Este documento describe las oportunidades legales y tecnológicas para lograr edificios de energía cero. Las directivas europeas requieren que a partir de 2020 todos los nuevos edificios sean de energía casi cero, y promueven la transformación de edificios existentes. Tecnologías como fachadas activas, sistemas de ventilación mejorados y uso de la inercia térmica pueden reducir la demanda de energía.

1. Nuevos Desarrollos de Producto
para Conseguir Edificios Cero
Energía.
Servando Álvarez Domínguez
UNIVERSIDAD DE SEVILLA,
Escuela Técnica Superior de Ingenieros.

2. Índice
• Oportunidades Legislativas
• Oportunidades Tecnológicas
• Conclusiones finales

3. Transposición en España de las
directivas de eficiencia energética
en edificios
2002/91/CE y 2010/ 31/EU

4. Ejemplo de Hoja de ruta

5. Endurecimiento progresivo de la reglamentación sobre calidad
térmica de los edificios de nueva planta (establecimiento de
consumos máximos permitidos -requisitos mínimos-)

6. Promoción de edificios de nueva planta cuyo consumo de energía
sea netamente inferior al que se deriva de la aplicación estricta de
la reglamentación.

7. Directiva 2010/ 31/EU
Artículo 9: Edificios de consumo de
energía casi nulo (NZEB)

8. Artículo 9 apartado 1
Los Estados miembros se asegurarán de que:
• a) como muy tarde el 31 de diciembre de 2020,
todos los edificios nuevos sean al menos edificios
de energía casi nula
• b)después del 31 de diciembre de 2018, los
organismos públicos que ocupen y posean un
edificio nuevo garantizarán que el edificio es un
edificio de energía casi nula

9. Artículo 9 2010/ 31/EU : Edificios de energía
casi nula .- Apartado 2
Además, los Estados miembros, siguiendo el
ejemplo encabezado por el sector público,
formularán políticas y adoptarán medidas tales como
el establecimiento de objetivos, para estimular la
transformación de edificios que se reforman en
edificios de consumo de energía casi nulo, e
informarán de ello a la Comisión en sus planes
nacionales, a los que se refiere el apartado 1.

10. Artículo 9 2010/ 31/EU : Edificios de energía
casi nula.- Apartado 5
• La Comisión publicará, el 31 de diciembre de 2012 a más
tardar y cada tres años después de esa fecha, un informe
sobre los avances efectuados por los Estados miembros a
la hora de aumentar el número de edificios de consumo
de energía casi nulo. Sobre la base de ese informe, la
Comisión elaborará un plan de acción y, si fuera
necesario, propondrá medidas para aumentar el número
de este tipo de edificios y fomentará las mejores
prácticas en materia de transformación rentable de
edificios existentes en edificios de consumo de energía
casi nulo.

11. Cascada de Indicatores en NZEB
prEN ISO/DIS 5200-1

12. ¿Cómo se obtienen los NZEB?
– Reducción de la demanda:
• Buen diseño arquitectónico del edificio,
• Alta calidad constructiva de la envuelta
• Inclusión en el mismo de fachadas y cubiertas inteligentes que utilicen
fuentes y sumideros medioambientales.
– Aumento del rendimiento
• Instalaciones y equipos de alto rendimiento medio estacional.
• Equipos y sistemas innovadores apoyados por energías renovables.
– Optimización de la operación:
• Gestión de la demanda.
• Concienciación y participación del usuario
• Gestión óptima instalaciones multigeneración

13. Evaluación de alternativas energéticas sobre un edificio
(ejemplo: coste durante ciclo de vida vs. demanda de
calefacción)
Edificio
REQUISITO
MÍNIMO
VIGENTE
CTE-HE

14. Nivel de rentabilidad óptima
(cost-optimal)
Nivel de
rentabilidad
óptima
Edificio
REQUISITO
MÍNIMO
VIGENTE
CTE-HE

15. Tecnologías NO competitivas

16. Tecnologías
competitivas a corto plazo

17. Tecnologías competitivas en el
momento actual

18. Reduction in primary energy consumption
ReductioninLCC
100%
100%
Starting point
Optimum LCC
Minimum energy consumptio
Pareto in the initial situation
Pareto implementing a “new” technology
Evaluación de una nueva tecnología
(sin extra coste)

19. Reduction in primary energy consumption
ReductioninLCC
100%
100%
Starting point
Optimum LCC
Minimum energy consumptio
Pareto in the initial situation
Pareto implementing a “new” technology
Evaluación de una nueva tecnología
(extra coste tolerable que la hace competitiva)

20. Índice
• Oportunidades Legislativas
• Oportunidades Tecnológicas
• Conclusiones finales

21. Oportunidades Tecnológicas
• Reducción de la demanda
• Equipos y sistemas innovadores apoyados por
energías renovables.
• Optimización de la operación

22. Estrategia invierno en
rehabilitación
Reducir pérdidas Aumentar ganancias
Descripción Transmisión infiltración / ventilación Aumentar área sur
equivalente
Aumentar factor
de utilización
Ubicación
Diseño Compacidad
Superficie acristalada
Orientación y
distribución de la
superficie acristalada
Elementos convencionales Mejora aislamiento
opacos
Mejora calidad ventanas
Estanqueidad
Inercia
Elementos y estrategias
especiales

23. Estrategia de verano en rehabilitación
Reducir ganancias Aumentar perdidas
Descripción Transmisión Solares Aumentar
renovaciones aire
exterior durante
noche
Aumentar
factor de
utilización
Ubicación
Diseño superficie acristalada
Orientación y distribución
de la superficie acristalada
Elementos
convencionales
Mejora aislamiento cubierta
Control solar
Ventilación nocturna
Inercia
Elementos y estrategias
especiales

24. Ejemplo I: Potencial de ventilación
y estanqueidad en zonas climáticas
A,B y C

25. 150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0
LifeCicleCost30years(€/m2)
Energy Consumption(kWh/m2)
1 ACH
MED Region
Results for zone C
Climatic
Zones

26. 150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0
LifeCicleCost30years(€/m2)
Energy Consumption(kWh/m2)
1 ACH
0.6 ACH
MED Region
Results for zone C
Climatic
Zones

27. 150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0
LifeCicleCost30years(€/m2)
Energy Consumption(kWh/m2)
1 ACH
0.6 ACH0.2 ACH
MED Region
Results for zone C
Climatic
Zones
We have assessed a set
of energy efficiency
measures with 5 levels of
air ventilation and
infiltration (0.2 to 1 ACH)
the difference between the
optimums will give us an
idea of the maximum
acceptable price in order
to consider the reduction
of ACH a cost-optimal
measure

28. Climatic Dependence of the acceptable extra-cost of
the Ventilation and Airtightness measures

29. Alternativas para conseguir la
reducción de las ACH
• Estanqueidad
Ventilación controlada por demanda
• Doble flujo

30. Ventilation and Infiltration Rates depending on the
technology and the airtightness
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Ventilation+InfiltrationRate(ACH)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH
Global airtightness of the building: n50=6.0
Influence of the ventilation
technology and the control system
Influence of the airtightness

31. Caso base
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Ventilation+InfiltrationRate(ACH)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH
Global airtightness of the building: n50=6.0

32. How to get a global ventilation and infiltration
rate of 0.8 ACH (option I)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Ventilation+InfiltrationRate(ACH)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH
Global airtightness of the building: n50=6.0
n50 = 2.2 implies no infiltration
Global vent+inf rate = 0.8 ACH
Improvement of
the airtightness

33. 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Ventilation+InfiltrationRate(ACH)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH
Global airtightness of the building: n50=6.0
Ventilation rate = 0.6 ACH
Global vent+inf rate = 0.8 ACH
DCV
How to get a global ventilation and infiltration
rate of 0.8 ACH (option II)

34. 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Ventilation+InfiltrationRate(ACH)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH
Global airtightness of the building: n50=6.0
n50 = 6.0
Global vent+inf rate = 0.6 ACH
Constant Ventilation
+ Heat Recovery
How to get a global ventilation and infiltration
rate of 0.6 ACH

35. 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Ventilation+InfiltrationRate(ACH)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH
Global airtightness of the building: n50=6.0
Reinforced n50 = 1.4
Global vent+inf rate = 0.4 ACH
Constant Ventilation
+ Heat Recovery
How to get a global ventilation and infiltration
rate of 0.4 ACH

36. 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Ventilation+InfiltrationRate(ACH)
Ventilation Rate (ACH)
0.6 ACH @50Pa
1.4 ACH @50Pa
2.2 ACH @50Pa
3.0 ACH @50Pa
3.8 ACH @50Pa
4.6 ACH @50Pa
6.0 ACH @50Pa
Constant ventilation rate: 0.8 ACH
Global airtightness of the building: n50=6.0
Reinforced n50 = 0.6
Global vent+inf rate = 0.2 ACH
DCV+ Heat Recovery
How to get a global ventilation and infiltration
rate of 0.2 ACH

37. Ejemplo II: Elementos especiales
de la envuelta

38. Elementos especiales de la envuelta
(uso de la inercia). Proyecto SINHOR

39. Fachada Activa
(configuración invierno)
Exterior
Interior
Hoja acristalada
Hoja exterior de hormigón
Hoja interior de hormigón
Cámara exterior
(galería acristalada)
Cámara interior
Ventiladores

40. Fachada Activa (invierno)
Calor Calor
Se utiliza la hoja interior como acumulador de calor. El calor
se toma de la radiación solar y el cristal evita que se pierda
al exterior.

41. Temperaturas medias interior, muro sur y exterior
0
1
2
3
4
5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
28/12 12:00 29/12 00:00 29/12 12:00 30/12 00:00 30/12 12:00 31/12 00:00 31/12 12:00 01/01 00:00 01/01 12:00 02/01 00:00 02/01 12:00
Tair_ext(ºC) Media_sup_int T_media_interior oper_vent_fachada(control)

42. Fachada térmicamente activa
(configuración verano)
Exterior
Interior
Hoja exterior de hormigón
Hoja interior de hormigón
Cámara interior
Ventiladores

43. Fachada Térmicamente activa
Frio
Frio
Calor
Se utiliza la hoja interior como acumulador de frío. Este
frío es cargado en la noche y utilizado en el día.

44. Fachada activa:
Modo verano con nebulizadores
Frio
Boquillas
nebulizadoras
Agua
pulverizada
Frio
Calor
Compuerta cerrada
Rejilla
antirretorno
Compuerta abierta

45. Montaje experimental

46. Boquillas

47. Diferencia entre temperaturas medias diarias del
interior y del exterior
Sin fachada
ventilada
Fachada ventilada
activa
∆T
Fachada ventilada
activa con evaporativo

48. CONTEXTO
NZED
NET ZERO
ENERGY
DISTRICT
Plaza de Oriente,
barrio Parque
Alcosa, Sevilla,
Sevilla.
48

49. SITUACIÓN INICIAL DE LA DEMANDA DE
ENERGÍA
Bloques rectangulares
de 4 plantas
Bloques rectangulares
de 8 plantas
Bloques en H
de 4 plantas
INTRODUCCIÓN DE LOS EDIFICIOS DEL DISTRITO EN HULC
49

50. 0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
CCV[€]
Demanda total de climatización [kWh]
Evaluación de alternativas;
Catálogo base

51. INFLUENCIA DE INCLUIR UNA
SOLUCIÓN INNOVADORA DE FACHADA
51
INCLUSIÓN DEL ELEMENTO EN UN EDIFICIO REAL: BLOQUE EN H (Plaza de Oriente, 5)
Elemento en SE
Ancho (m) 3.9
Alto (m) 2.67
Número plantas 4
Número muros 2
Área total SE (m2) 83.304
Elemento en SO
Ancho (m) 2.55
Alto (m) 2.67
Número plantas 4
Número muros 2
Área total SO (m2) 54.468
ÁREA TOTAL (m2) 137.772

52. INFLUENCIA DE INCLUIR UNA
SOLUCIÓN INNOVADORA DE FACHADA
52
INCLUSIÓN DEL ELEMENTO EN UN EDIFICIO REAL: BLOQUE EN H (Plaza de Oriente, 5)
ALTERNATIVAS A ESTUDIAR:
1. Vidrio simple y aislamiento bajo: caso E1.
2. Vidrio simple y aislamiento medio: caso E2.
3. Vidrio simple y aislamiento alto: caso E3.
4. Vidrio doble y aislamiento bajo: caso E4.
5. Vidrio doble y aislamiento medio: caso E5.
6. Vidrio doble y aislamiento alto: caso E6.

53. 53
Evaluación de alternativas;
Catálogo ampliado

54. 54
Evaluación de alternativas;
Catálogo ampliado

55. 55
Extra coste tolerable que la hace competitiva

56. Oportunidades Tecnológicas
• Reducción de la demanda
• Equipos y sistemas innovadores apoyados por
energías renovables.
• Optimización de la operación

57. Ejemplo de sistema innovador:
Refrigeración solar por absorción
Escuela de Ingenieros de Sevilla
Almacenamiento
térmico
Agua sobrecalentada
13 bar/ 180º C
Agua sobrecalentada
13 bar / 165º C
Máquina absorción de
doble efecto
Intercambiador
Circuito primario
Circuito
secundario
Circuito de Agua
refrigeración
Agua
fría
Captador
solar
Fresnel
gas
natural
Sistema de
control
- Río Guadalquivir -

58. • Engineering School (main building).- 35000 m2

59. Funcionamiento
Refrigeración Solar
Captadores solares Fresnel
59
Parabolic Trough

60. Tanque de acumulación PCM
Hidroquinona. Tpcm: 170ºC
275 kWh

61. Absorption Chiller
The plant has one single absorption chiller. As this is a pilot plant, it is not intended to
cover the total cooling needs of the ESI building.
PILOT SOLAR COOLING PLANT
2. SEVILLE PILOT PLANT CONCEPTUAL DESIGN
• Absorption Chiller type: Two stage, lithium bromide absorption media.
• Operation is initially supported by NG firing until 145oC optimum temperature is
reached
• Refrigeration power: 174kW which, using the conversion factor 1
RT(refrigeration ton) = 3.5168525 kW, it is equivalent to 49.4760 RT
• COP =1.34

62. 62
The use of the solar fraction concept to assess
the climatic applicability of solar cooling

63. Multigeneración a nivel de distrito

64. Oportunidades Tecnológicas
• Reducción de la demanda
• Equipos y sistemas innovadores apoyados por
energías renovables.
• Optimización de la operación
• Gestión de la demanda.
• Concienciación y participación del usuario
• Gestión óptima instalaciones multigeneración

65. Gestión de la demanda (concepto)
• Adaptar la demanda de energía a las
necesidades reales de los diferentes espacios
(iluminación, ventilación, temperatura).
• Utilización de la inercia estructural del edifico
como buffer que permite reducir la demanda
energética del edificio y/o reducir el consumo
energético y/o reducir el coste económico
asociado.

66. Gestión de la demanda (elementos)
• Tradicionales:
– Operación de equipos (on-off o modulantes).
– Consignas de equipos.
• Otros:
– Ventilación nocturna.
– Operación de la ventilación sanitaria.
– Elementos de control solar.
– Reducciones o aumentos de la transmitancia de
huecos.

67. Índice
• Oportunidades Legislativas
• Oportunidades Tecnológicas
• Consideraciones finales

68. Argumentos para obtener edificios de alta
eficiencia energética
• Demanda por parte de los consumidores
• Edificios corporativos de entidades que tienen actividades
relacionadas con las energías renovables, la eficiencia energética,
la sostenibilidad, etc.
• Edificios construidos por Constructores, inmobiliarias, promotores,
estudios etc que abogan por la sostenibilidad como uno de sus
elementos de imagen de marca
• El sector público cuyos edificios tienen que ser ejemplares en este
sentido
• Edificios financiados con capital público.
• Edificios que quieren acogerse a políticas de subvención en
eficiencia energética
• Por obligación todos los edificios nuevos a partir
de 2018 (edificios públicos) o 2020 (resto)

69. • El mismo objetivo de consumo energético casi nulo se
puede alcanzar de muchas maneras que difieren en la
inversión inicial.
• No se obliga a utilizar ninguna tecnología en particular.
• La solución óptima en cada caso depende del tipo de
edificio, del uso del mismo y del clima en el que está
situado.
• Lo mejor no es casi nunca lo más complejo.
• La eficiencia energética suele estar vinculada a la utilización
de fuentes y sumideros medioambientales
Consideraciones finales

71. Nuevos Desarrollos de Producto
para Conseguir Edificios Cero
Energía.
Servando Álvarez Domínguez
UNIVERSIDAD DE SEVILLA,
Escuela Técnica Superior de Ingenieros.