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Keep cool and carry on: Experiencias en refrigeración de viviendas Passivhaus en clima cálido

Con el aumento de las temperaturas globales y las olas de calor en verano cada vez más frecuentes, mantener los edificios Passivhaus frescos se ha convertido en un tema candente.

Keep cool and carry on: Experiencias en refrigeración de viviendas Passivhaus en clima cálido

Con el aumento de las temperaturas globales y las olas de calor en verano cada vez más frecuentes, mantener los edificios Passivhaus frescos se ha convertido en un tema candente.

Bromas aparte, el sobrecalentamiento puede ser mortal: en Francia el pico de mortalidad que produjo la ola de calor de 2003 fue más alto que el pico durante la primera ola de COVID en 2020, como se muestra en la Figura 1 [Parienté et al 2021].

Figura 1: Tasa de mortalidad en Francia durante la ola de calor de 2003 frente a la primera ola de COVID en 2020
[Fuente: Parienté et al 2021]

La refrigeración activa en los climas templados-cálidos parece que se convertirá en necesaria. La pregunta es: para climas templados-fríos, ¿es suficiente la refrigeración pasiva, o es inevitable la refrigeración activa? ¿Cuáles son los pros y los contras de los diferentes sistemas? ¿Llamarán los clientes en la próxima ola de calor quejándose?

El artículo presenta el análisis técnico y las lecciones aprendidas de 10 años de experiencia aplicando estrategias de enfriamiento pasivo y activo en edificios Passivhaus residenciales en Catalunya. Se comparan 6 sistemas de refrigeración activa diferentes que han sido diseñados e instalados en viviendas unifamiliares Passivhaus, evaluando la simplicidad o complejidad del diseño, instalación y puesta en marcha; costos iniciales; facilidad de uso, robustez y comodidad; impacto ambiental de los refrigerantes para sistemas de enfriamiento activos; y el resultado final: comportamiento medido y datos de monitorización.

Refrigeración pasiva

Un diseño cuidadoso, aberturas de tamaño moderado con protección solar exterior, la consideración de la climatología local y unos usuarios activos parecen ser algunas de las claves para que la refrigeración pasiva sea eficaz. La reducción de las ganancias internas es primordial, con electrodomésticos eficientes y sistemas de Agua Caliente Sanitaria (ACS) compactos en diseño, que eviten la necesidad de recirculación. Si la recirculación es inevitable, las tuberías deben tener un alto nivel de aislamiento, con un control sobre el caudal de impulsión del agua, a la menor temperatura posible – siempre y cuando sea compatible con la prevención de la Legionela. La ultrafiltración y la desinfección química son alternativas prometedoras a la solución convencional de alta temperatura de suministro de ACS y prevención por choque térmico.

La protección solar exterior móvil es esencial, idealmente mediante persianas exteriores de lamas graduables y apilables motorizadas, ya sea controladas por el usuario o automatizadas. Incluso las ventanas orientadas al norte necesitan sombreamiento: la alta constante de tiempo de los edificios Passivhaus significa que incluso la radiación solar difusa puede causar sobrecalentamiento. Si sólo se pueden implementar elementos de sombra fijos, entonces se deben tratar soluciones concretas y apropiadas para cada orientación, con especial atención a las orientaciones este y oeste, que reciben más radiación solar en verano que la orientación sur (Figura 2). Los voladizos horizontales profundos en las aberturas a sur funcionan mejor (o a norte, en el caso del hemisferio sur), en cambio, para este y oeste se recomiendan los salientes verticales.

Figura 2: Radiación solar por orientación, fichero climático del PHPP para Barcelona

La ventilación nocturna combinada con la inercia térmica funciona bien cuando las temperaturas nocturnas son lo suficientemente bajas. Los colores exteriores claros, un alto nivel de aislamiento en cubiertas, el acoplamiento con el terreno y los ventiladores de techo también son estrategias efectivas. La Figura 3 muestra un ejemplo de datos medidos para una vivienda unifamiliar que emplea muchas de esas estrategias (pero con poca inercia térmica).

Figura 3: Collsuspina, refrigeración pasiva

La refrigeración pasiva es generalmente sencilla, de bajo coste, fácil de instalar, mantener y puede ofrecer un buen nivel de confort. Sin embargo, las estrategias de refrigeración pasiva son altamente dependientes del clima y del comportamiento de los usuarios. En los lugares donde las temperaturas medias del aire y los niveles de radiación solar son altos, las temperaturas mínimas nocturnas no bajan de ~ 20 ºC y la temperatura nocturna del cielo y la humedad del aire exterior son altas, la refrigeración pasiva no funcionará. La Figura 4 y la Figura 5 muestran un ejemplo durante una semana de la ola de calor en Barcelona en Julio del 2015. En este caso, la refrigeración activa es inevitable para mantener el confort interior.

Gráfico, Gráfico de líneas

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Figura 4: Temperatura del aire exterior, Barcelona 3 – 10 Julio 2015
Gráfico, Gráfico de líneas

Descripción generada automáticamente
Figura 5: Humedad absoluta exterior, Barcelona 3 – 10 Julio 2015

Refrigeración activa

Se comparan 6 sistemas de refrigeración diferentes que han sido diseñados e instalados en Passivhaus residenciales, evaluando 6 criterios a través de un simple sistema de puntuación de 1 a 5 puntos, que se muestra en la Tabla 1. Se presentan datos de monitorización para los sistemas Sistema 1, 2, 5, y 6.

Tabla 1: Comparación cuantitativa de 6 sistemas de refrigeración diferentes

Los sistemas de refrigeración radiante ofrecen un alto nivel de confort y eficiencia, pero son más complejos de diseñar, instalar y poner en marcha, con un mayor coste. El control de la humedad y la potencia de refrigeración pueden dar problemas en climas cálidos y húmedos, donde los usuarios entran y salen del edificio (jardín, balcón, etc.). La Figura 6 muestra los datos de monitorización de un sistema de refrigeración por suelo radiante. La figura 7 muestra los datos de monitorización de un sistema de refrigeración por techo radiante.

Gráfico

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Figura 6: Sistema 1, Terrassa, refrigeración por suelo radiante + deshumidificación mediante el sistema de ventilación
Gráfico, Diagrama

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Figura 7: Sistema 2, La Garriga, refrigeración por techo radiante + deshumidificación mediante el sistema de ventilación

Los radiadores de baja temperatura (instalados en el suelo o pared) ofrecen un equilibrio razonable entre simplicidad de instalación, coste, eficiencia y comodidad. Son equipos con menor potencia de refrigeración que los fan-coils y splits, por lo que requieren un mayor número de unidades para cubrir la misma carga que un sistema de fan-coil/split de conductos (donde 1 unidad interior puede refrigerar varias habitaciones). La Figura 8 muestra los datos monitorizados de este tipo de sistema.

Figura 8: Sistema 3, Moià, radiadores de baja temperatura

Según las experiencias de refrigeración mediante el aire de la ventilación, ésta puede ser problemática, debido a la potencia de refrigeración limitada, consecuencia de tratar el aire exterior en lugar de recircular el aire interior, la baja tasa de caudal y las ganancias de calor a lo largo del recorrido de los conductos. La potencia se puede aumentar utilizando la recirculación parcial, pero los datos de monitorización de la Figura 9 muestran que la temperatura y la humedad relativa sobrepasan el rango de confort extendido a menudo. Las ventajas de este sistema son la simplicidad y el bajo coste, pero la potencia de refrigeración limitada significa que las medidas de refrigeración pasivas deben ser robustas: una vez que el sobrecalentamiento se ha establecido, el sistema tendrá dificultades para eliminar el calor del interior del edificio.

Gráfico

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Figura 9: Sistema 4, Girona, refrigeración por aire de renovación + recirculación

La experiencia con los diferentes sistemas analizados arriba muestra que las soluciones convectivas convencionales a través de la recirculación de aire interior, es decir, sistemas de fan-coil/split, son los más robustos. Por lo general, son fáciles de diseñar, instalar y poner en marcha, tienen un coste menor que los sistemas radiantes y permiten una modulación de potencia para hacer frente a las cargas máximas de una ola de calor. Aun así, son menos confortables que los sistemas radiantes. Los sistemas de split con refrigerante ofrecen una mayor potencia de deshumidificación (debido a la temperatura más baja del refrigerante en comparación a la del agua) con una respuesta más rápida que los fan-coil, basados en agua. Sin embargo, el Potencial de Calentamiento Global (GWP) del refrigerante y el riesgo de fugas debido a la manipulación in situ es una consideración importante. La Figura 10 muestra los datos monitoreados para el sistema de splits por conductos. Las temperaturas que se extienden fuera del rango de confort se dan durante las horas en que la casa no estaba ocupada, y los clientes reportan un alto nivel de confort térmico.

Gráfico

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Figura 10: Sistema 6, Cardedeu, refrigeración por splits de conductos

Análisis termodinámico de suelo radiante eléctrico

Se presentan los resultados de un estudio de simulación termodinámica, comparando suelos laminados en base madera con suelos de cerámica y gres, calefactados con un sistema de folio radiante eléctrico, para instalaciones en seco y en húmedo.

Análisis termodinámico de suelo radiante eléctrico

Se presentan los resultados de un estudio de simulación termodinámica, comparando suelos laminados en base madera con suelos de cerámica y gres, calefactados con un sistema de folio radiante eléctrico, para instalaciones en seco y en húmedo. Los suelos se han modelizado en la planta intermedia de un edificio destinado a uso residencial, en el clima de Madrid. 

El objetivo del estudio es analizar la respuesta térmica dinámica de los diferentes tipos de suelo y comparar el consumo de energía por calefacción.

Tipologías de suelo

Las tipologías de suelo estudiadas se ven en la siguiente Tabla:

Figura 1: Tipos de suelo y variantes incluidos en el estudio

Modelo de cálculo

Se ha modelizado un edificio plurifamiliar de 4 plantas sobre rasante, con 4 viviendas por planta, de ~ 86 m2 de superficie útil/vivienda, y 342,1 m2 calefactados en total. Se ha modelizado únicamente la planta segunda del edificio. La planta inferior y superior (consideradas como espacios ocupados y calefactados con las mismas condiciones de ocupación) se han modelizado como adiabáticas.

Para las simulaciones, se ha usado la herramienta DesignBuilder, con el motor de cálculo termodinámico EnergyPlus.

Figura 2: Render del modelo completo
Figura 3: Render del modelo con la planta analizada

Los muros exteriores son de doble hoja de ladrillo perforado cara vista de 14 cm, cámara de aire de 5 cm, aislamiento térmico de 6 cm, hoja de ladrillo hueco interior de 9 cm con enyesado (U = 0,39 W/m2·K). Las carpinterías son de aluminio con rotura de puente térmico (Uf = 3,6 W/m2·K) con vidrios dobles con aire en la cámara (Ug = 2,9 W/m2·K y g = 69%). La renovación de aire es mecánica con una tasa de renovación de 0,63 ren/h, con recuperación de calor sensible (η = 70 %). Para las viviendas, las infiltraciones de aire exterior se han considerado N50 = 5/h, convertidas a presión atmosférica y repartidas por zona conforme su área expuesta. Las infiltraciones de la escalera se han modelizado con 1/h.

Se han analizado los consumos energéticos de las 4 viviendas en la planta segunda, con un análisis detallado de la Habitación 1 (al sur oeste).

Sistema de folio radiante eléctrico

Se ha modelizado un sistema de folio radiante eléctrico. Se simulan folios con las siguientes potencias nominales debajo de cada tipo de suelo:

  • Suelo de madera laminada (sistema directo): 75 W/m lineal
  • Suelo de madera laminada, con mortero autonivelante: 116 W/m lineal
  • Suelo de gres/cerámica, con solera seca/mortero autonivelante: 116 W/m lineal

La potencia de folio radiante para cada vivienda y la para la Habitación 1, se muestra en la siguiente Tabla. Se ha modelizado el folio como un componente “ZoneHVAC: Low Temperature Radiant: Electric”, insertado en DesignBuilder mediante un script de EnergyPlus.

Figura 4: Potencias de folio radiante por vivienda

Consignas

Las consignas de calefacción usadas son las que indica el Anejo D “Condiciones operacionales y perfiles de uso” del CTE DB HE 2019:

  • Consigna principal: 20 ºC (07:00 – 22:59)
  • Consigna secundaria: 17 ºC

Resultados

Se han analizado los 3 periodos mostrados en la siguiente Tabla:

Figura 5: Periodos de análisis

Se han analizado los siguientes parámetros:

  • Consumo calefacción [kWh]
  • Potencia máx. folio radiante [kW]
  • Temperatura del suelo [ºC]
  • Temperatura aire interior [ºC]

Instalación seca: transmitancia térmica, resistencia térmica y capacidad térmica interna

La Tabla y Figura inferior muestra la potencia del folio radiante, la transmitancia térmica total (conforme la UNE-ISO 69446), la resistencia térmica de los materiales por encima del folio, y la capacidad térmica interna por unidad de superficie de los materiales por encima del folio (conforme la UNE-ISO 13786), de cada tipo de suelo, con instalación seca.

Figura 6: Transmitancia térmica total, resistencia térmica encima del folio & capacidad térmica interna por unidad de superficie encima del folio, instalación seca
Figura 7: Resistencia térmica y capacidad térmica interna por unidad de superficie de los materiales encima del folio, instalación seca

Instalación húmeda: transmitancia térmica, resistencia térmica y capacidad térmica interna

La Tabla y Figura inferior muestra la potencia del folio radiante, la transmitancia térmica total (conforme la UNE-ISO 69446), la resistencia térmica de los materiales por encima del folio, y la capacidad térmica interna por unidad de superficie de los materiales por encima del folio (conforme la UNE-ISO 13786), de cada tipo de suelo, con instalación húmeda.

Figura 8: Transmitancia térmica total, resistencia térmica encima del folio & capacidad térmica interna por unidad de superficie encima del folio, instalación húmeda
Figura 9: Resistencia térmica y capacidad térmica interna por unidad de superficie de los materiales encima del folio, instalación seca

Instalación seca: Planta 2ª, consumo calefacción, 1 octubre-01 marzo

La Tabla y Figura de abajo muestran los resultados de consumos de calefacción para cada tipo de suelo, con instalación seca.

Figura 10: Resultados de consumos de calefacción, instalación seca, 1 oct. – 31 mar.

Los resultados indican que el consumo de calefacción de los suelos 2.1 y 2.2 de gres y cerámica con doble placa de solera seca, es un 20 % más alto que el suelo laminado 1.1 (sistema directo).

El consumo de los suelos 3.1 y 3.2 de gres y cerámica con 1 placa de solera seca, son un 5% y 4% más alto que suelo laminado 1.1. Estas diferencias caen dentro del margen de incertidumbre en los cálculos (alrededor de un 10 %).

Figura 11: Resultados de consumos de calefacción, instalación seca, 1 oct. – 31 mar.
  1. El consumo de kWh/m2 esta referenciado a la superficie total calefactada de 342,10 m2

Instalación húmeda: Planta 2ª: consumo calefacción, 1 octubre-01 marzo

La Tabla y Figura de abajo muestran los resultados de consumos de calefacción para cada tipo de suelo, con instalación húmeda.

Figura 12: Resultados de consumos de calefacción, instalación húmeda, 1 oct. – 31 mar.

Los resultados indican que el consumo de calefacción de los suelos 4.1 y 4.2 de gres y cerámica con mortero autonivelante, es un 10 % y 9 % más bajo respectivamente que el suelo laminado 1.2 con mortero autonivelante. Estas diferencias caen dentro del margen de incertidumbre en los cálculos (alrededor de un 10 %).

Figura 13: Resultados de consumos de calefacción, instalación húmeda, 1 oct. – 31 mar.

Instalación seca: Habitación 1, temperatura del suelo & aire interior, potencia folio radiante, y ganancias solares, 14 enero

Las Figuras de abajo muestran la evolución de la potencia del folio radiante, las ganancias solares, la temperatura del suelo, y la temperatura del aire durante el día del 14 enero, para cada tipo de suelo, con instalación seca.

Se indica la potencia máxima del folio radiante y la hora en la que ocurre, y la temperatura máxima del suelo y la hora en la que ocurre (antes de los efectos de la radiación solar).

El rango de consignas de calefacción (20 ºC de 7:00 – 23:00 y 17 ºC el resto de horas) se indica para entender el encendido y apagado del folio radiante. Se muestran las ganancias solares para apreciar las subidas repentinas de la temperatura del aire interior y del suelo cuando el folio esta apagado.

Figura 14: 1.1 Madera, día invierno, potencia folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. aire
Figura 15: 2.1 Gres, 2 placas, día invierno, potencia folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. Aire
Figura 16: 2.2 Cerámica, 2 placas, día invierno, potencia folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. aire
Figura 17: 3.1 Gres, 1 placa, día invierno, potencia folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. Aire
Figura 18: 3.2 Cerámica, 1 placa, día invierno, potencia folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. Aire
Figura 19: Todos los suelos, instalación seca, día invierno, potencia folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. Aire
Figura 20: Resumen de potencia máx. folio radiante, temp. max. suelo y desfase temporal, instalación seca

Las Figuras y la Tabla de arriba indican que el desfase temporal entre la potencia máxima del folio radiante y la temperatura máxima del suelo, es de aproximadamente 4 horas para el suelo de madera 1.1, aproximadamente 6 horas para los suelos de gres y cerámica con 2 placas de solera seca y aproximadamente 5 horas con 1 placa de solera seca.

Esto se debe principalmente a que la resistencia térmica y capacidad térmica del suelo de madera 1.1 (sistema directo) es menor que los suelos de gres y cerámica con placa de solera seca, por lo que tarda menos tiempo en calentarse y transmitir calor a la estancia.

Instalación húmeda: Habitación 1, temperatura del suelo & aire interior, potencia folio radiante, y ganancias solares, 14 enero

Las Figuras de abajo muestran la evolución de la potencia del folio radiante, las ganancias solares, la temperatura del suelo, y la temperatura del aire durante el día del 14 enero, para cada tipo de suelo, con instalación húmeda.

Se indica la potencia máxima del folio radiante y la hora en la que ocurre, y la temperatura máxima del suelo y la hora en la que ocurre (antes de los efectos de la radiación solar). Para el suelo de madera 1.2 se ha considerado que la máxima temperatura del suelo debido al calor emitido por el folio ocurre a las 12:00, y que, a partir de esa hora, el aumento de temperatura del suelo se debe a las ganancias solares.

Figura 21: 1.2 Madera con mortero, día invierno, potencia folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. aire
Figura 22: 4.1 Gres, mortero auton., día invierno, pot. folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. Aire
Figura 23: 4.2 Cerámica, mortero auton., día invierno, pot. folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. Aire
Figura 24: Todos los suelos, instalación húmeda, día invierno, potencia folio, ganancias solares, temp. suelo & temp. Aire
Figura 25: Resumen de potencia máx. folio radiante, temp. max. suelo y desfase temporal, instalación húmeda

Las Figuras y la Tabla de arriba indican que el desfase temporal entre la potencia máxima del folio radiante y la temperatura máxima del suelo, para los suelos de madera, gres y cerámica con mortero autonivelante, es de aproximadamente 5 horas en los tres casos.

Aunque la capacidad térmica de los materiales encima del folio de los suelos 4.1 y 4.2 es mucho mayor que el suelo laminado 1.2, la resistencia térmica de estos materiales es mucho menor, por lo que la respuesta dinámica de los suelos y consumo de calefacción es similar.

Conclusión

Para las instalaciones en seco analizadas en el estudio, los resultados indican que el suelo laminado tiene un consumo energético menor (entre un 4 % y un 20%) y una respuesta térmica ligeramente más rápida, con los otros tipos de suelo analizados. En el caso de los suelos con instalación húmeda, los resultados indican que el suelo laminado tiene un consumo energético ligeramente mayor (entre un 9% y un 10%) y una respuesta térmica similar a los otros tipos de suelo analizados. En ambos casos, dado el margen de incertidumbre del cálculo, las diferencias son mínimas.

Agradecimientos

Este estudio fue financiado por FINSA.

Agradecemos a Germán Campos de Aurea Consulting por su colaboración.

Imagen de portada: enchux

Residencia de mayores Porta de la Morera

Praxis cabecera proyecto

Passivhaus

Residencia de mayores Porta de la Morera

Descripción

Consultoría Passivhaus para una residencia geriátrica asistida ubicada en la ciudad de Alicante, diseñada por el despacho de arquitectura Genars y promovido por FIATC Seguros a través de FIATC Residencias (Inverfiatc). El edificio de 8.400 m2 construidos, está en proceso de certificación Passivhaus Classic.

Praxis ha realizado la simulación energética con PHPP, el diseño de la envolvente térmica y hermética, asesoría en materiales de bajo impacto ambiental, y optimización de detalles constructivos y cálculo de puentes térmicos.

Se ha realizado un estudio termodinámico y lumínico del edificio con DesignBuilder (EnergyPlus & Radiance), con un análisis del confort en verano y elaboración de estrategias de protección contra el sobrecalentamiento.

Se ha auditado el proyecto de instalaciones, realizando propuestas de mejoras, asesorando en todo momento para el cumplimiento con el estándar Passivhaus y trabajando conjuntamente con la ingeniería redactora para el diseño de sistemas eficientes y de fácil mantenimiento. En obra, Praxis realiza una asistencia a la DF mediante visitas de control técnico de los elementos clave para la obtención de la certificación Passivhaus.

Año: 2021

Lugar: Elx, Alicante

Servicios: Consultoría & diseño Passivhaus, simulación termodinámica & lumínica, asesoría en instalaciones, Ensayos Blower Door

Carpintería Passivhaus ROI ELIT 93.2

Praxis cabecera proyecto

I + D + i

Carpintería Passivhaus ROI ELIT 93.2

Descripción

Certificación como componente Passivhaus de la carpintería de madera ROI ELIT 93.2, de Grup-35.

Cálculo de la transmitancia térmica, Uf, de los marcos de la carpintería según las normativas UNE-EN-ISO 10077 1 y UNE-EN-ISO 10077 2, mediante el programa de simulación de elementos finitos Dartwin Frame Simulator Pro. Asesoría para la optimización del comportamiento energético del marco, y gestión del proceso de certificación con el Passivhaus Institut. En menos de 2 meses se consiguió la certificación clase phB para clima Templado- Cálido.

Año: 2021

Lugar: Glomès, Lleida

Servicios: Passivhaus component certification

Casa Pasiva en Gijón

Praxis cabecera proyecto

Passivhaus

Casa Pasiva en Gijón

Descripción

Certificación Passivhaus para una vivienda unifamiliar aislada en Gijón, Asturias, diseñada por el arquitecto Juan Ignacio Corominas. La vivienda consta de 285 m2 distribuidos en una planta baja y una planta semisótano. La construcción es mixta, combinando muros de termo arcilla rectificada con aislamiento SATE y cubierta de estructura de madera con 28cm de aislamiento térmico. Las carpinterías son Cortizo COR 80 de aluminio con certificación de componente Passivhaus.

En la auditoría, Praxis verifica todos los documentos de cálculo y diseño presentados por la Consultora Passivhaus, que incluyen planos y memorias de arquitectura e instalaciones, cálculo PHPP, informe del test Blower Door, puesta en marcha de ventilación, seguimiento de la obra y fotografías.

Año: 2021

Lugar: Gijón, Asturias

Servicios: Certificación Passivhaus

Blower Door en Viladecans

Praxis cabecera proyecto

Blower Door

Blower Door en Viladecans

Descripción

Realización de ensayos de hermeticidad al aire “Blower Door” según la norma UNE EN 13829 (A/B) para la comprobación de la ejecución de la hermeticidad en la rehabilitación energética de una vivienda unifamiliar entre medianeras en Viladecans, Barcelona. La vivienda está en proceso de certificación Passivhaus EnerPHit, y está diseñada por Daniel Tigges de Tigges Architekt.

Se han realizado dos ensayos: durante la obra, y después de su finalización. En el ensayo preliminar, se buscaron infiltraciones con generador de humo y anemómetro.

El resultado final de N50=0,55/h, está muy por debajo del grado de hermeticidad exigido por CTE DB HE-1 2019 y por el mismo estándar Passivhaus EnerPHit (cuyo límite es N50 ≤ 1/h, en el caso de edificios existentes).

Año: 2021

Lugar: Viladecans, Barcelona

Servicios: Blower Door

Bodega en el Priorat

Praxis cabecera proyecto

Consultoría energética, Ingeniería de Instalaciones

Bodega en el Priorat

Descripción

Consultoría energética y diseño de las instalaciones para una bodega de envejecimiento de vino en la comarca vinícola del Priorat, Tarragona, diseñada por la arquitecta Èlia Vaqué.

La bodega consta de dos módulos, uno enterrado donde se produce el proceso de envejecimiento del vino, y otro sobre rasante, dónde se dan lugar las catas. Ambos suman 290 m2 construidos.

Praxis ha realizado la simulación termodinámica en DesignBuilder (EnergyPlus), centrándose en la bodega enterrada, modelizando el comportamiento térmico con el objetivo de mantener unas condiciones determinadas de temperatura y humedad relativa propicias para el buen curado del vino. También se ha diseñado la envolvente térmica y capa hermética, asesorado en materiales de bajo impacto y saludables, y optimizado el diseño los puentes térmicos y detalles constructivos. Se ha diseñado el sistema de ventilación controlada de doble flujo con recuperación de calor, el sistema de climatización, la producción de agua caliente sanitaria y el diseño y dimensionado de la instalación fotovoltaica aislada de autoconsumo con baterías.

Año: 2021

Lugar: Els Guiamets, Tarragona 

Servicios:
Simulación termodinámica, Ingeniería de Instalaciones

Vivienda en Sitges

Praxis cabecera proyecto

Passivhaus, Ingeniería de Instalaciones, Blower Door

Vivienda en Sitges

Descripción

Consultoría y diseño Passivhaus, ingeniería de instalaciones, y control de obra de las instalaciones, para esta vivienda unifamiliar aislada en Sitges, Barcelona, diseñada por el despacho de arquitectura Intercon.

La vivienda, de 884 m2 distribuidos en 2 plantas y una planta técnica, está en proceso de certificación Passivhaus Classic.

Praxis ha realizado la simulación energética con PHPP, el diseño de la envolvente térmica y hermética, asesoría en materiales de bajo impacto ambiental, optimización de detalles constructivos y cálculo de puentes térmicos.

Se han proyectado todas las instalaciones: ventilación controlada de doble flujo con recuperación de calor, climatización, producción de agua caliente sanitaria, fontanería, saneamiento, instalaciones eléctricas, telecomunicaciones, control y monitorización. En obra, Praxis realiza los tests Blower Door para la comprobación de la ejecución de la hermeticidad del edificio, y forma parte de la DF realizando la dirección de ejecución de las instalaciones y control técnico Passivhaus.

Año: 2021

Lugar: Sitges, Barcelona

Servicios:
Consultoría Passivhaus, Ingeniería de Instalaciones, Dirección Ejecución Instalaciones, Ensayos Blower Door

Viviendas adosadas en Santa Coloma de Farners

Praxis cabecera proyecto

Passivhaus

Viviendas adosadas en Santa Coloma de Farners

Descripción

Consultoría y diseño Passivhaus para 4 viviendas unifamiliares adosadas en Santa Coloma de Farners, Girona, diseñadas y promovidas por el estudio Quim Ferrer, de Ecospai.

Las viviendas constan de 165 m2 construidos, distribuidos en 3 plantas, con un aparcamiento subterráneo. Se construyen con materiales saludables y de bajo impacto ambiental, y están en proceso de certificación Passivhaus Classic.

Praxis ha realizado la simulación energética con PHPP, el diseño de la envolvente térmica y hermética, asesoría en materiales de bajo impacto ambiental, optimización de detalles constructivos y cálculo de puentes térmicos. En obra, Praxis da asistencia a la DF mediante visitas de control técnico Passivhaus.

Año: 2021

Lugar: Santa Coloma de Farners, Girona

Servicios:
Consultoría Passivhaus, Visitas de control Passivhaus

ACS + FV: excedentes de fotovoltaica para la generación de agua caliente sanitaria

Se presenta la implementación de una instalación fotovoltaica de autoconsumo en una vivienda unifamiliar con certificación Passivhaus Classic, en donde se desvían los excedentes de la producción fotovoltaica a una resistencia eléctrica en el depósito de Agua Caliente Sanitaria.

ACS + FV: excedentes de fotovoltaica para la generación de agua caliente sanitaria

Se presenta la implementación de una instalación fotovoltaica de autoconsumo en una vivienda unifamiliar con certificación Passivhaus Classic, en donde se desvían los excedentes de la producción fotovoltaica a una resistencia eléctrica en el depósito de Agua Caliente Sanitaria. El sistema convierte la energía eléctrica que no se autoconsume en la vivienda, en energía térmica en el depósito de ACS para su uso posterior. Los consumos derivados del ACS son a menudo superiores a los de climatización en una Passivhaus, así que una solución de este tipo reduce la factura energética y aprovecha una fuente de energía renovable para producir agua caliente, evitando muchos de los problemas de mantenimiento que suelen sufrir los sistemas de energía solar térmica.

En comparación con edificios convencionales, los edificios Passivhaus monitorizados demuestran una reducción muy importante en los consumos de climatización y electricidad [1]. Este hecho mejora la viabilidad económica de generar energía renovable in-situ con la fotovoltaica, ya que se necesita un generador de menor potencia y menor superficie en cubierta, que siempre es un limitante. A la vez, la reducción de los consumos de calefacción y refrigeración también pone en relieve la importancia de atacar el consumo de Agua Caliente Sanitaria, con las altas pérdidas que conlleva su producción, almacenamiento, distribución y recirculación [2]. En un país con un recurso solar inmenso, volcar los excedentes de la producción fotovoltaica de autoconsumo a una resistencia eléctrica en el depósito de ACS es una manera de aumentar el aprovechamiento de la fotovoltaica y reducir la factura por ACS usando energías renovables. Se presenta la implementación de esta solución en una vivienda situada en la ciudad de Girona, que consta de 181 m2 de superficie útil. La casa fue diseñada por Tigges Architekt y Energiehaus Arquitectos, con las instalaciones ejecutadas por Progetic. La obra se terminó en agosto del 2017, recibiendo la certificación Passivhaus Classic en diciembre del mismo año (Figura 1 y Figura 2).

Figura 1: Vista de la fachada sur de la vivienda [Fuente: Loxone]
Figura 2: Vista de la fachada este de la vivienda [Fuente: Loxone]

El ACS, las pérdidas y la factura energética

Aún con un sistema de ACS bien diseñado, altamente aislado y correctamente ejecutado, las pérdidas siguen siendo importantes. Se ha realizado una serie de cálculos con el PHPP de la vivienda, para determinar las demandas, los consumos (tomando en cuenta el rendimiento de la bomba de calor) y la factura energética. Para el cálculo de la factura energética, el precio ponderado de la energía de la red se ha calculado en 0,21 €/kWh. Adicionalmente, se ha hecho un análisis de la demanda de ACS y las pérdidas por categoría. La Figura 3, Figura 4, y Figura 5 y Figura 6 muestran los resultados.

Se aprecia que el consumo de ACS aparece como el segundo más importante, un 34 % del total. Respecto a la demanda de ACS y las pérdidas, tan solo un 33% se debe a la demanda propiamente, y 67 % a las pérdidas, de lo cual un 44 % es por la recirculación, un 18 % por las tuberías individuales, y un 5 % por el depósito. El consumo total anual previsto para ACS es de 1.764 kWh, siendo una media de 147 kWh/mes.

Figura 3: Demanda, consumo y factura energetíca prevista por categoría, según el PHPP
Figura 4: Demanda de ACS y pérdidas, segñún el PHPP
Figura 5: Consumo de energía final & factura energética por categoría, calculado con el PHPP
Figura 6: Demanda de ACS y pérdidas

Fotovoltaica de autoconsumo con producción de ACS

El sistema que incorpora lo siguiente: un generador fotovoltaico con 12 módulos policristalinos de 265 W potencia nominal y una potencia pico de 3,18 kWp, inclinados a 17º, orientados perfectamente a sur (Figura 7). El inversor es de 3kW (Figura 8). El principal equipo de producción de ACS es una bomba de calor aire-agua de 6kW de potencia nominal, con un depósito de ACS de 500 litros, y una resistencia eléctrica de 3 kW (Figura 9). La producción de ACS es instantánea.

Hay un sistema de control que monitoriza el consumo de electricidad de la casa y la producción fotovoltaica (Figura 10), enviando excedentes de la producción que no se consume de manera instantánea, a la resistencia eléctrica en el depósito de ACS. La potencia de la resistencia se modula a través de un regulador de tensión, debido a que la potencia de salida del generador fotovoltaico varía continuamente según el nivel de radiación solar, y el excedente disponible depende del consumo de electricidad momentáneo de la vivienda.

Figura 7: Vista del generador fotovoltaico de 3,18 kWp [Fuente: Progetic]
Fiura 8: Inversor de 3kW
Figura 9: Unidad exterior, unidad interior & depósito de ACS con resistencia eléctrica de 3kW
Figura 10: Cuadro de control y domótica

Datos de monitorización

Los datos de monitorización para el año 2019 se muestra en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Se puede constatar que se generó un 35% del consumo total con la fotovoltaica, y un 17% del consumo total se desvió para la producción de ACS. La ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. muestra la evaluación horaria durante el día 3 de junio, de la generación fotovoltaica, la producción de ACS con los excedentes de la fotovoltaica, y el consumo eléctrico total la vivienda. La Figura 14 muestra lo mismo para el día 5 de junio, pero se aprecia además la temperatura del agua del ACS en el depósito, y el consumo de la bomba de calor.

Figura 11: Datos de montorización del 2019
Figura 12: Datos de monitorización del 2019
Figura 13: Datos de monitorización del 3 de Junio 2019
Figura 14: Datos de montiroización del 5 de Junio 2019

Conclusiones

Passivhaus se complementa muy bien con la generación de energía renovable in-situ mediante la fotovoltaica, y responde a la principal definición de un edificio de consumo casi nulo según la Directiva Europea 2010/31/EU, de un “edificio con un nivel de eficiencia energética muy alto (…). La cantidad casi nula o muy baja de energía requerida debería estar cubierta, en muy amplia medida, por energía procedente de fuentes renovables, incluida energía procedente de fuentes renovables producida in situ o en el entorno” [3]. A través del caso presentado, se aprecia lo siguiente:

  • Es necesario prestar especial atención a los consumos de ACS en una Passivhaus, que a menudo superan los consumos de climatización.
  • El importante peso de las perdidas en el sistema de ACS por recirculación requiere su control para que solo se recircule cuando hay ocupación.
  • Con un generador fotovoltaico de autoconsumo de ~ 3kWp y buena orientación e inclinación, es posible cubrir aproximadamente un 15% del consumo de ACS anual. Si hay una sola bomba de calor para la producción de ACS y refrigeración, esto libera la bomba de calor de tener que producir calor para calentar agua en verano, dejándola para la producción de frío únicamente. La histéresis puede ser de unas 3 horas entre que produce calor a que produzca frío, cosa que puede incidir en el sobrecalentamiento de la vivienda.

Bibliografía

[1] Feist W., Peper S., 2015, “Energy efficiency of the Passive House Standard: Expectations confirmed by measurements in practice”. Passive House Institute Dr. Wolfgang Feist, Rheinstraße 44/46, 64283 Darmstadt, Alemania.

[2] Grant N., Clarke A., 2010, “The importance of hot water system design in the Passivhaus”. Elemental Solutions, Withy Cottage, Little Hill, Orcop, Hereford, HR2 8SE, Reino Unido.

[3] Parlamento Europeo, 2010, “DIRECTIVA 2010/31/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO, de 19 de mayo de 2010 relativa a la eficiencia energética de los edificiosb(refundición)”.