Comunicación presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Oliver Style, Consultor Passivhaus, Director, Progetic
- Bega Clavero, Consultora Passivhaus, Progetic
- Vicenç Fulcarà, Ingeniero Técnico industrial, Director, Progetic
Resumen
Los edificios de consumo casi nulo se distinguen de los edificios convencionales por tener una diferencia mínima entre las demandas energéticas proyectadas en fase de diseño y las demandas reales en fase de uso, atacando así el llamado “performance gap”. Este artículo presenta los resultados de la transmitancia térmica medida in-situ (conforme la ISO 9869) y el valor U calculado conforme la metodología del PHPP (ISO 6946), de un panel aislante estructural con materiales de origen biológico, como parte del proyecto europeo ISOBIO. El panel se ha diseñado con un alto nivel de aislamiento térmico y hermeticidad al aire, con estrategias para reducir el puente térmico a través de los elementos estructurales y una membrana de control de vapor dinámico para permitir la transpirabilidad en los meses de verano. Dentro del margen de incertidumbre de una medición in-situ en régimen dinámica y su comparación con un cálculo en régimen estacionario, la excelente correlación de los resultados valida el modelo de cálculo e indica que tanto el panel como sus materiales de origen biológico son aptos para Passivhaus. Se considera interesante aplicar este tipo de análisis al sector en general y la comunidad EECN en específico, para analizar posibles discrepancias entre lo medido y lo calculado.
Palabras clave
ISOBIO, Transmitancia Térmica, Aislamiento Térmico, Aislamiento Natural, Investigación
Introducción
ISOBIO es un proyecto europeo que empezó en febrero del 2015 y termina el enero del 2019, financiado bajo el programa Horizon2020 en el apartado de Materiales para la Envolvente de los Edificios, EeB-01-2014. El proyecto ha desarrollado nuevos materiales aislantes y revocos a partir de fibras vegetales, residuos agrícolas, y aglomerantes biológicos, con el objetivo de reducir tanto la energía embebida de los materiales en la fase de fabricación como el consumo energético en la fase de uso del edificio. Los materiales desarrollados en el proyecto se han incorporado en un panel prefabricado como elemento estructural aislante para edificios de nueva construcción. Se ha fabricado, instalado, e instrumentado en 2 demostradores: HIVE (University of Bath, Wroughton, Reino Unido), y Test Cell (Acciona, Sevilla, España). Se ha monitorizado el comportamiento del panel para validar los modelos de cálculo de transmisión térmica y sacar conclusiones.
Panel ISOBIO para nueva construcción
La Figura 1 muestra planos del panel ISOBIO para nueva construcción. El panel mide 1,95m x 1,95m, con un espesor total de 33,2cm en 8 capas con 9 materiales diferentes (Figura 2). Se compone de un revoco exterior compuesto de cal y cáñamo de 25mm de espesor, aplicado sobre un aislamiento térmico rígido de cáñamo de 50mm, que se ha fijado mecánicamente a la estructura de madera de pino rojo, con montantes de 145mm x 45mm a 600mm. Entre la estructura hay 145mm de aislamiento de cáñamo, algodón, y lino, seguido por un tablero de OSB 3 de 12 mm para el arriostramiento. Sobre el OSB se ha fijado una membrana hermética y de control de vapor dinámico seguido por una cámara de instalaciones de 45mm de espesor con aislamiento térmico de cáñamo, algodón, y lino, entre rastreles de madera, girados a 90º en relación a la estructura para reducir el puente térmico a través de los elementos de madera. La cámara se cierra con un tablero de paja termo-comprimida de 40mm de espesor, revocado al interior con un compuesto de arcilla y cáñamo aplicado en 3 capas, de 15mm de espesor.
Instalación y monitorización en los demostradores
La Figura 3 y la Figura 4 muestran la instalación de los paneles en los demostradores en Wroughton y Sevilla. En ambos casos, se instaló un sistema de monitorización con una estación meteorológica registrando las condiciones climáticas exteriores, una sonda de temperatura en la cara exterior del panel, y un sensor de flujo de calor y una sonda de temperatura en la cara interior. Los datos se midieron a un intervalo de 5 minutos. La temperatura interior se mantuvo a una temperatura media de 25,5ºC durante todo el periodo con un calentador eléctrico de aire.
Figura 4. Instalación de los paneles en el demostrador Test Cell, Sevilla, España.
Resultados de cálculo de U conforme la ISO 6946
La Tabla muestra los resultados de cálculo de la U del panel ISOBIO conforme la ISO 6946 (ISO 6946:2007 Building components and building elements – Thermal resistance and thermal transmittance – Calculation method [Componentes y elementos para la edificación. Resistencia térmica y transmitancia térmica. Método de cálculo.]), tal como se calcula en la herramienta PHPP. Para las conductividades térmicas de los materiales, se tomaron los valores medidos en laboratorio y/o de los fabricantes (generalmente para el material seco a 10ºC, con un contenido de agua w=0), y se re-calcularon con un modelo desarrollado por la Universidad de Rennes 1 para una humedad relativa del material a 50%, para tomar en cuenta conductividades más altas por el contenido de agua de cada material.
Resultados de la medición in-situ de la U conforme la ISO 9869
Se presentan los resultados del periodo 24/02/2018 a 14/03/2018 en el demostrador HIVE, Reino Unido, durante un total de 432 horas, o 18 días, con 5.184 puntos de datos. Conforme la ISO 9869 (ISO 9869-1:2014 Thermal Insulation – Building elements – in-situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance [Aislamiento térmica – elementos constructivos – medición in-situ de la resistencia térmica y transmitancia térmica]) el cálculo de la U in-situ se he realizado de la siguiente manera:
Donde:
- Ucorregido= transmitancia térmica, corregido para las perturbaciones del sensor de flujo de calor, W/m2·K
- q = densidad de flujo de calor φ/A, W/m2
- Ti = temperatura (del ambiente) interior, ºC or K
- Te = temperatura (del ambiente) exterior, ºC or K
- R’ = resistencia térmica del medidor de flujo de calor
La Tabla II, la Figura 5 y la Figura 6 muestran los resultados medidos con el valor calculado.
Figura 6. Resultados, valor U medido in-situ vs. U calculado, periodo completo.
Figura 8. Resultados, valor U medido in-situ vs. U calculado, 12 horas sin radiación solar.
Discusión y Conclusiones
Dentro del margen de incertidumbre de una medición in-situ en régimen dinámica, y su comparación con un cálculo en régimen estacionario, hay una excelente correlación entre los valores calculados y los valores medidos. El promedio del valor U medido in-situ durante el periodo completo era 0,17 W/m2·K, comparado con el valor calculado de 0,18 W/m2·K (-5% entre lo medido y lo calculado). Para contrastar los resultados obtenidos durante el periodo completo, se analizó un periodo más corto de 12 horas consecutivas durante la noche (para eliminar el efecto de la radiación solar), cuando la temperatura exterior se mantuvo en un rango de +/- 2,8 ºC (es decir, en condiciones más similares a un régimen estacionario). En este caso, el valor U medido in-situ era 0,19 W/m2·K, comparado con el valor calculado de 0,18 W/m2·K. En ambos casos, la diferencia es de +/- 0,1 W/m2·K, siendo una desviación mínima. En un estudio simular de 300 viviendas en el Reino Unido, las desviaciones entre lo calculado y lo medido llegaban hasta un 33% (Hulme, J. & Doran, S., 2014, BRE Report. In-situ measurements of wall U-values in English housing. BRE, Watford, Reino Unido). Los resultados validan el modelo de cálculo e indica que tanto el panel como sus materiales de origen biológico son aptos para Passivhaus. Se considera interesante aplicar este tipo de análisis al sector en general y la comunidad Passivhaus en específico, para analizar posibles discrepancias entre lo medido y lo calculado y dar valor a los edificios Passivhaus.
Agradecimiento
El proyecto ISOBIO se realiza gracias a la subvención N° 636835 otorgada por la Unión Europea. El consorcio está formado por: TWI, University of Bath, Université de Rennes 1, Norsk Institutt for Bioeconomy, Greenovate! Europe, BCB, Claytec, Stramit International, Cavac Biomatérieux, Acciona y Progetic. Los autores quieren agradecer a Nicolas Reuge y el equipo de ISOBIO de la Université de Rennes 1, y a Mike Lawrence, Andrew Shea y el equipo de ISOBIO de la University of Bath, por sus aportaciones al presente estudio.