Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Patxi Rubin, Director Técnico, IMAR
Resumen:
Hay diferentes estrategias para conseguir edificios de energía casi nula. El uso de dobles pieles metálicas semitransparentes sobre una fachada de vidrio, aunque no es una solución definitiva en sí misma, puede ayudar a conseguir el objetivo trabajando conjuntamente con alguna otra más. Hay diferentes tipos de soluciones metálicas para conseguir un tamizado óptimo de la luz y además dar buena prestancia al edificio. Con una buena selección utilizando programas de simulación energética y siguiendo unos protocolos correctos se puede diseñar dobles pieles con ahorros estimado de consumo eléctrico de hasta un 40%. Además, el uso de pieles metálicas garantiza un menor impacto medioambiental por tratarse de materiales altamente reciclables.
Palabras clave
Doble Piel, Piel Metálica, Chapa Perforada, Deployé, Muro Cortina, Ahorro Energético
Introducción: Uso de muros cortina y dobles pieles
Hay diferentes estrategias para conseguir edificios de energía casi nula. La que vamos a tratar a continuación no es una solución definitiva en sí misma, pero puede ayudar a conseguir el objetivo trabajando conjuntamente con alguna otra más.
La tendencia actual, sobre todo en edificios terciarios, es la de tener fachadas acristaladas para conseguir el máximo aprovechamiento de los recursos luminosos del sol durante los períodos de uso previsto que va a tener el edificio, con la reducción en consumo eléctrico asociado que esto supone. Se sabe que esta solución es muy eficaz en los países del norte de Europa, sobre todo en latitudes mayores que Berlín. Pero en latitudes menores, una fachada simplemente de vidrio no es una buena solución desde el punto de vista energético si se tienen en cuenta los consumos globales de calefacción/refrigeración y luz del edificio a lo largo de todo un año debido a las altas ganancias térmicas que se producen por efecto invernadero. Es decir, no solamente hay que tener en cuenta el confort lumínico y el ahorro energético asociado que puede producir una pared de vidrio transparente, si no la carga de refrigeración extra que hay que aportar para compensar los aumentos de temperatura que se producen por efecto invernadero de la radiación solar incidente en ciertas épocas del año.
Aun así, los muros cortinas de vidrio tiene muchas ventajas de cara al ahorro lumínico y sensación de amplitud que proporciona, además de la reducción de plazos en montaje, reducción de pesos de estructura y calidad de acabados. Para tratar de aprovechar estas prestaciones y reducir las desventajas, desde hace mucho tiempo se ha adoptado como mejora la inclusión de una capa semitransparente, generalmente metálica, por la parte exterior de la hoja de vidrio, de tal manera que tamiza la cantidad de radiación que atraviesa la fachada hacia el interior del edificio.
Pero tampoco cualquier capa es válida para cada situación en cuanto a la reducción de la cantidad de radiación que deja pasar, sino que dependiendo de cada ubicación y orientación hay una solución óptima de transparencia, ya que lo que puede ser beneficioso en una latitud determinada, pude que no lo sea en otra porque evite la entrada de la luz en exceso. Además, si analizamos el consumo global de un edificio durante todo un año, puede ser que en determinadas épocas una solución de doble piel pueda ser muy buena y en cambio en otras épocas sea muy perjudicial. Incluso la zona climática puede ser muy influyente de cara a la eficacia de estas alternativas.
Hay diferentes tipos de soluciones metálicas para conseguir un tamizado óptimo de la luz y además dar buena prestancia al edificio: chapa perforada, metal expandido, mallas metálicas, membranas textiles, etc. Con una buena selección utilizando programas de simulación energética y siguiendo unos protocolos correctos se puede diseñar dobles pieles con ahorros estimado de consumo eléctrico de hasta un 40%. Además, el uso de pieles metálicas garantiza un menor impacto medioambiental por tratarse de materiales altamente reciclables.
Herramientas de cálculo y diseño
La selección de la solución óptima de la hoja exterior de una doble piel no debe estar basada únicamente en criterios estéticos y no se debe dejar como cuestión secundaria en la fase de concepción del proyecto. Al tratarse de una solución que tiene que integrarse con otras para la consecución de un EECN, su diseño debe estar muy presente desde el principio.
Por normativa CTE todos los edificios tienen que estar clasificados energéticamente antes de su construcción y esta clasificación se hace bajo criterios estándar en base a datos obtenidos mediante programas de simulación energética cada vez más sofisticados que tienen en cuenta todas las variables que pueden afectar al consumo energético de los edificios. Estos programas generalmente utilizan como datos de partida las caracterizaciones de las soluciones constructivas, orientación y ubicación del edificio, uso previsto, sistemas HVAC e iluminación, etc. y lo que hacen es simular su comportamiento a lo largo de un año típico en base a históricos de temperatura y posición del sol en cada época del año para un lugar concreto.
Es cierto que hay multitud de programas que resuelven estos aspectos de manera más o menor fiel, pero también es cierto que no todos están desarrollados para resolver con la misma fidelidad todas las posibles casuísticas que se dan a la hora de diseñar un edificio. En el caso que estamos analizando, dobles pieles metálicas perforadas, hay algunos que han resultado ser más adecuados para el análisis al poder incluir en los datos de partida representaciones paramétricas de elementos constructivos y que además incorporan análisis de CFDs, importante para ver el flujo térmico a lo largo de la zona que queda entre capas.
Después de hacer test y comparativas con los diferentes programas generalistas que están en el mercado se ha comprobado que los que dan resultados más fieles a la hora de modelizar las dobles pieles de muro cortina de vidrio con fachada perforada metálica son:
- el ECOTEC para el análisis de la radiación solar por el número y la variedad de análisis casi ilimitados que ofrece, la flexibilidad en la introducción de datos e importación desde otros programas, fiabilidad y eficiencia en el análisis, posibilidad de exportación de datos y escala libre que permite analizar una parte elemental de una fachada.
- el BENTLEY TAS SIMULATOR para la simulación energética porque consume muy pocos recursos computacionales, tiene motor de cálculo propio, permite parametrizar una chapa perforada teniendo en cuenta sus perforaciones de forma totalmente fiel, considera la zona intersticial entre las dos pieles como zona térmica independiente y fiabilidad demostrada por IEA BESTEST [1].
Pero no solamente hay que tener en cuenta el ahorro energético en HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) que se produce al implementar una solución de fachada de muro cortina de vidrio más una piel metálica perforada, sino que también hay que considerar el aumento en carga de iluminación que se produce por el efecto de poner una piel metálica semitransparente que evita en parte el paso de luz.
Elección de la solución
De cara a tener definida una guía orientativa de soluciones estándar y típicas a adoptar en este tipo de proyectos se realizó una batería de simulaciones con los programas anteriormente mencionados, teniendo en cuenta la misma solución constructiva de fachada, diferentes áreas perforadas y diferentes distancias entre pieles para tratar de ver cuál era la solución óptima en función de la latitud y ubicación del edificio.
Las configuraciones de doble piel que se utilizaron para las simulaciones distinguían dos casos: la chapa perforada y el metal expandido o deployé. La primera de ellas, chapa perforada, se refiere a una simple chapa metálica perforada con un patrón regular de agujeros y porcentajes de área abierta estándar y la segunda de ellas, el metal expandido, es una malla conformada rasgando y estirando el metal.
Resultados
El resultado de esa batería de simulaciones se puede ver en la gráfica 4. En ella se refleja el resultado de comparar una solución de fachada con muro cortina simple y con un vidrio térmico de altas prestaciones contra una fachada con un vidrio solar normal más una doble piel metálica, en 5 latitudes diferentes y teniendo en cuenta el clima local. Se aprecia que, analizando fachada por fachada, en general donde más ahorro se produce es en las fachadas ESTE y OESTE llegando en algunos casos hasta el 30% dependiendo del porcentaje de área perforada que se elija y la ubicación del edificio. También se ve que en cualquier caso esta solución no es recomendable (incluso penaliza) en latitudes por encima de Berlín, donde las fachadas de vidrio son una buena solución por si mismas.
Conclusiones
En la tabla I se resume de manera muy visual y directa donde es recomendable implantar una solución de doble piel a nivel de orientación de fachada y área perforada. La mejor solución parece ser la de un 55% de área perforada y una piel metálica separada 80cm del muro cortina de vidrio. La verdad es que el clima local influye mucho y cuando se hace el análisis anual en ciertas regiones parece que tiene mejora significativa en cuanto al consumo energético de HVAC, aunque es cierto que no en todas las fachadas por igual. De todas formas, además del ahorro energético que supone la incorporación de este tipo de soluciones a las fachadas de los edificios también hay que tener en cuenta las posibilidades estéticas que ofrece la chapa perforada o el metal expandido.
Agradecimientos
Manuel Sáenz Sancho BIM Architect y Fundación Rafael Escolá-Idom.
Referencias
- Manuel Sáenz Sancho, «Soluciones globales de chapa de metal perforado y expandido para envolventes arquitectónicas». (Proyecto de Investigación para Industrias IMAR, S.A., julio 2011)
- Claudio Vázquez, «El diseño del sistema de cerramiento», Scientific Electronic Library online (26 septiembre 2017)
Notas al final
– [1] IEA BESTES es un método desarrollado por el U.S. Department of Energy que compara modelos de simulación con otros modelos y métodos que ya han demostrado su fiabilidad.