Caso práctico: rehabilitación de un edificio de oficinas en Madrid

La descarbonización de los edificios es uno de los mayores retos a los que nos enfrentamos actualmente en el sector de la construcción en general, y dentro de la ingeniería de instalaciones, en particular. A lo largo de este artículo, María del Mar Serna* nos explica cómo se puede avanzar en la descarbonización de los edificios con un caso práctico de un edificio de oficinas en Madrid.

 

Actualmente en Madrid existen tan solo un 27% de edificios – ¿de oficinas, todos, mucho me parece?- descarbonizados o cuentan con etiquetas verdes ecológicas, como las certificaciones LEED o BREEAM, lo que refleja el gran desafío que tenemos por delante.

 

 

A lo largo de este artículo, se presentará un caso práctico de un edificio ubicado en Madrid, cuyo cliente tenía como principal reto reducir los consumos energéticos y avanzar en la descarbonización de su cartera de edificios. El desafío no era menor, ya que el carbono operacional, es decir, las emisiones de carbono generadas por el uso y el funcionamiento diario del edificio, representa una parte importante de su huella de carbono.

 

El carbono operacional proviene principalmente del consumo de energía para alimentar sistemas clave como la climatización, iluminación, ventilación y acs, necesarios para el confort y funcionamiento del edificio. A diferencia del carbono incorporado, que se asocia a la fabricación de materiales y la construcción, el carbono operacional se acumula a lo largo del tiempo debido al uso cotidiano.

 

El primer paso en este proyecto fue realizar un análisis exhaustivo de los factores que afectaban el consumo energético del edificio. Esto incluyó una evaluación de los sistemas de climatización, iluminación y, especialmente, el aislamiento del inmueble, que juega un papel crucial en la eficiencia energética.

 

El primer paso fue realizar un análisis exhaustivo de los factores que afectaban el consumo energético del edificio

 

Como resultado del análisis, se recomendó al cliente llevar a cabo una reforma global del edificio, que no solo abordaría los problemas de aislamiento térmico, sino que también incluiría una actualización integral de las instalaciones. Esta intervención fue clave para reducir el consumo energético y, por ende, las emisiones de carbono asociadas al funcionamiento del edificio.

 

Se propuso una certificación BREEAM para la adopción de estrategias que redujeran el carbono operacional y ayudara a cumplir los estándares de sostenibilidad.

 

El edificio fue sometido durante 17 meses a una reforma integral, que abarcó tanto la fachada como el interior

 

Durante un periodo de diecisiete meses, el edificio fue sometido a una reforma integral, que abarcó tanto la fachada como el interior. Las mejoras se enfocaron en optimizar el rendimiento térmico y acústico del edificio, un paso fundamental para reducir su carbono operacional y mejorar su eficiencia energética.

 

Cada uno de los forjados y cerramientos fue intervenido para garantizar un mejor aislamiento térmico, optimizando los coeficientes térmicos del edificio y reduciendo las pérdidas de calor. Esta estrategia fue clave para minimizar la cantidad de energía necesaria para climatizar el edificio, lo que se tradujo en una reducción significativa de las emisiones operacionales. La mejora acústica también se abordó, creando un entorno más confortable para los usuarios del edificio, sin comprometer la eficiencia energética.

 

Además de las mejoras en el aislamiento, se renovaron los sistemas de climatización e iluminación, lo que permitió adoptar soluciones más eficientes y sostenibles, integrando tecnologías que optimizan el consumo energético.

 

Ejecución del proyecto y premisas iniciales

 

Con todas las premisas del cuadro 1, el diseño final del sistema de climatización y eficiencia energética del edificio se centró en:

 

Producción de frío y calor

 

Las enfriadoras condensadas por agua seleccionadas para este proyecto fueron esenciales para satisfacer las necesidades de refrigeración del edificio, adaptándose eficazmente a las demandas fluctuantes a lo largo del año. Este sistema emplea compresores con variador de frecuencia, lo que permite ajustar la potencia de acuerdo con los picos de demanda estacional, optimizando el consumo energético y reduciendo costes operativos.

 

Una de las características clave del diseño es que, debido a las condiciones climáticas de Madrid, las enfriadoras solo necesitan operar el 70% del tiempo de ocupación del edificio. Esto proporciona un ahorro energético significativo. Para lograr una mayor eficiencia, se instalaron dos enfriadoras, una de 720 kW y otra de 250 kW, que se utilizan según las necesidades específicas de cada estación.

 

Gráfico 1: Monótona de carga

 

 

Análisis de la curva monótona de carga (Gráfico 1):

 

• Alta demanda. En los picos de refrigeración en los días más cálidos o de gran ocupación se aprecia que la demanda alcanza niveles cercanos a 0.75 MW, pero pocas horas al año.
• Demanda base: Para una buena parte del año, la demanda se reduce progresivamente, situándose alrededor de los 0.25 MW, lo que indica la moderada necesidad de enfriamiento.
• Demanda baja: Para estaciones frías o periodos de menor ocupación, observamos una demanda residual, inferior a los 0.125 MW, que corresponde a las horas del año en las que el sistema de enfriamiento tiene su menor demanda.

 

El uso de una enfriadora pequeña de 250 kW es suficiente para cubrir las 2.000 horas al año en las que la demanda se mantiene entre 200-250 kW, como se aprecia en la parte media de la gráfica. Esto refuerza la decisión de utilizar esta enfriadora en periodos de baja demanda. La selección de equipos, en número y potencia, para adaptarse a la curva monótona de carga es esencial para una explotación eficiente y eficaz de la instalación.

 

Optimización del sistema

 

La enfriadora de 720 kW entra en juego únicamente en los periodos de alta demanda (picos) representados al inicio de la curva, permitiendo así un funcionamiento escalonado que reduce el desperdicio energético y ajusta la capacidad a las necesidades reales del edificio.

 

Para épocas de invierno con demandas 250-550 kW se cubre con bomba de calor, con la capacidad de conectarse al sistema de frío, lo que optimiza la utilización del mismo equipo para ambas funciones. Al disponer de cuatro etapas de compresión la adaptación es adecuda. La aerotermia de alta temperatura para el agua caliente sanitaria complementa la descarbonización del sistema de calefacción.

 

Paneles solares térmicos

 

Para cubrir las necesidades de agua caliente sanitaria, los paneles solares térmicos de vacío se integraron como apoyo, reduciendo aún más el consumo de energía primaria y aumentando el uso de fuentes renovables. De mayo a octubre la demanda se este servicio se cubre de forma global con la energía solar térmica prevista, apoyando el resto del año en el precalentamiento del agua de aporte.

 

Recuperadores de calor y ventilación

 

Los recuperadores de calor entálpicos rotativos seleccionados mejoran la eficiencia de la ventilación al recuperar energía del aire que se extrae del edificio, minimizando las pérdidas y reduciendo el consumo de energía para climatización. Este enfoque garantiza que el aire de ventilación mantenga condiciones de confort sin comprometer la eficiencia energética.

 

Paneles Sistema de climatización

 

Al descartarse los fancoils y los sistemas de expansión directa por sus desventajas en términos de control de humedad y nivel de ruido, se optó por sistemas de inducción.

 

Este sistema permite:

 

• Ventilación constante y eficiente sin generar ruido en las unidades terminales, crucial para el confort de los ocupantes.
• Control preciso de temperatura y humedad, lo que garantiza el bienestar en el interior del edificio y maximiza la eficiencia energética.
• Aprovechamiento de freecooling eólico muchas horas de explotación del edificio.

 

Como ayuda a la minimización del consumo eléctrico se ha instalado un campo solar fotovoltaico, que funciona en autoconsumo sin excedentes, de 50 kWp.

 

En resumen, con todas estas soluciones implementadas, se logró una descarbonización total del edificio al minimizar el uso de energía primaria, maximizando el uso de fuentes renovables y asegurando la eficiencia operativa. Además, el proyecto superó las expectativas del cliente, al reducir significativamente los consumos energéticos y mejorar el confort interior del edificio.

 

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* María del Mar Serna es socia de ACIX Consultoría y actual presidenta de ASHRAE Spain Chapter. Como ingeniera industrial, afronta, junto con su equipo de consultoría,  el reto de lograr aumentar la cartera de edificios ecológicos y sostenibles. A través de innovaciones tecnológicas y estrategias de eficiencia energética, están demostrando que los  profesionales del sector pueden liderar el camino hacia un futuro más verde.