Confort pasivo en edificios
Con las olas de calor que sufrimos en estos días vemos como aparecen frecuentes comentarios que hacen referencia a cómo adaptar el diseño y gestión de los edificios al régimen de verano.
En este artículo quiero aportar mi grano de arena a este tema basándose en el estudio de un caso de ejemplo del que podamos extraer algunas conclusiones.
Caso de estudio:
Utilizaremos como referencia la última vivienda de un edificio plurifamiliar ya que se considera que es la mas extrema desde un punto de vista de sufrir el riesgo de sobrecalentamiento.
- La vivienda está orientada Norte-Sur; la superficie es de 99,67 m2.
- Ubicación Barcelona (fichero climático “histórico”)
- La fachada está formada por un muro de fábrica de ladrillo de 14 cm con un sistema ETICS con 100 mm de Aislante
- La cubierta es del tipo invertido sobre un forjado unidireccional de 30 cm de canto con un aislante de 120mm.
- Las ventanas tienen una transmitancia térmica de 1,8 W/m2K y un Factor solar de 0,63.
- Las paredes laterales y el suelo se consideran adiabáticos por lo que no intercambian calor con los espacios adyacentes.
Escenarios Caso Base (CTE):
Se han usado los escenarios detallados en el anejo D del DB HE1 y los comúnmente usados en los procesos de Calificación Energética de viviendas.
Tabla b-Anejo D
Perfil de uso de espacios en uso residencial privado:
| Carga interna W/m2 | Horario (semana tipo) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0:00-6:59 | 7:00-14:59 | 15:00-17:59 | 18:00-18:59 | 19:00-22:59 | 23:00-3:59 | ||
| Ocupación (sensible). | L | 2,15 | 0,54 | 1,08 | 1,08 | 1,08 | 2,15 |
| S y F | 2,15 | 2,15 | 2,15 | 2,15 | 2,15 | 2,15 | |
| Ocupación (latente). | L | 1,36 | 0,34 | 0,68 | 0,68 | 0,68 | 1,36 |
| S y F | 1,36 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | |
| Iluminación. | L, S y F | 0,44 | 1,32 | 1,32 | 2,20 | 4,40 | 2,20 |
| Equipos. | L, S y F | 0,44 | 1,32 | 1,32 | 2,20 | 4,40 | 2,20 |
Para la Infiltración y Ventilación se ha considerado una tasa fija de 0,63 Ren/h durante todo el año y se ha suplementado hasta alcanzar las 4 Ren/h en las noches de verano.
Protección Solar se ha considerado que en los meses de verano (junio a septiembre) se activa la protección solar un 30 % siempre que la radiación solar incidente sobre el hueco alcance los 300 W/m2 (activación manual)
Resultados Caso Base (CTE)
Evolución temperatura media del aire
Se aprecia claramente como los escenarios usados por el CTE y la calificación energética no permiten evitar el sobrecalentamiento en los meses de calor (temperatura interior sensiblemente superior a la exterior) ni tampoco mantener una temperatura confortable en los meses más rigurosos de invierno.
Se puede analizar la evolución de los Grados-Hora fuera de confort adaptativo (Referencia EN 15251) por calor excesivo así como los Grados-Hora fuera de confort por frío excesivo (referencia 19ºC).
Se aprecia cómo de forma casi permanente el usuario percibirá una sensación de Frio o de calor y que el total de Grados Hora inconfortables es de 7.297 GH_Calor y de 3.812 GH_Frio (esta vivienda con los escenarios considerados “sufre” más por calor que por frío)
Para visualizar mejor los escenarios se recopilan los gráficos siguientes:
Se puede concluir que el resultado respeta las hipótesis de cálculo en cuanto a la Infiltración-Ventilación y que las protecciones solares solo se activarán en la fachada Sur cuando la radiación solar incidente es mayor de 300 W/m2 y que en la fachada Norte no se alcanza nunca el umbral de 300 W/m2 de radiación solar incidente por lo que no se activa ninguna protección solar.
Como complemento se ha evaluado también la calidad de aire interior mediante la concentración de CO2 en ppm (aire exterior 400ppm)
Se concluye que la calidad de aire interior es aceptablemente buena y que obviamente presenta los picos más altos de concentración de CO2 coincidente con las horas de máxima ocupación y los mínimos en las horas en que se produce la sobre ventilación nocturna en verano.
Caso con escenarios “adaptados al calor”
Como ya se ha indicado precedentemente los escenarios normalmente usados no permiten evitar la falta de confort pasivo en los recintos por lo que se procede a introducir unos nuevos escenarios de protección solar y de ventilación para tratar de ver si se puede optimizar el comportamiento pasivo de este recinto en estudio.
- Protección solar: se establece un sistema de protección solar que se incrementará al 70% y que depende de la temperatura interior del recinto y de la radiación solar incidente en los huecos. De esta forma se accionará la protección solar en cualquier hueco que reciba una insolación superior a 100 W/m2 cuando la temperatura interior del edificio supere los 25º (el usuario percibe calor y la radiación solar es apreciable).
- Ventilación: se suplementará hasta llegar a las 4 ren/h siempre que la temperatura interior supere los 20º (el usuario empieza a percibir calor), que el aire exterior sea “fresco” (Text<Tint lo que evita ventilar si el aire exterior es “caliente”) y en ningún caso si la temperatura exterior super los 35º (evita introducir aire demasiado cálido) o inferior a 15º (evita introducir aire demasiado frío).
Resultados escenarios “adaptados al calor”
Inicialmente comprobaremos que los nuevos escenarios se han introducido correctamente.
Se comprueba que los escenarios se han implementado correctamente y se concluye que debe “ampliarse” el periodo de protección solar y que no debería limitarse solamente a los huecos orientados al sur, igualmente la sobre ventilación no debe limitarse solo a las noches de verano sino que debe ampliarse en el tiempo.
Con estos escenarios más adaptados al régimen de verano paseamos a analizar los resultados de evolución de la temperatura.
Se observa que los escenarios “mejorados” de protección solar y ventilación conducen a una temperatura interior mucho más estable y sin presentar los acusados picos de calor y frío que teníamos previamente.
Si analizamos la sensación de frío – calor obtenemos los resultados:
Se observa ahora la desaparición de bastantes horas con sensación de frío o calor y que los Grados Hora de sensación de calor ha disminuido drásticamente (de 7.297 a 887) el pequeño aumento de la sensación de frío (de 3.812 a 3.989) se debe a que no se ha optimizado el escenario para la reducción del inconfort en invierno (se debería evitar la sobre ventilación a una temperatura algo más alta (26º o 27º en vez de 25º?).
Igual que en el caso base verificamos la evolución de la calidad de aire interior.
Obviamente con una mejor ventilación se mejora la calidad de aire interior al reducir la concentración de CO2 pero los nuevos escenarios no degradan para nada la calidad del aire interior.
Escenarios “adaptados al calor” y “sobre aislamiento”
Se argumenta frecuentemente que un “exceso” de aislamiento puede llegar a ser perjudicial para la obtención del confort pasivo, especialmente en régimen de verano y por ello se propugna reducir el nivel de aislamiento.
En este caso utilizaremos el caso con escenarios “adaptados al calor” y consideraremos un sensible aumento del aislamiento en Fachadas pasaremos de 100 a 140 mm y en Cubierta pasaremos de 120 mm a 160 mm y efectuaremos la comparación de Grados-Hora por sensación de Frío o Calor.
Los resultados fundamentales de evaluación de la falta de confort para los diferentes casos se recopilan en la tabla siguiente
| Escenario CTE | Escenario Adaptado al Calor | Escenario Adaptado al Calor + Sobre Aislado | |
|---|---|---|---|
| GH Sensación Calor | 7.297 | 887 | 853 |
| GH Sensación Frio | 3.812 | 3.989 | 2.726 |
Se aprecia que aumentar el nivel de aislamiento no solo no es contraproducente, sino que es beneficioso para incrementar tanto el confort en invierno como en verano.
Conclusiones del análisis
- Se puede concluir que los escenarios de cálculo que propone tanto el CTE como la certificación energética no están adaptados para la evaluación del confort pasivo ni en régimen de verano ni tampoco en régimen de invierno.
- Adaptando los escenarios de protección solar y gestión de la ventilación se permite evaluar una mejora del grado de confort en los edificios.
- En el escenario que se ha adaptado para el calor, el sobre aislamiento no resulta ser contraproducente sino beneficioso para la obtención de edificios confortables de forma pasiva.
