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

ACS + FV: aprovechamiento de excedentes de fotovoltaica de autoconsumo 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 …

ACS + FV: aprovechamiento de excedentes de fotovoltaica de autoconsumo 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)”.

Cálculo higrotérmico de un muro de entramado con materiales naturales

Cálculo higrotérmico de un muro de entramado con materiales naturales Frente al impacto ambiental del sector de la construcción- responsable de un 40 % del consumo total de energía primaria de la Unión Europea- reducir tanto la energía embebida de los materiales en la fase de fabricación, como el consumo energético de los edificios en …

Cálculo higrotérmico de un muro de entramado con materiales naturales

Frente al impacto ambiental del sector de la construcción- responsable de un 40 % del consumo total de energía primaria de la Unión Europea- reducir tanto la energía embebida de los materiales en la fase de fabricación, como el consumo energético de los edificios en su fase de uso- son tareas urgentes. La madera, los residuos agrícolas, y los materiales lignocelulósicos, son recursos renovables locales que se pueden aprovechar para fomentar la economía circular y reducir el impacto ambiental del sector. El presente artículo muestra un ejemplo de un panel prefabricado estructural aislante, hecho con materiales de origen biológico, para edificios de nueva construcción de consumo casi nulo.

Panel ISOBIO para edifcios de nueva construcción

El prototipo del panel que se monitorizó mide 1,95m x 1,95m, con un espesor total de 33,2cm en 8 capas con 9 materiales diferentes (Figura 1). Se compone de un revoco exterior compuesto de cal y cáñamo de 25mm de espesor, aplicado sobre un aislamiento térmico rígido de cáñamo de 50mm, fijado mecánicamente a la estructura de madera de pino rojo de 145mm de espesor. Entre la estructura hay aislamiento de cáñamo, algodón, y lino, seguido por un tablero de OSB 3 de 12 mm. Sobre el OSB se ha fijado una membrana hermética y de control de vapor dinámico, seguido por una cámara de instalaciones de 45mm de espesor con aislamiento térmico de cáñamo, algodón, y lino, entre rastreles de madera, girados a 90º en relación a la estructura para reducir el puente térmico a través de los elementos de madera. La cámara se cierra con un tablero de paja termo-comprimida de 40mm de espesor, revocado al interior con un compuesto de arcilla y cáñamo aplicado en 3 capas, de 15mm de espesor.

Figura 1: Secciones y composición de panel ISOBIO
Figura 2: Ubicación y tipo de sensores isntalados en el panel
Figura 3: Instalación de los paneles en el demostrador HIVE, Wroughton, Reino Unido

Instalación y monitorización en los demostradores

La Figura 3 muestra la instalación de los paneles en el demostrador HIVE en Wroughton, Reino Unido. Se instaló un sistema de monitorización con una estación meteorológica registrando las condiciones climáticas exteriores: temperatura del aire seco, humedad relativa, radiación solar, velocidad del viento, dirección del viento, precipitación y presión barométrica. Se instaló una sonda de temperatura en la cara exterior del panel, un sensor de flujo de calor y una sonda de temperatura en la cara interior, para medir la transmitancia térmica conforme la ISO 9869 [1]. Adicionalmente, se instalaron sondas de temperatura y humedad relativa en 3 puntos intersticiales (Figura 2), para medir el comportamiento higrotérmico dinámico al interior del panel y comparar los resultados con simulaciones dinámicas realizadas con la herramienta WUFI Pro, según la EN 15026 [2]. WUFI Pro 1D es una herramienta desarrollada por el Instituto Fraunhofer en Alemania para evaluar el rendimiento higrotérmico de elementos constructivos unidimensionales, teniendo en cuenta el contenido de humedad de los materiales, su comportamiento higrotérmico dinámico, el transporte capilar, y la condensación de verano, con condiciones climáticas exteriores horarios. La versión de software utilizada fue WUFI Pro v. 6.2.1.2210

Los datos se midieron a un intervalo de 5 minutos, para el periodo 24/02/2018 a 14/03/2018 en el demostrador HIVE, Reino Unido, durante un total de 432 horas, o 18 días, con 5.184 puntos de datos.  La temperatura interior se mantuvo a una temperatura media de 25,5ºC durante todo el periodo con un calentador eléctrico de aire.   

Resultados de monitorización y validación

Figura 4 muestra una sección transversal del panel modelado, con la ubicación de los sensores. La Figura 5 muestra el modelo WUFI del panel y las ubicaciones de los sensores correspondientes.

Figura 4: Sección del panel y ubicación de los sensores
Figura 5: Sección del modelo de calculo en WUFI y ubicación de los sensores

La Figura 6 muestra la temperatura medida y modelada y la humedad relativa en la posición 2 (entre el aislamiento rígido CAVAC y el aislamiento Biofib Trio). Las variaciones dinámicas de temperatura se reflejan bien en el modelo. Las variaciones dinámicas de humedad relativa menos. No obstante, el modelo muestra una correlación muy estrecha con los resultados medidos.

Figura 6: Temperatura & humedad relativa medida vs. modelada con WUFI, Posición 2

La Figura 7 muestra los valores medidos y simulados en la posición 3 (entre el aislamiento Biofib Trio y la placa OSB). Las variaciones dinámicas de temperatura se reflejan bien en el modelo, aunque menos con la humedad relativa.

Figura 7: Temperatura & humedad relativa medida vs. modelada con WUFI, Posición 3

Figura 8 muestra los valores medidos y simulados en la posición 4 (entre la membrana Intello y el aislamiento Biofib Trio). Las variaciones dinámicas tanto de la temperatura como de la humedad relativa se reflejan bien en el modelo.

Figura 8: Temepratura & humedad relativa medida vs. modelada con WUFi, Posición 4

Figura 9 muestra el flujo de calor medido, en comparación con las simulaciones en WUFI. Los resultados muestran una muy buena correlación.

Figura 9: Flujo de calor medido vs. modelado con WUFI

Conclusiones

Los resultados de la temperatura y humedad relativa medidas y modeladas muestran una buena correlación, con variaciones dinámicas de temperatura reflejadas con precisión en el modelo. Las variaciones a corto plazo de la humedad relativa no se reflejan con la misma precisión en las simulaciones con WUFI, posiblemente debido a la suposición que el contenido de agua en equilibrio de los materiales es instantáneo, cuando en realidad hay histéresis [3]. Los datos de transmitancia térmica modelados y medidos muestran una muy buena correlación, con una diferencia de solo un 4% durante el período de monitorización.

Los resultados indican que los materiales de origen biológico combinados en un panel estructural aislante de este tipo, pueden ofrecer un rendimiento higrotérmico predecible y fiable para su uso en edificios de consumo casi nulo.

Referencias

  • ISO 9869-1:2014 Thermal Insulation – Building elements – in-situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance. (Aislamiento térmica – elementos constructivos – medición in-situ de la resistencia térmica y transmitancia térmica)
  • UNE-EN 15026:2007, Comportamiento higrotérmico de componentes de edificios y elementos constructivos. Evaluación de la transferencia de humedad mediante simulación numérica.(Ratificada por AENOR en junio de 2010.)
  • N. Reuge, F. Collet, S. Pretot, S. Moisette, M. Bart, O. Style, A. Shea, C. Lanos 2019, Hygrothermal transfers through a bio-based multilayered ISOBIO wall – Part I: Validation of a local kinetics model of sorption and simulations of the HIVE demonstrator. Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique, Axe Ecomatériaux pour la construction, Université de Rennes, 3 rue du Clos Courtel, BP 90422, 35704 Rennes, France.

Artículo completo

Puedes leer más sobre ISOBIO: Cálculo higrotérmico y validación de un panel aislante estructural con materiales de origen biológico en el portal Caloryfrio.com, de donde hemos extractado este artículo.

Materiales y calidad del aire, claves para los espacios saludables

Pasamos el 90% de nuestro tiempo en ambientes interiores, a causa del confinamiento durante la pandemia de la Covid-19, mucho de este tiempo ha sido y es en nuestro hogar. La Agencia de Protección Medioambiental de Estados Unidos estima que el aire en nuestras viviendas es 2 a 5 veces más contaminado que el aire exterior. Durante este último año muchos nos hemos percatado de la importancia de vivir en un ambiente salubre y habitable.

Materiales y calidad del aire, claves para los espacios saludables

Materiales y calidad del aire, claves para los espacios saludables
Figura 1: Ejemplo de los materiales que pueden afectar la calidad del aire interior en el hogar

Pasamos el 90% de nuestro tiempo en ambientes interiores, a causa del confinamiento durante la pandemia de la Covid-19, mucho de este tiempo ha sido y es en nuestro hogar. La Agencia de Protección Medioambiental de Estados Unidos estima que el aire en nuestras viviendas es 2 a 5 veces más contaminado que el aire exterior. Durante este último año muchos nos hemos percatado de la importancia de vivir en un ambiente salubre y habitable.

¿Qué podemos hacer para mejorarlo?

Una ventilación continua y controlada es clave, pero hay atacar el problema en la raíz: evitar y limitar materiales que emiten químicos tóxicos en nuestra casa.

¿Qué respiramos?

Para vivir en un ambiente saludable, tenemos que cuidar qué productos, materiales y muebles instalamos en nuestra vivienda, ya que respiramos las partículas que emiten y tenemos contacto físico directo con ellos.

Se recomienda elegir materiales de acabado con bajo o nulo contenido de sustancias nocivas para la salud humana: biocidas, formaldehidos y otros compuestos orgánicos volátiles (COV’s).

Los COV’s agrupan sustancias de origen tanto natural como artificial, compuestos por carbono, hidrógeno, halógenos, oxígeno, azufre, … Se generan en materiales sólidos o líquidos y se presentan en estado gaseoso a temperatura ambiente o son volátiles. Algunos modifican la composición química del ambiente, considerándolos nocivos para la salud.

El formaldehido es un gas catalogado como cancerígeno por la UE que se encuentran en pinturas, decapantes, conservantes de madera, aglomerantes, colas, ceras, plásticos, pesticidas, aerosoles, alfombras sintéticas, productos de limpieza, desinfección y desengrasantes. Los efectos en la salud incluyen asma, irritación de mucosas, dolor de cabeza, pérdida de coordinación, náuseas, daños en hígado, riñones y en el sistema nervioso central. Los COV’s pueden ser disruptores endocrinos y provocar enfermedades respiratorias y hormonales, trastornos del sueño, del comportamiento, de la reproducción y del desarrollo del feto, cáncer, y sensibilidad química múltiple (SQM).

Otro componente nocivo a considerar es el material particulado, PM, que recoge partículas y fibras con diámetro de 10 micrómetros (PM10) o menos (PM2.5 y PM 1). Las PM2.5 pueden llegar a los pulmones, y PM1 al torrente sanguíneo. La exposición a corto y largo plazo se asocia a enfermedades cardiovasculares y respiratorias.

¿Qué materiales y productos se recomiendan?

Para poder evitar y minimizar la presencia de estas sustancias dañinas en el interior de los edificios, se deben buscar productos poco modificados o procesados, tratados con pinturas, barnices y colas de bajas emisiones, libres de formaldehido, textiles naturales y si puede ser, con certificaciones de garantía.

Son recomendables suelos de linóleo, o de madera maciza pretratada, ya que suelen contener pocos adhesivos y materiales con emisiones nocivas. Si se instala un suelo de madera laminada, que esté libre de formaldehidos. Las alfombras pueden ser un nido de partículas y contener cenizas volátiles de carbón o láminas de poliuretano. Se recomiendan alfombras de fibras vegetales.

A menudo, el mobiliario y productos de madera están fabricados de partículas con adhesivos de urea-formaldehido. Se recomienda buscar mobiliario de madera maciza o contrachapada, libre de formaldehidos.

En cuanto a aislamientos térmicos, la exposición al proyectado de aislamientos de espuma, que contiene isocianuratos, puedenser causa de asma. Sobre la fibra de vidrio, es importante asegurarse que no contiene formaldehidos. En general, se recomienda priorizar aislantes de origen vegetal o mineral.

Ojo, que a veces productos vendidos como “ecológicos” por su contenido reciclado, pueden ser nocivos para la salud. Un ejemplo son las baldosas de cerámica que incorporan el vidrio reciclado de tubos de rayos catódicos de televisores, como sustituto al oxido de plomo.

Existe una gran variedad de certificaciones que miden y cuantifican las sustancias nocivas que se encuentran en materiales y productos de construcción y del hogar. Algunos ejemplos:

Etiqueta ambiental francesa sobre emisiones al aire interior: De origen francés, clasifica los materiales de construcción, productos de mobiliario y de decoración, en nuestro país la encontramos en gran cantidad de productos. Clasifica los productos según las emisiones de COV’s, de A+ a C, según las normas ISO 16000. Si un producto supera los límites, no se permite la comercialización.

Sello de verificación del Instituto de Baubiologie Rosenheim: El Certificado IBR de los materiales, es una etiqueta ambiental que incluye diversas pruebas para medir la cantidad de sustancias nocivas de un material, si éste las supera, consigue el certificado.

Sello Indoor Air Comfort de Eurofins: Clasifica los productos de construcción en dos categorías, una básica, donde el producto cumple los criterios de emisiones de COV’s de la UE y la variante Gold, donde además cumple con otras certificaciones de emisiones voluntarias.

Emisiones Dans l’air intérieur
Geprüft und empfohlen
Eurofins

Además, las etiquetas ambientales también garantizan que los materiales son respetuosos con el medio ambiente y no suponen un peligro durante su fase de fabricación y de deconstrucción, reciclaje o tratamiento como residuo.

Medir en casa

En la península hay varios laboratorios de ensayo para la certificación de materiales y medición de emisiones de COV’s, como Tecnalia, y SGS. Pero, ¿Puedo medir la calidad del aire interior de mi vivienda sin gastar una fortuna? Existen equipos con un coste accesible y precisión aceptable, como MICA, fabricado por la empresa navarra Inbiot. El sensor mide COV’s, formaldehidos, ozono, partículas en suspensión, gas radón, CO2, temperatura y humedad relativa. La gráfica siguiente muestra la medición de la concentración de formaldehido en un dormitorio durante una semana:

Según la norma técnica de medición en baubiologie SBM2015 para zonas de descanso, los valores por encima de 100 µg/m3 supondrían el límite aceptable. “La búsqueda de fuentes es muchas veces un juego de pistas, y a partir de los datos y las mediciones, puedes ir descartando o confirmando,” dice Maria Figols, Directora de Proyectos de InBiot.

Figura 4: Concentración de formaldehido medida en una habitación durante una semana en diciembre 2019
Figura 4: Concentración de formaldehido medida en una habitación durante una semana en diciembre 2019

Conseguir un espacio saludable

Está en juego la calidad de vida y la salud de las personas a medio y largo plazo, siendo el sector de la construcción una de las partes implicadas. De la selección de materiales con un bajo grado de componentes nocivos, depende que los usuarios de los edificios respiren y asimilen sustancias que les puedan generar enfermedades o trastornos graves a lo largo de su vida. Junto con la reducción de las fuentes de contaminación del aire interior, una correcta ventilación es imprescindible para conseguir un espacio saludable.

Agradecimientos

Gracias a Maria Figols y Xabi Alaez de InBiot por sus aportaciones.

Artículo completo

Puedes leer más sobre materiales y calidad del aire en el portal Caloryfrio.com, de donde hemos extractado este artículo.

Bibliografía

[1] Guía Edificios y Salud, Siete Llaves para un edificio saludable. García de Frutos, Daniel et al. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Consejo General de Colegios de Médicos. Enero 2020.

[2] Monitorización de vivienda de alta eficiencia, 30 Marzo 2020. InBiot. https://wiki.inbiot.es/monitorizacion-de-vivienda-de-alta-eficiencia/

Las claves de la certificación Passivhaus

El estándar Passivhaus es un estándar de certificación energética voluntario para edificios de obra nueva y rehabilitación, en cualquier clima, que busca un máximo confort para los usuarios, una buena calidad del aire interior, y un consumo energético casi nulo.

Las claves de la certificación Passivhaus

El estándar Passivhaus es un estándar de certificación energética voluntario para edificios de obra nueva y rehabilitación, en cualquier clima, que busca un máximo confort para los usuarios, una buena calidad del aire interior, y un consumo energético casi nulo. Se desarrolló en los 90 por el Instituto Passivhaus en Alemania, y en las dos últimas décadas se ha extendido por la península. Un edificio Passivhaus ofrece ahorros energéticos de hasta un 90 % frente a un edificio convencional, gracias a un riguroso proceso de diseño y de control de obra.

Las claves de la certificación Passivhaus
Figura 1: Placa de certificación Passivhaus [Fuente: Álvaro Martínez]

Principios básicos del Passivhaus

Un edificio Passivhaus requiere un proceso de diseño holístico en dónde el todo es más que la suma de las partes. Para ayudar a entender el estándar, los 5 principios en los que se basa son:

  • Aislamiento térmico
  • Ventanas de altas prestaciones térmicas
  • Ventilación controlada con recuperación de calor
  • Estanqueidad al aire
  • Ausencia de puentes térmicos

Aun así, hay otros factores clave para conseguir la certificación y asegurar un buen comportamiento del edificio, sobre todo en climas cálidos:

  • Protección solar exterior: para reducir las ganancias solares
  • Ventilación natural nocturna en combinación con la inercia térmica: para conseguir un “free cooling” cuando las temperaturas exteriores son favorables
  • Sistemas de ACS, equipos e iluminación eficientes: para reducir el consumo de energía primaria y las ganancias internas de calor en verano.
  • Instalaciones de calefacción y refrigeración eficientes
Figura 2: Criterios de certificación Passivhaus para obra nueva. Fuente: Passive House Institute 2016 [2]
Criterios de certificación Passivhaus Baja Demanda
Figura 4: Criterios de certificación Passivhaus Baja Demanda. Fuente: Passive House Institute 2016 [2]

PHPP: “Passive House Planning Package”

La herramienta PHPP (“Passive House Planning Package”) se usa para diseñar energéticamente un edificio Passivhaus. Es un programa de cálculo semi-estático y unizona, basado en una serie de hojas de cálculo en Excel. Los cálculos de la herramienta se fundamentan en un gran número de normas ISO, principalmente en el método mensual de la UNE-EN ISO 13790 [1]. El PHPP ha sido calibrado con simulaciones termodinámicas realizadas con DYNBIL, calibrado a su vez mediante extensas validaciones con datos reales.

Los resultados indican el balance energético del edificio tanto en verano como en invierno, arrojando resultados de las demandas térmicas y de los consumos de energía final y primaria.

Passivhaus para obra nueva

El estándar Passivhaus para obra nueva es prestacional: No limita los valores de transmitancia térmica de los elementos constructivos, si no las demandas y los consumos energéticos, calculados con el PHPP. El nivel de infiltraciones de aire no puede superar 0,6 renovaciones/hora a una diferencia de presión de 50 Pascales, medido con un ensayo en obra, el test “Blower Door”.

Existen 3 clases de certificación: Classic, Plus y Premium. Classic no cuenta con generación de energía renovable. Para llegar a Plus, hay que generar ≥ 60 kWh/m2·a de energía renovable (suele ser al menos lo que consume el edificio). Para llegar a Premium, hay que generar ≥ 120 kWh/m2·a (4-5 veces más de lo que consume el edificio).

Passivhaus de Baja Demanda Energética

En caso de no llegar a cumplir con los requisitos anteriores, se puede certificar un edificio como Passivhaus Baja Demanda Energética, cumpliendo con los requisitos mostrados a continuación, más laxos.

Passivhaus para rehabilitación: EnerPHit

Para la rehabilitación de edificios existentes, existe el sello EnerPHit, que ofrece dos vías para conseguir la certificación:

  • EnerPHit por Demandas: prestacional, con los requisitos que se ven en la Figura 5
  • EnerPHit Por Componentes: prescriptivo, con los requisitos que se ven en la Figura 6

Para ambas vías, hay que obtener un resultado en el ensayo de hermeticidad al aire de N50 ≤ 1,0/h. Las 3 clases de Classic, Plus y Premium son también aplicables el estándar EnerPHit.

Figura 5: Criterios de certificación EnerPHit por Demandas. Fuente: Passive House Institute 2016 [2]
Figura 5: Criterios de certificación EnerPHit por Demandas. Fuente: Passive House Institute 2016 [2]
Figura 6: Criterios de certificación EnerPHit por Componentes. Fuente: Passive House Institute 2016 [2]

Riesgo de sobrecalentamiento de los espacios

Se tiene que justificar que se elimina el riesgo de sobrecalentamiento en verano mediante una de estas dos vías:

  • Con refrigeración activa: cumplir con la demanda límite de refrigeración total (sensible + deshumidificación), calculada con el PHPP, con instalaciones térmicas capaces de mantener el confort (según ISO 7730), con una temperatura operativa ≤ 25 ºC y un máximo del 10% de las horas del año con una humedad interior absoluta > 12 g/kg aire seco.
  • Con refrigeración pasiva: cumplir con la frecuencia límite de sobrecalentamiento, calculada con el PHPP, con un máximo del 10% de las horas del año con una temperatura operativa interior > 25 ºC.
Figura 7: Clasificación de la frecuencia de sobrecalentamiento. Fuente: adaptado de Jessica Grove-Smith, Passive House Institute

Es importante subrayar que el 10 % de las horas del año, son 876 horas (todo el mes de agosto, por ejemplo) por encima de 25 ºC. Por lo tanto, se recomienda no superar el 5 % (Figura 7).

Para edificios terciaros y/o con zonas expuestas a condiciones interiores y exteriores muy diferentes entre sí, es recomendable acompañar el cálculo PHPP (una herramienta “unizona”) con un cálculo dinámico multizona, para analizar zonas específicas más susceptibles al sobrecalentamiento: por ejemplo, plantas superiores orientadas a oeste.

La hermeticidad al aire

El ensayo de hermeticidad, o “Blower Door” se realiza en obra y mide el nivel de infiltraciones de aire. Se tienen que realizar ensayos preliminares (antes de los acabados interiores, para detectar y corregir fugas a tiempo), y un ensayo final, conforme la norma UNE-EN 13829 [4].

El “Blower Door” es un claro indicador de la calidad de la ejecución. ¿Qué ventajas tiene la reducción de infiltraciones indeseadas?:

  • Reduce las pérdidas energéticas en invierno y la factura de calefacción
  • Reduce la entrada de humedad en climas cálidos-húmedos, reduciendo el consumo de refrigeración por deshumidificación y la factura energética
  • Aumenta el confort, eliminando las corrientes de aire
  • Mejora la salud de las personas, evitando la entrada de gas radón, partículas en suspensión y otros contaminantes provenientes del exterior
  • Reduce los gastos de mantenimiento por patologías, ya que, elimina (prácticamente) las exfiltraciones de aire cálido y húmedo desde el interior hacia el exterior, fuente de posibles condensaciones y patologías en la construcción.
Figura 8: Comparativa del nivel de infiltraciones requerido para Passivhaus, CTE y valores típicos para edificios existentes

Una estrategia de hermeticidad al aire tiene que ir siempre acompañada de una ventilación controlada, para asegurar una buena calidad de aire y la evacuación de humedad y contaminantes generados en el interior del edificio.

Un edificio existente tendrá típicamente un nivel de infiltraciones de N50 ~ 10/h. Una Passivhaus certificada tiene un N50 ≤ 0,6/h.

Proceso de certificación y auditoría

El proceso de certificación y auditoría empieza en fase de proyecto y se concluye con el final de obra, y lo realiza una entidad homologada por el Instituto Passivhaus. Al ser un agente externo al proyecto, el certificador acredita que el proyecto cumple con el estándar y que la obra se ha ejecutado tal como está proyectada, reflejado en una correcta modelización en el PHPP.

Más allá de la eficiencia energética, edificios saludables

Aunque el estándar no precisa materiales, el manual técnico del PHPP hace mención explícita al uso de materiales de bajas emisiones de COV’s en el interior. La salud y la calidad del aire interior son criterios esenciales en Praxis como proyectistas Passivhaus, ya que el estándar pone el confort de las personas en primer plano.

Para garantizar una buena calidad de aire, se comprueba el correcto dimensionado del sistema de renovación de aire en fase de proyecto. Una vez acabada la obra, es de obligado cumplimiento la puesta en marcha del sistema y la medición de caudales en todas las bocas de impulsión y retorno, de acuerdo con el proyecto.

El objetivo tener edificios saludables, confortables y eficientes, cerrar la brecha de rendimiento entre el funcionamiento previsto y real.

Artículo completo

Puedes leer más sobre qué es el certificado Passivhaus en el portal Caloryfrio.com, de donde hemos extractado este artículo.

Bibliografía