Roberto Garay. Diseñando edificios autosuficientes

Roberto Garay forma parte de la División de Construcción Sostenible en Tecnalia.

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KUBIK, UN EDIFICIO INTELIGENTE

El Kubik es un edificio experimental para investigar en formas de mejora de los edificios, tanto a nivel de su comportamiento energético, como de sus condiciones de accesibilidad, como de los materiales que se utilizan en el mismo.

Fundamentalmente, lo que buscamos es experimentar en el campo de energía en edificación porque hay una necesidad urgente de solucionar el gasto energético, y para ello contábamos con la larga trayectoria investigadora de Tecnalia en temas de edificación y construcción. Trabajar sobre el campo de energía es una demanda generalizada, nos lo pide la sociedad, las administraciones públicas y las empresas. Ahora mismo utilizamos una energía de origen fósil, que no sabemos cuando la acabaremos consumiendo. Hasta que encontremos soluciones alternativas debemos consumir lo menos posible y, para lograrlo, nuestros edificios tienen que ser mucho mas eficientes.

Es por ello que, desde Kubik, investigamos en la forma de crear edificios inteligentes energéticamente, edificios que aseguren el confort de los usuarios utilizando la menor energía posible.

A partir de esta experimentación cuelgan nuestras otras líneas de trabajo en materiales innovadores, en elementos constructivos, sistemas de control, sistemas de generación de energía, etc.

USOS Y COSTUMBRES

Kubik es un edificio tecnológico camaleónico, lo utilizamos tanto para generar instalaciones experimentales con el fin de realizar investigación aplicada a las problemáticas de nuestro entorno, como a la verificación de la idoneidad de productos fabricados por las empresas. Consideramos que es fundamental que nuestras investigaciones sean útiles a la sociedad y a nuestro sector industrial y para lograrlo los algoritmos se quedaban cortos, necesitábamos tener una constatación verídica de que las cosas funcionan realmente, por eso creamos Kubik.

Quizá lo que más nos diferencia de otro tipo de instalaciones experimentales que ya existen es la escala, no es habitual; pero cuando decidimos poner en marcha Kubik queríamos contar con una instalación lo más parecida a las características morfológicas de nuestro parque edificado, por eso tuvimos que hacer algo grande y, de paso, mucho más complejo que el resto de instalaciones experimentales que ya existían en otros puntos de Europa.

Nuestro objetivo siempre es poder dar una respuesta satisfactoria a la sociedad, solucionar una problemática. Cuando trabajamos para administraciones como el Gobierno Vasco, o con los industriales mejorando el desarrollo de producto, o cuando invertimos con fondos propios es porque creemos que en tres, cuatro, cinco años puede ser de utilidad para nuestra sociedad.

Cuando se inauguró Kubik, en el 2010, fue una de las mayores instalaciones piloto de este tipo.

DESDE LOS CIMIENTOS

Empleamos Kubik para afianzar nuestros desarrollos tecnológicos ya pre-existentes. Tecnalia lleva ya varios años trabajando en hormigones verdes, menos contaminantes, que reciclan materiales de desecho de otras industrias, y ahí se engloba lo que sería el árido-siderúrgico, que es un desecho de la siderurgia; algo que en Euskadi hemos almacenado en muchas escombreras. El árido-siderúrgico lo que hace es tratar ese material de desecho como árido dentro del hormigón para reducir las demandas de materiales vírgenes del entorno. La instalación que tenemos aquí, todo el sótano está hecho con árido-siderúrgico, viene a testar que esos elementos se pueden utilizar en la construcción.

EDIFICIO EFÍMERO Y CONSTRUCCIÓN MODULAR

Este edificio, per se, es un edificio de ese estilo, tendemos a cambiar elementos constructivos, en función de aquello que estamos ensayando. La construcción modular nos permite una edificación mas fácil de realizar, con productos mucho mas testados que dan lugar a muchos menos problemas en la ejecución de los edificios. Es decir, nos permite pasar de un esquema en el que tenemos mucha gente trabajando en obras, a la intemperie, muy expuesta a riesgos laborales, a realizar el trabajo en entornos más controlados, dentro de una fábrica y, además, reduce los impactos negativos de ruido, suciedad que genera una obra de construcción.

La construcción modular es muy seca, es inmediata. La estructura del Kubik se levantó prácticamente a planta por día, las fachadas se podrían haber cubierto prácticamente a ritmo de una fachada por día, con una grúa y tres o cuatro operarios máximo.

A nivel de compartimentación interior tenemos una planta entera dedicada a soluciones habitacionales para lograr que, según las personas vayan modificando sus necesidades de espacio, se modifique la configuración interior de sus viviendas. En el caso de cambio de usos del edificio quizás sea más complicado, pero se podría hacer perfectamente. Tenemos ciudades en las que edificios técnicamente de viviendas se han convertido en oficinas, tenemos industrias que se han ido terciarizando poco a poco, y en esa línea, desde luego hay muchas cosas que hacer.

CONSUMO Y GENERACIÓN

Aquí en Tecnalia tenemos una microrred eléctrica inteligente, que es bastante pionera a nivel europeo, y que integra varios tipos y sistemas de generación: fotovoltaica,  eólica, co-generación y al que se conectan cargas como coches eléctricos y el edificio Kubik, que puede modular sus necesidades a la situación de la micro-red. Está conectado de dos formas, como carga eléctrica, pero también como generación eléctrica; es un sistema de co-generación, que es capaz de generar calor y electricidad de forma simultanea y, en función de las necesidades, esa energía eléctrica que genera el propio edificio se vierte a la red cuando el edificio no necesita de esa energía. Lo que queremos es evaluar cómo diferentes fuentes de generación y diferentes fuentes de consumo pueden equilibrarse para reducir el consumo de energía a lo mínimo posible y poder llegar a un balance energético positivo.

Lo que ocurre con este tipo de energías es que requieren de un cambio en el sistema eléctrico global; ese sistema eléctrico estaba pensado para gestionar un pequeño número de centrales térmicas que generaban energía en función de las necesidades de la población, y ahora empezamos a usar elementos de generación energética que aprovechan las energías procedentes del sol, del viento u otras, y estas energías son inherentemente aleatorias. Por tanto, necesitamos un sistema eléctrico que sea capaz, primero, de gestionar gran número de elementos generadores y, segundo, que sea capaz de balancear este tipo de sistemas un poco menos predecibles sin por ello hacer que los usuarios nos veamos perjudicados.

ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS

El sistema energético está evolucionando hacia fuentes más distribuidas. Venimos de un esquema en el que cada ciudad o cada territorio tenía una o varias centrales de generación térmica, alejadas unas decenas de kilómetros de los núcleos de población y toda la energía que venía de esas centrales se distribuía por la red eléctrica, y ahora pasamos a un esquema en el que, si bien seguimos necesitando ese tipo de equipos, se están empezando a desarrollar sistemas que generan poca energía en comparación con esas centrales grandes, pero que se pueden agregar en subconjuntos y se pueden distribuir a lo largo de todo el territorio, de forma que tenemos muchos puntos de generación energética, distribuidos por el territorio que pueden hacernos depender menos de ese tipo de centrales que, además, tienen un impacto medioambiental excesivo.

Micro-redes térmicas

En Europa existe un gran parque edificado que no tiene instalaciones térmicas propias, porque cuando se construyeron se decidió que era más eficiente actuar a escala superior al edificio, a escala de un distrito, un barrio o similar.

En estos casos, se genera un edificio de instalaciones en el que tenemos todos los equipos de generación térmica necesarios y mediante conducciones de agua caliente bien aisladas, generalmente bajo el terreno, se distribuye a cada uno de los edificios la energía necesaria.

La red urbana de calor permite, además, aprovechar calores residuales de la industria; y yo creo que en el País Vasco, con la industria que tenemos, sería bastante factible; es decir, si yo tengo una fábrica de papel que, al cabo del año, termina vertiendo mucha energía al ambiente por su chimenea porque su proceso lo exige así, podemos utilizar ese calor residual para calentar el agua que pueden necesitar las viviendas del barrio, del pueblo más próximo a esa fábrica, y así con otros muchos tipos de industria.

Sistemas Geotérmicos

Los sistemas geotérmicos vienen principalmente del norte de Europa, en los que la edificación residencial se basa fundamentalmente en casitas, y permiten tener una geotermia básicamente utilizando el jardín de la propia vivienda; en nuestros entornos se puede emplear sistemas geotérmicos que en vez de perforar en horizontal, perforan en vertical y van varias decenas o cientos de metros hacia la tierra. Existen incluso soluciones para emplear este tipo de tecnologías en aparcamientos, lógicamente, siempre cuesta más, la tecnología tiene que estar mejor pensada y mucho más testada, pero existen soluciones para entornos urbanos consolidados.

EDIFICIOS AUTOSUFICIENTES

A nivel indicativo, a lo que nos está obligando la sociedad, los gobiernos y lo que están buscando las empresas son reducciones de entre el 60% y el 80% del gasto energético. Incluso, existen edificios de consumo casi nulo, cero, de balance positivo; y estamos investigando en tecnologías para conseguir ese tipo de edificios.

Esos edificios, básicamente, lo que hacen es generar más energía de la que consumen al cabo del año. ¿Cómo se hace esto? Primero, reduciendo sustancialmente los consumos del edificio (mejorando las tecnologías constructivas, los sistemas de control…); en segundo lugar, dotándolos de tecnologías de generación, estamos hablando de paneles solares, de energía solar térmica… ; y, en la medida de lo posible, también tenemos que emplear tecnologías de almacenamiento que nos permitan que en aquellos momentos en los que tenemos un déficit de generación podamos satisfacer las necesidades del edificio.

En realidad, cualquier edificio de Bilbao podría llegar a ser autosuficiente. Si hablamos de edificación más singular, por ejemplo en el caso de torres realmente altas, que generalmente son edificios muy intensivos en cuanto a su uso, lógicamente, la cubierta no es capaz de generar energía para todo ese edificio, habría que intentar generar suficiente energía en la superficie de fachada. En principio, la autosuficiencia habría que estudiarla, pero desde luego sí que tendrían un consumo energético muy muy pequeñito.

RADIOGRAFÍA DE LA EDIFICACIÓN ACTUAL

El año pasado acompañamos al Gobierno Vasco en el estudio del parque edificado del territorio, integraba tanto temas energéticos como temas de accesibilidad. Y ahí se identificaron diferentes fotos para diferentes distritos del País Vasco, hay zonas que no se han mantenido de forma adecuada y tienen peores comportamientos energéticos. Desde luego el Gobierno Vasco hizo una política bastante satisfactoria en la última década referente a la renovación de las carpinterías, de ventanas, balconadas y demás, que ha mejorado bastante la foto de determinados entornos; pero también depende mucho de la renta. En Reino Unido se trabaja con un término que es el de “pobreza energética”, que es algo que hay que desterrar; la gente que no puede invertir en sus edificios acaba consumiendo mayor energía y pagando mayores importes, con lo cual es un proceso que se retroalimenta, ya que tiene menos renta disponible para volver a invertir en ese edificio. Eso es algo que tenemos que evitar y ahí también estamos trabajando, esto no puede ser solo una mejora de la que se beneficien las clases más pudientes, sino que tiene que acabar llegando a toda la sociedad.

Pero, volviendo al tema, nuestra foto no puede ser la misma que la que se obtiene en Finlandia; principalmente porque nuestras formas de habitar las ciudades son diferentes, no habitamos mayoritariamente en espacios urbanos de casitas, sino que tenemos edificación en altura, con poco espacio para tecnologías geotérmicas de superficie, con menor espacio en cubiertas por habitante y, aun así, tenemos que conseguir reducir nuestra cuota energética. También es verdad que no tenemos por qué llegar a los extremos de Finlandia, allí tienen otra climatología que requiere de mayor aporte energético, nuestro caso es diferente, tecnologías menos intensivas o menos problemáticas podrían ser suficientes.

En lo que sí que estamos trabajando muchísimo es en asegurarnos que tenemos tecnologías apropiadas a nuestro entorno, que adaptamos lo que nos viene de Europa para que podamos mantener nuestra idiosincrasia en cuanto al aspecto de nuestras ciudades.

REHABILITACIÓN DE EDIFICIOS

No esperamos que el sector construya mucho más en los próximos años, con lo cual el parque edificado de los próximos 50 años ya está construido y ya tiene cierta edad. La mayor parte de esos edificios se construyen sin ningún tipo de medida energética, pero cuando comenzamos a implementar tecnología de rehabilitación se consiguen mejoras sustanciales en su comportamiento energético.

Desde el punto de vista energético importa mucho cómo se construye un edificio pero también cómo lo vamos mejorando: el rendimiento de los equipos que tenemos instalados, modificar tecnologías basadas en el gas a tecnologías mediante paneles solares térmicos que lo que hacen es sustituir el gas por el sol. Los sistemas de control nos permiten no consumir energía ahora mismo si dentro de 5 minutos prevemos que el edificio, por sÍ mismo, va a llegar a una situación de confort. En la sala que nos encontramos, por ejemplo, estamos investigando en sistemas de control y sensórica sin cables que sea capaz de estudiar el comportamiento térmico del edificio y prever diferentes escenarios de aquí a 5, 10, 15 minutos, de forma que el edificio tome la mejor alternativa posible. Por ejemplo, ahora se están subiendo las cortinas de forma automática [la entrevista se realiza dentro del Kubik] y eso ha sido porque un ordenador ha decido que era más económico o eficiente subir las cortinas antes que aportar energía procedente de calderas a este espacio.

Luego, en la medida en la que se derivase a redes inteligentes, podríamos empezar a tener uno o varios edificios de generación energética por cada uno de los barrios, a lo que se sumaría generación fotovoltaica y paneles térmicos en las cubiertas.

REUTILIZACIÓN DE MATERIALES

En Tecnalia hay grupos enteros dedicados al ecodiseño y al trabajo en nanomateriales que investigan en la reutilización de materiales.

Lo que tradicionalmente se ha hecho en esa línea, prácticamente se ha limitado a los metales, porque tenían un coste alto y se podían reutilizar de forma cómoda, pero eso no es suficiente. No podemos desarrollar elementos constructivos que no se puedan mantener y que por tanto haya que tirar al cabo de determinado tiempo; por mucho que la edificación industrializada nos permita quitar un elemento y sustituirlo, tenemos que intentar que pase lo menos posible; y tenemos que asegurar que, cuando finalmente se demuela ese edificio, todas las partes sean separables; es decir, que se pueda separar un elemento metálico de un elemento pétreo y que entre medias no haya ningún elemento aislante, tipo poliuretanos o similares que hayan contaminado los elementos y no puedan ser reutilizables.

APLICACIONES KUBIK

En el proceso hemos hecho muchas cosas, por ejemplo: un muro cortina que integra vidrio fotovoltaico de forma que a nivel de elemento constructivo no requiere de ninguna dotación mayor y se puede montar de forma modular. Desarrollamos, conjuntamente con una empresa de elementos constructivos de madera, una fachada desarrollada íntegramente con elementos de madera, tanto los elementos rigidizadores como los elementos aislantes. Hemos desarrollado forjados que son capaces de integrar las conexiones eléctricas en ellos mismos, incluso los elementos de climatización. Tenemos otro tipo de forjados, que también desarrollamos con una empresa del entorno, que integra la condición de pluviales en sí misma, de modo que la propia forma del elemento de unión entre los módulos es capaz de conducir la lluvia y llevarla a un elemento colector sin necesidad de tener una red de drenaje adicional.

Tenemos compañeros que están trabajando en elementos aislantes capaces de garantizar el mismo nivel de aislamiento que tenemos ahora en 10 o 15 centímetros de aislante tradicional en apenas 2 o 3 centímetros, lo que nos permite aislar mucho mejor los edificios manteniendo lo máximo posible su configuración actual. A nivel de sistemas interiores, estamos investigando en cómo adaptarnos a la normativa que obliga a tener ventilación mecánica incluso en los edificios residenciales; estos sistemas existen en el mercado europeo pero son difícilmente integrable en nuestros edificios porque requieren de unos espacios que nuestros edificios en altura no disponen; necesitaríamos un cuarto técnico para ubicar todos este tipo de equipos, pero esa no es nuestra situación y estamos investigando en nuevas soluciones.

Trabajamos mucho en sistemas de control para reducir al mínimo los consumos de energía necesarios y que estos se produzcan, por ejemplo, en los momentos en los que los sistemas de distribución del sistema eléctrico del barrio tengan excedentes de energía.

También en dispositivos solar-térmicos para integrarlos dentro de la piel exterior del edificio, y que su utilización no suponga limitaciones en el aspecto exterior del edificio y seguir avanzando en nuestro enfoque de edificio de bajo consumo de energía, incluso de margen energético positivo.

TECNOLOGÍA KUBIK

Lo que tenemos que tener claro es que nuestras tecnologías no tienen que ser caras, tenemos que adaptarnos a la capacidad de gasto de la sociedad, porque de otra forma estaríamos haciendo cosas que no servirían para nada.

Tenemos que garantizar la simplicidad en el uso en los sistemas de control de generación térmica en nuestras casas, que fuesen lo suficientemente amigable para que de forma muy sencilla el usuario pueda manejarla, sistemas que se pudieran conectar con teléfonos inteligentes. Sistemas con elementos de control automatizado que el usuario tenga la posibilidad de desconectar, que no sean invasivos.

Tendríamos que garantizar que el entorno siga siendo el mismo siendo completamente diferente.

Y lo que intentamos es que, en la medida de lo posible, todo esto se haga con nuestra industria; nosotros somos un centro de tecnología aplicada y, si no somos capaces de transferir nuestras investigaciones a la industria, nuestra razón de ser deja de existir.

+ info:

www.edificacionindustrializada.com

www.energiaenedificacion.com