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ISBN:978-84-692-2789-3Depósito Legal:…………………
Dirección Técnica y Edición: Agencia Andaluza de la Energía Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa
Redacción:David Cañavate Cazorla MªJesús Pérez-Solano Valdazo y Mónica Sánchez Astillero (Agencia Andaluza de la Energía)
Impresión:Gráficas Díaz Acosta
Documento disponible en Internet: www.agenciaandaluzadelaenergia.es
Agencia Andaluza de la EnergíaConsejería de Innovación, Ciencia y EmpresaJunta de AndalucíaC/Isaac Newton, nº6 - 41092 Isla de la Cartuja. SevillaTel. 954 78 63 35 Fax: 954 78 63 50informacion.aae@juntadeandalucia.eswww.agenciaandaluzadelaenergia.es
En los últimos años, la situación energética y los problemas decontaminación ambiental han originado una preocupación generalpor el uso de energías convencionales, tanto a nivel gubernamentalcomo entre los ciudadanos. Esto ha propiciado el impulso y desarro-llo de actuaciones de investigación y desarrollo, promoción eimplantación de tecnologías renovables, en búsqueda de un mode-lo energético sostenible.
Actualmente, las tecnologías renovables están ampliamente des-arrolladas en Andalucía y han demostrado que son tecnologías via-bles técnica y económicamente en muy diversas aplicaciones. Entreeste tipo de tecnologías renovables se encuentra la energía solar, apartir de la cual es posible obtener energía térmica y eléctrica.
Para llegar al escenario actual, en Andalucía se han realizadodesde 1993, programas pioneros en España y Europa de ayudas ala inversión para la promoción de instalaciones de energía solar, asícomo acciones destacadas en I+D+i y medidas de regulación y nor-malización.
Andalucía cuenta con un recurso solar privilegiado, que ha favo-recido el paso de un mercado potencial a un mercado desarrolladoy consolidado en energía solar. Así, en los últimos años, laComunidad Autónoma goza de una posición destacada a nivel nacio-nal al contar con más del 30 % de la superficie total instalada deenergía solar térmica en España, y con las primeras centrales sola-res termoeléctricas en funcionamiento a nivel comercial en Europa,tanto de tecnología de torre, como de colectores cilindro para-bólicos.
La Junta de Andalucía ha querido enfatizar el impulso del uso dela energía solar, mediante la creación de instrumentos como la Ley2/2007, de 27 de marzo, de Fomento de las Energías Renovables ydel Ahorro y Eficiencia Energética en Andalucía, y el Plan Andaluz deSostenibilidad Energética 2007-2013 (PASENER), que condicionaránsin duda el marco en el que se desarrolle la energía solar en laregión en los próximos años.
Si bien, es destacable, la relevancia de la publicación del CódigoTécnico de la Edificación en marzo de 2006, que establece las exi-gencias básicas de calidad, seguridad y habitabilidad de los edificiosy sus instalaciones, buscando que el sector de la edificación seadapte a la estrategia nacional de sostenibilidad económica, ener-gética y medioambiental. Esta normativa exige la incorporación deinstalaciones solares térmicas y fotovoltaicas en edificios de nuevaconstrucción, y en rehabilitaciones, lo cual supone el empujedefinitivo.
La Agencia Andaluza de la Energía realiza esta publicación conobjeto de dar un paso más en el impulso de la energía solar en edi-ficios, teniendo en cuenta la necesaria integración de sus compo-nentes en el proyecto arquitectónico. Así, se centra en destacaraspectos generales sobre la integración arquitectónica de las tecno-logías solares en la edificación, y en aportar las claves para conce-bir la instalación solar como una instalación más en el diseño deledificio, facilitando la incorporación de la energía solar en el proyec-to arquitectónico.
Francisco José Bas JiménezDirector General
Introducción. La Energía Solar en la Edificación
Energía Solar Térmica
Energía Solar Fotovoltaica
Normativa Vigente
Casos Prácticos
Introducción. La Energía Solar en la Edificación
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El Porqué de la Energía Solar en la Edificación
La Energía Solar lleva un largo camino reco-rrido. En los años 70 y 80, al dispararse losprecios de la energía por la crisis del petró-leo, se propusieron, a nivel internacional,diversos programas de I+D relacionadoscon las nuevas tecnologías solares, poste-riormente se firmó el Protocolo de Kioto en1997, y se pusieron en marcha diversasestrategias dirigidas al cumplimiento de esteacuerdo. En concreto, en España, tanto anivel nacional como regional, surgieron ini-ciativas para incentivar la utilización deEnergías renovables, además de normati-vas que para regular la incorporación deEnergía Solar en los edificios.
Desde entonces, la tecnología solar, en susdiversas variantes, ha sido ampliamentedesarrollada, especialmente en Andalucía,así como demostrada la viabilidad técnica yeconómica de la misma en el campo de laedificación.
Es por tanto, una realidad la bondad y con-veniencia de uso de las llamadas EnergíasRenovables en general, y de la Energía Solaren particular, en el sector de la edificación.Por lo que la Junta de Andalucía con estapublicación pretende destacar aspectosgenerales sobre la integración arquitectóni-ca de las tecnologías solares, sin ahondar ensus cualidades energéticas ya demostradas.
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La utilización de la Energía Solar en los edificios ha pasado de ser una esperanza, a una realidad, con la que los agentes del sector de laedificación tienen que convivir. Por lo que es necesario fomentar la reflexión sobre lo que implica este uso en el ámbito de la arquitectura,aportando las claves para su integración como una instalación más en el diseño del edificio.
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La integración de las Instalaciones de Energía Solar en los Edificios
Conforme se ha ido popularizando el uso dela Energía Solar en los edificios, se ha gene-rado un falso debate en torno al impactovisual de este tipo de instalaciones.Falso, porque si bien es cierto que desde elpunto de vista visual gran parte de las ins-talaciones solares ejecutadas han sido aje-nas al contexto en el que se colocaban,incluso ajenas al propio edificio en el que seinsertaban, esta situación no ha sido pro-ducto de las características específicas delas instalaciones solares, sino de la falta deinformación constructiva de estas tecno-logías y de la ausencia de un marco legal ynormativo que regulara adecuadamente suuso.
En la mayoría de los casos esta incorpora-ción se ha llevado a cabo una vez que el edi-ficio ha estado construido, y no en fase deproyecto. Por tanto, la instalación aparecíacomo un añadido, un elemento ajeno alsoporte. Pero esto no ha ocurrido sólo conlas instalaciones solares, sino con cualquiertipo de elemento que no haya sido integra-do en fase de diseño. Ejemplo de esto lotenemos en cualquiera de nuestras ciudadescuando observamos fachadas de edificiosrepletas de aparatos de aire acondicionado,antenas parabólicas, etc.
A partir de la aprobación de las normativaslocales y nacionales que definen las condi-ciones en las que estas instalaciones debenincorporarse a los edificios, esta situaciónha cambiado, y las instalaciones solaresdeben ser planteadas obligatoriamente en
fase de diseño del edificio. Aparece, portanto, la figura del Arquitecto como el agen-te que tendrá el papel de integrar las insta-laciones solares en el edificio, como una ins-talación más del mismo.
Con proyectos como el Centro de ArteContemporáneo Georges Pompidou, enParís, los arquitectos Richards Rogers yRenzo Piano demostraron que es posible uti-lizar las instalaciones, que normalmenteeran compositivamente secundarias en laedificación, como elementos de composiciónvisual de primer orden.
Cada proyecto, por tanto, determinará susestrategias compositivas, y de ellas se deri-varán las fórmulas para la incorporación delas instalaciones de energía solar en un edi-ficio. Ya sea ocultando estas, dándoles rele-vancia visual, asignándoles un rol de ele-mento constructivo, o dejándolas en supapel inicial de instalación energética, loimportante será lograr una adecuación entrelas distintas configuraciones que utilizanestas instalaciones y el concepto global deledificio. El estudio de esta adecuación, comono podía ser de otro modo, es una parteindispensable del trabajo del arquitecto.
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Herramientas de Diseño
Para que realmente sea posible que las tec-nologías solares incorporadas al edificio seadapten al concepto compositivo previo quehaya determinado el arquitecto, es necesa-rio un conocimiento del marco técnico ylegal que las regula, sin tratar de llegar a serun especialista en energía solar.
Es importante conocer qué tecnologías sola-res están actualmente disponibles en elmercado, centradas en las instalaciones deenergía solar que son más aplicables a losedificios: energía solar térmica para aguacaliente sanitaria o climatización, y energíasolar fotovoltaica para conexión a red. También es necesario conocer cuales son loslímites funcionales de las mismas.
El proyecto arquitectónico se define comouna especie de negociación, un compromisoentre diferentes tecnologías y parámetrosconstructivos al servicio de un elementosuperior (el edificio). Como en cualquiernegociación para un óptimo resultado finales fundamental que todas las partes cedanun poco, pero no tanto como para que algu-na de las partes no se sienta satisfecha conel acuerdo. Del mismo modo, en el diseñode un edificio todas las partes que lo inte-gran están interrelacionadas, siendo muydifícil que cada una de ellas pueda ser dise-ñada sin tener en cuenta a las otras.
En el caso de las instalaciones solares apli-cadas a la edificación, el diseño del edificiodebe atender tanto a la optimización delrendimiento de estas instalaciones como al
aspecto visual e integración de las mismasen el propio edificio, teniendo que llegar aese compromiso que permita que el resulta-do global, es decir, el edificio, sea el másadecuado desde todas las perspectivas posi-bles. De ahí que sea tan importante conocerlos márgenes de diseño de estas tecnologías.
También es fundamental conocer el marcotécnico-legal, con especial atención alCódigo Técnico de la Edificación, que marcala obligatoriedad de uso de las instalacionessolares en los edificios. Y conocer en quésupuestos es obligatorio, y en qué condiciones.
Finalmente, la descripción de una serie decasos prácticos, en los que las tecnologíassolares han sido planteadas como una partemás del concepto integral del edificio, refle-jan los resultados obtenidos por algunosarquitectos en Andalucía.
Energía Solar Térmica
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Captadores Solares. Tecnologías y Variables de Diseño
Las instalaciones de energía solar térmica secaracterizan por utilizar la radiación solarpara lograr el aumento de temperatura deun fluido. Dependiendo de la temperaturade trabajo se pueden distinguir tres tipos desistemas de energía solar térmica: bajatemperatura (temperatura inferior a los100ºC), media temperatura (entre los100ºC y los 350ºC) y alta temperatura(temperaturas superiores a los 350ºC).
Los sistemas más utilizados en la edificaciónson los de baja temperatura, ya que los usosa los que se destinan no exigen una tempe-ratura mayor. Las aplicaciones más comunesen edificación de estos sistemas solaresson:
• Producción de Agua Caliente Sanitaria(A.C.S.)
• Calefacción por Suelo Radiante.• Calentamiento de Piscinas.• Agua Caliente para Usos Industriales.
También se están llevando a cabo algunasexperiencias de climatización solar, conmáquina de absorción.
Una instalación solar térmica se componeprincipalmente de 3 subsistemas:
Subsistema de Captación:Formado por uno o varios captadores quetransforman la radiación solar incidente enenergía térmica calentando así el fluido detrabajo.
Subsistema de Acumulación:Constituido por uno o varios depósitos quealmacenan el agua caliente hasta que seprecise su uso.
Subsistema de Energía Auxiliar: Adicionalmente se dispone de un sistema deenergía auxiliar que se utiliza para comple-mentar el aporte solar suministrando laenergía necesaria para cubrir la demandaprevista.
Sin embargo la característica específica delas instalaciones solares que las diferenciade otro tipo de instalaciones se encuentraen la necesidad de soleamiento de los cap-tadores solares. Esto hace que en muchoscasos los captadores sean elementos visi-bles del edificio, y por tanto que sea conve-niente integrarlos en el diseño del mismo.
Para ello es necesario conocer cuales son loslimites funcionales de estos captadores. Esimportante conocer tanto las principalestecnologías existentes como la posibilidadde jugar con los márgenes de funciona-miento, y las variaciones de rendimientoque producen, con el fin de llegar a solucio-nes consensuadas entre diseño integrado yrendimiento de la instalación.
Los dos tipos de captadores de mayor apli-cación en el sector de la edificación son:El Captador Solar Plano y El Captador deTubo de Vacío.
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Componentes
Un captador solar plano se compone de lossiguientes elementos:•
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Características
Existen en el mercado diversos tipos de cap-tadores solares planos con diferentes carac-terísticas, pero a modo orientativo podemosdecir que sus dimensiones suelen oscilarentre los 0,80 – 1m de ancho por 2 – 2,5mde alto con un grosor de aproximadamente10cm y un peso en funcionamiento cercanoa los 50 Kg.
Podemos encontrar captadores para utilizartanto vertical como horizontalmente, aun-que esto dependerá del modelo del fabricante.
El Captador Solar Plano
Cubierta Transparente: Normalmente devidrio, a través del cual se produce elefecto invernadero reforzando el efecto deabsorción térmica.Placa absorbedora: Suele ser metálica yposeer un recubrimiento especial paraoptimizar la absorción de la radiaciónsolar.Aislante: En la parte posterior para evitaren lo posible las pérdidas térmicas.Conductos: Por los que circula el fluidoque transporta la energía térmica con-seguida.Caja: Normalmente de aluminio, que con-tiene el conjunto.
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Orientación:La orientación óptima de los captadorespara el funcionamiento de la instalación esel Sur. Sin embargo, desviaciones inferioresa los 45º no afectan en exceso al rendi-miento. En concreto, si con una orientaciónSur obtenemos el valor máximo de rendi-miento de la instalación (100%), con orien-tación Sur+45º obtendríamos rendimientosde 94.5%. Es decir, respecto del rendimien-to máximo una desorientación inferior a 45ºsupone una pérdida menor del 5%.
Inclinación:La inclinación más idónea para obtener unmáximo rendimiento de la instalación es lalatitud del lugar más 10º (en el caso deAndalucía y de forma genérica 45º). Sinembargo variaciones de ±15º no afectan enexceso al rendimiento de la instalación. Enconcreto, si en Andalucía una inclinación de45º respecto a la horizontal es la más ópti-ma para una demanda de uso de la instala-ción continua en todo el año, con una incli-nación de 30º se obtendría una minoraciónen el rendimiento del 1%, y con una inclina-ción de 60º del 5%. Cuando se desee poten-ciar el aporte solar en invierno la inclinaciónmás adecuada tiende a ser próxima a 60º, ycuando la demanda en verano es sensible-mente superior a la demanda en invierno esconveniente que se tienda a los 30º.
Sombras:Los captadores necesitan estar ubicados enun lugar de máxima insolación, por lo que esfundamental evitar las sombras arrojadassobre los mismos. Como dato de referenciapodemos decir que un obstáculo de 1 metrode altura produce una sombra arrojada demás de 2 metros durante las 4 horas centra-les del día en invierno.
Límites Funcionales
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Los principales límites funcionales asociados a la integración de los captadores solares planos en el edificio son:
Configuraciones
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Figura – Instalación centralizada con contadores deagua y energía por vivienda.
Figura – Esquema de acumulación distribuida. Figura – Instalación de intercambiadores individua-les por usuario.
Las instalaciones solares térmicas se pue-den diseñar con diferentes configuraciones,permitiendo así la adaptación a los requeri-mientos técnico-administrativos de los edifi-cios. Desde el punto de vista del mejor ren-dimiento de las instalaciones, una configu-ración centralizada tanto en el campo decaptación como en la acumulación resultamás adecuada.
En edificios multiviviendas, cuando no seopta por centralizar el consumo de aguacaliente sanitaria, se pueden emplear confi-guraciones en las se centraliza, al menos, el
campo de captación y los circuitos hidráuli-co de transferencia térmica, y se individua-liza el consumo de agua. Es el caso de lasconfiguraciones de acumulación distri-buida y la de intercambiadores individuales.
En lo que respecta a la colocación de loscaptadores todas las opciones anterioresson equivalentes, ya que el campo de cap-tación es centralizado.
En determinados casos, por ejemplo en elcaso de un número reducido de viviendas enun edificio, la opción de individualizar por
completo la instalación solar puede ser inte-resante. No obstante, en edificios multi-familiares en general debería ser la últimaopción ya que la integración de estos siste-mas es la más dificultosa, y el rendimientoglobal suele ser inferior al de la alternativade instalación solar centralizada.
Cubiertas:
Aunque las posibilidades de integración de este tipo de tecnologías en los edificios son numerosas, a modo de ejemplo se muestran algunas:
Fachadas:
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El Captador de Tubo de Vacío
Componentes
El captador de tubo de vacío está formadopor varios tubos solares que transforman laradiación solar en energía térmica útil. Lostubos van insertados en el colector pordonde circula el fluido solar y que actúa deintercambiador de calor. Cada uno de lostubos se forma a su vez por los siguientescomponentes:
•
•
•
Características
Las dimensiones de los captadores de tubode vacío suelen oscilar entre los 1,30 – 2mde ancho por 2 – 2,5m de alto con un gro-sor de aproximadamente 7cm de los tubos yun peso en funcionamiento cercano a los 50 kg.
También en este caso podemos encontrarcaptadores para utilizar tanto vertical comohorizontalmente, aunque esto dependerádel modelo del fabricante.
Límites Funcionales
Los principales límites funcionales asociadosa la integración de los captadores solares detubo de vacío planos en el edificio son:
Orientación: También en este caso laorientación óptima de los captadores para elfuncionamiento de la instalación es el Sur.No obstante, desviaciones inferiores a 45ºno afectan en exceso al rendimiento.
Inclinación: La principal ventaja de algu-nos modelos de captador de tubo de vacío,frente a los captadores solares planos esque los primeros pueden instalarse condiversas inclinaciones sin que esto afecte asu rendimiento, ya que el absorbedor que seencuentra en el interior de los tubos puedegirarse adoptando la inclinación óptimaindependientemente de la posición del cap-tador.
Sombras: Desde el punto de vista de som-breamiento las consideraciones que se hanmencionado con respecto al captador solarplano son válidas para el de tubo de vacío.
Configuración: Se pueden aplicar los mis-mos conceptos explicados para el captadorsolar plano. En general, los captadores detubo de vacío tienen mejor rendimientosobre todo cuando se desean alcanzar tem-peraturas elevadas en climas fríos. Otroaspecto a destacar es que requieren mayordelicadeza en su montaje y mantenimiento.
Tubo de vacío: el absorbedor se encuentraen el interior de un tubo de vidrio en elque se hace el vacío para lograr así su ais-lamiento.
Absorbedor con tratamiento superficial:maximiza la absorción de radiación solar yevita las pérdidas de calor por radiación.
Tubo de calor de cobre con fluido de tra-bajo.
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Las aplicaciones de este tipo de captadores en edificios son similares a las de los captadores planos:
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Energía Solar Fotovoltaica
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Módulos Fotovoltaicos. Tecnologías y Variables de Diseño
Las instalaciones de energía solar fotovol-taica transforman la radiación solar en elec-tricidad, gracias a las propiedades de losmateriales semiconductores que utilizan, lasdenominadas células fotovoltaicas.
Existen básicamente dos tipos de instala-ciones fotovoltaicas:
•
•
Instalaciones aisladas de la red eléctrica,en las que la energía que se genera sealmacena en baterías y se utiliza en elmomento que sea necesario. Estas instala-ciones se utilizan generalmente en zonasen las que no existe posibilidad de cone-xión a la red eléctrica convencional, paraelectrificar casas, aplicaciones agrícolas-ganaderas, etc.
Instalaciones conectadas a la red eléctrica,en las que la energía eléctrica generada nose consume sino que se “vende” a la com-pañía suministradora de electricidad, con-tribuyendo a la generación de electricidadlimpia y obteniendo un beneficio económi-co por ello. Estas instalaciones puedenrealizarse a modo de centrales eléctricasfotovoltaicas, generalmente de potenciassuperiores a los 100 kW, o integradas enedificios dotando así al edificio de uncarácter singular y respetuoso con elmedio ambiente. Dado que esta publica-ción se dedica a la aplicación de la energíasolar en edificios este apartado se centra-rá en este tipo de instalaciones.
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Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
Las instalaciones fotovoltaicas conectadas ared tienen una característica fundamental departida, el dimensionado de las mismas nodepende de las necesidades de consumoeléctrico del edificio, ya que este consumoes abastecido directamente desde la redconvencional.
Estas instalaciones son pequeñas centralesde producción eléctrica, que vierten energíaeléctrica “verde” a la red saneando a la
misma, reduciendo la emisión de CO2 a laatmósfera y generando un beneficio eco-nómico por la venta de la energía eléctricaproducida.
Por tanto, el dimensionado de estas instala-ciones dependerá en mayor medida deaspectos como la inversión inicial a realizar,el beneficio económico esperado en el tiem-po, o la superficie disponible para la ubica-ción de los módulos fotovoltaicos.
Los principales componentes de una instala-ción fotovoltaica conectada a red son:
Sistema de Generación Fotovoltaica:Transforma la radiación solar incidente enenergía eléctrica (módulos fotovoltaicos).
Inversor:Adecua la corriente continua producida porlos módulos fotovoltaicos a corriente alter-na con las mismas características que la dela red eléctrica convencional.
Contador:Mide la energía producida y enviada a la redeléctrica convencional.
Al igual que en el apartado de energía solartérmica, esta sección se centrará en elmódulo fotovoltaico, al ser el elemento máscaracterístico de este tipo de instalaciones, yel que se ha de tener más en cuenta a efec-tos de integración arquitectónica. Se descri-birán las tecnologías disponibles así comolos límites funcionales de las mismas.
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Sistemas de Generación Solar Fotovoltaica
Los sistemas de generación solar fotovol-taica pueden clasificarse atendiendo almaterial semiconductor que utilizan, asícomo a la tecnología de fabricación en quese basan.
La materia prima más utilizada hasta elmomento para la fabricación de módulosfotovoltaicos es el silicio. Dependiendo de laestructura interna del mismo pueden distin-guirse tres tipos:
• Silicio Monocristalino: Es un buen semiconductor, por lo que es, delos tres, posee una mayor eficiencia.También es el que tiene un proceso de fabri-cación más caro.
• Silicio Policristalino: Su fabricación es más ventajosa en costes,pero al solidificarse el material se formanestructuras de cristal de diversos tamaños,en cuyos bordes surgen defectos. Estosdefectos del cristal causan una menor efi-ciencia de las células fotovoltaicas.
• Silicio Amorfo: El silicio amorfo, a diferencia de los anterio-res, no tiene estructura cristalina. Está for-mado por capas delgadas sucesivas, por loque es más económico que los anteriores,pero a su vez el que da una eficiencia másbaja.
Desde el punto de vista de la tecnología defabricación podemos distinguir dos tipos decélulas fotovoltaicas:
• Células Cristalinas: Son células de silicio cristalino (mono o poli-cristalino) se obtienen a partir de un lingotecilíndrico de silicio dopado con boro y que esrecuadrado hasta obtener un prisma cua-drangular. Éste es cortado en rebanadasfinas (0.3mm de espesor, más o menos) quese conectan entre si formando el módulofotovoltaico. Esta tecnología está muyextendida.
• Capa fina: Se denominan así cuando se aísla una capaactiva fotovoltaica sobre cristal u otro mate-rial de sustrato. Los grosores de las capasson inferiores a 1 µm (grosor de un cabellohumano: 50-100 µm), de modo que los cos-tes de producción son menores debido a loscostes inferiores del material. La eficienciade las células de capa fina es, no obstante,muy inferior a la de los tipos de células cris-talinas. La capa fina es suele ser adaptablea distintas superficies, lo que resulta venta-joso para la integración arquitectónica.
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Límites Funcionales en la Integración de Energía Solar Fotovoltaica en Edificios
Como ya se ha comentado anteriormente, eldimensionado de las instalaciones fotovoltai-cas conectadas a red no depende de lasnecesidades de consumo del edificio, ya queeste consumo está asegurado desde la redconvencional, por lo que los límites de fun-cionamiento de este tipo de instalacionespueden ser más flexibles que en las instala-ciones solares térmicas.
En términos generales, la orientación e incli-nación que dan un máximo rendimiento a losmódulos fotovoltaicos en Andalucía son:
Orientación: SurInclinación: 35º
Sin embargo, estos valores óptimos puedenser modificados dentro de unos márgenessin que invaliden el funcionamiento de la ins-talación solar. Estas variaciones implicaránsin embargo una disminución de rendimien-to en la instalación, es decir, la necesidad deuna mayor superficie de captación para unamisma producción eléctrica.
Los requisitos de superficie disponible parala ubicación de una instalación fotovoltaica,se centran básicamente en la superficierequerida para los módulos fotovoltaicos, elresto de componentes: inversores y cuadroseléctricos requieren espacios mínimos.
En términos generales la relación existenteentre la potencia fotovoltaica de la instala-ción y la superficie de captación de losmódulos fotovoltaicos es de aproximada-mente 150 Wp/m².
Orientación Desviación (º)Variación
Irradiación Solar (%)
Sur
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+45º
+90º
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Inclinación 30º
Orientación Desviación (º)Variación
Irradiación Solar (%)
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+45º
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Inclinación 45º
Orientación Desviación (º)Variación
Irradiación Solar (%)
Sur
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+45º
+90º
-45º
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Inclinación 60º
Orientación Desviación (º)Variación
Irradiación Solar (%)
Sur
Suroeste
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+90º
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Módulos de Células Cristalinas
Las células cristalinas que forman los módu-los fotovoltaicos son unas obleas de10x10cm aproximadamente, que normal-mente son montadas y conectadas en elinterior de un marco, con un vidrio en lacara anterior y un material plástico en laposterior, quedando así protegida y aisladade la intemperie. Esta es la configuración dela mayor parte de los módulos fotovoltaicosque se encuentran en el mercado. Sin embargo, este tipo de células puedenser encapsuladas de diversas formas para
una mayor integración en edificios, comopor ejemplo entre dos láminas de vidrio,dando lugar a un tipo de módulo denomi-nado “vidrio-vidrio”. La ventaja de este tipode módulos es que permiten el paso de laluz tamizada entre las células cristalinas,produciendo un “efecto celosía”, lo que favo-rece su integración en el edificio, aumentan-do las posibilidades de aplicación. Generalmente, este tipo de módulos vidrio-vidrio, tienen un menor aprovechamiento entérminos de potencia/m² que un módulo
convencional para la misma superficie decaptación, ya que el espacio destinado a lascélulas fotovoltaicas suele ser menor con elfin de dejar pasar más luz a través delmódulo. La distancia entre las células fotovoltaicas, ypor lo tanto la existencia de huecos transpa-rentes entre ellas, determinará el mayor omenor aprovechamiento energético de lasuperficie ocupada por los módulos.
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Aunque las posibilidades de integración de este tipo de tecnologías en los edificios son numerosas, a modo de ejemplo se muestran algunas:
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Muros cortina: Lamas:
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Parasoles:Cubiertas:
Lucernarios: Pergolas:
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Módulos de Células de Capa Fina
Los módulos que utilizan este tipo de célulasfotovoltaicas tienen varias ventajas desde elpunto de vista de la integración en los edi-ficios, sobre los de células cristalinas.
Por un lado, estas células tienen un espesortan bajo que son semitransparentes. Porello, cuando las células se montan sobre doscapas de vidrio el resultado es un vidriosemitransparente, de textura visual muyuniforme. Si a esto le unimos la posibilidadde utilizar células de diferentes colorestenemos un elemento arquitectónico degran valor estético.
Por otro lado, las células de capa fina pue-den ser encapsuladas en diversos tipos desoporte, incluyendo soportes flexibles. Unejemplo de este tipo de aplicaciones es elmontaje de este tipo de células sobre mem-branas poliméricas. El resultado es unamembrana impermeabilizante que puedeser utilizada en cubiertas como elemento deprotección al agua del edificio, además deproducir electricidad gracias a la incorpo-ración de las células fotovoltaicas.
Este tipo de células también destaca por subuen funcionamiento en condiciones de luz
difusa (días nublados) y a temperaturas ele-vadas, lo que supone otra ventaja sobre lascélulas cristalinas.
Sin embargo, en términos globales, el ren-dimiento de las células y módulos de capafina es inferior al de los cristalinos, por loque son menos adecuados en situaciones enlas que la maximización de la produccióneléctrica sea la principal condición a satisfacer.
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El Código Técnico de la Edificación (CTE)
El Código Técnico de la Edificación, publicado en el Real Decreto314/2006, supone la superación y modernización del hasta enton-ces vigente marco normativo de la edificación en España, reguladopor el Real Decreto 1650/1977, de 10 de junio, que estableció lasNormas Básicas de la Edificación, como disposiciones de obligadocumplimiento en el proyecto y la ejecución de los edificios.
El Código Técnico de la Edificación, en adelante CTE, es el marconormativo por el que se regulan las exigencias básicas de calidadque deben cumplir los edificios, en relación a cada uno de los requi-sitos básicos de “seguridad estructural”, “seguridad en caso deincendio”, “seguridad de utilización”, “higiene, salud y protección delmedio ambiente”, “protección contra el ruido” y “ahorro de energíay aislamiento térmico”, establecidos en el artículo 3 de la Ley deOrdenación de la Edificación, y proporciona procedimientos que per-miten acreditar su cumplimiento con suficientes garantías técnicas.
Gracias al desarrollo del Documento Básico dedicado al “Ahorro deEnergía” (DB-HE) esta nueva normativa contribuye de manera deci-siva al desarrollo de las políticas en materia de sostenibilidad, y seconvierte en instrumento de compromiso de largo alcance en mate-ria medioambiental. El objetivo del requisito básico “Ahorro de ener-gía” consiste en conseguir un uso racional de la energía necesariapara la utilización de los edificios, reduciendo a límites sosteniblessu consumo y requiriendo que una parte de este consumo procedade fuentes de energías renovables.
El Documento Básico “Ahorro de Energía” (DB-HE) establece cincoexigencias básicas que deben cumplir los edificios:
Exigencia básica HE 1:
Limitación de demanda energética.
Exigencia básica HE 2:
Rendimiento de las instalaciones tér-micas.
Exigencia básica HE 3:
Eficiencia energética de las instalacio-nes de iluminación.
Exigencia básica HE 4:
Contribución solar mínima de aguacaliente sanitaria.
Exigencia básica HE 5:
Contribución fotovoltaica mínima deenergía eléctrica.
Contribución Solar Mínima de Agua Caliente Sanitaria
A partir de la entrada en vigor del CTE, en los edificios de cualquieruso con previsión de demanda de agua caliente sanitaria o de cli-matización de piscina cubierta, una parte de las necesidades ener-géticas térmicas derivadas de esa demanda se cubrirá mediante laincorporación de sistemas de captación, almacenamiento y utiliza-ción de energía solar de baja temperatura adecuada a la radiaciónsolar global de su emplazamiento y a la demanda de agua calientedel edificio.
La contribución solar mínima exigible a los edificios variará entre el30% y el 70% de la demanda energética anual, en función de lademanda total de agua caliente sanitaria del edificio y de la zona cli-mática en que se ubique.
Asimismo se establecen los límites de las pérdidas energéticas pororientación e inclinación de los captadores así como por sombrasarrojadas sobre los mismos. Las pérdidas permitidas serán mayoresen el caso de “Integración Arquitectónica”, definida esta como elcaso en el que los captadores cumplen una doble función, energé-tica y arquitectónica, sustituyendo a elementos constructivos con-vencionales, o elementos constituyentes de la composición arquitec-tónica.
Contribución Fotovoltaica Mínima de Energía Eléctrica
El CTE también indica los edificios que incorporarán sistemas decaptación y transformación de energía solar en energía eléctrica porprocedimientos fotovoltaicos para inyectarla a la red. En la siguien-te tabla se muestran los edificios que deben incorporar estos siste-mas:
La normativa indica cómo calcular la Potencia pico a instalar, fijan-do, en cualquier caso, una potencia mínima 6,25 kWp.
Al igual que para las instalaciones de energía solar térmica se esta-blecen los límites de las pérdidas energéticas por orientación e incli-nación de los módulos fotovoltaicos así como por sombras arrojadassobre los mismos, y también en este caso las pérdidas permitidaspodrán incrementarse en el caso de “Integración Arquitectónica”.
DB- HE 5. Tabla 1.1. Ambito de Aplicación
Tipo de Uso Límite de aplicación
Hipermercado Multitienda y centros de ocio Nave de almacenamiento Administrativos Hoteles y hostales Hospitales y clínicas Pabellones de recintos feriales
5.000 m² construidos3.000 m² construidos10.000 m² construidos4.000 m² construidos
100 plazas100 camas
10.000 m² construidos
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Caso 1. Hotel Montemálaga
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El edificio se sitúa en una antigua zonaindustrial en frente del Puerto de Málaga, enun solar en esquina con fachadas de orien-taciones Sureste y Suroeste. El programacombina 28 viviendas y un hotel que com-parten algunos espacios comunes como elpatio principal y el garaje.
Los arquitectos han planteado este edificio apartir de una filosofía integradora que inten-ta convertir cualquier elemento tecnológicoen materia de proyecto. Así, como ellos mis-mos apuntan, “no se distingue entre arqui-tectura e instalaciones.
Se proyectan los espacios teniendo en cuen-ta su comportamiento como instalaciones(patios como pozos de aire y luz, torrescomo chimeneas, etc.) y se proyectan insta-laciones como elementos de arquitectura(parasoles fotovoltaicos)”.
Este concepto integrador se encuentra endiversos elementos del edificio.
Hotel Montemálaga
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El primero de ellos y quizá uno de los másimportantes es el patio principal, que nosólo se dispone hasta la planta baja si noque se lleva hasta el sótano a 6 metros deprofundidad. Los salones de congresos ytrabajo, junto con el restaurante se llevan aesta cota, siendo por tanto, el patio el ele-mento que articula estos espacios, los dotade iluminación y ventilación natural, y lessirve de espacio exterior de expansión enlos momentos de descanso.
La utilización de este elemento no sólo sereduce a términos espaciales o de articula-ción de los mismos, también se basa en laestrategia bioclimática de aprovechar lainercia térmica del terreno (téngase encuenta que a una profundidad entre 0,5 y1,5 metros la temperatura no varía a lolargo de un día y coincide con la media dia-ria). Este patio se convierte por tanto en unpozo donde se almacena, por su mayor den-sidad, el aire fresco de la noche. Este aire seintroduce en las plantas adyacentes graciasa la posibilidad de generar ventilaciones cru-zadas.
Además, de las excelentes condiciones delaire acumulado en este espacio no sólo sebenefician los espacios adyacentes. Unaentreplanta técnica se sitúa junto a dichopatio, a dos metros de profundidad, y tomaaire del mismo para la climatización. Esteaire, al estar más templado que el quepodría tomar de las plantas superiores,
optimiza el rendimiento de las unidades detratamiento de aire ya que el salto de tem-peratura que estas máquinas deben provo-car en el aire se reduce y en algunos casosse suprime, siendo en ocasiones el aire delpatio inyectado directamente sin tratar enlos espacios a climatizar (free-cooling).
El Patio Principal
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La esquina sur se configura compositiva-mente como una de las más importantes deledificio. Es en la que confluyen las fachadasde habitaciones del hotel, y en la que sesitúa la entrada del mismo. Para intentar darsingularidad a este edificio y relacionarlovisualmente con el paisaje de contenedoresdel Puerto, que se sitúa enfrente, se evita laesquina en chaflán que se dicta desde lanormativa urbanística local, y se proponemediante un Estudio de Detalle una alter-nativa basada en una composición fragmen-tada de volúmenes y materiales. En elladestacan un volumen de piedra y 3 plantasde altura que configura la entrada, y otrovolumen de cristal que, a modo de torre,sobresale del resto del edificio. Estos ele-mentos además de configurar volumétri-camente al edificio, tienen otras funciones.
El volumen de piedra es lo que los autoresdel proyecto denominan “Torre Fría”. Esteelemento se compone de un espacio de 9metros de altura con un cerramiento de 45cm de grosor y cámara ventilada. Gracias ala inercia térmica de este cerramiento, y alas pocas aperturas del mismo, este espaciose configura como un almacén de aire clima-tizado que al encontrarse en la zona deentrada sirve de amortiguador entre elambiente exterior y el interior. Este espaciocuenta con un lucernario de apertura domo-tizada. La apertura del mismo permite laventilación del espacio así como la gene-ración de ventilaciones cruzadas, ya queeste espacio está conectado con las plantasbaja y sótano y con el patio principal. La
cubierta de esta “Torre Fría” se forma poruna solución denominada “cubierta inunda-da”. En este tipo de cubiertas una lámina deagua se encarga de mantener unas óptimascondiciones de aislamiento gracias a la eva-poración y renovación de agua.
La llamada “Torre Caliente” no es más queuna chimenea solar. Este mecanismo bio-cli-mático consiste en un elemento verticalacristalado que al calentarse hace que el
aire interior ascienda generando un efectode succión, y de ventilación. En el caso deeste edificio, la chimenea solar se hace coin-cidir con el núcleo de ascensores. Por tantoeste elemento tiene una triple función: con-figuración volumétrica de la esquina Sur deledificio, elemento bioclimático de ventila-ción, y núcleo de comunicaciones verticales.
Torre fría y Torre caliente
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Dada la privilegiada situación del edificiojunto al Mediterráneo se pretende que lashabitaciones se abran lo máximo posible.Frente a la solución habitual en hoteles demuros cortinas herméticos, de dudoso fun-cionamiento térmico, se propone un sistemamixto:
subestructura de muro cortina y módulosprefabricados de 2x3,15m con carpinteríaspracticables. Estas carpinterías permiten aledificio “respirar”. Dado que las habitacionesdel hotel tienen una única fachada y no esposible la ventilación cruzada se utilizanventanas pivotantes de 2 metros de ancho,de forma que, cuando estas ventanas seabren, el metro que queda fuera, al situarseperpendicularmente a las corrientes de aireexterior, inducen la entrada del mismo a lahabitación ventilándola. Además de esto, losperfiles de las ventanas permiten tomar y fil-trar el aire del exterior.
El fancoil para la climatización también seintegra en la fachada, y utiliza el aire filtra-do por la carpintería para ventilar y climati-zar la habitación.
La Fachada
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El aspecto que más singulariza esta fachadaes la integración en la misma de una insta-lación de Energía Solar Fotovoltaica conec-tada a la Red para producción de electrici-dad. En el edificio se utilizan con naturalidadlas energías renovables, integrándolas real-mente en su arquitectura. Se muestran losmódulos fotovoltaicos de forma evidente,invitando a una toma de conciencia sobrenuestra realidad energética con una actitudsostenible.
La integración en fachada de la instalaciónfotovoltaica genera diversos beneficios:
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Instalación Solar Fotovoltaica
Producción de energía eléctrica que sevierte a la Red General, contribuyendo asía la generación de energía “verde”, y obte-niendo a la vez un beneficio económico porsu venta.Se evitan deslumbramientos por la entra-da de radiación directa en las habitacio-nes.Se reduce la carga térmica sobre la facha-da gracias al sombreado producido por losmódulos, lo que supone un importanteahorro en climatización.Permite utilizar un vidrio más transparen-te lo que provoca una mejor visión del pai-saje y un ahorro económico.Se evita la emisión a la atmósfera de CO2.Gracias a la monitorización en tiempo realde la instalación, toda la información sobresu funcionamiento queda expuesta de for-ma gráfica en el hall del hotel. De esta for-ma, el cliente es consciente en el interiorde lo que ocurre en la piel del edificio.
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Constructivamente, se diseña un móduloformado por un marco soporte en el que seintegran 5 módulos fotovoltaicos estándar ysus elementos de agarre, colocándose elconjunto a modo de parasoles horizontalesque sombrean las fachadas de las habitacio-nes del hotel. Este módulo-parasol coincideen anchura con la modulación de los ele-mentos prefabricados de fachada, por lo quela integración del conjunto es total.
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Entre módulo y módulo se deja una separa-ción de 2 centímetros. Esto permite, por unaparte, reducir la presión del viento sobre losparasoles cuando esta aumenta, y por otra,se consigue ventilar mejor los módulos queformando grandes superficies continuas,aumentando así el rendimiento de dichosmódulos fotovoltaicos (el rendimiento de losmódulos fotovoltaicos cuando se calientanpor encima de cierta temperatura disminuye).
Sobre el diseño del módulo estándar seacordó con el fabricante la realización depequeños ajustes, permitiendo adaptarlo deesta forma al diseño de la fachada, pero sinconvertirlo por ello en un elemento específi-camente diseñado para este edificio (lo cualimplicaría un sobre coste). Uno de estosajustes consiste en hacer coincidir la caja deconexiones con una de las células foto-vol-taicas en el centro del módulo. Así, la cajade conexiones pasa de ser “un elemento aocultar”, a ser “un elemento integrado en elritmo de la fachada”.
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La instalación fotovoltaica se plantea con un concepto conciliador entre diseño y rendimien-to. Así, se decide colocar los módulos en línea con las fachadas Sureste y Suroeste (a 45ºrespecto al Sur) y con una inclinación casi horizontal para no interrumpir las vistas al mardesde las habitaciones. Con estas características, la instalación produce del orden de 34.709kWh al año, lo que supone aproximadamente la mitad de lo produciría una instalación simi-lar pero con una orientación e inclinación optimas (orientación sur e inclinación 35º respec-to a la horizontal).
Falta resaltar, que el módulo fotovoltaico de fachada además de una medida activa, es unamedida pasiva en la estrategia medioambiental del edificio. Se ahorra en energía para cli-matización gracias a la sombra que estos módulos proyectan sobre las fachadas. El ahorroanual en energía que se consigue con este elemento es la energía eléctrica generada por lapropia instalación fotovoltaica conectada a red, más la energía ahorrada en climatizaciónpor el sombreado que produce la misma.
En invierno, sin embargo, al incidir el sol con un ángulo menor, los módulos no producensombreado, y por tanto el gasto en calefacción no aumenta.
Potencia Nominal
Nº Módulos
Superficie Total en Módulos
Nº Inversores
Energía Generada Anualmente
Toneladas de CO2 que se dejan de emitir anualmente
55 kW
1.075 ud
474 m²
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34.709 kWh/año
36.5 T
Datos de la Instalación Solar Fotovoltaica
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El edificio también cuenta con una instala-ción de energía solar térmica para aguacaliente sanitaria. Para la integración de loscaptadores solares térmicos, se ha seguidouna filosofía similar a la utilizada con la ins-talación solar fotovoltaica, es decir, la insta-lación se pone al servicio del concepto globaldel edificio. La orientación ideal sur (azimut0º) para este tipo de instalaciones obligaríaa ocupar totalmente la cubierta con bateríasdiagonales de captadores solares. Los arqui-tectos del edificio se plantearon ¿es lógicocondenar toda una cubierta a la instalaciónde captadores solares en su posición óptimacon lo necesaria que es esta superficie parael resto de las instalaciones de un hotel? Elsuelo y el espacio, son bienes escasos ycaros por lo que su gestión debe ser cuida-dosa y racional. Es necesario, por tanto,buscar una solución de compromiso entre elespacio, los requerimientos de todas las ins-talaciones, y su disposición para el buen fun-cionamiento.
Se decide agrupar los captadores solares endos “pantallas” alineadas con las cornisas delas fachadas Sureste y Suroeste, con unaorientación desviada 45º con respecto alSur, pero con una inclinación óptima (40º).Gracias a esta disposición de los captadoresse permite utilizar el vital espacio de lacubierta para múltiples instalaciones y ade-más, los captadores se comportan comopantallas acústico-visuales que protegen lacalle del impacto de esta maquinaria.
Instalación Solar Térmica
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Nº de Captadores
Superficie de Captación
Volumen de Acumulación
Inclinación Captadores
Azimut (Desviación respecto al Sur)
Energía Anual Ahorrada
165
313.5 m²
16.000 litros
40º
45º
82.3 %
Datos de la Instalación Solar Térmica
Desde el punto de vista energético,se consigue un adecuado rendimien-to anual de la instalación, ya que el82.3 % de la energía anual necesa-ria para el calentamiento de agua essuministrada por la instalación solar.
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Arquitectos:
Arquitectos Colaboradores:
Aparejador:
Cálculo de Estructuras:
Cálculo Instalaciones Hotel:
Cálculo Instalaciones Viviendas:
Promotor:
Cadena Hotelera:
Constructora:
Superficie:
Fotografías:
Juan Manuel Rojas Fernández (Arquitectos Hombre de Piedra) Juan Ramón Montoya Molina (Arquitectos Montoya Molina)
Laura Domínguez Hernández (Arquitectos Hombre de Piedra) Alberto Martín-Loeches Sánchez (Arquitectos Montoya Molina)
César Salvatierra Villada
H.P. Ingenieros
Ineco-98, S.L.
Salvador Muñoz Muñoz Samuel Domínguez Amarillo
Gabriel Rojas, S.L.
Hoteles Monte
Dragados
23.094 m²
Arquitectos Hombre de Piedra
Ficha Técnica:
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Caso 2. Oficinas Isofotón
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Edificio de Oficinas de la Fábrica de Isofotón
Isofotón es una compañía dedicada al desa-rrollo de soluciones para la generación y elaprovechamiento de la Energía Solar. Lafábrica de la empresa está ubicada en elParque Tecnológico de Andalucía (PTA) deMálaga, y acoge los procesos completos deenergía solar térmica y fotovoltaica.
El edificio de oficinas de la nueva fábrica seconcibió como expositor de la actividad de lacompañía. Desde el inicio del proyecto sepersiguió la creación de un espacio de cuida-
do diseño en el que la búsqueda de la máxi-ma eficiencia energética fuese la verdaderaprotagonista.
Esto se ha conseguido conjugando 5 formasdistintas de integración arquitectónica dealta tecnología con criterios de arquitecturabioclimática, con lo que se ha reducido con-siderablemente el consumo energético, con-virtiéndose este edificio en el mayor deEspaña con integración de energía solar.
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Configuración del Edificio
El edificio se plantea como unas oficinas deplanta libre, con muy pocas particiones inte-riores, que rodean un gran patio central.Dicho patio se cubre con una gran montera– lucernario. El hecho de que gran parte deledificio no esté compartimentado, junto conel gran patio central posibilita que el edificiocuente con ventilación cruzada en casi todoslos puntos y permite un óptimo control tér-mico del conjunto.
Además de los criterios de ventilación y con-trol térmico, en la fábrica se han desarrolla-do un conjunto de actuaciones encaminadasa la minimización del impacto medioambien-tal así como a la búsqueda del máximo aho-rro energético: implantación de recogidaselectiva de residuos, control de emisionesmediante la aplicación del Plan de ControlAmbiental relativo a Emisiones atmosféricasy minimización de consumos de agua y elec-tricidad.
PLANTA BAJA
PLANTA ALTA
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Soluciones de Integración Arquitectónica de Energía Solar
Sin embargo el aspecto que más se ha cui-dado en fase de proyecto del edificio ha sidola integración de energía solar en el mismo.Las novedosas soluciones de integraciónaprovechan superficies, que generalmenteincorporan otros materiales y que, en estaocasión, han sido sustituidos por módulosfotovoltaicos, permitiendo la generación deenergía que es inyectada a la red y originan-do así un beneficio medioambiental al evitarla emisión a la atmósfera de partículas ygases contaminantes.
Fachada Ventilada Cerámica
Las caras exteriores del edificio están recu-biertas de baldosas cerámicas formando unafachada ventilada. En las caras Sur se hanempleado módulos fotovoltaicos cerámicosespeciales de Isofotón. La fachada se formaa partir de unos montantes verticales com-puestos por perfiles de aluminio separados1.33 metros entre si. Sobre estos montan-tes verticales se disponen otros perfiles dealuminio horizontales sobre los que se dis-pondrán los situarán los módulos fotovol-taicos.
Esta fachada ventilada tiene una cámara deaire abierta por la que circula el aire libre-mente por convección natural. Esto tienedos efectos, por un lado disminuye la tem-peratura superficial de la piel interna deledificio, y por otro permite la ventilación delos módulos fotovoltaicos mejorando así surendimiento.
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Muros Cortina Acristalados
Las zonas acristaladas de la fachada conorientación sur se cierran con muros cortinaformados por módulos fotovoltaicos contedlar transparente. Las células fotovoltai-cas, encapsuladas en vidrio se separan lige-ramente unas de otras provocando un efec-to de “celosía” que permite el paso de la luztamizándola.
Las cajas de conexión del cableado se colo-can detrás de una de las células fotovoltai-cas haciéndolas prácticamente impercep-
tibles. El cableado a su vez se lleva hasta lacarpintería metálica del muro cortina.Cada planta se cierra en fachada con un mó-dulo prefabricado vertical que se divide a suvez en tres partes. En la superior y la infe-rior se incorporan módulos fotovoltaicosencapsulados en vidrio obteniendo visual-mente el resultado de una celosía. El elemento central es una ventana abatiblepermitiendo así la ventilación natural, cosaque suele ser poco frecuente en edificios conmuros cortina.
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ELEMENTOS INTEGRANTES DEL ACRISTALAMIENTO
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Parasoles Fotovoltaicos
En las fachadas sureste y suroeste se hanincorporado parasoles con laminados(módulos fotovoltaicos sin marco) sujetosmediante grapas, que proporcionan un ade-cuado sombreado sobre los ventanales delmuro cortina, limitando la entrada de radia-ción solar a las oficinas.
Cubierta fotovoltaica
El Edificio dispone de una cubierta fotovol-taica sobre el patio, que a modo de lucerna-rio con paneles laminados semi-transparen-tes deja pasar la luz, aportando sensaciónde calidez al espacio interior. La estructurase compone de unas vigas trianguladas(estructura esterea) que cruzan en diagonalel patio buscando adaptarse a la orientaciónnorte-sur. Estas vigas además de servir deapoyo a las vigas secundarias que formanlos lucernarios servirán también de apoyo alas zonas de limpieza y mantenimiento de
los vidrios y módulos fotovoltaicos en la azo-tea. Las zonas de patio que quedan entreestas vigas trianguladas se cubren conlucernarios a dos aguas.
El paño con orientación norte se componede vidrio y el que tiene orientación sur conmódulos fotovoltaicos semitransparentes.
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Energía Solar Térmica
Sobre los forjados de cubierta se han insta-lado dos tipologías distintas de captadorestérmicos. Por un lado un sistema de panelessolares térmicos planos para la producciónde agua caliente. Este agua caliente se utili-za tanto para su uso en el edificio de ofici-nas como para el proceso productivo de lafábrica.
Por otro lado un sistema de captadores sola-res de tubo de vacío conectados a una
maquinaria de absorción contribuye a larefrigeración del edificio.
Tanto los captadores planos como los detubo de vacío se ubican en la cubierta ali-neados con los lucernarios integrándolos asíen el diseño del edificio. Los captadores secolocan sobre una estructura metálica dise-ñada a tal efecto. Unas pasarelas metálicaspermiten el acceso a dichos captadores parael mantenimiento de los mismos.
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Captadores solares
Superficie de Captación
Energía Anual Ahorrada
96
230 m2
162.437 termias
Energía Solar Térmica
Fachada Cerámica
Muro Cortina
Parasoles
Cubierta Fotovoltaica
Total
Potencia Total
1.088 módulos fotovoltaicos
120 módulos fotovoltaicos
30 módulos fotovoltaicos
108 módulos fotovoltaicos
1.386 módulos fotovoltaicos
84,08 kWp
Energía Solar Fotovoltaica
Los sistemas solares que se han incorporado en la fábrica, tanto térmicos como fotovoltai-cos, han sido monitorizados para permitir conocer los datos de generación de electricidad ycalor del edificio, así como la información histórica y en tiempo real de la instalación.
Datos de las Instalaciones Solares
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Arquitectos:
Cálculo de Estructuras:
Cálculo Instalaciones:
Promotor:
Constructora:
Superficie:
Fotografías:
Dpto. técnico ISOFOTON + Jerónimo Vega + TRIM GBO Arquitectura
Detea
Mainsa
Isofotón
Detea
2.500 m²
Isofoton
Ficha Técnica:
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Caso 3. Sede Agencia Andaluza de la Energía
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Agencia Andaluza de la Energía
Este proyecto resultó ganador del concursointernacional de ideas convocado por laAgencia Andaluza de la Energía para alber-gar su nueva sede y al que se presentaron35 propuestas de equipos españoles y europeos.
El edificio se va a ubicar en el Parque Cientí-fico y Tecnológico CARTUJA 93, en la Isla dela Cartuja de Sevilla. En la elaboración delproyecto de este edificio se ha pretendidollegar a una concepción espacial de inter-acción no condicionada a priori formalmentesi no justificada por la interacción entre lossistemas energéticos y programáticos.
A esto habría que añadir, como base de laelaboración del proyecto, la reinterpretaciónde la arquitectura tradicional andalusí enuna doble clave formal y tecnológica, inspi-rándose en la riqueza de sus espacios yrecorridos interiores y recuperando solucio-nes pasivas tradicionales complementadascon un innovador diseño bioclimático quepermitirá alcanzar un elevado nivel de con-fort con un mínimo consumo energético.
Para conseguir estos objetivos, el edificio seha concebido como un organismo o máquinaenergética capaz de producir e intercambiarenergía con el exterior de manera óptima.
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rgía Como primer paso para la definición formal
del proyecto se propone una matriz ener-gética a partir del estudio de los tres vec-tores energéticos más relevantes del lugar:
• Dirección de los vientos dominantes: La dirección Suroeste-Noroeste es funda-mental para la captación de los vientos ves-pertinos procedentes del Atlántico y de losvientos frescos matutinos procedentes delas zonas altas del valle del Guadalquivir.
• Movimiento diurno del sol:Se potencia la orientación Sur para asegurarel máximo aprovechamiento del soleamien-to durante los meses de invierno, así como
la orientación hacia el Sureste para evitar lasobre exposición al sol durante la canícula.
• Geometría urbana y estructural:Con el fin de adaptar el edificio a la geo-metría de la parcela, así como de asegurarla eficacia constructiva, se propone unamalla estructural de 5x5 metros.
La matriz energética resultante surge de lacomposición de las tres mallas especiali-zadas. Aplicada sobre el volumen máximocapaz del edificio – un paralelepípedo concoeficiente de forma óptimo - resuelve en suentramado tanto la piel del edificio como susespacios interiores.
La Matriz Energética
La Piel Envolvente
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A Baja radiación solar de invierno.B Cierre piel ventilada fachada y cubierta,
evita ingresos de vientos frios.C Cavidad interior con aire estanco, aporta
aislamiento a la envolvente como colchóntérmico.
D Acumulación de calor en masa térmica de la envolvente evita perdidas por conduccióntérmica.
E Confort interior protegido de inclemencias.
El volumen máximo capaz se conforma conuna envolvente especializada a modo deuna piel que protege cuando las condicionesexteriores son extremas y se hace permea-ble cuando el clima es benigno.
Esta piel está compuesta de una sucesión devarias capas. Una cámara interior ventiladaque permite disipar el calor transmitidodesde el exterior en verano y que actúacomo colchón térmico durante los meses deinvierno. La hoja exterior constituye unacapa protectora o permeable según la épocadel año. La hoja interior es un elementomasivo de gran inercia térmica (con aislan-te en la capa exterior) que aprovecha el
desfase térmico para conseguir, con menoraporte energético activo, las condicionesinteriores de confort.
Esta piel se autorregula mediante la cámarade aire, que permanece cerrada o abiertasegún las condiciones climáticas exteriores.Su efectividad se acentúa mediante la incor-poración de una lámina bajo-emisiva quedisminuye la transferencia de calor de ondalarga, protegiendo al edificio tanto en invier-no como en verano.
La ventilación de la cubierta, que recibe lamayor insolación en verano, se produce deforma independiente y está diseñada para
facilitar la evacuación del aire de la cámaraventilada. Las aberturas de captación seencuentran en la parte inferior - tomando elaire de recintos protegidos y en sombra enla fachada Norte - y en la parte verticalsuperior, para potenciar el efecto chimenea.
De este modo, la piel de doble hoja se ven-tila independientemente y de forma con-tinuada tanto en el régimen diurno/nocturnocomo en el estacional, para disipar o captarlas ganancias solares, utilizando sistemasexclusivamente pasivos y de eficacia probada.
A Alta radiación solar de verano.B Piel ventilada Fachada, captación de vientos
por efecto chimenea, disipación de radiación.C Piel ventilada Cubierta, captación de vientos
por efecto chimenea, disipación de radiación.D Eliminación de radiación por superficie reflec-
tante, Pixel reflectante.E Absorción de radiación por superficie acumu-
ladora, Pixel colector solar y Pixel fotovoltaico.F Uso de masa térmica de la envolvente como
apoyo al sistema de refrigeración.G Confort interior protegido de inclemencias.
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rgía La piel se especializa. Dependiendo de su
ubicación en la fachada, reacciona de mane-ra diferente a las solicitaciones energéticasprocedentes del exterior. La trama de laenvolvente surge de la composición de ele-mentos individuales, industrializados y alta-mente especializados denominados “PíxelesBioclimáticos”.
La envolvente nace de la combinación devarias capas de píxeles, cuya situación res-ponde a su máxima optimización ener-géti-ca. La envolvente, de esta manera, no surgede la composición estética de una fachadade acuerdo a criterios formales, sino de laaplicación de un proceso abierto que atien-de a criterios fundamentalmente energéticos.
Los píxeles de captación de vientos frescosse ubican en la partes de la envolvente atra-vesadas por la diagonal formada por el ejeSO/NE, por donde sopla el viento de “laMarea”.
Los píxeles de captación solar (fotovoltaicosy térmicos) se ubican en las áreas de mayorradiación.
Los píxeles de sombra (celosía) protegen dela radiación en las zonas permeables deledificio.
Los píxeles de vistas se ubicarán, finalmen-te, hacia las orientaciones O-SO (hacia el“Cerro del Carambolo”) y en las E-SE (haciael casco histórico de Sevilla).
Píxel Bioclimático
Capa de píxeles de captación de viento
Capa de píxeles de luz y sombra Capa de píxeles de vistas
Fachada “Biopix”
La agrupación de los píxeles en función delmapa energético del solar, constituye un sis-tema de envolvente industrializada denomi-nada “BIOPIX” (BIOclimática-PIXelizada),una piel abierta y flexible, susceptible deadaptarse a los avances de la tecnología ycon clara vocación pedagógica. Este siste-ma, que actualmente se encuentra en fasede desarrollo industrial, se resolverá con unasolución constructiva sencilla constituida porlos siguientes elementos:
•
•
•
La envolvente, por tanto, es energética-mente perfectible o “bioperfectible”. Los ele-mentos modulares de píxel pueden actua-lizarse. El edificio podrá adaptarse a lasinnovaciones tecnológicas de una manerasencilla y con un fácil mantenimiento. Elresultado formal, por tanto, siempre estaráabierto a cualquier modificación.
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Una hoja interior ligera formada por unachapa con doble aislamiento térmico encada una de sus caras.
Una estructura reticular de 1x1m deperfiles de aluminio o acero inoxidableanclados a los cantos de la estructuraportante. Esta estructura cumplirá nosólo funciones estructurales (fijación dela hoja exterior) sino también energéti-cas (conducciones de redes eléctricas yde agua caliente).
Una hoja exterior formada por píxelesbioclimáticos de 1x1m.
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Los Órganos del Edificio
Los órganos constituyen los sistemas deintercambio y acondicionamiento interno deledificio. Podemos encontrar los siguientes:•
•
•
• Conductos de ventilación y sistemasde disipación de calor:
Ventilación NaturalEl edificio utiliza la ventilación natural, apro-vechando las direcciones de viento predomi-nante.
En verano, durante el día, mediante dife-rentes entradas en la fachada, se ingresaaire fresco en las primeras horas del día,principalmente de las direcciones Suroeste yNoreste. Los patios y zonas de vegetaciónfuncionan como cajas enfriadoras del aireaportando también humedad al mismo. Elespacio del atrio, protegido de la radiaciónsolar, confina el aire fresco y lo distribuye alas zonas adyacentes. El aire viciado seexpulsa por chimeneas solares periféricas dela envolvente, y por el lucernario del atrio. Elcalor generado por la radiación solar inciden-te en la cubierta se disipa gracias a la venti-lación de la misma.
Durante la noche, los huecos de fachada seabren para la entrada de los vientos frescosrefrigerándose la estructura del edificio, losmuros y forjados (masa térmica). Mientras,el aire cálido es expulsado por el lucernariodel atrio gracias al efecto chimenea, aumen-tando el desfase térmico.
VENTILACIÓN NATURAL / DIA - MESES VERANOA. Ingreso de vientos durante
horas del día, principalmente
con dirección SO y NE.
B. Cajas enfriadoras de aire
mediante aporte de humedad
por patio de naranjos y zonas
en sombra.
C. Aire fresco confinado en
espacio del Atrio, protegido de
radiación solar.
D. Ingreso de aire fresco
ayudando a la renovación de
aire.
E. Expulsión de aire viciado por
Chimeneas solares periféricas
de la envolvente.
F. Cubierta ventilada disipa alta
radiación solar.
G. Salida de aire calido por
cubierta de Atrio.
A. Ingreso de vientos frescos
principalmente por las tardes
con dirección SO llamado "de
Marea" y vientos matinales NE.
B. Patios de Naranjos como
cajas enfriadoras, acumulación
de masas de aire fresco durante
el día.
C. Succión de aire fresco por
espacio del Atrio.
D. Enfriamiento de las distintas
plantas, refrigerándose la
estructura del edificio, muros y
forjados de masa térmica.
E. Ventilación de la envolvente en
fachadas y cubierta, ingresando
aire fresco vespertino y matinal.
F. Ingreso de aire fresco desde
doble piel fachada, ayudando al
enfriamiento de masa térmica,
forjados y muros.
G. Expulsión de aire calido
resultado del enfriamiento de la
estructura del edificio.
H. Salida de aire calido por cubierta
de Atrio por efecto chimenea
prolongado por lucernarios con
gran desfase térmico.
VENTILACIÓN NOCTURNA / NOCHE - MESES VERANO
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
Conductos de ventilación y sistemas dedisipación de calorPatios vegetales y laminas de aguaPozos de luz
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A. Alta radiación solar de verano,
medio día.
B. Perfil de Edificio próximo a
construir en medianero Norte.
C. Ingreso de aire de renovación,
por fachada norte, protegida de
radiación en sombra por
adosamiento de fachada Norte a
muro medianero.
D. Sistema de Conductos enterrado
a profundidad de nivel freático
(7m aprox.).
E. Maquina de absorción /
colectores solares + Maquina
Intercambiadora de Calor.
F. Conductos Verticales de aire
climatizado, mediante circulación
de aire forzado, ingreso de aire
refrigerado a distintas plantas.
G. Disipación de exceso de calor
por refrigeración a Red de Aguas
Brutas de la Cartuja.
H. Funcionamiento de Piel ventilada,
disipa radiación solar.
A. Radiación solar de invierno,
fachada Sur, medio día.
B. Ingreso de aire de renovación ,
por fachada sur, mayor
exposición a radiación aportación
de calor a aire de ingreso.
C. Cierre de admisión de aire a
conductos enterrados.
D. Maquina de absorción/ colectores
solares + Maquina
Intercambiadora de Calor.
E. Caldera de Biomasa, de baja
emisión, Hueso de aceituna +
Pellet.
F. Conductos Verticales de aire
climatizado, mediante circulación
de aire forzado, ingreso de aire
calefactado a distintas plantas.
G. Funcionamiento de doble Piel,
con cámara de aire estanco,
aporta mayor aislamiento a la
envolvente como colchón
térmico.
VENTILACIÓN MECANICA - MESES DE INVIERNO
SISTEMA DE CALEFACCIÓN
VENTILACIÓN MECANICA - MESES DE VERANO
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
Ventilación MecánicaEn los meses de verano se introduce airerenovado por la fachada Norte, que estáprotegida de la radiación solar por la sombraque produce el propio edificio. Además estafachada se configura como una semi media-nera por lo que la introducción de aire poresta zona siempre aportará frescor. Este airees conducido hasta unos conductos enterra-dos a la cota del nivel freático, donde la tem-peratura es sustancialmente inferior que ladel ambiente. Después de circular por estosconductos, este aire pasa por la máquinaintercambiadora de calor, donde el aire ter-mina de ser enfriado en caso de ser necesa-rio. Por último, en el interior, las columnasde ventilación recorrerán el edificio a modode piezas escultóricas, distribuyendo deforma óptima el aire climatizado.
En los meses de invierno, el ingreso de airede renovación se realiza por la fachada Sur,ya que ésta, al estar mas expuesta a laradiación solar, aporta más calor al aire deingreso. La admisión a los conductos ente-rrados se cierra, para que estos no enfríen elaire. Después el aire es calentado, si así lorequiere, y se distribuye a todas las plan-tas mediante los conductos verticales deventilación. Como apoyo a estas medidas,en la cámara de aire de la piel envolvente,se cierran los conductos que en veranopermiten su ventilación, funcionando deesta manera como un colchón térmico.
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rgía • Patios vegetales y láminas de agua:
Los patios vegetales se ubicarán en las dis-tintas plantas, permitiendo un enfriamientonatural y atenuando la temperatura ambien-te. Reciben el aire exterior, y a modo de uni-dades de tratamiento del aire (UTAs), lo fil-tran y regulan su humedad para cederlo alas plantas, evacuándolo después por ellucernario del atrio central. Surgidos de la yamencionada reinterpretación de la arquitec-tura andalusí, estás cajas enfriadoras, con-juntamente con el efecto evaporativo de lasláminas de agua, mejoran de manera natu-ral la calidad ambiental de los espacios inte-riores.
• Pozos de Luz:La iluminación natural llegará a todo el edi-ficio gracias a los pozos de luz que, comocolumnas luminosas, penetrarán en laszonas más bajas y alejadas de la fachada,reduciendo la necesidad de iluminación arti-ficial y permitiendo un ahorro en energíaeléctrica del 25%.
Sobre el atrio, gran pulmón del edificio, des-cansa el “lucernario mozárabe”, elementoclave en la difusión de la luz, dejándolapasar en verano pero evitando la entrada decalor por radiación directa. En invierno, per-mite el acceso de ambos, cumpliendo tam-bién así, una importante función en la clima-tización del edificio.
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Además de los sistemas pasivos expuestos,se plantean instalaciones de distintas fuen-tes de energías renovables para cubrir lasdemandas requeridas por el uso del edificio.
Los captadores solares térmicos y módulosfotovoltaicos quedan integrados en la envol-vente del edificio, tanto en fachada como encubierta, cumpliendo varias funciones a lavez: revestimiento exterior del edificio,cerramiento de la cámara ventilada y ele-mentos para el aprovechamiento de energí-as renovables.
La dotación de 650m² de captadores solarestérmicos planos y tubos de vacío, ubicados
principalmente en cubierta, hará posible elaprovechamiento eficiente de la energíasolar para la refrigeración del edificiomediante una máquina de absorción, deesta forma se obtiene agua fría que será uti-lizada directamente en la climatización. Larefrigeración solar permite utilizar la energíasolar para la refrigeración, reduciendo así elempleo de energía primaria para clima-tización.
La instalación fotovoltaica se distribuyeprincipalmente en la cubierta y fachada sur,con una superficie total de 800m². Para estainstalación se ha realizado un estudio deinvestigación y desarrollo que ha definido un
modulo fotovoltaico de 1x1m compuesto por49 células monocristalinas cubiertas con unvidrio albarino que aumenta el rendimientode estas entre un 5 y un 8% anual. Ademáslos módulos cuentan con un sistema de fija-ción de fácil colocación y desmontaje, tantoen fachada como en cubierta, con las cone-xiones de cableado por la subestructura dela envolvente, permitiendo un fácil manteni-miento de la instalación.
La energía eléctrica generada por la instala-ción fotovoltaica es inyectada a la Red, con-tribuyendo así a la generación limpia y dis-tribuida de energía eléctrica.
Instalaciones de Energías Renovables
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Además se instalará como sistema apoyo para el sistema de cale-facción y de refrigeración una caldera de biomasa. Se propone eluso de biomasa andaluza como combustible de dicha caldera portres razones:
• Producto autóctono y abundante en la zona.
• Alto poder calorífico
• Precio muy competitivo.
La caldera de biomasa aportará la energía que no pueda cubrirsecon los captadores solares y las premisas iniciales de diseño se esti-ma que será alrededor de un 40-50% para refrigeración y un 5-10%en calefacción.
El consumo aproximado de biomasa de producción andaluza (pellet,
huesos de aceituna, etc.), estaría alrededor de las 45 toneladasanuales, lo que supone un volumen aproximado de 75m³.
Se calcula que el uso de instalaciones de energías renovables per-mitirá evitar la emisión de más de 100 toneladas de CO2 a la atmós-fera, lo que se equivale a una reducción de un 75% de estas emi-siones en relación a las emitidas por un edificio tradicional.
Además, gracias a estas medidas, junto con las estrategias de dise-ño pasivo, se estima un ahorro en consumo de energía del 60% res-pecto a un edificio tradicional.
Por último destacar, respecto al nivel de confort ambiental exigidopor el Código Técnico de la Edificación, que el edifico bajo condicio-nes normales obtendría niveles de confort superiores en un 46% alos exigidos por el CTE.
Arquitectos:
Director BioclimatismoRuiz-Larrea & Asociados:
Instalaciones:
Estructura:
Asesores Técnicos:
Mediciones y Presupuesto:
Desarrollo Sistema de Fachada:
Imágenes y Fotografías
Ruiz-Larrea & AsociadosCesar Ruiz-Larrea CangasAntonio Gómez GutierrezEduardo Prieto Gonzalez
Hernán Bugueño Rubio
Aster Ingenieros
NB35
Jaime López de AsiainCentro de Energías RenovablesCENERValeriano Ruiz HernándezRamón Velázquez VilaDirección Técnica de la Agencia Andaluza de la Energía
Gonzalo Cátedra Cátedra
Sistemas TDM
Ruiz-Larrea & Asociados
Ficha Técnica:
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La Agencia Andaluza de la Energía agradece la colaboración prestada a las asociaciones solares,
empresas, y expertos que han facilitado información para la realización de esta publicación.
Fotografías: Schüco International KG: 1, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
Gamesa: 2, 3, 4, 5, 6, 7OpciónDos Energía Natural, S.L.: 15, 16
