És veritat el que es diu que les cases passives consumeixen molt poca energia i que són molt confortables? Es presenten dades reals del monitoratge d’un habitatge amb certificació Passivhaus, situada a la localitat de Collsuspina, província de Barcelona, a 888 m.s.n.m. Els resultats mostren una factura de calefacció de 52 € a l’any, un alt nivell de confort tant a l’hivern com a l’estiu, i una bona qualitat de l’aire interior. De la Figura 1 a Figura 11 es mostren imatges de l’habitatge, càlculs de pont tèrmic, i ubicació dels sensors per a la monitorització.

La Taula 1 mostra les prestacions de la envolupant tèrmica i instal·lacions.

L’habitatge es va construir amb un sistema prefabricat d’entramat lleuger de fusta, amb aïllament natural de palla. La durada de l’obra va ser de 5 mesos. Es va monitoritzar entre el 2015 i 2016, mesurant temperatura i humitat exterior, i temperatura, humitat i concentració de CO2 interior en ambdues plantes. Es van instal·lar també comptadors elèctrics per mesurar el consum elèctric de calefacció (radiadors elèctrics), ACS, (bomba de calor aire-aigua), ventilació mecànica i consum elèctric general (electrodomèstics & il·luminació). La monitorització va ser finançada entre les empreses Progetic, Farhaus i Zehnder Ibèrica, amb una aportació de l’Ajuntament de Collsuspina. L’habitatge està ocupada per 2 adults i 2 nenes.

Confort a l’hivern

La Figura 12 mostra les temperatures interiors a la planta baixa i la planta primera, i la temperatura exterior, durant l’hivern de l’2015/2016. Es pot veure que les temperatures interiors es mantenen generalment entre 20 ºC i 25 ºC, excepte quan la casa està desocupada. La temperatura mitjana a la planta baixa en aquest període va ser de 21,2 ºC, i 21,3 ºC a la planta primera. El consum total de calefacció (radiadors elèctrics) en aquest període, va ser 251 kWh, o 52 €, calculat amb un preu ponderat de l’energia elèctrica de 0,21 € / kWh, d’acord a les factures reals. (Els resultats de consums es poden veure a la Figura 16 i Figura 17).

Confort a l’estiu

La Figura 13 mostra la temperatura exterior i la temperatura de l’aire interior a la Planta Primera (sent la més susceptible al sobreescalfament), durant l’onada de calor de Juliol 2015. Es pot veure que les temperatures es mantenen sota de 26 ºC, excepte quan la casa està desocupada.

La Figura 14 mostra la temperatura i humitat relativa a la planta primera, entre juny i octubre de l’any 2015, diferenciades entre hores amb i sense ocupació. Es pot veure que, durant les hores amb ocupació, la temperatura i humitat relativa, es mantenen generalment dins de rang de confort òptim (22 º C a 25 ° C a una humitat relativa d’entre 30% i 70%, d’acord el model de confort del Dr. Schnieders, basat en la ISO 7730).

Qualitat de l’aire interior

Pel que fa a la qualitat de l’aire interior, mesurat a través de la concentració de CO2, la Figura 15 mostra el nivell de CO2 al dormitori i a la sala d’estar, durant una setmana al novembre 2015 (on no es van obrir finestres per ventilar). S’aprecia que el nivell de CO2 supera els 1.000 PPM en moments puntuals, amb una mitjana de 722 PPM al dormitori i 706 PPM a la sala d’estar. Els resultats indiquen una alta qualitat de l’aire interior a l’hivern.

Consums & factura energètica

La Figura 16 mostra el consum energètic per categoria, entre octubre 2015 i octubre 2016. El consum de calefacció va ser de 251 kWh (52 €/any), 970 kWh per a Aigua Calenta Sanitari (200 €/a), 264 kWh per a la ventilació mecànica (54 €/a), i 1.681 kWh per a electrodomèstics i il·luminació (346 €/a), amb un consum total de 3.165 kWh/a, o 652 €/a.

Conclusions

Els resultats indiquen que l’habitatge té un consum energètic gairebé nul, un alt nivell de confort i una bona qualitat de l’aire interior. Es requereix un estudi més ampli d’edificis Passivhaus en climes de la península per poder analitzar més a fons el comportament real. No obstant això, els resultats d’aquest habitatge en concret, són molt positius.

Cal destacar que, en l’última instància, el consum d’energia en un habitatge depèn de l’actuació dels usuaris. En aquest cas, els usuaris són molt actius, tenint cura del consum d’energia, i baixant persianes a l’estiu per evitar el sobreescalfament. Un altre punt a ressaltar és la superfície dels buits: projectar obertures raonables i evitar grans superfícies de finestres, és clau per poder reduir el sobreescalfament a l’estiu, sense refrigeració activa. Finalment, és important tenir en compte que, per al clima en qüestió, és possible mantenir un confort tèrmic a l’estiu sense refrigeració, a causa que les temperatures tendeixen a baixar per sota de 20 ºC a la nit, fent efectiva l’evacuació de calor per la ventilació natural nocturna. En climes on les temperatures nocturnes es mantenen per sobre de 22 º C amb una humitat relativa més alta (zones costaneres, per exemple), resulta molt difícil mantenir el confort sense refrigeració activa i deshumidificació.

Agraïments

Albert Fargas – Farhaus; Jordi Vinadé & Itziar Pagés; Ajuntament de Collsuspina; Zehnder Ibérica;

L’Auditoria energètica és l’eina que ens permet la millora substancial de l’eficiència energètica en la nostra empresa.

La darrera normativa d’eficiència energètica d’edificis RD 56/2016 obliga a les grans empreses (250 persones o amb un volum de negoci superior als 50 milions d’euros) a realitzar una auditoria energètica cada 4 anys. Aquesta normativa transposa la directiva europea 2012/27/UE i té la finalitat d’unificar els criteris d’eficiència energètica per a tota la comunitat europea.

Per tal d’executar correctament les auditories s’ha de complir la UNE-EN 16247, en la que es contempla l’edifici, els processos i la flota de vehicles, en cas que n’hi hagi.

Per a empreses amb diverses filials dins el territori nacional és important determinar que cada auditoria ha de comprendre el 85% del consum total d’energia final del conjunt de totes les instal·lacions, no només la seu principal. En cada projecte d’auditoria es realitza un estudi exhaustiu de l’edifici o local, estudiant el funcionament de les instal·lacions i realitzant l’anàlisi dels consums energètics, a partir de factures anteriors i de les dades extretes dels comptadors.

Tota la informació obtinguda permet la proposta d’una sèrie de millores on s’aconsellen les accions necessàries per tal de reduir consums, emissions de CO₂ i millorar l’eficiència energètica de l’edifici i/o activitat, sense reduir en cap cas les prestacions i el confort. La implementació d’equips de monitorització en les instal·lacions és clau per poder conèixer com s’està consumint i poder plantejar propostes concretes de millora.

En cada projecte s’especifica el cost de les millores proposades així com el temps d’amortització, sempre considerant el cicle de vida dels elements a substituir. No obstant, cal remarcar que no totes les propostes van lligades a un cost econòmic inicial, ja que en molts casos la implementació de bons hàbits d’utilització i altres accions sense cost com la reducció de la potència elèctrica contractada, són suficients per estalviar de manera substancial energèticament i econòmicament.

Cada auditoria s’ajusta a les necessitats de cada empresa. Així, tot i que el Reial Decret no obliga a la posta en marxa de les mesures proposades, és important executar-les i així extreure’n el màxim profit. En cas contrari, cada quatre anys s’obtindrà un informe similar sense haver millorat energèticament en el funcionament de les instal·lacions i de l’edifici.

Per les empreses exemptes del compliment de la normativa es recomana l’execució d’una auditoria energètica per tal de saber on focalitzar els esforços a l’hora de millorar el rendiment de les instal·lacions i potenciar l’eficiència energètica dins de la companyia.

Les auditories energètiques són la primera eina de què disposen les empreses per iniciar processos compromesos amb el medi ambient apostant per una bona gestió de la energia.

Cada dia és més comú l’ús de les bombes de calor per a la producció de climatització i aigua calenta sanitària (ACS) als habitatges. El seu elevat rendiment energètic i el fet que s’alimentin d’electricitat, les fa ideals per integrar-se als habitatges, especialment en els de baixa demanda energètica.

La bomba de calor basa el seu funcionament en el moviment del calor des d’un focus calent a un focus fred. Així durant l’hivern extreu calor de l’aire exterior o del subsòl i el transporta a l’interior de l’habitatge, i durant l’estiu té un funcionament a la inversa. Per aconseguir aquest transport de calor es serveix d’un gas refrigerant que té la particularitat de tenir una temperatura d’ebullició molt baixa. Sotmetent el gas a unes condicions canviants de pressió aconseguim que quan evapori absorbeixi escalfor i quan condensi l’alliberi.

Antigament les bomes de calor tenien un funcionament tot o res, és a dir, que entregaven tota la seva potència nominal o estaven parades. Actualment, la majoria d’elles ja disposen de compressors amb variador de freqüència que permeten ajustar la potència nominal en funció de la demanda. Tot i aquesta millora en el funcionament, hi ha una sèrie d’aspectes importants a tenir en compte per dissenyar el sistema hidràulic de control:

• Tot i que disposen de variador de freqüència, el cicle termodinàmic del refrigerant necessita uns temps mínims de funcionament, que obliga a una histèresi en el funcionament per termòstat que convé que tingui un període mínim de 30 minuts.
• Tot i que els fabricants indiquen, en molts casos, la no necessitat d’un dipòsit d’inèrcia, quan disposem de sistemes terminals amb poca inèrcia, i la demanda tèrmica en aquells moments sigui baixa, convé tenir un cert volum d’aigua per permetre la histèresi que indicàvem en l’apartat anterior.
• La modulació de potència té un mínim que sol estar al voltant del 30% de la potència nominal de la bomba. És important tenir-lo en compte per dimensionar el dipòsit d’inèrcia i els sistemes terminals.
• Per tot el comentat en els apartats anteriors, és important ajustar la potència nominal de la bomba de calor a la càrrega tèrmica de l’habitatge. Si es sobredimensiona, la demanda estarà majoritàriament per sota el 30% de la potència de la bomba de calor i provocaria masses arrencades i parades del compressor, reduint la seva vida útil, i obtenint rendiments tèrmics molt baixos.
• Tant la potència tèrmica de la bomba de calor com el seu rendiment depenen de dues temperatures: la temperatura de l’aire exterior (bombes de calor aerotèrmiques) i la temperatura de l’aigua de climatització. Cal verificar que en les condicions màximes de temperatura a l’hivern i a l’estiu, la potència de la bomba de calor serà suficient per cobrir la càrrega tèrmica màxima de l’habitatge.

Davant l’impacte ambiental del sector de la construcció- responsable d’un 40% de l’consum total d’energia primària de la Unió Europea- reduir tant l’energia embeguda dels materials en la fase de fabricació, com el consum energètic dels edificis en la seva fase d’ús- són tasques urgents. La fusta, els residus agrícoles, i els materials d’origen biològic, són recursos renovables locals que es poden aprofitar per fomentar l’economia circular i reduir l’impacte ambiental del sector de la construcció. El present article mostra un exemple d’un panell prefabricat estructural aïllant, fet amb materials d’origen biològic, per a edificis de nova construcció de consum gairebé nul.

Panell ISOBIO per edificis de nova construcció

El prototip del panell que es va monitoritzar mesura 1,95m x 1,95m, amb un gruix total de 33,2cm en 8 capes amb 9 materials diferents (Figura 1). Es compon d’un arrebossat exterior compost de calç i cànem de 25mm d’espessor, aplicat sobre un aïllament tèrmic rígid de cànem de 50mm, fixat mecànicament a l’estructura de fusta de pi roig de 145mm de gruix. Entre l’estructura hi ha aïllament de cànem, cotó, i lli, seguit per un tauler de OSB 3 de 12 mm. Sobre el OSB s’ha fixat una membrana hermètica i de control de vapor dinàmic, seguit per una càmera d’instal·lacions de 45mm de gruix amb aïllament tèrmic de cànem, cotó, i lli, entre llistons de fusta, girats a 90 º en relació a l’estructura per mitigar el pont tèrmic a través dels elements de fusta. La càmera es tanca amb un tauler de palla termo-comprimida de 40 mm de gruix, revocat a l’interior amb un compost d’argila i cànem, aplicat en 3 capes, de 15 mm de gruix.

Instal·lació i monitorizació als demostradors

La Figura 3 i la Figura 4 mostren la instal·lació dels panells en els demostradors a Wroughton i Sevilla. Es va instal·lar un sistema de monitorització amb una estació meteorològica registrant les condicions exteriors, una sonda de temperatura a la cara exterior del panell, un sensor de flux de calor i una sonda de temperatura a la cara interior, conforme la ISO 9869 [1]. Addicionalment, es van instal·lar sondes de temperatura i humitat relativa en 3 punts intersticials (Figura 2), per mesurar el comportament higrotèrmic dinàmic a l’interior del panell i comparar els resultats amb el model WUFI, d’acord l’EN 15026 [2]. Les dades es van mesurar en intervals de 5 minuts. La temperatura interior es va mantenir a una temperatura mitjana de 25,5ºC durant tot el període, amb un escalfador elèctric d’aire.

Resultats de monitorizació i validació dels models de càlcul

La Taula 1 mostra els resultats de càlcul de la U del panell ISOBIO conforme la ISO 6946 [3] en règim estacionari. Per a les conductivitats tèrmiques dels materials, es van prendre els valors mesurats en laboratori (per al material sec a 10ºC, amb un contingut d’aigua w = 0), i es van recalcular amb un model desenvolupat per la Universitat de Rennes 1, per al material a una humitat relativa del 50%, sent un contingut d’aigua més realista. Per a la comparativa amb les dades experimentals es va ignorar l’efecte tèrmic dels elements estructurals de fusta, ja que la seva incidència als mesuraments de flux de calor, temperatura i humitat relativa es van considerar despreciables.

Es presenten els resultats del període 2018.02.24 a 2018.03.14 al demostrador HIVE, Regne Unit, durant un total de 432 hores, o 18 dies, amb 5.184 punts de dades. La Taula 2 i la Figura 5 mostren els resultats de la transmitància tèrmica mesura in-situ conforme la ISO 9869, i la seva comparació amb el valor calculat en règim estacionari, conforme la ISO 6946. La Figura 6 mostra la transmitància tèrmica mesura in-situ , comparat amb el valor dinàmic calculat amb l’eina WUFI. La Figura 7, Figura 8 i Figura 9, mostren la temperatura i humitat relativa mesura i calculada amb WUFI, a l’interior del panell, a les 3 posicions indicades a la Figura 2.

Conclusions

El resultat de la transmitància tèrmica mitjana mesura in-situ (Figura 5), és un 7% més alt que el valor calculat en règim estacionari, sent una diferència mínima, dins el marge d’incertesa del mesurament. Els resultats indiquen un comportament fiable i una estreta correlació entre el calculat i mesurat. Posa en relleu la importància de prendre en compte un contingut d’humitat realista en els materials, a l’hora de realitzar un càlcul simplificat de transmitància tèrmica, en on l’únic paràmetre és la conductivitat tèrmica.

La transmitància tèrmica horària mesura in-situ i els valors calculats dinàmicament amb l’eina WUFI (Figura 6), mostren una correlació encara millor, amb una diferència del 4% entre la mitjana de la U mesura in-situ i la U calculada amb WUFI. Indica que el càlcul acoblat de transferència de calor i humitat de l’eina WUFI reflecteix amb precisió la transmitància tèrmica dinàmica per a un element constructiu d’aquest tipus, amb materials d’origen biològic.

Finalment, els resultats de la temperatura i HR mesura i modelada amb WUFI en les posicions 2, 3 i 4 (Figura 7, Figura 8 i Figura 9), mostren que les variacions dinàmiques de temperatura estan molt ben reflectides en el model. Les variacions a curt termini de la humitat relativa no es reflecteixen amb la mateixa precisió en el model, possiblement per la suposició que el contingut d’aigua en equilibri en els materials és instant, quan en realitat, hi ha una histèresi [4]. No obstant això, els resultats mostren una molt bona correlació entre el mesurat i el calculat, demostrant que els materials d’origen biològic en un panell compost d’aquest tipus, poden contribuir a la reducció dels consums d’energia d’un edifici en la seva fase d’operació, amb una mínima quantitat d’energia embeguda dels materials en la fase de la seva fabricació.

Agraïments

El projecte ISOBIO es va realitzar gràcies a la subvenció N° 636835 otorgada per la Unión Europea. http://isobioproject.com.

Basat en l’article de 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.