Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Juan Postigo Castellanos, Arquitecto Técnico, Responsable Técnico, POSCON S.L.
- Ana Martín Ayala, Arquitecto Técnico, Dpto Técnico-Comercial, Siber Ventilación
- Santiago Pascual Solà, Ingeniero Industrial, Dpto Técnico-Comercial, Siber Ventilación
Resumen
La edificación de baja demanda de energía, punto de arranque de los edificios de consumo nulo, ofrece nuevas posibilidades para las instalaciones. Termoactivar una losa de hormigón de un bajo cubierta de Madrid, permite convertir esa estancia, en la parte más confortable de una casa en verano con un consumo mínimo, si previamente se ha puesto esmero en anular puentes térmicos, disipar el calor de sus elementos constructivos, eliminar infiltraciones y recuperar la energía de la ventilación. Se presenta una vivienda unifamiliar en el barrio de Barajas, terminada en 2.014, donde se han aplicado estos conceptos, dando como resultado, con los datos de consumo de la compañía eléctrica, que en un pequeño faldón de su cubierta, se podrá generar toda la energía que consume la misma al cabo de un año, no solo de climatización y ACS, si no de iluminación y electrodomésticos.
Introducción
En la presente comunicación se muestra una vivienda unifamiliar adosada de esquina, en el barrio de Barajas de Madrid, compuesta de planta sótano sin climatizar, planta baja, primera y bajo cubierta, con una superficie climatizada de 160 m2 útiles. La vivienda se terminó de construir en agosto de 2.014, pasando a ocuparse en septiembre por una familia de 5 miembros. El Proyecto y la Dirección de Obra corrieron a cargo de Alejandro Postigo Castellanos, la Dirección de Ejecución de Obra por Juan Postigo Castellanos y la Construcción la realizó POSCON S.L. La instalación de ventilación, corrió a cargo de Siber Ventilación, mediante un equipo de VMC de Doble Flujo de alto rendimiento Excellent 4, con un rendimiento de hasta el 95%. La climatización se encarga a una bomba de calor aire/agua de DAIKIN de 6 kW que alimenta los suelos radiantes y la losa de la cubierta termoactivada.
A la vista de las conclusiones presentada en la presente ponencia, se va a proceder a monitorizar la cubierta de la vivienda este próximo verano, en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), al objeto de extraer datos del comportamiento y consumos de la cubierta termoactiva.
El proyecto
En el programa de necesidades de unos clientes para su vivienda unifamiliar, se planteó que el proyecto recogiera la colocación del dormitorio principal en el bajo cubierta de su casa (barrio de Barajas, Madrid). Pero también plantearon su temor a pasar calor en verano, ya que un bajo cubierta en Madrid, no suele ser un sitio confortable en esas fechas, incluso con buenos niveles de aislamiento. Además, en la climatización de la cubierta, sugirieron la negativa a utilizar sistemas de refrigeración por aire.
El urbanismo, condicionó en forma y orientación de la cubierta, por lo que las medidas de diseño quedaron prácticamente anuladas y sólo quedó la posibilidad de trabajar la técnica constructiva y de climatización para poder satisfacer las necesidades del cliente.
La bóveda termoactiva
A la hora de preparar la losa de hormigón con que se realizó la cubierta, con una forma quebrada que se asemejaba a una bóveda de 12 cm de espesor, se intercaló tubería de la que habitualmente se coloca en los suelos radiantes, conectada a la aerotermia de alta eficiencia que climatiza el resto de la vivienda por suelo radiante. La finalidad de la instalación es explotar la excelente capacidad del hormigón para acumular calor o “frío”. En las noches de verano, donde la eficiencia de la bomba es superior, por tener la temperatura de la fuente de frio más próxima a la temperatura de confort, se aprovecha para eliminar el calor acumulado en la “bóveda de hormigón” que en muchos momentos del día, se encuentra casi perpendicular a la intensa radiación solar del verano de Madrid, por lo que la teja que remata la cubierta alcanza temperaturas próximas a los 60º.
Ningún sentido tendría enfrentarse a temperaturas de 70º con una bomba de calor, por mucha eficiencia que disponga la misma, por lo que, entre la teja de remate y la losa de hormigón, se hizo lo necesario para que esa temperatura bajase al máximo. Y bastó con aplicar los conceptos de conducción, convección y radiación para conseguirlo.
Para defenderse de la transmisión de calor por conducción, una vez realizada la estructura de hormigón, “se envolvió” literalmente la losa en aislamiento, no solo la parte habitable de la cubierta, sino también los aleros que protegían la fachada y los petos de una pequeña azotea que disponía el bajo cubierta, ya que no solo es importante el espesor del aislamiento, también lo es la continuidad del mismo, práctica más habitual en países centroeuropeos, que empieza a ser necesaria en el clima de Madrid, en el momento que se empieza a aumentar los niveles de aislamiento, en la busca de envolventes de demanda reducida.
Espesores de 10 cm con conductividad de 0.34 W/ (m*K) sobre las zonas habitadas y de 5 cm sobre petos y aleros, han demostrado ser suficientes para conseguir unos niveles de consumo de energía muy bajos, del orden de los asignados por el estándar Passivhaus, gracias a una generosa ventilación sobre ese aislamiento.
Una lámina de baja emisividad colocada por encima del aislamiento, se encarga de reflejar la elevada radiación emitida hacia el mismo, por los 70ºC que alcanza en verano la teja que lo cubre. Finalmente, un doble enrrastrelado, permite que esa cámara ventile correctamente y evacúe ese calor reflejado por la lámina. Pero para evacuar ese calor, no vale con colocar 2 ó 3 tejas de ventilación en la parte alta de la cubierta. La función de esas tejas sería proporcionar la ventilación necesaria para que no se produzcan condensaciones, pero distan mucho de tener sección suficiente para evacuar la energía acumulada debajo de una cubierta de 70 m2. Por ello, la cubierta dispone de una generosa salida de aire de 10 metros lineales en la parte alta, donde la teja se entrega al peto de la terraza plana que corona la cubierta. Por allí sale la energía reflejada por la lámina, habiéndose medido temperaturas de salida de aire de 40ºC a las 7.00 de la mañana del verano. Y ese aire es capaza de salir por el efecto de convección que produce una generosa abertura de las tejas en su entrega al canalón inferior y el espesor de la cámara de aire que le proporciona el contra-rastrel de 5 cm de espesor. Con seguridad, una cámara de menores dimensiones, presentaría demasiado rozamiento al movimiento del aire por debajo de las tejas, por lo que el efecto de convección quedaría reducido sensiblemente y por tanto la capacidad de evacuación de calor de la cámara de aire.
Infiltraciones
Cuando se produce una drástica reducción de las perdidas energéticas por la envolvente, debido a espesores adecuados y eliminación de puentes térmicos, empiezan a adquirir especial relevancia las perdidas por infiltración. En las viviendas de bajo consumo es necesario estudiar y aplicar una adecuada capa de estanqueidad. Uno de los puntos más débiles para las infiltraciones son los encuentros entre las ventanas y la envolvente, por ello se puso especial esmero en la instalación de las carpinterías de PVC, mediante la colocación de bandas de estanqueidad en la unión de los premarcos de madera de las ventanas a la obra de fábrica de la fachada.
El resultado final fue que en el ensayo de puerta soplante (Blower-Door), para la caracterización de la hermeticidad de la vivienda, se alcanzó un valor de 1.1 ren/h a n50, cuando los valores habituales pueden estar entre 2 y 4 ren/h a n50.
Ventilación de confort
Si es importante la instalación de ventilación en una vivienda convencional, mucho más lo es en una vivienda con este nivel de estanqueidad como este. Pero no basta con alcanzar unos niveles adecuados de calidad de aire interior tal y como indica la exigencia CTE DB HS3, si no que habrá que realizarlo consiguiendo la menor pérdida energética posible, ya que como se comentó en el apartado anterior, la carga de ventilación empieza a representar una parte demasiado importante de la demanda de la vivienda, cuando se han reducido de manera importante el resto de pérdidas en la vivienda.
El sistema de ventilación de alta eficiencia VMC DF Siber Excellent 4, permite intercambiar la energía del aire que es expulsado de la vivienda con el aire que se introduce en la misma, para dar lugar a la renovación del aire. En invierno, cuando se extrae aire con carga térmica de la vivienda, se recupera gran parte del calor que contiene este aire, cediéndolo al aire limpio que entra desde el exterior. De igual modo, en verano el aire más frio de la vivienda, enfría el aire que entra más caliente desde el exterior de la misma. Además, en verano se activa el “by-pass” o también conocido como “free-cooling”, que merite un refrescamiento nocturno. De este modo, se producen importantes ahorros energéticos acompañados de confort y salubridad, gracias al aire limpio y renovado.
Los filtros tipo F7 incorporados en el recuperador, eliminan las partículas de polen, polvo y elementos en suspensión, que contiene el aire exterior, impulsando un aire más limpio hacia las habitaciones, salón- comedor, mejorando así la calidad del aire interior de la vivienda.
Conclusiones
El resultado final conseguido ha sido muy satisfactorio. En agosto de 2.014, con la obra casi terminada, la temperatura interior de la losa de hormigón no superó los 25ºC. Una vez conectada la bomba de calor, que impulsaba el agua por las noches a 18ºC por las tuberías embebidas en la losa de hormigón, se consiguió que a las 16.00 pm de un caluroso día de agosto en Madrid, la temperatura interior de la losa estuviera de manera uniforme a 21ºC. Esta a su vez enfriaba el aire más cálido del interior de la vivienda, que caía una vez enfriado hasta la zona ocupada, consiguiéndose unos elevados niveles de confort.
Los consumos totales de la vivienda, se recogen en el cuadro adjunto y comprenden no solo la climatización y ACS que produce la bomba de calor, si no la iluminación led, electrodomésticos y usos varios de la vivienda.
Para la latitud de Madrid, con una correcta orientación, se pueden producir en 1 año del orden de 1.500 kWh por cada kWp de potencia instalada, lo que conlleva a que con 14 paneles de 310 wp, (28 m2), se podría generar en la cubierta toda la energía que consuma la vivienda durante el año. Por lo que podría llegar a ser una vivienda de consumo nulo.
