El consum d’energia en els edificis ha augmentat considerablement en les últimes dècades per l’increment de les exigències de confort. Tot i així una major consciència social sobre la necessitat d’estalviar energia i, sobretot, els canvis normatius, estan ajudant a reduir el consum dels edificis.

Per reduir el consum d’energia de forma efectiva és imprescindible qüestionar-se quines són les instal·lacions que ha de tenir l’edifici. Un aspecte important és avaluar el rendiment dels sistemes, però hi ha altres factors igualment importants com el grau real de confort que poden oferir i la flexibilitat que tindran els usuaris per utilitzar-los.

El disseny de les instal·lacions i els altres elements de l’edifici s’ha de fer en conjunt, al mateix temps. Els sistemes actius cada vegada tenen més rellevància, per tant han de formar un tot coherent amb els sistemes passius per tal de garantir el confort sense malbaratar energia. Aquesta dependència d’uns i altres sistemes serà cada vegada més rellevant a mesura que s’exigeixi una reducció més gran del consum d’energia, ja que els sistemes actius d’un edifici de consum d’energia quasi nul poc tenen a veure amb els d’un edifici convencional.

Climatització

La major part del consum d’energia dels edificis és degut a la necessitat d’escalfar-los i refredar-los, per tant les decisions que es prenguin a l’hora de dissenyar el sistema de climatització tindran una gran repercussió en el consum final d’energia de l’edifici.

Un bon sistema de climatització no es limita a utilitzar els equips amb millor rendiment del mercat. La clau per assolir un consum baix és poder garantir als usuaris un alt grau de confort i flexibilitat a l’hora de gestionar el sistema. Si el sistema de climatització genera disconfort, per exemple per una elevada velocitat de l’aire d’impulsió o per diferències de temperatura en els espais, els usuaris de l’edifici començaran a fer una gestió no prevista de l’edifici. Alguns efectes habituals dels sistemes deficients són l’obertura de finestres amb la climatització en funcionament, tapat de boques d’impulsió, assignació de temperatures de consigna extremes, etc.

Els sistemes tot aire tenen diversos avantatges pel que fa a l’estalvi d’energia. Els més destacables són que permeten fer free cooling, instal·lar recuperadors de calor i controlar els nivells d’humitat de l’aire. Tot i així no són el sistema més adequat per tots els casos, ja que requereixen una quantitat d’espai important per fer-hi passar els conductes i cal tenir un servei de manteniment que netegi aquests conductes.

Els sistemes aire-aigua poden ser de diversos tipus. Per exemple tenim el sistema amb aerotermos i el sistema radiant. Un dels principals avantatges d’aquests sistemes és que requereixen menys espai que un sistema tot aire. En el cas del sistema amb aerotermos permet un gran control de la climatització perquè es pot controlar la temperatura de cada local i donar calefacció i refrigeració al mateix temps. Els sistemes de terra i sostre radiant permeten donar una millor sensació de confort i, com que tenen una temperatura d’impulsió de l’aigua moderada, fan que el rendiment de la producció de l’aigua sigui millor.

Els sistemes tot aigua es caracteritzen pel fet de no haver-hi aire tractat, no hi ha climatitzadors o unitats centrals de tractament d’aire. Avui en dia tots els edificis nous han de tenir un sistema de ventilació forçada, per tant caldrà col·locar un sistema de ventilació independent. Les unitats terminals seran aerotermos si tenim producció de fred i calor. En cas que tan sols tinguem producció de calor les unitats terminals poden ser radiadors convencionals o superfícies radiants. Aquests sistemes permeten fer un control zonificat utilitzant vàlvules termostàtiques. Això sí, cal tenir una instal·lació de dos tubs, de manera que al apagar un aparell no s’interrompi tot el sistema.

Els sistemes d’expansió directa són força més simples que els altres sistemes esmentats fins ara. En trobem de compactes i de partits. En el cas dels partits hi ha una unitat interior i una d’exterior, unides pels conductes pel refrigerant. Els aparells compactes tenen tots els elements del circuit frigorífic en el seu interior. La seva instal·lació és senzilla però són sorollosos. Aquest problema no el tenim amb els sistemes partits, perquè el compressor, que és l’element que fa més soroll, està a l’exterior.

Hi ha moltes possibilitats a l’hora de dissenyar el sistema de climatització d’un edifici. Aquí n’hem vist una petita part, però es poden fer moltes combinacions d’elements per crear sistemes que s’adaptin a les necessitats de cada edifici. La principal conclusió és que el rendiment a l’hora de generar calor o fred condicionarà el consum final, però hi ha altres factors a tenir en compte que també influiran molt en aquest consum. Per exemple és molt important que el sistema es pugui adaptar correctament a les necessitats reals dels usuaris, així resulta més fàcil gestionar la climatització i es pot estalviar energia sense renunciar al confort.

Calderes

Hi ha dos factors bàsics a tenir en compte a l’hora d’escollir una caldera: el seu rendiment i el combustible que utilitzarà. Aquests dos factors condicionaran el consum d’energia i l’impacte ambiental de la producció d’aigua calenta.

Caldera convencional

Aquest tipus de caldera impulsa l'aigua a un temperatura compresa entre els 70 i els 90ºC, i ha de tenir una temperatura mínima de retorn de 55ºC. Aquestes temperatures són força elevades i per tant impliquen un consum d'energia considerable.

Si es reduís la temperatura es podria estalviar energia, però les calderes convencionals no poden treballar a menys temperatura. La raó és que han de treballar a una temperatura prou alta per evitar la condensació àcida. Si el vapor d'aigua produït durant la combustió es condensa, i es combina amb el sofre present en la combustió del gasoil, ens apareix anhídric sulfurós i àcid sulfúric. Com que són molt corrosius farien malbé la caldera. Si la caldera és de gas natural el problema persisteix, perquè es produeix àcid carbònic.

Caldera de baixa temperatura

Aquestes calderes estan dissenyades per produïr poques condensacions, encara que treballin amb una temperatura de l'aigua d'alimentació d'entre 35 i 40ºC. La clau és la utilització d'una doble paret amb cambra d'aire entre els gasos de combustió i l'aigua. Així l'aportació de calor a l'aigua es dosifica i s'evita en gran mesura arribar al punt de rosada.

Aquestes calderes estan construïdes de forma que les condensacions de vapor d'aigua que es poden produïr no deterioren els conductes interiors. Això permet adaptar la temperatura de funcionament segons la demanda calorífica, i per tant podem dir que poden adaptar-se a la corba característica de calefacció d'un edifici.

Caldera de condensació

Aquestes calderes es caracteritzen per aprofitar la calor latent del canvi de fase del vapor d'aigua contingut als gasos de combustió. Aquesta calor es transfereix a l'aigua abans que aquesta sigui escalfada per la combustió.

Les superfícies d'intercanvi d'aquestes calderes han de ser especialment resistents, i han d'utilitzar cremadors pressuritzats per reduïr l'excés d'aire i disminuir així el punt de rosada.

Caldera de biomassa

Aquestes calderes no es caracteritzen per la seva eficiència, sinó pel tipus de combustible que utilitzen: estelles, encenalls, pellets, etc.

Actualment la biomassa com a combustible té un paper estratègic, tant per la seva contribució a la bona gestió dels boscos, la valorització dels residus llenyosos, l'estalvi de combustibles fòssils com per a contenir les emissions de CO₂.

L'inconvenient de la biomassa sòlida com a combustible és la necessitat d'un espai de dimensions considerables per a emmagatzemar el combustible.

Sistemes d'expansió directa

Els sistemes d’expansió directa més habituals que trobem són els de tipus split per refrigeració o bombes de calor. Aquests sistemes aquests sistemes es caracteritzen per tenir uns rendiments molt elevats en comparació amb els d’una caldera. La raó per tenir un rendiment tant alt, superior al 100%, és que la bomba de calor no crea calor sinó que es limita a transportar-lo d’un punt a un altre. S’aprofita una propietat dels gasos: quan un gas es comprimeix incrementa la seva temperatura, i quan s’expandeix es redueix la seva temperatura. Per entendre-ho veurem una versió simplificada del cicle que segueix el refrigerant. Primer el refrigerant entra al compressor, on augmenta la seva temperatura. En sortirà tan calent que l’aire exterior, encara que estigui a més de 30º, tindrà una temperatura més freda. Per tant al intercanviar calor amb l’aire exterior estem refredant el refrigerant de forma gratuïta. Aquest refrigerant continua el camí fins a la vàlvula d’expansió, i al expandir-se es refredarà encara més. D’aquesta manera, quan el fem passar per la unitat interior el refrigerant estarà tan fred que absorbirà calor de l’ambient interior. A continuació tornaria a anar al compressor i ja hem fet el cicle sencer. Ja veieu que la bomba de calor ens permet refredar de forma molt econòmica, perquè el que fem és traslladar el calor de l’interior fins a l’exterior. Quan és hivern el cicle s’inverteix però el procés és exactament el mateix.

El rendiment d’una bomba de calor habitualment s’expressa en tant per u, no en percentatge com en les calderes. El COP és el rendiment en calefacció i l’EER és el rendiment en refrigeració.

Una bomba de calor tradicional tindrà un COP d’entre 2,5 o 3, uns valors molt elevats en comparació amb una caldera. Tot i així les bombes de calor inverter presenten uns valors encara més elevats. La raó és que utilitzen un cabal de refrigerant variable que els permet adaptar-se a les necessitats tèrmiques de cada moment.

Ventilació

Actualment un edifici nou ha de disposar obligatòriament d’un sistema de ventilació mecànica. Les principals raons per utilitzar sistemes de ventilació mecànica són:

Un dels principals avantatges és garantir els mínims de qualitat de l’aire interior per la concentració de CO2. Confiar la ventilació a les imperfeccions de l’envolupant tèrmica és un greu error, sobretot tenint en compte que cada dia es fan edificis més estancs. En edificis localitzats en zones contaminades, com ciutats o zones industrials, amb la ventilació mecànica s’obre la possibilitat de filtrar l’aire. Està demostrat que l’exposició prolongada a la contaminació ambiental pot causar diferents malalties, per tant aquesta mesura pot millorar, a més del confort i l’eficiència energètica, la salut de les persones. Això també pot ser un avantatge per a persones amb al·lèrgies, ja que es pot filtrar el pol·len i altres agents al·lèrgens. Un sistema de ventilació mecànica també pot suposar una millora en el confort per l’eliminació d’olors provinents de l’exterior i la possibilitat de pretractar l’aire que entra a l’edifici per assegurar que té unes condicions ideals.

A part de suposar beneficis per a la salut i el confort, la ventilació mecànica pot ser una eina d’estalvi energètic si es dissenya de forma adequada. Per una banda podem ventilar estrictament el necessari, per tant hem de climatitzar menys aire. Per altra banda podem utilitzar un sistema de pou canadenc o geotèrmia per preescalfar o prerefrescar l’aire. També podem instal·lar un recuperador de calor, de forma que l’aire climatitzat que hem d’expulsar per raons de salubritat serveixi per acondicionar la temperatura de l’aire que entra de l’exterior. Construïr edificis de molt baix consum energètic seria impossible sense utilitzar ventilació mecànica, és una de les estratègies clau en els projectes ambiciosos.

Il·luminació

Una bona il·luminació ha de proporcionar la llum adequada, durant el temps adequat i en el lloc adequat. D’aquesta manera les persones que utilitzen l’edifici podran tenir un bon confort sense haver de patir fatiga visual.

El tipus de làmpada acostuma a ser el primer que es comprova al evaluar l’eficiència d’una instal·lació d’il·luminació, però hi ha altres factors que també tenen una gran repercussió en el consum final d’energia i el confort dels usuaris.

En el sector domèstic el més habitual és trobar làmpades d’incandescència, fluorescència o LED. La tecnologia LED està destinada a substituir les altres per la seva major eficiència i durabilitat. Les làmpades fluorescents porten components que poden resultar nocius per a la salut, per tant és un altre punt a favor de la tecnologia LED.

En edificis d’oficines o altres usos que no siguin el domèstic és habitual trobar làmpades fluorescents de tipus T8 o T5, làmpades d’halogenurs metàl·lics i làmpades de vapor de sodi. En el cas dels fluorescents existents podem trobar que tinguin diferents tipus de balasts que condicionin les característiques de la instal·lació. El balast és el component que limita el consum de corrent de la làmpada als seus paràmetres òptims. Des del punt de vista de l’eficiència energètica podem diferenciar tres tipus de balasts: magnètic estàndard, magnètic de baixes pèrdues i electrònic. Dels tres, l’electrònic és el balast que permet estalviar més energia, fins a un 25% respecte un equip magnètic estàndard. També permet allargar la vida de les làmpades fins a un 50%, fa que l’encesa de la làmpada sigui instantània i evita el parpalleig de la llum. Per tant un fluorescent amb balast electrònic serà més eficient i proporcionarà més confort als usuaris.

El disseny de les llumeneres influeix molt en el confort visual. Si la llumenera està mal dissenyada ens obligarà a utilitzar làmpades de més potència per evitar la fatiga visual o crearà enlluernaments als usuaris.