Mente fresca: climatización con techo radiante en una rehabilitación Passivhaus 

Se presenta un sistema de climatización con aire de renovación y techo radiante, instalado en un edificio plurifamiliar en el centro histórico de Girona, certificado Passivhaus EnerPHit por Demandas. Para cada apartamento, el sistema consiste en una bomba de calor aire-agua como equipo de producción, un ventilador con recuperación de calor y humedad con batería de agua de post-tratamiento, y placas de techo radiante. El control se lleva a cabo con una centralita de domótica con sensores de temperatura y humedad por estancia. Esta solución ofrece calefacción y refrigeración con el mismo elemento terminal, trabajando de manera casi silenciosa y a baja temperatura, dando un alto confort térmico y un buen rendimiento trabajando con bomba de calor. Un funcionamiento fiable depende- entre otras cosas- de un buen dimensionamiento, una correcta puesta en marcha del sistema de ventilación y control, y un correcto mantenimiento de los filtros en los recuperadores de parte de los usuarios. No se recomienda este tipo de sistema para viviendas donde se abren mucho las ventanas en verano y funciona mejor en zonas cálidas secas. 

Se trata de un edificio plurifamiliar de 6 plantas, en el centro histórico de Girona, con certificación Passivhaus EnerPHit por Demandas. Esta promoción privada- que fue la primera de su tipo en Cataluña- lanzó 4 apartamentos de 129 m2 y un dúplex de 162 m2 al mercado.  

Por normativa patrimonial, se tuvo que instalar el aislamiento por el interior, con una consecuente pérdida de inercia térmica. Garantizar, entonces, el confort térmico para los usuarios en verano es especialmente importante. La climatización con el aire de renovación permite una simplificación de las instalaciones térmicas y una reducción en su coste. Sin embargo, su potencia térmica se puede ver limitada bajo condiciones exteriores extremas en verano. Se presenta aquí, una solución para potenciar la climatización con el aire de renovación y hacer frente a las altas temperaturas en el periodo estival.  

Los datos del proyecto se muestran a continuación: 

• Clase de certificación: Rehabilitación Passivhaus-EnerPHit por demandas 
• Superficie útil / construida: 678 m2 / 1.038 m2 
• Promotor: MBD Real Estate Group  
• Constructora: Busquets Sitja  
• Arquitectos: López-Pedrero-Roda Arquitectes  
• Ingeniería de instalaciones: PGI Engineering 
• Control/domótica: Progetic 
• PHPP, diseño Passivhaus: Oliver Style, Bega Clavero 
• Certificación Passivhaus: Energiehaus Arquitectos

Descripción y funcionamiento del sistema 

Al comienzo del proyecto, se plantearon 2 soluciones de climatización: 

1. Climatización con el aire de renovación  

2. Climatización con el aire de renovación + placas de techo radiante 

Se optó por la segunda opción, ya que no se podía mantener la temperatura de confort en verano a ≤ 25ºC climatizando únicamente con el aire de renovación. Añadiendo 19 m2 de placas de techo radiante (una cobertura del 15 % de la superficie del techo), se alcanzaba una cobertura del 100 % de las cargas térmicas máximas de verano, con condiciones exteriores de T_{aire ext.} = 34,1 ºC (con H_{específica ext.} = 10,5 g/kg.a.s), según los valores calculados en proyecto.

Para un apartamento tipo, el sistema consiste en los siguientes elementos:

• Equipo de producción térmica: bomba de calor monobloc aire-agua Daikin EWYQ005ADVP (5,20 kW frio / 5,65 kW calor) [Figura 2] 
• Recuperador: Zehnder ComfoAir550 entálpico [Figura 3] 
• Batería de agua: Zehnder ComfoPost CW10 [Figura 4] 
• Placas de techo radiante: Zehnder NIC 150 & NIC 300 [Figura 5, Figura 6] 
• Sistema de control:

• 1 sensor de temperatura & humedad por estancia
• 1 centralita mini server de Loxone [Figura 7]
• Diversos elementos para controlar los circuitos de techo radiante, la temperatura de agua del clima / techo radiante, la válvula mezcladora y bomba de circulación del techo radiante, y la válvula de 3 vías de la batería de agua 

En modo calefacción, la bomba de calor genera agua caliente, circulándola por las placas de techo radiante a una temperatura de impulsión/retorno de 45 ºC / 40 ºC. Al mismo tiempo, la batería de agua calienta el aire de renovación para impulsarlo en las zonas secas a aproximadamente 40 ºC. Se controla la velocidad del ventilador para evitar caudales excesivamente altos y una humedad relativa aire interior demasiado baja. 

En modo refrigeración, la bomba de calor genera agua fría, circulándola por las placas de techo radiante a una temperatura de impulsión/retorno de 7 ºC / 12 ºC. Al mismo tiempo, la batería de agua enfría el aire de renovación, para impulsarlo en las zonas secas a aproximadamente 15 ºC. La batería actúa de deshumificador en verano, para extraer agua del aire de impulsión y bajar la temperatura de rocío en la superficie de las placas de techo radiante, controlando de esta manera las condensaciones.  

El recuperador entálpico ayuda a aumentar la humedad relativa del aire interior en invierno y el inverso en verano, mejorando el confort térmico y reduciendo la carga latente a la que se enfrenta la batería. 

Con el caudal de ventilación de 0,4/h (135 m3/h), las placas de techo radiante típicamente cubren- tanto para calefacción como para refrigeración- aproximadamente 65 % de las necesidades térmicas. La batería y el sistema de renovación de aire cubren el 35 % restante. 

Un correcto control de un sistema de techo refrescante es imprescindible para evitar problemas de condensaciones superficiales. Para ello, se ha instalado un sensor de temperatura y humedad en cada una de las 5 estancias donde están las placas radiantes (comedor, cocina y 3 habitaciones). Los datos de temperatura y humedad permiten ajustar la temperatura del agua de las placas, actuando sobre la posición de la válvula mezcladora para evitar condensaciones. 

Al mismo tiempo, se actúa sobre el ventilador, para bajar o subir el caudal en función de las necesidades térmicas, con una programación (ajustable por el usuario) que impide que el ventilador trabaje en “modo fiesta” durante las horas de descanso. El control permite establecer diferentes temperaturas de consigna según horarios o según la ocupación, con el fin de obtener el máximo confort con el mínimo consumo de energía. 

El sistema de ventilación funciona de forma automática con horarios pre-establecidos, con posibilidad de ajuste manual según el nivel de ocupación, o las necesidades de deshumidificación. La Figura 8 resume su funcionamiento: 

Conclusiones 

La climatización con techo radiante ofrece una solución eficiente para aumentar la potencia de los sistemas de climatización con el aire de renovación en verano. Al ser un sistema principalmente radiante de baja temperatura, da un mejor confort al usuario y una factura reducida en comparación con sistemas convectivos. Según las cargas térmicas del edificio, se puede dimensionar la cantidad de placas que haga falta por zona. Con las bajas cargas térmicas de edificios rehabilitados bajo el estándar Passivhaus, se puede llegar a coberturas de tan solo 15 % a 30 % de la superficie del techo, sin necesidad de elementos terminales como fan coils, que ocupan más espacio en falsos techos, siendo siempre un limitante en la rehabilitación.  

El sistema de control presentado aquí ofrece una solución flexible a un coste razonable, con un interfaz relativamente sencillo para el usuario. La posibilidad de visualizar y monitorizar datos reales a distancia y en tiempo real, facilita la optimización del sistema y el mantenimiento preventivo, permitiendo también, una mejora constante en el diseño, ejecución y operación. 

Este tipo de sistema es más apto para uso en zonas cálidas secas, ya que, en zonas de mucha humedad, la potencia del sistema se limitará en función del nivel de humedad del aire interior y la cercanía al punto de rocío. Su buen funcionamiento depende de un buen dimensionamiento, una correcta puesta en marcha del sistema de ventilación y control, y un correcto mantenimiento de los filtros en los recuperadores. 

¿Passivhaus en el Mediterráneo? Estrategias para mantenerse fresco en una casa pasiva a pie de playa

Según las modelizaciones climáticas presentadas en el estudio “Study on Climate Change and Energy in the Mediterranean” realizado por el Banco Europeo de Inversiones, los países de la cuenca Mediterránea experimentarán un aumento de entre 3ºC – 6 ºC en las temperaturas medias entre el periodo 2070-2099 (en base al periodo 1961-1990)

La necesidad de dar respuesta a esta situación se ve reflejada en la Directiva Europea 2010/31/EU relativa a los edificios de consumo casi nulo nZEB, que indica lo siguiente: “Debe darse prioridad a las estrategias que mejoren el comportamiento térmico de los edificios en el verano. Con esta finalidad deben propiciarse medidas que eviten el sobrecalentamiento, tales como el sombreado y la suficiente inercia térmica en la construcción de edificios, así como perfeccionar y aplicar técnicas de enfriamiento pasivo (…)” [2]. Este articulo presenta las estrategias usadas para mejorar el comportamiento térmico en verano de una casa pasiva en un clima Mediterráneo.

“Esencia Mediterránea”: casa pasiva a pie de playa 

La vivienda, “Esencia Mediterránea,” tiene una superficie útil de 173 m², sobre dos plantas, ubicada a unos 50 metros de la playa, a 3 m sobre el nivel del mar. Cuenta con un diseño arquitectónico muy acorde con la tradición vernácula Mediterránea. La casa está en proceso de certificación Passivhaus, al haber conseguido un resultado de 0,4/h en el ensayo final de hermeticidad n50.

El equipo técnico del proyecto se muestra a continuación. 

• Arquitectos: Guillermo Sen, Iciar Sen 
• Arquitecto Técnico: Javier García Garrido – Garcia & Sala Arquitectes 
• Constructora: Pere Linares – House Habitat  
• PHPP, física de edificios, proyecto de ventilación & climatización: Oliver Style, Bega Clavero 
• Proyecto instalaciones: Vicenç Fulcarà – Progetic 
• Certificación Passivhaus y Blower Door: Micheel Wassouf, Martín Amado – Energiehaus 

Estrategias para verano 

Las estrategias usadas para mejorar el comportamiento en verano recuperan aspectos tradicionales de la arquitectura vernácula Mediterránea y los combina con soluciones modernas. Para el análisis térmico, se partió de un modelo en PHPP de la vivienda con los requisitos de transmitancias térmicas límites para la zona climática C2 y los caudales de ventilación requeridas por el Código Técnico. A continuación, se resume el impacto de cada solución en la demanda de refrigeración, para llegar al valor límite que pide el estándar Passivhaus para el clima de Barcelona. 

Estudio de sombras 

Para poder comprobar con mayor precisión el impacto de las estrategias de diseño de cara al verano, se realizó un estudio de sombras con la herramienta termodinámica DesignBuilder – EnergyPlus (Figura 7, Figura 8, Figura 9). Los resultados dieron los factores de reducción de sombra por cada ventana, que fueron introducidos a posteriori en la hoja de sombras del PHPP.

Inercia térmica y ventilación natural nocturna 

Construcciones masivas que favorecen la ventilación natural cruzada son pieza clave de la arquitectura vernácula Mediterránea. Aunque las viviendas Passivhaus de escasa inercia en climas cálidos han mostrado un muy buen comportamiento en verano [3, 4], está claro que algo de inercia, en combinación con la ventilación nocturna, ayuda para modular las temperaturas interiores y desfasar los picos de calor, mejorando las condiciones de confort y reduciendo el consumo energético. La vivienda en cuestión se ha construido con un sistema de entramado ligero de madera- por tanto- de escasa inercia térmica. Para incorporar un poco de inercia y potenciar el efecto de la ventilación natural nocturna, se incorporó una capa de 5 cm de mortero y un pavimento cerámico de 1,5 cm en los suelos de ambas plantas, dando una capacidad especifica de 85 Wh/K·m² de inercia (en comparación con un edificio muy ligero de 60 Wh/K·m²). A través de ventanas oscilo-batientes entre abiertas durante la noche, se generará un caudal mínimo de ventilación nocturna calculada con el PHPP de 0,8/h (ventilación simple, cruzada y de efecto chimenea). 

Superficies reflectantes: muros y cubierta 

Paredes y cubiertas pintadas blancas es otra característica de la arquitectura Mediterránea. La casa de Castelldefels tienen un revoque exterior de mortero de silicato blanco, y cubierta con pavimento de color blanco, ambos con un factor de absorción solar de α = 40 % (negro α = 95 %). Esto ayuda en reflejar mayor cantidad de radiación solar e impide su transmisión al interior de la vivienda. 

Protección solar 

Gracias al diseño arquitectónico con balcones retranqueados de la fachada y una extensa copa de árboles que se mantuvo casi en su totalidad, la vivienda cuenta con una buena protección solar. Adicionalmente, cada ventana tiene mallorquinas exteriores y porticones interiores, con persianas exteriores apilables y orientables en la planta baja, aportando una protección adicional. Finalmente, se prescribieron vidrios de protección solar con una capa SGG Planistar en la cara 2 de la hoja exterior, con un factor solar del 36 %.    

Aislamiento térmico 

El aislamiento térmico reduce las ganancias por transmisión, especialmente por la cubierta. Es importante encontrar un balance entre los grosores de aislamiento necesarias para el invierno y el verano, ya que un grosor excesivo de aislamiento puede impedir la disipación de calor por la envolvente en verano. En el suelo de la vivienda (sobre forjado sanitario) se incorporó 15 cm de aislamiento de fibra de madera para una U = 0,264 W/m²·K. En fachada se colocó 20 cm de aislamiento de fibra de madera entre montantes de madera, junto con un SATE de fibra de madera de alta densidad de 6 cm, para una U = 0,158 W/m²·K. La cubierta tiene 26 cm de aislamiento de fibra de madera, para una U = 0,152 W/m2·K  

Reducción de infiltraciones indeseadas de aire 

La reducción de las infiltraciones indeseadas es una estrategia que viene de climas fríos y templados, en donde la prioridad es reducir las pérdidas por infiltraciones en invierno cuando puede existir una ΔT interior-exterior de 30 ºC. Tendría que haber temperaturas exteriores de 55 ºC para tener la misma ΔT en verano. Sin embargo, la reducción de infiltraciones sirve en climas Mediterráneas costeras con mucha humedad, ya que se reduce la carga de frio latente (permitiendo una reducción de potencia en los equipos de aire acondicionado) y- en menor grado- la demanda de frio latente. Adicionalmente, las instalaciones mecánicas (ventilación y aire acondicionado) trabajan con mayor eficiencia. En la casa de Castelldefels, al reducir las infiltraciones de 5/h n50 (un valor típico para viviendas de nueva construcción) a 0,4/h, la carga latente se reduce en un 39 % y la demanda de frio latente en un 7%.   

Ventilación controlada con recuperación de calor y humedad (entálpica) con bypass automático en verano 

La ventilación mecánica controlada de doble flujo con recuperación de calor es otra solución que originó en el centro y norte de Europa. ¿De qué nos sirve en el Mediterráneo en verano? Cuando las temperaturas exteriores suben por encima de la temperatura del confort (> 25 ºC), los usuarios en casas Mediterráneas con aire acondicionado típicamente cierran ventanas y encienden el aire, reduciendo la renovación de aire con consecuencias negativas para la calidad del aire interior. Bajo las mismas circunstancias, un sistema de doble flujo con recuperación de calor y bypass automático de verano, asegura una renovación constante y una alta calidad de aire. Cuando T_ext > T_int el recuperador reduce la temperatura del aire de entrada, mostrado en la Figura 10 donde la recuperación de calor reduce la temperatura del aire entrante de 35,5 ºC a 29,5 ºC: 

Cuando T_ext < T_int se abre el bypass automático para dar un free cooling, desviando la recuperación de calor. Adicionalmente, un recuperador entálpico ayuda para reducir la cantidad de vapor de agua que entra en la vivienda en verano cuando la humedad absoluta del aire exterior es mayor al aire de extracción (frecuente en climas cálidos húmedos en viviendas con refrigeración activa / deshumidificación). Lógicamente, cuando el aire acondicionado no está en funcionamiento, los usuarios pueden abrir todas las ventanas que quieran. 

Discusión y conclusiones 

La Figura 10 muestra los resultados de simulación del PHPP para cada una de las estrategias descritas arriba. La reducción en las demandas de refrigeración por el aislamiento en la cubierta es menor que en las paredes- un resultado que parece sorprendente. Se debe al nivel de sombra que proyecta la copa de árboles, que hace que la reducción sea menor en cubierta que en los muros. Destaca que la combinación de todas las estrategias es mayor a la suma de las estrategias individuales. En su conjunto, se reduce de la demanda de frio de 33 kWh/m²·a del edificio de partida CTE a 18 kWh/m2·a, para cumplir con el límite requerido para la certificación Passivhaus en clima de Barcelona.

Podemos concluir que la combinación de estrategias bioclimáticas Mediterráneas con soluciones recogidas en el estándar Passivhaus, puede mejorar el “comportamiento térmico de los edificios en el verano […] así como perfeccionar y aplicar técnicas de enfriamiento pasivo”. Usar una herramienta como el PHPP para realizar «pruebas de estrés» en fase de proyecto es importante para llegar a un diseño robusto. La monitorización y la evaluación posterior a la construcción son muy recomendables para aprender de los errores y mejorar. 

Referencias bibliográficas 

[1] Somot, S. (2005), “Modélisation climatique du bassin Méditerranéen: Variabilité et scénarios de changement climatique.” Thése de Doctorat, Université Toulouse III-Paul Sabatier. UFR Sciences de la Vie et de la Terre. pp 347. Toulouse, Francia, 2005. 

[2] 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 edificios (refundición)”. Parlamento y Consejo Europeo, Bruselas, 2010. 

[3] Wassouf, M. (2015), “Comfort and Passive House in the Mediterranean summer – monitorization of 2 detached homes in Spain Barcelona”, 19th IPHC, Leipizig, Alemania.  

[4] Oliver Style (2016), “Measured performance of a lightweight straw bale passive house in a Mediterranean heat wave”. 20^th International Passivhaus Conference, Darmstadt, Alemania. 

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.