Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Carrera Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea. Autor: Manuel Rosales García Tutor: José Manuel Salmerón Lissén Dpto. Ingeniería Energética Grupo Termotécnia Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 2 3 Proyecto Fin de Carrera Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea. Autor: Manuel Rosales García Tutor: José Manuel Salmerón Lissén Profesor titular Dpto. de Ingeniería Energética – Grupo de Termotecnia Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 4 5 Proyecto Fin de Carrera: Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea. Autor: Manuel Rosales García Tutor: José Manuel Salmerón Lissén El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2019 El Secretario del Tribunal 6 7 A mi familia A mis maestros 8 9 Agradecimientos Durante el proceso de generación de este documento he recibido ayuda de diferentes personas a las cuales me gustaría dedicar unas palabras de reconocimiento. Agradecer a mi tutor José Manuel Salmerón por abrir una ventana a un mundo desconocido para mí, a base de pinceladas de ilusión, altruismo y voluntariedad; y a mi compañero Ángel, siempre dispuesto a echar una mano sea cuando sea. A mi hermana Julia, por sus consejos sobre la materia y por su incesante ayuda en cuidar los detalles, tanto del contenido como de la envolvente. A mis padres Manuel y Fia y mi hermano Alfonso por este largo camino que ha sido la universidad en el cual han estado siempre apoyando y animando. Por último y no menos importante, a mis compañeros/as de la facultad, los cuales han escuchado con paciencia, día tras día, los avances de este proyecto. Se me hace imposible nombrar a todos los que aparecen en mi cabeza así que, sin más dilación, muchas gracias, amigos. Manuel Rosales García Sevilla, 2019 Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 16 8.2 Francia………………………………………………………………………………………………..……………………62 Fuentes ............................................................................................................................ 65 8.3 Eslovenia………………………………………………………………………………………………………………….66 Fuentes ............................................................................................................................ 70 8.4 Croacia…………………………………………………………………………………………………………………….71 Fuentes ............................................................................................................................ 73 8.5 Italia………………………………………………………………………………………………………………………..74 8.6 Chipre……………………………………………………………………………………………………………………..76 Fuentes ............................................................................................................................ 77 8.7 Grecia……………………………………………………………………………………………………………………..78 Fuentes ............................................................................................................................ 79 9 ANNEX C ………………………………………………………………………………………………………..80 Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 17 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Intervalos de severidad climática para invierno y verano 27 Tabla 2: Ciudades europeas con información de estación meteorológica 28 Tabla 3: Miles de construcciones en función del periodo y cantidad de viviendas que incluyen [26] 37 Tabla 4: Miles de viviendas en función del periodo y cantidad de metros cuadrados de la planta. [26] 38 Tabla 5: Metros cuadrados que necesitan satisfacer el confort en función del tipo y periodo.[23] 39 Tabla 6: Metros cuadrados medios en edificios con solo una vivienda familiar en Madrid. [22] 40 Tabla 7: Metros cuadrados medios en edificios con varias viviendas familiares en Madrid. [22] 40 Tabla 8: Indicadores geométricos en función del tipo de construcción. Canillas, Madrid. [27] 41 Tabla 9: % de metros cuadrados totales de agua caliente sanitaria en función del combustible utilizado para SFH en Madrid. [22] 45 Tabla 10: % de metros cuadrados totales de agua caliente sanitaria en función del combustible utilizado para MFH en Madrid. [22] 46 Tabla 11: Número total de equipos en función de la zona climática. [32] 46 Tabla 12: Número total de equipos en función del tipo de vivienda. [32] 47 Tabla 13: Número de clusters por variable 52 Tabla 14: Clusters totales 53 Tabla 15: RBs de cada cluster para una situación de 9 clusters 54 Tabla 16: RBs de cada cluster para una situación de 4 clusters 55 Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 18 ÍNDICE DE FIGURAS Gráfica 1. Punto de coste óptimo y rango de coste efectivo (Ballarini et al. 2014) [1] 20 Figura 1: Cuatro subconjuntos de características para definir modelos de construcción de referencia según la metodología propuesta por Corgnati [21] 26 Figura 2: Mapa europeo con índices SCI de invierno 29 Figura 3: Mapa europeo con índices SCI de verano 29 Figura 4: Zonas climáticas europeas 30 Figura 5: Distribución Territorial de las Zonas Climáticas en España. [25] 31 Gráfica 2: Porcentaje de número de tipo de viviendas en función del clima. [25] 31 Gráfica 3: Porcentaje de viviendas construidas en función del periodo de construcción y la zona climática. [25] 31 Gráfica 4: Niveles de estanqueidad (medidos por el método n50) de SFH en el último siglo. [2] Fuente: DK- SBi, CZ –SEVEn, DEIWU, BG-BSERC 44 Gráfica 5: Evolución histórica de las fuentes de energía en la UE en el sector residencial. [4] 47 Gráfica 6: Fuentes de energía utilizadas en UE en el sector residencial en función de la región. [4] 48 Gráfica 7: Sistemas de Calefacción por zona climática. [25] 49 Gráfica 8: Sistemas de ACS según zona climática. [25] 49 Gráfica 9: Sistemas de Refrigeración por zona climática y tipo de vivienda. [25] 49 Figura 6: Dendrograma de agrupamiento jerárquico para los 6 RB de cada uno de los 7 países (42 edificios diferentes) 56 Figura 7: D. D'Agostino, D. Parker / Energy 149 (2018) 814-829 [36] 57 Figura 8: Ejemplo de nube de puntos del costo de energía, obtenida para bloque de apartamentos ubicado en Viena (perspectivas financieras 2011, escenario "Referencia"). Paolo Zangheri et al. [37] 58 Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 19 NOTACIÓN Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 20 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Objetivos El análisis actual está focalizado a lograr la clasificación y categorización del stock de edificios existentes de los países europeos del Mediterráneo a través de seis tipos diferentes de edificios de referencia. Además, en función de los resultados del análisis actual, los edificios representativos se describirán en detalle para permitir el análisis de simulación de los rendimientos energéticos en su estado actual y con la aplicación del conjunto definido de soluciones técnicas para la renovación de edificios. Esta última parte del trabajo se escapa del rango de estudio de este documento, aunque servirá de punto de partida para el estudio de mejoras constructivas en busca del estado óptimo de las construcciones en términos económicos y de ahorro energético. La Unión Europea está comprometida a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero entre un 80% y un 95% por debajo de los niveles de 1990 para el año 2050. Se espera que los edificios con mayor rendimiento energético y el uso de fuentes de energía renovables en los edificios nuevos y existentes desempeñen un papel importante para lograr este objetivo. Este enfoque está bien fundamentado, ya que el consumo de energía en los edificios representa aproximadamente el 40% del consumo final total de energía en Europa y la proporción de hogares es del 27% del total. En España en particular, el consumo energético en hogares supone el 18% del consumo total del país, siendo este un porcentaje menor que la media europea. Con el fin de tener un impacto práctico en la reducción del consumo de energía en los edificios, la Directiva de rendimiento energético de los edificios (EPBD) obliga a los Países Miembros (PM) a definir los requisitos mínimos de rendimiento energético de los edificios y los métodos constructivos de los edificios con el fin de llegar a formas constructivas que alcancen niveles de coste óptimo. El término "coste óptimo" se define como el rendimiento energético que conlleva el costo más bajo durante el ciclo de vida de la mejor estimado. Al mismo tiempo, amplía el concepto de coste óptimo a coste efectividad, como se muestra gráficamente en la Gráfica 1. Gráfica 1. Punto de coste óptimo y rango de coste efectivo (Ballarini et al. 2014) [1] Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 21 Dado que el parque edificatorio del Mediterráneo europeo se caracteriza por una gran diversidad de viviendas y sistemas de suministro de energía de confort, no es posible calcular la rentabilidad óptima para cada edificio. Por esta razón, se requiere que los Estados Miembros definan un conjunto de edificios de referencia (RB), como edificios nacionales o regionales típicos. Debido a la solicitud de EPBD, la generación de los RB se ha convertido en un tema crucial para los estudios que evalúan el rendimiento energético. Una vez que se definen los RB y se calculen los rendimientos energéticos y consumos de los diferentes edificios típicos de cada zona, dando así la línea base de rendimiento energético (objetivos principales de este documento) el procedimiento de investigación continuará con los siguientes pasos: • 1. definición de medidas de mejora que se aplicarán a los edificios de referencia; • 2. Cálculos de rendimiento energético para evaluar el consumo energético después de las medidas de actualización; • 3. Cálculo de los costes del ciclo de vida utilizando el Valor Actual Neto (VAN); y • 4. finalmente, la evaluación del conjunto de medidas de coste óptimo (y rentable) para optimizar (y aumentar) el rendimiento energético de los edificios de referencia. La elección y la evaluación de diferentes RB conducen a múltiples curvas en los resultados de la metodología de costo óptimo. Dependiendo del tipo de RB seleccionado en cualquier situación particular, esto puede resultar en diferentes recomendaciones para medidas de eficiencia energética. Los edificios de referencia serán los escogidos como los más representativos del parque edificatorio. Para ello se realiza el siguiente estudio con miras de definir lo más fidedigno posible el parque de edificios español y europeo. De los diferentes artículos mostrados a continuación, se desprende información estadística y descriptiva sobre los edificios existentes de la cual podremos generar nuestros edificios de referencia. 2 ESTADO DEL ARTE DE LA GENERACIÓN DE EDIFICIOS DE REFERENCIA En esta parte del documento se presentan y se comparan los diferentes estudios sobre la generación de edificios de referencia. De ellos se desprenden los parámetros más importantes que caracterizan el parque edificatorio y el peso que tienen dichos parámetros para generar los RB de la forma más fidedigna posible. 2.1 Estudios realizados en EEUU sobre Edificios de Referencia En los Estados Unidos, el Departamento de Energía [10] (DOE, por sus siglas en inglés) creó 16 modelos RB que caracterizan más del 60% del inventario de edificios comerciales en los EE. UU. Estos modelos pretenden representar de manera realista las características y prácticas de construcción de los edificios. Incluían 15 edificios comerciales y un edificio residencial multifamiliar y se clasificaron en tres períodos de construcción (anteriores a 1980, posteriores a 1980 y nuevos edificios). Los datos recopilados para crear RB se pueden compilar en cuatro áreas principales que constituyen un conjunto más amplio de características: forma (tipo de edificio, tamaño y geometría general), envolvente (tecnologías y material de construcción), sistema (sistemas de calefacción y refrigeración, sistemas de ventilación mecánica), sistemas de generación y producción a partir de fuentes renovables) y operación (parámetros operacionales que afectan el uso del edificio). La investigación realizada tuvo como objetivo evaluar nuevas tecnologías, optimizar diseños, analizar controles avanzados, desarrollar códigos y estándares de energía y realizar estudios de iluminación, iluminación diurna, ventilación y calidad del aire interior. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 22 2.2 Proyectos Europeos sobre Edificios de Referencia El proyecto de la UE más conocido en relación con los RB es TABULA [2] ("Typology Approach for Building Stock Energy Assessment"). Es un proyecto, apoyado por Intelligent Energy Europe (IEE), cuyo objetivo es lograr una estructura armonizada para crear tipologías nacionales de construcción capaces de facilitar la comparación de las poblaciones de edificios entre países. En el proyecto TABULA, se hace hincapié en la evaluación y la mejora del rendimiento energético de los edificios: así, el concepto de tipología se centra en los parámetros de construcción relacionados con el consumo de energía. Por lo tanto, se desarrollaron tipologías de edificios residenciales en 13 países europeos siguiendo una estructura metodológica común al definir un conjunto de cinco parámetros relacionados con la clasificación de edificios. Estos parámetros son los siguientes: país, región o zona climática, clase de año de construcción (se deben definir diferentes períodos de construcción para cada país por separado, reflejando los cambios en las formas de construcción y los requisitos de energía según las normas de construcción), tipo de edificio (son considerado cuatro tipos de edificio diferentes en el proyecto: casas unifamiliares, casas adosadas, casas multifamiliares, bloques de apartamentos) y otros parámetros relevantes para la energía (valores U, sistema de calefacción, etc.), así como un conjunto de edificios ejemplares que representan los respectivos tipos de construcción. Por supuesto, cada país podría, según las características específicas de determinados grupos de edificios, examinar categorías que no cumplen totalmente con los indicadores propuestos, pero son importantes para el país debido a otras razones específicas. Otro es el proyecto ASIEPI [3] (“Assessment and improvement of the EPBD Impact”), cuyo objetivo es desarrollar un instrumento para realizar comparaciones significativas de los requisitos mínimos de rendimiento energético en los países miembros individuales y probar este instrumento con una selección limitada. de RBs. Se definió una casa unifamiliar, con variedad de ser una casa adosada, para cada país participante. La casa unifamiliar fue elegida un valioso RB principalmente por dos razones. En primer lugar, porque representa el edificio residencial más típico de Europa y, en segundo lugar, se prefirieron las casas pequeñas y sencillas para realizar estudios de comparación con el fin de minimizar los errores de una geometría compleja. El Buildings Performance Institute Europe (BPIE) [4] ha realizado una amplia encuesta en todos los Estados miembros de la UE. Esta encuesta proporciona una imagen a escala de la UE del parque de construcción europeo. BPIE utilizó en su estudio una caracterización de edificio basada en la tipología de edificio (tipo de función), edad del edificio, tamaño del edificio y ubicación del edificio. Esta caracterización corresponde a los datos estadísticos proporcionados por los países de la UE participantes. Dentro del proyecto IMPRO-Building [5], los datos se recopilaron de varias fuentes y se armonizaron para definir una tipología adecuada de stock de construcción basada en varios aspectos (por ejemplo, población, tipo de edificio, edad, estructura). El objetivo general del proyecto fue el análisis de los potenciales de mejora ambiental de los edificios residenciales. La base de datos cubrió 25 Estados miembros de la UE y definió 72 tipos de edificios (53 edificios existentes y 19 tipos de edificios nuevos). Esto llevó a construir modelos distribuidos en tres tipos de edificios: casas unifamiliares (incluidas casas de dos familias y casas adosadas), casas multifamiliares (edificios con menos de 9 pisos) y edificios de Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 23 gran altura (edificios que son más altos que 8 pisos). Los edificios también se definieron de tal manera que se distribuyeran en tres zonas principales en Europa que representan aproximadamente tres zonas climáticas según los días de grado de calentamiento (HDD). Las tres categorías de edad para los edificios se establecen como el nivel agregado más alto para cada país: hasta 1945 (edificios antiguos), entre 1946 y 1990 (edificios de posguerra) y después de 1991 (edificios actuales y nuevos). La descripción también cubrió la composición del material utilizado en los diferentes elementos de construcción (techos, paredes exteriores e interiores, sótanos/cimientos, pisos, ventanas/puertas). El análisis del tipo de uso implicó la representación de datos referentes a la demanda de energía de calefacción y refrigeración. Dado que la atención se centró en el análisis de los potenciales de mejora del diseño de edificios en lugar de los sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado), se definió un sistema de calefacción estándar para todos los tipos de edificios. Las diferencias en la demanda de calefacción de los diferentes tipos de edificios solo se deben al diseño de cada edificio, a la composición del material de construcción y a la región climática. El COST Action C16 [6] “Improving the quality of existing urban building envelopes” se dirige a bloques residenciales de varias plantas a partir del período posterior a la Segunda Guerra Mundial, especialmente los construidos durante el período en que la necesidad de vivienda en Europa era mayor. Es por eso que la COST Action C16 se centró en el período 1950 a 1980. En la modernización de casas pasivas (Passive House Retrofit) [7], los emprendimientos de vivienda social en 14 países tuvieron la oportunidad de beneficiarse de un kit de herramientas diseñado para ayudarles a realizar la modernización de tal manera que reduzcan considerablemente el consumo de energía primaria. El kit de herramientas incluye las mejores prácticas, los estándares "Passivhaus" y una metodología de implementación. Los métodos de adaptación incluyen mejor aislamiento, hermeticidad y ventilación equilibrada que abarca el enfriamiento en climas del sur. Esta fuente de información se utiliza como base para evaluar las posibilidades de la modernización de casas pasivas. Las tipologías de los 5 países socios (Austria, Dinamarca, Lituania, España y los Países Bajos) son diferentes en cuanto al número de tipos de edificios y la forma en que se realiza la tipología. Para todas las tipologías de edificios, se ha centrado la atención en los edificios desde 1950 hasta 1980-90. El proyecto ENTRANZE [8] proporciona análisis de datos y directrices para promover la introducción de edificios de energía casi cero (Near Zero) en el parque de edificios existente en la UE. Entre todos los datos recopilados que están disponibles a través de una herramienta en línea, el porcentaje de viviendas por período de construcción y por tipo de edificio (individual o multifamiliar) y el área de piso promedio por tipo de edificio son útiles para los estudios de evaluación de riesgos. El proyecto GE2O [9] define geo-clusters en todos los países de la UE con el fin de desplegar el potencial de edificios en eficiencia energética. Los geo-grupos son amplias áreas transnacionales con tipologías de construcción, condiciones climáticas, situación macroeconómica y marco regulatorio similares. Se desarrolló una herramienta de mapeo basada en la visualización de datos con respecto a la edad de construcción y uso (residencial o no residencial) de los edificios. 2.3 Estudios Nacionales sobre Edificios de Referencia También hay varias publicaciones de cada uno de los países miembros, destinadas a evaluar el consumo de energía, las emisiones y el ahorro potencial de energía de las existencias de edificios. Aunque no existe una norma con respecto al proceso para determinar edificios de referencia, la mayoría de los estudios aplican procedimientos similares para obtenerlo. Por ejemplo, Balaras et al. 2007 [11] y Dascalaki et al. 2010 [12] examinó edificios residenciales Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 24 helénicos. La división de RB se llevó a cabo según el período de construcción (anterior a 1980, 1981-2001 y 2002-2012), tipo de edificio (edificios de baja altura con uno o dos pisos, edificios de gran altura con más de dos pisos) y zona climática (cuatro zonas). Se definieron subcategorías adicionales con características comunes, incluidas las propiedades térmicas del edificio y los sistemas de climatización. La metodología adoptada para establecer estas categorías de edificios residenciales asigna a cada uno de ellos un edificio real existente considerado como representativo de todos los edificios en la clase dada. Por otro lado, Theodoridou et al. 2011 [13] examinó el stock de edificios residenciales griegos. La clasificación propuesta se basa únicamente en el período de construcción e identificaron cinco clases, es decir: clase A (1919–1945), clase B (1946–1980), clase C (1981–1990), clase D (1991–2010) y clase E (2010-2011). Dicha elección se basa en la consideración de que la edad de la construcción proporciona más información sobre las tipologías de los edificios, los materiales de construcción, las plantas y los aparatos utilizados y la práctica de construcción aplicada. Los investigadores en realidad siguieron esquemas de caracterización similares adoptados en países como Alemania y Suiza (Hassler 2009) [14]. Además, Balaras et al. en 2004[15] realizaron un análisis más amplio sobre el consumo de energía de 193 stocks de edificios residenciales en cinco países europeos. Tommerup y Svendsen. en 2006 [16] examinaron el stock de edificios residenciales daneses. Se referían a dos edificios típicos: una casa unifamiliar y un edificio multifamiliar. Uihlein y Eder 2010 [17] examinaron las existencias de edificios residenciales europeos (UE27) y propusieron para cada uno de los países un modelo que representa el desarrollo de las existencias relativas de edificios. Más detalladamente, se han identificado tres tipos diferentes de edificios, es decir, unifamiliares, multifamiliares y de gran altura. Estas clases se han dividido en tipos de edificios históricos y nuevos desde 1900 hasta 2006. Fracastoro y Serraino 2011 [18] examinaron el rendimiento energético de las existencias de edificios residenciales de dos grandes regiones italianas, Piamonte y Lombardía. La encuesta se llevó a cabo sobre la base de los datos recopilados por el censo italiano, de modo que se consideraron 72 geometrías de edificios diferentes, junto con 4 categorías diferentes de edad de construcción, 11 eficiencias del sistema de calefacción y un número variable de categorías de días-grado (DD) Con un paso elegido de 100 DD. Ana Brandao de Vasconcelos et al 2015 [19] propuso una metodología que satisface las necesidades y la falta de información existente en la definición de edificios de referencia en Portugal. Esta metodología se implementó con éxito para definir un edificio de referencia (casa familiar) representativo de los edificios residenciales construidos en Lisboa entre 1961 y 1990. En este estudio se da más importancia a los parámetros relacionados con el tipo de función de edificio, la ubicación del edificio y el período de construcción, en lugar de otros parámetros utilizados en otros enfoques. Aline Schaefer y Enedir Ghisi (2016) [20] desarrollaron un método para obtener edificios de referencia para las viviendas de bajos ingresos en Florianópolis, sur de Brasil. La recolección de datos de campo se realizó para construir una base de datos sobre características geométricas de las casas. Se obtuvieron dos edificios de referencia mediante el análisis de conglomerados: una casa de 76 m2, con sala de estar, cocina y tres dormitorios, y una casa de 37 m2, con sala de estar y cocina combinadas y dos dormitorios. Las simulaciones han demostrado que los edificios de referencia pueden representar su grupo de manera adecuada, ya que los valores obtenidos para ellos fueron similares a la muestra de la mediana de la vivienda. De todo lo anterior, podemos concluir que la comunidad técnica/científica ha adoptado diferentes criterios para definir las muestras para la caracterización de RB. Sin embargo, los criterios de clasificación para el rendimiento energético de los edificios se pueden resumir en tres aspectos: la zona climática, el año de construcción y el tipo y las características geométricas y termofísicas de los edificios. Para el parque edificatorio español existen diversos estudios nacionales que describen, con diferentes profundidades y ámbitos, la caracterización de diferentes edificios. Gracias a la valoración de Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 25 estudios estadísticos (con miras de poder saber qué construcción es más abundante, el cual será nuestro RB) y estudios descriptivos (con el objetivo de poder describir cómo están construidos los RB) 3 METODOLOGÍA DE ANALISIS PARA GENERACIÓN DE EDIFICIOS DE REFERENCIA El análisis se centró en la recopilación de datos y el análisis estadístico sobre las características generales de calefacción, ACS, refrigeración, construcción y detalles geométricos de las existencias de edificios residenciales en los países del Mediterráneo Europeo (MED). Inicialmente, se recopilaron datos útiles de proyectos internacionales, europeos y regionales, publicaciones y bibliografía técnica sobre este tema, con el objetivo de definir un conjunto de edificios de referencia. Después de la búsqueda de información, este documento se centrará en la clusterización de los edificios obtenidos, limitando la cantidad de RB dispuestos a análisis. Estos se utilizarán como edificios prototipo en el análisis de la efectividad de las soluciones que se quieran implantar, en búsqueda del punto de coste óptimo para ese edificio. 3.1 Definición de edificio de referencia De acuerdo con el Anexo III de la refundición de la EPBD, los RB son “edificios caracterizados por su funcionalidad y ubicación geográfica y parámetros representativos de ellos, incluidas las condiciones climáticas interiores y exteriores” y, por lo tanto, pretenden representar el stock de edificios típico y promedio en términos de condiciones climáticas y funcionalidad (ej. edificios residenciales, escuelas, etc.). Las directrices adjuntas de la EPBD también establecen que "el principal objetivo de un RB es representar el inventario de construcción típico y promedio en un determinado país". Por lo tanto, los RB deben establecerse para reflejar, con la mayor precisión posible, el parque nacional actual para garantizar que los resultados sean representativos. 3.2 Caracterización de los edificios de referencia El parque de construcción europeo es muy heterogéneo en términos de zonas climáticas, estilos de construcción y uso. De hecho, dentro de la misma categoría, la operación del edificio puede variar ampliamente entre los diferentes Países miembros (PM). Las condiciones climáticas tienen una influencia relevante en las tecnologías de construcción y las necesidades energéticas que caracterizan el edificio. Más específicamente, los datos recopilados para crear RB, se pueden clasificar en cuatro áreas principales de investigación, como se detalla a continuación: 1. Forma: tipo de edificio (por ejemplo, oficina, escuela, etc.), tamaño y geometría general del edificio; 2. Envolvente: tecnologías de construcción y materiales utilizados en el edificio; 3. Sistema: sistemas de calefacción y refrigeración, sistemas de ventilación mecánica (cuando corresponda), sistemas de generación y producción a partir de fuentes renovables; 4. Operación: parámetros operacionales que afectan el uso del edificio (es decir, el programa de iluminación, el programa del equipo, el programa de temperatura de calefacción, etc.). Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 32 suministro de calor, así como por una gran cantidad y variedad de posibles sistemas de clasificación e indicadores. El procedimiento, que se describe en las siguientes líneas, transforma este sobredimensionado problema en una tarea manejable. Las tipologías de construcción han demostrado ser un instrumento útil para una comprensión profunda del rendimiento energético de ciertos tipos y categorías de edificios. Se han analizado las tipologías de edificios residenciales para siete países europeos siguiendo una estructura metodológica común. Cada tipología nacional consiste en un esquema de clasificación que agrupa los edificios según su tamaño, edad y otros parámetros relevantes para la energía. El propósito principal de un edificio de referencia es representar el stock de edificios típico y promedio en un determinado país, ya que es imposible calcular la situación de costo óptimo para todos los edificios existentes. Por lo tanto, los edificios de referencia establecidos deben reflejar con la mayor precisión posible el stock nacional real para que la metodología pueda ofrecer resultados de cálculos útiles. En general, la información necesaria para determinar cómo se comporta energéticamente un edificio es menor que la necesaria para una vista realista de un edificio de referencia. La metodología propuesta en este informe es, por lo tanto, desarrollar un procedimiento de cuatro pasos: 1. Recopilación y análisis estadístico de datos de proyectos y estudios anteriores de la UE para realizar una evaluación de la información existente. 2. Información adicional cualitativa para un análisis más profundo del stock de edificio. Así podemos crear los edificios de referencia para cada país gracias a la descripción de su forma y elementos constructivos. 3. Estudiar la congruencia entre esos edificios generados para que la muestra de 42 edificios (6 por cada uno de los 7 países) se transforme en una muestra menor, pero sin perder información sobre el estockaje real edificatorio. 4. Evaluación de los edificios de referencia en cada uno de los climas existentes en la región mediterránea europea. Para ello previamente se deberá desarrollar un análisis climático estipulando la congruencia entre climas parecidos en diferentes países. Este punto es muy importante ya que nos ayudará a hacer una reducción de casos diferentes y, ya que la funcionalidad de un edificio depende de forma muy sensible del clima donde se sitúe. De acuerdo con el procedimiento mencionado anteriormente, se ha proporcionado una plantilla a los Países participantes con el objetivo de que cada uno estudie su parque edificatorio nacional y pueda plasmarlo en la plantilla, determinando así la forma constructiva y operación energética que tienen los edificios presentes actualmente en cada región. Los datos necesarios para cada país participante se buscaron en estudios existentes y otros proyectos de la UE, así como en el conocimiento y la experiencia de los socios. En los casos en que no se encontraron datos relevantes, se recomienda el uso de datos predeterminados. Para poder distinguir entre subconjuntos (clusters), estos datos son necesarios para que los edificios parecidos se agrupen, por ejemplo. por tamaño de edificio (vivienda unifamiliar/multifamiliar) y/o grupos de edad específicos. Para monitorear de forma efectiva los procesos de ahorro de energía en las existencias de edificios, la identificación y definición de indicadores apropiados es esencial. El esquema de indicadores debe ser adecuado para el mapeo del estado del stock de edificios en un momento determinado en el tiempo, así como para comprender la dinámica del desarrollo a lo largo del tiempo. Además, los datos respectivos se recopilarán mediante métodos factibles y confiables como, por ejemplo, encuestas representativas. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 33 Para configurar los modelos de stock de edificios con respecto a los cálculos de balance de energía, se requieren datos básicos y estructurales: Periodo de construcción del parque edificatorio. Clasificación de todo el stock de edificios en la raíz del período de construcción de los edificios, ya que esta clasificación basada en el tiempo corresponde a diferentes tipologías y características estructurales. Esto es debido a la actualización de normativas hacen que a raíz de un periodo cambien las características de las nuevas construcciones del momento. La información necesaria solo se puede obtener por medio de bases de datos estadísticas que se desarrollan y actualizan por medio de investigaciones periódicas del censo. Propiedades geométricas 1. Tipología y uso: Dentro de los edificios para uso residencial, podemos dividirlos en edificios multifamiliares (MFH) y edificios unifamiliares (SFH). Gracias a los estudios estadísticos, puede definir qué edificios son los más comunes en cada área y, gracias a los estudios descriptivos, puede especificar cómo son estos edificios representativos. 2. Forma de la planta: este punto es el menos contemplado por los estudios de referencia revisados, debido a la gran variedad de formas que presentan los edificios existentes. 3. Área construida: los datos necesarios para la elección de edificios de referencia es la identificación de los tipos de edificios que se han construido más en cada período seleccionado. Normalmente se utilizan los mismos métodos de construcción en cada período, ya que se aplican las mismas regulaciones. 4. Número de pisos: el número de pisos de un edificio es de gran importancia para evaluar el comportamiento energético del parque de edificios. 5. Área de la envolvente: Entre los datos descriptivos necesarios para la caracterización de la envolvente, es importante conocer el área de: las paredes externas, el área de las paredes en contacto con otro edificio, el área de ventanas y puertas, el área del piso y zona de techo. La mayoría de estas áreas se han desprendido de una serie de cálculos y supuestos, a partir de otros datos que describen geométricamente los edificios de referencia, aunque es muy difícil cuantificar las paredes que están en contacto con otro edificio, o el porcentaje de agujeros en una pared. Estos datos ayudarán a modelar la geometría del edificio y pueden aclarar cuestiones importantes como la compacidad o cuánta superficie está en contacto con el exterior. • Propiedades termofísicas. 1. Transmisividad térmica o valores U (en W / m2K) que describen la capacidad de un material de construcción de la envolvente para conducir el calor. 2. La estanqueidad del edificio, que describirá lo bien está sellado el edificio, pudiendo cuantificar si el edificio sufre una infiltración de aire. • Sistema de calefacción y electrodomésticos. Los sistemas HVAC se utilizan para describir si un edificio de referencia logra condiciones de confort. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 34 1. Los sistemas de ACS o los sistemas de agua caliente sanitaria especificarán el tipo de equipo que se usa más comúnmente en el inventario de edificios, como calderas de combustibles fósiles, calentadores de agua eléctricos, etc. La eficiencia y el estado de este equipo también ser descrito 2. Fuentes de energía: está estrechamente vinculada a la descripción del equipo. En esta sección se identificarán los tipos de fuentes de energía más comúnmente utilizados, que se utilizarán para la comodidad y el ACS. • Localización geográfica de edificios. Las categorías se definen de acuerdo con el tamaño del edificio (vivienda unifamiliar o edificio multifamiliares) y su período de construcción. De acuerdo con todo lo anterior, se decidió concentrarse en tres períodos de construcción diferentes (<1980, 1981-2000, 2001-2010) sin tener en cuenta los edificios después de 2010 y la emisión de EPBD porque es posible que no necesiten renovación. La agrupación en las tres categorías de edad puede verse como una forma de simplificar la visión general, pero puede enmascarar muchas especificidades. En particular, algunos de los tipos de edificios identificados están presentes en varios periodos, lo que significa que un tipo de edificio de referencia incluye edificios de otros periodos. En este sentido, los tipos de edificios residenciales se redujeron para minimizar el sobredimensionamiento creado por definiciones complejas, errores y malentendidos. Más específicamente, la definición de SFH también incluirá casas adosadas y MFH incluirá bloques de apartamentos. Por lo tanto, el edificio de referencia para una categoría/subcategoría de edificio puede definirse como un edificio con características representativas para los indicadores a continuación: • Tipo de construcción de edificios (según se define a nivel nacional); • Edad (año de construcción/puesta en servicio); • Geometría, incluyendo el tipo de huella, el área total del piso, el número de pisos; • Compacidad, incluyendo área de pared/ventana por orientación; • Servicios/usos de energía del edificio (por ejemplo, calefacción, refrigeración, ventilación mecánica, ACS, iluminación artificial); • Tipo de sistema de calefacción/refrigeración, incluido el tipo de combustible y COP; • Materiales de construcción y propiedades térmicas. Por lo tanto, la metodología propuesta incluye la creación de un edificio virtual utilizando un enfoque mixto (no utilizado por los métodos anteriores), basado primero en datos estadísticos básicos, y luego en consultas de expertos y otras fuentes de información. 3.5 Resultados Gracias a la colaboración de 7 países, se ha desarrollado una estructura armonizada para tipologías de edificios residenciales. Se desarrolló un conjunto de edificios residenciales típicos para cada país participante y se recopilaron datos en términos de tiempo de construcción y tipo de edificio. Los RB se consideran como ejemplos y edificios teóricos de acuerdo con la definición mencionada anteriormente. Hay un número infinito de combinaciones en el stock de edificios existentes, y no existe un "promedio correcto". Por lo tanto, se recomienda la creación de un edificio de referencia típico para cada categoría de edificio (SFH-MFH) en términos de tamaño, número de pisos y uso. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 35 La mayoría de estos datos de entrada se pueden recopilar para las normas y normas de construcción existentes y anteriores de las fuentes enumeradas anteriormente para la definición de geometría de construcción. En particular, con respecto a la definición de propiedades térmicas, varios enfoques son posibles. Dado que el stock de edificios se dividirá en grupos según el año de construcción, que por ejemplo podría seguir los períodos de cambios en las regulaciones de construcción (u otros cambios de importancia para las evaluaciones a realizar), se especifican los requisitos correspondientes de valor de U. Para cada categoría de edificio, los edificios de referencia podrían definirse con valores U para cada uno de estos períodos de tiempo. La tabla emitida para ser rellenada por los países participantes se puede ver en el ANEXO A. 3.6 Utilidad y aplicaciones de los resultados Una vez obtenidos todos los datos anteriormente descritos, nos dispondremos a realizar la clusterización con el objetivo de reducir el número de edificios de referencia. Este agrupamiento tiene sentido ya que existen edificios con características térmicas y geométricas muy parecidas entre sí, situando a esos edificios en puntos de consumo iguales para un mismo clima. Esta premisa hace que tenga poco sentido evaluar cada uno de los edificios base emitidos por los países participantes. El método para realizar esta clusterización se expondrá más adelante en este documento. A raiz de las diferentes agrupaciones generadas, se desprenden los edificios de referencia sobre los cuales vamos a trabajar para poder obtener los puntos de coste óptimo tras la implementación de mejoras constructivas en los mismo. Para ello se ha desarrollado una metodología de cuantificación de consumos de forma automática gracias a las pasadas masivas que, usando el programa informático “Herramienta Unificada LIDER-CALENER (HULC)” que ofrece el Ministerio de Fomento e implementando un macro (creado por el Grupo de Termotecnia de la US) el cual va modificando las características constructivas cambiando datos del archivo característico de cada edificio de referencia de forma automática, podemos generar una tabla de consumos de cada uno de los edificios de referencia y de esos edificios tras haber implementado las mejoras constructivas. Teniendo en cuenta el precio de cada una de las mejoras implementadas, y el ahorro de consumo anual que supone esos cambios, podremos generar una gráfica con todas las posibilidades de mejora que presenta un edificio de referencia. En esa gráfica tendremos en el eje de abscisas el consumo anual del edificio por metro cuadrado [kWh/m2] y en el eje de ordenadas veremos el tiempo de retorno [años], es decir, la cantidad de años que debe operar esa mejora constructiva para recuperar la inversión que supuso el implementarla. Gracias a la representación de esos datos podremos observar qué mejoras constructivas son las mejores en términos de inversión económica y ahorro de energía, siempre tenidas en cuenta desde el punto de vista financiero para que sea atractiva la inversión particular de los propietarios de esos edificios. 4 CARACTERIZACIÓN DEL PARQUE EDIFICATORIO ESPAÑOL Los trabajos analizados, los cuales parte de ellos ya fueron comentados en el capítulo dos, han sido obtenidos mediante la búsqueda de artículos de investigación, gracias a las fuentes como Scopus, Google Scholar o estadísticas presentadas por entidades públicas como el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Del análisis de estos cabe destacar que existen dos tipos diferentes de estudio, estudios realizados sobre la forma de cómo catalogar diferentes parques edificatorios mostrando su metodología sin presentar resultados, y otros exponiendo los datos obtenidos y aportando información sobre cómo son los edificios construidos en diferentes zonas determinadas y la cantidad de construcciones del mismo tipo y periodo de construcción. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 36 Respecto al contenido, existen estudios de diferentes orígenes y centrados en distintos puntos de interés, pudiendo ser separados en dos grupos generales, los cuales son descripciones geométricas, y descripciones de coeficientes térmicos y equipos. Los parámetros para la caracterización del parque edificatorio han sido obtenidos de diversos estudios, algunos de los mismos fueron realizados por sus autores referenciados en este punto con el fin de hacer un catálogo del tipo de construcción del parque edificatorio, mientras que otros el objetivo principal estaba relacionado con otros aspectos de la eficiencia energética de edificios o de la construcción, de los cuales nosotros hemos aprovechado solo una parte del estudio. Nuestra forma de proceder va a ser la siguiente; en primer lugar, analizaremos las metodologías y el conjunto de valores recopilados en cada caso y, una vez descritos todos los aspectos relativos a la geometría, pasaremos a analizar los valores recogidos en cada caso. También hay que mencionar que separaremos cuales estudios se han usado para poder elegir un edificio de referencia, que recogen información de carácter más estadístico y los estudios que describen la forma y características que definen a esos edificios de referencia que se basan e incluyen con carácter general una información más descriptiva. Para ello, veremos en la Tabla resumen de los estudios citados algunas casillas divididas en dos partes, una azul y otra gris. La azul nos mostrará lo profundo que ha llegado el estudio estadísticamente hablando y la gris esclarecerá la cantidad de información descriptiva que aporta el estudio En las descripciones geométricas, este documento se centra en la tipología y uso, área de la planta, forma, superficies de muros exteriores, medianeras, techos, compacidad, entre otros. Estos parámetros y sus metodologías de medida hacen que se pueda generar de forma justificada la geometría típica de un parque edificatorio, desviándose poco el modelo de la realidad y dando lugar a la definición de los edificios de referencia. Las descripciones energéticas, se focalizan sobre todo en la conductividad térmica de la envolvente, la estanqueidad, los equipos para garantizar el confort y los puentes térmicos. Estos estudios presentan muestras de parques de edificios de diferentes orígenes pudiendo definir de forma precisa los diferentes métodos constructivos utilizados tanto en España como en otros países. 4.1 Parámetros Geométricos Tipología y uso Dentro de todos los estudios contemplados, podemos observar cómo se define el parque edificatorio, pudiendo ser catalogados en primer lugar entre edificios de uso residencial y edificios terciarios. Dentro de los edificios de uso residencial podemos dividirlos en edificios de varias familias (MFH) y edificios de una sola familia (SFH). Es importante anotar la división antes mencionada sobre estudios que se centran en la parte estadística de cantidad de metros cuadrados construidos por tipo y los que se centran en la descripción constructiva de los edificios. Gracias a los estudios estadísticos podrán definir cuáles son los edificios más comunes en cada zona y gracias a los estudios descriptivos, se podrá especificar el cómo son esos edificios representativos. i. Estudios estadísticos Es un dato muy importante ya que determinará la elección de la metodología constructiva más predominante en el parque edificatorio. El estudio estadístico sobre la cantidad de casas o edificios residenciales construidos por periodo esclarecerá el tipo de vivienda más representativo. El estudio realizado por Economidou, M. et al. [4] nos especifica los porcentajes de edificios Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 37 existentes en Europa dividiendo la zona en tres partes, Sur, Noroeste y el Este central. Este estudio estadístico muestra dos datos importantes. Uno de ellos es la cantidad de edificios residenciales frente a la cantidad de edificios terciarios y el otro es la cantidad de MFH frente a la cantidad de SFH existentes en el parque edificatorio europeo. En la descripción de las viviendas de estudio unifamiliares y bloques realizada por IDAE [22] en 2014, podemos encontrar un desglose estadístico de los diferentes tipos constructivos del parque edificatorio de Madrid además de estar desglosado por año de construcción. Información algo más superficial podemos verla en el estudio de Consuegra et al. [23] en el cual se muestran los metros cuadrados construidos de cada tipo de edificio, pero sin entrar en situarlos en ningún periodo de construcción. Otros estudios parecidos como el estudio publicado por Corgnati et al. [24] presenta los resultados siguiendo el mismo desglose, pero centrado en Italia, dividiendo las zonas entre Norte, Centro y Sur. Entre los estudios estadísticos, existe el informe del proyecto SECH-SPAHOUSEC [25] de 2011 basado en encuestas públicas a la población realizadas por el INE y que dilucida la cantidad de MFH y SFH que hay en España dividiendo tres zonas climáticas, Atlántico Norte, Continental y Mediterráneo. Un estudio muy esclarecedor es el realizado por Daniel Sánchez-García, Carlos Rubio-Bellido, Jesús A. Pulido-Arcas, Fco. Javier Guevara-García y Jacinto Canivell [26] en el que muestra la tabla 1 dando información sobre la cantidad de casas y edificios construidos en cada periodo dividiéndolos por la cantidad de viviendas que incluyen; y la tabla 2 en la que se dilucidan la cantidad de construcciones realizadas por periodo dividiéndolas por los metros cuadrados de la planta. i. Estudios descriptivos También podemos encontrar información descriptiva sobre Europa, específicamente en países como Austria, Bélgica, Bulgaria, Chipre, Republica Checa, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Gracia, Hungría, Irlanda, Italia, Holanda, Noruega, Polonia, Serbia, Suecia y Eslovenia, siendo un poco más precisos en la división de tipología, incluyendo las categorías de casa con terraza (TH) y bloque de apartamentos (AB) además de presentar las antes mencionadas. Esta información está presente en la herramienta online de EPISCOPE-TABULA [2]. Tabla 3: Miles de construcciones en función del periodo y cantidad de viviendas que incluyen. [26] Otro estudio a nivel europeo el cual incluye los países de Austria, Dinamarca, España, Holanda, Lituania es el Pasive House Retrofit Kit de Dr. tecn. Andrea Sonderegger [7], siendo divididas en grupos de grandes bloques de apartamentos, pequeños bloques de apartamentos y casas unifamiliares. A nivel de España podemos encontrar datos descriptivos del Instituto Valenciano de la Edificación (IVE) [27] en el que se nos muestra un catálogo muy desglosado del parque edificatorio español del cual, Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 38 entre los numerosos datos descriptivos que aporta, se desprende el dato de si los edificios son MFH, SFH, incluyendo las categorías de casa con terraza (TH) y bloque de apartamentos (AB). Este estudio sirvió en su momento para nutrir a la herramienta online de EPISCOPE-TABULA con parte de las construcciones que describe el IVE. Tabla 4: Miles de viviendas en función del periodo y cantidad de metros cuadrados de la planta. [26] La división elegida dependerá del parque edificatorio a analizar y lo preciso que haya podido ser el estudio. Otra conclusión que se desprende de los análisis realizados consiste en que para poder determinar qué tipo edificios de referencia se van a elegir, es necesario tener en cuenta las estadísticas de metros cuadrados construidos por año y tipo, definiendo así la tipología de edificios más abundante, haciendo que la muestra escogida sea fidedigna con la realidad. Forma de la planta Este punto es el menos contemplado por los estudios de referencia revisados, debido a la gran variedad de formas que pueden presentar los edificios existentes. Existen softwares dedicados al catálogo de la forma de las construcciones de parques edificatorios, pudiendo obtener resultados a raíz de la cartografía vía satélite del lugar, dando estadísticas de las formas más utilizadas en la edificación de referencia. Entre los estudios revisados podemos observar cómo se presentan diferentes edificios de referencia con fotos [2] [3] [7] o bocetos [22], a raíz de los cuales se puede elegir una forma determinada de la planta de forma justificada. Superficie construida Un dato útil y necesario para la elección de edificios de referencia es la superficie construida en cada periodo, pudiendo saber los tipos de edificios que más se han construido en cada periodo de tiempo seleccionado. Normalmente se utilizan los mismos métodos constructivos en cada periodo, debido a que la normativa suele guiar las soluciones constructivas. Estos datos estadísticos están muy relacionados con el punto 4.1.i ya que, en algunos de estudios también se desglosa la cantidad de metros cuadrados construidos en cada periodo. Gracias a los diferentes artículos revisados podemos determinar los metros cuadrados construidos cada 10 años desde 1900 en la ciudad de Madrid [22]. Unos datos parecidos pero especificados para las tres zonas diferenciadas de España (Atlántico norte, Continental, Mediterráneo) [25] también son presentados, pero mostrando la cantidad de casas construidas, aunque no muestra los metros cuadrados que ocupan. De una forma más genérica podemos encontrar datos útiles sobre los metros cuadrados Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 39 construidos en cada periodo en Europa, dividiéndose en las zonas Sur, Noroeste y el Este central [2], siendo también comparados con la construcción de edificios terciarios y denotando la magnitud de la constructiva residencial en Europa. Sin embargo, en el artículo presentado por Daniel Sánchez-García, Carlos Rubio-Bellido, Jesús A. Pulido-Arcas, Fco. Javier Guevara-García y Jacinto Canivell [26] podemos encontrar el dato de la cantidad de edificios construidos, con los metros cuadrados de cada construcción, por periodos de 10 años desde 1920, perfectamente desglosados y presentados en la tabla 2. Debido a la implementación de softwares de estudio cartográficos y el material informativo del catastro, se puede hacer estudios de esta índole, pudiendo mostrar tanto el área de planta como el área de la envolvente construida en cada periodo. Esta metodología está presente en el estudio Use of cadastral data to assess urban scale building energy loss. Application to a deprived quarter in Madrid de Fernando Martín-Consuegra [23] el cual explica la metodología y muestra los resultados de Canillas, Madrid y, aunque no muestra resultados divididos por periodo constructivo, desglosa la cantidad de metros cuadrados que deben satisfacer el confort por tipo de construcción. Esta información se muestra en la tabla 3. Número de plantas Para la caracterización energética del parque edificatorio, un dato descriptivo importante es el del número de plantas que tiene el edificio. Esto es debido a que el área de la envolvente depende del número de plantas y es uno de los datos clave para determinar las posibles pérdidas energéticas. Existen varios estudios que determinan el número de plantas de los edificios de referencia [2] [27] [7] aglomerados por los autores de dichos edificios. Otros estudios, sin embargo, aportan datos estadísticos la cantidad de edificios construidos y área construida con un número determinado de plantas, presentados en la tabla 4 y tabla 5, aunque este estudio solo se centra en Madrid [22]. Tabla 5: Metros cuadrados que necesitan satisfacer el confort en función del tipo y periodo.[23] Superficie de envolventes Entre los datos descriptivos necesarios para la caracterización de la envolvente es importante conocer el área de los muros hacia el exterior, el área de los muros en contacto con otro edificio, el área de ventanas y puertas, área del suelo y área de la cubierta. La mayoría de estas áreas podrían deducirse, con una serie de cálculos y suposiciones, a raíz de otros datos que describen geométricamente los edificios de referencia [22] [2], aunque cuantificar los muros que están en contacto con otro edificio, o el porcentaje de huecos que hay en un muro es muy difícil o imposible. Estos datos ayudarán a generar la geometría del edificio pudiendo esclarecer datos importantes como compacidad o cuanta superficie está en contacto con Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 40 el exterior. Tabla 6: Metros cuadrados medios en edificios con solo una vivienda familiar en Madrid. [22] Para este punto, existen datos estadísticos derivados de la implementación de software y el uso de catastro edificatorio. En el estudio realizado por Fernando Martín-Consuegra [23] muestra el área de cada una de las fachadas por orientación del barrio de Canillas, Madrid, aunque estos datos no son muy determinantes para la elección de edificios de referencia ya que la muestra es pequeña. Si se implementase la metodología de medida de este artículo en todo el parque español se podría esclarecer la orientación de los muros además de determinar cuáles son medianeras entre edificios y cuales están en contacto con el exterior. Tabla 7: Metros cuadrados medios en edificios con varias viviendas familiares en Madrid. [22] Con respecto a la cantidad de área de ventanas y puertas que existe en los edificios de referencia del parque edificatorio español, podemos determinar un número medio para la generación de nuestros edificios de referencia gracias al artículo UPDATE OF THE SPANISH REGULATION REGARDING VENTILATION Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 41 AND INFILTRATION: ANALYSIS, COMPARISONS AND REPERCUSSIONS [28] en el que se determina la relación entre el área de ventana y los metros cuadrados totales de la envolvente o en el estudio realizado por Corgnati [24] en el que se muestra el porcentaje de ventanas con respecto al área total del muro en el parque edificatorio italiano. Aunque lo anterior mencionado puede ser útil, en los informes del IDAE y el realizado por Fernando Martín-Consuegra [23] presentan este dato descriptivo como un porcentaje en área de cada muro pudiéndose especificar qué muros tienes más o menos área de ventanas. En otros casos como en EPISCOPETABULA [2] o en el Catálogo de tipología edificatoria residencial del IVE [27], podemos determinar la cantidad de ventanas por medición de fotos y sabiendo los datos del área de cada uno de los muros. Hay que tener en cuenta que existen estudios bastante completos sobre la caracterización geométrica de la envolvente, centrándose más en un parque edificatorio u otro (Madrid, España, Europa…) pero dando información muy desglosada y suficiente para la generación de edificios de referencia. La elección de los diferentes datos descriptivos vendrá determinada por el estudio previo de los datos estadísticos de las diferentes publicaciones, teniendo que ser deducidos con cálculos paralelos y unificando la información de los estudios revisados. Compacidad La compacidad describe la relación entre el volumen de la vivienda y el área de la envolvente. Es un dato importante debido a que varios parámetros térmicos dependerán de él, como la estanqueidad entre otros. De los artículos y estudios referenciados en este documento, podemos determinar este parámetro a nivel europeo, español e incluso algunas ciudades en particular. Del artículo de Fernando Martín-Consuegra [23] se desprende este dato para el barrio de Canillas, Madrid. En la tabla 6 podemos observar cómo se desglosa este parámetro descriptivo en función del tipo de edificio, a definir como MFH grande, MFH median y SFH. Tabla 8: Indicadores geométricos en función del tipo de construcción. Canillas, Madrid. [27] Encontramos este dato descriptivo de cada uno de los tipos de edificación en el desglose del parque edificatorio realizado por el IVE denominado Catálogo de tipología edificatoria residencial [27]. A nivel europeo, podemos encontrar este parámetro en la herramienta online Pasive House Retrofit Kit [7] el cual se muestra para los edificios de los países antes mencionados, generalizándose a más países del área europea como Italia, Luxemburgo, Eslovenia, República Checa, Francia, Alemania, Reino Unido, Portugal y Bélgica. Esta herramienta extrapola los edificios típicos de los países mencionados en el punto a.ii (Austria, Dinamarca, España, Holanda, Lituania) y los sitúa en los países mencionados en este mismo párrafo tomándose como verdadero que las zonas climáticas son iguales. En el estudio realizado por Corgnati et al. [24] se visualiza este parámetro de forma indirecta, ya que muestra las áreas de cada elemento de la envolvente, además de presentar el volumen que ocupa la edificación. El aporte externo de cálculo de la compacidad se puede realizar de forma sencilla Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 48 Gráfica 6: Fuentes de energía utilizadas en UE en el sector residencial en función de la región. [4] Con respecto al parque europeo, EPISCOPE-TÁBULA [2] también muestra las fuentes de energía y equipos más utilizados en los edificios europeos, desglosados por país y periodo constructivo dando datos descriptivos de las máquinas utilizadas. Estos datos servirán para especificar los rendimientos de cada uno de los equipos, previamente seleccionados con los datos estadísticos aportados por el documento Escala de calificación energética para edificios existentes. Cuadernos de Eficiencia Energética de Salmerón, J. M. et al. para el IDAE [22] y BPIE en el artículo de Economidou, M. et al. [4]. Información muy parecida a nivel europeo es la que especifica la publicación “Passive House Retrofit” [7] pero en este caso vemos que esta información es menos precisa ya que los equipos que se presentan en este estudio se repiten mucho entre periodos constructivos, dando a entender que no se ha llegado a un nivel de detalle tan profundo como los que se presentan en EPISCOPE-TABULA [2]. La publicación del IVE, Catálogo de tipología edificatoria residencial [27], es perfecta la definición de los equipos más usados en España y a que llega a nivel de detalle que llegaría EPISCOPE-TÁBULA (es lógico ya que EPISCOPE-TÁBULA se alimenta de esta publicación del IVE) y están en función de los periodos constructivos y el tipo de vivienda. De esta publicación se podrán escoger los datos descriptivos para la definición de los equipos más presentes (escogidos gracias a los datos estadísticos) en el parque edificatorio español. La publicación de los resultados del proyecto SECH-SPAHOUSEC [25] también desglosan los datos estadísticos sobre la cantidad de viviendas que disponen de calefacción, ACS y aire acondicionado dependiendo de la región (a repartir entre Atlántico Norte, Continental y Mediterráneo de la Figura 1) e incluso llegando a nivel de profundidad del dato estadístico sobre el tipo de equipo que se utiliza en cada una de las regiones climáticas para calefacción, ACS y aire acondicionado. Datos que se muestran en la gráfica 7, gráfica 8 y gráfica 9. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 49 Gráfica 7: Sistemas de Calefacción por zona climática. [25] Gráfica 8: Sistemas de ACS según zona climática. [25] Transmitancia térmica lineal de puentes térmicos Los puentes térmicos son las uniones entre los diferentes ítems de una construcción. Por ejemplo, la zona de contacto entre la cubierta y un muro sería un puente térmico. Son lugares de gran pérdida Gráfica 9: Sistemas de Refrigeración por zona climática y tipo de vivienda. [25] energética debido a que son momentos en los que se interrumpe el aislante haciendo que sean más débiles a las infiltraciones y teniendo más transmitancia térmica. Existen métodos constructivos novedosos en los que el aislamiento no se interrumpe, haciendo que el mismo pase entre viguetas o se consigan instalar en Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 50 los puentes térmicos gracias a los estados físicos de los polímeros utilizados. Son un punto muy importante ya que las pérdidas de energía por estos puntos son muy cuantiosas y no supone un gasto excesivo la instalación de aislantes en los puentes térmicos. En publicaciones como ASIEPI de Antoine Tilmans y Dirk Van Orshoven [3] nos muestran diferentes softwares para la normalización de los puentes térmicos dentro de la normativa europea EN ISO 10211:2007. Además, se presenta la relación de programas informáticos indicando cuales están dentro de las normativas de construcción. Para poder aplicar datos descriptivos a nuestro propósito, la normativa española UNE-EN ISO 14683:2000, Puentes térmicos en la edificación. Transmitancia térmica lineal. Métodos simplificados y valores por defecto. [33] nos muestra la transmitancia lineal tomada por defecto en tejados, balcones, esquinas, suelos, paredes internas, pilares y puertas y ventanas. Gracias a estos datos descriptivos podremos simular la pérdida de energía debido a estos puntos críticos, acercando más los edificios de referencia a la realidad. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 51 GEOMÉTRICOS Tipo Forma de la Planta Sup. Const. Nº Plantas Sup. Paredes Al Exterior Sup. huecos Sup. Medianeras Sup. Cubierta Sup. Suelo Compacidad Datos Climáticos IDAE BPIE EPISCOPE Martín-Consuegra et al. ASIEPI IVE Catálogo de tipología edificatoria residencial E-Retrofit-Kit. Tool-Kit for “Passive House Retrofit” Consumos del Sector Residencial en España PROYECTO SECH-SPAHOUSEC Corgnati et al. Adaptive Comfort Models in Mediterranean Climate UPDATE OF THE SPANISH REGULATION REGARDING VENTILATION AND INFILTRATION UNE-EN ISO 14683:2000 COEFICIENTES TÉRMICOS Y SISTEMAS U-values Air tightness HVAC systems DHW systems Fuentes de Energía Puentes térmicos IDAE BPIE Cost opt EPISCOPE Martín-Consuegra et al. ASIEPI IVE Catálogo de tipología edificatoria residencial E-Retrofit-Kit. Tool-Kit for “Passive House Retrofit” Consumos del Sector Residencial en España PROYECTO SECH-SPAHOUSEC Corgnati et al. Adaptive Comfort Models in Mediterranean Climate UPDATE OF THE SPANISH REGULATION REGARDING VENTILATION AND INFILTRATION UNE-EN ISO 14683:2000 4.3 Tabla resumen de los estudios citados Información Estadística Relativamente Desarrollada Información Estadística Muy Desarrollada Información Descriptiva Relativamente Desarrollada Información Descriptiva Muy Desarrollada Sin Información Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 52 5 ANALISIS DE AGRUPACION DE EDIFICIOS DE REFERENCIA (CLUSTERS) Debido al objetivo de implementar mejoras en los edificios existentes en el área del Mediterráneo, como se mencionó anteriormente, fue necesario generar una serie de Edificios de Referencia (RB). Los edificios reales existentes tienen diferentes naturalezas constructivas, por lo que es necesario hacer una clasificación con el objetivo de aglomerar los tipos que son congruentes entre sí. Esta metodología es llamada clusterizacion. La agrupación es un enfoque que divide automáticamente los datos en subgrupos (agrupaciones o clusters), y se ha utilizado ampliamente en el campo de investigación de energía del edificio para diferentes propósitos, como identificar perfiles de ocupación típicos, patrones de comportamiento, perfiles de carga, factores clave explicativos de la eficiencia energética del edificio y evaluación comparativa del rendimiento energético. Los indicadores descriptivos considerados incluyen: • Características geométricas que definen las dimensiones de la envoltura; • Características térmicas que definen los materiales y métodos de construcción; • Características posicionales que definen la posición del edificio en relación con otros edificios. Como las variables altamente correlacionadas causan problemas para los resultados del análisis de agrupación, la eliminación de variables debe realizarse para descontar las variables redundantes antes de la agrupación. Para ello se dividen en características geométricas y características térmicas pudiendo esclarecer qué edificios tienen en común una geometría y característica térmica para poder ser agrupados en el mismo Cluster. Para las características geométricas se establecieron cuatro variables de agrupación: • Área de la planta: cuatro tipos (<150 m2, 150-600 m2, 600-1000 m2, >1000 m2). • Forma de la planta: cuatro tipos con similitud geométrica a diferentes letras (C, I, L, U). • Número de plantas: tres tipos (<3 plantas, 3-6 plantas, >6 plantas) Para las características térmicas se contemplan once tipologías diferentes en relación con la transmisividad térmica de cada uno de los elementos constructivos a valorar (Muros, cubiertas, suelos y ventanas). Se les da valor alfabético de menor transmisividad a mayor transmisividad térmica desde la letra A, siendo el mayor aislamiento o menor transmisividad térmica, hasta la letra K, siendo esta la de mayor transmisividad térmica y menor eficiencia con respecto el aislamiento. La caracterización térmica general de los diferentes edificios de los países se ve reflejada en el ANEXO C en el que se muestran las características térmicas del cómputo global de edificios analizados. El último punto analizado es el de las características posicionales en el que se establecen tres tipos de posición. Se presentan como aislados (No están en contacto con ningún otro edificio), Semiaislados (Está en contacto con un edificio solo por una de las caras) y completamente rodeados (Está en contacto con dos edificios por dos caras). Este punto fue incluido en las características geométricas, haciendo que forme parte de la forma del edificio. Con lo cual, en este trabajo se utilizaron cinco variables diferentes (valores U, área de planta, forma de planta, número de pisos y paredes en contacto con otro edificio) con respecto a los indicadores anteriores. Los grupos que se formaron para cada variable se presentan en la siguiente tabla (los valores de los grupos de cada variable se presentan en el Anexo C). Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 53 Variables U-Values Footprint Area Shape Number of Floors Party Walls Number of Clusters 11 4 4 3 3 Tabla 13: Número de clusters por variable La combinación de estos grupos iniciales conduce a los grupos totales, que se muestran en la tabla 14. El código TXX significa el número del Clúster Térmico que condensa las propiedades térmicas de las paredes, suelo sobre el rasante, los techos y el acristalamiento siguiendo los criterios que figuran en el Anexo C. El código CYY significa el número del grupo de construcción que condensa el área de la planta, la forma, el número de pisos y el número de paredes en contacto con otro edificio. Sobre la base de los conceptos de análisis de grupos, la formación de grupos se consideró adecuada en esta etapa y es un enfoque innovador aplicado en este proyecto. Los principales objetivos del clustering son los siguientes: 1. Cuantificar el número total de casos diferentes que se optimizarán con las soluciones óptimas. 2. Identificar entre los casos anteriores a los más representantes para comenzar a obtener los paquetes de soluciones para ellos y luego verificar su desempeño en el número total de casos. PERIOD TYPE COUNTRY <1980 GREECE SPAIN ITALY SLOVENIA CYPRUS CROATIA FRANCE SFH T10C1 T1C1 T8C1 T6C5 T9C2 T7C1 T3C1 MFH T10C7 T10C6 T8C7 T6C9 T9C14 T3C9 T10 1981- 2000 SFH T11C1 T2C1 T2C1 T6C5 T9C5 T7C1 T4C1 MFH T9C7 T4C7 T12C15 T13C7 T9C14 T14C15 T4C1 2001- 2010 SFH T12C1 T2C4 T2C1 T5C3 T2C3 T7C1 T5C1 MFH T2C7 T5C10 T7C12 T5C8 T2C9 T4C7 T5C11 Tabla 14: Clusters totales 5.1 Número total de casos Al analizar la tabla 14, es posible identificar 16 tipologías diferentes para casas unifamiliares y 21 tipologías diferentes para casas multifamiliares. La cifra más baja en el SFH se debe a que se repiten tres tipologías en diferentes países y períodos. Este es el caso de las tipologías T2C1 que están presentes en Italia en los períodos 1981-2000 y> 2001 y en España en 1981-2000. T6C5 se repite en Eslovenia en <1980 y 1981-2000 períodos; y T7C1 se repite en Croacia en los tres períodos. Las tipologías para un país determinado se utilizarán para evaluar las soluciones óptimas en los climas de referencia presentes en este país. El número de combinaciones de tipologías de RB y climas de referencia se ha calculado y lleva a un total de 51 SFH diferentes y 63 MFH diferentes (114 casos diferentes) para optimizar. Debido al alto número de edificios de referencia que se tendrían en cuenta, se implementaron formas de reducir el número de casos. Una de las opciones que se estudiaron fueron la reducción de la cantidad de tipos de características térmicas, haciendo que el número de letras sea menor, es decir, que cada letra aglomere un conjunto mayor de transmisividades térmicas. Se realizaron dos reducciones de Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 54 cantidad de tipos de valores de transmisividad térmica. La primera reducción se realizó para obtener ocho tipos diferentes (Desde la A a la H). La segunda reducción se realizó para obtener cinco tipos diferentes (Desde la A a la D). Una vez analizada esta opción, se observa que no reduce en gran número los clusters generales, incluyendo el análisis de características geométricas y características posicionales. Debido a esto, se replanteó la situación en búsqueda de un análisis que reduzca el número total de agrupaciones y que sea fidedigno al parque edificatorio. Para ello se realizó una búsqueda de métodos de clusterización previamente implementados en otros proyectos que serán presentados a continuación. 5.2 Representante de cada Cluster Después de lo observado, el número de casos a estudiar es muy grande para realizar un proceso de pasadas masivas de implementación de mejoras en búsqueda de las soluciones óptimas. Debido a esto, se estudiaron diferentes opciones para poder obtener agrupaciones que incluyan una mayor cantidad de edificios descritos y, con lo cual, un número menor de casos. Se optó en seguir caminos indirectos para buscar los edificios de objeto a estudio y que no sean un número muy elevado de los mismos. De esta forma, conseguiremos un número limitado de casos a estudiar y podremos realizar las pasadas masivas de mejoras a implementar de una forma manejable, adaptando la descripción del parque edificatorio mediterráneo europeo a una muestra representativa, dimensionada y adaptada a las posibilidades que ofrecen los ordenadores que realizaran el cálculo de la implementación de mejoras constructivas. A continuación, se presentan las metodologías elegidas en este proceso de clusterización o agrupamiento, las cuales ya han sido aplicadas en diferentes estudios de parques edificatorios y elección de edificios de referencia. Para identificar las tipologías más representativas, hemos empleado el agrupamiento jerárquico con el método de variación mínima de Ward (Ward Jr 1963) [34], que es un método que no es muy común pero que se ha identificado en estudios recientes (Patteeuw et al. 2018) [35] como muy interesante y factible para agrupar un parque de edificios en edificios representativos, "el agrupamiento jerárquico se emplea ya que conduce a un único resultado reproducible". Para ello se han reproducido todos los edificios que aportaron los diferentes socios de sus correspondientes países y se han evaluado energéticamente obteniendo datos de consumo energético por metro cuadrado. Lo menos flexible de este método es que solo se le puede dar un tipo de dato de entrada, en este caso el consumo, sin poder incluir dos variables como podrían ser las variables térmicas y las variables geométricas. Para obtener los consumos se ha realizado un cálculo aproximado considerando una ponderación de tramitancias térmicas de los diferentes cerramientos con respecto al área que ocupan en la envolvente del edificio. Este agrupamiento jerárquico ha sido realizado por la herramienta SPSS ©, utilizando distancias euclidianas y el método de vinculación de Ward. El número de agrupaciones es el número de edificios representativos para el modelo agregado. Esto se puede interpretar en la siguiente figura (figura 6) como "cortar el árbol del grupo" a un cierto valor del vínculo de Ward (Eje de abcisas). Dada la descripción del método, el número de grupos representativos con un valor de vinculación de Ward inferior a 5 es bastante fidedigno, y por lo tanto realmente representativo de la población total. Vemos que, si “cortamos el árbol” en un número de Ward menor de 5, pueden obtenerse 9 o 4 representantes o Clusters. Las siguientes tablas (Tabla 15, tabla 16) resumen los grupos de RB obtenidos con esta metodología. La celda resaltada es el edificio representativo del cluster, el cual será el que usaremos como objeto de estudio para la implementación de mejoras constructivas y pasadas masivas. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 55 No. CLUSTER Representative Buildings in each Cluster SFH/MFH No. of building (1-42)_Country Code 1 MFH 18_CY SFH 15_CR MFH 14_CR MFH 2_SP SFH 3_SP MFH 15_CR SFH 6_FR MFH 12_IT SFH 9_SL 2 MFH 5_FR MFH 3_SP MFH 6_FR MFH 9_SL 3 MFH 21_GR SFH 8_SL MFH 8_SL MFH 11_IT SFH 5_FR 4 SFH 2_SP SFH 21_GR MFH 4_FR MFH 17_CY 5 SFH 18_CY SFH 14_CR MFH 1_SP SFH 7_SL MFH 7_SL MFH 10_IT MFH 13_CR MFH 20_GR 6 MFH 19_GR SFH 4_FR SFH 12_IT 7 SFH 13_CR SFH 10_IT SFH 11_IT MFH 16_CY SFH 1_SP SFH 17_CY 8 SFH 16_CY SFH 20_GR 9 SFH 19_GR Tabla 15: RBs de cada cluster para una situación de 9 clusters No. CLUSTER Representative Buildings in each Cluster SFH/MFH No. of building (1-42)_Country Code 1 MFH 18_CY SFH 15_CR MFH 14_CR MFH 2_SP SFH 3_SP MFH 15_CR SFH 6_FR MFH 12_IT SFH 9_SL MFH 5_FR MFH 3_SP MFH 6_FR MFH 9_SL MFH 21_GR SFH 8_SL MFH 8_SL MFH 11_IT SFH 5_FR 2 SFH 2_SP SFH 21_GR MFH 4_FR MFH 17_CY SFH 18_CY SFH 14_CR MFH 1_SP SFH 7_SL MFH 7_SL MFH 10_IT MFH 13_CR MFH 20_GR 3 MFH 19_GR SFH 4_FR SFH 12_IT SFH 13_CR SFH 10_IT SFH 11_IT MFH 16_CY SFH 1_SP SFH 17_CY 4 SFH 16_CY SFH 20_GR SFH 19_GR Tabla 16: RBs de cada cluster para una situación de 4 clusters Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 56 Figura 6: Dendrograma de agrupamiento jerárquico para los 6 RB de cada uno de los 7 países (42 edificios diferentes) Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 57 6 APLICACIÓN DE EDIFICIOS DE REFERENCIA 6.1 Implementación de mejoras y búsqueda de coste óptimo Una vez definida una cantidad manejable de edificios de referencia, el siguiente paso será cuantificar el consumo de los casos bases e ir implementando mejoras constructivas. La envolvente es crucial para cuantificar la interacción entre interiores y exteriores. El aislamiento puede implementarse en todo el edificio o en una parte de este, como paredes externas o techos. Los materiales aislantes pueden reducir la transferencia de calor a través de la envolvente, minimizando las ganancias de calor durante el verano y las pérdidas de calor durante el invierno. Una medida frecuente fuera de la envolvente es la instalación de dispositivos de protección externos en las ventanas. Cambiando el tipo de ventanas se observa un cambio considerable en el rendimiento de la envolvente. Según Delia D'Agostino et al. [36], las ventanas de doble o triple acristalamiento de baja emisividad pueden reducir el consumo de energía en más del 40% por m2 de superficie acristalada en comparación con el acristalamiento simple. Las películas y los recubrimientos se pueden usar en acristalamientos existentes para limitar la ganancia solar. Otra mejora que aumenta considerablemente el ahorro de energía es la optimización de la continuidad de aislantes. Los puentes térmicos son los puntos de fuga de energía más críticos de toda la envolvente. Después del cálculo base de consumo de uno de los edificios de referencia y el posterior estudio del mismo después de haber mejorado los puentes térmicos, podemos observar mejoras del 19%. Es un punto importante, aunque da lugar a debate ya que la implementación real de aislante en los puentes térmicos en edificios ya construidos puede ser muy costosa debido a los métodos de construcción reales, haciendo que esta mejora, aunque suponga un gran ahorro de energía, puede no ser interesante desde el punto de vista económico. Gracias al programa “Herramienta Unificada LIDER-CALENER” podremos cuantificar el consumo anual de cada una de las construcciones estudiadas (tanto los edificios de referencia como los mejorados). La metodología de evaluación se basa en el artículo de la autora Delia D'Agostino et al. [36] antes mencionado. De esta publicación se desprende un diagrama de flujo (Figura 7) con el método de evaluación para la búsqueda del punto óptimo de mejora. Figura 7: D. D'Agostino, D. Parker / Energy 149 (2018) 814-829 [36] Esta figura muestra la forma de proceder para la implementación de mejoras constructivas en búsqueda de punto óptimo de edificios. Puede ser un interesante resumen del trabajo realizado por el Grupo de termotecnia y los diferentes socios del proyecto HAPPEN, donde se engloba este trabajo. En primer lugar, partiremos del manejo de la información presentada por los socios sobre su parque 59 Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea Number Picture Description Number Picture Description (1) Inclined roof, plaster, 2 cm mineral wool, 2 cm Wood and tiles (7) Concrete wall (2) Steel beams, brick slab (8) Wooden carpentry or PVC with double glazing (3) Stone and solid bricks (9) Wooden floor towards attic, mineral wool 14 cm (4) Wooden carpentry and single glazing (10) Concrete slab and 5 cm screed with 7cm of expanded polystyrene (EPS) (5) Roof terrace, concrete slab (11) Concrete with 8 cm of EPS or mineral wool and plaster (6) Concrete slab without insulation (12) Wooden carpentry or PVC with double glazing 60 Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea Number Picture Description Number Picture Description (13) 20 cm concrete with 8 cm of EPS or 6 cm of PUR (19) Celular concrete 30 cm (14) 20 cm concrete with 8cm of insulation ( thermal conductivity of 0,035) (20) Carpentry withdouble glazing, reinforced thermal insulation (15) Concrete with 8 cm of EPS or mineral wool and plaster (21) 20 cm concrete roof terrace with 8 cm of PUR (16) Metallic carpentry with double glazing (22) 20 cm concrete slab with 16 cm of mineral wool (17) Mineral wool between wood joist 24 cm and plaster (23) 18 cm concrete with PSE (12cm) or mineral wool (10cm) (18) Filler insulator and insulation under screed (24) Carpentry with double glazing, , reinforced thermal insulation Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 61 Fuentes Values of a building typology considered representative of the era (representing 9% of the building stock) Values of a building typology considered representative of the era (representing 4,4% of the building stock) Values of a building typology considered representative of the era (representing 7,5% of the building stock) Values of a building typology considered representative of the era (representing 2,8% of the building stock) Values of a building typology considered representative (representing 5,8% of the building stock) Values of a building typology considered representative (representing 2,4% of the building stock) Tabula et Episcope, Bâtiments résidentiels Typologie du parc existant et solutions exemplaires pour la rénovation énergétique en France 2015 Programme d’action pour la qualité de la construction et de la transition énergétique, analyse détaillée du parc résidentiel existant, juillet Cadre réglementaire de la RT 2005 (thermal regulation standard for buildings between 2005 and 2012. Notes: All the values are either from an example building or from statistics. The effort coefficient is the ratio between primary energy and the useful energy. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 62 8.3 Eslovenia SLOVENIA PERIOD TYPE FOOTPRINT TYPE (O, C, L…) FOOTPRINT AREA (m2) No. FLOORS FLAT ROOF AREA (m2) AREA OF OUTDOOR WALLS (m2) AREA OF PARTYWALLS (m2) AREA OF WINDOWS PER WALL AREA (%) U-VALUES (W/m2 K) DESCRIPTI ON AIR TIGHTNESS (n50ii) Heating System. Coefficient of Performance Energy Source DHW System Coefficient of Performance. Energy Source. % BUILT IN THE PERIODiii No. Dwellings Cooling System. Seasonal Energy Efficiency Ratio. Energy Source Solar contribution <1980 SFH Terraced house 106 3 It is a gable roof 80 Façade N 51 0 50 ROOF 0,77 (1) 6 Old wood or coal boiler η=0.85 Wood/wooden biomass Electric heater η=1 Electricity Façade E 0 75 0 SLAB 1,17 (2) 94% 1 Façade S 51 0 50 WALL 1,5 (3) N/A SEER N/A --- 0% Façade W 0 75 0 WINDOW 2,7 (4) MFH Multi Family House Footprint I- shaped 290 4 303 Façade N 333,75 0 53 ROOF 0,77 (1) 6 Gas Boiler η=0.9 Gas Gas Boiler η=0.9 Gas Façade E 111,25 0 0 SLAB 1,46 (6) 6% 7 Façade S 333,75 0 47 WALL 1,5 (5) N/A SEER N/A --- 0% Façade W 111,25 0 0 WINDOW 2,7 (4) 1981- 2000 SFH Single Unit House 91 2 It is a gable roof 91,7 Façade N 44,7 0 32 ROOF 0,3 (7) 3 Central Boiler η=0.95 fuel oil Central Boiler η=0.95 fuel oil (in combination with heating system) Façade E 29,8 0 14 SLAB 0,75 (8) 98% 1 Façade S 44,7 0 39 WALL 0,7 (9) N/A SEER N/A --- 0% Façade W 29,8 0 15 WINDOW 2,7 (10) MFH Multi Family House Footprint I- shaped 421 6 506,5 Façade N 186,45 0 5 ROOF 1,17 (11) 3 Central Boiler η=0.95 Gas oil Electric heaters η=1 Electricity Façade E 435 0 41 SLAB 0,75 (8) 2% 40 Façade S 186,45 0 12 WALL 1,8 (12) N/A SEER N/A --- 0% Façade W 435 0 42 WINDOW 2,7 (10) 2000- Present SFH Single Unit House 142 2 It is a gable roof 69,13 Façade N 53,08 0 20 ROOF 0,2 (13) 2 Air heat pump η=2.5 Electricity Air heat pump η=2.5 Electricity Façade E 64,88 0 21 SLAB 0,3 (14) 94% 1 Façade S 53,08 0 29 WALL 0,38 (15) Individual Air conditioning system EER 3 Electricity 0% Façade W 64,88 0 30 WINDOW 1,4 (16) MFH Multi Family House Footprint I- shaped 2.249 7 3483 Façade N 1821,05 0 26 ROOF 0,2 (17) 2 District heating η=1.0 District heating η=1.0 Façade E 780,45 0 17 SLAB 0,24 (18) 6% 160 Façade S 1821,05 0 30 WALL 0,3 (19) Individual Air conditioning system EER 3 Electricity 0% Façade W 780,45 0 27 WINDOW 1,4 (16) Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 63 NUMBER PICTURE DESCRIPTION NUMBER PICTURE DESCRIPTION (1) Classic wooden roof without insulation (7) Wooden structure roof with the thermal insulation between load bearing elements (2) Concrete slab on grade with concrete screed, without insulation; wooden finish layer (8) Reinforce concrete slab with 3 cm of thermal insulation (3) Stone wall without insulation (9) Brick wall with 3 cm of thermal insulation (4) Wooden box window (10) Old wooden double glazing windows (air inside the gap) Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 64 (5) Brick wall with plaster, without insulation (11) Concrete roof with concrete screed, without insulation NUMBER PICTURE DESCRIPTION NUMBER PICTURE DESCRIPTION (13) Wooden roof with 20 cm of thermal insulation between load bearing elements (19) Reinforced concrete wall with 12 cm thermal insulation (14) Brick wall with 8 cm of thermal insulation (15) Reinforce concrete slab with 10 cm of thermal insulation Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 65 (16) PVC double glazing windows (17) Reinforced concrete with 20 cm thermal insulation (18) Reinforced concrete slab with 15 cm thermal insulation Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 66 Fuentes IEE Project TABULA (2009 - 2012). "Typology Approach for Building Stock Energy Assessment". Tobias Loga, Nikolaus Diefenbach, Britta Stein, Elena Dascalaki, Constantinos A. Balaras, Marjana Šijanec Zavrl, Andraž Rakušček, Vincenzo Corrado, Ilaria Ballarini, Stefano Corgnati, Hubert Despretz, Michael Hanratty, Charles Roarty, Marlies van Holm, Nele Renders, Malgorzata Popiołek, Maria Amtmann, Zdravko Georgiev, Karin Spets, Tomáš Vimmr, Kim B. Wittchen, Jesper Kragh, Leticia Ortega, Begoña Serrano Lanzarote, Milica Jovanovic Popovic, Dusan Ignjatovic IEE Project Build Up skills Slovenia (2012). “Analysis of the national status quo”. dr. Marjana Šijanec Zavrl, mag. et al. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 67 8.4 Croacia CROATIA PERIOD TYPE FOOTPRINT TYPE (O, C, L…) FOOTPRINT AREA (m2) No. FLOORS FLAT ROOF AREA (m2) AREA OF OUTDOOR WALLS (m2) AREA OF PARTYWALLS (m2) AREA OF WINDOWS PER WALL AREA (%) U-VALUES (W/m2 K) DESCRI PTION AIR TIGHT NESS (n50) Heating System. Coefficient of Performance Energy Source DHW System Coefficient of Performance. Energy Source. % BUILT IN THE PERIOD No. Dwellings Cooling System. Seasonal Energy Efficiency Ratio. Energy Source Solar contribution SFH* 1 Façade N 24 Façade N 8 ROOF 1,12 0,29 1 Electric heaters (3.5 kW) - thermostat control over the reference room Electric boilers DHW without circulating loop Façade E 23,98 Façade E 12 SLAB 1,24 2 Footprint I 72,19 72,19 Façade S 24,88 Façade S 6 WALL 1,96 0,45 3 50 1 NA 0% Façade W 24,52 Façade W 7 WINDOW 4,65 2,38 4 <1970 9,66 Façade N 498,96 Façade N 23 ROOF 1,01 5 No central heating and cooling system MFH** Terraced house 1082,20 3 1082,20 Façade E Façade E 132,84 0 SLAB 2,12 6 Electrical accumulation furnaces, el. heaters and inverter split systems (COP 3.27- 3.72) Electric boilers 50 - Façade S 498,96 Façade S 31 WALL 2,12 7 inverter split systems (COP 3.27- 3.72) Electricity 0% Façade W Façade W 132,84 0 WINDOW 5,20 8 SFH* 1 Façade N 26,56 Façade N 9 ROOF 1,14 0,36 9 Electric heaters (3.5 kW) - thermostat control over the reference room Electric boilers DHW without circulating loop Façade E 25,20 Façade E 23 SLAB 1,24 10 *1971-1987 / **1971-2005 Footprint I 95,39 95,39 3,53 *46 **48 1 Façade S 26,04 Façade S 8 WALL 2 0,45 11 NA 0% Façade W 25,67 Façade W 9 WINDOW 2,70 2,38 12 Façade N 296,8 Façade N 45 ROOF 0,68 13 No central heating and cooling system MFH** Terraced house 936,00 5 936,00 Façade E Façade E 156,80 0 SLAB 1,67 14 Electrical accumulation furnaces, el. heaters and inverter split systems (COP 3.27- 3.72) Electric boilers *54 **52 - Façade S 296,80 Façade S 35 WALL 1,67 15 inverter split systems (COP 3.27- 3.72) Electricity 0% Façade W Façade W 0 WINDOW 4,28 16 Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 68 156,80 *1988-Present/ **2005- Present SFH* - 95,39 1 95,39 Façade N 26,56 Façade N 9 ROOF 0,88 0,33 17 2,99 Electric heaters (3kW) - thermostat control over the reference room Electric boilers DHW without circulating loop Façade E 25,20 Façade E 23 SLAB 1,24 18 *49 **36 1 Façade S 26,04 Façade S 8 WALL 1,29 0,40 19 NA 0% Façade W 25,67 Façade W 9 WINDOW 2,90 2,38 20 MFH** Terraced house 554,04 5 554,04 Façade N 174,6 Façade N 28 ROOF 0,39 21 Electric heating and cooling, LPG use, low radiant heating systems (floor, wall, ceiling), fan coils, radiators Electric boilers Façade E Façade E 109,8 0 SLAB 0,67 22 *51 **64 - Façade S 174,6 Façade S 29 WALL 0,67 23 inverter split systems Electricity 0% Façade W Façade W 109,8 0 WINDOW 1,50 24 NUMBER DESCRIPTION NUMBER DESCRIPTION (1) Ceilings bordering unheated attic are usually made of wood Underneath the attic is a lacquered plank. Beams are coated with plating, plaster At 24,77% the house ceiling construction was subsequently improved with 10cm of mineral wool Roof is wooden; unheated attic is not ventilated (13) 1971-1980 Inclined roof with residential space underneath - Timber joists with 5 cm thermal insulation infill. Flat roof (residential space underneath)- 16 cm concrete slab, 3 cm thermal insulation, cement screed and hydro-insulation 1980-2000 Flat roof, waterproofing bitumen tape, concrete slab, gravel (2) Concrete base on 2cm expanded polystyrene (EPS) on waterproofing and concrete substrate (14) Reinforced concrete Hydro-insulation on the ground floor – bitumen tape Thermal insulation-glass wool, XPS concrete with fibre without reinforcement tiles, parquet (3) Stone in an extension mortar, 45 cm external walls, without isolation. At 19,3% of SFH wall was subsequently isolated by 6cm of expanded polystyrene - EPS with thin layer plaster (ETICS facade system) (15) 1971-1980 External wall bordering outer space- 25 cm reinforced concrete All commercially available materials were used for construction, 25 cm reinforced concrete and full brick dominating, no thermal protection applied (4) The original windows of the building period are wooden doors and single glazed windows d = 4 mm in a 6 cm thick wooden coniferous frame. Shutters or roller shades are used for sun protection At 58,61% of the houses wooden windows were replaced with PVC, glazing IZO glass 4+16+4mm in tri chamber window (16) 1971-1980 Metal frame with no thermal bridge interruption, double (4/6–8/4) simple glazing, no seal Wood, roller shutters DOOR – mostly wooden (5) PRIOR TO 1940 Ceilings are mostly wooden or solid, made of brick, stone or concrete elements (ribbed concrete ceiling). ceilings bordering unheated attic are usually made of wood with (plastered board) underside, a layer of rubble and an upper board decking as the attic floor 1941-1970 For flat roofs: 16 cm concrete slab, 3 cm thermal insulation, cement screed and hydro-insulation (17) Ceiling structure to unheated attic was made as a FERT ceiling (4 x 16 cm). On the underside it is plastered, with the upper part of the plates expanded polystyrene (EPS) 2 cm. At 40.41%, the house ceiling structure was improved by laying mineral wool (MW) plated with 10 cm thick ceiling glass from the ceiling side of the construction instead of EPS Wooden roof, tile (6) Reinforced concrete Bitumen tape Concrete as base Wood, parquet, tiles (18) 2 cm thick polystyrene (EPS) on concrete substrates, waterproofing (7) PRIOR TO 1940 (19) Hollow block of brick in the extension mortar Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 75 NUMBER PICTURE DESCRIPTION NUMBER PICTURE DESCRIPTION (1) conventional flat roof no insulated (9) double glazed (6mm), metal frame (2) Slab on grade (10) tilted reinforced concrete slab with ceramic tiles, 6cm insulation (3) brickwork 10cm, plastered on both sides (11) conventional flat roof with 6cm insulated (4) load bearing structure, reinforced concrete (thickness<80cm)plastered on both sides (12) slab on grade, 5cm insulation (5) single glazed, wooden frame (13) double brickwork 10cm plastered on both sides ,load bearing structure, reinforced concrete (thickness<80cm)plastered on both sides, insulation 5cm or 6cm (6) slab over unheated space (pilotis) (14) double glazed (12mm), synthetic frame (7) double brickwork 10cm with slightly ventilated air layer, unplastered on one side, insulation 5 cm (15) slab over unheated space with 5cm insulation (8) load bearing structure, reinforced concrete (thickness<80cm)plastered on both sides, 5cm insulation Fuentes NHSS. Results from the census of constructions—buildings of the December 1, 1990. Athens: National Hellenic Statistical Service; 2000 [in Hellenic]. NHSS. Results from the census of constructions—buildings of the December 1, 2001. Athens: National Hellenic Statistical Service; 2010 [in Hellenic]. NHSS. Results from the census of constructions—buildings of the December 1, 2011. Athens: National Hellenic Statistical Service; 2015 [in Hellenic]. KENAK - Greek Regulation for the Energy Efficiency of Buildings, 2010 [in Hellenic]. Technical guideline TOTEE 20701-1/2010 [in Hellenic]. IEE Project TABULA (2009 - 2012). "Typology Approach for Building Stock Energy Assessment". Tobias Loga, Nikolaus Diefenbach, Britta Stein, Elena Dascalaki, Constantinos A. Balaras, Marjana Šijanec Zavrl, Andraž Rakušček, Vincenzo Corrado, Ilaria Ballarini, Stefano Corgnati, Hubert Despretz, Michael Hanratty, Charles Roarty, Marlies van Holm, Nele Renders, Malgorzata Popiołek, Maria Amtmann, Zdravko Georgiev, Karin Spets, Tomáš Vimmr, Kim B. Wittchen, Jesper Kragh, Leticia Ortega, Begoña Serrano Lanzarote, Milica Jovanovic Popovic, Dusan Ignjatovic Balaras, C., Gaglia, A., Georgopoulou, E., Mirasgedis, S., 2007: European residential buildings and empirical assessment of the Hellenic building stock, energy consumption, emissions and potential energy savings. Building and Environment Petroliagki, M., 2018: Energy consumption profile of the existing building stock in Greece [presentation in Hellenic]. Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 76 9 ANNEX C Thermal Clusters ROOFS SLABS ON GRADE WALLS GLAZINGS T1 F C C J T2 B B B E T3 C E D H T4 A A A D T5 A A A B T6 B C C D T7 A C A C T8 E E C I T9 G D C K T10 G G G H T11 G G B G T12 C B B E T13 C B D D T14 B D D G Donde las letras indican la calidad de las propiedades térmicas de los diferentes elementos de la envolvente del edificio. Se han utilizado los siguientes rangos para definir estas letras a partir de los valores de U que se proporcionan en las tablas del Anexo B.) Scale Based on U-values (W/m2K) ROOFS, SLABS ON GRADE, WALLS GLAZINGS A 0,01 - 0,49 A 0,90 - 1,39 B 0,50 - 0,99 B 1,40 - 1,89 C 1,00 - 1,49 C 1,90 - 2,39 D 1,50 - 1,99 D 2,40 - 2,89 E 2,00 - 2,49 E 2,90 - 3,39 F 2,50 - 2,99 F 3,40 - 3,89 G 3,00 - 3,49 G 3,90 - 4,39 H 3,50 - 3,99 H 4,40 - 4,89 I 4,00 - 4,49 I 4,90 - 5,39 J 4,50 - 4,99 J 5,40 - 5,89 K 5,00 - 5,49 K 5,90 - 6,39 Caracterización del parque edificatorio residencial en España. Aplicación a la definición de edificios de referencia en el área mediterránea 77 Construction Clusters SINGLE FAMILY HOUSES (SFH) C1 ≤150 m2 ; ≤2 storey; DETACHED C2 ≤150 m2; ≤2 storey; SEMIDETACHED C3 ≤150 m2; 3 TO 6 storey; DETACHED C4 ≤150 m2; 3 TO 6 storey; SEMIDETACHED C5 150-600 ; ≤2 storey; DETACHED MULTI-FAMILY HOUSES (MFH) C6 150-600 m2; C-shaped ; 3 TO 6 storey C7 150-600 m2; I-shaped ; 3 TO 6 storey C8 >1000 m2; l-shaped ; >6 storey C9 >1000 m2; l-shaped ; 3 TO 6 storey C10 >1000 m2; L-shaped ; >6 storey C11 600-1000 m2; I-shaped ; 3 TO 6 storey C12 150-600 m2; I-shaped ; ≤2 storey C13 ≤150 m2; I-shaped ; 3 TO 6 storey C14 150-600 m2; U-shaped ; 3 TO 6 storey C15 600-1000 m2; I-shaped ; 3 TO 6 storey REFERENCIAS [1] Ballarini, I., Corgnati, S. P., & Corrado, V. (2014). Use of reference buildings to assess the energy saving potentials of the residential building stock: The experience of TABULA project. Energy policy, 68, 273-284. 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