Hormipresa Arctic Wall: El sistema constructivo industrializado consigue la certificación de componente Passivhaus

Hormipresa Arctic Wall es un sistema constructivo totalmente industrializado con hormigón arquitectónico, certificado como componente Passivhaus en la zona de clima cálido-templado, ya que los valores U de los componentes exteriores están por debajo de 0,25 W/m²K y los detalles constructivos cumplen con los criterios de ‘ libre de puente térmico’.

El sistema consta de 9 cm de aislamiento térmico PIR, intercalado entre una capa de hormigón armado de 15 cm en la cara interior y una capa de hormigón arquitectónico, blanco, de 6 cm en la cara exterior. Las dos capas de hormigón se mantienen unidas con un sistema de celosía y conectores de acero galvanizado que minimizan la transmisión de calor al tiempo que
proporcionan resistencia mecánica. La cámara de instalaciones, se aisla con 4 cm de lana mineral. Para su certificación, se llevó a cabo una simulación tridimensional para determinar el efecto térmico de los conectores y la celosía de acero galvanizado, que penetran en la capa de aislamiento. La cubierta consiste en una losa alveolar de hormigón pretensado con 14 cm de aislamiento XPS. En el cerramiento de solera, se instalan 8 cm de aislamiento XPS en la cara superior de la losa de hormigón armado.

Para los cálculos de la certificación, se utilizó una ventana estándar Passivhaus (Uw = 1,00 W/m²K con Ug = 0,90 W/m²K). El valor U total de la ventana instalada, de tamaño estándar (1,23 m de ancho por 1,48 m de alto), no debe superar 0,05 W/m²K el valor Uw, para garantizar el confort de los usuarios; criterio que se alcanza en este caso.

La hermeticidad del sistema se logra del siguiente modo: las ventanas y puertas están selladas con cintas herméticas Iso-Connect Inside Blue Line. La capa hermética de los muros y la solera es el hormigón armado. En la cubierta, lo es la losa alveolar. Las uniones entre paneles y con otros elementos constructivos se sellan con Sikaflex 11-FC sellador de juntas elástico y se pintan con pintura hermética Soudal Soudatight SP.

El Passive House Institute ha definido criterios internacionales para componentes en siete zonas climáticas basados en criterios de higiene, confort y accesibilidad económica. En principio, los componentes que han sido certificados para zonas climáticas con requisitos más elevados también pueden usarse en climas con requisitos menos estrictos. Su uso podría justificarse económicamente según proyecto.

Consulta el sistema en la Base de datos de componentes certificados del Instituto Passivhaus

Un especial agradecimiento a Soraya Lopez del Passive House Institute por sus esfuerzos en acabar la certificación en los plazos acordados con el Cliente.

Casa A, Somió, Gijón: Vivienda unifamiliar certificada por Praxis como PHI Baja Demanda Energética

Esta vivienda unifamiliar de estructura mixta está certificada como PHI Baja Demanda Energética por Oliver Style de Praxis. Se encuentra en la localidad de Somió, Gijón, Asturias. Fue diseñada por el arquitecto Juan Ignacio Corominas, con Patricia Borràs como Passivhaus Designer. Cuenta con muros de fachada con aislamiento SATE de 12cm sobre una fábrica de termo-arcilla rectificada de 24cm y una cámara de instalaciones con 5cm de aislamiento, U = 0,208 W/m2·K. La cubierta tiene 28cm de aislamiento térmico de XPS, U = 0,117 W/m2·K. Los muros contra terreno del sótano calefactado tienen 8cm de aislamiento, U = 0,437 W/m2·K. El forjado sanitario de la planta baja cuenta con 15cm de aislamiento térmico, U = 0,137 W/m2·K.

Las carpinterías son Cortizo COR-80 Industrial Passivhaus 1.0, con certificación de componente Passivhaus, con una transmitancia del perfil Uf = 0,94 W/m2·K. Los vidrios son de doble cámara, bajo emisivos con gas argón, Ug = 0,50 W/m2·K y g= 49%. Todas las ventanas tienen persianas exteriores enrollables para controlar las ganancias solares en verano. La producción térmica se lleva a cabo con una bomba de calor aire-agua Baxi PBM 10, de 9,2 kW de potencia calorífica, con suelo radiante como elemento terminal de calefacción. La misma bomba de calor produce agua caliente sanitaria. Una unidad de ventilación Aldes InspirAIR Side 240, con certificación de componente Passivhaus, se encarga de la renovación de aire, con una tasa de recuperación de calor sensible del 86 %. El ensayo Blower Door dio un resultado de N50 = 0,89 ren/h.

Fotos: Juan Ignacio Corominas

Enlaces:

• Base de datos del iPHA de Proyectos Passivhaus Internacional
• Base de datos de la Plataforma de Edificación Passivhaus PEP

Lecciones aprendidas en proyectos y obras bajo el Estándar Passivhaus

Hace más de 10 años que se construyó el primer edificio Certificado Passivhaus en la península. Ha llovido mucho desde aquellos primeros proyectos, entre tanto los técnicos, desde diseñadores y consultores, hasta constructores y operarios, hemos ido obteniendo experiencias. ¿Qué hemos apreciado? ¿Qué hemos aprendido? ¿Qué retos consideramos para el futuro próximo?

El factor de forma y aislamiento

Como consultores Passivhaus, solemos trabajar en base a un anteproyecto o un proyecto básico, cuando la forma y volumetría del edificio ya están determinadas, a veces sin tener en consideración su importancia al momento de proyectar un edificio de alta eficiencia energética. Dicho diseño influye en el comportamiento energético del edificio, entre otros factores, mediante la compacidad, que se mide con el factor de forma. Éste se define como la relación entre la superficie de la envolvente térmica y la superficie de referencia energética:

Factor forma = Superficie envolvente (m²) / S.R.E (m²)

A menor valor de factor de forma, menor superficie de envolvente expuesta a pérdidas energéticas por m² de superficie útil y por tanto, mayor eficiencia de nuestros cerramientos.

Hemos comparado algunos proyectos realizados hasta la fecha, según su tipología y los espesores de sus cerramientos, estableciendo un aislamiento equivalente para todos los proyectos con una conductividad térmica de 0,040 W/m·K, para que la comparativa no se distorsione por aislamientos con conductividades térmicas diferentes.

Edificios plurifamiliares

Se han analizado datos de 3 edificios plurifamiliares Passivhaus Classic, de 3 y 5 plantas, construidos en Girona, Puigcerdà y Donostia – San Sebastián:

Las gráficas indican una correlación clara: a mayor factor de forma, mayor espesor de aislamiento en los cerramientos opacos, así como una transmitancia Uw_instalada media menor en el caso de las ventanas. Lógicamente hay otros factores que influyen; como la orientación, el diseño pasivo solar, los puentes térmicos, y la inercia térmica, que pueden permitir una reducción en las prestaciones de los cerramientos, si se optimizan en la fase de diseño.

Edificios Unifamiliares

De las viviendas unifamiliares, el estudio se ha reducido a 9 viviendas, ubicadas en la provincia de Barcelona, a una altura media de 241 m sobre el nivel del mar:

Aunque la tendencia es similar a los plurifamiliares, el caso de las unifamiliares es más complejo: se observan ciertos cambios y casos en que el factor de forma no parece ser tan determinante en el espesor de aislamiento ni en las prestaciones de la ventana. Esto se debe a la influencia de otros factores; como la orientación, el diseño pasivo solar, los puentes térmicos, la inercia térmica, la radiación solar y las sombras que provoca el entorno del edificio, etc.

Observando las gráficas anteriores, queda evidente que se puede reducir espesores de aislamiento y prestaciones de las ventanas si diseñamos edificios de mayor compacidad. Normalmente hay un pequeño sobre coste en obra al diseñarlo bajo el Estándar Passivhaus, pero, ¿por qué no usar una herramienta como el factor de forma para reducir los costes de construcción y llegar al objetivo de Passivhaus sobre coste cero?

El Blower Door no engaña

En la construcción en entramado de madera, es común utilizar el panel OSB estructural como capa hermética. Esta doble función del panel hace que la definición de su clase y su espesor se haga, no solamente por la clase de uso y esfuerzos estructurales que tenga que soportar, sino también por el grado de infiltraciones de aire que requiera el edificio. El Instituto Passivhaus publicó el siguiente gráfico de un estudio realizado entre varios fabricantes y tipologías de OSB [4]:

Aunque se observa que el grado de infiltraciones depende principalmente del fabricante, los tableros OSB 4 de 22 mm de espesor son los que presentan un grado menor. En la práctica, nos hemos encontrado casos dónde, al reducir el espesor del OSB por cuestiones económicas, se ha comprometido la hermeticidad sin poder llegar a certificar:

Tomando en cuenta que la hermeticidad al aire de los tableros OSB varia por fabricante, podemos concluir que el OSB 3 de 18 mm es apto para conseguir una hermeticidad al aire de n50 ≤ 0,6 ren/h, siempre y cuando el sellado entre tableros y entre el resto de elementos se ejecute con cuidado y rigor.

La hermeticidad de las correderas

La industria de la fabricación de carpinterías ha experimentado un gran avance cualitativo en los últimos años. De tener problemas para encontrar en el país perfiles para triple vidrio, hemos pasado a productos muy sofisticados en madera, aluminio, PVC y mixtas.

Las correderas se convierten en el tipo de perfilería que, aun habiendo mejorado sus prestaciones hasta Clase IV de hermeticidad al aire con las oscilo-paralelas y las elevables, requieren más atención cuando diseñamos las aperturas de un edificio. Después de presenciar test Blower Door en edificios con correderas, concluimos que, para garantizar la hermeticidad, éstas deben tener como mínimo una hoja fija, y si son de varias hojas, que la fija quede en la posición central para que el cierre entre hojas fija y móvil sea hermético.

A continuación, comparamos los resultados de 3 edificios, dos con correderas de una sola hoja móvil y otra fija, y otro con 3 hojas correderas móviles:

Climatización y ventilación, juntas, pero no revueltas

Una de las propuestas del estándar Passivhaus es la de unir en una misma instalación el sistema de ventilación y climatización. Con años de experiencia en el diseño y la realización de instalaciones hemos constatado que no es recomendable climatizar mediante el aire de ventilación en climas húmedos o cálidos. Estos sistemas, que se basan en incorporar una batería de agua en el sistema de ventilación, tienen una potencia limitada, que en climas cálidos difícilmente llega a cubrir la carga de refrigeración, sobre todo en momentos de alta ocupación y durante olas de calor.

Por otra parte, se oye hablar sobre la idoneidad de los sistemas radiantes y refrescantes en los edificios Passivhaus. Recomendamos que, si se instalan este tipo de sistemas, sean de baja inercia térmica, para conseguir una respuesta térmica más rápida del sistema a un requerimiento puntual de climatización, por ejemplo, una semana nublada sin radiación solar en invierno. Para la refrigeración mediante sistemas radiantes, es imprescindible diseñar un sistema de deshumidificación por recirculación, independiente de la ventilación, y un control fiable de la temperatura del agua de impulsión para que la superficie radiante quede por encima de la temperatura del punto de rocío y se evitan condensaciones.

Después de este breve repaso por los 5 principios del Estándar Passivhaus, concluimos que, aun habiendo caminado mucho desde hace más de 10 años, queda mucho camino por andar. La clave para poder mejorar en el diseño y la ejecución de edificios Passivhaus la encontramos en recopilar y difundir experiencias, soluciones y proyectos entre los técnicos y empresas del sector.

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].

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.