mediante el control de sus instalaciones con la tecnología estándar ABB i-bus® KNX, adaptándose a las necesidades de su uso por parte de los trabajadores, manteniendo el nivel de confort y seguridad de las personas y equipos.
El alcance de la automatización consistió en el control de las siguientes instalaciones:
- Iluminación: oficinas, zona de fabricación y exterior del edificio.
- Climatización: celosías aireadoras de clima.
- Ventilación: control extractores de fabricación.
Esta solución se ha implementado con la norma internacional KNX, es el principal sistema mundial para el control, la automatización y la eficiencia energética de los edificios. ABB ha formado parte activa desde sus inicios como socio fundador a través de la Asociación KNX.
El sistema KNX garantiza la compatibilidad de productos de más de 380 fabricantes internacionales, con 50.000 proyectos realizados, y más de 10 millones de dispositivos KNX instalados en el mundo.
El control de la iluminación, consistió en controlar los encendidos de manera automatizada con un control horario, según el calendario anual de uso, gestionando la desconexión de los circuitos de iluminación fuera del horario y jornada laboral de cada departamento, de esta manera garantizamos que no se queden encendidas las luces sin presencia del personal.
El control de las celosías aireadoras de clima se utilizan como medida de protección solar, reflectando la radiación solar y evitando así el calentamiento de la envolvente del área de fabricación, reduciendo el consumo de la climatización. El control de los extractores de ventilación, está programado para garantizar la calidad de aire del área de fabricación. Toda esta automatización ha supuesto el ahorro de 1,1 horas diaria de consumo eléctrico de cada uno de los circuitos gestionados mediante el uso de la tecnología ABB i-bus® KNX.
Además de una sustancial mejora en su mantenimiento, debido a que el software de control y gestión del edificio BMS (Building Managment System) nos avisa de cualquier alarma, indicándonos la zona exacta de la incidencia, ello supone una reducción de costes y tiempos de reparación. También nos ha permitido establecer un plan de mantenimiento preventivo más que correctivo, debido a la mejora del acceso a la información de las instalaciones.
El Proyecto “Edificio ABB en Madrid”
El proyecto consiste en complementar el edificio en servicio con un sistema de autoconsumo fotovoltaico y un cargador rápido de carga de vehículo eléctrico, integrados en el sistema de control del edificio. El edificio se inauguró en 2007 y desde entonces lleva un sistema de control del edificio, con el que se automatizan las funciones de iluminación, aire acondicionado y se monitorizan los consumos del edificio.
El consumo eléctrico mensual del edificio son entre 80.000 y 10.000 kWh, con una potencia contratada de 451 kW, lo que supone un coste importante en los gastos generales. Teniendo en cuenta el espacio disponible en el techo, se consideró, por facilidad de tramitación siguiendo el RD1699/2011, la potencia de 9,9 kW en instalación de autoconsumo, aunque la estimación de ahorro en energía no es mayor al 2% total anual.
Con la intención de comprobar diferentes tecnologías, se utilizaron paneles thin-film, monocristalinos y policristalinos, montados sobre seguidor solar a un eje, para maximizar la producción. Cada uno de los grupos de 3,3 kW, está conectado a un inversor trifásico y los inversores a la red de baja tensión del edificio. La figura 1 muestra la ubicación de la instalación en la cubierta del edificio, donde se puede apreciar que la estructura está montada sobre losas de hormigón, lo cual evita la necesidad de perforar la cubierta, facilitando su instalación al no requerir impermeabilización.
La instalación de un puesto de carga rápida de vehículo eléctrico, permite la carga con 20 kW de potencia en corriente continua y también carga en corriente alterna. Utilizando el conector tipo Chademo, el tiempo de recarga hasta el 80% de la capacidad de la batería se realiza en poco más de media hora. Esto permite la utilización del vehículo que está a disposición de los empleados durante toda la jornada. La figura 3 muestra el vehículo junto al puesto de recarga instalado en el parking exterior del edificio.
Además de la carga rápida para poder utilizar el vehículo lo antes posible, el sistema permite la carga en otro horario. Es por esto que una carga inteligente es la que se realiza en el momento en el que la energía está en el precio más barato (si es posible). En el caso del contrato existente, en el periodo P6. Si no se va a utilizar más durante la jornada, el coche puede quedar enchufado y la carga realizarse con retraso, comenzando en periodo P6, para estar completo en la jornada siguiente. En el caso futuro de tarifas flexibles según mercado, la carga podría realizarse cuando la señal de precio esté lo más barata, con la condición de estar con suficiente carga para el uso que se le va a dar durante la jornada, para lo que la información de los horarios de uso debe tenerse en cuenta desde el sistema de control.
El sistema de control permite tanto la visualización por un lado del consumo del vehículo eléctrico (en la potencia demandada por el vehículo), como la generación de la planta de autoconsumo (como muestra la Figura 4). Se puede indicar tanto el ahorro económico como la reducción de emisiones que suponen. La gestión inteligente mediante el sistema de control, puede permitir el uso de la carga de vehículo durante las horas más económicas, cuando se vaya a utilizar (previsión de consumo) o podría limitarse su carga si la distribuidora indicara la necesidad de limitar el consumo por restricciones de la red (gestión de la demanda).
Resultados
El uso de la tecnología estándar abierta de KNX nos ofrece una garantía de continuidad de futuro, de adaptación a las necesidades actuales y las de mañana, permitiendo integrar los equipos existentes, realizando una instalación cableada muy sencilla con apenas un cable de 2 hilos. Pudiéndose aplicar tanto en edificios de rehabilitación como de obra nueva, controlando y gestionando todas las instalaciones existentes (climatización, iluminación, persianas, monitorización de consumos energéticos, etc.), con gran facilidad de uso.
Edificio ABB en Oiartzun
El resultado final lo podemos ver en el siguiente cuadro resumen:
Edificio ABB en Madrid
Los resultados del autoconsumo fotovoltaico han sido muy positivos, excediendo las previsiones de generación en los primeros meses. El ahorro equivalente supone un 2% del consumo de energía del edificio, aunque en momentos de baja demanda y máxima producción puede alcanzarse una penetración solar de superior al 10%. Se estima que la inversión realizada puede tener su retorno en 11 años, con una tasa interna de retorno del 12%. La reducción de emisiones, hasta el momento, durante los 4 meses de operación ha sido sobre 10,5 MWh, con un ratio de 0,255 tCO2/MWh equivalen a 2,7 tCO2 evitadas y se estima que anualmente evitará la emisión de más de 5 toneladas de CO2.
Con el uso de vehículo eléctrico, se han obtenido por ahora resultados en la reducción de costes de desplazamiento en taxi por parte de empleados en labores comerciales, facilitado esto por el aparcamiento en zona hora. Se estima que el coste del renting del vehículo puede amortizarse con 13 visitas comerciales mensuales. Este es un beneficio económico del vehículo, que supone ahorro en el coste de desplazamiento, junto con la reducción de emisiones locales, al ser un vehículo 100% eléctrico. Considerando unas emisiones de 150 g CO2/km, al menos se evitará la emisión de 22 kg de CO2 mensuales mediante el uso del vehículo.
Es relevante el cálculo de potencia necesaria para el puesto de carga, puesto si implicara superar la potencia contratada, aumentaría el coste. Alternativamente puede realizarse la carga sólo cuando hay disponibilidad de potencia entre el consumo del edificio y la potencia contratada, esta gestión inteligente de la carga, evita costes adicionales. El uso de un sistema de autoconsumo fotovoltaico permite utilizar la potencia inyectada en la red interior para el cargador de vehículo. En el caso que nos ocupa no ha habido necesidad de ampliar la potencia contratada ni de controlar los momentos de carga de vehículo, y aunque el autoconsumo no alimenta el cargador de coche eléctrico, podría cubrir el 50% de la potencia de carga en los momentos de máxima producción.
Conclusiones
Este proyecto es un ejemplo de rehabilitación enfocado al control integral de las instalaciones, incluyendo la integración de energías renovables y limpias, de una manera inteligente y gestionado a través del software BMS. La integración de energía fotovoltaica, permite reducir el consumo neto de la red por parte del edificio, es decir, el coste de suministro. Además, al suministrar parte de la energía libre de emisiones, reduciendo la contaminación atmosférica y acústica en la ciudad, evolucionando el concepto de smart building hacia smart grid y smart city.
Siguientes pasos en la evolución del Smart Building:
- Reducir los consumos energéticos sin disminuir el confort y la seguridad, hacia la creación de Edificios de Energía Casi Nulo.
- Aumentar e integrar el uso de energías renovables y limpias. Energía solar térmica, energía fotovoltaica, geotermia, etc.
- Optimizar la protección solar del edificio con la finalidad de reducir la demanda energética.
- Integración del vehículo eléctrico.
- Desconexión automática de cargas eléctricas innecesarias.
El proyecto demuestra que los beneficios económicos, ambientales y sociales de las medidas presentadas compensan los costes y pueden ser replicados en otros edificios similares.
La evolución hacia un smart building, no llega nunca a ser completa, es un proceso de mejora contínua, que en el caso del edificio no acaba con el consumo de energía nulo, siempre podrá ser más inteligente la gestión del edificio para mejorar el confort y la accesibilidad, a la vez que se reduce el consumo, produciéndose excedentes de generación destinados a movilidad o a la red eléctrica.
Agradecimientos
Agradecemos la colaboración de las empresas que han participado junto con ABB en el proyecto de automatización, autoconsumo y la empresa suministradora del vehículo eléctrico.
Referencias
- Colmenar-Santos, A., Terán de Lober, L. N., Borge-Diez, D & Castro-Gil, M., 2013, Solutions to reduce energy consumption in the management of large buildings, Energy and Buildings, no. 56, pp. 66-77.
- European Commission, 2006, Action Plan for Energy Efficiency: Realising the Potential
- European Copper Institute, 2013, The scope for energy and CO2 savings in the EU through the use of building automation technology.
- United Nations, 2007, Buildings and Climate Change Status, Challenges and opportunities, United Nations Environment Programme, Paris.