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EDIFICIO BIOCLIMATICO SEDE FUNDACION METROPOLI ecobox ARQUITECTOS: Angel de Diego - Alfonso Vegara - Vicente Olmedilla OCTUBRE 2.004 FUNDACION METROPOLI - AVDA.BRUSELAS, 28, ALCOBENDAS , 28108, MADRID - Página 1 EDIFICIO BIOCLIMÁTICO EDIFICIO SEDE FUNDACIÓN METRÓPOLI
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EDIFICIO BIOCLIMATICO SEDE FUNDACION METROPOLI
ecoboxARQUITECTOS: Angel de Diego - Alfonso Vegara - Vicente Olmedilla
OCTUBRE 2.004
FUNDACION METROPOLI - AVDA.BRUSELAS, 28, ALCOBENDAS , 28108, MADRID -
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El edificio sede de la Fundación Metrópoli en Madrid, diseñado con carácterexperimental, trata de integrar dos criterios fundamentales: la creación de unlugar para la innovación y la creatividad con gran protagonismo de laarquitectura y el compromiso bioclimático.
El diseño del edificio se planteamediante criterios arquitectónicos,instalaciones bioclimáticas y sistemasconstructivos que fomentan el ahorro yla eficiencia energética.
El objetivo era crear un edificioexperimental, que apostara claramentepor la innovación y la sensibilidad enmateria de sostenibilidad energética,siempre bajo pautas de construcciónsana.
El edificio dispuesto en tres niveles secompone de grandes espacios diáfanos ymultifuncionales dispuestos todasentorno a un atrio o calle central dedos y tres plantas de altura quearticula las piezas del programa.
En la planta de acceso desde la calle -nivel 1- se ubican talleres dedicados ala investigación urbanística eincubación de ideas para el desarrollode las. En el nivel 0, con accesodirecto desde la parcela, el espacio esunitario y se destina al concepto dearte y territorio. Por último, en elnivel 2 se sitúan espacios más privadosy de menor escala también destinados ala investigación.
NIVEL 0
NIVEL 1
NIVEL 2
La arquitectura del edificio.
Fusión de espacios.El edificio interpreta espacialmenteel compromiso con la innovación através del diseño de lugares deencuentro y de la interacción visual yfuncional de todos los espacios quecomponen la Eco-Box. Desde el punto devista climático el edificio es tambiénuna unidad interconectada. Un espaciode fusión al servicio de lacreatividad y la innovación.
La luzLa luz es el eje central del proyecto.Los lucernarios del atrio, que son almismo tiempo captadores energéticos,introducen la luz de forma tamizada enel corazón del edificio e iluminan losespacios de trabajo. La distribuciónde huecos en fachada se ha establecidoen relación con las necesidadesespecíficas de los diferentesespacios. Las lamas eléctricasexteriores matizan la luz con unasegunda piel lo que permite unaprotección del edificio de laradiación solar directa en verano ytambién de las inclemencias eninvierno.
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SECCIÓN TRANSVERSAL
El atrioEs el elemento central del proyecto.Es un espacio abierto que conectatodas las dependencias y quesimplifica la comprensión del edificioen su conjunto. Su esencia es laescala, el espacio, la transparencia yla luz. Es un lugar de encuentro, dereuniones importantes, de celebración,de comunicación y de intercambio.
La piel del edificioLa Ecobox se muestra al exterior conlageometría clara de un prismarectangular de elementos tectónicos -piedra y hormigón- modulados por unaestructura metálica sencilla yhoradados por cajas de luz - vidrio-tamizadas por lamas metálicas.
FlexibilidadEl edificio adopta una formageométrica muy sencilla y modulada quepermite diversas disposiciones y usos.Se parte del convencimiento de que lainnovación se produce en laintersección de disciplinas diversas yen la confluencia de ideas distintas.
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Componentes bioclimáticos: Sistemas Pasivos
1. Sistemas pasivos: Diseño Arquitectónico
En el diseño del edificio se ha optado por una serie de solucionesarquitectónicas basadas en conceptos tradicionales y bioclimáticos como laorientación, el control de la exposición solar, la disposición de los huecos enfachada, etc que permitan un adecuado control térmico del edificio.
Todos los huecos exteriores seprotegen de la exposición solardirecta mediante lamas metálicasorientables accionadas mediantecélulas eléctricas con el fin de quegraduen el paso de la energía solar enfunción de las necesidades energéticasde los espacios.
Existen captadores energéticos quetambién actúan como lucernarios en lacubierta, protegidos por cornisas conel vuelo adecuado para permitir elpaso del calor en invierno eimposibilitarlo en verano.
Los vidrios y carpinteríasproporcionan un gran aislamiento ycontrol solar.
Se utilizan siempre materiales deconstrucción denominados sanos,reciclables, naturales, tradicionalesy en cuyo proceso de fabricaciónexista un ahorro energéticoimportante. Se prohiben materialescomo el PVC, plásticos diversos, asícomo otros que, por suimpermeabilidad, dificulten elcorrecto funcionamiento energético.
2. Sistemas pasivos: Almacenes energéticos
Todos los planos o cerramientos que conforman los espacios interiores deledificio están compuestos por grandes masas para conseguir una notabledisminución de los requerimientos energéticos del edificio y unas condicionesnaturales óptimas de confort.
Estas masas, compuestas por materiales como gravas, hormigón, etc …con graninercia térmica, actúan como acumuladores de energía - frío o calor según laépoca del año - y transmisores, cuando las necesidades climáticas lo requieren,de dicha energía a los espacios interiores.
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A continuación se describen de manera resumida los almacenes energéticospropuestos:
- Subsuelo: Gran masa de gravas, arlita y áridos, estando todo el conjuntoperfectamente aislado e impermeabilizado
- Fachadas: Muros de doble hoja de hormigón - en bloque o visto - conrelleno intermedio de grava
- Revestimiento: fachada ventilada de Piedra natural
- Cubiertas: Ventiladas, con gran masa de gravas y fuerte aislamiento
SECCIÓN LONGITUDINAL
Componentes bioclimáticos: Sistemas Activos
3. Sistemas Activos : La ventilación y la energía geotérmica
El sistema de ventilación es un factor clave para conseguir una gran sensaciónde confort térmico en los diferentes espacios del edificio a través de laaportación y renovación de aire del exterior, acondicionado de forma natural ysin grandes necesidades energéticas.
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Se plantean dos tipos de ventilación:
- Edificio en sobrepresión:ventilación o renovación del airede los espacios de formapermanente y controlada según lasdiferentes condicionesambientales, introduciendo aireexterior que previamente ha sidoacondicionado de forma natural alcircular por canalizacionesintegradas en el gran almacénenergético del subsuelo.
- Ventilación de almacenesenergéticos:Se pretende acondicionar los murosde cerramiento exterior defachadas y suelos de forma queestas grandes masas puedan actuarcomo almacenes energéticos através del aire procedente de losdispositivos de ventilaciónanteriormente mencionados.
La energía geotérmica del subsuelo se transmite al almacén energético situadobajo el edificio y, desde éste, se introduce a los espacios interiores ycerramientos exteriores mediante un sistema de canalizaciones por las quecircula aire procedente del exterior, previamente impulsado por pequeñosventiladores existentes en los elementos de captación dispuestos en los patiosingleses de la edificación.
4. Sistemas Activos : Energía Fotovoltaica
La instalación dispone de paneles fotovoltaicos que actúan como generadoresnaturales de energía eléctrica de cristal-cristal de gran rendimiento colocadosverticalmente como un muro cortina de vidrio azulado en la fachada sur.
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Esta instalación, compuesta por 24módulos glass-glass policristalinoscapaces de generar 2,189 KWp estáconectada de forma independiente a lared elétrica -en baja tensión- através de un inversor capaz deconvertir la corriente continuaprocedente de los módulosfotovoltaicos en corriente alterna.
Se estima una producción eléctricaanual de 1.361 KWh , y se considerauna producción útil - 30 años- de40.830Kwh.
5. Sistemas Activos : Energía Solar
Actualmente las calderas sonresponsables en buena medida de lasemisiones de gases contaminantes y delas numerosas partículas en suspensiónque contaminan de forma notable elárea metropolitana de Madrid.
El planteamiento de nuestro diseño delsistema de producción de Calefacción,Refrigeración y ACS ha sido el degarantizar el máximo confort yeconomía del usuario, compatible conel mayor ahorro energético y laprotección del medio ambiente,cubriendo las necesidades mediante lacombinación de una caldera de gas dealto rendimiento con sistemas solaresque aprovechan eficientemente laenergía gratuita que el sol nos envía.
La instalación dispone de 72m2 decolectores solares de vacío de altatecnología Vitosol 200 (con unaorientación de 5º con respecto alsur), colocados en la cubierta deledificio. La opción con colector devacío se ha escogido por lassiguientes razones:
- Maximiza el aporte solar global,con la consecuente reducción deemisiones contaminantes.
- Es la opción más eficiente desdeun punto de vista energético.
- Es la opción más estética,
Se controla de forma electrónica la climatización en función de las demandasenergéticas de los espacios interiores, las condiciones térmicas exteriores yla energía acumulada en los depósitos procedentes de la energía solar. Tambiénse controla estancia por estancia las temperaturas de rocío, con el fin deevitar condensaciones en los circuitos del agua radiante.
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promoviendo así la implementaciónen Madrid de la energía solar.
Estos colectores calientan el agua quese acumula de forma centralizada endos tanques (6000 litros), que recibenel calor solar por medio de unintercambiador de placas externo.
Dependiendo del tipo de demanda elagua caliente acumulada en los tanquesse utiliza directamente para lacalefacción y el agua calientesanitaria en invierno o bien para larefrigeración en verano, a través deuna máquina de absorción capazmediante procesos químicosrealtivamente sencillos, detransformar el agua caliente -70 ºC-en agua fría - 8ºC.
INSTALACIÓN ACS, CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN. FUNDACIÓN METRÓPOLI MADRID.
APORTE ENERGÉTICO CON ENERGÍA SOLA
Con esta instalación solar se ahorrarán un total de 57533 kWh/año, lo querepresenta un 60% de la energía total necesaria, evitando la emisión de 287,375Kg de Co2 (130.625 árboles o 31.10 Hectáreas de bosque equivalentes -Co2
acumulado en 25 años-) y otros gases contaminantes.
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AHORRO DE EMISIONES DE CO2.
La instalación de un sistema solar en la Fundación Metrópoli, además de ahorroenergético, producirá una gran reducción de las emisiones producidas alentorno. En la siguiente tabla se presenta el cálculo de los Kg. de CO2 que sedejarán de emitir gracias al sistema solar.
6. Sistemas Activos: Suelo Radiante
Al objeto de proporcionar al edificio una temperatura agradable que permitarealizar las distintas tareas en un ambiente cómodo y confortable, se planteala climatización (frío - calor) de los espacios mediante un sistema decalefacción y enfriamiento por suelo radiante.
El suelo radiante permite el suministro de frío o calor a través de unarecirculación del agua por las tuberías, en invierno con agua calienteprocedente directamente de los paneles solares y acumuladas en tanques solares, y en verano con esa misma agua enfriada mediante una máquina de absorción ,con apoyo en ambos casos de una caldera de gas.
Se dispone , por tanto , una caldera y un acumulador para la producción deACS, y paralelamente un sistema de paneles solares, con capacidad para elsuministro del 100% del consumo de ACS y de un 60% del consumo paracalefacción y refrigeración.
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Desde los equipos de producción de frío y calor, a través de tubería doble,(impulsión y retorno), se distribuye agua a cada uno de los circuitos de sueloradiante para aportar las calorías / frigorías necesarias en cada dependencia,según la demanda de las mismas, impulsando este agua mediante bombas decaracterísticas adecuadas en cuanto a caudal y régimen de temperatura de lainstalación.
Todos los circuitos de suelo radiante, van a estar dotados de sistemasindividuales de control de temperatura, al objeto de climatizar de formaindependiente cada una de los espacios en función de sus necesidades.
El sistema de refrigeración por suelo radiante consiste en enfriar el pavimentodel local a tratar con el fin de reducir su temperatura ambiente. Estepavimento frío absorberá radiaciones emitidas por los demás paramentosestructurales (suelo y paredes); esto originará una reducción de latemperatura superficial de estos paramentos que originará el efecto deseado aldescender la temperatura ambiente del local.
Este sistema es óptimo para el suelo radiante al aprovechar los mismos panelesemisores para calefactar en invierno y para refrigerar en verano.
Este uso compartido reduce los costes conjuntos de instalación además deofrecer una serie de ventajas claramente constatables:
Drástica reducción del movimiento de aire dentro de local a refrigerarLos clásicos sistemas de refrigeración se basan en la convección forzada degrandes volúmenes de aire tratado. La velocidad del aire impulsado al interiordel local, junto con el descenso de su humedad relativa, origina un elevadoporcentaje de insatisfechos entre los usuarios de estos sistemas, pudiéndoseestimar que el grado de confort aumenta con la reducción de la velocidad delaire. Con los sistemas de refrigeración por suelo radiante se consigue unintercambio homogéneo de calor que origina movimientos de aire imperceptiblescon el consiguiente incremento en las condiciones de confort percibidas . Secolocan ventiladores en techos para optimizar el movimiento en bucle del aireenfriado de manera que el aire frío no tienda a estratificarse en los nivelessuperiores.
Refrigeración uniformeLa gran superficie emisora (todo el suelo) implica una homogeneización de laenergía aportada. Con esto se consigue una uniforme distribución detemperaturas a lo largo del local a tratar, desapareciendo el fenómeno de zonascalientes y zonas frías dentro del mismo local refrigerado. La falta deuniformidad puede ser causa de dolores musculares, molestias por enfriamiento,calambres, transpiración localizada,...
La reducción de la temperatura del pavimento en los sistemas de refrigeraciónpor suelo trae consigo la necesidad de diseñar la instalación de modo que,maximizando la potencia frigorífica instalada, se eviten fenómenos decondensación sobre el pavimento.
Para evitar estos fenómenos de condensaciones es necesario:
- Instalar sondas de punto de rocío en las zona con mayor riesgo decondensaciones; esta zona es el pavimento más cercano al colector. Lasonda, conectada a la bomba de impulsión o a la centralita de regulación,se sobrepondrá a cualesquiera otros controles existentes en lainstalación.
- Diseñar correctamente la distancia entre tuberías emisoras y latemperatura de impulsión.
La distancia entre tuberías emisoras será de 15 o 20 cm., dependiendo del usodel local a refrigerar.
La temperatura de impulsión deberá calcularse de tal modo que origine unatemperatura del pavimento superior en todo momento a la temperatura de rocío.No se aconseja que la temperatura media superficial del pavimento se sitúe pordebajo de los 19ºC.
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Integración de la energía solar en la edificación
El proceso de integración arquitectónica, estética y constructiva de lossistemas solares se materializa en una propuesta para colocación de loscolectores y en la solución de los posibles problemas constructivos que puedanaparecer.
En la propuesta de colocación se hanmantenido los ejes principales de la
edificación para que la instalaciónsolar resulte armoniosa desde el puntode vista arquitectónico.
Como se puede ver en la siguientegráfica, esta propuesta de colocaciónde los paneles, supone una pérdidaenergética mínima, de un máximo del 5%anual.
En la gráfica se puede ver que para lacolocación propuesta:
Inclinación: 25º
Orientación: 0º con respecto del sur
La instalación tiene gran carácter innovador en la integración arquitectónicaen cubierta y fachadas de las instalaciones bioclimaticas.
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Se seleccionaron colectores solarestérmicos de tubos de cristal al vacíopor su alto rendimiento así como porsu flexibilidad en la colocación y suestética arquitectónica, ya queaportan una imagen tecnológica muyinteresante para la necesariaintegración de las instalacionesbioclimáticas en el diseño de losedificios.
Su flexibilidad radica en que puedencolocarse en cualquier posición:horizontal, vertical o inclinada yaque cada colector está compuesto poruna serie de tubos de cristal en cuyointerior existe una lama regulable -posiciones de invierno y verano- quecapta de forma óptima la energíaprocedente del sol.
Todas las instalaciones se disponenvistas sobre la cubierta, apoyadassobre una subestructura metálica quetransmite directamente las cargas alos pilares.
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Este sistema permite liberar espacios,eliminar ruidos y otras molestiaspropias de los recintos destinados acuartos de instalaciones así comofacilitar el mantenimiento yregistrabilidad de las mismas. Además,en caso de fugas se garantiza laevacuación directa de las aguasgeneradas a la red de saneamiento.
CÁLCULOS ECONÓMICOS
En la siguiente tabla se observa el coste de la instalación solar, los gastosde mantenimiento y el plazo de amortización previsto para la instalación solar.Para el cálculo del plazo de amortización se han tenido en cuenta lossiguientes datos:
Rendimiento de caldera: 96%
Combustible: gas natural
Precio del combustible: 0,25 euros/m3
Coste de la instalación solar: 1215,06 euros/m2.
Costes de mantenimiento solar: 360 euros/año.
Plazo de amortización: 36,3 años
Plazo amortización con subida precio combustible: 27,9 años
Ahorro total conseguido: 58.945,31 euros
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