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

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 …

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

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. …

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:

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. Desde entonces los técnicos, desde diseñadores y consultores, hasta constructores y operarios, hemos ido obteniendo experiencias. ¿Qué hemos aprendido? ¿Qué retos plantea el futuro?

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:

Figura 1: Espesores de aislamiento equivalente en solera, muros y cubierta, según el factor de forma
Figura 2: Transmitancia Uw instalada de las ventanas según el factor de forma

Las gráficas indican una correlación clara: a mayor factor de forma, mayor espesor de aislamiento en los cerramientos opacos, así como una transmitancia Uwinstalada 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:

Figura 3: Espesores de aislamiento equivalente en solera, muros y cubierta, según el factor de forma
Figura 4: Transmitancia Uw instalada de las ventanas según el factor de forma

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.

Figura 5: Transmitancia media de los cerramientos en contacto con el aire exterior según su factor de forma, en edificios plurifamiliares
Figura 6: Transmitancia media de los cerramientos en contacto con el aire exterior según su factor de forma, en edificios unifamiliares

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]:

Gráfico, Gráfico de barras, Gráfico en cascada

Descripción generada automáticamente
Figura 7: Resultados de hermeticidad (valor q50) de OSB 3 y 4 de diferentes fabricantes. Se muestra el valor q50 = 0,1 m3/m2h (línea punteada) como valor para alcanzar los requerimientos de hermeticidad del Estándar.

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:

Imagen que contiene interior, persona, hombre, pequeño

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Figura 8: Durante el ensayo Blower Door en el Edificio A, se observó que el plástico se hinchaba de aire exterior que se infiltraba a través del panel.
Tabla 1: Comparativa de resultados del test Blower Door de tres viviendas de entramado ligero.

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:

Figura 9: Imagen tomada durante el ensayo Blower Door en la vivienda D, donde se observa un leve paso de aire durante la depresión producida.
Figura 10: Imagen tomada durante el ensayo Blower Door en la vivienda F, donde el paso de aire es mucho mayor.
Tabla 2: Comparativa de resultados del ensayo Blower Door de dos edificios con carpinterías correderas

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.

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

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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.

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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.

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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

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)”.

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.

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.

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Bibliografía