Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Oliver Style, Director Técnico, Progetic
- Albert Fargas, Coordinador de Proyectos, Farhaus
- Manuel García Barbero, Arquitecto, Klimark
Resumen
Se presenta un innovador sistema constructivo prefabricado en madera con aislamiento de paja, aplicado a una vivienda unifamiliar aislada de energía casi nula, construida a finales del 2013 en la localidad de Collsuspina, Catalunya. La Larixhaus está diseñada y ejecutada para cumplir con los requisitos del estándar Passivhaus, un estándar energético de edificios de energía casi nula. El sistema modular en seco ofrece una solución constructiva basada en materiales renovables, proveyendo una envolvente térmica pasiva de elevadas prestaciones energéticas con una factura energética mínima. La aplicación moderna de ensamblajes madera-madera tradicionales, cortados numéricamente sobre planimetría 2D y 3D y cerrados con tornillería simple en la cara interior, eliminan los puentes térmicos y patologías constructivas. El sistema es escalable y reproducible para cualquier tipología de edificio.
Introducción
El 40% del consumo energético total de la Unión Europea corresponde a los edificios en su fase de uso (Parlamento Europeo 2010, pag. 153/1). La refundición de la Directiva Europea relativa a la eficiencia energética de los edificios 2010/31/EU requiere que para el año 2020, todos los edificios de nueva planta sean de energía casi nula, en donde la pequeña demanda energética se suministre mayoritariamente desde fuentes de energía renovable. Hasta la fecha la transposición de las exigencias específicas de la Directiva al Código Técnico de Edificación Española ha sido limitada. A esto, es necesario sumar la problemática de la desviación entre el consumo energético previsto y el consumo real de los edificios, que oscila entre un 50% y 250% (Taylor, 2013, p.19). Esta situación pone en evidencia fallos de diseño y ejecución. Su análisis y corrección son necesarios para reducir el consumo energético del parque edificatorio español y para mejorar las condiciones de confort térmico y salubridad para los usuarios. Las ventajas macro-económicas de conseguir este objetivo se centran en la reducción de la dependencia energética exterior y una reactivación de un sector que ha sufrido una contracción severa en los últimos años.
Los edificios Passivhaus de energía casi nula se caracterizan por una envolvente térmica de elevadas prestaciones energéticas, cuidadosamente diseñada y rigurosamente ejecutada. Una envolvente con estas características permite una simplificación de las instalaciones activas y un ahorro económico que compensa una parte de la inversión adicional que requiere la envolvente del edificio.
Este tipo de envolvente se caracteriza por la eliminación de los puentes térmicos a través de una capa continua de superaislamiento, vidrios y carpinterías de alto rendimiento térmico en huecos, una capa estanca continua que elimina las infiltraciones de aire exterior indeseadas y un sistema de ventilación mecánica con recuperación de calor de alta eficiencia (figura 3). El uso de la ventilación mecanizada durante el periodo invernal no impide la ventilación natural cuando las temperaturas exteriores se acercan a la temperatura de confort térmico.
La integración de soluciones pasivas y activas provee un edificio de alto confort térmico con una buena calidad de aire interior y una factura energética muy reducida. La pequeña demanda de energía puede ser suministrada desde fuentes de energía renovable a un coste óptimo. Se reducen las patologías constructivas, los problemas de salud e higiene, y la incidencia del síndrome del edificio enfermo para los usuarios. Los datos de monitorización de los consumos energéticos reales en edificios Passivhaus demuestran una desviación mínima entre el consumo previsto y el real (Feist et al 2001, pag. 26).
La metodología Passivhaus ofrece una hoja de ruta comprobada para llegar a cumplir los objetivos de la Directiva Europea 2010/31/EU de edificios de energía casi nula. Su adaptación y aplicación a la variedad de climas de la península Ibérica está comprobada en las 12 construcciones Passivhaus realizadas hasta la fecha en España (Plataforma de Edificación Passivhaus, 2014). Diseñar y construir edificios de energía casi nula es, hoy en día, tecnológicamente y económicamente viable en España. No es necesario esperar hasta el 2020 para cumplir con la Directiva.
La industrialización en el sector de la construcción se sitúa frente la necesidad de cumplir con los compromisos de la Directiva y ejecutar edificios de muy bajo consumo energético a coste óptimo. Este artículo presenta un sistema prefabricado en entramado de madera para edificios de energía casi nula, sus prestaciones térmicas calculadas, y su aplicación en una vivienda unifamiliar aislada construida a finales del año 2013.
El Proyecto
El objetivo del proyecto era diseñar y construir una vivienda unifamiliar aislada de energía casi nula con un sistema prefabricado de entramado de madera con aislamiento de paja, sin exceder un presupuesto de ejecución material de 1.200 euros/m2, en un tiempo de 8 meses desde el anteproyecto hasta la entrega de la obra. El anteproyecto se inició en Mayo del 2013 y los propietarios entraron a vivir en el Diciembre del 2013.
La vivienda cuenta con una superficie útil calculada según el método del Passive House Planning Package (PHPP) de 92 m2, en dos plantas (Figura 4). El edificio tiene un factor de forma del 0,78 y una relación de aspecto de 1:1,3, diseñada y construida para cumplir con el estándar Passivhaus. El ensayo de estanqueidad dio un resultado 0,32 renovaciones/hora a una diferencia de presión de 50 Pascales (Figura 5), aproximadamente 15 veces más estanca que la media de las viviendas de nueva construcción en España.
A través de una envolvente eficiente y un sistema prefabricado de entramado de madera laminada con aislamiento de paja, la Larixhaus tiene una demanda de calefacción calculada con la herramienta PHPP de 15 kWh/m2.a: aproximadamente un 80% menos que una construcción convencional según la normativa actual del CTE. La vivienda cuenta con la máxima certificación energética A según el método de cálculo nacional.
El índice de sobrecalentamiento en verano se ha calculado en un 3%, o 263 horas del año cuando la temperatura interior ≥ 25ºC (Figura 6). El límite para cumplir con el estándar Passivhaus es el 10%. Las estrategias de diseño empleadas para combatir el sobrecalentamiento en verano son: aislamiento térmico en fachada y cubierta, ventiladas; control de la superficie acristalada en huecos y su factor solar; elementos de protección solar exteriores; y la ventilación natural nocturna.
Se está preparando un sistema de monitorización de los consumos energéticos y parámetros ambientales para determinar el comportamiento del edificio y la desviación entre consumo calculado y real. Está previsto monitorizar durante un periodo de dos años.
Térmicamente, la madera contra-laminada como elemento estructural ofrece una reducida conductividad térmica en comparación con estructuras convencionales (madera: λ = 0,13 W/m.K; hormigón armado: λ = 2,10 W/m.K; acero: λ = 50,00 W/m.K). Esto facilita la reducción y/o eliminación de los puentes térmicos.
La prefabricación del sistema constructivo, con materiales naturales y no-tóxicos (madera, paja, y corcho), permite una alta calidad de ejecución con detalles constructivos de altas prestaciones térmicas, tiempos de montaje reducidos con un ahorro económico en el coste de ejecución material, una mínima generación de residuos in-situ, y la creación de un ambiente interior saludable y cómodo. La experiencia del proyecto resaltó la importancia de una proyección rigurosa i empíricamente comprobada al momento de usar aislamientos no-convencionales (como la paja), acompañados de un estricto control de calidad y ejecución.
Material y Métodos
Para el diseño del sistema e intercambio de datos gráficos, se usaron los programas AUTOCAD y CPYECAD. Para la industrialización virtual y creación del despiece para el robot de corte se usó el programa Dietrich. Los cálculos estructurales se han realizado de forma manual en base a las normativas vigentes del Código Técnico de Edificación, establecidas en el DB HE-SE. El edificio cumple con las exigencias del DB SI referente a la seguridad en caso de incendio.
Para el análisis y optimización térmica se usaron los programas PHPP y Dartwin Mold Simulator. Los cálculos térmicos se han realizado según UNE EN ISO 13790, 10211, 6946, 13370, 13788, 13789, 673. El ensayo de estanqueidad se realizó según UNE EN ISO 13829. El sistema constructivo cumple con las exigencias del Código Técnico de Edificación, establecidas en el DB HE1.
Resultados
Las Imágenes 7, 8, 9, muestran los resultados de cálculo de tres detalles constructivos del sistema Larixhaus y sus correspondientes coeficientes de puente térmico. Los cálculos se han realizado según la normativa UNE-EN ISO 10211, siguiendo del protocolo del Passivhaus Institut, con referencia a dimensiones exteriores.
La Tabla 1 muestra los resultados de cálculo del coeficiente térmico de cada detalle.
Discusión
Los detalles constructivos tienen un impacto directo sobre los consumos energéticos de un edificio de energía casi nula. Si un detalle está mal diseñado y no permite la continuación sin interrupción de la capa de aislamiento, ofrece una ruta de salida para el calor y resulta en una pérdida energética. La Tabla 2 muestra las pérdidas energéticas calculadas en los detalles presentados arriba, usando el método de cálculo simplificado mensual, recogido en la norma UNE-EN ISO 13790. Un detalle con Ψ ≥ 0,01 W/m.K se considera un detalle constructivo de alta calidad energética y constructiva, libre de puente térmico.
Dónde:
- L = Longitud del puente térmico [m]
- Gt = Grados día [kKh/a]
- Q = Demanda de calefacción [kWh/a]
A modo comparativo, la Tabla 3 muestra un cálculo de las pérdidas energéticas a través de los mismos tres detalles, basado en coeficientes de puente térmico estimados de detalles constructivos convencionales, de baja calidad energética y constructiva.
La Tabla 4 muestra el resultado de cálculo comparativo de las pérdidas energéticas en los tres detalles estudiados.
Los resultados indican que los tres detalles constructivos analizados conllevan un ahorro energético de 599,44 kWh/a comparado con un sistema convencional. Traducidos al edificio en su totalidad y suponiendo que cuenta con un generador térmico con un rendimiento del 90 %, alimentado con gas natural a un precio de 0,07 €/kWh (con IVA), el ahorro económico anual (tomando en cuenta estos tres detalles constructivos únicamente) será de aproximadamente 46,62 €/a, o 0,50 €/m2.a.
Conclusiones
El análisis aislado de detalles constructivos es un indicador del nivel de eficiencia energética de una construcción. Los tres detalles estudiados del sistema constructivo Larixhaus indican un alto nivel de eficiencia energética. Esto impacta sobre el confort térmico de los usuarios, mejorando las condiciones de higiene y salubridad del ambiente interior.
Cabe destacar que la integración total de las estrategias de diseño es más importante que los elementos individuales (Feist et al., 2012, pág. 13) y determina el consumo energético real del edificio en función de la actuación de los usuarios y las condiciones meteorológicas. Los resultados de la monitorización de la Larixhaus indicarán si el edificio cumple con los consumos previstos, permitiendo un diagnóstico empírico de los puntos fuertes del sistema y las áreas que requieren mejora.
Es importante subrayar que el uso de materiales naturales y renovables en la construcción de alta eficiencia energética no es por defecto sinónimo con la salubridad, la higiene y el confort térmico. Su tratamiento requiere un diseño cuidadoso para no repetir los mismos problemas de habitabilidad presente en los edificios construidos con un uso indiscriminado de materiales tóxicos. Por último, el sistema Larixhaus es replicable y escalable en edificios de tipología diversa y con mayor número de plantas.
Reconocimientos
Agradecemos a los propietarios de la Larixhaus por su visión y apuesta por los edificios de energía casi nula con 6 años de antelación a la fecha límite impuesto por la Unión Europea, reconociendo el esfuerzo del equipo de trabajo en la realización del proyecto.
Referencias bibliográficas
- Feist W., Peper S., Görg M., 2001, Final Technical Report July 2001, CEPHEUS-Project information No. 36, Darmstadt, Alemania.
- Feist W., Pfluger R., Schnieders J., Kaufmann B., Kah O., Krick B., Ebel W., Bastian Z., 2012, Passive House Planning Package Version 7 (2012), Requirements for a quality-approved Passive House, Passivhaus Institut, Darmstadt, Alemania.
- Parlamento Europeo, 2010, DIRECTIVA 2010/31/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 19 de mayo de 2010 relativa a la eficiencia energética de los edificios (refundición), Bruselas, Bélgica.
- Plataforma de Edificación Passivhaus, 2014, Ejemplos PH, Página web, fecha de consulta 10/03/2014.
- Taylor I., 2013, How near is nearly zero?, CIBSE Journal, May 2013, Londres, Reino Unido.