1. RESUMEN DEL PROYECTO DE FIN DE CARRERA: “Estudio para mejora de la eficiencia energética en
residencia universitaria en Leeds, Reino Unido “
Autor: Daniel Santana Pérez Tutor: Luis Fernando Martín Rodríguez Titulación: Ingeniería Industrial
Escuela de Ingenierías Industriales y Civiles - Universidad de Las Palmas de Gran Canaria - Enero de 2016
1. Introducción
En los últimos años, se ha puesto de manifiesto
la necesidad de reducir el consumo energético a
nivel global, con el fin de frenar el cambio climático
y reducir el coste de la factura energética y la
dependencia del exterior.
Los edificios consumen aproximadamente un
40% de la energía consumida en la Unión Europea,
por lo que el Reino Unido, junto al resto de países
europeos, ha legislado en la dirección marcada por
la Directiva 2012/27/UE para mejorar la eficiencia
energética de los edificios. En este sentido, las
organizaciones e instituciones públicas, como es el
caso de las instituciones inglesas del sector de la
Educación Superior (HEFCE), se han comprometido
a una reducción del consumo energético y de las
emisiones asociadas.
La Universidad de Leeds, a través del Plan de
Gestión de las Emisiones de Carbono, se ha fijado
el objetivo de reducir las emisiones de carbono en
un 35% en el año 2020, en comparación con los
datos de 2006. Los edificios residenciales causan
una buena parte del consumo energético de la
Universidad de Leeds, según datos de la
Universidad, en el 2006 el consumo eléctrico en las
residencias constituía un 13% del total, y el
consumo de gas un 74%.
En este contexto surge la voluntad de mejorar la
eficiencia energética dentro del Servicio de
Residencias de la Universidad de Leeds, eligiéndose
la Residencia Lupton ya que aunque es una de las
residencias que mayor número de estudiantes y
cuenta con un alto índice de consumo energético
por estudiante, no se habían programado
actuaciones a corto o medio plazo para mejorar su
eficiencia energética. Se definieron los siguientes
objetivos del proyecto:
- Analizar el comportamiento energético del
edificio en general, y de las distintas
instalaciones y elementos relevantes para la
eficiencia energética en particular.
- Analizar el sistema de gestión energética de la
residencia.
- Evaluar, elegir y definir actuaciones para la
mejora de la eficiencia energética, atendiendo a
sus potenciales de ahorro y viabilidad técnica y
económica.
2. Descripción del edificio
Los 14 bloques que alojan a los estudiantes se
encuentran en una parcela 30.000 m2
ubicada al
noroeste de la ciudad de Leeds. Estas edificaciones
son originarias de los años 60, de tres niveles sobre
rasante cada uno, y con una distribución planta en
forma de “T”, siendo la superficie interior de 720
m2
por bloque. Estos bloques alojan a un total de
630 estudiantes en habitaciones individuales. Cada
planta ubica a tres clústeres habitacionales con 5
habitaciones, un lavabo con ducha y una cocina por
clúster.
Respecto a la envolvente térmica, los bloques
cuentan con muros exteriores con cámara de aire a
la que se ha realizado una infiltración de material
aislante de poliestireno expandido con
anterioridad. Por un lado, los forjados de la planta
inferior están compuestos de una loza de cemento
maciza, mientras que las cubiertas son de tipo
inclinada con tejas de hormigón. La bajo-cubierta
cuenta con una capa de aislamiento térmico
añadida de 100mm de espesor en su perímetro,
mientras que el espacio central, ocupado por el
cuarto de instalaciones térmicas carece de dicho
elemento. Las ventanas son de PVC con doble
acristalamiento con espacio de 12 mm entre hojas.
Por otro lado, las puertas exteriores son de
madera, con gran parte de su superficie acristalada.
El sistema de iluminación cuenta con lámparas
fluorescentes y CFL. Además, los baños cuentan
control de iluminación por sensor de presencia,
mientras que los pasillos en zonas comunes tienen
interruptores con temporizador.
El sistema de calefacción y ACS se alimentan de
sendas calderas de gas ubicadas en el espacio bajo-
cubierta.

2. 3. Auditoría energética
Visita a las instalaciones
Se realizaron tres visitas a las instalaciones en
los meses de Diciembre de 2014, Abril y Junio de
2015. Durante las mismas se entrevistó al personal
de administración de la residencia Lupton, que
facilitó el acceso a los bloques E y F para la
inspección de la instalaciones, toma de mediciones,
etc. Además se recogió información acerca de
datos de ocupación, horarios de uso por parte de
los usuarios, etc.
Análisis del consumo energético y emisiones
El estudio de los datos de consumos,
proporcionados para el periodo 2011-2014 a partir
de los contadores ubicados en cada bloque,
concluye que el índice de consumo de energía
anual media es de 320,11 kWh/m2
, siendo de
257,08 kWh/m2
para el consumo de gas natural y
63,03 kWh/m2
para electricidad.
Se observa que en comparación con edificios de
similares características a partir de los diferentes
benchmarks del sector, la Residencia Lupton se
encuentra con un mayor consumo energético por
unidad de área lo que permite suponer que existe
un significativo potencial de ahorro a nivel práctico.
Respecto a el índice de consumo de emisiones,
establecido en 83,49 kgCO2/m2
, también se
considera alto comparado con otras residencias.
Análisis regresivo del consumo de gas
La aplicación del Método de los Grados-día
permitió considerar el efecto de las fluctuaciones
meteorológicas en el consumo de energía.
Como se observa en la Figura 2, la ecuación de
las líneas de rendimiento para cada periodo nos da
información en forma de valores de pendiente
(proporcionalidad entre grados-día y consumo) y
ordenada en el origen (representa la carga base).
Figura 2 - Método de los Grados-día
El valor de la pendiente sugiere que el complejo
residencial consume entre 601 y 686 kWh por cada
grado-día extra. La carga base, correspondiente en
este caso al consumo del sistema ACS, ya que el
edificio no cuenta con cocinas de gas, osciló entre
82,7 MWh (2012/13) y 107,4 MWh (2011/12).
El valor de R2
, que se sitúa entre 0,85 y 0,93,
hace entender que la calidad de los datos
registrados es buena.
Simulación asistida por ordenador
Ante la falta de medición del consumo por sub-
sistema, se ha utilizado el programa de simulación
energética eQuest para obtener los consumos
específicos de cada instalación.
Utilizando la interfaz de usuario se realizó la
construcción del edificio modelo, en el que se
incluyen sus dimensiones, características
constructivas, sistemas energéticos, patrones de
ocupación, etc. Posteriormente, se calibró el
modelo, comparando los valores de consumo
energético mensual medidos con los simulados.
La Tabla 1 recoge los resultados, observándose
los valores para cada sub-sistema consumidor de
energía.
Sistema Consumo anual
Calefacción 1 506 865
A.C.S. 1 065 835
Consumo de Gas Natural 2 572 700
Iluminación interior 283 682
Cargas exteriores 31 416
Ventilación 29 960
Equipos de bombeo 17 710
Cargas interiores 250 712
Consumo de Electricidad 613 480
TOTAL 3 186 180
Tabla.1 - Consumo energético anual simulado (kWh
0 50 100 150 200 250 300
Residencia Lupton - Datos medidos
CIBSE TM 46 - General
accomodation
HEEPI - Fossil heated - Typical
CIBSE Guide F - Education
residential flats - high
CIBSE Guide F - Education
residential flats - low
HEEPI - Fossil heated - Good
HEEPI - Fossil heated - Best
Electricidad Gas
Figura 1 - Comparativa de benchmarks
y = 601.75x + 107391
R² = 0.915
y = 632.26x + 82723
R² = 0.9298
y = 685.98x + 85736
R² = 0.8529
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
0 100 200 300 400 500
kWhGaspormes
Grados día de calefacción por mes
2011/12
2012/13
2013/14

3. 4. Propuestas de mejora en la instalación de
iluminación interior
Sustitución de luminarias actuales por nuevos
equipos LED
Con el objetivo de reducir la potencia del
sistema manteniendo a su vez unos niveles de
iluminación adecuados, se propone instalar un
total de 2310 nuevos equipos LED.
Figura 3 - Potencia de iluminación nuevos equipos
El sistema de iluminación propuesto con las
nuevas luminarias consumiría 157.206 kWh al año;
es decir, un 44% menos comparado con el sistema
actual, lo que supone un ahorro energético anual
de 126.476 kWh.
Instalación de sistemas de control de la
iluminación
Para conseguir un ahorro energético adicional
cuando las estancias están vacías o reciben
suficiente cantidad de luz natural, se propone
instalar un sistema de control de la iluminación, en
las cocinas, habitaciones y pasillos interiores, que
no contaban con ningún sistema de control. La
Tabla 2 presenta la relación de los 1008 equipos de
control a instalar.
El sistema elegido es compatible con las
luminarias elegidas para reemplazar a los equipos
actuales.
Estancia Control actual
Control
propuesto
Controles
a instalar
Cocina Ninguno
Sensor ocupa.
+ luz diurna
126
Baño
Sensor
ocupación
Sin cambios 0
Pasillo
interior
Ninguno
Sensor
ocupación
252
Habitación Ninguno
Sensor ocupa.
+ luz diurna
630
Pasillo
común
Interruptor con
Temporizador
Sin cambios 0
Total 1008
Tabla 2 - Sistemas de control para la instalación propuesta
El consumo total del sistema de iluminación con
las medidas combinadas resulta de 124.626,6
kWh/año, equivalente a 64.432 kg de CO2, lo que
supone una reducción del 56,1% respecto al
sistema actual.
En términos económicos, el coste estimado de
los nuevos equipos LED y sistemas de control sería
de £250.947,90 por lo que el plazo de recuperación
de la inversión o payback es de 9,2 años.
5. Propuestas de mejora en la envolvente térmica
Instalación de aislamiento térmico en el espacio
bajo-cubierta
En la zona perimetral, se ha optado por la
instalación de un total de 3178 m2
de lana mineral
natural de 150 mm de espesor, y resistencia
térmica 3,4 m²K/W. Por otro lado, para el cuarto de
instalaciones térmicas, se ha optado por la
instalación de 490 m2
de paneles rígidos de espuma
de poliisocianurato (PIR), de 85mm de espesor y
resistencia térmica de 3,4 m²K/W.
Se calcularon unos ahorros aproximados
anuales de 128.054 kWh, equivalentes a 27.660 kg
de CO2, una reducción del 9% respecto al sistema
original.
La medida cuenta con un coste de £47.905,06
teniendo un plazo de recuperación de la inversión
de 8,9 años.
Instalación y renovación de los elementos de
sellado de puerta exterior
Para mejorar la estanqueidad en las entradas,
se propone la revisión de los elementos de sellado
en el marco de las puertas exteriores así como la
instalación, en el umbral de las mismas, de un
sistema de sellado avanzado. La medida cuenta con
un coste de £363,30.
6. Aprovechamiento de energías renovables para
instalaciones térmicas
Se consideraron las distintas tecnologías para
sustituir el uso de gas natural de forma total o
parcial mediante el aprovechamiento de energías
renovables para el sistema de calefacción y ACS,
teniendo en cuenta asimismo las recomendaciones
del plan de reducción de emisiones de carbono de
la Universidad de Leeds.
Tras descartarse el uso de biomasa y de
bombas de calor, debido a que solo se consideran
como opción viable económicamente para la
sustitución de sistemas eléctricos, se concluyó que
70434
47124
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
Potencia lámparas -
Sistema actual
Potencia equipos
LED - Sistema
propuesto

4. la mejor opción era estudiar la implantación de un
sistema de energía solar térmica.
Se confirmó la viabilidad técnica de la medida,
ya que el tejado cuenta con una inclinación de unos
30o
, con zonas orientadas hacia el sur,
aproximadamente 50 m2
en cada bloque. Sin
embargo, aunque de acuerdo con la simulación
realizada esta medida supondría una reducción del
consumo de gas de hasta 260.873,6 kWh anuales
(32% del total), esta contaría con un plazo de
recuperación de la inversión superior a los 43 años,
considerablemente superior al tiempo de vida de
los captadores, por lo que quedaría descartada su
viabilidad económica.
7. Propuestas de mejora que no requieren
inversión económica
Reducción de la temperatura de control máxima
del sistema de calefacción
Se propone la reducción en un grado de la
temperatura de control máxima del sistema de
calefacción. La reducción propuesta de un grado
conllevaría unos ahorros anuales de 152.015 kWh
y 32.835,4 kg de CO2 emisiones anuales asociadas,
lo que supondría una reducción del 11,2% en
consumo energético del sistema de calefacción.
Reducción de la temperatura en el calentador de
A.C.S.
Se propone la reducción de la temperatura a
60o
C en los calentadores, siempre y cuando
continúe el programa de monitorización y
prevención la Legionella, garantizando que no
existan en el sistema de distribución tramos donde
la temperatura es inferior a los 50o
C.
En ese caso se podrían conseguir ahorros
anuales cercanos al 2% en el consumo de gas por
parte del sistema de A.C.S., o lo que es lo mismo,
un ahorro anual de 20.556 kWh, equivalentes a
4.440 kg de CO2.
8. Creación de un plan de gestión energética
Finalmente, como principal recomendación
para acciones futuras se ha establecido la
necesidad de crear por parte de la administración
un plan de gestión energética adaptado a las
peculiaridades de la residencia, y que contemple
las siguientes acciones:
- Planificar una gestión energética basada en la
mejora continua.
- Nombrar responsables de la gestión energética,
incluyendo tanto a empleados como a residentes.
- Definir unos objetivos de techo del gasto
energético que motiven las actuaciones de
mejora y la gestión energética.
- Estudiar la implantación de un sistema de
medición inteligente.
- Llevar a cabo un control del consumo energético
eficiente.
- Lanzar una campaña de comunicación que tenga
en cuenta los factores que fomentan la
motivación y participación de los usuarios.
9. Conclusiones
Tras haber analizado en profundidad el
comportamiento energético del edificio, así como
el estado y características de las instalaciones
consumidoras de energía, se han establecido una
serie de medidas a aplicar para mejorar la
eficiencia energética del mismo.
Respecto a las medidas que suponen una
inversión económica, y tras descartar el
aprovechamiento de energías renovables, se han
diseñado intervenciones en el sistema de
iluminación y la envolvente térmica, con una
duración programada de las obras de 3 meses y un
presupuesto de ejecución material de
£308.192,72.
Se han establecido además propuestas que no
requieren inversión económica para los sistemas
de calefacción y A.C.S.
Finalmente como principal recomendación para
acciones futuras se ha establecido la necesidad de
crear por parte de la administración un plan de
gestión energética para mejorar el control sobre el
consumo y fomentar la motivación y participación
de residentes y trabajadores.