Caracterización de la demanda energética en los edificios de uso terciario del Barrio de Emprendedores de Cartagena

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CARTAGENA

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial

Caracterización de la demanda energética de los edificios de uso

terciario del Barrio de

Emprendedores de Cartagena.

TRABAJO FIN DE GRADO GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA

Autor: Agustín Sueldo Director: Fernando Illán Gómez

Cartagena, Septiembre 2016

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Justificación y objetivos.

El casco antiguo de Cartagena cuenta con zonas muy deterioradas que incluso en algunos casos llegan a ser insalubres. Es necesario reconstruir estas zonas de la ciudad para así poder continuar con el desarrollo y crecimiento social y económico, no debemos olvidar que en esta ciudad se acojen a unos 340.000 turistas todos los años siendo esto una evidente fuente de ingresos para los comercios locales. Reconstruyendo todas estas zonas conseguiremos crear nuevos atractivos turísticos y ampliar las rutas ya existenetes.

Para llevar a cabo este tipo de proyectos el Ayuntamiento de Cartagena ha firmado un convenio de colaboración con la Universidad Politécnica de Cartagena a raíz del cual surge el Centro de Innovación Urbana desde el que hemos estado trabajando en este proyecto. El Centro de Innovación Urbana forma parte de la red de cátedras de la UPCT y cuenta con un espacio de trabajo en el edificio ELDI de la universidad.

La cátedra CTracción, o Centro de Innovación Urbana, cuenta con un equipo multidisciplinar dentro del cual podemos encontrar el área de eficiencia energética.

El proyecto de rehabilitación consiste en una mejora para la ciudad de Cartagena y cualquier mejora debe contemplar la posibilidad de optimizar nuestros recursos, por ello, desde el área de eficiencia energética se diseña una Red de Distribución de Frío y Calor. Las ventajas de este tipo de infraestructuras son numerosas, pero sin lugar a duda, estaremos contribuyendo a la reduccion del consumo energético con su correspondiente reducción de emisiones de CO2.

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Resumen.

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es realizar el cálculo de la demanda energética de dos edificios de uso terciario, concretamente de un colegio y de un centro cultural.

Del primero de ellos no se disponía de ningún tipo de planos, por lo que fue necesario elaborarlos para poder introducir la geometría del edificio en los programas de cálculo. Partiendo de los datos facilitados por el Ayuntamiento de Cartagena, metros cuadrados destinados para el Colegio y edificabilidad de la parcela, se procede al diseño las diferentes plantas del colegio con ayuda del equipo de arquitectura.

El segundo de los edificios objeto de este TFG, el Centro Cultural, sí que contaba con planos de las diferentes plantas del edificio. Los planos fueron facilitados por los compañeros de arquitectura y posteriormente se introdujo la geometría en los programas de cálculo.

Una vez introducidas las geometrías de ambos edificios se ajustan todos los parámetros necesarios para obtener la demanda térmica de la manera más exacta posible. Introducir estos parámetros requiere mucho tiempo y dedicación, debemos tener en cuenta el uso que se le da a cada edificio, la ocupación, y todo lo que influya en la carga térmica durante el período de un año.

Una vez calculada la demanda térmica de nuestros edificios debemos conectar equipos que satisfagan estas demandas para poder obtener la calificación energética. En nuestro caso no instalaremos equipos convencionales, como ya sabemos el proyecto general consiste en una Red de distrito urbano que dé servicio a todo el Barrio de Emprendedores. Los programas de cálculo utilizados no cuentan con la posibilidad de describir un sistema de esta complejidad por lo que nos vemos obligados a crear sistemas que se comporten de la misma manera que nuestro sistema original.

Para el diseño de la Red de Distribución de Frío y Calor se realizó un estudio previo de viabilidad del proyecto barajando las diferentes alternativas energéticas, como muestra el Anexo A.

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Agradecimientos.

Agradecer a la Universidad Politécnica de Cartagena y al Ayuntamiento de Cartagena por tener este tipo de iniciativas y convenios de colaboración en los que los estudiantes podamos enfrentarnos a problemas reales como puede ser la regeneración de un barrio deteriorado o el diseño de una Red de Frio y Calor.

Agradecer a José Luis Moreno por darnos la oportunidad de colaborar en este proyecto tan ambicioso y provechoso para la ciudad de Cartagena.

Agradecer a Fernando Illán por ser tutor del proyecto y estar siempre dispuesto a colaborar y resolver dudas que han ido surgiendo. Agradecer también su constante interés por enseñar herramientas y técnicas nuevas muy útiles para el proyecto.

Agradecer a los compañeros de proyecto por colaborar en todo lo posible y haber conseguido un ambiente de trabajo en armonía.

Agradecer a los que me han apoyado y han creído en mí, en especial a mi familia.

Agradecer a los que no me han apoyado porque ellos también me han dado fuerzas para seguir adelante.

Gracias a ti, siempre gracias a ti, aunque no hayas estado hasta el final.

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Tabla de contenidos.

Justificación y objetivos. ... 1

Resumen. ... 2

Agradecimientos. ... 3

Tabla de contenidos. ... 4

Tabla de tablas. ... 6

Tabla de imágenes. ... 7

1 Introducción. ... 9

1 Marco y estado del asunto. ... 9

2 Objetivos. ... 10

3 HULC Herramienta Unificada Lider Calener. ... 11

4 Definición geométrica y constructiva. ... 12

4.1 Emplazamiento. ... 12

4.2 Descripción de la zona climática y orientación. ... 13

4.3 Descripción de los edificios. ... 14

4.4 Composición de los cerramientos. ... 15

4.5 Definición de la carpintería. ... 17

4.5.1 Ventanas. ... 17

4.5.2 Puertas. ... 18

4.6 Introducción de datos. ... 18

4.6.1 Edificio Colegio. ... 19

4.6.2 Edificio Centro Cultural. ... 24

5 Definición de las instalaciones de los edificios. ... 27

5.1 Edificio Colegio. ... 27

5.1.1 Calculo de las renovaciones de aire. ... 28

5.1.2 Cálculo de la carga interna. ... 31

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5.1.3 Definición de los horarios. ... 34

5.1.4 Iluminación Colegio. ... 37

5.1.5 Equipos de climatización. ... 37

5.2 Edificio Centro Cultural. ... 44

5.2.1 Calculo de las renovaciones de aire. ... 46

5.2.2 Calculo de la carga interna. ... 47

5.2.3 Definición de los horarios. ... 49

5.2.4 Iluminación Centro Cultural. ... 52

5.2.5 Equipos de climatización. ... 53

6 Resultados obtenidos. ... 57

6.1 Colegio. ... 57

6.2 Centro Cultural. ... 60

6.3 Resultados proporcionados por el software antiguo. ... 63

6.3.1 Colegio. ... 65

6.3.2 Centro Cultural. ... 70

7 Conclusiones ... 75

8 Anexos. ... 76

8.1 Anexo A. ... 76

8.2 Anexo B. ... 76

8.3 Anexo C. ... 76

8.4 Anexo D. ... 76

8.5 Anexo E. ... 76

8.6 Anexo F. ... 76

8.7 Anexo G. ... 76

8.8 Anexo H. ... 76

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Tabla de tablas.

Tabla 1 Composición cubierta. ... 16

Tabla 2 Composición forjado cubierta. ... 16

Tabla 3 Composición forjado entre plantas. ... 16

Tabla 4 Composición forjado sótano. ... 16

Tabla 5 Composición muro exterior. ... 16

Tabla 6 Composición muro terreno. ... 17

Tabla 7 Composición solera. ... 17

Tabla 8 Composición tabique ... 17

Tabla 9 Porcentaje de marco colegio. ... 18

Tabla 10 porcentaje marco centro cultural. ... 18

Tabla 11 RITE renovaciones. ... 29

Tabla 12 Cálculo de las renovaciones. ... 30

Tabla 13 Uso primera planta colegio. ... 31

Tabla 14 Carga Interna ... 33

Tabla 15 Iluminación colegio ... 37

Tabla 16 Demanda y equipos interiores Colegio. ... 38

Tabla 17 Datos de los equipos interiores Colegio. ... 39

Tabla 18 Cálculo de las renovaciones de aire. ... 47

Tabla 19 Carga interna Centro Cultural. ... 48

Tabla 20 Iluminación Centro Cultural. ... 52

Tabla 21 Demanda y equipos interiores Centro Cultural. ... 53

Tabla 22 Datos de los equipos interiores Centro Cultural.f ... 54

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Tabla de imágenes.

Ilustración 1 HULC ... 11

Ilustración 2 Localización de Monte Sacro. ... 12

Ilustración 3 Localización de las fincas. ... 13

Ilustración 4 Orientación del Colegio ... 13

Ilustración 5 Orientación centro cultural. ... 14

Ilustración 6 Ejemplo de un cerramiento. ... 19

Ilustración 7 Vista lateral 1 del edificio. ... 20

Ilustración 8 Vista lateral 2 del edificio. ... 20

Ilustración 9 Muros en contacto con el terreno. ... 21

Ilustración 10 DB HE1 [1] ... 22

Ilustración 11 Cumplimiento de DB-HE1 [1] Colegio. ... 23

Ilustración 12 Espacio con dos alturas. ... 24

Ilustración 13 Centro cultural, zona baja de la parcela. ... 25

Ilustración 14 Centro cultural, zona alta de la parcela. ... 25

Ilustración 15 Cumplimiento de DB-HE1 [1] Centro Cultural. ... 26

Ilustración 16 Colegio en programa Calener, vista 1. ... 27

Ilustración 17 Colegio en programa Calener, vista 2. ... 28

Ilustración 18 Método de cálculo carga interna ... 32

Ilustración 19 Horario diario. ... 34

Ilustración 20 Horario semanal Colegio, ... 35

Ilustración 21 Horario anual Colegio. ... 36

Ilustración 22 Calefaccíon ... 40

Ilustración 23 Planta enfriadora. ... 41

Ilustración 24 Introducción de fan coils. ... 43

Ilustración 25 Subsistemas y espacios. ... 43

Ilustración 26 Relación entre espacio y subsistema. ... 44

Ilustración 27 Error de exportación a Calener. ... 45

Ilustración 28 Vista 1 Centro Cultural (Calener). ... 45

Ilustración 29 Vista 2 Centro Cultural (Calener). ... 46

Ilustración 30 Horario Infiltraciones vacaciones. ... 50

Ilustración 31 Horario Infiltraciones laboral... 51

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Ilustración 32 Caldera de Biomasa. ... 56

Ilustración 33 Resultados de la calificación energética del Colegio. ... 57

Ilustración 34 Consumo de energía final Colegio. ... 58

Ilustración 35 HE0 Colegio. ... 59

Ilustración 36 Demanda hora a hora calefaccion Colegio. ... 60

Ilustración 37 Demanda hora a hora refrigeración Colegio. ... 60

Ilustración 38 Resultados de la calificación energética del Centro Cultural. .... 61

Ilustración 39 Consumo energía final Centro Cultural. ... 61

Ilustración 40 HE0 Centro Cultural. ... 62

Ilustración 41 Demanda hora a hora refrigeración Centro Cultural. ... 62

Ilustración 42 Demanda hora a hora refrigeración Centro Cultural. ... 63

Ilustración 43 Códio eliminado para cambio de versión. ... 64

Ilustración 44 Calener 3.21 ... 64

Ilustración 45 Etiqueta energética Colegio. ... 65

Ilustración 46 Etiqueta Colegio detallada. ... 66

Ilustración 47 Emisiones de CO2 Colegio. ... 67

Ilustración 48 Biomasa consumida Calefacción Colegio. ... 68

Ilustración 49 Comparativa consumo biomasa. ... 69

Ilustración 50 Etiqueta energética Centro Cultural. ... 70

Ilustración 51 Etiqueta detallada Centro Cultural. ... 71

Ilustración 52 Emisiones CO2 Centro Cultural ... 72

Ilustración 53 Consumo de biomasa calefacción Centro Cultural. ... 73

Ilustración 54 Comparativa consumo biomasa Centro Cultural. ... 74

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1 Introducción.

Existen en Cartagena zonas que no han sido rehabilitadas, el casco antiguo cuenta con un barrio que necesita ser reconstruido para integrarse en la ciudad.

Barrio de Emprendedores como iniciativa público-privada y desde un espacio urbano y singular, oferta servicios e infraestructuras destinadas a la promoción de emprendedores de la nueva economía en la ciudad de Cartagena, creando las condiciones óptimas para alcanzar desde el emprendimiento y la innovación resultados eficientes en la nueva economía basada en el conocimiento y la creatividad.

El Barrio de Emprendedores es un proyecto estratégico de Cartagena que contempla el desarrollo económico, urbano y social de la ciudad. Basado en una serie de actuaciones ya realizadas sobre el centro histórico, El Barrio de Emprendedores aúna todas las intervenciones necesarias para ser un motor de reactivación y dinamismo del territorio. Los ejes vertebradores son la emprendeduría, la universidad, el talento, la regeneración urbana, la cohesión social, el turismo, el posicionamiento estratégico de la ciudad y la sostenibilidad, a través de los cuales se materializará la estrategia del proyecto.

1 Marco y estado del asunto.

El Ayuntamiento de Cartagena ha firmado un convenio de colaboración con la Universidad Politécnica de Cartagena para dar impulso a todo este tipo de proyectos innovadores para la ciudad. De este convenio surge el Centro de Innovación Urbana que cuenta con cuatro áreas de trabajo, arquitectura, eficiencia energética, tecnologías de la información y la comunicación y por último economía y finanzas. Mi trabajo se enmarca en el área de eficiencia energética que se centra en el diseño de una Red de Distribución de Frío y Calor.

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2 Objetivos.

El objetivo del área de eficiencia energética del Centro de Innovación Urbana es el diseño de una Red de Distribución de Frío y Calor. Para ello es necesario conocer la demanda de todos los edificios que irán conectados a la red. Este Trabajo Final de Grado consiste en obtener la demanda de dos edificios de uso terciario, un colegio y un centro cultural, que formarán parte del Barrio de Emprendedores. Lo que realmente queremos conseguir son edificios con calificación energética tipo A.

Del primero de ellos, el colegio, no se disponía de ningún tipo de planos, por lo que fue necesario elaborarlos para poder introducir la geometría del edificio en los programas de cálculo. Partiendo de los datos facilitados por el Ayuntamiento de Cartagena, metros cuadrados destinados para el Colegio y edificabilidad de la parcela, se procede al diseño las diferentes plantas del colegio con ayuda del equipo de arquitectura.

El segundo de los edificios objeto de este TFG, el Centro Cultural, sí que contaba con planos de las diferentes plantas del edificio. Los planos fueron facilitados por los compañeros de arquitectura y posteriormente se introdujo la geometría en los programas de cálculo.

Para conseguir los objetivos de este TFG se ha utilizado la Herramienta Unificada Lider Calener (HULC) que nos facilita el Ministerio de Industria, Energía y Turismo. Esta herramienta, nos permite verificar que nuestro edificio cumple con la HE0 y la HE1, y también podremos obtener la calificación energética y la etiqueta que estamos buscando. Para conseguir los objetivos marcados ha sido necesario realizar modificaciones en los edificios planteados inicialmente, se explicarán más adelante. Esta misma herramienta, HULC, la utilizaremos para obtener la demanda hora a hora de un año completo para cada uno de los edificios. Estos datos serán parte de la información de partida para el diseño de la red.

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3 HULC Herramienta Unificada Lider Calener.

Con esta herramienta seremos capaces de verificar el cumplimiento de la HE0 y la HE1, además de obtener la etiqueta energética de los edificios. HULC tiene dos partes claramente diferenciadas, por un lado tenemos Lider que es utilizado para definir la envolvente térmica del edificio y comprobar que se cumple con la HE1. Por otro lado tenemos Calener que será el encargado de recoger toda la información relativa a equipos de climatización y ACS que nos permitirá comprobar el cumplimiento de la HE0 y obtener la etiqueta energética.

Dentro de la herramienta HULC existen dos versiones de Calener, VYP y GT, cada una de ellas ha sido diseñada para un tipo de edificio. En este caso he utilizado la versión Calener GT por ser una herramienta mucho más completa, y además, modificando adecuadamente los ficheros de entrada, es posible que proporcione un informe con la demanda hora a hora del edificio, algo que no ocurre con Calener VYP.

Ilustración 1 HULC

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4 Definición geométrica y constructiva.

En esta primera parte se trabaja con el software Lider que está integrado en la herramienta HULC.

4.1 Emplazamiento.

Ambos edificios estarán situados en la localidad de Cartagena, concretamente en Monte Sacro, siendo ésta una zona muy degradada del Casco Antiguo, situada en un punto estratégico para la Universidad Politécnica de Cartagena.

Ilustración 2 Localización de Monte Sacro.

En los Planos de Ordenación facilitados por el Ayuntamiento de Cartagena contamos con una parcela de 991 m² con una edificabilidad del 90 % para la construcción de un Colegio.

Por otro lado contamos con una parcela de 1270 m² y una edificabilidad del 90 % para la construcción del Centro cultural.

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Ilustración 3 Localización de las fincas.

4.2 Descripción de la zona climática y orientación.

Para la simulación de los edificios proyectados es necesario definir la zona climática donde se encuentra según el código técnico de la edificación HE1, la zona climática en nuestro caso corresponde a la B3. La orientación de los edificios la conseguimos con la ayuda de Google Earth.

Ilustración 4 Orientación del Colegio

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Ilustración 5 Orientación centro cultural.

4.3 Descripción de los edificios.

Por petición del ayuntamiento de Cartagena y de acuerdo a los Planes de Ordenación Urbana de dicho ayuntamiento, es necesaria la construcción de un nuevo colegio en la zona del Barrio de Emprendedores.

En la zona de Monte Sacro existen desniveles importantes en el terreno, para solventar esta situación el edificio se construirá adaptándolo al terreno. En la zona de la finca con menor altura se construirán cuatro plantas y en las zonas con más altura solo se construirán dos plantas.

Cada una de las plantas estará formada por los siguientes espacios:

1. La planta baja estará constituida por el Hall de entrada, conserjería, dirección, aseos, almacén, despachos y escalera.

2. La primera planta cuenta con laboratorios o aula taller, aseos, escaleras y una sala de estudios.

3. La segunda planta estará formada por 8 aulas, escaleras pasillos y sala de estudios.

4. La tercera planta tiene la misma distribución que la planta segunda.

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Por otro lado el Ayuntamiento de Cartagena proyecta un centro cultural para la misma zona dentro del Barrio de Emprendedores. Éste edificio diseñado completamente por los compañeros de arquitectura tiene una geometría bastante compleja en sus espacios interiores. Existe un hueco que comunica la planta primera con la planta segunda convirtiendo ambas en un solo espacio.

Cada una de sus plantas estará formada por los diferentes espacios:

1. La planta baja estará compuesta de dos alturas diferentes para salvar el desnivel existente en la parcela, ésta ser compondrá de conserjería, escaleras y un espacio diáfano en el que se realizarán exposiciones.

2. En la primera planta encontraremos aulas de formación, talleres, despachos y aseos.

3. La segunda planta será a efectos prácticos igual que la primera, contará con aulas de formación, talleres, despachos y aseos.

4. La tercera planta podremos encontrar una cafetería, una sala de estudios y un almacén para los servicios de limpieza y mantenimiento.

5. En la cuarta planta encontraremos una segunda sala de exposición.

Para más información de la distribución en planta de los edificios consultar los planos Anexo B.

4.4 Composición de los cerramientos.

Con la ayuda del equipo de arquitectura del Centro de Innovación Urbana de Cartagena se ha definido la composición de los cerramientos de los edificios. Al tratarse de edificios en fase de proyecto no existe dificultad alguna en este aspecto, no obstante, podrían surgir modificaciones a la hora de la ejecución.

Ambos edificios contarán con los mismos materiales y tecnologías de construcción, utilizando los mismos cerramientos, la misma carpintería y el mismo tipo de iluminación. Debemos tener en cuenta que son edificios del mismo promotor y que han sido proyectados simultáneamente.

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Tabla 1 Composición cubierta.

Tabla 2 Composición forjado cubierta.

Tabla 3 Composición forjado entre plantas.

Tabla 4 Composición forjado sótano.

Tabla 5 Composición muro exterior.

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Tabla 6 Composición muro terreno.

Tabla 7 Composición solera.

Tabla 8 Composición tabique

4.5 Definición de la carpintería.

4.5.1 Ventanas.

Teniendo en cuenta que se trata de un barrio que será referencia internacional en materia de eficiencia energética, el Ayuntamiento de Cartagena debe asumir la responsabilidad de instalar una carpintería acorde al proyecto.

Se instalarán ventanas VER_PVC con dos cámaras, teniendo en cuenta que su comportamiento térmico es muy bueno y asumiendo el incremento del presupuesto que esto supondrá. Los vidrios que se instalaran serán Dobles bajo emisivo <0,03.

Se ha calculado el porcentaje de marco en función del tamaño de cada ventana para poder introducir los datos al programa. También es necesario introducir la permeabilidad al aire de las ventanas, para esto se han sacado datos de una guía técnica de ventanas.

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Tabla 9 Porcentaje de marco colegio.

Tabla 10 porcentaje marco centro cultural.

4.5.2 Puertas.

En el caso de las puertas, menos numerosas que las ventanas, se instalarán marcos metálicos con rotura de puente térmico y sin acristalamientos.

El programa utilizado no diferencia puertas y ventanas, considera ambas cosas como huecos en los muros de nuestro edificio. Para introducir estos parámetros en el programa consideramos que la puerta se trata de una ventana con el 99 % de marco. La permeabilidad al aire de las puertas se ha obtenido de la misma guía técnica utilizada para las ventanas.

4.6 Introducción de datos.

El software Lider nos permite verificar que el edificio cumple con la DB HE1, requisito indispensable para que el proyecto pueda ser ejecutado. Se han introducido cuidadosamente todos los materiales utilizados para la construcción del edificio así como la carpintería utilizada y el uso que se le dará a cada espacio del edificio.

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4.6.1 Edificio Colegio.

4.6.1.1 Introducción de cerramientos.

Para comenzar a trabajar es necesario introducir la composición de los cerramientos que se van a utilizar en la construcción del edificio, en la imagen podemos ver un ejemplo de cómo se han ido introduciendo todos los cerramientos.

Ilustración 6 Ejemplo de un cerramiento.

4.6.1.2 Introducción de la geometría.

Una vez tenemos todos los cerramientos cargados en nuestra base de datos procedemos a definir la geometría del edificio en cuestión. El colegio se ubica en una parcela con un gran desnivel por lo que se opta por la construcción de un edificio de altura variable. En el extremo más bajo de la finca el edificio contará

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20 consiguiendo de esta manera cumplir con la edificabilidad aprovechando al máximo el espacio disponible.

Ilustración 7 Vista lateral 1 del edificio.

Ilustración 8 Vista lateral 2 del edificio.

Existen espacios dentro de nuestro edificio en los cuales la carga térmica es prácticamente nula. Esto ocurre porque al construir el edificio de altura variable algunos de los muros del edificio han quedado en contacto con el terreno, si al mismo tiempo el espacio al que corresponde ese muro no tiene muros que den

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al exterior o éstos son de tamaño reducido, la carga térmica del mismo será prácticamente nula. En la imagen que se expone a continuación podemos observar en color rosa los muros que están en contacto con el terreno.

Ilustración 9 Muros en contacto con el terreno.

Los espacios que tienen muros en contacto con el terreno también contactan con el terreno por el suelo, reduciendo aún más la carga térmica de los mismos.

Si a ello le añadimos que los muros restantes estén en contacto con otros espacios interiores, estamos en la situación de un espacio que no percibe más carga térmica que la que suponga su uso. Esto significa que en estos espacios la carga térmica vendrá determinada por la iluminación, la ocupación o los equipos que en él existan.

Por motivos de distribución en planta de nuestro edificio, los espacios antes mencionados corresponden a los aseos del colegio. Un aseo tiene una ocupación muy baja por lo tanto la carga térmica por ocupación será baja.

Además en los aseos del colegio no se instalarán equipos que puedan incrementar la carga térmica del espacio. Solo nos queda la iluminación siendo ésta la responsable de la poca carga que tendrán estos espacios.

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22 4.6.1.3 Resultados obtenidos en Lider.

Nuestro edificio debe cumplir con la normativa vigente en materia de eficiencia energética, esto implica que debe cumplir con la HE1 y la HE0. No podemos saber si cumple con la HE0 hasta que se definan las instalaciones del edificio

Ilustración 10 DB HE1 [1]

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Ilustración 11 Cumplimiento de DB-HE1 [1] Colegio.

Como podemos ver nuestro edificio cumple con la normativa vigente, sin el cumplimiento de ésta normativa el proyecto no podría ser ejecutado.

En un primer modelo nuestro edificio no cumplía con la DB HE1 y fue necesario hacer algunas modificaciones para que su comportamiento térmico fuera el adecuado. Las medidas que se tomaron fueron las siguientes:

1. En primer lugar se redujo el tamaño de las ventanas, de esta manera conseguimos acercarnos a la exigencia pero no fue suficiente.

2. También fue necesario actuar en el espesor del aislante utilizado en la cubierta del edificio.

3. Entre el forjado y la cubierta del edificio queda una buhardilla no habitable, en un principio ésta no tenía ventilación, lo que incrementaba notablemente la carga del edificio. Se configuro una renovación de aire para este espacio no habitable consiguiendo que nuestro edificio cumpla con la DB HE1.

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24 4.6.2 Edificio Centro Cultural.

4.6.2.1 Introducción de la geometría.

En este caso, como ya hemos comentado anteriormente, los planos han sido facilitados por compañeros de arquitectura. La parcela, igual que ocurre con la parcela del colegio, tiene un desnivel importante. Por este motivo el edificio tiene una geometría peculiar, la planta baja cuenta con dos alturas. Podemos ver un ejemplo de este tipo de construcciones en la siguiente imagen.

Ilustración 12 Espacio con dos alturas.

Para salvar el desnivel existente en la parcela, el edificio contará con la planta de dos alturas antes mencionada y tendrá acceso tanto por la parte superior de dicha planta como por la parte inferior.

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Ilustración 13 Centro cultural, zona baja de la parcela.

Ilustración 14 Centro cultural, zona alta de la parcela.

4.6.2.2 Resultados en Lider.

De la misma manera que el colegio, el centro cultural debe cumplir con las exigencias del DB HE1 [1] en materia de eficiencia energética.

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Ilustración 15 Cumplimiento de DB-HE1 [1] Centro Cultural.

En éste caso, el edificio cumple con la normativa en materia de eficiencia energética sin necesidad de realizar modificaciones. En cualquier caso nuestro edificio cumple con la normativa vigente por lo tanto el proyecto ya está en condiciones de seguir adelante.

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5 Definición de las instalaciones de los edificios.

En esta segunda etapa del trabajo utilizaremos el software Calener GT que está integrado en la HULC.

5.1 Edificio Colegio.

Para obtener la demanda térmica de los diferentes espacios del colegio es necesario realizar la exportación del edificio introducido en Lider al software Calener GT.

Una vez hemos exportado nuestra geometría es necesario corregir algunos errores que surgen durante este proceso. Con el edificio correctamente exportado y corregido en Calener comenzamos a definir todos los parámetros que influyen en la carga térmica del mismo.

Ilustración 16 Colegio en programa Calener, vista 1.

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Ilustración 17 Colegio en programa Calener, vista 2.

5.1.1 Calculo de las renovaciones de aire.

Las renovaciones de aire son un factor muy importante a la hora de obtener la demanda térmica del edificio. Además de mantener una temperatura agradable en el ambiente del local es imprescindible que el aire sea lo más puro posible y sin olores. Para ello es preciso un sistema de ventilación que, de modo coordinado con el sistema de climatización (sea calefacción o refrigeración), aporte el caudal de aire exterior suficiente para evitar la concentración de contaminantes en locales con determinada actividad humana. Una buena manera es utilizar la cantidad de CO2 presente en el ambiente cómo un indicador de la calidad de éste.

Para el cálculo de éste parámetro recurrimos al RITE, concretamente a DB HS3 en el que se nos facilitan cinco métodos de cálculo diferentes. En nuestro caso utilizaremos el primero, el método indirecto, que fija el caudal de aire exterior en función del número de personas presentes en el interior.

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Tabla 11 RITE renovaciones.

Según se nos indica en la tabla, para la actividad a la que está destinado nuestro edificio necesitamos tener aire de buena calidad en el interior del edificio. Esto implica una renovación mínima de 12,5 l/s por persona. Los resultados se pueden ver en la siguiente tabla.

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Tabla 12 Cálculo de las renovaciones.

Espacio Designación Personas Ren.(m^3/h) Vol.(m^3) RITE (m^3/h per) Ren./hora

P01_E01 Despachos 8 360 249 45 1,44578313

P01_E02 Dirección 2 90 116 45 0,77586207

P01_E03 Despachos 8 360 188 45 1,91489362

P01_E04 Conserjería 3 135 188 45 0,71808511

P01_E05 Aseos 0 187 45 0

P01_E06 Escalera 0 168 45 0

P01_E07 Pasillo 0 589 45 0

P02_E01 Laboratorio 15 675 203 45 3,32512315

P02_E02 Sala de estudios 24 1080 367 45 2,94277929

P02_E03 Laboratorio 15 675 203 45 3,32512315

P02_E04 Aseos 0 187 45 0

P02_E05 Escalera 0 167 45 0

P02_E06 Laboratorio 15 675 187 45 3,60962567

P02_E07 Laboratorio 15 675 187 45 3,60962567

P02_E08 Laboratorio 15 675 187 45 3,60962567

P02_E09 Pasillo 0 769 45 0

P03_E01 Aula 31 1395 204 45 6,83823529

P03_E03 Aula 31 1395 204 45 6,83823529

P03_E04 Aseos 0 187 45 0

P03_E05 Escalera 0 168 45 0

P03_E06 Aula 31 1395 187 45 7,45989305

P03_E07 Aula 31 1395 187 45 7,45989305

P03_E08 Aula 31 1395 187 45 7,45989305

P03_E09 Aseos 0 187 45 0

P03_E10 Aula 31 1395 187 45 7,45989305

P03_E11 Aula 31 1395 187 45 7,45989305

P03_E12 Aula 31 1395 187 45 7,45989305

P03_E13 Pasillo 0 1009 45 0

P04_E01 Aula 31 1395 185 45 7,54054054

P04_E03 Aula 31 1395 170 45 8,20588235

P04_E04 Aula 31 1395 185 45 7,54054054

P04_E05 Escalera 0 152 45 0

P04_E06 Pasillo 0 1009 45 0

P04_E07 Aula 31 1395 170 45 8,20588235

P04_E08 Aseos 0 170 45 0

P04_E09 Aula 31 1395 170 45 8,20588235

P04_E10 Aseos 0 170 45 0

P04_E11 Aula 31 1395 170 45 8,20588235

P04_E12 Aula 31 1395 170 45 8,20588235

P04_E13 Aula 31 1395 170 45 8,20588235

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5.1.2 Cálculo de la carga interna.

Tabla 13 Uso primera planta colegio.

En la tabla anterior tenemos como ejemplo el uso de la primera planta del edificio. Como podemos ver el programa nos pide que identifiquemos la carga interna de cada espacio de nuestro edificio, para ello hemos recurrido al Código Técnico.

La carga interna debe ser calculada teniendo en cuenta la carga por ocupación, la carga por los equipos y la carga por iluminación, siendo la primera la más relevante de las tres. Según el Código Técnico la carga interna que genera una persona en estado de reposo (trabajo intelectual) es de 102 w.

Además nos dice que para que un espacio sea considerado de alta carga interna debe superar los 10 W/m².

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32

Ilustración 18 Método de cálculo carga interna

A continuación se puede ver la carga interna por ocupación que tendrá cada uno de los espacios del edificio. Partiendo de estos cálculos hemos ido configurando cada espacio en el programa considerando Alta Carga Interna a todos aquellos espacios que superen el valor de 10 W/m^2.

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Tabla 14 Carga Interna

Espacio Designación Personas Área (m^2) Carga Int. W/m^2

P01_E01 Despachos 8 62 13,16129032

P01_E02 Dirección 2 29 7,034482759

P01_E03 Despachos 8 51 16

P01_E04 Conserjería 3 51 6

P01_E05 Aseos 46 0

P01_E06 Escalera 42 0

P01_E07 Pasillo 147 0

P02_E01 Laboratorio 15 50 30,6

P02_E02 Sala de estudios 24 91 26,9010989

P02_E03 Laboratorio 15 50 30,6

P02_E04 Aseos 46 0

P02_E06 Laboratorio 15 46 33,26086957

P02_E07 Laboratorio 15 46 33,26086957

P02_E08 Laboratorio 15 46 33,26086957

P03_E01 Aula 31 51 62

P03_E03 Aula 31 51 62

P03_E04 Aseos 46 0

P03_E06 Aula 31 46 68,73913043

P03_E07 Aula 31 46 68,73913043

P03_E08 Aula 31 46 68,73913043

P03_E09 Aseos 46 0

P03_E10 Aula 31 46 68,73913043

P03_E11 Aula 31 46 68,73913043

P03_E12 Aula 31 46 68,73913043

P04_E01 Aula 31 51 62

P04_E03 Aula 31 46 68,73913043

P04_E04 Aula 31 51 62

P04_E07 Aula 31 46 68,73913043

P04_E08 Aseos 46 0

P04_E09 Aula 31 46 68,73913043

P04_E10 Aseos 46 0

P04_E11 Aula 31 46 68,73913043

P04_E12 Aula 31 46 68,73913043

P04_E13 Aula 31 46 68,73913043

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34 5.1.3 Definición de los horarios.

Para poder conocer la carga térmica del edificio es necesarios definir los horarios de uso del edificio, de esta manera el programa sabrá en que momento del día hay gente en el interior generando o absorbiendo calor.

Nuestro colegio como cualquier otro colegio público estará abierto de lunes a viernes por las mañanas y por las tardes, tenemos que tener en cuenta que por las tardes la ocupación se reduce a la mitad. Además tenemos que definir los períodos de vacaciones en los cuales permanecerá cerrado. Los meses de julio y agosto el colegio permanecerá cerrado, en vacaciones de navidad también estará cerrado desde el 15 de diciembre hasta el 15 de enero.

Ilustración 19 Horario diario.

En la ventana anterior podemos ver cómo evoluciona la ocupación del colegio a lo largo del día. El colegio abrirá a las 7:00 am con una ocupación del 50%, a partir de las 8:00 am la ocupación será del 100% hasta las 14:00 pm, a partir de

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esta hora la ocupación será del 50% hasta las 20:00 horas. Ésta ocupación se repetirá de lunes a viernes en período de clases.

Ilustración 20 Horario semanal Colegio,

Los sábados y domingos, al igual que en los períodos de vacaciones, el colegio permanecerá vacío.

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36

Ilustración 21 Horario anual Colegio.

En la imagen podemos el horario anual del colegio que como hemos comentado anteriormente cuenta con dos períodos vacacionales.

Además de estos horarios hemos definido horarios para las infiltraciones, horarios para calefacción y horarios para refrigeración. Tenemos que tener en cuenta que las infiltraciones no existen cuando los equipos de ventilación están encendidos, ya que estos elevan la presión del interior del edificio evitando una entrada adicional de aire desde el exterior. También es necesario definir horarios para los equipos ya que al tratarse de un centro de enseñanza permanecerá cerrado durante los períodos de vacaciones.

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5.1.4 Iluminación Colegio.

Tabla 15 Iluminación colegio

5.1.5 Equipos de climatización.

Nuestros edificios no contarán con equipos de climatización convencionales.

Los sistemas primarios se sustituyen por la Red de Distribución de Frio y Calor y los subsistemas secundarios serán abastecidos térmicamente por ésta red. La

Espacio Designación Área (m^2) Pot.(W/m^2) Tipo de luminaria Potencia (W)

P01_E01 Despachos 62 4,4 Fluerescente no ventilada 272,8

P01_E02 Dirección 29 4,4 Fluerescente no ventilada 127,6

P01_E03 Despachos 51 4,4 Fluerescente no ventilada 224,4

P01_E04 Conserjería 51 4,4 Fluerescente no ventilada 224,4

P01_E05 Aseos 46 4,4 Fluerescente no ventilada 202,4

P01_E06 Escalera 42 4,4 Fluerescente no ventilada 184,8

P01_E07 Pasillo 147 4,4 Fluerescente no ventilada 646,8

P02_E01 Laboratorio 50 4,4 Fluerescente no ventilada 220

P02_E02 Sala de estudios 91 4,4 Fluerescente no ventilada 400,4

P02_E03 Laboratorio 50 4,4 Fluerescente no ventilada 220

P02_E06 Laboratorio 46 4,4 Fluerescente no ventilada 202,4

P03_E01 Aula 51 4,4 Fluerescente no ventilada 224,4

P05_E01 Guardilla 863 0 No procede 0

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38 red se extenderá a lo largo del Barrio de Emprendedores pasando por edificios públicos de las inmediaciones del barrio.

Los subsistemas secundarios con los que cuentan nuestros edificios son ventiloconvectores o fan coils que se instalarán en los diferentes espacios en función de la demanda térmica de los mismos. Estas demandas las obtenemos con el programa Calener GT. Los datos de los dispositivos han sido obtenidos de un catálogo de la marca AERMEC Anexo C., la configuración de los mismos se puede ver en las siguientes tablas.

Tabla 16 Demanda y equipos interiores Colegio.

Columna1 Columna2 Potencia kW Potencia kW2 Fan Coil Dispositivo

Espacio Designación Calefacción (consigna 21) Refrigeración (consigna 25)

P01_E01 Despachos 2,71 1,23 si UL16

P01_E02 Dirección 0,99 0,61 si UL11

P01_E03 Despachos 2,3 1,15 si UL16

P01_E04 Conserjería 1,16 0 si UL11

P01_E05 Aseos 1,75 0 no UL11

P01_E06 Escalera 1,27 0 no UL11

P01_E07 Pasillo 5,12 0 si UL26

P02_E01 Laboratorio 3,22 4,38 si UL26 x2

P02_E02 Sala de estudios 5,51 7,56 si UL36x2 + UL26

P02_E03 Laboratorio 3,22 4,33 si UL36x2

P02_E04 Aseos 0,93 1,1 no

P02_E05 Escalera 0,72 0,94 no

P02_E06 Laboratorio 3,85 2,72 si UL36

P02_E09 Pasillo 4,73 6,9 si 3xUL36

P03_E01 Aula 6,72 8,14 si 3xUL36

P03_E03 Aula 6,72 8,14 si 3xUL36

P03_E04 Aseos 0,92 1,09 no

P03_E06 Aula 6,71 7,88 si UL36x2 + UL26

P03_E07 Aula 6,71 7,89 si UL36x2 + UL26

P03_E08 Aula 6,71 7,91 si UL36x2 + UL26

P03_E09 Aseos 1,55 0 no

P03_E10 Aula 7,4 6,48 si 3xUL36

P03_E11 Aula 7,4 6,48 si 3xUL36

P03_E12 Aula 7,48 6,48 si 3xUL36

P03_E13 Pasillo 6,18 11,15 si 4xUL36

P04_E01 Aula 6,57 8,07 si 3xUL36

P04_E03 Aula 6,6 7,82 si UL36x2 + UL26

P04_E04 Aula 6,57 8,07 si 3xUL36

P04_E06 Pasillo 4,4 12,93 si 4xUL36

P04_E07 Aula 6,6 7,82 si UL36x2 + UL26

P04_E08 Aseos 0,8 1,03 no

P04_E09 Aula 6,6 7,85 si UL36x2 + UL26

P04_E10 Aseos 0,82 1,17 no

P04_E11 Aula 6,6 7,85 si UL36x2 + UL26

P04_E12 Aula 6,6 7,85 si UL36x2 + UL26

P04_E13 Aula 6,69 7,84 si UL36x2 + UL26

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A la hora de introducir todos estos subsistemas secundarios en el programa, necesitaremos una serie de datos que obtenemos del catálogo. En algunos casos ha sido necesario realizar cambios de unidades.

Tabla 17 Datos de los equipos interiores Colegio.

Al final de las columnas de la tabla anterior podemos ver los valores totales de caudales, potencias y pérdidas que tendremos que instalar para dar suministro a nuestro edificio.

Como ya hemos comentado, nuestro edificio irá conectado a una Red de Distribución de Frío y Calor (RFC). El software utilizado no está preparado para este tipo de instalaciones por lo que nos vemos obligados a plantear un sistema que se comporte de igual manera que el planteado inicialmente. Como resultado del estudio de viabilidad previo a este proyecto hemos concluido que lo óptimo

Dispositivo Calefacción Frio Sensible Caudal aire (m³/h) Caudal de agua (l/h) Altura (kpa) Pérdida (mca)

UL16 2,91 1,2 0,99 240 255 4 0,4076

UL11 1,06 0,54 0,39 80 93 1 0,1019

UL16 2,91 1,2 0,99 240 255 4 0,4076

UL11 1,06 0,54 0,39 80 93 1 0,1019

UL11 2,01 0,84 0,7 180 176 2 0,2038

UL11 1,46 0,68 0,53 120 128 1 0,1019

UL26 4,62 2,03 1,64 350 405 11 1,1209

UL26 x2 9,24 4,06 3,28 700 810 22 2,2418

UL36x2 + UL26 9,95 7,69 5,72 1270 1323 11 1,1209

UL36x2 7,6 4,58 3,24 700 788 6 0,6114

UL36 3,53 2,83 2,04 460 487 3 0,3057

UL26 4,62 2,03 1,64 350 405 11 1,1209

3xUL36 10,59 6,87 4,86 1050 1182 9 0,9171

3xUL36 10,59 8,49 6,12 1380 1461 9 0,9171

UL36x2 + UL26 9,95 7,69 5,72 1270 1323 11

3xUL36 10,59 8,49 6,12 1380 1461 9 0,9171

UL36x2 + UL26 9,95 7,69 5,72 1270 1323 11 1,1209

3xUL36 10,59 6,87 4,86 1050 1182 9 0,9171

4xUL36 14,12 11,32 8,16 1840 1948 12 1,2228

3xUL36 10,59 8,49 6,12 1380 1461 54,9 5,59431

UL36x2 + UL26 9,95 7,69 5,72 1270 1323 11 1,1209

3xUL36 10,59 8,49 6,12 1380 1461 54,9 5,59431

4xUL36 14,12 11,32 8,16 1840 1948 73,2 7,45908

UL36x2 + UL26 9,95 7,69 5,72 1270 1323 11 1,1209

276,91 199,72 32600 34726 44,7341

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40 calderas de biomasa para generar calor. Por un lado necesitaremos calor para suministrar calefacción en los meses de invierno. Por otro lado necesitaremos calor para abastecer a las máquinas de absorción que instalaremos en nuestros edificios.

Partiendo de los resultados de la tabla anterior y teniendo en cuenta la conclusión del estudio de viabilidad estamos en disposición de introducir los subsistemas primarios del edificio.

Ilustración 22 Calefaccíon

Una caldera de biomasa que irá conectada a un circuito hidráulico de agua caliente para dar suministro a los subsistemas secundarios de los diferentes espacios de nuestro edificio.

En este caso tenemos una demanda de calefacción de aproximadamente 180 kW, para seleccionar la caldera recurrimos a un catálogo de la marca VIESMANN. La caldera seleccionada es la PYROT220, el catalogo nos facilita los datos necesarios para introducirlos en el software, para más información consulta en el Anexo D.

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Ilustración 23 Planta enfriadora.

La máquina de absorción de la que hablábamos antes estará conectada a tres circuitos hidráulicos. Por un lado tenemos el circuito hidráulico de agua fría que será el encargado de abastecer a los subsistemas secundarios para que refrigeren el edificio. Tendremos otra caldera que abastecerá a nuestra planta enfriadora con agua caliente necesaria para su funcionamiento. Por último, hemos instalado un circuito hidráulico de agua bruta. Del estudio de viabilidad concluimos que el rendimiento de éste tipo de máquinas aumenta considerablemente si utilizamos un condensador refrigerado por agua en lugar de uno refrigerado por aire. El circuito de agua bruta tiene como objetivo refrigerar el condensador de nuestra planta enfriadora con agua del mar.

Nuestro edificio nos demanda 202 kW de refrigeración, para seleccionar la planta enfriadora recurrimos al catálogo de la marca YAZAKI, ver Anexo E. En este caso instalaremos dos máquinas de 105 kW para dar suministro a nuestro edificio, concretamente instalaremos dos máquinas WFC-SC30. Estas máquinas necesitan una caldera de 302 kW que les suministre agua caliente para su funcionamiento, en este caso instalaremos una caldera de la casa VIESMANN PYROT 300 con capacidad de 300 kW, ver Anexo D.

Una vez hemos introducido los subsistemas primarios, podemos comenzar a introducir subsistemas secundarios. Los datos para introducir los fan coils los tenemos en la tabla 16. En las siguientes imágenes podemos ver los pasos a

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42 seguir para introducir cada uno de los equipos que instalaremos en el interior de nuestro edificio.

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Ilustración 24 Introducción de fan coils.

Una vez hemos introducido tantos fan coils como espacios tengamos que acondicionar, debemos establecer una relación entre los equipos y los espacios de nuestro edificio. Para ello tendremos que editar cada espacio, una vez abierta la ventana del espacio asignaremos el sistema al que pertenece.

Ilustración 25 Subsistemas y espacios.

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Ilustración 26 Relación entre espacio y subsistema.

Una vez llegados a este punto damos por concluida la introducción de datos al programa, ya solo nos queda calcular y analizar los resultados obtenidos.

5.2 Edificio Centro Cultural.

De la misma manera que hemos hecho con el edificio Colegio, ahora exportaremos el edificio Centro Cultural al programa Calener para poder obtener la demanda térmica de cada uno de sus espacios.

Una vez exportado el edificio y corregidos los errores, comenzaremos a definir los diferentes parámetros para que el cálculo sea lo más exacto posible.

Durante la exportación surgió un problema, el programa Lider nos permite crear espacios con un número ilimitado de vértices que lo definan, en cambio el programa Calener no acepta espacio que tengan más de 30 vértices. Esto ocasiono un contratiempo a la hora de exportar el edificio, fue necesario dividir los espacios con más de 30 vértices en dos espacios diferentes.

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Ilustración 27 Error de exportación a Calener.

Previo a la detección de este problema de exportación, en el programa Lider se pudo comprobar sin dificultades que el edificio cumplía perfectamente con el DB-HE1.

Ilustración 28 Vista 1 Centro Cultural (Calener).

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Ilustración 29 Vista 2 Centro Cultural (Calener).

5.2.1 Calculo de las renovaciones de aire.

Como ya hemos comentado antes, éste es un factor muy influyente en la demanda térmica de nuestro edificio. Para éste cálculo recurrimos al RITE, de la misma manera que hemos hecho con el Colegio, utilizaremos el primer método que nos ofrece este reglamento. En la siguiente tabla podemos ver las renovaciones necesarias para cada espacio del Centro Cultural. Cabe destacar que este cálculo se realiza teniendo en cuenta el número de personas que hay en el interior de cada espacio.