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¿Es útil un elevado aislamiento en verano para el sector residencial?

Caso de estudio sobre viviendas. ¿Un nivel elevado de aislamiento es beneficioso para reducción de la demanda de refrigeración? ¿En ningún caso es inútil y qué ventajas aporta en verano?

aislamiento en viviendas en viviendas construidas

¿Aumentar el aislamiento en los edificios en verano aporta ventajas?

Es bien conocido que uno de los métodos más eficaces para reducir la demanda de calefacción es disponer de un elevado aislamiento en la envolvente del edificio. En algunas ocasiones este elevado aislamiento es cuestionado – por algunos técnicos – considerando que podría no ser útil o contraproducente para reducir la demanda de refrigeración.

Es bien cierto que para reducir la demanda de refrigeración los elementos claves son la protección solar y la adecuada gestión de la transferencia de aire (infiltración, ventilación natural, ventilación mecánica).

Recordando que, un edificio mal concebido será un edificio deficiente sea cual sea el nivel de aislamiento

No trataremos en este artículo de la relación coste beneficio (económico / medio ambiental) que pueda tener cada una de las medidas (protección solar / gestión de la transferencia de aire / aumento del nivel de aislamiento) por lo que de este articulo no se podrá concluir que medida es la prioritaria a adoptar ya que esta es una cuestión que solo puede abordarse caso por caso.

Pero… ¿Es útil un nivel elevado de aislamiento para reducir demanda de refrigeración? ¿En ningún caso es inútil?

Método

Consideraremos una vivienda intermedia de un edificio plurifamiliar para que sea poco demandante de refrigeración (no la última planta de un edificio).

Calcularemos la demanda de refrigeración con varios niveles de aislamiento (de cero a 20 cm de aislante) considerando las cuatro orientaciones principales (Sur / Oeste / Norte/ Este) y emplazado en cuatro ubicaciones geográficas del estado español (Barcelona / Madrid / Las Palmas / Sevilla).

Programas utilizados:

  • Programa Sketchup. Para la creación del modelo geométrico.
  • Programa OpenStudio. Para la modelización energética. Con algunas macros específicas para facilitar la introducción de la ventilación natural controlada y del economizador en el cálculo de la demanda.
  • Programa jEplus. para facilitar la generación de las múltiples hipótesis de cálculo (5 niveles de aislamiento * 4 orientaciones * 4 emplazamientos = 80 casos) y la posterior tabulación de los resultados para su análisis.

Los resultados se compararán para cada emplazamiento usando como indicador el porcentaje de reducción de la demanda de refrigeración en relación a la que tendría el edificio sin ningún tipo de aislamiento pero que gozase en todos los casos de la máxima protección solar y la optimización de la gestión de la ventilación.

Modelo Geométrico

Piso intermedio en una vivienda plurifamiliar entre medianeras con una fachada delantera y una posterior, un patio de luces y un patinejo de ventilación de baños compartidos con otras viviendas del mismo edifico.

  • Superficie Útil: 114,51 m2
  • Volumen: 343.54 m3
  • Fachada delantera: (7.29+0.44)*3= 23.19 m2 con huecos 1,1*2 y 2.7*2 que representan un 32.77% de la superficie.
  • Fachada Posterior: 7.29*3= 21.87 m2 con huecos 1.24*2 y 1.2*2 que representan un 22.31% de la superficie.
  • Fachada patio de luces: (0.88+3.83+2.08)*3=20.37 m2 con huecos 0.9*1.2 y 0.9*1.2 que representan un 10.60% de la superficie.
  • Fachada patinejo ventilación baños: (0.76+1.06+0.76)*3=7,74 m2 con huecos 0.4*0.7 y 0.4*0.7 que representan un 7.24% de la superficie.
calculo energético en piso edificio plurifamiliar
Vía OVACEN – Josep Sole
  • Orientación. Se consideran cuatro orientaciones con la fachada principal al Sur/ Oeste / Norte / Este.
  • Construcciones, huecos y puentes térmicos. Las descripciones utilizadas se detalla en Tablas desde AQUÍ (Se abre una ventana para verlo mejor).
  • Condiciones de Contorno. Las fachadas: delantera, posterior, del patio de luces y del patinejo se consideran exteriores el resto de cerramientos se consideran adiabáticos (en contacto con otras viviendas).
geometría del edificio fachadas
Vía Josep Sole
  • Sombras propias. El edifico dispone de un balcón en la fachada delantera (Ver ventana balcón) y otro en la posterior. Proporcionan cierto sombreo sobre la fachada, las paredes que encierran el patio de luces y el patinejo también proporcionaran ciertas sombras en las correspondientes fachadas.

sobras del edificio

  • Sombras ajenas. Se considera que los edificios próximos están lo suficientemente lejos para no provocar sombras sobre la vivienda en estudio.
  • Cargas internas. Ocupación: Se consideran unas cargas internas derivadas de la ocupación (personas) con una tasa de ocupación de 20 m2 /persona y una actividad de 70W/personas, el perfil horario sigue el esquema que se describe en el grafico siguiente.
cargas internas derivadas de la ocupación
Vía Josep Sole

La ocupación es máxima (400 W y 5,7 personas) por las noches de todos los días, también es máxima los fines de semana y reducida por las mañanas (100 W y 1,4 personas) e intermedia (200 W y 2,8 personas) en las horas centrales de los días laborables.

  • Cargas internas. Iluminación: La iluminación corresponde a un nivel máximo de 4,4 W/m2 durante las horas del anochecer muy reducido durante la noche y mediano en las horas centrales del día.

No hay ninguna diferenciación entre días laborables y fines de semana.

cargas internas derivadas de la iluminación
Vía Josep Sole
  • Cargas internas. Equipos eléctricos: Los equipos tienen exactamente la misma definición que la iluminación.
  • Resumen definición de cargas y transferencia de aire (infiltración + ventilación). En la tabla siguiente se pueden visualizar las definiciones de cargas y tasas de transferencia de aire usadas en la modelización del edificio.
tasas transferencia aire
Vía Josep Sole

Esta definición de cargas y sus perfiles horarios son idénticos a los que prescribe el DB HE para viviendas.

  • Inercia térmica: Para el cálculo se ha considerado que la inercia térmica interior es de 20kJ/m2, este valor pretende representar la capacidad de acumulación de calor de los elementos no introducidos explícitamente en el modelo (muebles y tabiques) ya que la introducida por los elementos de la envolvente (fachadas / suelo / techo) ya se introducen directa y explícitamente a través de las construcciones usadas
  • Transferencia de aire: Infiltración + ventilación mecánica + ventilación natural. Se ha considerado una infiltración de aire constante equivalente a 0,2 ACH durante todos los
    días y horas del año (línea azul en el gráfico adjunto). De interés ver el artículo sobre sistemas de control de climatización y sobre cómo funciona la aerotermia.

Para la ventilación mecánica se ha considerado un caudal de aire de 4l/s/persona (siguiendo el perfil de ocupación) y el efecto de un economizador de aire en el sistema IdealLoad, que se acciona siempre que exista demanda de refrigeración y el aire exterior tenga una temperatura inferior a la temperatura del aire interior (línea roja en el gráfico).

Se ha considerado también una ventilación natural controlada de 4 ACH durante cualquier momento en que la temperatura interior sea superior a 25ºC y que el aire exterior sea más frio que la temperatura interior (línea verde en el gráfico)

transferencia de aire en edificios
Vía Josep Sole

En el formulario adjunto se reproduce la definición de esta ventilación “controlada” para aprovechar las posibilidades de enfriamiento gratuito cuando la temperatura interior tiende a elevarse y simultáneamente el aire exterior tiene capacidad frigorífica.

ventilación controlada en edificios
Vía Josep Sole

Esta forma de proceder permite minimizar la demanda de refrigeración mediante la optimización de la transferencia de aire.

  • Protección Solar. Se ha considerado un sistema de protección solar (persianas) que consiste en reducir en un 70% el factor solar del hueco siempre que la temperatura interior suba por encima de 25ºC y que la radiación solar incidente sobre el hueco exceda de 75 w/m2, de esta forma, se maximiza la protección solar en aquellos momentos que sea precisa para reducir al máximo la demanda de refrigeración sin afectar a la demanda de calefacción.
protecciones solares en viviendas
Vía Josep Sole

En el gráfico adjunto se pone en evidencia como se reduce la transmitancia solar de un hueco cuando la radiación solar es superior a 75 w/m2 y la temperatura interior asciende por encima de 24ºC.

transmitancia solar de un hueco
Vía Josep Sole
  • Temperaturas de Consigna. Se ha considerado una temperatura de consigna constante de 26ºC para refrigeración y de 20ºC para calefacción.
temperatura de consigna
Vía Josep Sole
  • Climatología. Se han considerado tres climas para el calculo representativos de las zonas Sevilla / Madrid / Las Palmas / Barcelona.
calculo climatología edificios
Vía Josep Sole
  • Cálculo de demanda energética. Se efectúa el cálculo de la demanda energética tanto para calefacción como para refrigeración para cada uno de los casos en estudio (emplazamiento / orientación y nivel de aislamiento) considerando una temperatura de consigna constante de 20ºC para calefacción y de 26ºC para refrigeración.

Inclusión del sistema IdealLoad para el cálculo de la demanda.

sistema Ideal load
Vía Josep Sole

En el sistema IdealLoad se ha incluido un sistema economizador que permite aumentar la tasa de aire exterior cuando este es “fresco” en relación al aire interior y el recinto requiere refrigeración, de esta forma se optimiza la gestión de la ventilación para minimizar la demanda de refrigeración.

incorporación sistema idealload
Vía Josep Sole

Análisis de resultados

En los gráficos siguientes se puede visualizar el aumento de la reducción de la demanda de refrigeración para cada emplazamiento en función de las diferentes orientaciones y del espesor del aislante utilizado.

conclusiones aislamiento verano
Vía Josep Sole

Conclusiones

  • Se aprecia claramente que en todos los casos el espesor máximo de aislamiento proporciona la máxima reducción de la demanda de refrigeración por lo que aumentar el aislamiento en los edificios no solo no es contraproducente en régimen de verano, sino que es siempre favorable para reducir la demanda.
  • El aumento de aislamiento es más eficaz en las orientaciones Este y Oste porque son las que son más desfavorables en régimen de verano desde un punto de vista de reducir la demanda de refrigeración.
  • En Barcelona y Las Palmas existe una mayor diferenciación entre las orientaciones Este/Oeste en relación a las orientaciones Norte/Sur que en los otros emplazamientos considerados
  • En las viviendas más expuestas (por ejemplo, bajo cubierta) desde un punto de vista de demanda de refrigeración, el efecto beneficioso del aumento de aislamiento se hará todavía más evidente.

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