Congreso Europeo sobre Eficiencia Energética y Sostenibilidad en Arquitectura y Urbanismo (EESAP 9) y Congreso Internacional de Construcción Avanzada (CICA 2). Martes: 11 de Septiembre Comunicaciones: Desarrollo y puesta en práctica de una metodología hacia el diseño ZEB coste - óptimos. Blas Beristain de la Rica

1. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018

2. Desarrollo y puesta en práctica de una metodología
hacia el diseño de ZEB coste-óptimos
Blas Beristain de la Rica1,
Jon Zubiaurre Sasia1, Patxi Sánchez Aguilar1, Iñaki Gómez Arriaran2, Luis Alfonso del
Portillo Valdés2
1IDOM Consulting, Engineering, Architecture
2Universidad del País Vasco (EHU/UPV) Grupo ENEDI

3. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
ZEB

4. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
2020 todos los nuevos edificios (2018 los públicos) serán nZEB
0 kWhep/m².año
Consumos de:
- Iluminación
- ACS
- Acondicionamiento térmico
- Ventilación
- Equipos auxiliares
ZEBn ?
Septiembre 2015 – USDOE define los ZEB
“edificio con un nivel de eficiencia energética muy alto, que se determinará de conformidad con el anexo I. La cantidad casi nula o muy baja de energía requerida debería estar
cubierta, en muy amplia medida, por energía procedente de fuentes renovables, incluida energía procedente de fuentes renovables producida in situ o en el entorno;” Art.2, par.2.
nZEB (near Zero Energy Buildings): Definición oficial. Europa

5. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
ZEB
Unión Europea
XX kWhep/m².año
Consumos de instalaciones fijas:
- Iluminación
- ACS
- Acondicionamiento térmico
- Ventilación
n0 kWhep/m².año
ZEB =
Comunidad científica – EEUU
Consumo Energía = Energía renovableEnergía importada = Energía Exportada
Consumos totales:
- Iluminación
- ACS
- Acondicionamiento térmico
- Ventilación
- Equipos Auxiliares - Equipos Auxiliares
n nearZEB ( Zero Energy Buildings)

6. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Zona Tipoogía
EP neta
(kWhep/m².año)
EP no-renovable
(kWhep/m².año)
EP renovable
(kWhep/m².año)
Mediterránea
Oficinas 20-30 80-90 60
Unifamiliar 0-15 50-65 50
Continental
Oficinas 40-55 85-100 45
Unifamiliar 20-40 50-70 30
Oceánica
Oficinas 40-55 85-100 45
Unifamiliar 15-30 50-65 35
Nórdica
Oficinas 55-70 85-100 30
Unifamiliar 40-65 65-90 25
Fuente: UE. Recomendación (UE) 2016/1318 de la Comisión
110kWhep/m².año
CALENDARIO 9-18h (+backup) / 230 días
CONSIGNAS 19ºC - 26ºC (16-30)
Nuevas oficinas A Francia
(RT 2012)
Normativa Europea: Implantación 2016

7. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
ZEB coste óptimos

8. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
a) … costes de inversión relacionados con la energía, los de mantenimiento y funcionamiento (incluidos el coste y ahorro de energía, la
categoría del edificio de que se trata, los ingresos procedentes de la energía producida), si procede, y los costes de eliminación…
“nivel de eficiencia energética que conlleve el coste más bajo durante el ciclo de vida útil estimada, cuando:
Fuente: Parlamento Europeo. Comisión Europea, Guidelines accompanying Commission Delegated
Regulation (EU) No 244/2012
nZEB Coste óptimos: EPBD y guías asociadas

9. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
BENEFICIO
COSTE
Ahorro energético
Eficiencia energética
Producción
energética
- ESTRATEGIAS PASIVAS
- ESTRATEGIAS ACTIVAS
- ESTRATEGIAS ACTIVAS RENOVABLES
(uso de renovables)
(sistemas y equipos eficientes)
(diseño bioclimático + altas prestaciones)
USO, FUNCIONAMIENTO y CONTROL
Diseño coste-óptimo: Criterios de diseño

10. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Optimización energética

11. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
› Rehabilitación integral 2011
› Edificio Clase A
› LEED ORO
147kWhep/m².año
135kWhep/m².año
(2012) (2013)
125kWhep/m².año
(2017)
CALENDARIO 24h / 365 días
CONSIGNAS 22ºC – 25,5ºC (16-28)
?kWhep/m².año
(2020) nZEB? Por medio del ajuste en la
programación del edificio, resultados
reales.
Electricidad: 9% (118.909kWh)
Gas: 50% (216.098kWh)
Energía primaria: 15% (22kWhep/m².año)
Coste energía: 12% (28.000 €/año)
Optimización energética: Edificio Idom Bilbao

12. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Design Builder v3.4
Archivo climático .EPW desarrollado con los datos reales de Junio 2013 a Mayo 2014
Modelado virtual: Edificio Idom Bilbao
Registros horarios discriminados durante 2 años (BMS)
Mediciones in-situ y comprobaciones (equipos informáticos, CPD, % iluminación…)

13. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
Climatización (ref + vent + bombeo)
Iluminación
Resto
Gas*
Horario no-oficina
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
160
140
120
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80
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40
20
0
kW elect.
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW elect.kW gas
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario anual

14. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
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100
80
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0
kW elect.
180
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100
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60
40
20
0
360
320
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80
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0
kW elect.kW gas
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

15. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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140
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100
80
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kW elect.
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kW elect.kW gas
360
320
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240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

16. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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100
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kW elect.
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kW elect.kW gas
360
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240
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160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

17. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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60
40
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0
kW elect.
180
160
140
120
100
80
60
40
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0
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80
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0
kW elect.kW gas
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320
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240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

18. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
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100
80
60
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0
kW elect.
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120
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kW elect.kW gas
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160
120
80
40
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kW gas
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Calibración: Promedio horario mensual

19. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
160
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100
80
60
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20
0
kW elect.
180
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120
100
80
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0
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200
160
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80
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0
kW elect.kW gas
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

20. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
kW elect.
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW elect.kW gas
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

21. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
160
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100
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60
40
20
0
kW elect.
180
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60
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360
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200
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80
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kW elect.kW gas
360
320
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240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

22. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
kW elect.
180
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120
100
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60
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20
0
360
320
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200
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120
80
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kW elect.kW gas
360
320
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240
200
160
120
80
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0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

23. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
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100
80
60
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0
kW elect.
180
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120
100
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60
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0
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW elect.kW gas
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

24. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
kW elect.
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW elect.kW gas
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

25. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
kW elect.
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW elect.kW gas
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario mensual

26. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Edificio REAL Edificio VIRTUAL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
kW elect.
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW elect.kW gas
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
kW gas
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Calibración: Promedio horario anual
- Diferencia máxima anual en energía final < 4% (tanto en electricidad como en gas)
- Diferencia máxima anual en coste < 2% (basada en datos horarios)

27. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
53% instalaciones fijas
47% resto
41% instalaciones fijas
59% resto
Optimización energética: Edificio actual VS Modelo base
- Reducción de infiltraciones
- Optimización de consignas
- Optimización de iluminación
- Optimización de equipos de oficina

28. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Diseño coste-optimo

29. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
1.000.000
1.250.000
1.500.000
1.750.000
2.000.000
2.250.000
2.500.000
2.750.000
3.000.000
3.250.000
3.500.000
3.750.000
4.000.000
4.250.000
4.500.000
4.750.000
5.000.000
5.250.000
5.500.000
5.750.000
6.000.000
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Euros / 20 años
kWhep/m².año (instalaciones fijas)
Consumo Coste
Variable kWh/m².año % EURO/20 años %
Porcentaje vidrios 40 60,3 6,7% 2.541.093 19,1%
60 64,7 -0,2% 3.226.002 -2,7%
80 68,7 -6,4% 3.656.331 -16,4%
Dimensión lamas (cm) 0 69,7 -7,9% 2.056.499 34,5%
30 64,2 0,6% 2.803.881 10,7%
60 62,1 3,8% 3.281.385 -4,5%
90 62,3 3,5% 4.422.803 -40,8%
Infiltraciones MED 64,5 0,0% 3.099.262 1,3%
EX 64,8 -0,3% 3.465.709 -10,3%
Aislamiento losa (cm) 10 64,6 -0,1% 3.010.615 4,2%
20 64,5 0,0% 3.165.034 -0,8%
30 64,4 0,2% 3.477.144 -10,7%
Aislamiento fachada (cm) 10 64,7 -0,3% 3.080.909 1,9%
20 64,4 0,2% 3.111.961 0,9%
30 64,5 0,1% 3.152.140 -0,4%
40 64,7 -0,2% 3.331.193 -6,1%
Aislamiento cubierta (cm) 10 65,0 -0,6% 2.987.574 4,9%
20 64,5 0,1% 3.051.348 2,9%
30 64,3 0,3% 3.209.701 -2,2%
40 64,3 0,3% 3.465.892 -10,3%
U vidrio (W/m²K) 2,1 66,0 -2,2% 2.974.802 5,3%
1,3 63,9 1,1% 3.064.165 2,5%
0,8 64,1 0,6% 3.269.957 -4,1%
SHGC vidrio 0,6 68,3 -5,8% 3.159.672 -0,5%
0,4 62,1 3,8% 3.092.692 1,5%
0,2 62,0 4,0% 3.200.982 -1,9%
TL vidrio 0,7 64,6 -0,1% 3.114.349 0,9%
0,5 65,8 -1,9% 3.138.015 0,1%
0,2 62,0 4,0% 3.200.982 -1,9%
PROMEDIO TOTAL VARIABLES 64,5 3.141.142
Diseño coste-óptimo: Método multi-paramétrico. Resultados Bilbao

30. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
1,25 M
1,50 M
1,75 M
2,00 M
2,25 M
2,50 M
2,75 M
3,00 M
3,25 M
3,50 M
3,75 M
4,00 M
4,25 M
4,50 M
4,75 M
5,00 M
5,25 M
5,50 M
5,75 M
6,00 M
6,25 M
6,50 M
6,75 M
7,00 M
7,25 M
7,50 M
7,75 M
8,00 M
8,25 M
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215
Euros / 20 años
kWhep/m².año (instalaciones fijas)
BILBAO
SEVILLA
BRUSELAS
ESTOCOLMO
Diseño coste-óptimo: Método multi-paramétrico. Resultados por climatología

31. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
3,50 M
3,75 M
4,00 M
4,25 M
4,50 M
4,75 M
5,00 M
5,25 M
5,50 M
5,75 M
6,00 M
6,25 M
6,50 M
6,75 M
7,00 M
7,25 M
7,50 M
7,75 M
8,00 M
8,25 M
8,50 M
135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215
40%_0cm 40%_30cm 40%_60cm 40%_90cm 60%_0cm 60%_30cm
60%_60cm 60%_90cm 80%_0cm 80%_30cm 80%_60cm 80%_90cm
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215
Euros / 20 años
kWhep/m².año (instalaciones fijas)
Euros / m²
kWhep/m².año (instalaciones fijas)
Diseño coste-óptimo: Método multi-paramétrico. Inversión vs Coste total. Estocolmo

32. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Diseño coste-optimoZEB

33. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
1,00 M
1,25 M
1,50 M
1,75 M
2,00 M
2,25 M
2,50 M
2,75 M
3,00 M
3,25 M
3,50 M
3,75 M
4,00 M
4,25 M
4,50 M
4,75 M
5,00 M
5,25 M
5,50 M
5,75 M
6,00 M
55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Edificio base (20 kWp solar)
ZEB coste-óptimo (255 kWp solar + 72 kWp eólico)
ZEB coste-óptimo: Bilbao

34. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
kWh
ciudad
CIUDAD FUTURA: de la dumb a la smart city
La buena interacción de los edificios con la red (Smart-grid) es vital
Interacción de los edificios con la red

35. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
-
-
-
-
-
-
-
NOV DICMAR JUN JUL AGO SEP OCTFEBENE ABR MAY
Edificio coste-óptimo
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
24:00 -
20:00 -
14:00 -
12:00 -
08:00 -
04:00 -
0%
10%
20%
30%
40%
50%
COSTE OPTIMO
Interacción de los edificios con la red

36. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
-
-
-
-
-
-
-
NOV DICMAR JUN JUL AGO SEP OCTFEBENE ABR MAY
0%
10%
20%
30%
40%
50%
>200
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
-120
-130
-140
-150
-160
-170
-180
-190
<-200
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
24:00 -
20:00 -
14:00 -
12:00 -
08:00 -
04:00 -
COSTE OPTIMO
COSTE OPTIMO ZEB-27.015 €/año
ZEB coste-óptimo (257 kWp solar + 72 kWp eólica)
Interacción de los edificios con la red

37. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
-27.015 €/año
-
-
-
-
-
-
-
FEBENE ABR MAY NOV DICMAR JUN JUL AGO SEP OCT
0%
10%
20%
30%
40%
50%
>200
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
-120
-130
-140
-150
-160
-170
-180
-190
<-200
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
24:00 -
20:00 -
14:00 -
12:00 -
08:00 -
04:00 -
COSTE OPTIMO
COSTE OPTIMO ZEB
COSTE OPTIMO ZEBbatería
-7.797 €/año
ZEB coste-óptimo + baterías ( 7 x 14 kW)
Interacción de los edificios con la red

38. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
Conclusiones

39. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018
ZEB0 kWhep/m².año
Estado actual
• No existe una definición clara
• No se están planteando normativas sencillas, ni fáciles de verificar
• No existe consenso en la UE en las metodologías
Coste óptimo
Detalle de la metodología
Edificios referencia
Bases de datos (precios, PEFs…) actualizadas
nZEB?
Cuánto consumen los edificios actualmente?
Afecciones al consumo Edificios de oficina
MÉTODO PARAMÉTRICO
DISEÑO
42%
energía
Diferencia entre el modelo de
mayor y menor consumo
energético.
USO
48%
energía
La gestión y la optimización
energética son el aspecto clave
en el ahorro energético
CLIMA
0
1
2
3
4
5
0
30
60
90
120
150
Bilbao Sevilla Bruselas Estocolmo
La climatología es determinante
en el consumo y coste
kWhep/m².año M€(20 años)
Energía: _ +59% +91% +184%
Conclusiones

40. EESAP9 CICA2. EUROPEAN CONGRESS 2018