Comunicación presentada al II Congreso Edificios Inteligentes:
Autor
- Aser Moris Rodríguez, Ingeniero Industrial, Moris Arroes, S.L.
Resumen
El caso Tectum trata del primer proyecto que se ha realizado en Asturias para un bloque de viviendas en el cual se aporta toda la calefacción y la producción de agua caliente sanitaria mediante únicamente una bomba de calor Aire – Agua o Aerotermia de Vaillant modelo geoTHERM VWL 171/3 S llevada a cabo el diseño e instalación por Moris Arroes. El bloque de viviendas es una rehabilitación del edificio existente, el cual aumenta su valor añadido debido a la mejora lograda en su calificación energética. Además se llevan a cabo medidas para tener la instalación monitorizada a nivel de consumos y regulación para disponer de información sobre los costes e identificar las formas de mejora. Contadores de energía en viviendas, sala de calderas, bomba de calor, módulos de producción de agua caliente y regulación de temperaturas en función de temperatura ambiente para calefacción.
Introducción
El bloque de viviendas a estudiar necesitaba alcanzar una calificación energética B para que el proyecto fuese viable, con instalaciones de gas natural con calderas de condensación solo se llegaba a la letra C, y la otra opción inicialmente valorada que era la caldera de pellets ocupaba demasiado espacio, el cual al estar en el centro de la ciudad de Gijón, significaba un gran coste. Se buscaba una solución que necesitase poco espacio y que además resultase más eficiente que el gas natural. Así se llega a la solución de optar por una alternativa que hasta ese momento no se había llevado a cabo en Asturias para bloque de vivienda, la bomba de calor aire agua, Aerotermia. Resultando una opción que aportó mejoras económicas para la propiedad, mejoras medioambientales al disminuir emisiones de CO2 y consumo de energía primaria y mejoras tecnológicas ya que después de este proyecto ya se están realizando otros con Aerotermia.
Proyecto
El bloque de viviendas esta en Gijón en la calle Merced, el bloque de viviendas está compuesto por 5 viviendas con una que está en la bajocubierta, que contabilizan un total de 226 m2 para calefactar. La instalación está definida para usar radiadores como emisor final, ya que el suelo radiante en este caso tiene una muy compleja instalación. Un distintivo de Tectum, empresa promotora asturiana, es que sus construcciones no están pensadas para la venta de la vivienda sino para el alquiler de la misma, por lo que cobra vital importancia poder aportar las mejores calidades y menores costes posibles al posible arrendado, aumentado el valor añadido percibido por el cliente final. Debido a esto los niveles de aislamientos proyectados aumentan considerablemente los mínimos exigidos por el CTE del 2006 así como la necesidad de que la construcción pueda llegar como mínimo a una calificación energética B.
Cálculo necesidades y simulación 3D
Para comenzar con el análisis de posibilidades térmicas para esta edificación, se han de definir las necesidades de calefacción y agua caliente que tendrán las viviendas a nivel individual y nivel colectivo para poder analizar también las opciones de centralización para la producción de agua caliente sanitaria. Para llevar a cabo este cálculo se utiliza el software informático CYPE en la versión 2013. En el programa lo que se hace es intentar reproducir al nivel de detalle toda la edificación, definiendo cada uno de los cerramientos que forman la envolvente térmica. Las condiciones generales para el cálculo son: emplazamiento Gijón, temperatura exterior de diseño 1.20ºC, temperatura media exterior anual 13.35ºC, temperatura del terreno 6.40ºC, porcentajes de mayoración de carga: N 20%, E 10%, O 10%, S 0%, y con una mayoración de cargas en invierno por intermitencia de 8.0 %.
Teniendo como resultados de la simulación que la vivienda demanda en su momento máximo 16.807,20 W, con una media de 41,4 W/m2. Estos resultados resultan un poco distintos a los esperados para un bloque de viviendas en los que la demanda estaría cerca de los 60W/m2. Esta variación provocada por el aumento del aislamiento abre totalmente el abanico de posibilidades para la instalación térmica del bloque de viviendas.
Opciones, condicionantes, aportación solar
Una vez definida la demanda del bloque de viviendas ya se puede analizar qué solución es la más adecuada en la balanza técnica- económica. En principio no habría ninguna opción que no se pudiera llevar a cabo aunque si es cierto que a nivel técnico y económico al ser una vivienda ya existente, la opción geotérmica perdería atractivo, al disponer de poco espacio y con una cimentación ya ejecutada. Por otro lado se dispone de acometida de gas natural con lo cual se podría prescindir de la opción de gas propano que requeriría espacio para el depósito y además resulta más caro. De forma análoga también se puede eliminar la opción con gasóleo. La instalación de folio eléctrico aunque tiene un coste de inversión muy pequeño, empeoraría mucho la calificación energética de la vivienda, además supondría unos costes excesivos, al ser la forma más cara de calefactar cualquier vivienda. Con estas alternativas ya apartadas del proceso de selección, solo quedarían viables: caldera de pellets, caldera de gas de condensación y bomba de calor Aerotérmica.
La caldera de pellets tiene a su favor que facilitaría obtener una alta eficiencia energética para la vivienda, calificación A. Pero en contra tiene que no se dispone de espacio suficiente para la instalación del silo, con lo cual para llevarlo a cabo habría que disminuir la superficie del bajo comercial, con el coste económico que esto conlleva, con lo que se decide abandonar esta opción.
La caldera de gas con condensación y apoyo de energía solar térmica es la opción más convencional que se tiene en el mercado, la opción de un sistema centralizado de calefacción y ACS o individual, además de tener mejores rendimientos que las otras alternativas de combustión. El aspecto negativo de esta opción sería que la calificación energética máxima sería una C, y la más normal sería una D.
La bomba de calor aire agua o Aerotermia sería la última alternativa viable, frente al gas tiene ventajas como un coste anual menor, una mejora en la calificación energética, llegando a B, se necesita muy poco espacio, no se necesita ninguna chimenea y es la opción más limpia al no necesitar combustiones. La inversión inicial sería ligeramente superior pero amortizable en el medio plazo. Con esta alternativa se pueden dejar de instalar los paneles solares térmicos al poder justificarse la aportación renovable de la instalación mediante el documento del IDEA “Metodología de Cálculo para considerar las BC renovables”.
SPF= COP nominal x FP x FC
COP nominal: obtenido en condiciones de ensayo => certificado por el fabricante
FP: factor de ponderación que tiene en cuenta las distintas zonas climáticas
FC: factor de corrección que tiene en cuenta la diferencia entre la temperatura de uso y la temperatura para la cual se ha obtenido el COP de ensayo. La temperatura de trabajo para calefacción será 40ºC.
Para los FP y FC se ha utilizado el documento “Prestaciones medias estacionales de equipos y sistemas de producción de frío y calor en edificios de viviendas”. Asturias supone un 30% de la demanda de ACS con renovables. Ese 30% de aporte renovable lo podemos aportar con calefacción o con ACS.
SPF= 4,3 x 0,75 x 0,87= 2,80 >> 2,5 BC Renovable
Como lo que quiere la propiedad, Tectum, es tener un inmueble de alto valor añadido esta opción es la que mejor se adapta a las necesidades y a los condicionantes de la propiedad.
Instalación de Aerotermia y radiadores
Al final se decanta por la opción de bomba de calor aire agua con instalación de radiadores. La instalación calefacción y producción de agua caliente sanitaria se hará centralizada de forma que a la entrada de cada vivienda se instalarán contadores de energía para cuantificar los consumos de cada vivienda y contadores de agua para contabilizar el número de litros de ACS consumidos.
La bomba de calor seleccionada es geoTHERM VWL 171/3 S del fabricante Vaillant. La bomba de calor tiene dos unidades exteriores y una unidad interior, la conexión entre ambas se hace con una mezcla de agua y anticongelante. La unidad interna se conecta con un depósito multienergía allSTOR de 1000 litros de capacidad de Vaillant, con dos entradas de calor: una más alta para el agua caliente sanitaria y otra más abajo para la calefacción, en función de la demanda y la temperatura exterior se adaptará la temperatura de impulsión en la salida de la bomba de calor, 40 ºC para calefacción y 45ºC para el ACS.
En las salidas del depósito se tendrán las posibilidades de calefacción y de ACS. La salida para calefacción irá a una bomba de circulación de alta eficiencia y adaptación de caudal según demanda que alimentará cada vivienda cuando el termostato de cada una de ellas dé señal y abra la zona a calefactar. La salida de ACS irá a un módulo instantáneo de producción de ACS con capacidad para producir hasta 45 litros de ACS por minuto.
Los emisores de calor en las viviendas serán radiadores pero estarán dimensionados para un salto térmico de 30º, no para saltos térmicos de 50ºC ó 60 ºC. Con lo que se considera que cada elemento del 600 nos proporciona 61 W en vez de los 152 W que aporta cuando se trabaja con salto térmico de 60ºC.
Análisis económico de la inversión
Desde luego el aspecto económico es uno de los aspectos que más influyeron en la viabilidad del proyecto. A continuación se presentan los costes anuales que conllevarían cada una de las tecnologías para la calefacción y ACS, en las condiciones de 21ºC de Septiembre a Mayo durante 12 horas y 18ºC el resto del día. Como se puede observar la opción más económica nivel de uso es la geotermia pero la inversión inicial sería desproporcionada y de muy difícil ejecución. A continuación ya tendríamos la bomba de calor aire agua, la caldera de pellets y la caldera de gas de condensación. Con lo que desde el punto de vista del coste anual la bomba de calor es la mejor opción.
Para poder analizar la inversión de forma global también se ha de tener en cuenta la inversión inicial necesaria. En el caso de la caldera de gas de condensación con apoyo de energía solar térmica la inversión sería de aproximadamente 20.500 € mientras que la inversión en aerotermia ascendería a 31.991 €. Conociendo los coste anuales de consumo que son de 3.428 € para la caldera de gas y de 2.017 € para la bomba de calor y que el incremento medio del precio del combustible es del 6% para el gas natural y del 8% para la electricidad. Se puede determinar que la sobreinversión de la bomba de calor se amortiza frente al gas en 6,87 años. Provocando un ahorro en 10 años de 4.780 €, además de la mejora en la calificación energética de un letra D a una B.
Para la verificación de todos estos resultados se instalan contadores de energía eléctrica y térmica en diferentes puntos de la instalación: entrada a viviendas, sala de calderas, cuadro eléctrico de alimentación a sala de calderas y elementos comunes de la centralización, como módulo instantáneo de agua caliente sanitaria, bomba de recirculación y bomba de calefacción, válvulas de 3 vías motorizadas.
Calificación energética
La calificación energética obtenida con la vivienda alcanza la B, como se aprecia en la etiqueta, esto principalmente se debe a todas las medidas llevadas por parte de Tectum en el aislamiento de la vivienda, a la bomba de calor Vaillant que alcanza un alto COP y al esquema de funcionamiento proyectado por Moris Arroes que logra maximizar los rendimientos mediante la diferenciación de temperaturas para calefacción y ACS. Se logran frente a la emisión de 23,0 kgCO2/m2 del edificio de referencia a los 9,7 kgCO2/m2 del edificio objeto.
Conclusiones
TECTUM, que aprecia el valor añadido y que piensa en el medio y largo plazo ha podido proyectar y llevar a cabo una instalación muy diferente a lo convencional, que alcanza niveles de eficiencia mucho más altos y que realmente se adapta a las necesidades de la edificación. Moris Arroes y Vaillant han llevado a cabo un análisis completo que nos ha permitido desde la simulación 3D conocer el proyecto al detalle, lo que hace poder prever los costes de uso de las instalaciones y no solo con el uso de COP puntual sino con una aproximación al COP estacional, que es el que realmente define el rendimiento de la bomba de calor. Valorando todas las alternativas es como realmente se logra ver cuál de ellas se adapta mejor al edificio en estudio y en este caso es la bomba de calor aire agua. Además se continúa la monitorización de toda la instalación para cuantificación de consumos.