Arquitectura Pasiva y Eficiente | La Envolvente Opaca

La envolvente térmica de los edificios juega un papel crucial a la hora de limitar la pérdida de energía, pues dicha “piel” es la principal encargada de proteger los espacios habitables, y por ende de resolver la transición de energía entre el interior y el exterior. Fachadas, cubiertas, suelos, medianeras y particiones constituyen los elementos básicos de la envolvente opaca de los edificios, y de su correcto diseño y definición dependerá, en gran medida, el comportamiento energético de los inmuebles.

La capacidad de una envolvente para facilitar o dificultar un intercambio energético con el exterior depende de la transmitancia, parámetro determinado a partir del espesor y la conductividad térmica de cada una de las capas que lo constituyen, así como de la naturaleza y disposición del cerramiento, pues de estas dependerá la resistencia térmica superficial de su capa límite interior y exterior.

En definitiva, la transmitancia térmica nos indica la cantidad de calor que es capaz de atravesar un metro cuadrado de superficie de un elemento constructivo, por cada grado centígrado/kelvin de diferencia que exista entre el interior y el exterior; sus unidades más habituales son W/m²·K. La resistencia térmica, que matemáticamente no es más que su inversa, expresa la misma idea.

Conocida la transmitancia térmica de cada elemento que constituye la envolvente de un edificio, el producto entre ésta y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, nos indicará la cantidad de calor neta que ha atravesado el elemento, y el producto de dicho calor (potencia) por el tiempo en que se mantiene dicha situación, nos dará la energía intercambiada. La expresión matemática de los elementos mencionados, tendría la siguiente forma:

Como es lógico, cuanto más drástica sea la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de los edificios, mayor será la cantidad de energía transferida a través de la envolvente. En las condiciones climáticas que tenemos en España, y fundamentalmente en el interior de la Península Ibérica, donde los inviernos son fríos, tendremos que garantizar un aislamiento térmico suficiente; o lo que es lo mismo, una baja transmitancia térmica o elevada resistencia térmica, en todos y cada uno de los elementos que constituyen la envolvente térmica de los edificios.

La cantidad de aislamiento óptima vendrá determinada por múltiples factores, como son los parámetros urbanísticos (cuanto mayor sea el espesor de las fachadas y medianeras, menor será la superficie útil del inmueble), el agotamiento de la capacidad de los aislamientos a partir de un determinado espesor, la interacción con otras estrategias de eficiencia energética, el coste de ejecución, etc. En cualquier caso, en climas como el existente, por ejemplo, en Madrid (Zona D3), a día de hoy es difícil dar cumplimiento a las condiciones límite de demanda energética establecidas por el CTE DB HE1 con transmitancias térmicas por encima de 0,40-0,50 W/m²·K; es decir, con espesores de aislamiento térmico por debajo de 6-8cm.

Para generar edificios de consumo casi nulo (NZEB), en climas mediterráneos continentalizados, en ocasiones será preciso incrementar el espesor del aislamiento térmico hasta valores de incluso 15, 20 ó 25 cm (transmitancias de entre 0,30 y 0,15 W/m²·K). Es algo a lo que en España no estamos del todo habituados, pero que sin embargo ha venido siendo la práctica constructiva habitual en países europeos con climas más severos, en los que los edificios de consumo casi nulo requerirían de transmitancias incluso más bajas, del orden de 0,10 W/m2·K, y por ende de aislamientos térmicos de hasta 30-35 cm.

En régimen de refrigeración, aunque existe una tendencia que defiende que un exceso de aislamiento térmico supone un empeoramiento de las prestaciones energéticas de los edificios por la dificultad de liberar energía al exterior, lo cierto es que en climas mediterráneos, esto sólo sucede en edificios con diseños no optimizados, sin protecciones solares, con una orientación equivocada y con sistemas de ventilación deficientes. En general, el empeoramiento producido durante el periodo estival en un edificio bien aislado es despreciable, y puede ser fácilmente combatido mediante el empleo de estrategias de sombreamiento, encaminadas a reducir las ganancias por radiación solar.

Por último, indicar que además de incorporar aislamiento térmico suficiente, será imprescindible garantizar su continuidad, para minimizar la aparición de puentes térmicos. Dada su importancia, la cuantificación del efecto de los puentes térmicos en los edificios la abordaremos en una posterior entrega de esta serie.

SIMULACIÓN ENERGÉTICA | ARQUITECTURA EFICIENTE: LA ENVOLVENTE OPACA

En esta ocasión, continuaremos trabajando sobre nuestro ya conocido edificio base, de tipo residencial unifamiliar, de dos dormitorios, un baño y un salón-cocina-comedor.

En nuestra anterior entrega, optimizamos la orientación del edificio, por lo que partiremos de dicho estado para trabajar con su envolvente opaca. Nuestro objetivo será realizar las modificaciones que sean precisas para reducir ambas demandas energéticas hasta alcanzar, en último término, valores inferiores a 15 kW·h/m²·año, consiguiendo un edificio eficiente, de consumo casi nulo (NZEB); una casa pasiva.

Estas serán las condiciones de partida:

     Orientación: Sur

     Fachada: Ventilada; U = 0,52 W/m²·K

     Cubierta: Vegetal; U =   0,37 W/m²·K

     Solera: Sin aislar; U = 0,76 W/m²·K

     Carpinterías: PVC; U = 2,2 W/m²·K; color claro

     Puerta: Madera; U = 1,79 W/m²·K

     Vidrio = 4/10/6; U = 2,9W/m²·K; g = 0,76

     Ventilación = Según CTE DB HS3

     Sombreamiento local = Ninguno

     Elementos remotos: Ninguno

     Control puentes térmicos: Ninguno

El balance energético actual del edificio, es el siguiente:

Demanda de calefacción: 57,1 kW·h/m²·año

Demanda de refrigeración: 43,8 kW·h/m²·año

Siendo:

Optimización de la demanda energética a través de la envolvente opaca

Con el fin de optimizar el aislamiento térmico de los elementos constructivos opacos (en este caso: fachadas, cubierta y solera en contacto con el terreno), plantearemos tres posibilidades de mejora, cuantificando la demanda energética que presentaría la vivienda con ellas, así como su diferencia de coste de ejecución material. La siguiente tabla sintetiza los resultados obtenidos a través de las simulaciones energéticas realizadas:

Como es lógico, las mejores prestaciones en materia de eficiencia energética se obtienen en el escenario con mayor aislamiento térmico, obteniendo reducciones en la demanda de calefacción de más de un 30%, con una afección despreciable a nivel de refrigeración. Consiguientemente, el criterio para seleccionar una u otra opción será el encarecimiento que suponga cada mejora de la envolvente opaca.

De optar por la Mejora C, encontramos que con un incremento de poco más de 2.500€ respecto de la Mejora A, prácticamente se duplica el ahorro energético obtenido. El impacto de esta medida supondría un incremento de en torno al 2,5% del presupuesto de ejecución material, por lo que se entiende que es una medida razonable y perfectamente asumible; plantear mayores espesores de aislamiento térmico se desestima en el caso de este proyecto, ya que teniendo en cuenta las condiciones climáticas existentes, se considera que con las restantes estrategias de diseño aún no implementadas será factible alcanzar la demanda energética objetivo, de 15 kW·h/m²·año tanto a nivel de calefacción, como de refrigeración. Además, cabe destacar que de optarse por espesores de aislamiento térmico superiores, la relación coste-efectividad no sería tan efectiva; valga como ejemplo el hecho de que planteando espesores de 20cm tanto en fachada como en cubierta (alrededor de un 140% de lo previsto en la Mejora C), sólo se produciría un ahorro adicional del 3,28% en la demanda de calefacción, hasta alcanzar los 37,94 kW·h/m²·año.

Escogida la Mejora C, a continuación se reflejan las propiedades de la envolvente opaca propuesta para nuestro futuro edificio eficiente, de consumo de energía casi nulo (NZEB):

Éste sería su balance energético anual:

Demanda de calefacción: 39,81 kW·h/m²·año

Demanda de refrigeración: 44,98 kW·h/m²·año

En definitiva, tras las modificaciones realizadas, nos encontramos un 31,18% por debajo de una hipotética demanda energética inicial del inmueble (de haber optado por una orientación inicial este). En posteriores entregas continuaremos trabajando con otros aspectos fundamentales para generar arquitectura eficiente, como son la optimización de los huecos, la ventilación, la protección solar o los puentes térmicos, además de la ya tratada estrategia de orientación, de tal forma que logremos limitar la demanda energética a valores por debajo de 15 kW·h/m²·año tanto en régimen de calefacción, como en régimen de calefacción.

Confiamos en que el artículo haya sido de su interés. Pueden obtener más información sobre certificación energética de edificios y proyectos de arquitectura eficiente en la página web de nuestro estudio de arquitectura.  También pueden ponerse en contacto con nosotros y realizarnos cualquier consulta a través del teléfono 91 376 61 27, por correo electrónico a través de info@fundamentarq.com, o a través del apartado contacto de nuestra página web. Fundamenta Arquitectura, Arquitectos de Madrid.