Análisis de las tecnologías de calefacción y ACS para los edificios de viviendas de nueva construcción conforme al Nuevo DB HE CTE 2019 por Alberto Jiménez

El pasado 27 de diciembre se publicó el nuevo DB HE del CTE. Se mantiene la estructura de la anterior versión, con los mismos 6 apartados (del HE0 al HE5), lo que sin duda hará que sea más fácil su lectura. Este artículo no tiene intención de describir el documento, recomendamos la lectura del artículo escrito por Pedro Vicente Quiles en este mismo blog.

Este nuevo documento, como todo sabemos, tiene un carácter completamente prestacional. En el nuevo texto del reglamento se definen los indicadores energéticos principales. El consumo de Energía primaria No Renovable y de Energía primaria Total.

Ante un documento tan prestacional, en este documento intentaremos hacer un análisis sencillo del impacto que tendrán las diferentes tecnologías de calefacción en estos indicadores de Energía Primaria.

Sin duda, el uso de estos indicadores y no otros, supone de facto una evaluación del impacto medioambiental que tendrá el consumo energético de ese edificio. La intención de la administración europea es reducir el efecto negativo que tienen los consumos energéticos de todos los edificios de la unión, que suponen hasta un 40% de toda la energía final consumida.

Si analizamos un poco los dos indicadores energéticos elegidos, enseguida nos damos cuenta de que cada uno de ellos afecta a una parte del diseño de los edificios.

El consumo de Energía Primaria Total es el indicador que más afecta a la envolvente del edificio y en general a los elementos pasivos de los edificios. Aumentar los aislamientos, reducir las filtraciones de aire e incluso añadir elementos como los recuperadores de calor en los sistemas de ventilación, harán reducir notablemente la demanda del edificio, sobre todo en los periodos invernales. Esta reducción de la demanda será la mejor opción para minimizar el Consumo de Energía Primaria Total.

El consumo de Energía Primaria No Renovable en un edificio sin duda va a estar condicionado por las instalaciones de climatización. Los combustibles, sus correspondientes factores de paso y por supuesto la eficiencia de los equipos determinará que parte de la Energía Primaria Total se consumirá como Energía Primaria Renovable. La instalación de sistemas de Energía Renovable en el edificio aumentará el consumo de Energía Primaria Renovable.

Cuando se hace una primera lectura del nuevo DB HE del CTE todo el mundo se pregunta, qué instalaciones de climatización podrán llegar a esas exigencias energéticas. La respuesta no tiene una respuesta obvia, y menos aun si hablamos de edificios de viviendas donde las opciones son muy numerosas y variadas.

Para justificar el cumplimiento del nuevo DB HE en un edificio de viviendas de nueva construcción hay que seguir los siguientes pasos (sólo se mencionan los más importantes desde el punto de vista de consumo de energía):

• Definir el edificio (geometría, orientación, datos climáticos)
• Definir los aislamientos de los elementos de la envolvente. (Tabla 3.1.1.a del HE1, de valores máximos de transmitancia.
• Calcular el coeficiente global de transmisión térmica del edificio (K). (Tablas 3.1.1.b y c del HE1 de valores K_lim.
• Calcular el parámetro de control solar q_sol,Jul,lim que debe estar por debajo de los valores de la tabla 3.1.2 del HE1.
• Hacer una simulación térmica del edificio con una resolución de al menos 1 hora.
• Definir las instalaciones de climatización (calefacción y refrigeración), ACS y ventilación. Deben cumplir con la HE2 (RITE)
• Utilizar los factores de paso adecuados para cada uno de los combustibles o vectores energéticos utilizados.
• Demostrar que el edificio no está fuera de consigna más de un 4% del tiempo total de ocupación.
• Justificar el cumplimiento de la HE4. Cobertura de un 60% (o 70% para instalaciones de más de 5000 l/día de demanda) del ACS con EERR.
• Calcular el C_ep,nren y el C_ep,tot del edificio y verificar que está dentro de los límites establecidos en el apartado HE0 (tablas 3.1.a y 3.2.a del HE0)

Este último aparatado es sin duda el más importante, porque es en realidad el que justifica el cumplimiento de los indicadores energéticos principales.

El cálculo de estos indicadores debe hacerse conforme a los criterios establecidos por el propio Ministerio en Fomento en la herramienta web VisorEPBD.

A modo de resumen muy escueto podemos analizar la metodología que utiliza esta herramienta para las tecnologías de calefacción y producción de ACS más habituales en viviendas.

Calderas de gas/gasóleo/biomasa

En este caso tenemos un solo vector energético, por lo que una vez establecido el consumo de Energía final (combustible) sólo tendremos que multiplicar por sus factores de paso para obtener el consumo de Energía primaria total y No renovable.

Este método es válido para todos los combustibles fósiles y para la biomasa.

Bombas de calor

El balance de Energía primaria con las bombas de calor es el caso más singular de todos. En este caso, el consumo de energía primaria tiene dos fuentes posibles. Por un lado, está el consumo de energía eléctrica de la bomba de calor, que con sus coeficientes de paso transformaremos en Energía Primaria.  Las bombas de calor también absorben Energía Primaria del ambiente que las rodea. En este caso toda esta Energía extraída del ambiente debe sumarse al consumo de Energía primaria Renovable.

Efecto Joule

A diferencia de las bombas de calor, en este caso sólo tenemos un vector energético: el consumo de electricidad. Por lo tanto, para hacer el balance energético tan sólo tendremos que multiplicar el consumo de electricidad por sus factores de paso.

Energía solar

El caso de las energías renovables producidas en el propio edificio, toda la energía producida y consumida, se contabilizará como Energía Primaria Renovable. Sin aplicar ningún factor de conversión. Este es el caso de la Energía solar térmica y fotovoltaica.

Con estos criterios podemos hacer un ejercicio sencillo: evaluar el consumo de Energía Primaria de 1 kWh de Energía útil utilizando diferentes tecnologías habituales en la calefacción. De esta forma podremos comparar los consumos de Energía Primaria asociados a cada una de las tecnologías y vectores energéticos. En el caso de la electricidad tendremos resultados diferentes según la ubicación de la instalación, ya sea peninsular o extrapeninsular. Esto es debido a la diferencia que tienen los factores de paso de la electricidad según la zona dónde se consuma.

	Energía útil	Rendimiento
Caldera de Gas Natural	1.00	0.93
Caldera Gasóleo	1.00	0.91
Caldera GLP	1.00	0.93
Bomba de calor (Península)	1.00	4.50
Bomba de calor (Baleares)	1.00	4.50
Bomba de calor (Canarias)	1.00	4.50
Efecto Joule (Península)	1.00	1.00
Efecto Joule (Baleares)	1.00	1.00
Efecto Joule (Canarias)	1.00	1.00
Biomasa	1.00	0.90
Energía Solar Térmica	1.00	1.00
Energía Solar Fotovoltaica	1.00	1.00

Energía Primaria Total

Lo primero que observamos es que el consumo de Energía Primaria Total que supone un kWh de energía térmica obtenida por efecto joule destaca sobre las demás. Dependiendo de con quien hagamos la comparación, el consumo de EP_Tot del efecto Joule puede ser 2 o 3 veces superior al de otras tecnologías. Sin duda utilizar la electricidad como vector energético penalizada el consumo de Energía Primaria Total.

En el otro extremo podemos observar que la Energía Solar Térmica o Fotovoltaica es la que supone un menor consumo de EP_Tot.

También podemos observar claramente la diferencia que tendremos al consumir electricidad en la península o en alguno de los dos archipiélagos. El consumo de electricidad en las islas está claramente penalizado por sus factores de paso.

• 

Energía Primaria No Renovable

En el caso de la EP_NR también observamos que la opción más desfavorable es el efecto Joule, con mucha diferencia con las demás.

Como era de esperar el consumo de EP_NR de las Energía Solar es nulo y el de la biomasa, también considerada renovable, es despreciable.

En esta grafica se puede observar la ventaja del uso de la Aerotermia. En este caso una bomba de calor con COP superior a 2,5 ya tendría la consideración de renovable. El consumo de EP_NR de la bomba de calor es el más bajo después de las tecnologías 100% renovables.

El consumo de EP_NR de todos los combustibles fósiles es muy parecido.

• 

Energía Primaria Renovable

En este apartado, como no podía ser de otra forma, destacan las tecnologías renovables. La Biomasa es la que más consumo de EP_REN supone, seguida de la Energía Solar.

Le sigue muy de cerca la bomba de calor, que tiene una parte muy importante de consumo de Energía Primaria en forma renovable gracias, sobre todo, a la parte de calor que roba al medioambiente.

Los combustibles fósiles destacan en este caso por aportar una ínfima parte al consumo de EP_REN.

• 

Emisiones de CO₂

Para completar el análisis del impacto medioambiental de todas estas tecnologías de calefacción vamos a comparar las emisiones de CO₂ de cada uno de los vectores energéticos.

El caso más desfavorable es el efecto Joule, pero en este caso sólo en las Islas Baleares e Islas Canarias. El efecto Joule en la península tiene emisiones similares a los combustibles fósiles.

Por supuesto las Energía Solar no tienen emisiones asociadas. La biomasa, aunque es un combustible neutro en cuanto a emisiones de CO₂, tiene una pequeña penalización debido a la fabricación y transporte del combustible.

Las emisiones de CO₂ asociadas a la bomba de calor son muy diferentes en la Península y en las Islas. En la península, las emisiones de la bomba de calor son las más bajas después de la Energía Solar y la biomasa.

Conclusiones

Teniendo en cuenta los requerimientos del nuevo DB HE respecto a los consumos de Energía Primaria Total y No Renovable, y en vista de los resultados antes expuestos podemos decir:

• La tecnología más penalizada, sin duda, es el efecto Joule. Debido a los factores de paso de la electricidad, cada kWh de calor producido por esta tecnología supone un consumo muy alto de Energía Primaria, sobre todo de Energía Primaria No renovable.
• La bomba de calor tiene un consumo de Energía Primaria Total del mismo orden de magnitud que las calderas de combustibles fósiles. El balance que se hace según el criterio del visor EPBD hace que gran parte de ese consumo de Energía Primaria se convierta en Renovable. El aporte a la Energía Primaria Renovable es mucho más bajo que el de las caderas, sobre todo si utilizamos los factores de paso de la península.
• La Energía Solar y la Biomasa tienen el menor consumo de Energía Primaria de todas las tecnologías. Por supuesto Energía Primaria Renovable. Desde el punto de vista energético son la mejor opción.
• Las emisiones de CO₂ no están limitadas por este nuevo DB HE, pero si que serán importantes para la clasificación energética de los edificios. Desde este punto de vista, otra vez las tecnologías renovables (Solar y Biomasa) y la bomba de calor son las que menor impacto medioambiental suponen. En el caso de la bomba de calor es importante el factor de paso que se aplique. Con el factor de paso de la Islas Baleares, las emisiones de la bomba de calor se acercan mucho a las de las calderas de gas.

Dentro de los combustibles fósiles, el gasóleo es el que más emisiones tiene. Y como se podía suponer, el mayor impacto sobre las emisiones de CO₂ lo tiene el consumo de electricidad con efecto Joule, sobre todo en los territorios extra peninsulares.

Referencias

• Real Decreto 732/2019, de 20 de diciembre, por el que se modifica el Código Técnico de la Edificación
• Documento Reconocido del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE): FACTORES DE EMISIÓN DE CO2 y COEFICIENTES DE PASO A ENERGÍA PRIMARIA DE DIFERENTES FUENTES DE ENERGÍA FINAL CONSUMIDAS EN EL SECTOR DE EDIFICIOS EN ESPAÑA
• VisorEPBD – 2017-2019 – Ministerio de Fomento, Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción (IETcc-CSIC): https://www.codigotecnico.org/visorepbd#/