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ESTUDIO,
DISEÑO,
DESARROLLO,
INTEGRACIÓN:
ENERGÍAS RENOVABLES EN LAS ENVOLVENTES DE LOS EDIFICIOS.
2013
Departamento de Energética Edificatoria
Alejandro Ruiz Ortega //.arquitecto superior //
En colaboración con:
CENER - UNIVERSIDAD DE NAVARRA
2222
ÍNDICE PÁGINA
ÍNDICE ..................................................................................................................................................................................2
1.- ESTUDIO DEL OBJETO DEL TRABAJO FIN DE MÁSTER: ..................................................................6
1.1.- SITUACIÓN PROBLEMÁTICA: CONSUMO ENERGÉTICO ..............................................................6
1.1.1.- INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................6
1.1.2.- OBJETO ............................................................................................................................................. 7
1.1.3.- BENEFICIOS .....................................................................................................................................8
1.1.4.- ALCANCE .........................................................................................................................................8
1.1.5.- METODOLOGÍA .............................................................................................................................8
1.1.6.- CONCLUSIONES ..........................................................................................................................8
2.- ESTADO DEL ARTE: ..............................................................................................................................................9
2.1.- ENERGÍAS RENOVABLES ...............................................................................................................................9
2.1.1.- ENERGÍA SOLAR TÉRMICA // SOLAR THERMAL ENERGY ..................................9
SISTEMAS ACTIVOS DE CAPTACIÓN SOLAR // .......................................................................9
ACTIVE SOLAR ENERGY SYSTEMS................................................................................................9
A. Sistemas de colectores de aire ................................................................................... 11
B. Sistemas de colectores hidráulicos .........................................................................12
B.1. Sistemas de baja temperatura ................................................................................12
B.1.1 Estudios Reseñables ..................................................................................................15
B.1.2. Ejemplos de integración arquitectónica .........................................................16
B.2. Sistemas de media y alta temperatura ..............................................................21
2.1.2.- ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA // PHOTOVOLTAIC ENERGY 23
SISTEMAS ACTIVOS DE CAPTACIÓN SOLAR // ....................................................................23
ACTIVE SOLAR ENERGY SYSTEMS.............................................................................................23
A. Tecnología de células de silicio cristalino .............................................................24
B. Tecnología de células de lámina delgada............................................................26
C. Tecnología de células de tercera generación ..................................................30
D. Integración en envolventes..........................................................................................31
E. Ejemplos de integración arquitectónica ...............................................................39
3333
2.1.3.- ENERGÍA SOLAR EN SISTEMAS HÍBRIDOS // HYBRID SOLAR ENERGY 44
2.2.- SISTEMAS DE REHABILITACIÓN ENERGÉTICA DE LA ENVOLVENTE ...............................49
2.2.1.- SISTEMA DE FACHADA VENTILADA // VENTILATED FAÇADE .......................50
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES // ...............................50
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT............................................................50
2.2.1.1.- Construcción ....................................................................................................................50
2.2.1.2.- Funcionamiento .............................................................................................................52
2.2.1.3.- Estimación del coste ...................................................................................................53
2.2.1.4.- Ahorros climatización ..................................................................................................53
2.2.1.5.- Valoración .........................................................................................................................53
2.2.2.- SISTEMA DE FACHADA SATE // EXTERNAL THERMAL INSULATION COMPOSITE SYSTEMS “ETICS” ........................................................................54
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES // ...............................54
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT............................................................54
2.2.2.1.- Construcción ...................................................................................................................54
2.2.2.2.- Estimación del coste ..................................................................................................56
2.2.2.3.- Ahorros climatización .................................................................................................56
2.2.2.4.- Valoración ........................................................................................................................56
2.2.3.- SISTEMA DE FACHADA ENFOSCADOS MONOCAPA ....................................... 57
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES // ............................... 57
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT............................................................ 57
2.2.3.1.- Construcción ...................................................................................................................58
2.2.3.2.- Estimación del coste ..................................................................................................58
2.2.3.3.- Ahorros climatización .................................................................................................58
2.2.3.4.- Valoración ........................................................................................................................59
2.2.4.- SISTEMA DE FACHADA ENFOSCADOS DE MORTERO DE CEMENTO ..................................................................................................................................................60
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES // ...............................60
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT............................................................60
2.2.4.1.- Estimación del coste ...................................................................................................60
2.2.4.1.- Ahorros climatización ...................................................................................................61
2.2.4.2.- Valoración .........................................................................................................................61
2.2.1.- CONCLUSIONES // CONCLUSION .................................................................................62
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES // ...............................62
4444
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT............................................................62
2.3.- TIPOS DE FACHADA ......................................................................................................................................65
3.- POSIBILIDADES REALES Y POTENCIAL DEL SECTOR: ..................................................................66
3.1.- ESTUDIO DE MERCADO ..............................................................................................................................66
3.2.- ANÁLISIS FINANCIERO .................................................................................................................................. 67
3.3.- ANÁLISIS DAFO .................................................................................................................................................69
3.4.- POTENCIAL EXISTENTE ............................................................................................................................... 70
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RESUMEN EJECUTIVO
1. ESTUDIO DEL OBJETO DEL TRABAJO FIN DE MÁSTER (bocetos: acabar alcance, metodología y conclusiones. Ampliar todo lo que se quiera hasta un máximo de 20 páginas)
a. Situación problemática: consumo energético i. Introducción HECHO ii. Objeto HECHO iii. Alcance POR HACER iv. Metodología POR HACER v. Conclusiones POR HACER
2. ESTADO DEL ARTE
a. Energías renovables i. Solar térmica ii. Solar fotovoltaica
b. Fachadas c. Sistemas de integración de renovables en envolvente
3. POSIBILIDADES REALES Y POTENCIAL DEL SECTOR
4. DIGANÓSTICO
a. Problemas y defectos en las placas fotovoltaicas y paneles solares i. Puntos de mejora
b. Problemas en las envolventes térmicas i. Puentes térmicos
5. DESARROLLO Y DISEÑO a. Diseño constructivo y arquitectónico
i. Módulo de energía renovable ii. Sistema de rehabilitación de fachada
b. Integración en cubierta y fachada
6. APLICACIÓN PRÁCTICA a. Resolución de dos edificios:
i. Edificio con gran superficie abalconada ii. Edificio con gran superficie opaca
7. CONCLUSIONES
8. BIBLIOGRAFÍA
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1.1.1.1.---- ESTUDIO DEL OBJETO DESTUDIO DEL OBJETO DESTUDIO DEL OBJETO DESTUDIO DEL OBJETO DEL TRABAJO FIN DE MÁEL TRABAJO FIN DE MÁEL TRABAJO FIN DE MÁEL TRABAJO FIN DE MÁSTERSTERSTERSTER::::
1.1.- SITUACIÓN PROBLEMÁTICA: CONSUMO ENERGÉTICO
1.1.1.- INTRODUCCIÓN
El ser humano desde sus primeros pasos en la tierra, y a lo largo de la historia, ha sido
un buscador de formas de generación de energía necesaria y facilitadora de una vida más
agradable. Gracias al uso y conocimiento de las formas de energía ha sido capaz de cubrir
necesidades básicas: luz, calor, movimiento, fuerza, y alcanzar mayores cotas de confort
para tener una vida más cómoda y saludable.
En un principio, la poca población mundial y el lento avance tecnológico, hacían posible
un equilibrio entre demanda y producción natural de sustentos energéticos.
Sin embargo desde la llegada de la industrialización a los países occidentales
(comienzo de uso de combustibles fósiles a gran escala), la electricidad, la posterior
revolución que supuso la explotación del petróleo y sus derivados, el aumento de la
población mundial, y las sucesivas revoluciones que vendrán, podemos darnos cuenta
que el equilibrio energético, según el modelo actual, no es posible.
No sólo el aumento de demanda energética de países en vías de desarrollo hace que
la producción de energía sea cada vez mayor, si no la aceleración del consumo individual
de los países desarrollados desemboca en el disparo de la necesidad energética para la
sociedad de consumo.
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Por ello, es totalmente necesario un cambio drástico en el panorama energético
actual. El cambio hacia un modelo de desarrollo sostenible, implica una nueva concepción
sobre la producción, el transporte y el consumo de energía, con la consiguiente utilización
de fuentes renovables.
En este modelo de desarrollo sostenible, las energías de origen renovable, son
consideradas como fuentes de energía inagotables, pero que cuentan con la peculiaridad
de ser energías limpias, definidas por las siguientes características: sus sistemas de
aprovechamiento energético suponen un nulo o escaso impacto ambiental, su utilización
no tiene riesgos potenciales añadidos, indirectamente suponen un enriquecimiento de los
recursos naturales, la cercanía de los centros de producción energética a los lugares de
consumo puede ser viable en muchas de ellas, y son una alternativa a las fuentes de
energía convencionales, pudiendo generarse un proceso de sustitución paulatina de las
mismas.
1.1.2.- OBJETO
El objetivo principal de este proyecto es el estudio de la implantación de energías
renovables en la rehabilitación energética del parque de viviendas construidas en España.
En la última década se han llevado a cabo de forma creciente una serie de obras de
rehabilitación para reducir el consumo energético, mejorando la calidad y el confort de las
viviendas. La energía consumida actualmente de forma aproximada es de más de 300
kWh/m2 año para edificios de construidos antes de 1980 y de 80 kWh/m2 año en los
edificios posteriores a esta fecha. El objetivo del consumo energético por vivienda según
el estándar “passive house” es de 15 kWh /m2 año. Para poder llegar a este objetivo, el
consumo debe quedar significativamente reducido mediante mejoras en el aislamiento
térmico, cambio de carpinterías, renovación y mejora de eficiencia de las instalaciones,…
Además, esta reducción en el consumo debe ir unida a una producción energética de
este parque mediante energías limpias y renovables.
Por esta razón, nos planteamos cómo solucionar este problema dotando a las
viviendas de sistemas integrados e integrales de producción energética renovable de tal
forma que los edificios queden desvinculados totalmente de la cadena de emisiones de
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CO2, y pasen de ser consumidores de energía a productores.
Para ello, se investigarán las posibilidades de utilizar sistemas modulares compuestos
por diferentes métodos de obtención de energías con recursos renovables como solar o
eólica, para mejorar la eficiencia energética del edificio, así como la integración de
elementos de generación energética.
Como fase previa, al desarrollo del proyecto es necesario elaborar un informe sobre el
estado del arte, así como un estudio de mercado para analizar el mercado potencial, las
empresas competidoras, y las posibles tendencias futuras en cuanto a normativa vigente
aplicable.
1.1.3.- BENEFICIOS
1.1.4.- ALCANCE
1.1.5.- METODOLOGÍA
1.1.6.- CONCLUSIONES
9999
2.2.2.2.---- ESTADO DEL ARTE:ESTADO DEL ARTE:ESTADO DEL ARTE:ESTADO DEL ARTE:
2.1.- ENERGÍAS RENOVABLES
Para realizar el estado del arte de los sistemas bioclimáticos a desarrollar, se va a
proceder a distinguir entre las diferentes tipologías de sistemas de obtención de energías
renovables:
A. Energía solar térmica
B. Energía solar fotovoltaica
C. Energía eólica
2.1.1.- ENERGÍA SOLAR TÉRMICA // SOLAR THERMAL ENERGY
SISTEMAS ACTIVOS DE CAPTACIÓN SOLAR //
ACTIVE SOLAR ENERGY SYSTEMS
El Sol, aporta de forma continua más de 1.500 Kwh / m2 año, cantidad más que
suficiente para cubrir las necesidades humanas, que rondan en los países desarrollados
desde los 50 a los 150 kwh / día. Es por tanto una fuente “inagotable” de energía limpia y
completamente renovable. El uso de ésta, supondría grandes mejoras, como la no
contaminación del medio, en la sociedad actual y futura permitiendo mantener las
necesidades energéticas actuales sin comprometer los recursos y las posibilidades de las
futuras generaciones.
Entendemos por energía solar térmica activa lo que normalmente se conoce como
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tecnologías de energías renovables. Por ello se va incluir cualquier diseño o sistema que
utilice la radiación solar para calentar agua, que posteriormente se utilizará para
calefacción y/o ACS (Energía solar térmica).
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A. Sistemas de colectores de aire
Los colectores de aire están caracterizados por un bajo coste, pero también por una
eficiencia mucho menor que los colectores hidráulicos debido a la baja capacidad térmica
del aire respecto al agua.
Generalmente las ganancias térmicas de estos colectores son usadas de forma
inmediata y sin almacenamiento como precalentamiento del aire de ventilación del edificio.
Sus usos son muy limitados y sus aportes térmicos de escasa importancia. El
funcionamiento de estos sistemas es muy parecida al muro trombe.
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B. Sistemas de colectores hidráulicos
B.1. Sistemas de baja temperatura
Los captadores solares térmicos, también llamados colectores o paneles solares
térmicos, son unos dispositivos que permiten aprovechar la energía de la radiación solar,
transformándola en energía térmica de baja temperatura para usos domésticos o
comerciales (calefacción, agua caliente, y climatización de piscinas, fundamentalmente).
Es el componente principal de un Calentador solar.
Su funcionamiento consiste en el paso de un fluido impulsado mecánicamente a
través de los tubos del captador el cual se calienta debido a la acción de la radiación solar.
Una vez calentado el fluido de trabajo, éste es llevado a un intercambiador de calor donde
cede su energía térmica al agua que posteriormente será empleada como ACS o bien
para calentar directamente el circuito de calefacción del edificio. Las temperaturas que
pueden alcanzarse en el fluido de trabajo dependen del tipo de captador, su orientación y
la cantidad de radiación disponible pudiendo alcanzarse temperaturas de hasta 90ºC,
más que suficientes para las aplicaciones descritas.
La instalación de captadores solares térmicos tanto en fachada como en cubierta
constituye una solución robusta y totalmente contrastada para dar soporte tanto a la
calefacción como a la preparación de agua caliente sanitaria.
Figura 1 Detalle de captador solar térmico plano
Fuente.- Internet
Asimismo, cabe destacar que el actual Código Técnico de la Edificación obliga a la
instalación de estos sistemas para cubrir un determinado porcentaje de la producción de
agua caliente sanitaria dependiendo de la localización geográfica del edificio en cue
Dentro de los sistemas térmicos hidráulicos de baja temperatura podemos distinguir
en función de su estructura tres tipos de colectores:
a. Paneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidriodifundidos en la Unión Europea. de 10 cm de espesor. Hay que tener cuidado con el sobrecalentamiento en verano ya que pueden llegar a más de 150 ºC en verano.
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---- Temperatura de trabajo // 50 ---- Principales usos: ACS y ---- Producción energética: 400 ---- Precio
b. Paneles solares térmicos sin protección de vidrioPaneles solares térmicos sin protección de vidrioPaneles solares térmicos sin protección de vidrioPaneles solares térmicos sin protección de vidrioprecalentamiento de piscinas o precalentamiento de instalaciones de calor. Pueden trabajar sin aislamiento.
---- Temperatura de trabajo // 25 ---- Principales usos: piscinas y precalentamiento---- Producción energética: 300 ---- Precio medio: 200
agua caliente sanitaria dependiendo de la localización geográfica del edificio en cue
Dentro de los sistemas térmicos hidráulicos de baja temperatura podemos distinguir
en función de su estructura tres tipos de colectores:
Paneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidriodifundidos en la Unión Europea. Normalmente son unos prismas de 2 mde 10 cm de espesor. Hay que tener cuidado con el sobrecalentamiento en verano ya que pueden llegar a más de 150 ºC en verano.
Temperatura de trabajo // 50 - 100 ºC Principales usos: ACS y climatización Producción energética: 400 – 600 kWh/m2 año Precio medio: 320 – 480 e / m2
Paneles solares térmicos sin protección de vidrioPaneles solares térmicos sin protección de vidrioPaneles solares térmicos sin protección de vidrioPaneles solares térmicos sin protección de vidrio: son adecuados para precalentamiento de piscinas o precalentamiento de instalaciones de calor. Pueden trabajar sin aislamiento.
Temperatura de trabajo // 25 - 50 ºC Principales usos: piscinas y precalentamiento Producción energética: 300 – 350 kWh/m2 año Precio medio: 200 – 260 e / m2
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agua caliente sanitaria dependiendo de la localización geográfica del edificio en cuestión.
Dentro de los sistemas térmicos hidráulicos de baja temperatura podemos distinguir
Paneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidrioPaneles solares térmicos con protección de vidrio: son los más son unos prismas de 2 m2 y
de 10 cm de espesor. Hay que tener cuidado con el sobrecalentamiento en verano ya que pueden llegar a más de 150 ºC en verano.
: son adecuados para precalentamiento de piscinas o precalentamiento de instalaciones de
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c. Tubos de vacíoTubos de vacíoTubos de vacíoTubos de vacío: especialmente interesantes para trabajar con altas temperaturas. Son utilizables para ACS, frío solar y climatización. Están compuestos por tubos de absorciónindividuales formados por un cilindro de vidrio, una placa de absorción y una tubería que transporta el agua caliente. Todo el interior del tubo está al vacío.
---- ---- ---- ----
---- Temperatura de trabajo // 120 ºC ---- Principales usos: ACS, frío solar, calentamiento y uso industrial. ---- Producción energética: 480 – 650 kWh/m2 año ---- Precio medio: 500 – 1.100 e / m2
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B.1.1 Estudios Reseñables
El desarrollo de estudios sobre el uso y la integración de los paneles solares térmicos a
aumentado en los últimos años, debido al enorme potencial del sector de las energías
renovables unido a un amplio margen de mejora en la eficiencia y en el diseño de las
actuales instalaciones térmicas.
A nivel europeo, la Agencia Internacional de la Energía (I.E.A.) en su departamento
“Solar heating and cooler programme” contiene estudios sobre los diferentes campos de
actuación en la energía solar.
También el United States departement of Energy en su apartado “Energy Efficency &
Renewable Energy” tiene estudios interesantes sobre el desarrollo de la energía solar
tanto en América como en Europa.
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B.1.2. Ejemplos de integración arquitectónica
En esta parte del estado del arte se explican diferentes ejemplos de integración
arquitectónica en las que se considera que es interesante el tratamiento y el esfuerzo por
crear un conjunto homogéneo entre la arquitectura y los paneles de producción
energética.
Se han desarrollado fachadas solares térmicas en las que se integran, en un mismo
nivel, el aprovechamiento de la energía solar y todas las funciones de protección que debe
cumplir una fachada sin necesidad de ventilación en el lado trasero. La solución de
sistema se basa en las estructuras de montantes y travesaños y en estructuras de tipo
modular. En estas estructuras pueden montarse, en combinación casi arbitraria,
superficies acristaladas, paneles opacos o también elementos solares. No se trata de
componentes superpuestos adicionalmente, sino de elementos completamente
integrados en la fachada y en el edificio, tanto técnica como arquitectónicamente,
pudiendo integrarse tanto en fachadas ventiladas como en no ventiladas
I
ntegration of a glazed flat plate collector as part of the
multilayer roofing system, picture and details.
Credits Eternit / Soltop, www.eternit.ch; www.soltop.ch
Este captador solar es un buen ejemplo de integración arquitectónica en cubierta,
utilizándolo no solo como productor de energía si no como cerramiento, aprovechando
sus características de aislante térmico y resolviendo perfectamente el diseño constructivo
del mismo.
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Integration of a solar collector tray façade
http://www.waf-solarfassade.at/en/solar-produkte/
El sistema de fachada creado por WAF, implementa una solución de fachada ventilada
con un acabado de paneles solares integrados en bandejas horizontales.
Fig. 3.A.14: Façade integration of glazed flat plate collectors as façade cladding, detail and picture.
Credits AKS Doma, www.aksdoma.com
La casa ASK Doma, tiene diferentes módulos de integración de energía solar tanto
térmica como fotovoltaica. Son un buen ejemplo de unificación de energías renovables y
arquitectura.
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Fig. 3.A.20-a-b-c: Examples of double roofs conceived to reduce building heat (a: double tin roof in Arizona
architect n.a; b and c: double roof on a private house in Arizona. Architect Judit Chafee, credits Marja Lundgren).
El uso de los paneles solares térmicos como protectores solares es un poco
problemático debido a las conexiones de las tuberías y al espesor. Por ello es más
interesante utilizar paneles fotovoltaicos para este tipo de instalaciones.
http://www.osps.eu/references.php?category_id=3&reference_id=236
La empresa Wikona plantea este prototipo de tubos de vacío como elementos de
producción de ACS y agua caliente para calefacción a la par que sirve de sombreamiento
del corredor paralelo a la fachada.
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Detalle de sistema de acristalamiento captador solar Intelliglass
Otra patente interesante e innovadora resulta la desarrollada por la empresa
INTELLIGLASS donde un sistema de doble acristalamiento con una cámara de agua en su
interior es calentada por la radiación solar y circulada mecánicamente hacia un tanque
donde la energía térmica es almacenada. Al ser el agua transparente a la radiación visible y
opaca a la radiación infrarroja, únicamente la parte visible penetra en el interior del edificio,
ejerciendo una labor aislante adicional.
http://www.glassinchina.com/news/newsDisplay_18614.html
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El concepto del diseño de esta fachada es la incorporación de algas como birreactor y productor de energía, mediante la captura del calentamiento del sol y la creación de biomasa a partir de ellas. Este proyecto liderado por Arup, es el resultado de un prototipo de fachada cambiante y viva que pretende revolucionar la idea de fachada que se ha tenido hasta ahora.
Family house in Nenzing, Austria, architects Achammer & Partner OEG
Vivienda con paneles solares térmicos integrados en fachada. Los paneles forman el cerramiento de la fachada cumpliendo las mismas características que un revestimiento cualquiera. La instalación fue hecha por parte de AKS Doma.
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B.2. Sistemas de media y alta temperatura
Para la obtención de elevadas temperaturas es necesario recurrir a colectores
especiales, ya que con los planos es imposible, estos colectores son los colectores de
concentración, cuya filosofía no es más que aumentar la radiación por unidad de
superficie.
Hay varias formas y sistemas, pero la parte común a todos es que necesitan
orientación.
Este tipo de energías renovables, quedan más alejadas de su integración en edificios
debido a su complejidad constructiva y a la presencia de los concentradores de radiación.
Por ello tan solo vamos a citarlos y no tenerlos en cuenta a la hora del estudio.
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2.1.2.- ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA // PHOTOVOLTAIC ENERGY
SISTEMAS ACTIVOS DE CAPTACIÓN SOLAR //
ACTIVE SOLAR ENERGY SYSTEMS
La energía solar fotovoltaica, está jugando un papel muy importante en el actual
panorama energético cobrando exponencialmente mayor importancia debido a la mejora
de la competitividad en el mercado y sus características renovables y de cuidado del
medio.
La producción energética de electricidad a través de los paneles fotovoltaicos ha sido
utilizada desde hace más de 30 años, pero no ha sido hasta la actualidad cuando se ha
fomentado su integración en los edificios como fuente energética de autoconsumo e
incluso de producción vertida a la red.
Debemos ser conscientes de que la industria de la fotovoltaica se encuentra todavía
en su fase de infancia, y que su desarrollo es claro y enorme. Desde el rendimiento de las
placas, que aumenta día a día, hasta el precio de la fabricación y composición de las
mismas, están en constante cambio y evolución Es por tanto un campo volcado en la
investigación en busca de un mundo fuertemente vinculado a las energías renovables.
El desarrollo de los módulos fotovoltaicos tanto en placas como en superficies
flexibles, hacen de estas un material más del actual campo de las envolventes
arquitectónicas, pudiendo quedar totalmente integradas en los edificios.
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A. Tecnología de células de silicio cristalino
La tecnología de células de silicio cristalino supone hoy en día aproximadamente el
85% el total de módulos fotovoltaicos fabricados. Una de las razones por las que tiene
tanta aceptación el uso de este sistema es por el desarrollo de la microelectrónica, tanto
por el saber acumulado sobre este material, como por los precios razonables de mercado
(aun siendo la tecnología más cara de fabricación por su alto gasto energético de
generación a temperaturas de 1200ºC).
El desarrollo de las técnicas han hecho que este tipo de tecnología alcance
rendimientos satisfactorios en pocos años, teniendo dos subgrupos principales:
Células a base de silicio monocristalino.
Células de silicio multicristalino.
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Las diferencias radican en el método de obtención siendo el del segundo caso más
barato que el primero, obteniendo finalmente similares rendimientos. Sin embargo las de
lámina de silicio monocristalino han sido históricamente más eficientes.
La tecnología de obtención del silicio marca diferencias entre los tipos de
tecnología, y el método más común de obtención es el denominado Silicio Czochralski.
Fusionando silicio en un único gran lingote de este material que según los métodos
seguidos cristaliza en un único cristal o en varios. Siendo más barato y sencillo el caso del
silicio multicristalino.
De este gran lingote se obtienen bloques completos de silicio, de los cuales se sacan
por corte las láminas que serán las células fotovoltaicas. Finalmente tras todo el proceso
de dopado con boro y preparación de la célula de silicio para su correcto funcionamiento,
se procede a la ejecución del módulo.
Los módulos de silicio cristalino se componen generalmente de una matriz de células
fotovoltaicas de 5” o 6” (o 12,5 x 15,5) colocadas en serie entre dos soportes rígidos.
Actualmente en matrices de 72 células de ±0,7 voltios cada una.
En cualquier caso los módulos de células de silicio cristalino tienen como característica
estética principal su distribución unitaria en esa matriz células. Siendo inevitable su gran
rigidez compositiva que hace de esta tecnología poco amigable entre la comunidad
arquitectónica.
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B. Tecnología de células de lámina delgada
Nos encontramos ante la tecnología con mayor posibilidad de integración en
arquitectura.
Los módulos fotovoltaicos basados en tecnologías de lámina delgada se fabrican
mediante el depósito sobre un substrato de láminas delgadas de materiales sensibles a la
radiación solar. El grosor de las láminas se sitúa entre 0,5 y 3,0 µm en función del material
sensible empleado, así como de la estructura del dispositivo. Esta imprimación puede
llevarse a cabo sobre cualquier material que resista los requisitos de aguantar físicamente
temperaturas de aproximadamente 300 grados, que lleva el proceso, y entrar dentro de la
máquina de vacío en la que se lleva a cabo la imprimación. Siendo necesario (como en
toda tecnología fotovoltaica) el aislamiento posterior de los agentes externos por medio de
la encapsulación.
El substrato más comúnmente empleado es el vidrio, si bien también se emplean
actualmente otros materiales, especialmente de tipo flexible como los plásticos o acero
inoxidable, incluso materiales de construcción como cerámicas y piedras, los cuales
permiten reducir costes de fabricación y diversificar las aplicaciones de los sistemas
fotovoltaicos.
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Al igual que ocurría con los sistemas de captadores solares térmicos aplicados a
fachadas, la aplicación a las mismas de paneles fotovoltaicos es también ya una
tecnología madura y contrastada, que permite la generación de energía eléctrica en
forma de corriente continua a partir de la radiación solar incidente. Esta corriente continua
es transformada en corriente alterna inyectable a la red eléctrica o apta para
autoconsumo mediante un dispositivo llamado inversor fotovoltaico.
Respecto al material fotosensible, existen en la actualidad soluciones técnica e
industrialmente viables basadas en:
- Silicio en lámina delgada, como silicio amorfo.
- Telururo de Cadmio
- Compuestos ternarios del Cu, llamado tecnología CIGS
Siendo las dos primeras las tecnologías más extendidas. También se han desarrollado
productos basados en el depósito de elementos orgánicos, si bien estos se hallan todavía
en estado de pre adolescencia, con peores registros en cuanto a vida útil se refiere. El
desarrollo de células de doble y triple unión (multijunction cells) está muy avanzado
también y es aplicable actualmente, permitiendo alcanzar los mayores rendimientos de
esta tecnología.
Los rendimientos comerciales de los módulos son muy variables en torno al 7%. El
rendimiento de los módulos es superior en el primer año de vida, y cuando se estabiliza es
especialmente continuo a lo largo de su vida útil, al contrario que los de silicio cristalino.
28282828
Sin embargo presentan unas propiedades esenciales para su integración en
arquitectura que los hacen más preciados que los de la anterior tecnología.
Mientras en los anteriores veíamos que el sombreamiento de incluso una célula del
circuito podía crear una pérdida de voltaje completo, en este caso el sombreamiento
parcial del modulo incide de manera proporcional al voltaje obtenido.
Siendo buenos captadores de la radiación difusa que le llegan debido a su
composición amorfa del elemento semiconductor generador de la energía eléctrica.
En relación con el calor, los módulos de lámina fina, se ven afectados por la
temperatura pero de manera notablemente inferior a los de silicio cristalino, con una media
de en torno al -0,2%/ºK por una de -0,5%/ºK. Su rendimiento es ligeramente variable de la
temperatura ambiente existente (no siendo el caso de los de silicio cristalino, que
necesitan de una ventilación constante para disipar esta generación de calor). Siendo este
hecho critico para la integración de generación de la energía eléctrica en materiales
constructivos varios.
La gran cantidad de elementos semiconductores existentes para este tipo de
tecnología y su capacidad de ser depositado sobre cualquier base material hace que este
tipo de tecnología tenga una gran capacidad de adaptación, generación de acabados y
propiedades de los mismos. Es una tecnología estética y cualitativamente dinámica, por lo
que se precia especialmente a ser utilizada, sin ningún tipo de rechazo, en arquitectura.
La existencia de tecnologías de células de lámina delgada cuasi transparentes al
espectro visible, ofrece la posibilidad de tener cerramientos transparentes generadores
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de electricidad, o módulos con las mismas propiedades visuales que sus sustratos base
de materiales constructivos.
El método de fabricación y división en células independientes se encuentra
sensiblemente más depurado estéticamente que los módulos de silicio cristalino
convencionales, ofertando un acabado uniforme a distancias comunes y de gran
aplicación compositiva. Los módulos finales pueden ser de muy diferentes tamaños, en
función de la base en que son depositados, incluso pudiendo ser comercializados (como
ya es el caso) en grandes superficies textiles enrollables. Y es que la composición química
y el ínfimo grosor de esta solución permite ser aplicado sobre elementos plásticos,
metálicos, y textiles y sus consiguientes aplicaciones.
C. Tecnología de células de tercera
Se denominan células solares de tercera generación a aquellas que permiten
eficiencias de conversión eléctrica teóricas mucho mayores que las actuales y a un precio
de producción mucho menor. La investigación actual se dirige a la eficiencia de
conversión del 30-60%, manteniendo los materiales y técnicas de fabricación a un bajo
costo.
Se puede sobrepasar el límite
teórico de eficiencia de conversión de
energía solar para un solo material, que
fue calculado en 1961 por Shockley y
Queisser en el 31%19 No utilizan
turbinas ni generador si no la luz natural
del sol. Existen diversos métodos para
lograr esta alta eficiencia incluido el uso
de célula fotovoltaica con multiunión, la
concentración del espectro incidente,
el uso de la generación térmic
ultravioleta para aumentar la tensión, o el uso del espectro infrarrojo para la actividad
nocturna.
Dentro de este campo se encuentran las
tecnologías de multifunción
fotovoltaicas que trabajan con diferentes espectros de onda llegando a eficiencias muy
altas.
NANOCARBON PV CELLS
GRAPHENE
Tecnología de células de tercera generación
Se denominan células solares de tercera generación a aquellas que permiten
eficiencias de conversión eléctrica teóricas mucho mayores que las actuales y a un precio
de producción mucho menor. La investigación actual se dirige a la eficiencia de
60%, manteniendo los materiales y técnicas de fabricación a un bajo
Se puede sobrepasar el límite
teórico de eficiencia de conversión de
energía solar para un solo material, que
fue calculado en 1961 por Shockley y
l 31%19 No utilizan
turbinas ni generador si no la luz natural
del sol. Existen diversos métodos para
lograr esta alta eficiencia incluido el uso
de célula fotovoltaica con multiunión, la
concentración del espectro incidente,
el uso de la generación térmica por luz
ultravioleta para aumentar la tensión, o el uso del espectro infrarrojo para la actividad
Dentro de este campo se encuentran las “Novel PV technologies” como las
multifunción, que se caracterizan por una superposición de
fotovoltaicas que trabajan con diferentes espectros de onda llegando a eficiencias muy
NANOCARBON PV CELLS
30303030
Se denominan células solares de tercera generación a aquellas que permiten
eficiencias de conversión eléctrica teóricas mucho mayores que las actuales y a un precio
de producción mucho menor. La investigación actual se dirige a la eficiencia de
60%, manteniendo los materiales y técnicas de fabricación a un bajo
ultravioleta para aumentar la tensión, o el uso del espectro infrarrojo para la actividad
“Novel PV technologies” como las
, que se caracterizan por una superposición de células
fotovoltaicas que trabajan con diferentes espectros de onda llegando a eficiencias muy
31313131
D. Integración en envolventes
El grupo de materiales que vamos a abordar son aquellos que no solo nos parecen
interesantes por la producción energética renovable si no por su múltiple función y su
integración en la arquitectura actual. Se busca por tanto materiales que resuelvan los
problemas constructivos de la envolvente del edificio aportando además los beneficios de
la producción energética.
Las cubiertas de los edificios son el principal lugar de integración de energías
renovables en los edificios durante los últimos años. El código técnico de la edificación
obliga a la implantación de energías renovables dependiendo del consumo de la vivienda.
Esta iniciativa, fue el primer paso de la incorporación de la energía solar en el sector
residencial, aunque no tuviera mucho éxito ya que se implantó como un mero trámite a
superar sin pensar en los beneficios que una buena integración podía aportar.
1. Cubiertas1. Cubiertas1. Cubiertas1. Cubiertas de tejas:de tejas:de tejas:de tejas:
Las células fotovoltaicas pueden quedar integradas en las cubiertas de los edificios.
Puede sustituir la capa final de la envolvente como revestimiento, un panel sándwich
añadiendo las características de aislamiento térmico al panel, lucernarios si los paneles
son transparentes,…
La empresa francesa Sunstyle Solaire, plantea un sistema de tejas cuadradas planas
que tienen un sistema de solape entre ellas funcionando como revestimiento de la
cubierta sobre la estructura previa del edificio. La producción de estos paneles es de
125Wc/ m2, siendo la dimensión de las placas de 87 x 87 cm y su material de composición
silicio cristalino.
La marca Megaslate plantea unos paneles rectangulares
una subestructura tanto paneles fotovoltaicos como térmicos, creando una cubierta
totalmente lisa y estanca. La producción energética de sus paneles es de 160 Wp/panel
siendo sus dimensiones 130 x 87 cm.
La empresa francesa Sunstyle Solaire, plantea un sistema de tejas cuadradas planas
que tienen un sistema de solape entre ellas funcionando como revestimiento de la
cubierta sobre la estructura previa del edificio. La producción de estos paneles es de
, siendo la dimensión de las placas de 87 x 87 cm y su material de composición
La marca Megaslate plantea unos paneles rectangulares en los cuales integra sobre
una subestructura tanto paneles fotovoltaicos como térmicos, creando una cubierta
totalmente lisa y estanca. La producción energética de sus paneles es de 160 Wp/panel
siendo sus dimensiones 130 x 87 cm.
32323232
La empresa francesa Sunstyle Solaire, plantea un sistema de tejas cuadradas planas
que tienen un sistema de solape entre ellas funcionando como revestimiento de la
cubierta sobre la estructura previa del edificio. La producción de estos paneles es de
, siendo la dimensión de las placas de 87 x 87 cm y su material de composición
en los cuales integra sobre
una subestructura tanto paneles fotovoltaicos como térmicos, creando una cubierta
totalmente lisa y estanca. La producción energética de sus paneles es de 160 Wp/panel
33333333
Este sistema ha sido muy criticado por sus debilidades estéticas ya que no integra de
una forma interesante las energías renovables. No sustituye los antiguos elementos
constructivos por unos nuevos si no que adosa una capa fotovoltaica a los materiales
existentes.
Muchos sistemas de cubierta han desarrollado sus propios productos fotovoltaicos
con integración de las láminas solares. Este tipo de sistemas ha sido llamado la primera
generación debido a su escaso desarrollo.
2222. Cubiertas. Cubiertas. Cubiertas. Cubiertas planasplanasplanasplanas::::
En el caso de las cubiertas planas se pueden distinguir entre los paneles fotovoltaicos
que se añaden con una subestructura y una inclinación diferente o las que se integran en
el mismo plano de cubierta.
Hoy en día la mayoría de los paneles quedan instalados sobre una subestructura
metálica como adición a la cubierta.
34343434
La empresa Prosolar, tiene varios sistemas de integración de placas sobre
subestructuras metálicas en cubiertas.
También existe la posibilidad de usar los módulos cristalinos con sustratos de plástico
para permitir su integración en la cubierta con un adhesivo. La tecnología de lámina fina
ofrece diferentes láminas flexibles que pueden ser fácilmente montables.
Otra moda reciente es la de usar membranas resistentes al agua como soporte
flexible de láminas de silicio amorfo, debido a su simpleza y economía en su integración.
3333. Cubiertas. Cubiertas. Cubiertas. Cubiertas semitransparentessemitransparentessemitransparentessemitransparentes::::
Este método integra mejor las placas fotovoltaicas ya que puede cumplir
perfectamente todas las funciones de una cubierta. Su objetivo es crear un cerramiento
semitransparente que permita controlar el paso de luz al interior del edificio además de
producir energía eléctrica. Es fácilmente aplicable en lucernarios,…
35353535
Los módulos transparentes pueden ser también utilizados para atrios, parasoles
exteriores,… en ambos casos los cristales deben tener características de resistencia
mecánica y comportamiento térmico.
En las imágenes se muestra el edificio de Emanuele Noferimi en el que la integración
fotovoltaica cobra gran importancia a través del cerramiento translúcido de los
corredores. Es un buen ejemplo de energía fotovoltaica integrada perfectamente en los
usos de un edificio como cerramiento y protector solar.
4. Fachadas: 4. Fachadas: 4. Fachadas: 4. Fachadas:
Los componentes fotovoltaicos pueden sustituir la cara externa de la fachada o
sustituir el sistema completo de fachada, quedando así mucho más integrado en el
edificio.
Dentro de este grupo de elementos constructivos, podemos ver dos líneas muy
diferentes: fachadas opacas o translúcidas.
36363636
La empresa Green Pix Media Wall, propone esta fachada semitransparente como
productora energética y envolvente final. El carácter de la misma es muy interesante
desde un punto de vista arquitectónico utilizando paneles modulares fotovoltaicos que
componen las partes opacas y los huecos del edificio.
Cuando trabajamos con un panel fotovoltaico semitransparente en fachadas,
tenemos que considerar el impacto directo que tiene el sol en el interior, tanto lumínica
como climáticamente. Los paneles fotovoltaicos solo protegen parcialmente de la luz
solar.
Además, hay paneles fotovoltaicos que ofrecen un buen aislamiento térmico, lo que
permite su instalación en fachada como sistema de cerramiento, aunque hay que tener
en cuenta el comportamiento de la misma en las épocas más calurosas ya que el panel es
un captador de calor y eso puede perjudicar en las condiciones de confort interiores. Una
solución puede ser la fachada con doble piel.
37373737
5. E5. E5. E5. Elementos externoslementos externoslementos externoslementos externos: : : :
Además de la integración como elemento constructivo de fachada, los paneles
fotovoltaicos también pueden quedar integrados en elementos externos de fachada
como protectores solares,…
Estos elementos pueden ir integrados tanto en lamas de protección solar,
como en toldos u otros elementos que permitan el control lumínico. Pueden ser
opacos o semitransparentes dependiendo de las características del espacio interior.
Los balcones o parapetos pueden ser otro lugar de integración fotovoltaica,
casi siempre mediante elementos semitransparentes.
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6. 6. 6. 6. Nuevos elementosNuevos elementosNuevos elementosNuevos elementos: : : :
En el campo de las innovaciones, hay muchos desarrollos de paneles fotovoltaicos
de lámina delgada con polímeros añadidos. Esto nos lleva a un material muy ligero
capaz de tener prácticamente cualquier función imaginada.
No tienen un gran aprovechamiento energético de la luz directa debido a su forma
pero es un gran captador de la luz difusa. Esta característica unida a la amplia gama de
servicios que puede tener dentro de la vida cotidiana hace de estos materiales un gran
campo de investigación.
39393939
E. Ejemplos de integración arquitectónica
La simbiosis entre los elementos del campo fotovoltaico y los del edificio hace que los
paneles solares pasen a formar parte de los elementos estructurales del edificio. En la
primera generación de edificios fotovoltaicos los paneles simplemente se sobreponían
encima del edificio sin ninguna interacción con él. Existen centenares de ejemplos de este
tipo de fachadas fotovoltaicas, como puede ser la del edificio de Acciona Solar en
Sarriguren (Navarra).
En este caso, los paneles fotovoltaicos quedan ejercen de protección solar de la
fachada sur del edificio a través de una doble piel. La integración arquitectónica es
bastante buena, pero no une arquitectura y producción renovable si no que lo adosa de
forma acertada. De este tipo de edificios también tenemos el BP solar Showcase en
Birmingham.
40404040
En la segunda generación de integración los módulos estándar disponibles en el
mercado eran utilizados como cerramiento en el edificio. De este modo podemos
encontrar ya soluciones comerciales, como la ofrecida por el fabricante shell, que
permiten construir fachadas ventiladas fotovoltaicas a partir de módulos ensamblables
que además de generar energía eléctrica, aportan aislamiento térmico, acústico y actúan
como barrera contra la humedad.
Este edificio está situado en Camarillo, Estados Unidos, y contiene 1000 m2 de placas
fotovoltaicas que producen más de 60.000 kWh / 84 kWp. Destaca por su uniformidad en
la envolvente y por su ligereza
41414141
En la tercera generación se fabrica cristal fotovoltaico a la medida requerida por el
cliente en cada obra, es el cristal que se adapta al cerramiento y no lo contrario, de forma
que el cristal fotovoltaico se confunde con el cristal del edificio. Empresas como Onyx
Solar, Glass Solar, Soliker, Schott Solar o Intelliglass fabrican este tipo de vidrios que
pueden encontrarse instalados en edificios tales como el SurPLUShome, en Darmstadt,
Germany,
En este caso la empresa Wurth Solar ha creado una fachada de diferentes
módulos fotovoltaicos de diferentes colores hechos exclusivamente para el edificio
requerido. Es un paso más en la integración de las energías renovables ya que se adapta
a los requerimientos del arquitecto.
Los módulos son de 200 x 200 mm y de 2600 x 2400 mm. Está compuesto por
250 módulos de silicio monocristalino que producen 7,8 KWp para un edificio de 60 m2.
42424242
La empresa Soltecture, plantea una fachada trasventilada fotovoltaica con aislamiento
térmico adherido a la estructura portante. Tras los paneles fotovoltaicos hay una cámara
de ventilación para controlar la temperatura de los paneles fotovoltaicos. Son paneles
estándar de 1250 x 650 mm, 20 kg de peso y 85mm de espesor.
La empresa Sphelar Kyosemi ha creado esta patente que se compone de células de 1
a 2 mm que captan energía por ambos lados. Estos paneles pueden tener una
trasparencia del 20 al 80 % y puede ser maleable. Por ello es muy fácilmente integrable en
diferentes usos arquitectónicos.
44444444
2.1.3.- ENERGÍA SOLAR EN SISTEMAS HÍBRIDOS // HYBRID SOLAR
ENERGY
Existen prototipos que aúnan varios de los grupos anteriores. En esta línea
encontramos una multitud de trabajos en los que el calor acumulado en las fachadas
ventiladas fotovoltaicas es utilizado para conseguir el efecto adicional de chimenea solar
con el interior del edificio. Esto se consigue extrayendo aire (ya sea mediante convección
natural o mecánicamente) de la parte baja de la vivienda. Este aire se calienta al entrar en
contacto con la fachada fotovoltaica de manera que asciende y es recirculado al interior
de la vivienda en invierno o al exterior en verano logrando una disminución en las
necesidades de calefacción y refrigeración de la vivienda así como la refrigeración del
sistema fotovoltaico, lo que incrementa su eficiencia.
Figura 2 Detalle de distintas configuraciones de sistema híbrido de captación solar.
Fuente.- J.K. Tonui, Y. Tripanagnostopoulos
45454545
La patente más representativa en la línea de estos paneles, anteriormente descritos es
la mostrada a continuación:
“Photovoltaic module with improved heat transfer and recovery potential”
Donde se desarrolla un panel fotovoltaico para integrar en fachada, con unas cámaras
de aire posteriores, que permiten por un lado refrigerar los módulos para un mejor
rendimiento, y por otro, aprovechar el aire caliente para reutilizarlo en precalentamiento del
edificio.
Recientemente ha salido al mercado un panel híbrido desarrollado por una marca
española, ECOMESS, compuesto básicamente por un colector solar, al que se le ha
sustituido la parte superior del absorbedor por unas células fotovoltaicas, produciendo así
electricidad y en este caso agua caliente simultáneamente, en vez de aire caliente. Ver
imagen siguiente.
Captador híbrido de ECOMESS. Fuente: Internet
46464646
Aunque no es el mismo concepto del que se ha estado analizando, un ejemplo
diferente a destacar, combinando paneles térmicos y fotovoltaicos, es el de la fachada de
la sede del Departamento de Energía de Washington DC en la que se ha conseguido
construir un sistema de fachada ventilada que incorpora 200 KW de sistemas
fotovoltaicos con una gran superficie de captadores solares térmicos de tubos de vacío
para la producción de agua caliente. Asimismo, al pie de dicha fachada se encuentra una
piscina de agua que refresca el aire que entra a la parte baja del sistema y refrigera la
fachada, de modo que el conjunto de la instalación reduce notablemente el efecto de la
radiación solar del edificio al tiempo que produce energía, provocando importantes
ahorros energéticos.
Fachada híbrida del Departamento de Energía de Washington D.C. Internet.
Es muy interesante el proyecto recién finalizado desarrollado en el ámbito del FP7
(Séptimo Programa Marco) con el título “Cost-effective”´ Transforming facades into energy
gaining components, here is the mission of the project Cost-Effective http://www.cost-
effective-renewables.eu/ , en él se han desarrollado 5 tipologías de fachadas en las que se
combinan distintas soluciones activas y pasivas de producción de energía:
47474747
Fachada solar compuesta por colector térmico de aire caliente de vacio.
Cost-effective project.
Solución 3 – Modulo semitransparente de fachada con módulos fotovoltaicos
integrados. Cost-effective project.
Solución 4 – Sistema de ventilación con recuperación de calor integrado en fachada.
Cost-effective project.
48484848
Solución 5 – Módulo de fachada compuesto por colector solar sin vidrio asociado a
una bomba de calor. Cost-effective
49494949
2.2.- SISTEMAS DE REHABILITACIÓN ENERGÉTICA DE LA
ENVOLVENTE
La rehabilitación de las fachadas, es una necesidad periódico de la gran mayoría de
edificios. Hasta hace poco tiempo se optaba entre dos posibles soluciones, la primera
consistía en reparar los enfoscados mediante morteros de cemento y pintar la fachada
cada cierto número de años. La segunda opción consistía en aplicar enfoscados mono
capa solución técnicamente más avanzada.
Estas soluciones en la actualidad están siendo descartadas por anti económicas por la
aparición de sistemas dotados de aislamiento térmico. La tendencia actual en la
rehabilitación de fachadas no se basa únicamente en criterios estéticos, los dos puntos
más importantes a tener en cuenta a la hora de elegir el sistema de reparación son:
1. Alargar el periodo de vida útil de los acabados de fachada. La pintura sobre
enfoscado, solución habitual hasta hace pocos años, tiene una vida útil aproximada de
8-10 años, cuando colocamos un sistema de fachada ventilada cerámica el periodo
útil, sin necesidad de actuación sobre la fachada, es superior a 50 años y cuando
hablamos de un sistema “SATE” podemos considerar el plazo de durabilidad superior a
40 años siendo en ambos los gastos de mantenimiento muy inferiores a los sistemas
tradicionales.
2. Mejorar las características del aislamiento térmico por el exterior para disminuir
los consumos energéticos de climatización.
50505050
2.2.1.- SISTEMA DE FACHADA VENTILADA // VENTILATED FAÇADE
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES //
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT
La fachada ventilada o trasventilada es un sistema constructivo de cerramiento
exterior constituido por una hoja interior, una capa aislante, y una hoja exterior no estanca.
Este tipo de fachada permite cualquier tipo de acabados duraderos y de gran calidad, y
ofrece excelentes prestaciones térmicas y acústicas.
2.2.1.1.- Construcción
1. Sobre la fachada existente del edificio (hoja interior) se ancla una subestructura
metálica realizada en aluminio o acero inoxidable destinada a soportar la hoja exterior
de acabado.
2. Entre los elementos que componen la subestructura se dispone de una capa de
aislamiento sujeta mediante espigas plásticas o mortero adhesivo sobre la fachada
existente.
3. Una vez colocada la capa aislante, se montan las piezas de acabado. La
subestructura permite una cámara de aire de unos pocos centímetros entre el
aislamiento y las placas exteriores. Las juntas entre estas placas son abiertas,
permitiendo el flujo de aire.
51515151
4. Las placas exteriores pueden ser de diversos materiales: materiales cerámicos,
piedra, madera, paneles sándwich, etc.
5. La piel exterior o de acabado dispone de ranuras tanto en la parte inferior como en la
superior, para permitir la renovación de aire.
52525252
2.2.1.2.- Funcionamiento
La existencia de juntas entre las piezas de fachada evita los problemas típicos de la
dilatación, por lo que son fachadas que presentan un buen aspecto durante mucho
tiempo. La hoja exterior también amortigua los cambios de temperatura tanto en el
aislante térmico como en el impermeabilizante, prolongando su vida útil. Por último, la
existencia de la hoja exterior ayuda a reducir las pérdidas térmicas del edificio: en los
meses de verano la piel exterior se calienta creando un efecto convectivo que hace
circular el aire en el interior de la cámara. Este “efecto chimenea” desaloja el aire caliente y
53535353
lo renueva con aire más frío. En los meses de invierno este efecto es inferior siendo el
aislamiento térmico interior el que mejora el rendimiento energético.
2.2.1.3.- Estimación del coste
El coste de este sistema viene determinado por los acabados a utilizar. Para una
solución estándar de piezas cerámicas de color ladrillo y 8cm de aislamiento térmico en
lana de roca la rehabilitación de una fachada mediante este sistema tiene un coste
aproximado (incluyendo el coste de alquiler, montaje y desmontaje de andamios) a partir
de 118 e/m².
2.2.1.4.- Ahorros climatización
Ahorros en factura energética estimados en invierno: 75%75%75%75%.
Ahorros en factura energética estimados en verano: 70707070%%%%
2.2.1.5.- Valoración
La fachada ventilada es una de las opciones técnicamente más completas para la
rehabilitación de fachadas. Es muy duradera, la que mejor soluciona el aislamiento térmico
en verano y la que aporta estéticamente más valor a la edificación rehabilitada.
A pesar que el coste inicial de la inversión es algo elevado, el análisis de la inversión a
medio plazo confirma su absoluta competitividad respecto a los sistemas de enfoscados
tradicionales o monocapa (sistemas 3 y 4).
Coste estimado sin incluir subvenciones.
54545454
2.2.2.- SISTEMA DE FACHADA SATE // EXTERNAL THERMAL
INSULATION COMPOSITE SYSTEMS “ETICS”
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES //
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT
El sistema “sate” (sistema de aislamiento térmico por el exterior) o en inglés “etics”
(external thermal insulation composite systems) consiste en la colocación en la cara
externa de las fachadas de planchas de aislamiento térmico adherido al muro. La fijación
habitual suele realizarse mediante adhesivos y fijación mecánica. Los paneles más
habituales están realizados mediante poliestireno expandido siendo cada vez más
habituales las planchas de lana mineral. El aislante se protege con un revestimiento
constituido por una o varias capas protección, una de las cuales lleva una malla como
refuerzo. El revestimiento exterior se aplica directamente sobre el panel aislante.
2.2.2.1.- Construcción
1. Tomando como base la fachada existente del edificio, se sujetan las planchas de
aislante del espesor necesario. La sujeción se realiza mediante potentes adhesivos y
tacos plásticos de gran resistencia mecánica y nulo deterioro por corrosión.
2. Sobre las placas de aislamiento se aplica un mortero de refuerzo y alisado de la
superficie, denominado capa base. Esta capa la podemos extender con llana o con
máquina de proyectar en un espesor aproximado de unos 2 mm y se aplica
55555555
directamente sobre el aislamiento, siendo la capa que proporcionará la mayor parte
de las prestaciones mecánicas.
3. Sobre la capa base se aplica un revestimiento decorativo coloreado impermeable al
agua de lluvia y transpirable que puede presentarse con distintas terminaciones:
rayado, gota, fratasado, liso.
4. El material de acabado recomendado es sin discusión el mortero acrílico. Este
material gracias al desarrollo nanotecnológico, posee altísima capacidad de
impermeabilización, pero a su vez permite una alta transpirablilidad del vapor de agua.
Por este motivo se ensucian muy poco y son muy resistentes a las acciones
meteorológicas, manteniendo su impermeabilidad y su inalterabilidad de los colores a
lo largo del tiempo.
56565656
2.2.2.2.- Estimación del coste
El coste de este sistema como la solución anterior viene determinado por las
terminaciones a emplear. Para una solución estándar mediante 8cm de aislamiento
térmico en poliestireno expandido y un acabado acrílico, la rehabilitación de una fachada
tendría un coste aproximado (incluyendo el coste de alquiler, montaje y desmontaje de
andamios) a partir de 56 e/m².
2.2.2.3.- Ahorros climatización
Ahorros en factura energética estimados en invierno: 70%70%70%70%....
Ahorros en factura energética estimados en verano: 63%63%63%63%
2.2.2.4.- Valoración
Este sistema tiene una excelente relación calidad / precio. El sistema sate-etics ofrece
unas reducciones muy importantes en los consumos y una gama de colores y texturas
muy extensa.
Coste estimado sin incluir subvenciones.
57575757
2.2.3.- SISTEMA DE FACHADA ENFOSCADOS MONOCAPA
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES //
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT
Este sistema consiste en la aplicación de un mortero predosificado industrialmente,
compuesto por cemento, aditivos, áridos, y fibras, al que únicamente se le añade agua en
obra y una vez amasado, se extiende o proyecta sobre las paredes de cerramiento en
una sola capa de unos 15 mm de espesor, con distintas posibilidades de texturas y colores
que constituye el acabado de fachada. El producto terminado posee interesantes
propiedades impermeables y transpirables que contribuyen al buen comportamiento
higrotérmico de las fachadas, aunque no supone ninguna mejora en su aislamiento
térmico acústico.
El aspecto final del monocapa se puede escoger entre una serie de posibilidades en
función de los pigmentos y el tratamiento final de la superficie una vez aplicado sobre el
soporte.
58585858
2.2.3.1.- Construcción
2.2.3.2.- Estimación del coste
El coste de este sistema viene determinado por las terminaciones a emplear, así como
de la complejidad de la geometría de la edificación. Para una solución estándar la
rehabilitación de una fachada tendría un coste aproximado (incluyendo el coste
de alquiler, montaje y desmontaje de andamios) a partir de 34 e/m².
2.2.3.3.- Ahorros climatización
Ahorros en factura energética estimados en invierno: 0%0%0%0%....
Ahorros en factura energética estimados en verano: 0000%%%%
59595959
2.2.3.4.- Valoración
Dentro de los sistemas de rehabilitación de fachadas, sin mejoras de aislamiento exterior,
ofrece las características técnicas más interesantes así como una amplia gama de
colores y texturas.
60606060
2.2.4.- SISTEMA DE FACHADA ENFOSCADOS DE MORTERO DE
CEMENTO
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES //
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT
Dentro de los revestimientos de mortero, el enfoscado de cemento es el más duro y
resistente. Estas propiedades lo convierten en el revestimiento más usado siendo el
acabado habitual en fachadas de viviendas de bajo presupuesto y en la práctica totalidad
de las medianeras. Los aspectos negativos son numerosos, es excesivamente rígido (se
agrieta con facilidad), presenta un aspecto final muy pobre, por lo que la práctica habitual
es utilizarlo como soporte para un nuevo revestimiento de acabado, que puede consistir
en una simple pintura, o en una nueva capa de un material más fino.
2.2.4.1.- Estimación del coste
El coste de este sistema es el que requiere la menor inversión iniciiiial de todos los
sistemas expuestos, sin embargo antes de su empleo, debe tenerse en cuenta que
requiere un mayor mantenimiento debido a que necesita una mayor frecuencia del
pintado y limpiado. Una estimación del sistema terminado con una pintura para exteriores
tendría un coste aproximado (incluyendo el alquiler, montaje y desmontaje de andamios) a
partir de 26 e/m².
61616161
2.2.4.1.- Ahorros climatización
Ahorros en factura energética estimados en invierno: 0%0%0%0%....
Ahorros en factura energética estimados en verano: 0000%%%%
2.2.4.2.- Valoración
A pesar de su menor coste inicial, este sistema a medio plazo supone mayores
desembolsos económicos que los dos primeros al no aportar ningún tipo de ahorro (por
no disponer de aislamiento térmico) y su mantenimiento es el de mayor frecuencia de los
cuatro.
No es un sistema recomendable por sus características mecánicas, su exceso de
rigidez provoca numerosas fisuras y grietas cuando la estructura es de madera, metálica
o cuando las estructura es de hormigón armado calculado estrictamente (cálculos
anteriores a 1939).
Con respecto a sus características higrotérmicas tampoco es un sistema
recomendable, el mortero de cemento es impermeable al vapor de agua, lo que unido a la
falta de aislamiento exterior, suele provocar condensaciones interiores con sus
importantes consecuencias para la salud de los ocupantes de las viviendas.
62626262
2.2.5.- CONCLUSIONES // CONCLUSION
SISTEMAS PASIVOS DE REHABILITACIÓN DE ENVOLVENTES //
PASSIVE SYSTEMS CLADDING REFURBISHMENT
La envolvente es la principal protectora del edificio frente a los condicionantes
climáticos y a las posibles agresiones externas. Una buena envolvente significa eliminar el
riesgo de condensaciones, humedades,… que puedan afectar a la estructura. Los
sistemas de rehabilitación de fachada suponen un incremento de la vida útil del edificio
aportando una durabilidad de fachada de más de 50 años en los dos primeros casos.
El aislamiento térmico exterior supone una reducción del gasto en climatización del
edificio de entorno al 70%, con lo que la rehabilitación de la fachada tiene un retorno
económico directo, y aporta una mejora de las condiciones interiores de confort. Esto
unido al precio creciente de la energía hace que sea interesante rehabilitar las fachadas de
los edificios que tienen deficiencias térmicas.
La reducción del consumo energético supone también una reducción en las
emisiones de CO2 provocadas por la combustión de combustibles fósiles contribuyendo
a mejorar la calidad del planeta y encaminarnos así hacia un decrecimiento del consumo
energético y una producción limpia y renovable de energía
Motivos:
1. Excelente inversión:
Los ahorros en la factura energética son muy elevados (debido a la imparable
subida del coste de la energía) unido a los apoyos administrativos a la rehabilitación
energética por medio de subvenciones y ayudas. Los periodos de retorno de la
inversión son relativamente cortos.
63636363
2. Rentabiliza la colocación de andamios:
Cuando la inspección técnica de edificios impone la rehabilitación de la fachada
por la existencia del riesgo de desprendimientos, la colocación de los andamios es
prácticamente una obligación. Dado el gasto que supone la colocación del andamio
es elevado, en muchos casos el 30% del presupuesto de las obras para una solución
sin aislamiento, lo coherente es aprovechar la circunstancia para mejorar las
características energéticas del edificio.
3. Mejora la venta del inmueble:
La mejora del aislamiento de una fachada mejora la calificación en la escala de
certificación. La certificación energética de edificios existentes será obligatoria a partir
del 1 de Junio de 2013, por lo que hay que certificar las características energéticas del
los inmuebles a la hora de la venta. Esto sucede en otros países de la unión europea, y
supone que el valor de una vivienda, oficina,… será sensiblemente más elevado si la
calificación energética es A que si es una D ya que implica unos consumos
energéticos muy inferiores.
4. Aumenta la salubridad del inmueble:
El aislamiento térmico exterior suprime los puentes térmicos que se producen en
las fachadas, esto evita condensaciones superficiales y la formación de mohos en las
paredes frías. La humedad favorece la presencia de mohos, hongos, ácaros y otros
patógenos, el hecho de respirar entre 10 y 20000 litros de aire con olor a humedad en
las paredes al día genera importantes problemas de salud.
5. Aumenta el confort de las viviendas:
Cuando la envolvente de un edificio es energéticamente eficiente, con un mínimo
consumo, se consigue la climatización de las estancias a temperaturas más elevadas
en invierno y menores en verano. También aumenta el confort acústico.
6. Protege los elementos estructurales:
Las vigas, pilares, forjados,... ven favorecida su durabilidad. La colocación de un
aislamiento por la cara exterior del cerramiento supone una barrera protectora a los
elementos estructurales del inmueble, sea cual sea su constitución, fabrica de ladrillo,
madera, hormigón, acero… Son fachadas totalmente impermeables al agua de lluvia y
además aportan una considerable reducción de la exposición a los ciclos calor y frío
diarios y estacionales lo que se traduce en un considerable aumento de la durabilidad.
7. Mejoras estéticas:
En el mercado de la construcción existe un elevado número de soluciones que
permiten la mejora estética de cualquier inmueble. Las posibilidades son
64646464
innumerables,… el aspecto de un edificio rehabilitado muchas veces mejora al de un
edificio de nueva construcción.
8. Mejoras ambientales:
Tal como se relaciona, una fachada rehabilitada mediante una solución de
aislamiento térmico en su cara externa (sistema de fachada ventilada o sistema sate –
etics) es significativamente más efectiva que otra rehabilitada mediante una solución
tradicional (enfoscados de cemento o enfoscados monocapa) en cualquiera de los
aspectos estudiados.
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3.3.3.3.---- POSIBILIDADES REALESPOSIBILIDADES REALESPOSIBILIDADES REALESPOSIBILIDADES REALES Y POTENCIAL DEL SECTY POTENCIAL DEL SECTY POTENCIAL DEL SECTY POTENCIAL DEL SECTOROROROR::::
3.1.- ESTUDIO DE MERCADO
España cuenta con un parque residencial existente de aproximadamente 25 millones
de viviendas que consumen el 17 % de la energía total del país y son responsables de la
cuarta parte de las emisiones de CO2 a nivel nacional, llegando a un tercio si se incluyen
las emisiones producidas al construir.
El 53% de estas viviendas está construida antes de la elaboración de cualquier norma
de eficiencia energética, 1979, con lo que son muy deficientes. Actualmente existe una
clara oportunidad de ahorro energético en viviendas, dentro del contexto europeo de
reducción del 20 % del consumo de la energía primaria para 2020, y entre el 80 y el 95%
de emisión de gases de efecto invernadero.
Dentro de este mercado de rehabilitación podemos distinguir dependiendo de la
profundidad de la obra llevada a cabo diferentes clases:
1. Mejora de los niveles de aislamientos conforme al actual código técnico CTE:
supondría un ahorro del 57%ahorro del 57%ahorro del 57%ahorro del 57% de la energía consumida.
2. Mejora de los niveles de aislamientos conforme el estándar passive house:
supondría un ahorro del 72%ahorro del 72%ahorro del 72%ahorro del 72% de la energía consumida.
3. Incorporación de energía solar térmica y fotovoltaica para el autoconsumo:
supondría un ahorro ahorro ahorro ahorro del 12%del 12%del 12%del 12% de la energía consumida ya que sería aportada por energías
renovables.
4. Renovación y mejora de las instalaciones térmicas de los edificios: supondría un
ahorro del 23%ahorro del 23%ahorro del 23%ahorro del 23% de la energía consumida.
5. El conjunto de las tres últimas ideas: supondría un ahorro total del 85% ahorro total del 85% ahorro total del 85% ahorro total del 85% de la
energía consumida y una reducción del 82% de las emisiones.
La rehabilitación energética profunda reduce tanto el consumo como el suministro en
más de un 75% en comparación con los niveles anteriores de renovación.
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Reducir un 30% el consumo energético de los hogares españoles permitiría ahorrar
más de 2.300 millones de euros en costes energéticos y un ahorro de 8,7 millones de
toneladas de CO2 al año.
3.2.- ANÁLISIS FINANCIERO
En este aspecto hace falta una clara creación de mecanismos de financiación y
programas de incentivos para estimular la entrada de capital privado y de fondos públicos
al sector. Para financiar el ahorro energético es fundamental el uso estratégico de las
subvenciones que pongan en marcha el nivel adecuado de actividad, así como el
suministro de recursos financieros de bajo coste y a largo plazo.
Hay varios factores que tienen un fuerte impacto en el sector de la reforma;
1. El coste de financiación a largo plazo del ahorro energéticoEl coste de financiación a largo plazo del ahorro energéticoEl coste de financiación a largo plazo del ahorro energéticoEl coste de financiación a largo plazo del ahorro energético: permitiendo a los
propietarios tener plazos más largos y más asequibles.
2. Los precios de la energíaLos precios de la energíaLos precios de la energíaLos precios de la energía: la evolución futura de los precios de la energía en
España, especialmente de aquellas, como el gas, que tienen el impacto más significativo
en el coste de la calefacción doméstica, es un determinante fundamental de la
amortización de la inversión en medidas de reforma profunda.
3. El valor del CO2: El valor del CO2: El valor del CO2: El valor del CO2: la capacidad del propietario, o inversor, de percibir el valor del
ahorro de emisiones de CO2 desde el punto de vista financiero, en consonancia con las
acciones de reforma profunda, puede tener un impacto material en las tasas de reforma,
especialmente a medida que los precios suben en el horizonte de 2020-2050.
4. La curva de aprendizaje para la reformaLa curva de aprendizaje para la reformaLa curva de aprendizaje para la reformaLa curva de aprendizaje para la reforma: es probable que a medida que
avance el sector, las empresas que están prestando servicio a este nuevo mercado
encuentren economías de escala, procesos de mayor eficiencia y ahorros en los costes
de mano de obra como resultado de la reforma de cientos de miles de hogares españoles
al año.
De forma orientativa se dan unos datos de inversión total entre 2012 y 2020,
producción de empleo anual dependiendo del número de viviendas rehabilitadas:
117.500 viviendas: 14.765 mill. euros 39.866 puestos de trabajo
312.500 viviendas: 36.809 mill. euros 99.384 puestos de trabajo
625.500 viviendas: 72.192 mill. euros 194.918 puestos de trabajo
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La tasa de rehabilitación energética ha de superar las 312.500 viviendas/año312.500 viviendas/año312.500 viviendas/año312.500 viviendas/año para
que España pueda cumplir su propósito con la Unión Europea en 2050.
Son muchas las características atractivas de la rehabilitación.
1. La subvención pública directa solo sería necesaria hasta 2021 según este informe, el
cual podría ser recuperado en un plazo de 20 años.
2. El nuevo sector de las reformas creará entre 140 y 150 mil empleos directos durante
décadas.
3. La subvención de inversión pública por trabajo creado puede ser únicamente de
6.000 euros anuales.
4. El perfil de los préstamos de eficiencia energética subvencionados de bajo coste y a
largo plazo es muy atractivo
La senda hacia una economía sostenible pasa por la reducción del consumo La senda hacia una economía sostenible pasa por la reducción del consumo La senda hacia una economía sostenible pasa por la reducción del consumo La senda hacia una economía sostenible pasa por la reducción del consumo
energético energético energético energético de las viviendas.de las viviendas.de las viviendas.de las viviendas.
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3.3.- ANÁLISIS DAFO
AMENAZASAMENAZASAMENAZASAMENAZAS OPORTUNIDADESOPORTUNIDADESOPORTUNIDADESOPORTUNIDADES
Mercado inmobiliario estancado Tendencia hacia la eficiencia energetica
Región climática templada ´ (amortización más lenta)
Normativa favorable
Crisis económica internacional Incremento en el coste de la energía
Decisiones comunitarias (las decisiones se toman a través de un comité que representa a los porpietarios)
Alta tasa de ocupación por el propietario. Es el dueño el que realiza la inversión.
DEBILIDADESDEBILIDADESDEBILIDADESDEBILIDADES
FORTALEZASFORTALEZASFORTALEZASFORTALEZAS
Sector tradicionalmente poco innovador Sector potente y en constante
crecimiento.
Necesaria colaboración con otros sectores. (El producto necesita componentes con energías renovables especialmente diseñados para su incorporación en
fachada)
Fácil posibilidad de adaptación al nuevo producto
Incertidumbres relativas a la viabilidad técnica y económica del producto
Tiempo de puesta en producción esperablemente bajo
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3.4.- POTENCIAL EXISTENTE
La condición del mercado laboral, además del deterioro de las perspectivas para su
mejora unido al hecho del cambio de tendencia en el modelo demográfico (en descenso
frente al crecimiento producido entre 2001 y 2009), explican la tendencia al
estancamiento de la demanda. La tendencia del comprador extranjero-inversor, que en
menor medida también constituía un nicho de demanda, es bajista debido al factor riesgo
del país.
La falta de crédito todavía persiste. Las estadísticas de los préstamos hipotecarios
apuntan a un escenario recesivo, habiendo descendido el número de transacciones de
venta en los primeros 8 meses de 2012 en -35% en número y -40% en valor.
No hay cambio en el volumen de oferta. La tasa de crecimiento en las ventas apenas
ha aumentado dado que existe un stock de viviendas a la espera de ser vendidas o
alquiladas, y que se estimó hace dos años en 800.000 unidades. Además, de acuerdo
con las estadísticas sobre vivienda terminada en los últimos dos años, se han sumado
300.000 viviendas más que se han incorporado al mercado inmobiliario
No obstante, el borrador del nuevo Plan de Vivienda Pública, en el que las principales
líneas de actuación se basan en el fortalecimiento de la vivienda de alquiler privado frente a
la propiedad, el reconocimiento de los inventarios de viviendas desocupadas y su
incorporación al mercado y el impulso a la rehabilitación , podrían contribuir parcialmente a
la recuperación del sector.
Otro gran mercado a analizar es el de la rehabilitación energética. Hasta ahora el Otro gran mercado a analizar es el de la rehabilitación energética. Hasta ahora el Otro gran mercado a analizar es el de la rehabilitación energética. Hasta ahora el Otro gran mercado a analizar es el de la rehabilitación energética. Hasta ahora el
mercado de la rehabilitación había sido casi rmercado de la rehabilitación había sido casi rmercado de la rehabilitación había sido casi rmercado de la rehabilitación había sido casi residual, poco mas de 450.000 viviendas esidual, poco mas de 450.000 viviendas esidual, poco mas de 450.000 viviendas esidual, poco mas de 450.000 viviendas
frente a los más de 5.500.000 de vivienda de nueva construcción en los últimos 12 frente a los más de 5.500.000 de vivienda de nueva construcción en los últimos 12 frente a los más de 5.500.000 de vivienda de nueva construcción en los últimos 12 frente a los más de 5.500.000 de vivienda de nueva construcción en los últimos 12
años. Ver gráficaaños. Ver gráficaaños. Ver gráficaaños. Ver gráfica adjunta.adjunta.adjunta.adjunta.
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Figura 3 Número de visados de dirección de obra de viviendas (nuevas y rehabilitadas)
Fuente.- Ministerio de Fomento
Sin embargo, como en el caso de la construcción nueva, se han reducido las expectativas
con una previsión de disminución del -18% para el 2013. Las razones de esta previsión son
las mismas que para vivienda nueva, con el agravante de que este es un mercado que se
mueve al ritmo de la confianza de las economías domésticas, tanto en términos de
disponibilidad de inversión y las perspectivas de la revalorización de los precios de la
vivienda. A pesar de que la rehabilitación de viviendas debería plantearse como uno de los
motores económicos que ayudarán al país a salir de la crisis, las buenas intenciones del
Plan de Infraestructuras, transportes y viviendas no viene acompañado de medidas de
estímulo que impulsen esta actividad.
La previsión del “Europe's leading construction business research group”
EUROCONSTRUCT al respecto de este sector en España, es pesimista, con una actividad
mínima durante un largo período de tiempo.
A continuación se muestra las previsiones de construcción, según diferentes aspectos
que ha desarrollado EUROCONSULT en su informe “Outlooks for the world´s key
construction market”, realizado en el año
2012.