Comunicación presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Manuel Jesús Romero Rincón, Gerente, Etres Consultores, Profesor, Universidad Miguel Hernández de Elche
- Pedro Ginés Vicente Quiles, Profesor Titular, Universidad Miguel Hernández de Elche
Resumen
Análisis del caso real de viviendas unifamiliares aisladas. Como punto de partida las viviendas cumplen las exigencias del DB-HE 2013 y tienen Clase Energética A (indicador de emisiones de CO2) y Clase Energética B (indicador de consumo de energía primaria no renovable). A continuación, se analizan distintas estrategias para convertir las viviendas en EECN conforme a las exigencias del DB-HE 2018. Estas estrategias no deben suponer un cambio significativo respecto a las soluciones que los promotores aplican en la actualidad para la ejecución de las obras, el objetivo es ofrecer estrategias para lograr EECN sin que ello suponga un incremento significativo de los costes de construcción ni una modificación de los sistemas constructivos que se emplean en la actualidad.
Palabras clave
EECN Viviendas Unifamiliares, Clima Cálido Mediterráneo, Estrategias, DB-HE 2018
Introducción
La actualización del Documento Básico de Ahorro de Energía, que deberá ser aprobado durante el año 2018, será la segunda revisión de exigencias en materia de ahorro energético que se producirá desde que se publicó la primera versión en el año 2006. Esta nueva versión del DB-HE incorporará a la normativa española, las exigencias que deberá cumplir un edificio para ser considerado como de Consumo de Energía casi Nulo, dando con ello respuesta a la Directiva 2010/31/UE que fija que a partir del uno de enero de 2019 los nuevos edificios de la administración tendrán que ser EECN y, los edificios promovidos por la iniciativa privada, a partir del uno de enero de 2021.
Las nuevas exigencias se definen dentro de un conjunto de indicadores que se basan en la norma EN ISO 52000-1, aquel edificio que cumpla con los límites establecidos para cada uno de esos indicadores será considerado como EECN.
Los indicadores se centran en cuatro bloques:
- Primer indicador: Demanda Energética.
- Segundo indicador: Consumo total de Energía primaria.
- Tercer indicador: Consumo de Energía primaria no renovable, sin compensación ni energía exportada.
- Cuarto indicador: Consumo de Energía primaria no renovable con compensación.
Los tres primeros indicadores se incorporan al nuevo Documento Básico DB-HE, dejando el cuarto indicador para su desarrollo en otras normativas.
La investigación que se presenta en esta comunicación analiza diversas situaciones tanto de envolvente térmica como de instalaciones de agua caliente sanitaria, calefacción y refrigeración, aplicadas sobre una vivienda unifamiliar aislada.
Al contrario de lo que se suele realizar en otras investigaciones de este tipo en las que se emplean modelos teóricos de edificios, en nuestro caso se analiza un proyecto real que cumple con las exigencias del Documento Básico de Ahorro de Energía DB-HE 2013 y sobre él se plantean diversas estrategias para convertir dicho proyecto en un EECN.
El criterio que se ha seguido para determinar las estrategias de mejora energética sigue los siguientes principios:
- Las estrategias no deben suponer un incremento significativo del coste de construcción.
- Las estrategias no deben suponer una modificación significativa de los sistemas constructivos que se emplean en la actualidad.
En resumen, la investigación busca determinar estrategias que tengan una fácil y rápida implementación en el sector evitando crear la sensación en los promotores de que los EECN son una meta difícilmente alcanzable.
Descripción del modelo
El presente análisis se plantea sobre un caso real de una vivienda unifamiliar aislada, situada en la costa norte de la provincia de Alicante (zona climática B4), con 150,17 m² útiles habitables distribuidos en dos plantas, planta baja con 54,29 m² útiles habitables y planta primera con 95,88 m² útiles habitables.
La envolvente térmica del edificio está formada por los siguientes elementos:
Los huecos disponen de marcos de aluminio con rotura de puente térmico, U de 3,20 W/(m2 ·K) y vidrios bajo emisivos, U de 1,80 W/(m2 ·K ) y g de 64%.
En la definición de los puentes térmicos, teniendo en cuenta la tipología constructiva de fachada, se ha considerado:
- Frentes de forjado y encuentro fachada con cubiertas – aislamiento térmico interrumpido sin continuidad.
- Pilares – no hay al tratarse de muros de carga.
- Fachada con suelos exteriores – aislamiento térmico sobre el forjado.
- Contorno de huecos (jambas, dinteles y alfeizar) – pequeña separación entre el aislamiento térmico de la fachada y los marcos de los huecos.
- Fachada con suelos contra el terreno – aislamiento térmico interrumpido sin continuidad.
Respecto a las instalaciones, en proyecto la vivienda dispone de una bomba de calor aire – agua destinada al suministro tanto del agua caliente sanitaria como de la calefacción (suelo radiante) y la refrigeración (fancoils). En condiciones EUROVENT, el equipo bomba de calor aire – agua tiene un rendimiento nominal en modo calor COP de 4,29 y en modo frío el rendimiento medio estacional SEER es igual a 3,04. No hay instalación solar térmica para agua caliente sanitaria. La ventilación se produce mediante un sistema de impulsión – extracción conducido y una caja con recuperación de calor con una eficiencia del 77%.
Metodología seguida
Esta investigación se ha desarrollado empleando el software Herramienta Unificada LIDER – CALENER, HULC 2018, en su versión 1.5.1743.1155 del 19 de julio de 2018. Se trata de la versión publicada junto con el borrador del Documento Básico de Ahorro de Energía DB-HE 2018 que incorpora los límites de los indicadores que definen los EECN en España.
Para el análisis de los puentes térmicos se ha empleado THERM Finite Element Simulator en su última versión 7.6.01 (fecha de versión 17 de noviembre de 2017). THERM está desarrollado por Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) para modelar efectos de transferencia de calor en dos dimensiones y está basado en el método de elementos finitos. En el análisis realizado se plantean seis casos:
- Caso 1.- Se trata de la situación de partida en el que se aplican las soluciones descritas en el apartado anterior.
- Caso 2.- Partiendo del caso 1, incluye las medidas necesarias para cumplir con el parámetro del coeficiente global de transmisión de calor a través de la envolvente térmica K.
- Caso 3.- Partiendo del caso 2, incluye las medidas necesarias para cumplir con el parámetro de control solar de la envolvente térmica, qsol;jul. Los casos 2 y 3 permiten cumplir con el indicador de demanda energética.
- Caso 4.- Partiendo del caso 3, se incluyen las medidas necesarias para que el edificio cumpla con el indicador de consumo total de energía primaria y el de consumo de energía primaria no renovable.
A partir del Caso 4 el edificio cumple con los indicadores EECN y, por tanto, es Edificio de Consumo de Energía casi Nulo. Para complementar la investigación, se realizan dos variaciones en las instalaciones de agua caliente sanitaria, calefacción y refrigeración conforme a lo siguiente:
- Caso 5.- Solar térmica y bomba de calor aire – agua para producción de agua caliente sanitaria y bomba de calor aire – aire para calefacción y refrigeración.
- Caso 6.- Solar fotovoltaica y bomba de calor aire – agua para producción de agua caliente sanitaria y bomba de calor aire – aire para calefacción y refrigeración.
Resultados
A continuación, se indican los resultados obtenidos con cada uno de los seis casos analizados, se indican los valores límite establecidos en el borrador del DB-HE 2018 para los indicadores que definen un EECN.
Caso 1.- Situación de partida
Caso 2.- Cumple el coeficiente global de transmisión de calor a través de la envolvente térmica K
El coeficiente global de transmisión de calor a través de la envolvente térmica K depende de tres componentes de la envolvente térmica: partes opacas (fachadas, cubiertas, suelos exteriores y suelos contra el terreno), partes semitransparentes y puentes térmicos. El análisis del peso que tienen cada uno de estos tres componentes sobre el valor total nos indica por donde hay que iniciar el proceso de mejora: 39% para opacos; 31% para puentes térmicos y 30% para las partes semitransparentes.
Dado que la parte opaca ya está suficientemente bien aislada, con espesores de aislamiento de 10cm en fachadas y 15cm en cubierta, se plantea el análisis de los puentes térmicos y la reducción del encuentro fachada con cubierta plana ya que en dicho encuentro es donde se producen las mayores pérdidas energéticas (54% sobre el total), para ello se propone sustituir las bovedillas de hormigón del forjado unidireccional por bovedillas de poliestireno expandido EPS obteniendo un valor de la transmitancia térmica lineal, determinado con Therm, de 0,18 W/m·K frente al valor estándar de 0,92 W/m·K
Caso 3.- Cumple el parámetro de control solar de la envolvente térmica, qsol;jul
El control solar de la envolvente térmica depende de las ganancias solares, para el mes de julio, a través de todos los huecos con las protecciones solares activadas. Por ello, se propone incorporar persianas a todos los huecos (menos los de los aseos) y un toldo en el ventanal del salón – comedor. Se ha aplicado la norma UNE-EN ISO 52033-1 para determinar el coefciciente ggl;sh;wi (transmitancia total de energía a través de un hueco).
Caso 4.-Cumple todos los indicadores EECN
El caso 3 muestra que el edificio está muy próximo a ser EECN por lo que se analiza cualquier pequeña mejora que haga cumplir con todos los indicadores. Como se aprecia en los planos de la vivienda, los huecos de mayor tamaño se encuentran orientados al Oeste reduciendo con ello la captación de radiación solar en invierno. Se propone en esta medida el cambio de orientación en el hueco del dormitorio principal para que su orientación sea Sur.
Caso 5.- Modificación en instalaciones, ACS solar térmica + bomba de calor aire – agua; climatización: autónomo bomba de calor aire – aire
Sobre el caso 3 se considera: ACS mediante solar térmica (cobertura solar anual del 77,2%) y bomba de calor aire – agua (COP en condiciones EUROVENT de 3,19); Aire acondicionado mediante autónomo bomba de calor aire – aire (en condiciones EUROVENT COP 4,28 y EER 3,75). No requiere la modificación del hueco indicado en el caso 4.
Caso 6.- Modificación en instalaciones, ACS fotovoltaica + bomba de calor aire – agua; climatización: autónomo bomba de calor aire – aire
Sobre el caso 3 se considera: ACS mediante fotovoltaica (producción de 432 kWh/año) y bomba de calor aire – agua (COP en condiciones EUROVENT de 3,19); Aire acondicionado mediante autónomo bomba de calor aire – aire (en condiciones EUROVENT COP 4,28 y EER 3,75). Este caso requiere la modificación como en el caso 4.
Conclusiones
Como ha quedado demostrado con el análisis anterior, es posible alcanzar un Edificio de Consumo de Energía casi Nulo aplicando estrategias que no suponen un incremento significativo del coste de construcción ni suponen una modificación relevante de los sistemas constructivos que se emplean en la actualidad. Incorporando soluciones para minimizar los puentes térmicos, sistemas de protección solar como persianas y la orientación correcta de los huecos permite alcanzar un EECN. Por otro lado, se facilita a continuación una comparación entre diferentes sistemas de instalaciones (casos 4, 5 y 6) lo cual resultada sumamente interesante no ya por ser todos Edificio de Consumo de Energía casi Nulo sino porque existen diferencias en el consumo energético que pueden hacer más idónea un tipo de instalación frente a otra.
Referencias
- Borrador del Documento Básico de Ahorro de Energía DB-HE 2018. Código Técnico de la Edificación.
- Borrador DA DB-HE/1 Cálculo de los parámetros característicos de la envolvente. Código Técnico de la Edificación.
- Herramienta Unificada LIDER – CALENER HULC 2018. Código Técnico de la Edificación.
- THERM Finite Element Simulator
- UNE-EN ISO 52022-1: 2017. Eficiencia energética en edificios. Propiedades térmicas, solares y de luz diurna de los componentes de los edificios y sus elementos. Parte 1: Método simplificado de cálculo de las características solares y de luz diurna de los dispositivos de protección solar combinados con acristalamiento (ISO 52022-1:2017).