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1 Módulo de Evaluación de la sostenibilidad de tecnologías energéticas
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1
Módulo de
Evaluación de la sostenibilidad de
tecnologías energéticas
2
Energía sostenible?
3
1)
MANUFACTURING
2) TRANSPORT & INSTALLATION
3) USO y
MANTENIMIENTO 2) TRANSPORT & INSTALLATION
Perspectiva de Ciclo de Vida en tecnologías energéticas
4
Energía sostenible? Social
Indicadores
5
Energía sostenible? Ambiental
6
ACV y Ecodiseño de tecnologías bajas en carbono para edificación
Energía sostenible? Económico
7
Análisis energético de las tecnologías de
generación energética
8
12
21
AEEAEE
AEUAEUNER
PaybackEnergy
lifeService
EnergyEmbodied
lifeServiceSavingsEnergyAnnualNER
SavingsEnergyAnnual
EnergyEmbodiedPaybackEnergy
_
_
_
___
__
__
Ratios para la evaluación energética de ciclo de vida
9
Este tipo de ratio permite comparar diferentes soluciones de mejora
aplicables en los edificios tanto pasivas como activas
10
Ratios para la evaluación energética de ciclo de vida
11
EJEMPLO PRÁCTICO de:
TOMA DE DECISIONES DE DISEÑO O REHABILITACIÓN EN UN EDIFICIO
12
13
PROCESO del PROYECTO
1 - EDIFICIO ESTUDIADO:
Ubicación: Ermua, Vizcaya
Arquitectos: AmetsLab
Planta baja + 5 plantas.
Área condicionada: 1600 m2.
Área media por vivienda: 80 m2
Eje central: zonas de comunicación
El edificio presenta una zona acristalada para favorecer la ventilación cruzada de las viviendas.
CICLOPE
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NUEVAS PROPUESTAS
Análisis desde la perspectiva del ciclo de vida las siguientes estrategias de mejora del comportamiento energético del edificio:
1. Incrementar el aislamiento de los cerramientos opacos U=0.20 W/m2K
2. Incrementar el aislamiento de los cerramientos opacos U=0.15 W/m2K
3. Incrementar el aislamiento de los cerramientos opacos U=0.10 W/m2K
4. Añadir 40 m2 de paneles solares térmicos en cubierta (para ACS).
5. Añadir 120 m2 de paneles solares térmicos en cubierta (para ACS + calefacción).
6. Añadir paneles solares fotovoltaicos en cubierta (producir electricidad y contribuir a la reducción de energía eléctrica consumida en el edificio).
7. Añadir una instalación de intercambio geotérmico con bomba de calor (para ACS + calefacción).
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CONSUMO MENSUAL ACTUAL:
* Edificios con los requisitos mínimos de transmitancia definidos por el CTE
• Consumos multiplicados por los factores de conversión a energía primaria publicados por el IDAE (2010) gas 1,07 y electricidad 2,466.
El mayor consumo es para calefacción 34% del consumo total de energía primaria anual (invierno).
ACS 16% de la energía consumida anualmente (distribución estable).
Los consumos de iluminación y otros varios de electricidad 50%.
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a) INCREMENTO de NIVELES de AISLAMIENTO.
Comparación de los consumos energéticos de la opción de referencia y los tres niveles considerados de mejora del aislamiento:
Los únicos cambios consumo energético en calefacción.
La primera mejora supone un ahorro de cerca de 17,000 kWh/año.
Los sucesivos incrementos de los niveles de aislamiento sólo suponen ahorros adicionales de 1,700 kWh y 1650 kWh de ahorro respectivamente.
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Propiedades y valores de energía embebida para los materiales aislantes:
Poliestireno 25.8 kWh/kg , conductividad 0.038 W/m K, densidad 30 kg/m3
Lana mineral 4.6 kWh/kg, conductividad 0.031 W/m K, densidad 40 kg/m3
Fibra de madera 11.98 kWh/kg, conductividad 0.040 W/m K , densidad 170 kg/m3
Fuentes de datos : (Hammond and Jones, 2008),Base de datos ECOINVENT v2 (2010)
Para cada una de las mejoras de aislamiento calcular el volumen y peso de
material necesario multiplicar por el valor de energía embebida para cada material
(en kWh/kg) calcular en kWh los valores de energía embebida añadida al edificio.
kWh de energía primaria embebida adicional de cada mejora progresiva de aislamiento.
REF = Nivel aislamiento de Referencia, U=0.73 W/m2K
M1 = Mejora 1 de nivel de aislamiento U=0.20 W/m2K
M2 = Mejora 2 de nivel de aislamiento U=0.15 W/m2K
M3 = Mejora 3 de nivel de aislamiento U=0.10 W/m2K
REF- M1 M1-M2 M2-M3
Poliestireno 63692 29282 58472
Lana mineral 12379 5689 11367
Aislamiento fibra de madera 49006 22478 45024
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Valores de energía embebida / número vida útil (50 años) “energía embebida anualizada” comparar con los resultados de ahorro en calefacción.
Primera mejora de aislamiento: ahorros en calefacción muy grandes en comparación con la energía embebida ratio de energía neta, entre 13 y 68.
Para las Mejoras 2 y 3, al ser los ahorros en calefacción bastante menores, el ratio de energía neta disminuye progresivamente (hasta un REN < 2).
Solo con el uso de aislantes de menor energía embebida se obtienen altos REN.
Los espesores necesarios para alcanzar los elevados niveles de aislamiento (cerca de 300mm necesarios), podrían suponer problemas prácticos de instalación.
kWh/año de energía primaria embebida adicional de cada mejora progresiva de aislamiento, anualizada a la vida útil del aislamiento (50 años). Comparación con kWh/año de ahorro en calefacción
REF- M1 M1-M2 M2-M3
Poliestireno 1274 586 1169
Lana mineral 248 114 227
Aislamiento fibra de madera 980 450 900
AHORRO CALEFACCIÓN 17,000 1,700 1,650
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b) INCLUSIÓN de PANELES SOLARES TÉRMICOS.
40 m2 de paneles ahorro de 16,700 kWh/año ACS.
120 m2 de paneles ahorro calefacción (17,400 kWh) + en ACS (15,200 kWh).
Al triplicar la superficie captadora la energía primaria ahorrada aproximadamente se duplica una superficie grande de paneles no será íntegramente utilizada 0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
EDIFICIO DE REFERENCIA PANELES SOLARES 40 M2 ACS PANELES SOLARES 120 M2 ACS Y CALEFACCION
kW
h e
ne
rgía
pri
ma
ria
Agua Caliente Sanitaria (Gas)
Calefacción (Gas)
Iluminación
Electricidad - Varios
Comparación los consumos energéticos de la opción de referencia y de dos opciones de inclusión de paneles solares térmicos:
20
Energía embebida de las instalaciones solares:
Se considera como una primera aproximación 900 kWh de energía primaria por metro cuadrado de instalación, incluyendo tanques de almacenamiento, bombas, válvulas, y resto de componentes
Fuentes de datos : ECOINVENT, 2010, Ardente et al., 2005, Crawford and Treloar, 2004, Kalogirou, 2009
Proyectos como RENIA (2011), tratan de desarrollar herramientas de ACV para obtener estos datos.
Se considera una vida útil de 20 años para las instalaciones solares 45 kWh m2/año.
Energía embebida, ahorros totales conseguidos, y el ratio de
energía neta para las dos instalaciones
REN mayor que 9 para una
instalación de 40 m2.
REN 6 para una instalación de
120 m2.
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c) INCLUSIÓN de PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS.
La producción eléctrica anual se calcula de acuerdo a UNE-EN 15316-4-6:2008.
El método estima una producción anual de 90 kWh eléctricos por metro cuadrado de instalación fotovoltaica factor energía primaria 2,466 222 kWh de energía primaria por metro cuadrado de instalación al año.
Energía embebida de instalaciones FV (ECOINVENT, 2010, Raugei et al., 2007, Pacca et, 2007, Fthenakis and Alsema, 2006) 1,300 kWh por metro cuadrado de instalación.
Vida útil de 25 años la energía embebida “anualizada” equivaldría a 52 kWh.
Por tanto, el REN para una instalación fotovoltaica ligeramente superior a 4.
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d) BOMBA DE CALOR con INTERCAMBIADOR GEOTÉRMICO
La bomba de calor proyectada para satisfacer las demandas térmicas (calefacción + ACS) es de 10 kW de potencia eléctrica, que con un COP=4, recuperará 30 kW del terreno proveerá una potencia máxima de 40 kW al edificio.
El intercambio geotérmico con el terreno en esta localidad se estima en 40 W por metro de sondeo se proyectan 750 metros distribuidos en 7 sondeos extraer los 30 kW.
La energía embebida del sondeo geotérmico se estima en 71422 kWh de energía primaria y vida útil 40 años.
La energía embebida de la bomba de calor se estima 2152 kWh y vida útil 10 años.
La energía embebida del depósito de almacenamiento de 2000 litros se estima en
13642 kWh, y vida útil de 40 años.
23
La energía embebida de la instalación geotérmica equivale a 2342 kWh /año.
Con un COP=4, la energía eléctrica necesaria para cubrir la demanda térmica de 55895 kWh es de 13974 kWh eléctricos factor 2,466 34460 kWh/año.
La energía embebida es muy inferior a la energía primaria asociada al consumo eléctrico de la bomba de calor (del orden del 7%) COP será el factor más influyente en el análisis de ciclo de vida energético.
Suponiendo que esta instalación sustituye a la caldera de gas (74761 kWh/año de energía primaria), el REN se podría definir en este caso como la energía primaria sustituida en la opción con gas natural (74761 kWh/año) entre el gasto energético de energía primaria anual en la bomba de calor más su energía embebida anualizada asociada (34460 kWh/año) con COP= 4 el REN es del orden de 2.
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COMBINACIÓN de ESTRATEGIAS
Si se combinan varias estrategias para disminuir el consumo de energía térmica, el ahorro de energía posible NO es proporcional. Cuanto más bajemos la demanda térmica, el REN de las sucesivas actuaciones de mejora energética puede disminuir rápidamente.
A medida que se aumenta el aislamiento y así disminuye el uso en calefacción, si se incluye una instalación solar o una instalación de bomba de calor, los ahorros potenciales sería menores y la energía embebida cobraría cada vez mayor importancia, disminuyendo el REN de estas instalaciones.
Para las instalaciones fotovoltaicas, la relación entre producción eléctrica y energía embebida se mantiene prácticamente constante. Por tanto, en instalaciones FV el REN se mantiene prácticamente constante, independientemente del tamaño de la instalación y la energía producida.
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Resumen de los resultados del estudio
La minimización del consumo energético del edificio en fase de uso no debe realizarse dejando de lado la evaluación de la energía embebida + otros aspectos medioambientales asociados a materiales y equipos instalados.
La normativa actual y la directiva 2010/91/CE relativa a la eficiencia energética de los edificios (consumo casi nula), considera únicamente la fase de uso del edificio, ignorando la energía embebida.
Añadiendo a esta directiva un análisis conjunto de la energía embebida, y utilizando nuevos
indicadores como el “ratio de energía neta” optimizar los gastos energéticos en el ciclo de vida.
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En este ejemplo se ha considerado únicamente la dimensión
energética (con perspectiva de ciclo de vida) muy relacionada
con las emisiones de CO2equ.
La decisión final está condicionada en realidad por el factor
económico.
Idealmente habría que considerar también los impactos sociales
asociados a cada una de las propuestas de mejora y asignar un
peso a cada uno de los 3 aspectos para obtener un resultado
final.
New EERA Joint Programme “economic, environmental and social impacts of energy policies and technologies” (E3s)
www.eera-set.eu
E3s
Wind Smart Cities
Other JPs
Photovoltaic
Geothermal
Smart Grids
Carbon Capture and
Storage Bio Energy
Materials for Nuclear
Concentrated Solar Power
AMPEA
Energy Storage
Fuel Cells and
Hydrogen
Ocean Energy
IEA
IRENA
IIOA
Other IAs
ECOWAS (ECREE)
IPCC
27
SP5
SP2 SP4 SP1 SP3
Public perception and engagement
Analysis of innovation support for low-carbon technologies
Life-cycle approach for evaluating the sustainability performance of energy technologies
Energy models for a system assessment of European low-carbon energy futures
Sustainable low carbon platform
TECNALIA: coordinador del Joint Programme y del SP3
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¿¿¿¿Preguntas????
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