Análisis de la Estanqueidad al Aire en la Construcción y Rehabilitación Energética de Edificios de Viviendas

Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:

Autores

• Alberto Jiménez Tiberio, Ingeniero de Edificacion, I+D ACR Grupo
• Pablo Emilio Branchi, Director del Departamento de I+D, ACR Grupo

Resumen

Reducir el nivel de infiltraciones de aire en los edificios de viviendas es fundamental para construir edificios de energía casi nula (EECN). Mediante el ensayo normalizado “Blower door” (UNE EN 13829) se obtiene la tasa de infiltración n50 (renovaciones/hora a 50 Pa). Parámetro de los edificios no regulado actualmente en España, a diferencia del resto de países europeos que exigen la realización del ensayo para certificar el nivel de estanqueidad. En este estudio se presentan los resultados de una serie de ensayos en viviendas combinados con termografía infrarroja, intentando demostrar cómo puede mejorarse en estos aspectos y con el objeto final de construir y rehabilitar edificios con un enfoque de Consumo casi Nulo.

Introducción

Según la directiva europea 31/2010 en el año 2020 todos los edificios construidos deberán ser Edificios de Energía Casi Nula (EECN). Por el momento no se han regulado en España los requisitos que deberán cumplir los edificios para ser EECN. Sin embargo, desde el Departamento de I+D+i de ACR Grupo se han dado pasos en este camino hacia las construcciones más eficientes, realizando varios estudios para determinar los factores que más influyen en la demanda energética. Una de las cuestiones más importantes es garantizar la estanqueidad al aire de los edificios, limitando las infiltraciones no deseadas. Conflicto existente en los edificios que, sin embargo, es desconocido por muchos y todavía no se encuentra regulado en la normativa estatal.

En los últimos años se han realizado varios estudios sobre este tema, la mayoría de ellos proceden de universidades europeas o americanas. Por ejemplo, durante el verano de 2005, se realizaron 20 ensayos de infiltraciones en viviendas unifamiliares en Attica, Grecia por la Universidad de Atenas (A. Sfakianaki, Air tightness measurements of residential houses in Athens, Greece, Building and Environment Vol 43, Issue 4) y la media de renovaciones de aire a la hora a 50 Pascales de presión fue de 7 renovaciones. En otros países el número de edificios analizados fue mayor, por ejemplo en Estados Unidos se analizaron más de 70.000 viviendas por la Universidad de California (Wanyu R. Chan, Analyzing a database of residential air leakage in the United States. Atmospheric Environment, Volume 39, Issue 19,).

La importancia de este tema ha sido demostrada en varios estudios, uno de ellos realizado por la Universidad de Helsinki, cuyo autor Juha Jokisalo afirma que las infiltraciones de aire no deseadas provocan en torno al 15-30% del consumo de calefacción en las viviendas unifamiliares finlandesas (Juha Jokisalo, Building leakage, infiltration, and energy performance analyses for Finnish detached houses, Building and environment, Volume 44, Issue 2). Así lo recoge la normativa de la mayoría de países europeos, que ya regulan el nivel de infiltración de los edificios. Una investigación de la Universidad Católica de Lovaina, Bélgica, revisa la normativa de 14 países europeos en cuanto a sus límites de estanqueidad (OSSIO, F; DE HERDE, A y VEAS, L. Exigencias europeas para infiltraciones de aire: Lecciones para Chile. Revista de la Construcción [online]. 2012, vol.11, n.1).

Sin embargo, apenas se conocen estudios de aplicación del sistema a la rehabilitación. Por ello, desde el departamento de I+D+i de ACR Grupo y tras haber realizado más de 150 ensayos de infiltraciones en edificios nuevos, se ha desarrollado el presente estudio, que pretende definir el sistema y mostrar las ventajas que supone el análisis del nivel de infiltraciones de los edificios durante el proceso de rehabilitación energética.

Estudio Realizado

Regulación actual

El método más utilizado a nivel mundial para analizar y controlar el nivel de infiltraciones de un edificio, es el de presurización por medio de ventilador, más conocido como el ensayo “Blower door test” cuya ejecución se regula mediante la norma UNE-EN 13829. Al finalizar el ensayo se obtiene la tasa de infiltración del edificio o n50, renovaciones/hora a 50 Pa de presión, dato que se utiliza para evaluar y comparar la estanqueidad de la vivienda analizada.

En España no existe normativa de obligado cumplimiento respecto a nivel de estanqueidad de los edificios de viviendas. En la ultima actualización del Código Técnico de Edificación (CTE) en su Documento Básico de Ahorro de Energía (DB-HE) de 2013, se indica que para calcular la demanda energética de los edificios se deberán considerar las pérdidas por ventilación e infiltraciones no deseadas, pero no se establece ningún límite.

No obstante, en el manual de referencia de Calener GT (Manual de referencia Calener Gran Terciario, pag. 102), programa acreditado para la calificación energética de edificios, se hace referencia al standard prEN 13790:1999 donde se definen los siguientes niveles de estanqueidad en función del tipo de edificio, en renovaciones a la hora a 50 Pa de presión o ACH50.

Figura 1. Clasificación de la estanqueidad al aire de edificios de viviendas en ren/hora a 50 Pa

En otros países europeos, por ejemplo en Alemania, desde el año 2002 todo edificio de viviendas construido debe tener una tasa de infiltración inferior a 3 ren/h a 50 Pa, y si dispone de un sistema de ventilación mecánica, menor que 1,5 ren/h. Otros países que lo regulan de manera similar son Austria, Eslovenia, Lituania o Noruega entre otros (BPIE, Europe’s building under the microscope 2011).

Análisis de la repercusión energética

Para determinar la repercusión del nivel de estanqueidad en la demanda energética, se realizaron diferentes simulaciones con varios programas diseñados para tal fin. A continuación se muestran los resultados obtenidos en uno de ellos. Se trata de un edificio de viviendas con valores de transmitancia térmica tipo CTE y situado en Pamplona.

De este modo, reducir de 5 a 2 ren/h a 50Pa la tasa de infiltración, puede suponer un ahorro en la demanda de calefacción de casi 20 kwh/m² año, dependiendo del clima y del diseño del edificio. No se consigue nada con aumentar los aislamientos térmicos si se tienen entradas de aire no deseadas, que echarán por tierra todos los esfuerzos realizados en limitar la demanda energética al acometer una rehabilitación. Y así lo corrobora el estándar Passivhaus, referente a nivel mundial en construcción de viviendas eficientes, pues uno de sus principios es limitar el nivel de infiltración a 0,6 ren/h en edificios nuevos y a 1 ren/h a 50 Pa en edificios rehabilitados.

Metodología

Edificios de nueva construcción

Teniendo en cuenta la importancia de este parámetro en la eficiencia energética de los edificios se ha realizado un análisis del nivel de estanqueidad de los edificios construidos en los ultimos años en España. Para ello se ha utilizado el equipo de ensayo de presurización por medio de ventilador o “Blower door test”, que consiste en una puerta de tela con un marco metálico que se ajusta a la puerta de entrada de la vivienda. En dicha puerta se inserta un ventilador calibrado que extrae el caudal de aire necesario para generar la depresión o sobrepresión que le indica el manómetro de precisión al que está conectado. Todo ello se controla a través de un equipo informático portátil y un software. Al finalizar la prueba obtenemos varios datos, entre los que destaca las renovaciones/hora a 50 Pa o n50, dato que utilizamos para comparar y evaluar el nivel de estanqueidad de la vivienda.

Siguiendo el proceso que rige la norma UNE-EN 13829 se han analizado más de 150 viviendas de diferentes edificios, construidos por varias empresas del sector y situados en diferentes zonas climáticas como Barcelona, Valladolid, Vitoria y Pamplona.

Durante la ejecución del ensayo a depresión, se fuerzan las entradas de aire a través de fisuras, grietas, carpinterías o defectos de sellado. Utilizando una cámara termográfica podemos localizar los puntos más importantes de infiltración y realizar propuestas de mejora para reducir esta tasa al mínimo.

Figura 5. Termografía e imagen digital de una ventana con infiltraciones

Rehabilitación energética

En una rehabilitación energética es necesario conocer los niveles de origen para poder evaluar la mejora obtenida. Por eso, se realizan varias pruebas antes de comenzar las obras y de este modo, se obtiene la tasa de infiltración inicial.

En los primeros ensayos se pueden detectar varias infiltraciones no deseadas como estas:

Figura 6. Termografía de infiltración de ventana e imagen digital de ventana de aluminio

En estas imágenes se aprecia como las ventanas existentes no ajustan correctamente. En la termografía vemos la huella que deja el aire exterior a diferente temperatura (en este caso más caliente) sobre un folio colocado para tal fin. En la imagen digital vemos como la hoja de aluminio existente no dispone de burletes con gomas para evitar la entrada de aire.

Una vez sustituidas las ventanas por otras nuevas de altas prestaciones, pero antes de finalizar los remates, se realizan los ensayos de infiltraciones intermedios para comprobar que la colocación de las carpinterías es la correcta. En dichas pruebas se pueden localizar problemas de sellados, que se deben transmitir a los responsables de la obra para que procedan a su reparación.

Figura 7. Imagen termográfica y digital de puerta balconera

En este caso se aprecia un defecto de sellado en la parte inferior de la puerta balconera, sería recomendable realizar un sellado exterior del vierteaguas contra el balcón para frenar esta entrada de aire.

Una vez finalizada la rehabilitación se debe tomar una muestra representativa de la misma y de este modo certificar el nivel de estanqueidad del edificio, así como la reducción obtenida respecto al punto de partida.

Resultados

Después de analizar los resultados obtenidos en más de 150 viviendas de 40 edificios construidos por diferentes empresas del sector, sabemos que el nivel de estanqueidad medio se encuentra en torno a 3,50 ren/h a 50Pa, en edificios de nueva construcción.

Estudiando las causas del nivel de infiltración de cada obra, proponiendo mejoras y teniendo especial atención en la ejecución de cerramientos exteriores, carpinterías y sellados, es posible reducir esta tasa por debajo de 2 ren/h a 50 Pa. Así se ha demostrado en varias obras ejecutadas por ACR Grupo. No obstante si los proyectos no se han diseñado teniendo en cuenta el control de infiltraciones de aire, es muy complicado llegar a dichos valores.

Por otro lado, en cuanto a edificios rehabilitados se han obtenido valores de reducción en la tasa de infiltración del 30%, tan solo al sustituir las viejas ventanas de madera por unas nuevas de altas prestaciones. Del mismo modo, para que esta mejora se produzca es necesario acometer la rehabilitación prestando especial atención a los sellados, tanto interiores como exteriores.

Conclusiones

Mejorar la estanqueidad al aire de los edificios de viviendas es uno de los factores más importantes para construir EECN. Al mismo tiempo, se trata de un parámetro actualmente obviado en la normativa española y desconocido por gran parte del sector de la edificación.
Realizando ensayos normalizados de infiltraciones de aire, tanto en edificios de nueva construcción como en rehabilitaciones energéticas, podemos controlar y reducir al máximo el caudal de aire infiltrado, con el consiguiente ahorro energético. Para ello, es preciso llevar un control exhaustivo en la ejecución de los cerramientos exteriores y sellados de la envolvente.

A día de hoy en España un edificio de 7 ren/h 50 Pa puede tener la misma calificación energética que uno de 2 ren/h 50 Pa, ya que por el momento los programas de simulación no contemplan este parámetro tan importante. Hasta la fecha, se han dado pasos hacía los EECN con la última actualización del Documento Básico HE-1, que aunque cita en varias ocasiones el control de las infiltraciones, deja en manos del proyectista la realización de ensayos o pruebas para controlarlo. Se considera que es necesaria la inclusión de unos límites del nivel de infiltración en los edificios en las próximas actualizaciones del CTE, con el objetivo de llegar a cumplir con la exigencia de construir edificios de energía casi nula.

Referencias Bibliográficas

• Actualización Documento Básico Ahorro de Energía DB-HE. Código técnico de Edificación. 2013
• A. Sfakianaki, Air tightness measurements of residential houses in Athens, Greece, Building and Environment Vol 43, Issue 4, (2008).
• BPIE, Europe’s building under the microscope 2011
• EN 13829, Thermal perfomance of buildings. Determination of air permeability of buildings. Fan pressurization method. 2002
• IDAE, Manual de referencia para Calener GT. 2009
• Juha Jokisalo, Building leakage, infiltration, and energy performance analyses for Finnish detached houses, Building and environment, Volume 44, Issue 2 (2009)
• OSSIO, F; DE HERDE, A y VEAS, L. Exigencias europeas para infiltraciones de aire: Lecciones para Chile. Revista de la Construcción [online]. 2012, vol.11, n.1
• Wanyu R. Chan, Analyzing a database of residential air leakage in the United States. Atmospheric Environment, Volume 39, Issue 19, (2005).