Estudi del potencial d’estalvi energètic en cobertes

CÀLCUL D’ESTALVI ENERGÈTIC COMPARAT ENTRE REHABILITACIÓ IMPLANTANT COBERTES VERDS O COBERTES BLANQUES EN UN POLÍGON D’HABITATGES EN BLOC

Objectius del projecte:

Analitzar el potencial que tenen les cobertes del municipi en l’àmbit de l’estalvi energètic (que no producció energètica).
Es fa una diagnosi del número i la mesura de cobertes on es pot intervenir, tant als d’habitatges de particulars com d’equipaments dels quals el manteniment és responsabilitat de l’Ajuntament.
Es comparen els costos econòmics de dues intervencions diferents a les cobertes existents (transformació a «coberta verda» o a «coberta blanca»), així com la comparació d’estalvi energètic generat, cost de manteniment i vida útil de les propostes.
Una vegada comparats els costos d’inversió i el seu retorn, s’analitza la baixada d’emissions de CO2*eq que suposen les diferents intervencions i es compara amb les emissions mitjanes generades pels automòbils del municipi (per a tenir una referència clara).
A nivell metodològic i de recopilació de dades, s’ha agafat com a referent la publicació Economic comparison of white, green, and black flat roofs in the United States. Elaborat per:
A)Julian Sproula, Man Pun Wanb, Benjamin H. Mandela, Arthur H. RosenfeldaaLawrence Berkeley National Laboratory, One Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720, United States.
B) School of Mechanical & Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, Singaporea
Publicat el 18 de Novembre de 2013 .

DEFINICIÓ DELS TIPUS DE COBERTA COMPARADES

A) Coberta blanca:

Descripció:
Les poliolefines termoplàstiques (TPO) són una classe de plàstic que s’utilitza en una varietat de mercats i aplicacions (especialment en el sector del transport, incloses les peces plàstiques tant de l’interior com de l’exterior de l’automòbil). També són utilitzades per a la fabricació de membranes d’impermeabilització i aïllament de sostres i terrats per a cobertes i aïllament de cables elèctrics.

Les TPO són, en general, modelades per injecció en l’article desitjat, encara que cada vegada hi ha més ús de la làmina termo-formada i el perfil d’extrusió i altres processos.
Les TPO es produeixen generalment per la mescla de polipropilè (PP) amb copolímers elàstics d’etilè (elastòmers de poliolefina o POE) i l’addició altres materials de càrrega i additius. Les quantitats de mescla específics depenen de l’equilibri global de propietats per a complir amb les especificacions de rendiment i equips de processament desitjats que s’utilitza per a una aplicació.

Els ingredients dels TPO generalment inclouen:
• Polipropilè (incloent homopolímer, copolímer d’impacte o altres), que generalment proporciona la rigidesa i l’estabilitat a la temperatura
• Elastòmers que donen flexibilitat i resistència a l’impacte
• Talc o altres càrregues minerals (exemple: fibra de vidre o carboni) que imparteixen alta rigidesa i estabilitat dimensional a la peça
• Additius (incloent antioxidants, plastificants i additius per a la resistència a la ignició, al rallat i a l’aigua de mar) per a millorar el rendiment d’ús final i durabilitat.

Els TPO rígids es fan, en la seva majoria, amb un component de polipropilè amb ingredients afegits per a aconseguir un equilibri global de propietats. El desenvolupament de la formulació de TPO rígid s’inicia mitjançant la selecció d’un PP apropiat, i l’addició de solo el nivell mínim de modificador per a aconseguir ductilitat acceptable, mentre que es manté la rigidesa (que es mesura pel mòdul de flexió) el més alta possible.

Un compost de TPO rígid típic es compon de:
• 56% de polipropilè, generalment un copolímer d’impacte (ICP) o un homopolímer (HPP)
• 24% d’elastòmer
• 20% de talc
• Estabilitzants i additius, segons sigui necessari per a la durabilitat de la peça

Un compost TPO tou típic es compon de:
• Una base de matriu polimèrica de:
– 70% d’elastòmer d’alta resistència en estat fos
– 30% polipropilè ramificat o convencional
• L’addició estabilitzadors i de farciment (farcit mineral / plastificant), segons es desitgi per al cost i el rendiment

Preu material aproximat: 15,1 E/m². Preu de mercat. Marca: Danosa Building together. TARIFA 2017. VERSIÓ 3.07.

B) Coberta verda:

Descripció:
Una coberta verda és una superfície de coberta que està preparada per a acomodar vegetació i/o per a l’ús humà, ja sigui com a terrassa, pati, zona d’esbarjo o d’hort.
A més de proporcionar un espai vital addicional, la coberta verda té molts altres avantatges ecològics i econòmics, com la prolongació de la vida útil de la coberta, la reducció del soroll i la contaminació, la retenció d’aigua, l’estalvi energètic o la millora del clima i del paisatge urbà.

Intensiva:

La coberta enjardinada o coberta intensiva és la que utilitza com a vegetació plantes més altes, vivaces arbustives o arbres, i pot usar-se també per a activitats humanes (zones transitables de vianants o vehicles). Són, en realitat, veritables parcs o jardins situats sobre una coberta, en la qual pràcticament totes les activitats són possibles sempre que es respecti la càrrega màxima de la coberta.
A més d’aquests dos sistemes de cobertes, també són possibles cobertes semi-extensives.

Preu material aproximat: 114,37 E/m². Coberta plana enjardinada intensiva convencional, formació d’arracades amb formigó cel·lular, aïllament amb planxes de poliestirè expandit, capa separadora amb geotèxtil, impermeabilització i protecció anti-arrels amb membrana formada de dues làmines una LBM (APP)- 30- PE i l’altra LBM (APP)- 40- FP, capa separadora, retenidora drenant i filtrant de poliestirè amb dos geotèxtils i substrat de terra vegetal de 40 cm de gruix. Dades TCQ.

Imagen de www.revi.es

Extensiva:

La coberta ecològica o coberta extensiva és aquella la vegetació de la qual la constitueixen plantes tapissants de molt baix manteniment. Generalment s’instal·la com a protecció addicional de la coberta i permet maximitzar els avantatges ecològics.

Preu material aproximat: 76,19 E/m². Coberta plana enjardinada extensiva convencional, formació d’arracades amb formigó cel·lular, impermeabilització i protecció anti-arrels amb membrana formada de dues làmines una LBM (SBS)- 30- FV i l’altra LBM (SBS)- 50/ G- FP, capa separadora amb geotèxtil, capa retenidora i drenant amb làmina nodular de polietilè d’alta densitat, capa filtrant amb geotèxtil i substrat de terra vegetal de 10 cm de gruix. Dades TCQ

Imagen de www.revi.es

El pes de la coberta varia en funció de la mena de coberta verda triada.
Una coberta ecològica extensiva té un pes de 120 kg/m² saturada d’aigua.
Les cobertes amb grava convencionals pesen aproximadament entre 90 i 100 kg/m², per la qual cosa són fàcilment substituïbles per una coberta ecològica.
Les cobertes enjardinades intensives tenen un pes superior que varia depenent de l’espessor del sistema triat; però un pes mínim d’aproximadament 340 kg/m².
(Per a establir la capacitat de càrrega màxima d’una coberta és necessari l’assessorament d’un arquitecte).
Comparació de propietats. Comprovació amb preus TCQ, de mercat i de l’article de ScienceDirect Economic comparison of white, green, and black flat roofs in the United States

Aquesta taula s’explica el preu de les dues intervencions (quan parlem de coberta verda en aquest estudi sempre ens referim a la intensiva) així com el seu preu de reparació (1/3 vegades el preu d’instal·lació), la seva reflexió solar i vida útil.
Tal com es pot veure, el fet de tenir un factor de reflexió solar molt més alt fa que les cobertes blanques generin un estalvi en COeq molt més alt que el de les cobertes verdes. Això, sumat al fet que les cobertes blanques són més econòmiques d’instal·lar i tenen un manteniment molt més baix, fa que en nivell d’amortització econòmica i baixada d’emissions sigui una proposta clarament millor.
Així i tot, ca tenir en compte que la vida útil de la coberta verda és, com a mínim, el doble que la de la coberta blanca. Tal com s’explicarà més endavant, aquest és un fet molt important perquè hi ha cobertes verdes instal·lades fa cent anys que encara es troben en bon estat, cosa que modifica significativament la seva capacitat d’amortització. A part, cal tenir en compte el potencial social i alimentari de les cobertes verdes.

Tal com es pot veure, el fet que la reflectància solar de les cobertes blanques sigui més doble i el seu cost molt més baix, fa que malgrat tenir una vida útil de la meitat de temps l’amortització sigui més ràpida.

Font: Economic comparison of white, green, and black flat roofs in the United States. A)Julian Sproula, Man Pun Wanb, Benjamin H. Mandela, Arthur H. RosenfeldaaLawrence Berkeley National Laboratory, One Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720, United States. B) School of Mechanical & Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, Singaporea. 18 de Novembre de 2013 .

Una coberta únicament impermeabilitzada pot aconseguir en la superfície temperatures de més de 80 °C; i una coberta amb grava pot arribar també als 60 °C. En les cobertes enjardinades la temperatura no sobrepassa els 35 °C, ja que les capes addicionals que porta sobre la impermeabilització ajudar a moderar les diferències extremes de temperatura i a reduir les fluctuacions dels 90 °C a les 35 °C

Anàlisis dels 22 casos estudiats als Estats Units, comparant rendiment de cobertes verdes, blanques i negres.

Font: Economic comparison of white, green, and black flat roofs in the United States. A)Julian Sproula, Man Pun Wanb, Benjamin H. Mandela, Arthur H. RosenfeldaaLawrence Berkeley National Laboratory, One Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720, United States. B) School of Mechanical & Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, Singaporea. 18 de Novembre de 2013 .

Tenint en compte que tot l’estudi refent basa el seu estalvi en la baixada de demanda energètica a l’estiu, calia comprovar que les ciutats on s’havien pres les mostres tinguessin unes condicions climàtiques similars a Badia del Vallès (que és on es vol aplicar el càlcul de l’estudi referent). Si s’haguessin pres les mostres en ciutats molt càlides, amb molta radiació solar, l’estalvi generat no seria comparable. Tenint en compte que la majoria de les ciutats on s’han tret les dades són menys càlids i tenen menys radiació solar, podem concloure que poden ser vàlides per a Badia i que l’estalvi generat serà igual o fins i tot superior.

Una vegada comprovada la «situació climàtica» se separen els casos d’exemple en dos grups: obra nova i rehabilitació. Es pot veure que les mitjanes, tant de cost d’intervenció com d’estalvi econòmic, varien significativament. És per aquest motiu que per a aplicar al cas d’estudi (on tot són intervencions al mitjà construït) s’usen les dades de cost i estalvi dels exemple de rehabilitació.

Si amb aquestes dades genèriques escombraries l’exercici d’estudiar la capacitat d’amortització d’aquestes intervencions a cobertes arribarem ràpidament a dues conclusions:

1- A la coberta verda:

Cost d’instal·lació = 174,38 $/m²

Cost de manteniment de la coberta verda = 2,9 $/m²/any

Estalvi en fred = 0,3 $/m²/any

Estalvi en calor = 0,28 $/m²/any

Sol el total del cost de manteniment ja és més alt que l’estalvi total que genera en clima, de manera que és completament impossible la seva amortització. És més, implica una despesa de 2,32 $/m²/any

2- A la coberta blanca

Cost d’instal·lació = 20,92 $/m²

Cost de manteniment de la coberta blanca = 0,2 $/m²/any

Estalvi en fred = 0,55 $/m²/any

L’estalvi total generat és de 0,35 $/m²/any, de manera que tenint en compte que el cost d’instal·lació és de 20,92 $/m², l’amortització de la proposta és de 60 anys, mentre que la vida útil d’aquesta solució és de 20 anys. Cal tenir en compte que la vida útil pot allargar-se a causa del manteniment (del qual ja s’ha aplicat el cost).

Dades globals sobre els tres tipus de cobertes i la seva capacitat de millorar l’eficiència energètica

Estudi de l’amortització dels tres tipus de coberta

Anàlisi de les tipologies de cobertes de blocs de cases al municipi:

Tipología 1

Tipología 2

Tipología 3

Tipología 4

Tipología 5

Al municipi hi ha un total de 19 cobertes de blocs Alcalà i 19 cobertes de blocs H que són cobertes de dos vessants formades per plaques de fibrociment amb amiant. Aquestes plaques s’han d’anar eliminant. En eliminar-les hi ha l’opció de substituir-les per altres tipus de plaques, de manera que continuaria sent una coberta de dos vessants (i no es podria fer una coberta verda) o ve eliminat les plaques i subestructura actual i habilitar la coberta (impermeabilització, aïllament, etc) a l’últim forjar actual.
Dades sobre costes econòmics d’instal·lació i manteniment comparats amb estalvis generats:

Anàlisi dels possibilitats d’estalvi comparats amb la inversió necessària en instal·*lació i manteniment

Amortització:

Tal com es pot veure, l’amortització enfocada només a l’estalvi econòmic que suposa la baixada de demanda energètica no és viable en aquesta estratègia. Cal tenir en compte la millora de confort tèrmic i la baixada d’emissions de CO2*eq en el cas de les cobertes blanques. A part, en el cas de les cobertes verdes cal tenir en compte la millora de qualitat de l’habitatge, la sobirania alimentaria, els avantatges de tenir espais comunitaris d’ús compartit, etc.

En el cas de coberts corriols, a nivell d’amortització ja es veu que no és possible, ja que el cost de manteniment (2,9 S/m²/any) és més alt que l’estalvi generat, que és d’un total de 0,58 S/m²/any. Per un altre banda, la coberta blanca necessita 50 anys per a ser amortitzada, quan la seva vida útil és de 20 anys. Cal saber si el manteniment aplicat com a cost fix fa que la vida útil sigui més llarga.

L’institut Fraunhofer ha calculat la durabilitat d’una coberta verda en més de 40 anys. No obstant això, a Berlin existeixen cobertes verdes instal·lades des de fa més de 100 anys (Handbuch der Architektur, Berlin, 1899). El substrat i la vegetació de les cobertes enjardinades protegeixen la impermeabilització i allarguen el seu temps de vigència en condicions òptimes.

Anàlisi del potencial a les cobertes dels habitatges

En total el municipi disposa de 242 cobertes de blocs de cases plurifamiliars que tenen una mesura de 66.433,6 m². El cost econòmic aproximat que totes passessin a ser cobertes verdes seriosa d’11.584.691,17 Euros i l’estalvi generat de 2.657,34 Tn CO2*eq / any que seria l’equivalent a aproximadament 1.771,56 cotxes (amb la mitjana espanyola de 10.000Km/any i un consum de 8L/100Km).

Per un altre banda, passar-ho tot a cobertes blanques costaria uns 1.461.539,2 Euros i l’estalvi generat de 6.643,36 Tn CO2*eq / any que seria l’equivalent a aproximadament 4.428,91 cotxes (amb la mitjana espanyola de 10.000Km/any i un consum de 8L/100Km).

* tots els costos són sense comptar retirada d’amiant a les cobertes que tenen

Anàlisis del potencial a les cobertes dels equipaments

En total el municipi disposa de 15 cobertes d’equipaments municipals que tenen una mesura de 21.507,30 m². El cost econòmic aproximat que totes passessin a ser cobertes verdes seriosa de 3.750.442,97 Euros i l’estalvi generat de 860,29 Tn CO2*eq /any, que seria l’equivalent a aproximadament 573,53 cotxes (amb la mitjana espanyola de 10.000Km/any i un consum de 8L/100Km).

Per un altre banda, passar-ho tot a cobertes blanques costaria uns 473.160,6 Euros i l’estalvi generat de 2.150,73 Tn CO2*eq / any que seria l’equivalent a aproximadament 1.433,82 cotxes (amb la mitjana espanyola de 10.000Km/any i un consum de 8L/100Km).

* tots els costos són sense comptar retirada d’amiant a les cobertes que tenen

Estalvi total al municipi

Comparació entre el potencial d’estalvi de les cobertes dels equipaments i dels habitatges

Tal com es pot veure, el màxim potencial d’estalvi energètic en intervenció a les cobertes està en els edificis d’habitatges, ja que en total tenen una superfície molt més gran. A part, cal tenir en compte que la majoria de consum energètic al municipi és a l’àmbit domèstic.

Comparació entre l’estalvi de les cobertes blanques i les verds

Coberta verda: 174,38 S/m2/CO2eq

Coberta blanc: 20,92 S/m2/CO2eq

Nivell d’eficiència de la inversió

Tal com es pot veure, per baixar 1 Tn CO2 eq amb una coberta verda calen 4.359,5 dollars, mentre que per baixar-la amb una coberta blanca només calen 220 dollars.

Conclusions

1) Estalvi en emissions de CO2*eq

Tal com es pot veure, l’estalvi anual en Tn CO2 eq/any és molt més alt en els casos de cobertes blanques (cal tenir en compte que l’estalvi en coberta blanca és de 10Tn per cada 100m2/any, mentre que a la coberta verda hi ha un estalvi de 4Tn per cada 100m2/any).
Al municipi hi ha un total de 87.940,9 m² de cobertes.
En cas de passar-les totes a cobertes blanques (equipaments responsabilitat de l’Ajuntament i habitatges) l’estalvi generat seriosa de 8.794,09 Tn CO2*eq, que equival a les emissions mitjanes de 5.863 cotxes, un 98% dels cotxes de tot el municipi.
En cas de passar-les a cobertes verdes (equipaments responsabilitat de l’Ajuntament i habitatges) l’estalvi generat seriosa de 3.517,64 Tn CO2*eq, que equival a les emissions mitjanes de 2.345,09 cotxes, un 39,2% dels cotxes de tot el municipi.
Cal tenir en compte que a pesar que baixi la demanda energètica per clima si no hi ha uns hàbits de consum responsable, les intervencions poden no tenir el resultat esperat.

Cal tenir en compte que el refredament de l’habitatge en bloc en clima Mediterrani és una màxim del 1,1% del consum total segons el IDAE. Així doncs, veiem que estem treballant en la reducció d’una demanda que és molt baixa en comparació al total. Aquest fet fa que les dades d’estalvi referenciades s’hagin de posar en dubte de moment.

2) Qualitat de l’aire Vs baixada d’emissions

Cal tenir en compte que la coberta blanca implica una baixada d’emissions de CO2*eq molt més important, però que la coberta verda suposa una millora de qualitat de l’aire a escala local. Així doncs, de forma molt resumida, les cobertes blanques anirien millor per a la baixada global d’emissions i poder contribuir així a la lluita contra el canvi climàtic. Per un altre banda, les cobertes verdes milloren la qualitat de l’aire del municipi.

3) Més enllà de les emissions

Les cobertes verdes tenen valor afegits com el fet de ser un espai soci-productiu situat en una zona comunitària de cada bloc que també suposen una millora en el tractament d’aigua, la inèrcia tèrmica de la coberta i una millora estètica, tant a escala de bloc com d’espai urbà.

4) Renunciar a coberta transitable

En ser pràcticament totes les cobertes planes i amb una gran capacitat de càrrega estructural seria lògic pensar en fer les cobertes habitables. En intervenir amb compost de TPO, l’opció de coberta transitable queda impossibilitada. Aquest és un fet a tenir en compte, ja que malgrat generar una millora energètica suposa renunciar a una part del potencial del bloc.

5) Facilitat de construcció / Possible pla d’ocupació i docent

A nivell de construcció, cal tenir en compte que instal·lar un compost de TPO és molt més senzill i ràpid que fer la instal·lació de la coberta verda. Així doncs, és més fàcil relacionar-ho amb pràctiques de l’el meu docent i vincular-lo a plans locals d’ocupació.

6) Aplicació global

Tenint en compte que les cobertes sumen 87.940m2 a tot el municipi, queda clar que hi ha espai suficient per a fer cobertes blanques, cobertes verdes i cobertes transitables, cadascuna amb els seus potencials. Així doncs, el repte no és decidir quin tipus de coberta és «la millor» per municipi a nivell genèric sinó que el que és important és saber en quina proporció s’han de construir cada tipus de coberta i on s’han de situar.

– Exemples i referents

Projecte Barris Sostenibles
http://barriossostenibles.org/que-es-barrios-sostenibles/

Es defineix el Programa “Barris Sostenibles” com la implementació d’una metodologia d’intervenció social sistèmica, integral i participativa, que té per objecte millorar la qualitat de vida de les persones i famílies que viuen en el districte Usera de Madrid.
Barris Sostenibles té la missió de formar a joves en situació de vulnerabilitat en professions de futur relacionades amb l’eficiència energètica i el medi ambient; ajudar a enfortir l’activació de la ciutadania i el teixit social alhora que generar canvis en les idees, actituds i comportaments de la comunitat en la seva relació amb el territori; i produir canvis de cara a generar un model de treball més horitzontal, eficient i amb un major impacte sobre el territori.
Les actuacions giren entorn de la millora de l’eficiència energètica en habitatges, centres educatius, així com a la reducció de la contaminació per mitjà del disseny i instal·lació de cobertes vegetals, la transformació de les percepcions i usos del Parc Pradolongo, entre altres.
Totes les activitats s’orienten cap a la consecució d’un districte socialment més equilibrat, mediambientalment sostenible i tecnològicament més innovador.

Terrats vius i cobertes verdes
http://ajuntament.barcelona.cat/**ecologiaurbana/ca/que-escombraries-i-per-que/ciutat-verda-i-biodiversitat/terrats-vius-i-cobertes-verdes

L’Ajuntament impulsa actuacions per a activar terrats, cobertes i celoberts en edificis existents i de nova planta i treure el màxim rendiment social, ambiental i energètic, transformant-les en terrats vius i en cobertes verdes.
A Barcelona, ciutat densa i de clima mediterrani, és oportú considerar les cobertes, terrats i celoberts com un recurs actualment no explotat, a pesar que la cota més alta dels edificis és utilitzable bona part de l’any. L’ús i la rehabilitació de les cobertes, terrats i celoberts aporten nombrosos beneficis. Socialment posen en valor l´uso de terrats pels veïns i veïnes. Ambientalment incrementen el verd i la biodiversitat, faciliten una reducció de la demanda energètica, i promouen sistemes de producció energètica i d’aprofitament dels recursos naturals, contribuint a l’adaptació dels edificis i de les ciutats al canvi climàtic, i per tant, augmentant la resiliència d’una ciutat.
En aquest sentit, l’Ajuntament impulsa diverses actuacions per a promoure la millora ambiental i social de les cobertes verdes: facilitar ajudes econòmiques per a la rehabilitació i la re-naturalització de la coberta, oferir al ciutadà documentació i suport tècnic, promoure la revisió de les normatives actuals, promoure mesures de finançament directe o indirecte, edició de material didàctic sobre cobertes i terrats, i habilitació d’un mapa interactiu en línia amb geolocalització de les cobertes existents, entre altres mesures.
Concurs de cobertes verdes
http://ajuntament.barcelona.cat/paisatgeurba/ca/noticia/concurs-de-cobertes-verdes

L’Ajuntament posa en marxa el concurs de cobertes verdes, per a aconseguir 10 nous terrats verds i difondre els beneficis d’aquests tant per la ciutat, com pels edificis on se situïn.
Les cobertes verdes són uns dels elements claus per a aconseguir una ciutat més verda i sostenible, tal com s’estableix en les mesures de govern com Pla del Verd i la Biodiversitat de Barcelona 2020 i el Programa d’Impuls a la Infraestructura Verda Urbana.
S’atorgaran subvencions per a l’execució de 10 cobertes verdes a la ciutat, prioritàriament en edificis d’habitatge, però també unes altres edificis amb un fort impacte paisatgístic o que puguin generar una millora de caràcter col·lectiu i social.