Según las estadísticas, el 40% del consumo de energía en Europa procede del sector de la construcción. Esto ha llevado a la Comisión Europea a crear directivas de eficiencia energética para mejorar la eficiencia energética de los edificios, introduciendo el concepto de NZEB o Edificios de Energía Casi Nula (EECN).
Descubre cuánta energía fotovoltaica necesita un edificio para convertirse en NZEB con un ejemplo real.
Una de las principales medidas a aplicar es la exigencia de que todos los edificios nuevos a partir de 2021 (los edificios públicos a partir de 2019) sean NZEB. Sin embargo, aunque la Comisión Europea propuso un ambicioso marco legislativo para hacerlo, la definición de NZEB varía a escala europea (información en inglés).
De hecho, se pueden utilizar cuatro categorías diferentes, definidas a nivel nacional por los expertos, para calificar un NZEB:
- Edificios de energía neta cero / Edificios de energía plus.
- Edificios de energía casi nula (NZEB) según las definiciones nacionales.
- Edificios con un rendimiento energético mejor que los requisitos nacionales en 2012.
- Edificios construidos/renovados según los requisitos mínimos nacionales en 2012.
A efectos del caso de estudio que trataremos en este artículo, consideraremos un NZEB como un Edificio de Energía Neta Cero. Es decir, un edificio con un consumo de energía neto cero, lo que significa que la cantidad total de energía utilizada por el edificio sobre una base anual es igual a la cantidad de energía renovable generada in situ.
El hecho de que el cálculo sea sobre una base anual es de gran importancia porque la menor producción de energía renovable en invierno puede compensarse con la mayor producción en verano. Esto también implica que el edificio está conectado a la red y, por lo tanto, no necesita ningún sistema de almacenamiento in situ que, a partir de 2021, parece muy inviable para los grandes edificios desde el punto de vista económico y técnico.
6 Razones para Apoyar los Modelos de Edificios NZEB
Las ventajas de planificar o reformar un edificio según las normas NZEB son tanto económicas como ecológicas:
- Menor consumo de energía y, por tanto, menores costes de funcionamiento.
- Mayor independencia de la red eléctrica, lo que disminuye el impacto en el aumento de los precios de la electricidad.
- Generación de ingresos gracias a la reventa de electricidad.
- Menor demanda de electricidad en los picos de consumo, lo que permite reducir las tarifas eléctricas.
- Menores emisiones de carbono del edificio.
- Mejor interacción entre el edificio y la red eléctrica.
Pero para transformar o planificar un edificio NZEB debemos trabajar en dos frentes:
- Reducir el consumo eléctrico del edificio
- Instalar sistemas de energía renovable in situ
Hay muchas formas de reducir el consumo de energía en los edificios, mientras que la principal forma de generar energía renovable es la instalación de un sistema fotovoltaico in situ, colocado en la mayoría de los casos en el tejado del edificio.
Mientras que en las primeras etapas de la fotovoltaica integrada en el edificio los sistemas se dimension para maximizar la generación de electricidad in situ, el intercambio de energía entre el edificio y la infraestructura energética es cada vez más importante a la hora de dimensionar un sistema fotovoltaico.
La fluctuación en la generación de energía procedente de las energías renovables puede suponer un reto para la red eléctrica, que trata de equilibrar constantemente la generación y el consumo energético. Esto podría explicar por qué la mayoría de los incentivos financieros para los sistemas fotovoltaicos se centran progresivamente en maximizar el autoconsumo de energía en lugar de maximizar la producción.
De hecho, la tarifa de compra de la electricidad fotovoltaica producida disminuye constantemente, mientras que la tarifa de la red eléctrica aumenta constantemente.
Pero, ¿cómo es un edificio NZEB? ¿Cuánta energía fotovoltaica necesita un edificio para compensar el consumo anual de energía? Y desde una perspectiva más global, ¿cómo interactúan la red energética y el edificio a lo largo del año?
Con el fin de responder estas preguntas, examinaremos tres casos diferentes generados con el módulo Building Energy Modelling (BEM) de DEXMA, un módulo destinado a generar perfiles sintéticos (pero realistas) de consumo y producción de energía en edificios.
Caso de Estudio – Consumo de Energía en Edificio de Oficinas en Madrid
Se generarán tres casos mediante BEM: un edificio sin, un edificio con producción eléctrica fotovoltaica maximizada y un edificio con producción eléctrica fotovoltaica optimizada.
Ahora pongámonos en situación:
El edificio modelizado es una oficina de cinco plantas (una inferior y cuatro superiores) situada en Madrid, que tiene una envolvente térmica correspondiente a un edificio construido en los últimos años. La oficina cuenta con una bomba de calor para la calefacción, una enfriadora para la refrigeración y un acumulador eléctrico para la producción de agua caliente sanitaria, lo que hace que el edificio dependa únicamente de la electricidad desde el punto de vista energético.
El edificio se ventila mecánicamente con una ventilación con recuperación de calor. No se han tenido en cuenta los aparatos que consumen mucha energía, como los centros de datos.
En el siguiente gráfico vemos un mapa de calor el consumo medio por hora de cada mes del año. Este nos muestra que el consumo mínimo (azul oscuro) se produce en los periodos sin actividad, cuando el edificio está cerrado (por las noches).
En cambio, el pico de consumo se produce de 14 a 17 h en verano, cuando la radiación solar, la ocupación y la temperatura exterior son máximas. El cambio de 1 h de abril a octubre se debe al cambio de hora (CET a CEST).
En la siguiente comparación examinaremos el intercambio de electricidad entre el edificio y la red.
Las zonas rojizas representan las horas en las que se consume energía de la red, mientras que las azules representan las horas en las que se inyecta electricidad en la red gracias al sistema fotovoltaico. Las zonas blancas representan las horas en las que la producción de electricidad del edificio compensa la demanda de electricidad del mismo.
Caso 1: Oficina sin producción de electricidad fotovoltaica in situ
Consideremos primero esta oficina sin ninguna producción de energía renovable, lo que sería típico de los edificios de hace dos décadas.
El edificio solo depende de la red para su suministro de energía, lo que no es sorprendente dada la ausencia de un sistema fotovoltaico.
Caso 2: Oficina con producción de electricidad FV maximizada
En este caso maximizamos la superficie fotovoltaica en el tejado. Para nuestra hipótesis de cálculo, consideramos que la superficie fotovoltaica puede representar hasta el 80% de la superficie del tejado.
Dado que la producción de energía es significativamente mayor que su consumo, este caso estaría un paso más allá de un NZEB y sería un edificio de energía positiva (EEP).
De hecho, el edificio produce un 27% más de energía de la que consume. Esto se consigue gracias al alto rendimiento energético fotovoltaico en verano, ya que el consumo de energía sigue siendo superior a la producción durante el invierno.
Caso 3: Oficina con producción fotovoltaica optimizada
En el último caso reducimos la superficie fotovoltaica maximizada en un 27% (58% de la cubierta) para compensar el consumo total de electricidad anual sin pretender generar electricidad adicional.
Al ser un NZEB, este edificio probablemente tendrá un menor impacto en la red energética en verano, ya que no la sobrecargará cuando la demanda de electricidad de la red sea baja.
En los países que favorecen el autoconsumo en sus incentivos financieros, este tamaño de instalación FV también puede ser más rentable que el escenario de superficie fotovoltaica maximizada, gracias a su mayor ratio de autoconsumo de energía solar.
¿Cómo Mejorar mi Edificio hacia un Modelo NZEB o EECN?
Hay varios factores que influyen en la viabilidad técnica y económica de transformar tu edificio en un NZEB. Por un lado las mejoras que ayudarán a reducir la demanda energética del edificio, como:
- La mejora de la estructura del edificio (reducción del valor U de las ventanas, mejor aislamiento, mayor protección solar),
- La mejora de las cargas (tecnología de iluminación),
- Y la mejora de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (mayor eficiencia, menor tiempo de funcionamiento, recuperación de calor y refrigeración gratuita).
Por su parte, la producción de energía de los sistemas fotovoltaicos depende principalmente del clima local (radiación solar) y de la superficie cubierta.
Dada la variedad de factores que influyen tanto en la demanda como en la producción de energía, encontrar la fórmula adecuada para equilibrar la primera con la segunda de manera rentable puede ser todo un reto.
Es por eso que la plataforma de DEXMA propone una forma de encontrar soluciones adecuadas mediante su módulo Detect. Este módulo ha sido diseñado para detectar reformas energéticas rentables en edificios, así cómo sistemas de energía renovable rentables para muchos tipos de edificios, basándose en la medición de su consumo energético.
DEXMA Detect calcula y dimensiona las posibles plantas solares fotovoltaicas en los tejados a escala, en cuestión de minutos:
La función de microgrid integrada en DEXMA Analyse hará un seguimiento de la producción de energía renovable y del consumo energético de su edificio, ayudándole a alcanzar sus objetivos NZEB. (Si quieres conocer en más detalle qué son las microgrid y cómo gestionarlas desde la plataforma echa un vistazo a este Webinar).
Nota del Editor – Este artículo ha sido redactado por 2 de los grandes expertos en software y analítica energética de DEXMA:
Johann Loux, Ingeniero Energy Modelling & Data Scientist, forma parte del equipo de DEXMA Detect desde 2021. Su objetivo es mejorar los algoritmos de IA de DEXMA mediante el establecimiento de modelos energéticos automatizados para edificios. También aporta su experiencia en el campo de la eficiencia energética para el desarrollo de productos.
Daniel Utges, Director de Producto de DEXMA, forma parte del equipo desde 2010. Su camino en DEXMA se inició como Product Engineer, pasando por Director de Servicio al Cliente, hasta convertirse en el Director del Departamento de Producto en 2013. Podemos decir que es uno de los mayores conocedores de la plataforma DEXMA de la A a la Z.
