¿Es verdad lo que se dice, que las casas pasivas consumen muy poca energía y que son muy confortables? Se presentan datos reales de la monitorización de una vivienda con certificación Passivhaus, ubicada en la localidad de Collsuspina, provincia de Barcelona. Los resultados muestran una factura de calefacción de 52 € al año, un alto nivel de confort tanto en invierno como en verano, y una buena calidad del aire interior.

La Tabla 1 muestra las prestaciones de la envolvente térmica e instalaciones.

Solera	U = 0,164 W/m2·K
Muros de fachada	U = 0,146 W/m2·K
Cubierta	U = 0,147 W/m2·K
Ventanas	Uw instalada = 1,09 W/m2·K
Carpinterías	Uf = 1,22 W/m2·K
Vidrios	Ug = 0,60 W/m2·K ; g = 47 %
Protección solar	Exteriores orientables & apilables + toldos
Hermeticidad al aire	N50 = 0,31/h
Ventilación mecánica	Zehnder ComfoAir 350
Calefacción	Radiadores eléctricos
ACS	Bomba de calor aire-agua Aerotermo 300 Plus

La vivienda se construyó con un sistema prefabricado de entramado ligero de madera, con aislamiento natural de paja. La duración de la obra fue de 5 meses. Se monitorizó entre el 2015 y 2016, midiendo temperatura y humedad exterior, y temperatura, humedad y concentración de CO2 interior en ambas plantas. Se instalaron también contadores eléctricos para medir el consumo eléctrico de calefacción (radiadores eléctricos), ACS, (bomba de calor aire-agua), ventilación mecánica y consumo eléctrico general (electrodomésticos & iluminación). La monitorización fue auto financiada entre las empresas Progetic, Farhaus y Zehnder Ibérica, con una aportación del Ajuntament de Collsuspina. La vivienda está ocupada por 2 adultos y 2 niñas.

Confort en invierno

La Figura 12 muestra las temperaturas interiores en el planta baja y planta primera, y la temperatura exterior, durante el invierno del 2015/2016. Se puede ver que las temperaturas se mantienen generalmente entre 20 ºC y 25 ºC, salvo cuando la casa está desocupada. La temperatura media en la planta baja en ese periodo fue de 21,2 ºC, y 21,3 ºC en la planta primera. El consumo total de calefacción (radiadores eléctricos) en este periodo, fue 251 kWh, o 52 €, calculado con un precio ponderado de la energía eléctrica de 0,21 €/kWh, conforme las facturas reales. (Los resultados de consumos se pueden ver en la Figura 16 y Figura 17).

Confort en verano

La Figura 13 muestra la temperatura exterior y la temperatura del aire interior en la Planta Primera (siendo la más susceptible al sobrecalentamiento), durante la ola de calor de Julio 2015. Se puede ver que las temperaturas se mantienen debajo de 26 ºC, salvo cuando la casa está desocupada.

La Figura 14 muestra la temperatura y humedad relativa en la planta primera, entre junio y octubre del 2015, diferenciadas entre horas con y sin ocupación. Se puede ver que, durante las horas con ocupación, la temperatura y humedad relativa, se mantienen generalmente dentro de rango de confort óptimo (22 ºC a 25 ºC a una humedad relativa de entre 30 % y 70 %, conforme el modelo de confort de Dr. Schnieders, basado en la ISO 7730).

Calidad del aire interior

En cuanto a la calidad del aire interior, medido a través de la concentración de CO2, la Figura 15 muestra el nivel de CO2 en el dormitorio y en la sala de estar, durante una semana en noviembre 2015 (en donde no se abrieron ventanas para ventilar). Se aprecia que el nivel de CO2 supera los 1.000 PPM en momentos puntuales, con una media de 722 PPM en el dormitorio y 706 PPM en la sala de estar. Los resultados indican una alta calidad del aire interior en invierno.

Consumos & factura energética

La Figura 16 y Tabla 3 muestran el consumo energético por categoría, entre octubre 2015 y octubre 2016. El consumo de calefacción fue de 251 kWh (52 €/año), 970 kWh para Agua Caliente Sanitario (200 €/a), 264 kWh para la ventilación mecánica (54 €/a), y 1.681 kWh para electrodomésticos e iluminación (346 €/a), con un consumo total de 3.165 kWh/a, o 652 €/a.

Conclusiones

Los resultados indican que la vivienda tiene un consumo energético casi nulo, un alto nivel de confort y una buena calidad del aire interior. Se requiere un estudio más amplio de edificios Passivhaus en climas españoles para poder analizar más a fondo el comportamiento real. No obstante, los resultados de esta vivienda en concreto, son muy positivos.

Cabe destacar que, en la última instancia, el consumo de energía en una vivienda depende de la actuación de los usuarios. En este caso, los usuarios son muy activos, cuidando el consumo de energía, y bajando persianas en verano para evitar el sobrecalentamiento. Otro punto a resaltar es la superficie de los huecos: proyectar aperturas razonables y evitar grandes superficies de ventanas, es clave para poder reducir el sobrecalentamiento en verano, sin refrigeración activa. Finalmente, es importante tomar en cuenta que, para el clima en cuestión, es posible mantener un confort térmico en verano sin refrigeración, debido a que las temperaturas tienden a bajar por debajo de 20 ºC en la noche, haciendo efectiva la evacuación de calor por la ventilación natural nocturna. En climas en donde las temperaturas nocturnas se mantienen por encima de 22 ºC con una humedad relativa más alta (zonas costeras, por ejemplo), resulta muy difícil mantener el confort sin refrigeración activa y deshumidificación.

Agradecimientos

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

La Auditoría energética es la herramienta que nos permite la mejora sustancial de la eficiencia energética de nuestra empresa.

La última normativa de eficiencia energética de edificios RD 56/2016 obliga a las grandes empresas (250 personas o con un volumen de negocio superior a los 50 millones de euros) a realizar una auditoría energética cada 4 años. Dicha normativa transpone la directiva europea 2012/27/UE y tiene la finalidad de unificar los criterios de eficiencia energética para toda la comunidad europea.

A fin de ejecutar correctamente las auditorías se debe cumplir la UNE-EN 16247, en la que se contempla el edificio, los procesos y la flota de vehículos, en caso de que haya.

Para empresas con diversas filiales dentro del territorio nacional es importante determinar que cada auditoría debe comprender el 85% del consumo total de energía final del conjunto de todas las instalaciones, no solo de la sede principal. En cada proyecto de auditoría se realiza un estudio exhaustivo del edificio o local, estudiando el funcionamiento de las instalaciones y realizando un análisis de los consumos energéticos, a partir de facturas anteriores y de los datos extraídos de los contadores.

Toda la información obtenida permite la propuesta de una serie de mejoras donde se aconsejan las acciones necesarias para poder reducir consumos, emisiones de CO₂ y mejorar la eficiencia energética del edificio y/o actividad, sin reducir bajo ningún concepto las prestaciones y el confort. La implementación de equipos de monitorización en las instalaciones es clave para poder conocer como se está consumiendo y poder plantear propuestas concretas de mejora.

En cada proyecto se especifica el coste de las mejoras propuestas así como el tiempo de amortización, siempre considerando el ciclo de vida de los elementos a sustituir. No obstante, se tiene que tener en cuenta que no todas las propuestas van ligadas a un coste económico inicial, ya que en muchos casos, la implementación de buenos hábitos de uso y otras acciones sin coste como la reducción de la potencia eléctrica contratada, son suficientes para ahorrar de manera sustancial energética y económicamente.

Cada auditoría se ajusta a las necesidades de cada empresa. Es por eso por lo que, aunque el real decreto no obliga a la puesta en marcha de las medidas propuestas, es importante ejecutarlas y así obtener el máximo provecho. De lo contrario, cada cuatro años se obtendría un informe similar sin haber mejorado energéticamente en el funcionamiento de las instalaciones del edificio.

Para las empresas exentas del cumplimiento de la normativa se recomienda la ejecución de una auditoría energética para saber dónde focalizar los esfuerzos a la hora de mejorar el rendimiento de las instalaciones y potenciar la eficiencia energética dentro de la compañía.

Las auditorías energéticas son la primera herramienta de la que disponen las empresas para iniciar procesos comprometidos con el medio ambiente apostando por una buena gestión de la energía.

Cada día es más común el uso de las bombas de calor para la producción de climatización y agua caliente sanitaria (ACS) en las viviendas. Su elevado rendimiento energético y el hecho de que se alimenten con electricidad, las hace ideales para integrarse en viviendas, especialmente en las de baja demanda energética.

La bomba de calor basa su funcionamiento en el movimiento del calor des de un foco caliente a un foco frío. Así, durante el invierno extrae calor del aire exterior o del subsuelo y lo transporta al interior del inmueble, y durante el verano tiene el funcionamiento a la inversa. Para conseguir este transporte de calor utiliza un gas refrigerante que tiene la particularidad de tener una temperatura de ebullición muy baja. Sometiendo el gas a unas condiciones cambiantes de presión conseguimos que cuando evapore absorba aire caliente y cuando condense lo libere.

Antiguamente las bombas de calor tenían un funcionamiento todo nada, es decir, entregaban toda su potencia nominal o estaban paradas. Actualmente la mayoría de ellas disponen de compresores con variadores de frecuencia que permiten ajustar la potencia nominal en función de la demanda. Aún con esta mejora en el funcionamiento, hay una serie de aspectos importantes a tener en cuenta para diseñar el sistema hidráulico de control:

• Aunque dispongan de variador de frecuencia, el ciclo termodinámico del refrigerante necesita un tiempo mínimo de funcionamiento, que obliga a una histéresis en el funcionamiento del termóstato que conviene que tenga un período mínimo de 30 minutos.
• Aunque los fabricantes indiquen en muchos casos, la no necesidad de un depósito de inercia, cuando disponemos de sistemas terminales de poca inercia, y la demanda térmica en esos momentos sea baja, conviene tener un cierto volumen de agua para permitir la histéresis que se indicaba en el apartado anterior.
• La modulación de la potencia tiene un mínimo que suele estar alrededor del 30% de su potencia nominal. Es importante tenerlo en cuenta para dimensionar el depósito de inercia y los sistemas principales.
• Por lo comentado en los apartados anteriores, es importante ajustar la potencia nominal de la bomba de calor a la carga térmica de la vivienda. Si se sobredimensiona, nos encontramos que la demanda estará mayoritariamente por debajo del 30% de la potencia de la bomba de calor y provocaremos demasiados arranques y paradas del compresor, reduciendo su vida útil, y obteniendo rendimientos térmicos muy bajos.
• Tanto la potencia térmica de la bomba de calor como su rendimiento depende de dos temperaturas: la temperatura del aire exterior (bombas de calor aerotérmicas) y la temperatura del agua de climatización. Se tiene que verificar que en las condiciones máximas de temperatura en el invierno y verano, la potencia de la bomba de calor será suficiente para cubrir la carga térmica máxima de la vivienda.

Frente al impacto ambiental del sector de la construcción- responsable de un 40 % del consumo total de energía primaria de la Unión Europea- reducir tanto la energía embebida de los materiales en la fase de fabricación, como el consumo energético de los edificios en su fase de uso- son tareas urgentes. La madera, los residuos agrícolas, y los materiales de origen biológico, son recursos renovables locales que se pueden aprovechar para fomentar la economía circular y reducir el impacto ambiental del sector de la construcción. El presente artículo muestra un ejemplo de un panel prefabricado estructural aislante, hecho con materiales de origen biológico, para edificios de nueva construcción de consumo casi nulo.

Panel ISOBIO para edificios de nueva construcción

El prototipo del panel que se monitorizó mide 1,95m x 1,95m, con un espesor total de 33,2cm en 8 capas con 9 materiales diferentes (Figura 1). Se compone de un revoco exterior compuesto de cal y cáñamo de 25mm de espesor, aplicado sobre un aislamiento térmico rígido de cáñamo de 50mm, fijado mecánicamente a la estructura de madera de pino rojo de 145mm de espesor. Entre la estructura hay aislamiento de cáñamo, algodón, y lino, seguido por un tablero de OSB 3 de 12 mm. Sobre el OSB se ha fijado una membrana hermética y de control de vapor dinámico, seguido por una cámara de instalaciones de 45mm de espesor con aislamiento térmico de cáñamo, algodón, y lino, entre rastreles de madera, girados a 90º en relación a la estructura para mitigar el puente térmico a través de los elementos de madera. La cámara se cierra con un tablero de paja termo-comprimida de 40mm de espesor, revocado al interior con un compuesto de arcilla y cáñamo, aplicado en 3 capas, de 15mm de espesor.

Instalación y monitorización en los demostradores

La Figura 3 y la Figura 4 muestran la instalación de los paneles en los demostradores en Wroughton y Sevilla. Se instaló un sistema de monitorización con una estación meteorológica registrando las condiciones exteriores, una sonda de temperatura en la cara exterior del panel, un sensor de flujo de calor y una sonda de temperatura en la cara interior, conforme la ISO 9869 [1]. Adicionalmente, se instalaron sondas de temperatura y humedad relativa en 3 puntos intersticiales (Figura 2), para medir el comportamiento higrotérmico dinámico al interior del panel y comparar los resultados con el modelo WUFI, conforme la EN 15026 [2]. Los datos se midieron a un intervalo de 5 minutos. La temperatura interior se mantuvo a una temperatura media de 25,5ºC durante todo el periodo, con un calentador eléctrico de aire.

Resultados de monitorización y validación de los modelos de cálculo

La Tabla 1 muestra los resultados de cálculo de la U del panel ISOBIO conforme la ISO 6946 [3] en régimen estacionario. Para las conductividades térmicas de los materiales, se tomaron los valores medidos en laboratorio (para el material seco a 10ºC, con un contenido de agua w=0), y se recalcularon con un modelo desarrollado por la Universidad de Rennes 1, para el material a una humedad relativa del 50%, siendo un contenido de agua más realista. Para la comparativa con los datos experimentales se despreció el efecto térmico de los elementos estructurales de madera, ya que su incidencia en las mediciones de flujo de calor, temperatura y humedad relativa se consideraron despreciables.

Se presentan los resultados del periodo 24/02/2018 a 14/03/2018 en el demostrador HIVE, Reino Unido, durante un total de 432 horas, o 18 días, con 5.184 puntos de datos.  La Tabla 2 y la Figura 5 muestran los resultados de la transmitancia térmica medida in-situ conforme la ISO 9869, y su comparación con el valor calculado en régimen estacionario, conforme la ISO 6946. La Figura 6 muestra la transmitancia térmica medida in-situ, comparado con el valor dinámico calculado con la herramienta WUFI. La Figura 7, Figura 8 y Figura 9, muestran la temperatura y humedad relativa medida y calculada con WUFI, al interior del panel, en las 3 posiciones indicadas en la Figura 2.

Conclusiones

El resultado de la transmitancia térmica media medida in-situ (Figura 5), es un 7 % más alto que el valor calculado en régimen estacionario, siendo una diferencia mínima, dentro del margen de incertidumbre de la medición. Los resultados indican un comportamiento fiable y una estrecha correlación entre lo calculado y medido. Pone de relieve la importancia de tomar en cuenta un contenido de humedad realista en los materiales, al momento de realizar un cálculo simplificado de transmitancia térmica, en donde el único parámetro es la conductividad térmica.

La transmitancia térmica horaria medida in-situ y los valores calculados dinámicamente con la herramienta WUFI (Figura 6), muestran una correlación aún mejor, con una diferencia del 4 % entre el promedio de la U medida in-situ y la U calculada con WUFI. Indica que el cálculo acoplado de transferencia de calor y humedad de la herramienta WUFI refleja con precisión la transmitancia térmica dinámica para un elemento constructivo de este tipo, con materiales de origen biológico.

Por último, los resultados de la temperatura y HR medida y modelada con WUFI en las posiciones 2, 3 y 4 (Figura 7, Figura 8 y Figura 9), muestran que las variaciones dinámicas de temperatura están muy bien reflejadas en el modelo. Las variaciones a corto plazo de la humedad relativa no se reflejan con la misma precisión en el modelo, posiblemente por la suposición que el contenido de agua en equilibrio en los materiales es instante, cuando en realidad, hay una histéresis [4]. No obstante, los resultados muestran una muy buena correlación entre lo medido y lo calculado, demostrando que los materiales de origen biológico en un panel compuesto de este tipo, pueden contribuir a la reducción de los consumos de energía de un edificio en su fase de operación, con una mínima cantidad de energía embebida de los materiales en la fase de su fabricación.

Agradecimientos

El proyecto ISOBIO se realizó gracias a la subvención N° 636835 otorgada por la Unión Europea. http://isobioproject.com.

Basado en el artículo 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.