Rehabilitación bioclimática del edificio de control de accesos CEDER. Subproyecto ARFRISOL I + D. (Soria)

En mayo del año 2005 comienza el Proyecto de Investigación Singular y de carácter Estratégico PSE-ARFRISOL (Arquitectura Bioclimática y Frío Solar), financiado por el MEC (actualmente MICINN). El PSE-ARFRISOL pretende demostrar a finales del año 2012 que puede ahorrarse entre un 80 y un 90% de la energía convencional de climatización de un edificio de oficinas tipo en España.

Para ello es necesario optimizar el diseño arquitectónico y constructivo así como las instalaciones para conseguir el mínimo consumo energético. La investigación se lleva a cabo en 5 Contenedores-Demostradores de Investigación (C-DdI), en diferentes lugares y zonas climáticas de la geografía española, 2 C-DdI en la provincia de Almería, en clima mediterráneo y en clima desértico, 1 en Madrid, en clima continental medio, 1 en Soria en clima continental severo y otro el Asturias en clima atlántico suave. 

El C-DdI – CEDER, rehabilitación del antiguo edificio de control de accesos al Centro de Desarrollo de Energías Renovables, es la nueva sede del centro, por lo que se convierte en un edificio representativo.

Fue inaugurado el pasado 28 de Julio de 2009 por la Ministra de Ciencia e Innovación Dña. Cristina Garmendia, quien destacó la importancia de este tipo de arquitectura y la gran necesidad de difundirla en los Colegios Profesionales de Arquitectos e Ingenieros.

La rehabilitación, además de modificar el uso existente, busca un cambio de aspecto exterior, para conseguir un aspecto tecnológico que refleje la importancia y transcendencia de la investigación que se realiza en el CEDER y además, contara con un excelente comportamiento bioclimático para cumplir con los requerimientos del PSE-ARFRISOL.

En él se ubican los servicios comunes al centro, (auditorio, comedor-cafetería, dirección y despachos administrativos), en una superficie construida total de 1292,8m2 distribuida en dos plantas.

La distribución general del C-DdI es la siguiente:

1. Baja –> Auditorio, comedor, conserjería, sala de máquinas, caldera y silo de biomasa.
2. Primera –> Dirección, despachos, biblioteca y sala de reuniones

Cubierta –>  Sobrecubierta radiativa-emisiva, para captación solar térmica y emisión nocturna a la bóveda celeste respectivamente.

El C-DdI, conjuga en la rehabilitación, dos aspectos muy destacables: en primer lugar completar la volumetría del edificio existente en planta primera, con edificación que une escaleras, envolviendo la volumetría existente con estrategias y sistemas bioclimáticos de alto rendimiento energético y en segundo lugar el aprovechamiento de energías renovables, para de este modo conseguir la óptima eficiencia energética de la edificación.

Para poder conseguir los objetivos anteriormente mencionados es necesario realizar un buen estudio climático del lugar, que permita elegir las estrategias bioclimáticas pasivas (basadas exclusivamente en el diseño arquitectónico y constructivo), a emplear para conseguir el máximo confort térmico con el mínimo consumo energético, teniendo siempre en cuenta las necesidades específicas del edificio.

Al tratarse de una rehabilitación, el edificio existente condiciona la orientación y en gran medida la forma.

Del cerramiento existente, un cerramiento convencional de doble hoja compuesta de exterior a interior por ½ pie de ladrillo macizo, enfoscado de mortero hidrófugo, aislamiento de poliuretano expandido, cámara de aire, ladrillo hueco sencillo, guarnecido y enlucido de yeso, se aprovecha únicamente la hoja de mayor espesor y por tanto mayor inercia térmica, modificando el tamaño de los huecos en función de la orientación.

Se emplea un recubrimiento del muro tanto al intradós como al trasdós, optándose por una solución constructiva de junta seca, en el primer caso de aislamiento de lana de roca adherida al muro y subestructura metálica soporte de placas de cartón yeso, y en el segundo por aislamiento de poliuretano proyectado de diferentes espesores, en función de las orientaciones, adherido a la cara exterior del muro, subestructura metálica, cámara de aire y paneles prefabricados de GRC (hormigón reforzado con fibra de vidrio).

En el encuentro con carpinterías se aumenta el espesor de aislamiento, con diferentes espesores según la orientación. Las carpinterías son de aluminio lacado con rotura de puente térmico y acristalamiento doble de baja emisividad y filtros humectantes en fachada norte.

En un primer paso, para evaluar de forma teórica el comportamiento bioclimático del C-DdI, se simuló tanto el proyecto básico como el de ejecución en diferente software de simulación energética para en caso necesario, como en el resto de los C-DdI del PSE-ARFRISOL, recomendar posibles optimizaciones en los materiales al arquitecto.

El software utilizado también permite obtener la demanda energética total del C-DdI, de manera que es posible adelantar en que medida se cubren éstas demandas con energías renovables.

En el caso que nos ocupa, se decidió que la fracción de la demanda energética de climatización que no se cubriese con estrategias pasivas ni con activas solares, se completara con biomasa. Otra energía que además de renovable es objeto de investigación en el CEDER.

El planteamiento bioclimático y de frío solar del C-DdI consiste fundamentalmente en protegerse del clima y en la utilización de energías renovables, tanto en invierno, como en verano.

Para ello se aprovecha, la planta compacta, que en gran medida viene dada por el edificio existente, pero que se mejora con la intervención y ampliación de la edificación en planta primera. Se consigue una superficie de fachada algo mas extensa a sur, muy adecuado para un clima como el de Soria, al aumentarse la ganancia solar en invierno.

La cubierta se protege superiormente con dos sobrecubiertas en voladizo libremente ventiladas, orientadas una a norte y otra a sur. Estas sobrecubiertas están compuestas por una estructura de acero, que sirve de soporte a unos paneles prefabricados tipo sándwich que son base de los captadores solares térmicos en el caso de la orientada a sur y del circuito de emisión a la bóveda celeste en el caso de la orientada a norte.

Estas sobrecubiertas, además, sirven de protección contra la radiación solar incidente en verano y de las pérdidas energéticas por radiación hacia el cielo en invierno.

Por último, también se encargan de sombrear los huecos de primera planta en fachada sur y son soporte de los parasoles de lamas inclinadas de planta baja mediante al uso de tirantes de acero. Estos parasoles están calculados para proteger de la radiación solar incidente del 21 de Marzo al 21 de Septiembre, permitiendo la ganancia solar a través de huecos acristalados el resto del año.

El sombreamiento que produce el voladizo de la sobrecubierta en la orientación norte, tiene la misión de crear un espacio fresco más extenso en esta zona que permite mejorar la ventilación natural cruzada del edificio.

En fachada este y oeste también existen sombreamientos, siendo en este caso móviles para permitir la ganancia solar en invierno si se desea.

Para evitar el empleo de sistemas activos, se empleará la ventilación cruzada forzada mediante aspiradores eólicos situados en el frente sur. La toma de aire se realizará en la fachada norte a través de los filtros húmedos, de manera que se produzca una refrigeración adiabática que no produzca consumo energético y que se puede emplear tanto de día como de noche.

La climatización del edificio se realiza fundamentalmente mediante suelo radiante tanto para calefacción como para refrigeración en todo el edificio, excepto en los lugares de gran ocupación (auditorio, comedor, cocina, etc…), en los que se apoya con climatizadores y fancoils. En todos los casos, la producción de agua para climatización, tanto la de calefacción, como la de refrigeración producida por absorción de baja temperatura, se consigue a partir del aporte de la captación solar térmica y con el apoyo de las calderas de biomasa.

La instalación de captación solar fotovoltaica, situada sobre los cobertizos de la entrada, se emplea en diversos usos en el C-DdI.

Sintetizando, las estrategias bioclimáticas empleadas en este C-DdI son las siguientes:

Pasivas

• Aprovechamiento de la inercia térmica (fachada ventilada de GRC)
• Diferenciación de fachadas y tamaño de huecos en función de la orientación
• Ganancia directa a través de huecos acristalados (en invierno)
• Acristalamientos selectivos.
• Diferente espesor de aislamiento según orientación y en carpinterías.
• Sombreamiento de fachada sur mediante voladizo de sobrecubierta con sombreamiento macizo y lamas inclinadas.
• Sombreamiento de cubierta mediante sobrecubierta que sirve de soporte al campo de captación solar térmica y de radiación nocturna a la bóveda celeste (integración)
• Mejora del aislamiento térmico de la cubierta mediante losas compuestas de aislamiento de alta densidad y revestimiento de mortero filtrante.
• Ventilación cruzada naturalmente forzada mediante aspiradores eólicos con refrigeración adiabática con filtros húmedos.

Activas

• Campo solar térmico (140m2)
• Campo de radiación nocturna (100m2)
• Campo solar fotovoltaico (160m2)
• Frío Solar (máquinas de absorción de baja temperatura)
• Climatización por suelo radiante y climatizadores
• Caldera de biomasa para soporte de calefacción y frío solar

Mejoras desde el punto de vista de la sostenibilidad:

• Minimización del uso del PVC.
• Utilización de aluminios de segunda colada

sombreamientos, siendo en este caso móviles para permitir la ganancia solar en invierno si se desea.

Para evitar el empleo de sistemas activos, se empleará la ventilación cruzada forzada mediante aspiradores eólicos situados en el frente sur. La toma de aire se realizará en la fachada norte a través de los filtros húmedos, de manera que se produzca una refrigeración adiabática que no produzca consumo energético y que se puede emplear tanto de día como de noche.

El ahorro favorecido por el diseño, a pesar de las limitaciones de volumen y forma, es según simulaciones energéticas del orden del 35% de la energía convencional de climatización. Con el aporte que proporcionan las energías renovables solares en este edificio (40%), se consigue un ahorro global del 75% de la energía convencional de climatización de un edificio tipo de oficinas en España, y el 25% restante para llegar hasta el 100% de suministro energético renovable se obtiene de la biomasa.

En el área de las instalaciones se ha optimizado la gestión de las estrategias  dando, mediante el sistema de control, prioridad a los sistemas pasivos sobre los activos, con la consiguiente optimización de las demandas reales que se deben cubrir.  Los sistemas empleados, por el nivel de sectorización conseguido y por tratarse de sistemas de baja temperatura, han permitido tanto optimizar el aporte de energía, actuando únicamente en las zonas en uso, como minimizar las pérdidas en la distribución.

Durante los dos primeros años de operación del edificio, se realizará una campaña de toma de datos en condiciones reales de uso y se procederá a cruzar los resultados de la monitorización con los de las simulaciones teóricas, con el fin de optimizar el proceso de simulación.

Para ello el C-DdI cuenta con un complejo sistema de monitorización, con sensores de temperatura, humedad relativa, CO2, detección de apertura de puertas y ventanas, caudalímetros, watímetros, sensores de flujo térmico y temperatura del terreno a distintas profundidades; que recoge datos periódicamente. Actualmente el sistema se encuentra almacenando datos y se ha comenzado el tratamiento de estos.