Tesis:
Aprovechamiento energético de las infraestructuras urbanas subterráneas. Modelo integrado de aplicación
- Autor: PEREDA FERNÁNDEZ, Luis de
- Título: Aprovechamiento energético de las infraestructuras urbanas subterráneas. Modelo integrado de aplicación
- Fecha: 2024
- Materia:
- Escuela: E.T.S. DE EDIFICACIÓN
- Departamentos: CONSTRUCCIONES ARQUITECTONICAS Y SU CONTROL
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/81273/
- Director/a 1º: GONZÁLEZ GARCÍA, María de las Nieves
- Director/a 2º: MARTÍNEZ PÉREZ, Inmaculada
- Resumen: Half of the energy waste generated by buildings and industry is low-intensity or low-grade energy that is emitted and discharged by our systems into the environment. The potential energy resource is wasted.
This work raises the need to conceive, design, execute and evaluate an integrated application model for the recovery and use of residual energy from underground urban infrastructure.
The powerful integrated model concept is based on principles that emanate directly from the logic of ecosystems: the systemic approach, components of ecologically inspired systems, low-exergy systems, dimensions of the ecological city, hybrid dynamics between the circular and linear economies that generate a variable spiral economy, Sustainable Development Goals and their structural derivatives, and the change of paradigms that accompany the deepening of efficiency objectives in all areas of action.
This paper explains the nature of low-grade energy and clearly orients its recovery and use to moderate temperature thermal resources that are supported by low-speed, low-power and low-pressure media. They are abundant resources that are widely distributed under our cities, and so are potentially accessible to all areas of activity.
The urban subsoil is an essential means for providing resources to the city. It includes the subterranean space allocated to infrastructure, equipment, and services. This allows the recovery of social space on the surface of the city and environmental quality improvement of the airspace.
In its energetic dimension, the subsoil is a tempered medium due to the terrain and hydrogeological systems geothermal condition. Underground urban infrastructure, designed as supply networks that reach all the points of resource consumption and all the mobility and transport network nodes, also channel the energy of the underground components through the subsoil. This includes building, mobility, transport, water and air systems. In the interaction between the ground and buried infrastructure, valuable energy resources are preserved until they are eliminated by discharge into the environment. These can be injected into the building for use in the cooling, heating and tempering systems for fresh air ventilation.
This paper outlines how integrated low-grade urban energy ecosystem can be achieved. It explains the state-of-the-art energy recovery in underground urban infrastructure, low-exergy building, competent to use low-grade energy in a high-efficiency framework, 5th generation and low-temperature district cooling and heating networks, and the integration logic of all these planes. Case studies are also presented to demonstrate their effectiveness.
The presented Integrated Application Model for the recovery and use of energy from underground urban infrastructure networks has been applied to the conventional site plans included in this study to transform their thermal capacity.
It establishes comprehensive action in a real context, including Guidelines and Proposals for Energy Efficiency in the New Ministries Complex in Madrid. Special emphasis is provided on the 5th generation Ecodistrict Network and the integrated control system that resolves the integration between the historic complex of buildings and open spaces, the underground environments thermal resources and those multifaceted resources poured by each ministry into the network.
An evaluation of the multiple benefits generated by this action and the general conclusions complete this work.
RESUMEN
El 50% del residuo energético generado por la edificación y la industria corresponde a energía de baja intensidad o bajo grado, emitida por nuestros sistemas, vertida al medio y desperdiciada.
Este trabajo plantea la necesidad de concebir, diseñar, ejecutar y evaluar un modelo integrado de aplicación para la recuperación y uso de la energía residual de las infraestructuras urbanas subterráneas.
La concepción de un modelo integrado se fundamenta en poderosos principios lógicos que emanan directamente de la lógica de los ecosistemas: el enfoque sistémico, las componentes de los sistemas de inspiración ecológica, la lógica de los sistemas de baja exergía, la consideración de las dimensiones de la ciudad ecológica, las dinámicas híbridas entre economía circular y economía lineal que generan una economía espiral variable, la orientación hacia los Objetivos de Desarrollo Sostenible y sus derivadas estructurales, y el cambio de paradigmas que acompañan en todos los ámbitos de actuación a la profundización en los objetivos de eficiencia.
Se expone y explica la naturaleza de la energía de bajo grado, que orienta claramente su recuperación y uso hacia ámbitos afines al uso de recursos térmicos de temperatura moderada sustentada en medios de baja velocidad, baja potencia y baja presión. Son recursos abundantes y con una distribución extensa bajo nuestras ciudades, bajo todos nuestros ámbitos de actividad.
El subsuelo urbano es un medio imprescindible para la dotación de recursos a la ciudad, entre otros el espacio destinado a las infraestructuras, el equipamiento, y los servicios que permiten la recuperación del espacio social en la superficie de la ciudad y la mejora de la calidad ambiental del espacio aéreo. En su dimensión energética el subsuelo es un medio atemperado por la condición geotérmica del terreno y los sistemas hidrogeológicos. Las infraestructuras urbanas subterráneas, están trazadas como redes de suministro, que alcanzan todos los puntos de consumo de recursos y todos los nodos de las redes de suministro de recursos y de movilidad y transporte. También canalizan energía de bajo grado preservada en la componente subterránea de la edificación, de los sistemas de movilidad, de transporte, de agua y, aire. En la interacción entre el terreno y las infraestructuras enterradas se preservan, hasta su eliminación por vertido al medio, valiosos recursos energéticos que pueden ser inyectados en la edificación y destinados a ser utilizados en los sistemas de refrigeración, calefacción y atemperamiento del aire de renovación.
Este trabajo explica cómo se integra un ecosistema urbano de energía de bajo grado y explica e ilustra con casos ejecutados en nuestro entorno el estado del arte en las áreas de recuperación de energía en las infraestructuras urbanas subterráneas, la edificación de baja exergía, competente para usar en un marco de alta eficiencia la energía de bajo grado, las redes de distrito de refrigeración y calefacción de 5 generación y baja temperatura, y la lógica de integración de todos estos planos.
La exposición del Modelo integrado de aplicación para la recuperación y uso de las energías de las redes de infraestructuras urbanas subterráneas se realiza volcando todos los planos de este estudio sobre el desarrollo de una propuesta de actuación integral en un contexto real, las Directrices y Propuestas para la Eficiencia Energética en el Complejo de Nuevos Ministerios en Madrid, incidiendo especialmente en la Red de Ecodistrito de 5 generación y el sistema integrado de control que resuelven la integración entre el complejo histórico de edificios y espacios libres, los recursos del medio subterráneo y los recursos vertidos por cada ministerio a la red. La evaluación de los múltiples beneficios generados por esta actuación y las conclusiones generales a las que nos da acceso culminan este trabajo.