Bogotá, escenario óptimo para un Zero Energy District
1. aiguasol.coop
La oportunidad de posicionar a Colombia en la vanguardia
mundial de la Eficiencia Energética
Bogotá: escenario óptimo para un “ZED”
Zero Energy District
David Caetano
WOF Green Bogotá
Bogotá, 10 de Julio de 2012
2. Indice
Bogotá. Escenario óptimo para un ZED
Presentación
Contexto internacional
Contexto local
Conceptos para ZED
Estrategias y experiencias
Beneficios de un proyecto ZED
3. AIGUASOL en pocas palabras
Firma de ingeniería y consultoría independiente
Equipo de 20 personas altamente cualificadas (Doctores, Físicos, Ingenieros y
Arquitectos) y totalmente dedicadas a tareas de consultoría, I+D e ingeniería
energética
Organizada bajo la figura legal de cooperativa con una estructura de trabajo y
gestión participativa y horizontal
Fundada en 1999 por 2 PhDs de la Universitat Politècnica de Catalunya cuenta
con un amplio bagaje en I+D
A la vanguardia en el mercado de la energía renovable y la eficiencia energética
Enfocada principalmente en:
Optimización energética de edificios y áreas urbanas
Energías renovables para edificaciones e industria
Herramientas avanzadas de cálculo y simulación
3
5. Línea de desarrollo actual
Desarrollo de metodologías y herramientas innovadoras
para la generación paramétrica y el análisis en multitud de
simulaciones dinámicas (10000+) enfocadas a:
Modelos energéticos de análisis de sensibilidad en
edificios o conjuntos de edificios.
Metamodelado de sistemas energéticos.
Optimización de diseños de edificios y sistemas
Estudios de mapeado energético para barrios y
ciudades.
Diversas aplicaciones a gran escala, como mapas
energéticos, definición de directrices energéticas, análisis
de opciones de diseño, etc…
7. Contexto internacional
Contexto mundial de la energía y del cambio
climático.
Relación entre consumo de energía y cambio climático
La energía es responsable del 66% de las emisiones de GEI en el
mundo.
12. Contexto Internacional
El peso de la edificación en el consumo de energía y en las
emisiones de GEI:
Mundo (2004)
Flujos de energía mundiales desde
la energía primaria hasta los
consumidores finales (EJ)
No contabiliza la energía producida en la fabricación de los materiales de construcción
13. Contexto Internacional
El peso de la edificación en el consumo de energía y en las
emisiones de GEI:
Unión Europea
Según la Directiva Europea de Eficiencia Energética de los Edificios
(2010/31), los edificios suponen el 40% de la energía final consumida
y el 36% de las emisiones GEI
Estados Unidos
Según el US Green Building Council, los edificios suponen el 39% de
la energía final consumida y el 36% de las emisiones GEI
14. Contexto Internacional
El peso de la edificación en el consumo de energía y en las
emisiones de GEI:
Mundo
Según el RICS (2005), las emisiones de GEI de la edificación son
1/3 del total
EDIFICACIÓN + MODELO TERRITORIAL EN UE Y EEUU → 50/60% ENERGÍA Y EMISIONES GEI
No incluidas en estas cifras el consumo derivado del modelo territorial: transporte
público, alumbrado público y urbanización (energía y emisiones de los materiales)
19. Contexto Local
El peso de la edificación en el consumo de energía y en las
emisiones de GEI:
Energía y emisiones en sector edificación en Colombia
Los edificios comerciales y públicos (terciarios) consumen al año
(2010) aproximadamente el 5% de la energía total del país, así
como el 25% de la electricidad total del país
En las próximas dos décadas se prevé un incremento en el
consumo eléctrico del 150% en el sector terciario y del 75% en el
sector residencial aproximadamente.
Estos incrementos implican que se deba planificar una política de
diversificación de recursos y eficiencia energética, para que su
abastecimiento e impacto ambiental no sea un problema a futuro.
20. Contexto Local
Latitud ecuatorial:
Climatología constante y de
poca severidad en ciertas
zonas
Posibilidad de reducción
demandas energéticas.
Gran potencial de
cobertura de dicha demanda
mediante fuentes no
convencionales (solar,
biocombustibles,…)
21. Contexto Local. Coyuntura actual
Previsión de creciente demanda de edificios de oficinas
y uso terciario.
Previsión de operaciones de renovación urbana.
Previsión nuevos desarrollos urbanísticos.
Entorno favorable a nivel político/ambiental.
•Plan de Desarrollo PDFNCE.
•Programa de uso racional y eficiente energía
(PROURE).
23. Conceptos ZED
Criterios fundamentales para la concepción de
un ZED:
Optimización del entramado urbanístico: Reducción
energética de la demanda de barrio o distrito.
Directrices de diseño bioclimático en los edificios.
Generación local para cobertura de la demanda
energética, mediante combinación de diferentes
tecnologías limpias y eficientes.
Uso eficiente de la energía.
24. Conceptos ZED
Uso Herramientas de simulación dinámica
Permiten predecir y analizar de forma rápida, precisa y
económica comportamientos energéticos, sin pasar por la
experimentación real.
Analiza de forma sencilla y efectiva las complejas
interacciones que afectan al balance energético del edificio,
sistema o proceso físico a estudiar.
Proporciona la oportunidad de adaptar los diseños de los
edificios o sistemas energéticos a climatologías, tipologías,
fenomenologías y usos diferentes.
25. Conceptos ZED
Uso Herramientas de simulación dinámica
Simulación energética (edificio + HVAC + iluminación)
Iluminación natural vs Iluminación artificial
Ventilación natural vs Ventilación mecánica
Cálculo de cargas y demandas energéticas
Confort térmico / IEQ (Calidad del aire interior)
Certificado de rendimiento energético / LEED
Contribución de energías renovables y sistemas
convencionales.
Economía energética / Costes de ciclos de vida
26. Conceptos ZED
Optimización del entramado urbanístico.
A partir de la fase más preliminar o líneas iniciales del
diseño del entramado urbanístico:
Paso 1. Modelado matemático y geométrico del
entorno geográfico del barrio.
Paso 2. Análisis preliminar de casuísticas del entorno
urbano.
Diferentes densidades y esponjamientos.
27. Conceptos ZED
Optimización del entramado urbanístico.
Paso 2. Análisis preliminar de casuísticas del entorno
urbano.
Diferentes tipologías edificatorias y usos
Diferentes orientaciones para edificios
28. Conceptos ZED
Optimización del entramado urbanístico.
Paso 3. Optimización urbanística de la demanda
energética de climatización.
Uso de herramientas de simulación dinámica mediante el software
TRNSYS.
Análisis paramétrico de todas las variables mediante el software
GENOPT acoplado al motor de cálculo TRNSYS.
29. Conceptos ZED
Optimización del entramado urbanístico.
Paso 3. Optimización urbanística de la demanda
energética de climatización.
Orientaciones
Norte
Sur
Este
Oeste
Sur Este
Sur Oeste
Tipología
Torre
Barra
U
Silla
Perfiles Uso
Perfil 1
Perfil 2
Perfil 3
Perfil 4
Zona
Norte
Sur
Este
Oeste
Cima
Esponjamiento Urbano
Alto
Medio
Bajo
Este análisis parámetrico permite cruzar del
orden de 6 a 10.000 combinaciones con el
objetivo de encontrar las disposiciones
óptimas en el espacio integrando todos los
factores urbanísticos que influyen en la
demanda energética del edificio.
30. Conceptos ZED
Optimización del entramado urbanístico.
Paso 4. Mediante el Software ARCGIS se extraen los
mapas de demanda energética del barrio, pudiendo
analizar así las posibilidades de reubicación de las
diferentes edificaciones.
31. Conceptos ZED
Optimización del entramado urbanístico.
Paso 5. Consolidada la trama urbana se simulan
diferentes escenarios de envolventes térmicas de los
edificios (proporción zonas acristaladas vs zonas
opacas…)
32. Conceptos ZED
Optimización del entramado urbanístico.
Resultados obtenidos en experiencias anteriores.
Reducción de la demanda energética del orden del 20% mediante la
optimización de orientaciones, esponjamientos y reubicación de
usos. Este tipo de medidas no supone sobreinversión económica
alguna.
Reducción adicional de la demanda energética de otro 20% por
mejora de la envolvente térmica, mediante sobreinversiones
económicas con pay-backs inferiores 3 años.
33. Conceptos ZED
Directrices de diseño bioclimático en los
edificios.
Consideración de conceptos bioclimáticos asociados a:
soleamientos, sombreamientos, ventilación natural, inercia térmica,
compacidad…
Tradicional Modernidad
34. Conceptos ZED
Directrices de diseño bioclimático en los
edificios.
Análisis de flujos de aire y ventilación cruzada mediante
herramientas de simulación dinámica.
Urban scale Highrise buildingLowrise building
35. Conceptos ZED
Generación local y multitecnológica de energía
Paso 1. Análisis de diferentes modalidades de sistemas
centralizados y redes de distrito. En función del mapa de
demandas energéticas, fases constructivas, etc.
36. Conceptos ZED
Generación local y multitecnológica de energía
Paso 2. Análisis de diferentes sistemas y tecnologías de
generación energética en base al perfil de demanda.
Sistemas solares térmicos de baja y media temperatura para obtención de
ACS y climatización.
Sistemas con Bomba de Calor transporte de energía térmica.
Sistemas de calderas generación energía térmica.
Sistemas de co/trigeneración para cobertura térmica y eléctrica.
Sistemas solares fotovoltaicos para cobertura energía eléctrica.
Siempre con la finalidad de hibridar diferentes tecnologías de alta
eficiencia energética, combinando recursos energéticos
convencionales con renovables como: Gas Natural, electricidad,
energía solar, biocombustibles, biogás, biomasa, etc.
37. Conceptos ZED
Generación local y multitecnológica de energía
Paso 3. Análisis paramétrico de las diferentes variables e
indicadores combinado con las diferentes tecnologías:
Diferentes superficies de captación solar.
Diferentes potencias a instalar del resto de tecnologías.
Diferentes volúmenes de acumulación de energía.
Analizando para las diferentes casuísticas los siguientes indicadores:
– Balance energético global del sistema.
– Resultados de la inversión económica.
– Balance medioambiental. Mínimo de emisiones de CO2.
– Balance económico de la operación. TIR y pay-back óptimo.
38. Conceptos ZED
Generación local y multitecnológica de energía
Análisis de los diferentes indicadores.
(60.000.000,00)
(40.000.000,00)
(20.000.000,00)
-
20.000.000,00
40.000.000,00
60.000.000,00
80.000.000,00
100.000.000,00
120.000.000,00
2019
2021
2023
2025
2027
2029
2031
2033
2035
2037
2039
2041
2043
2045
2047
2049
Balance de caja anual y flujo de caja inversiones red de distrito- 25% fondos ajenos
Balance de caja
Balance de caja acumulado
39. Conceptos ZED
Generación local y multitecnológica de energía
Análisis de los diferentes indicadores.
7,50%
7,70%
7,90%
8,10%
8,30%
8,50%
8,70%
8,90%
9,10%
9,30%
-15% -10% -5% 0% 5% 10% 15%
Análisis de sensibilidad de distintas variables sobre la rentabilidad de
fondos propios (50% financiación al 4%)
cambio enganche calor
cambio enganche frío
cambio energía calor
cambio energía frío
cambio tarifa cogeneración gas
cambio tarifa cogeneración limpia
40. Conceptos ZED
Generación local y multitecnológica de energía
Análisis de los diferentes indicadores.
0,00%
2,00%
4,00%
6,00%
8,00%
10,00%
12,00%
Escenario 1 Escenario base Escenario 2
Análisis de sensibilidad de distintas variables sobre el incremento de
precio de la energía(50% financiación al 4%)
Cambio incremento precio de la
electricidad
Cambio incremento precio del gas
41. Conceptos ZED
Generación local y multitecnológica de energía
Análisis de los diferentes indicadores.
SISTEMA DISTRITAL
DEMANDAS Y CONSUMOS, MWH EMISIONES, TONELADAS CO2
DIFERENC
IA
(toneladas
CO2)
COMENTARI
OS
Calor +
pérdidas
distritales
Frío +
pérdidas
distritales
Consum
o gas
Consumo
electricidad
Electricida
d generada
Electricida
d causada
por
ventilación
Emisione
s sistema
distrital
Emisiones
sistema
ventilación
Emisione
s
evitadas
distrital
Emisione
s finales
centrales
Fase 1A 9,391 1,799 18,121 570 6,526 493 3,896 173 3,263 806 467
año 2019,
fase 1A toda
conectada
Fase
1A+1B
18,211 4,706 44,666 1,688 17,222 2,047 9,703 544 8,611 1,635 1,585
año 2021,
solo un 75%
de los
edificios fase
1B
conectados
Fase
1A+1B+2
36,238 19,686 46,464 6,662 31,210 5,825 11,810 1,322 15,605 - 2,472 9,578
año 2025,
70% fase
1A1B2
conectado
Fase
1A+1B+2+
3
63,255 24,276 56,079 7,209 49,453 6,450 13,963 59 24,727 - 10,705 19,118
año 2030,
todo
conectado
45. Estrategias y Experiencias
Optimización del entramado urbanístico.
Análisis comportamiento energético barrio de edificios
de viviendas en Cerdanyola del Vallès (Barcelona).
Planificación energética global del barrio de la Marina
(Barcelona).
47. Estrategias y Experiencias
Optimización del entramado urbanístico.
Evaluación energética del Master-Plan del Barrio
Zorrotzaurre en Bilbao. Proyecto de Zaha Hadid.
48. Estrategias y Experiencias
Optimización del entramado urbanístico.
Desarrollo del Plan Energético de Barcelona en el
apartado de optimización energética en urbanismo.
Desarrollo del Plan Energético de las Islas Baleares.
49. Estrategias y Experiencias
Proyecto Sistemas Generación DH&C: DUCH (Madrid)
• Inversión en infraestructuras públicas de
1.500 M€ (incluida la remodelación de la
estación de Chamartín).
• Más de un millón de m2 construidos de
oficinas y más de 15.000 viviendas.
• Presentado en el Ayuntamiento de
Madrid el Plan Parcial de Reforma
Interior del Proyecto
• Objetivo general: diseño de un barrio
ecoeficiente
• Objetivo concreto: determinación de la
viabilidad de un sistema energético de
barrio.
52. Beneficios de un proyecto ZED
Proyecto energético e innovador que refuerza y da valor a la política
energética nacional en lo referente a eficiencia energética.
Fomenta la innovación local y el espíritu empresarial, generando múltiples
puestos de trabajo.
Apoyo económico a las compañías privadas relacionadas con el sector de
las energías limpias y los servicios energéticos (ESCOs).
Atrae inversiones, al tratarse de un planteamiento visionario e innovador.
Proyecto pionero en el país y en la región andina.
Proyecto demostrativo y pedagógico.
