Comunicación presentada al V Congreso de Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Luis Fernández Gutiérrez, Arquitecto y diseñador passivhaus, Coanda Passivhaus S. Coop.
Resumen
La propuesta gira en torno al proceso de diseño, construcción y motorización de una vivienda unifamiliar passivhaus, ubicada a mas de 1000msnm en Sanabria (Zamora). Se ha construido con un sistema industrializado de entramado ligero de madera, siguiendo los criterios del estandar passivhaus (se encuentra actualmente recién terminada, y en fase de certificación). Además de cumplir los requisitos del estandar, se han integrado sistemas renovables tanto para generación de ACS (aerotermia), como para la producción eléctrica (2,5Kwp de paneles fotovoltaicos). Se ha optado por no incluir baterías, y gestionar el aporte fotovoltaico a través de un control domotico, que también monitoriza temperaturas (por estancias) así como humedad y Co2 (por plantas). El proyecto tiene un componente altamente experimental, ya que se ha participado intensamente en fase de diseño, construcción, y también se va a habitar. Esto motiva que se hayan podido introducir soluciones no habituales, con cierto espíritu experimental, y que se vaya a poder evaluar de primera mano el comportamiento de la vivienda.
Palabras clave
EECN, Passivhaus, Renovables, Monitorización, Confort, Salud
Condicionantes de partida
La comarca de Sanabria es una zona montañosa de temperaturas extremas, que se caracteriza por temperaturas bajo cero en invierno, y una alta oscilación térmica día-noche en verano, que suele andar de media en torno a 24º. Además, pese al frío extremo del invierno, suelen ser inviernos soleados. Esta situación conduce a que las viviendas en esta zona tengan un gasto elevadísimo en calefacción, y salvo casos extremos de viviendas mal orientadas, o bajo cubiertas sin aislamiento, no sea necesaria la refrigeración.
La vivienda es una unifamiliar aislada, de 150m2 de superficie útil acondicionada, para dar cobijo a una familia de 4 miembros.
¿Por qué Passivhaus?
Desde el principio teníamos claro, que la vivienda tenía que ser de consumo casi nulo. La normativa española va dando pequeños pasos en su búsqueda del ECCN, pero aún esta muy lejos de llegar. Nuestra experiencia en el diseño bajo criterios passivhaus nos lleva al convencimiento de que este estándar de construcción es el que ofrece el confort y el ahorro energético que entendemos como irrenunciable a la hora de plantear una nueva vivienda.
Diseño bioclimático
Un adecuado diseño bioclimático nos ha permitido abaratar las soluciones constructivas, para ello se ha trabajado, orientando las estancias principales al Sur, proporcionando protección solar para los meses de verano mediante aleros, toldos y persianas, y se ha realizado una envolvente de alta compacidad, lo que ha permitido optimizar los espesores de aislamiento, y necesidades de carpinterías.
Soluciones constructivas
- Fachadas: Envolvente de entramado ligero de madera, con 20cm de lana mineral entre montantes, reforzados con 4cm de corcho natural, acabados con mortero de cal y proyectado de corcho, al exterior. Al interior se coloca un trasdosado de placa de fibroyeso, con 5cm para paso de instalaciones y suplemento de aislamiento con lana mineral
- Cubierta: Entramado ligero de madera.con 30cm de lana mineral en el entrevigado.
- Suelo: Se ha colocado una losa de hormigón armado de 30cm, que hace las funciones de cimentación, y sobre esta se han dispuesto 18cm de XPS. Sobre esto se ha dispuesto una solera de mortero semiseco de 10cm y un acabado de gres porcelánico.
- Carpinterías: se han colocado carpinterías mixtas de madera-Aluminio con vidrios triples y cámara de argón. Las distintas composiciones nos han dado valores de U instalada entre 0.66 y 1,14 W/(m2K).
- Puentes térmicos: la elección de un sistema de construcción con madera, ha facilitado el control de puentes térmicos. A pesar de ello se han calculado todos los necesarios para garantizar tanto la ausencia de mohos y condensaciones, como para mantener un nivel aceptable de perdidas energéticas.
Hermeticidad
El concepto de hermeticidad es y ha sido ignorado sistemáticamente por la normativa española, a pesar de que está demostrado que a medida que se reducen las perdidas energéticas gracias a las mejoras en el aislamiento de la envolvente, se vuelven críticas las perdidas energéticas debidas a infiltraciones descontroladas. En nuestro caso, se ha optado por realizar una solución de hermeticidad con lamina de freno de vapor, colocada por el interior, y protegida por los 5cm del trasdosado y la placa de fibroyeso. Está lamina da solución a la hermeticidad de paredes y techos, mientras que en el suelo se confía a la losa de hormigón armado. La solución se complementa con el encintado y sellado de las carpinterías contra la lamina, así como con el sellado de los pasos de instalaciones.
Para comprobar la correcta ejecución de la obra, se realizó un ensayo blower-door, que arrojó un resultado de 0.33 renovaciones/hora. Bastante por debajo de las 0.6 renovaciones/hora que exige como máximo el estándar passivhaus.
Ventilación
Este concepto va ligado intimamente al de la hermeticidad, ya que una vivienda hermética sin una adecuada ventilación es susceptible de sufrir diversas patologías por falta de calidad del aire, y exceso de humedad ambiental. Los sistemas prescriptivos del CTE penalizan mucho la eficiencia energética, al renovar el aire interior con aire del exterior a temperatura ambiente. En un clima como este, es una solución totalmente inaceptable. En fase de proyecto se realizaron simulaciones energéticas en las cuales se obtuvieron resultados sorprendentes, como que el hecho de no controlar ventilación ni hermeticidad aumentaba la demanda energética de la vivienda en un 300%.
Finalmente se optó por colocar un sistema de ventilación mecánica con recuperación de calor de alto rendimiento, que nos permite ventilar de forma continua sin perder apenas energía.
Instalaciones
El concepto de casa pasiva, incluye un progresiva simplificación de las instalaciones. El objeto final es que la casa tenga un funcionamiento lo menos dependiente posible de complejos sistemas de climatización. Por ello se ha intentado reducir el numero de sistemas y su complejidad de uso al mínimo.
- Fotovoltaica. Uno de los objetivos de los edificios de energía casi nula, es que, a la vez que baja la demanda energética, esta se cubra en la medida de lo posible con energías renovables originadas en el propio edificio o en su entorno cercano. Con este fin se instalan 10 paneles fotovoltaicos, con una potencia de 2.5Kwp. Esta instalación funciona conectada a red, vertiendo el excedente.
- ACS. Se opta por un sistema de aerotermia, con acumulador de 275l.
- Calefacción. Partimos de la premisa de que la vivienda tiene una carga de calefacción bajísima (10W/m2), por tanto en el caso mas desfavorable podría requerir 1.5kW de potencia para calentarla. Se opta por colocar seis placas radiantes electricas y dos toalleros radiadores en los baños de 400W de potencia cada uno (3.2kW en total). Se sobredimensiona, ya que no se han encontrado en el mercado sistemas eléctricos de menos potencia.
- Ventilación: Instalación de ventilación mecánica de doble flujo con recuperador de calor de alto rendimiento.
- Domótica: La función principal del control domotico es optimizar el funcionamiento y la eficiencia energética de la vivienda, para minimizar la necesidad de intervención del usuario.
Funcionamiento de la vivienda
La vivienda ha sido diseñada para tener unos bajísimos datos de demandas energéticas: Demanda de calefacción de 8kWh/m2año, una demanda de energía primaria no renovable de 49kWh/m2año (para todos los usos, incluida iluminación y electrodomesticos), y una demanda de refrigeración nula, con una tasa de sobrecalentamiento por encima de 25ºC de un 5% (438 horas anuales).
La clave de la extrema eficiencia energética de la vivienda radica en el adecuado uso que se haga de ella. Hay que tener en cuenta que en muchas ocasiones la certeza de que un edificio funcione conforme se ha proyectado queda en manos del usuario final, que muchas veces por desconocimiento o desinterés hace que su casa funcione contra natura.
En este caso se ha planteado la domótica como pasarela de interactuación entre el usuario y la casa. Hoy en día es una tecnología suficientemente madura para garantizar el funcionamiento de los sistemas, y su manejo está al alcance de todos los habitantes, tanto niños como adultos, que pueden interactuar a través de teléfonos, tablets y ordenadores personales, y pueden recibir alertas ante cualquier anomalía en el funcionamiento.
Con el fin de poder monitorizar el funcionamiento de la casa, y utilizar esos datos para el control de los sistemas se han domotizado los siguientes elementos:
Sensores temperatura
Se ha colocado un sensor por estancia, tanto dentro como fuera de la envolvente, y también en el exterior de edificio.
Sensores humedad y CO2
Se ha colocado un sensor en planta baja en la zona de día (salón-comedor-cocina) y otro en planta primera en el dormitorio principal.
Paneles radiantes y radiadores
Un radiador toallero en cada baño (2 en total), y un panel radiante en cada estancia (6 en total).
Persianas y toldos
Se han colocado tres persianas convencionales motorizadas en los dormitorios principales, orientados al sur y un toldo motorizado para proteger la gran zona acristalada en planta baja.
Aerotermia ACS
El equipo tiene orden de encendido por domótica y apagado a través de temperatura de consigna.
Ventilación
El equipo de ventilación interactua a través de una pasarela KNX.
Fotovoltaica y consumo de energía
Se accede instantáneamente a los datos, tanto de energía consumida, como de energía producida
El control domótico se encarga de monitorizar la producción fotovoltaica, y en función del excedente, enciende el Aerotermo, y almacena la energía en forma de agua caliente (puede almacenar hasta 275l a 62ºC, o en su defecto, si fuese necesario, iría encendiendo los radiadores/paneles radiantes, en función de la temperatura de la estancia correspondiente. Al haber sectorizado y colocado muchos elementos de baja potencia, la clave para aprovechar la producción fotovoltaica es no simultanearlos. Con eso se produce un porcentaje elevado del ACS y del aporte de calefacción por medio de la autoproducción. Con esto tenemos una solución de elevado confort, bajo consumo y un coste de implantación bajísimo.
Esto se complementa con los sistemas de sombreado, que de igual modo son controlados por la domotica, con el fin de cerrarlos en caso de que se detecte que la temperatura se incrementa y están abiertos.
La ventilación de igual modo, también interactua con los sensores de Co2 y humedad, variando los caudales en función de los valores obtenidos, garantizando en todo momento una calidad excelente del aire interior.
El sistema domótico y la conexión a internet se han protegido de posibles cortes en el suministro mediante un SAI, que los hace autónomos, y que garantiza que el equipo avisará al usuario de cualquier anomalía prácticamente en cualquier circunstancia.
Datos obtenidos
El precio final de la vivienda ha sido de 937€/m2 construido.
A fecha 24 de septiembre de 2018 la casa lleva únicamente habitada un mes. Ha sido un mes de septiembre excepcionalmente cálido. La temperatura interior se ha mantenido constante en torno a 25ºC, tanto de día como de noche, y con ligeras variaciones de menos de 1ºC entre plantas.
Las concentraciones de CO2 se han mantenido siempre por debajo de 1000ppm, acercándose a este valor en momentos puntuales, cuando ha llegado a haber más de 10 personas en la casa.
El agua caliente se ha producido con energía obtenida de las placas al 100%, y los consumos diurnos, teniendo un poco de cuidado con los horarios de usos de electrodomésticos, prácticamente también se han cubierto, salvo picos puntuales de consumo.
Durante este primer mes, la vivienda ha consumido de la red 150Kwh, lo que, al cambio, y con la tarifa con discriminación horaria contratada, viene a suponer unos 14€ de consumo eléctrico. En este consumo están incluidas absolutamente todas las necesidades energéticas de la vivienda. Cabe resaltar que a fecha de hoy y desde que se pusieron en marcha las instalaciones eléctrica y fotovoltaica, la vivienda ha consumido en total 347,2kWh, y ha producido 644.7kWh, de los cuales se han vertido a la red los excedentes (447.5kWh).
La sensación de confort es absoluta. Total ausencia de ruidos del exterior. La calidad del aire interior se nota sobre todo en la ausencia de olores, pero de manera especialmente notable, en la sensación de frescor que uno nota en el aliento cuando se despierta por la mañana.
En días puntuales de calor extremo, ha sido necesario realizar aperturas de ventanas, bien a última hora de la tarde, bien a primera de la mañana. Con una apertura de 30 minutos a las 9 de la mañana, la casa es capaz de bajar 2-3ºC sin mayores problemas.
Conclusiones
Quizá es un poco pronto para obtener conclusiones definitivas pero lo que si podemos tener claro a la vista del comportamiento inicial es que:
- El confort es máximo.
- La temperatura es muy estable.
- El ahorro en consumos y sobre todo en la factura energética es muy elevado.
- La domotica representa un avance claro en cuanto a la comodidad del usuario para la gestión de la vivienda.
Como contras, podemos indicar que, para mantener la temperatura interior en parámetros adecuados, es necesaria la intervención del usuario para apertura y cierre de ventanas y ventilación cruzada. Es cierto que esto podría haberse cubierto con sistemas de climatización, y el consumo hubiese sido mínimo, pero lo favorable de la climatología de la zona, con temperaturas nocturnas muy bajas ha permitido no hacerlo necesario.
Podemos concluir que se puede construir una vivienda a un precio razonable, con unas prestaciones muy por encima de lo que el mercado está ofreciendo. Tan solo es necesario que el consumidor se conciencie y demande esa calidad. Tenemos el conocimiento y los medios que es lo único imprescindible para ofrecerla. Y dentro de poco tendremos también la obligación legal, así que es nuestro deber mirar al futuro con ojos optimistas e ilusión por mejorar lo presente.