ELECCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DE LAS PROPUESTAS

Para la elección de los sistemas que permiten el autoabastecimiento de la vivienda objeto de estudio, se llevaron a cabo una serie de comparativas entre las diversas opciones posibles, las cuales se explican a continuación.

Todos los sistemas fueron elegidos en función de su ventajas y desventajas aplicadas al lugar específico donde se utilizarán y basando dicha elección en los estudios del clima y la vivienda llevados a cabo en capítulos anteriores.

Se procede entonces a la justificación de la elección de los sistemas, separándolos en función de las necesidades requeridas en la vivienda.

A- Abastecimiento energético.

Para conseguir el autoabastecimiento energético de la vivienda objeto de estudio se compararon dos posibles sistemas de energías renovables que pueden generar electricidad para el suministro de energía eléctrica.

En un primer momento se planteó la posibilidad de colocar un generador eólico, el cual aprovecha el la energía cinética del aire que atraviesa el rotor que lo conforma para generar la energía eléctrica necesaria. Además, los avances tecnológicos en el campo de la energía eólica permiten implantar soluciones más adaptables a las viviendas unifamiliares, como por ejemplo por medio de instalaciones mini-eólicas, o bien a distintos emplazamientos; a lo que se suma una mayor eficiencia gracias a sistemas que permiten la orientación del generador en función de la dirección del viento o a los nuevos generadores de eje vertical en vez de horizontal. (Brusa y Guarnone 2005)

La consecución de energía eléctrica por medio de un generador eólico depende de varios factores, por un lado de las características atmosféricas del lugar, si no hay movimiento de aire, es decir, si no hay suficiente viento, el generador no adquirirá la energía primaria necesaria para poder abastecer la vivienda mientras que, por otro lado, las características propias del generador eólico le permitirán ser más o menos eficiente en función de factores como la longitud de sus

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palas y la altura que presente. Además, la situación geográfica es otro factor condicionante para el correcto funcionamiento del mismo, por ello, se han de ubicar lo más lejos posible de cualquier obstáculo que dificulte la incidencia del viento, siendo necesaria su elevación a más altura si algún obstáculo está presente. (Brusa y Guarnone 2005)

Por lo general, la energía eólica será mucho más eficiente y viable en lugares situados a mayor altitud y próximos al mar o zonas llanas sin obstáculos que impidan la incidencia del viento. En cuanto a generadores pensados para el abastecimiento de las edificaciones, serán más eficientes aquellos situados en edificaciones aisladas y bastante alejadas de las demás viviendas, funcionando mejor si se cumplen además las condiciones adecuadas de altitud y localización. (Sala 2013)

Sopesando los pros y contras que podría aportar un sistema eólico, se descartó su ubicación en la vivienda por varios motivos.

Primeramente y, aunque se trata de una vivienda aislada, la edificación está rodeada de viviendas de dos plantas, una planta más que la que presenta la vivienda objeto de estudio, por lo que la presencia de obstáculos en todas direcciones dificultaría la generación de electricidad. En segundo lugar, aunque se pudiera disponer del aerogenerador elevándolo por medio de una torre en la parcela, la aceptación por las ordenanzas urbanísticas locales sería difícil puesto que la parcela se encuentra en una zona urbana residencial y generaría un importante impacto visual, mientras que si se opta por la colocación en cubierta, la instalación seguiría sin ser viable por las cargas que tendría que asumir la estructura de la edificación, la cual es de CLT y no está pensada para resistir esos sobreesfuerzos.

Finalmente, el punto más importante para la generación eléctrica por medio de un sistema eólico es la presencia de viento y, en Oviedo, como ya se pudo observar en el estudio del clima, la velocidad media del viento es de 2m/s sobrepasando en raras ocasiones los 4m/s. Con estas velocidades de viento no es factible la colocación de un sistema eólico puesto que, en general, la viabilidad de la instalación comienza a partir de los 4m/s de velocidad del viento, alcanzando una producción óptima con vientos alrededor de los 6 o 7 m/s. (Brusa y Guarnone 2005)

Se opta entonces por un sistema de paneles fotovoltaicos, puesto que la cubierta plana de la vivienda permite una fácil instalación de los mismos.

La energía solar fotovoltaica permite la generación de electricidad a partir de la energía recibida del sol (Sala 2013). Para que esto pueda suceder, se necesita un elemento especial, semiconductor y de superficie amplia el cual es, normalmente, una célula de silicio, cuyo funcionamiento implica la transformación de energía del sol en energía eléctrica por medio de un fenómeno físico que ocurre cuando la radiación solar interacciona con los electrones del material. (Prosperi y Minelli 2005)

El uso de una célula de silicio por sí sola no consigue generar la energía que necesitan los aparatos de una vivienda para funcionar, puesto que no consiguen generar los parámetros de tensión y corriente requeridos, además de no mantener las condiciones de seguridad adecuadas. Por ello, se colocan en módulos fotovoltaicos, donde se protegen y por los cuales se logra conseguir una determinada potencia. Posteriormente estos módulos fotovoltaicos se colocarán adecuadamente conformando conjuntos de paneles conectados en serie y/o en paralelo para obtener el voltaje y la intensidad adecuados, en función de la edificación y sus necesidades. (Prosperi y Minelli 2005)

Aunque en ocasiones la colocación de módulos fotovoltaicos en determinados emplazamientos puede ocasionar dudas a la hora de pensar en el autoabastecimiento energético, se eligieron porque sin duda presentan una serie de ventajas que permitirán su correcto funcionamiento, sobre todo en la latitud a la que se encuentra España, la cual dispone de una gran cantidad de energía solar que actualmente se desaprovecha (Sala 2013). Algunas de las características por

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las cuales se eligió este sistema en vez de otro tipo de sistema renovable se enumeran a continuación:

o La energía fotovoltaica podrá abastecer la vivienda pese a presencia de obstáculos siempre y cuando éstos no se encuentren completamente a oscuras. Este fenómeno es debido a que la radiación llega a la superficie terrestre tanto en forma directa como difusa, la última de las cuales no incide con un ángulo concreto sino que incide con varios ángulos. Por eso, cuando se está ante la presencia de un obstáculo, éste nunca se encuentra completamente a oscuras y, al ser los módulos fotovoltaicos capaces de funcionar con radiación dispersa, se podrá seguir manteniendo el suministro eléctrico (Prosperi y Minelli 2005; Sala 2013). Sin embargo, si funcionan sólo con este tipo de radiación, se pierde eficiencia y, por ende, no se alcanzaría toda la potencia necesaria para la vivienda, con lo cual habrá que dimensionar el sistema completo de forma adecuada para que cubra la demanda en los días más desfavorables y, en el caso de que aun así no sea suficiente, se habrá de disponer de un sistema de baterías que almacenen la energía sobrante de la vivienda en los días más favorables.

o Como ya se ha dicho, el adecuado dimensionado y diseño de la instalación es absolutamente necesario, lo que implica otra ventaja, puesto que si se realiza de forma correcta, los paneles fotovoltaicos tendrán una vida útil elevada y, además, no necesitarán de excesivo mantenimiento. (Sala 2013)

o Según algunos autores, la energía solar fotovoltaica es una de las pocas que respetan al medio ambiente de forma casi total, ya que no implica molestias de ruidos ni vibraciones y su ubicación, siempre y cuando se integren adecuadamente en la construcción o al lugar, no produce un elevado impacto visual puesto que los módulos son de reducidas dimensiones y permiten gran juego en su colocación. (Prosperi y Minelli 2005)

o Por otro lado, las pérdidas ocasionadas por el transporte de energía son minúsculas, puesto que, en edificaciones, los módulos se suelen colocar muy cerca del lugar de consumo, generalmente en las propias cubiertas de los edificios. (Prosperi y Minelli 2005)

o El impacto de la instalación de energía solar fotovoltaica, aunque existe, es mínimo puesto que algunos elementos de los paneles pueden generarse a partir de elementos electrónicos reciclados y el impacto sobre la vegetación y los animales es casi inexistente, ya que generalmente los módulos se ubican en suelo ya ocupado y no generan molestias de ningún tipo. (Prosperi y Minelli 2005)

A pesar de sus numerosas ventajas, la generación de electricidad por medio de energía solar fotovoltaica se puede ver afectada por la presencia de sombras, como ya se ha explicado anteriormente, por la nieve y el viento y por la mala orientación e inclinación de los módulos. Por ello, hay que prestar gran atención a las características del emplazamiento y a una adecuada colocación de los paneles.

En Oviedo, estas condiciones adversas no son preocupantes puesto que tiene un clima templado en el que rara vez hay presencia de nieve y el viento no alcanza velocidades elevadas. Además, alrededor de la parcela predominan las viviendas unifamiliares y no hay presencia de mucha vegetación, mientras la que hay no es elevada, lo que no producirá sombras importantes sobre los paneles y, finalmente, se elegirá la inclinación y orientación lo más óptimas posible, como se podrá ver en el capítulo de cálculos.

B- Climatización-calefacción.

Tras el análisis de las necesidades de climatización de la vivienda objeto de estudio en el emplazamiento elegido para su ubicación por medio del software Design Builder, se llegó a la conclusión de que, aunque la vivienda y el clima característico de la ubicación elegida presentaban en principio, unas características favorables para evitar la necesidad de calefacción en invierno, en algunos momentos de los meses del periodo de invierno las temperaturas

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interiores, alcanzando los 13˚C y manteniéndose alrededor de los 15˚C la mayor parte de tiempo, suponen unas pérdidas de confort considerables.

El Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE) determina que las temperaturas de confort al interior de las viviendas se encuentran entre el rango de los 21˚C y los 23˚C (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) 2012), siendo lo más común el dimensionado de las instalaciones para la obtención de 21˚C, por lo que la necesidad de calefacción es evidente.

Dado que las mayores necesidades de calefacción se relacionaron con la ventilación natural de la vivienda, se plantea desde el primer momento la incorporación de un sistema de ventilación mecánica en la misma para minimizar dichas pérdidas, además, se plantea la ubicación de dicho sistema de ventilación con la incorporación en él de un recuperador de calor.

La vivienda y sus habitantes presentan la necesidad de renovar el aire interior de la misma para mantener las condiciones de salubridad adecuadas. Esta necesidad implica, como se pudo ver en la simulación, unas pérdidas energéticas importantes que, para la consecución de una edificación autosuficiente y eficiente energéticamente hablando, hay que evitar o reducir al mismo.

El sistema de ventilación mecánica con recuperación de calor permite aprovechar las características de temperatura y humedad del aire interior viciado, que se debe de renovar, para mejorar las características del aire exterior que entra a la vivienda, con el que se ha de renovar dicho aire interior. Para evitar que ambos se mezclen, se necesita un aparato que permita este intercambio pero que evite que las corrientes de aire compartan un espacio común. Este aparato es el recuperador de calor, el cual está formado por un conjunto de láminas con entradas y salidas situadas en direcciones opuestas, que evitan el contacto de ambas corrientes y que, a su vez, permiten el intercambio de calor entre el aire exterior y el aire viciado. (IES Estelas de Cantabria [sin fecha])

Por todo ello, se llevó a cabo la simulación de la vivienda con presencia de ventilación mecánica con recuperador de calor y, como se pudo observar, la temperatura interior mínima en los momentos más fríos del año se elevó hasta los 16˚C, manteniéndose alrededor de los 18˚C la mayor parte del tiempo y llegando a alcanzar y superar los 19˚C en numerosos momentos. Así pues, se tomó como válida y necesaria la instalación de un sistema de ventilación mecánica con recuperador de calor ya que, aunque consuma energía, es necesaria para la ventilación de la vivienda y, a mayores, reduce la demanda de calefacción a una necesidad media de aumento de temperatura interior de 2˚C.

Sin embargo, aún con la presencia del recuperador de calor, se hace necesaria una instalación de calefacción para otorgar un confort total y mínimo de 20-21˚C a los inquilinos de la misma. Como se ha explicado anteriormente, esta necesidad de calefacción es mínima porque la mayor parte del tiempo tan sólo habrá que caldear el ambiente una diferencia de 2˚C, por lo que no todo sistema de calefacción será adecuado y eficiente para la vivienda.

Se estudiaron las opciones disponibles entre los sistemas de calefacción que permitirían la autosuficiencia de la vivienda: geotermia, biomasa, electricidad, ACS y, aunque no es considerado en su totalidad un sistema renovable, la aerotermia.

De entre todos esos sistemas, se optó por la instalación de radiadores eléctricos de bajo consumo. Esto fue debido tanto a que las necesidades de calefacción son mínimas durante el periodo de invierno, como a que la electricidad de la vivienda se obtiene de un sistema de paneles fotovoltaicos que aprovechan la energía limpia del sol.

Además, el consumo de los nuevos radiadores eléctricos se está reduciendo notablemente, implementándose los sistemas con el paso del tiempo y suponen una opción de fácil instalación

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en una vivienda ya diseñada y sin grandes espacios para el paso de las instalaciones, ya que no requieren más que un enchufe para funcionar.

El resto de instalaciones se descartó por los motivos explicados a continuación:

o Geotermia:

La geotermia aprovecha la temperatura constante del suelo, generalmente con importantes diferencias con respecto a la temperatura atmosférica, estando más frío en verano y más caliente en invierno para generar calefacción o refrigeración por medio de un circuito que permite el paso del agua por el subsuelo.

La Geotermia se puede disponer por medio de una red horizontal de tuberías que se entierran a menos de 5 metros o bien por medio de una red vertical de tuberías formando pozos de entre 30 y 150 metros de profundidad. (Fernández 2017)

Esta fuente de energía también sirve para generar electricidad, pero para ello la temperatura del suelo ha de rondar los 150˚C, lo cual no ocurre en numerosas ocasiones, exceptuando en zonas volcánicas y, generalmente tan sólo se alcanzan generalmente unos 4˚C de diferencia con el exterior. (Rivas 2019)

Hay que tener en cuenta, que es a partir de los 15 metros cuando el terreno se mantiene a temperatura constante a lo largo del año, por lo que los pozos funcionarán mejor que las instalaciones superficiales y, por otro lado, que para alcanzar 4˚C se pueden llegar a tener que excavar hasta los 100 o 150 metros. (Rivas 2019)

Dichas excavaciones son muy caras, por lo que se suele apoyar la geotermia con un sistema de aerotermia que le aporte el resto de energía necesaria, reduciendo con la geotermia el consumo de la bomba de calor. (Fernández 2017)

En el caso de la vivienda objeto de estudio, se pudo observar en el análisis del clima que la temperatura del suelo a 4 metros de profundidad se mantiene alrededor de los 10˚C en verano y los 15˚C en invierno, por lo que podría ser una ayuda importante.

Sin embargo, la necesidad de calefacción de la vivienda es bastante pequeña mientras que, por otro lado, no se necesita refrigeración y para esas necesidades la geotermia supone un coste muy elevado. Además, la bomba de calor se convierte en una necesidad en la instalación geotérmica en la mayoría de los casos, lo que supondría aún mayor coste y, por otro lado, las bombas de calor obtienen un mayor rendimiento con un funcionamiento continuo y la vivienda no tiene esa necesidad, ya que durante el verano no se conectará la bomba de calor y durante el invierno, con el recuperador de calor no hay necesidad de un sistema de calefacción constante las 24 horas.

o Aerotermia:

Debido a la característica mencionada en el apartado anterior, no se contempla esta opción. Además, la instalación de una bomba de calor requiere más espacio que la de los radiadores eléctricos y la necesidad de conductos para la transmisión de calor, tanto por aire como por agua.

o Biomasa:

La instalación por medio de una estufa, caldera o hidroestufa de biomasa se descartó principalmente por dos motivos. El primero es que, aunque se considera una energía renovable en todos los sentidos, se sigue emitiendo gases de la combustión de los productos de la biomasa, por lo que la vivienda presentaría emisiones de CO2, aunque se seguiría considerando una edificación cero-carbono puesto que, según la IDAE, el carbono liberado en la combustión forma parte del proceso atmosférico actual puesto a que es el que absorberían y liberarían las plantas en su crecimiento (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) 2009).

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Por otro lado, los sistemas cuya instalación no es dificultosa, como son las estufas y las estufas de aire canalizables, no eran viables en la vivienda puesto que, las primeras tan sólo permiten caldear la estancia en la que se encuentran y, las segundas, tan solo se pueden canalizar, de momento, a dos habitaciones diferenciadas a mayores de aquella en la que se encuentra la estufa, mientras que en la vivienda se necesitaría llevar la canalización a tres habitaciones más aquella en la que se encontraría la estufa. (Cointra 2018)

En cuanto a la caldera o la hidroestufa, se necesitaría un sistema de canalización bien por agua y radiadores o Fan-coils, lo cual implicaría un mayor gasto en instalación.

A todo ello se le suma la necesidad de almacenar el combustible de la caldera y la necesidad de espacio cercano a un elemento exterior de la envolvente para poder evacuar los gases y, en la vivienda, al no haberse planteado una sala de instalaciones, no se dispone de ese espacio, lo que es el factor crucial para rechazar este tipo de sistemas.

o Paneles solares térmicos:

Los paneles solares térmicos se descartaron para cubrir las necesidades de calefacción pero no para cubrir las necesidades de agua caliente sanitaria, puesto que son un sistema renovable, que junto con la instalación fotovoltaica aprovecha un recurso, como es el sol, muy abundante en España.

Se descartó su uso para abastecimiento de calefacción, primeramente porque se necesitaría más potencia cuando menos efectividad tienen los paneles, en invierno, por lo que el número de paneles aumentaría considerablemente y, en relación con ello, por la falta de espacio en cubierta para la colocación de los paneles solares térmicos necesarios junto con los paneles fotovoltaicos, poniendo preferencia en los módulos fotovoltaicos, ya que con el consumo eléctrico de los radiadores de bajo consumo, tan sólo hubo que aumentar 2 módulos.

C- Climatización-refrigeración.

Tras el análisis de las necesidades de climatización de la vivienda objeto de estudio en el emplazamiento elegido para su ubicación por medio del software Design Builder, se pudo determinar que las características térmicas de la misma en época de verano, cuando se alcanzan las máximas temperaturas exteriores en Oviedo, eran realmente favorables para evitar la