Cambio climática ante el diseño de edificios
En un artículo anterior «Eficiencia energética edificios: Diseñar mirando al pasado o al futuro» además de explicitar como generar ficheros climáticos prospectivos del futuro, obtuvimos conclusiones interesantes.
Se puso en evidencia que las perspectivas del cambio climático comportará una variación apreciable de las demandas y consumos de calefacción y refrigeración, si los edificios se seguían proyectando basándose en las condiciones “históricas”, como es la práctica común y recomendada por reguladores.
En este artículo, se pretende analizar un clima prospectivo «futuro» y compararlo con el fichero «histórico» para explicitar las diferencias previsibles… ¿Objetivo?
Encontrar algunas sugerencias de cambios en hábitos de diseño y cálculo en los edificios, para tomar mejor en consideración la resiliencia al cambio climático de los edificios que se proyectan actualmente, sean de nueva construcción o rehabilitación.
Caso de estudio
Se ha considerado un emplazamiento en Barcelona como representativo de un clima Mediterráneo del Sur de Europa y se procede a analizar diferentes parámetros que se consideran relevantes desde un punto de vista de diseño energéticamente responsable.
Siempre se recomienda realizar estudios, caso por caso, sobre el edificio en proyecto. Analizando el impacto que las diferentes opciones de diseño tienen sobre el comportamiento energético y de confort del edificio.
? Nota: En caso de otras climatologías, se deberían efectuar estudios similares para determinar el impacto que los diferentes parámetros climáticos pueden tener en los criterios de diseño.
1.- Temperaturas medias mensuales
El primer parámetro que se considera interesante analizar es la evolución de las temperaturas horarias. En el gráfico siguiente se comparan los valores horarios de la temperatura según el fichero «histórico» y el fichero climático «futuro».
Aunque es difícil de analizar con precisión, con este nivel de datos horarios parece claro que se producirá un aumento sensible de las temperaturas máximas y de las mínimas.
Para tener una visión más simple, se pueden usar los valores medios mensuales tal como se puede ver en el gráfico siguiente.
En meses de invierno, se espera un crecimiento moderado de las temperaturas, entre 2,5 a 3,5 ºC. Pero en los meses de verano, se espera un crecimiento mucho mayor de la temperatura. entre 5 a 6 ºC.
La observación anterior conduce a la impresión que el diseño en condiciones de verano será cada vez más importante
2.- Temperaturas horarias día «promedio»
También, se ha analizado la evolución horaria de las temperaturas medias para un día «promedio» de cada mes.
Como era de esperar, se aprecia un aumento de las temperaturas a lo largo de todo el día y siguiendo el mismo perfil horario.
Se puede apreciar que el día «promedio» del mes de Junio, de acuerdo con el fichero «histórico», no presenta el efecto de noche «tropical» pero este sí que aparece en el fichero prospectivo del futuro.
Para los meses de Julio y Agosto con el fichero «histórico», se identifica muy ligeramente el efecto de noche «tropical» pero en el futuro parece ser que lo habitual serán las noches «tórridas».
En septiembre, actualmente no se considera el riesgo de noches «tropicales», pero en el futuro parece desprenderse que esto será habitual.
Se desprende que algunas estrategias que hoy se consideran de ventilación nocturna para favorecer el enfriamiento gratuito del edificio, pueden no ser suficientes para un diseño pensado para el futuro
3.- Número de Noches Tropicales
Se consideran como noches «tropicales» aquellas en las que la temperatura mínima exterior no baja de los 20ºC y, en estas condiciones, una buena parte de la población encuentra dificultades para conciliar el sueño.
En los gráficos siguientes se presentan el número de «noches tropicales» que se consideran con las hipótesis actuales de ficheros «históricos», y se comparan con las que previsiblemente se obtendrán en un futuro.
Se puede detectar que, en el futuro empezaremos a tener «noches tropicales» en Mayo y que se prolonga claramente hasta Octubre (o incluso Noviembre). Este fenómeno de falta de confort para conciliar el sueño que hoy no se considera, deberá tomarse claramente en consideración en un futuro.
La ventilación nocturna que hoy por hoy solo suele considerarse entre Junio y Septiembre, debería prolongarse desde Mayo a Octubre. Tampoco está probado que el horario fijo previsto desde las 23 a las 8h, con una tasa de 4 ACH, sea adecuado para todos los meses y en cualquier emplazamiento de España.
La ventilación nocturna debería prolongarse a los meses de Mayo y Octubre. Adaptar mejor el horario de disponibilidad de la misma en función de cada emplazamiento, y no una forma única para todo el estado español
4.- Número de Noches Tórridas
Se consideran como «noches tórridas» aquellas en las que la temperatura exterior no baja de 25 ºC, bajo estas condiciones, es prácticamente imposible conciliar el sueño y al estar el aire exterior tan «caliente», no proporcionará ningún efecto beneficioso para disipar el calor interior. Por lo tanto, su introducción en el edificio será desaconsejable.
Se aprecia que, con los datos «históricos» el fenómeno de noche tórrida no se detecta mientras que en el futuro serán habituales entre Julio y Septiembre.
Al no detectar el problema de «noches tórridas», es lógico que actualmente no se considere la necesidad de no anular la ventilación nocturna durante los días en que este fenómeno aparece.
La aparición de las «noches tórridas» debería conllevar a diseñar los sistemas de ventilación nocturna de forma que no se active durante aquellos días / horas en que la temperatura
exterior es excesivamente cálida
5.- Severidad de Invierno
La severidad climática en invierno puede estimarse de forma aproximada (porque no contempla el impacto de la radiación solar) mediante el número de grados·hora en que la temperatura exterior cae por debajo de 19ºC.
En los gráficos siguientes se resumen los datos para este parámetro.
Se aprecia que la severidad climática invernal previsiblemente disminuirá en el futuro.
Consecuentemente los diseños claramente enfocados al invierno tales como orientación al Sur, gran cantidad de huecos captadores de ganancias solares ¡probablemente tendrán menos sentido!
6.- Severidad de Verano
De forma similar se procede a analizar la severidad climática de verano, considerando en este caso, los grados.hora en los que la temperatura sobrepasa los 25ºC.
Se aprecia claramente que en el escenario «futuro» la severidad climática de verano se verá incrementada.
El aumento de las diferencias de temperatura entre interior y exterior, hará que el aislamiento de los cerramientos en régimen de verano sea tan necesario como ya es en invierno.
Los diseños enfocados al futuro deberán centrarse no sólo en combatir la severidad climática de invierno, sino también la de verano
7.- Radiación solar «directa»
No solo los parámetros ligados a la temperatura son trascendentes para la evaluación energética de los edificios, sino que también son relevantes los datos referentes a la radiación solar.
En este apartado, consideraremos la radiación solar directa en la dirección perpendicular a la posición del sol.
Se aprecia que, mientras que para los meses de invierno de Diciembre a Febrero la radiación solar prevista para el «futuro» disminuye muy ligeramente para los otros meses de Marzo a Octubre aumenta, muy especialmente en los meses de canícula.
Se analiza a continuación la distribución horaria de la radiación solar directa a la perpendicular de la posición del sol para un día «típico» de cada mes.
Como era de esperar, no se aprecian cambios en los perfiles horarios y sí se aprecia como la mayor diferencia en la radiación solar directa se da en las horas centrales del día, de los meses de calor desde marzo a septiembre.
Sería razonable extender la disposición de protección solar desde Marzo a Octubre en vez de considerarla sólo entre Julio y Septiembre
- La moderación (reducción) del porcentaje de huecos será una herramienta eficaz para limitar el exceso de radiación solar recibida por el edificio.
- También parece razonable que durante las horas centrales del día, se evite el sobrecalentamiento imponiendo una temperatura de consigna de refrigeración para evitar la necesidad de disponer de equipos excesivamente potentes, para la entrada en régimen por la tarde. Necesarios para disipar el exceso de calor acumulado que harían que trabajasen en la mayor parte del tiempo con carga parcial reducida.
8.- Radiación solar horizontal
De modo análogo a como hemos considerado la radiación solar directa podemos hacer lo mismo con la recibida por superficies horizontales.
Se aprecia el ligero incremento de la radiación solar recibida por las cubiertas en los meses templados o cálidos, pero no en los meses fríos.
La protección de las cubiertas mediante las técnicas constructivas adecuadas (aislamiento, cubiertas ventiladas, cubiertas ajardinadas,..) será también más necesaria en el futuro
9.- Radiación solar difusa
La radiación solar difusa se analiza en el gráfico siguiente.
Se puede apreciar que, en los meses de verano en el escenario futuro, esta radiación se verá ligeramente reducida mientras que se verá ligeramente incrementada en invierno.
A pesar de la muy reducida importancia de la radiación solar difusa en relación a la directa u horizontal, se puede poner en cuestión el principio comúnmente admitido de que la orientación norte es poco deseable.
Convendrá considerar que teniendo en cuenta además el incremento de la severidad climática de verano y la ligera reducción en invierno, es posible que los edificios preponderantemente orientados al sur, pueden no ser los más adecuados.
Conclusiones
- El cambio climático comporta claramente un cambio de las condiciones climáticas a que se verán sometidos los edificios.
- La temporada de calefacción se verá sólo muy ligeramente reducida por el efecto del aumento de las temperaturas, que se verá en parte contrarrestado por una disminución de la radiación solar directa disponible.
- La severidad climática de invierno continuará siendo preponderante, pero aumentará sensiblemente la de verano.
- La temporada de refrigeración se verá claramente prolongada por el efecto conjunto del aumento de las temperaturas y la mayor radiación solar recibida.
- El aislamiento de la envolvente del edifico en régimen de verano será tan importante como ya lo es en régimen de invierno.
- Se deberán establecer temperaturas de consigna de refrigeración para los meses de finales de primavera y principios de otoño que hoy se consideran o “neutros” o solo de calefacción.
- En las horas centrales del día, no se podrá permitir el sobrecalentamiento excesivo porque la capacidad de disipación de calor del aire nocturno será insuficiente para obtener confort y evitar el sobredimensionado excesivo de los equipos de frio.
- Los sistemas de protección solar deberán estar disponibles no solo los meses de riguroso verano sino también en meses intermedios.
- La gestión automatizada de la protección solar mediante sensores de temperatura, radiación solar,… deberá considerarse en el diseño de los edificios.
- La limitación “razonable” de las superficies de huecos será una herramienta para evitar el sobrecalentamiento en los edificios.
- La simple ventilación nocturna en los meses de verano puede no ser suficiente para conseguir edificios confortables, incluso en algunos casos como el de “noches tórridas” puede ser contraproducente.
- La ventilación natural deberá planificarse en función de las temperaturas en vez de hacerlo simplemente mediante horarios.
- La gestión de la ventilación será mucho más compleja ya que deberá adaptarse a la disponibilidad de enfriamiento gratuito cuando la temperatura exterior sea “fresca” pero deberá evitarse cuando la temperatura exterior sea excesivamente “cálida” muy probablemente solo mediante métodos controlados y gestionados mediante sensores adecuados se podrá dar respuesta a este desafío.
- Asumiendo que la ventilación deberá controlarse, tal como se indica en el punto anterior, la hermeticidad del edificio deberá maximizarse para evitar que las infiltraciones parasitas distorsionen el buen funcionamiento de la gestión de la ventilación.
- La recomendación habitual de orientación preponderantemente al Sur de los edificios, puede ser cuestionada en el futuro.
- Las soluciones «tradicionales» que daban respuesta adecuada a los problemas de los climas «pasados» pueden no ser suficientes para los retos que nos plantea el Cambio Climático.
- Las conclusiones y recomendaciones presentadas en este estudio no pueden trasladarse de forma acrítica a otras climatologías.
- No se han considerado en este estudio aquellos parámetros que, a pesar que influyen en las demandas y consumos energéticos, no dependen directamente del cambio climático, sino de los cambios sociológicos (tamaño de las viviendas, nº de usuarios, perfiles ocupacionales…) o de los cambios tecnológicos, que puedan conducir a cambios en las cargas interiores (mayor eficiencia de iluminación y equipos, mayor presencia de equipos informáticos, etc.).
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