Comunicación presentada al VII Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autores
- Alejandro López Vidal, Director Técnico, ANDECE (Asociación Nacional de la Industria del Prefabricado de Hormigón). Plataforma Tecnológica Española del Hormigón
- César Bartolomé Muñoz, Director Área de Innovación, IECA (Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones). Plataforma Tecnológica Española del Hormigón
Resumen
El refuerzo de la contribución de la inercia térmica dentro de la nueva versión del DB-HE, o el desarrollo de un amplio catálogo de soluciones constructivas con prefabricados de hormigón en el CYPETHERM HE Plus, programa oficialmente reconocido para la obtención de la calificación de eficiencia energética de los edificios, permiten augurar un mayor reconocimiento al papel de los elementos prefabricados de hormigón destinados principalmente a la construcción de fachadas y forjados, que aseguran también otras prestaciones como una mayor durabilidad, un potencial de incorporación de material reciclado o una mayor tasa reutilización al final de su vida útil, minimizando así el impacto energético del edificio a lo largo de todo su ciclo de vida.
Palabras clave
Inercia térmica, hormigón, prefabricados, industrialización.
La inercia térmica en el nuevo DB-HE [1]
El diseño de los edificios de consumo de energía casi nulo requiere reducir la demanda de energía fundamentalmente mediante un aumento del aislamiento térmico, aunque con la nueva versión del DB-HE se requerirá complementar esta estrategia con otras medidas de mejora. Uno de los mecanismos que se estima más eficaces es mediante el aprovechamiento de la inercia térmica que podrían aportar los distintos sistemas constructivos del edificio, sistemas capaces de acumular y devolver calor en régimen dinámico.
Este ha sido uno de los principales avances del nuevo DB-HE, con un refuerzo de la contribución de la inercia térmica y que hasta ahora simplemente venía reseñada, por lo que apenas había sido considerada en la estrategia de diseño energético de los proyectistas. Actualmente, incluso certificaciones como el estándar Passivhaus, de procedencia centroeuropea, tiene en cuenta la inercia térmica entre sus criterios de certificación, especialmente en los edificios del entorno mediterráneo, ya que se trata de una estrategia básica en la reducción de la demanda energética de climatización.
Conceptos básicos [2]
La inercia térmica es la capacidad que tienen los materiales de conservar la energía térmica recibida e ir liberándola progresivamente.
Los balances energéticos que se producen en el edificio dependen tanto de parámetros climáticos como del propio edificio. La acción combinada y simultánea de los parámetros climáticos como la radiación solar, la temperatura del aire, la humedad, el viento, etc. provocan la respuesta térmica del edificio. Esta respuesta depende a su vez de la envolvente y la estructura interna del edificio, como son la forma del edificio, la orientación, superficie, aperturas al exterior, el tipo de muros, los materiales de los cerramientos y muchos otros aspectos. El calor se puede transmitir por conducción (cuerpos en contacto a diferente temperatura), por convección (por movimiento de aire) y/o por radiación (mediante ondas sin necesidad de contacto).
Las ganancias térmicas de un edificio provienen de la radiación solar y las aportaciones internas procedentes de la iluminación, la calefacción, los ocupantes del edificio y sus equipos. Por otro lado, las pérdidas térmicas se producen por las filtraciones de aire a través de las ventanas y la conducción a través de las paredes, ventanas, suelos y cubiertas. La inercia térmica permite almacenar las ganancias térmicas en momentos del día en el que hay excedencias de energía térmica y aprovecharla en periodos en los que hay déficit térmico por las pérdidas previamente mencionadas.
De esta forma, debido a la inercia térmica de los cerramientos o los forjados, puede disminuirse la necesidad de climatización del edificio, con la consecuente reducción de consumo energético y de emisiones contaminantes.
La inercia térmica se puede aprovechar de manera pasiva simplemente a través de un diseño adecuado, activándola mediante ventilación mecánica, mediante la circulación de agua (u otro fluido térmico) por su interior o utilizando incluso la misma inercia térmica como sistema de almacenamiento de energía.
En todos los casos, el diseño del edificio debe cumplir estas condiciones:
- La orientación del edificio debe ser la correcta en función de la latitud y zona climática, de forma que se incremente la incidencia de la radiación solar sobre los paramentos masivos para estabilizar la temperatura del edificio durante el invierno o maximizar la ventilación natural que permita enfriar los paramentos masivos durante el verano. Para ello, resulta recomendable buscar sistemas que permitan desviar la radiación solar o la circulación del aire hacia los elementos masivos del interior de la vivienda, como pueden ser lamas en las ventanas u otros elementos similares, especialmente hacia los techos que son los sistemas más eficientes de intercambio de calor.
- El aislamiento debe ser el adecuado y siempre por el exterior con un doble objetivo: eliminar los puentes térmicos y permitir que los paramentos masivos puedan intercambiar calor o frío con el aire de las estancias.
No se deben cubrir los paramentos masivos con elementos que impidan el intercambio de calor con el entorno, por ejemplo, con falsos techos.
Para realizar un diseño correcto y aprovechar al máximo la inercia térmica del edificio, así como para una correcta modelización del mismo, es necesario conocer los porcentajes de radiación que recibe cada paramento de una estancia.
Asimismo, la ventilación forzada desempeña un papel fundamental, previendo dispositivos mecánicos que hagan circular corrientes forzadas de aire que rocen los elementos masivos (suelos, techos, paredes interiores) de manera que se incremente la eficiencia en el proceso de intercambio de calor entre la superficie masiva y el aire resultando una refrigeración más rápida y efectiva.
La contribución de las soluciones constructivas en base hormigón
Aunque son varios los materiales de construcción con alta inercia térmica, quizás el más representativo sea el hormigón por su sencillez de construcción, tanto prefabricado como in situ, además de ser el único de ellos con función estructural, lo que amplifica todavía más su carácter multiprestacional [3].
Inercia térmica y energías renovables
Otro de los grandes avances cuantitativos del nuevo DB-HE es que al menos el 50% de la demanda de energía primaria quede cubierta a partir de fuentes de energía renovables. En este sentido, alumbra el problema de que la generación de energía renovable no siempre coincide con las puntas de demanda y la creación de grandes baterías de acumulación energética resulta, al menos actualmente, tecnológicamente muy difícil. Sin embargo, la utilización de los sistemas inerciales de la estructura de los edificios como baterías alternativas es una opción viable y de gran potencial.
La alta inercia térmica de los edificios masivos, junto con un incremento de la electrificación de los sistemas climatización, ha hecho que el almacenamiento de energía térmica en las estructuras de hormigón se haya convertido en una solución técnica y económicamente adecuada, ya que no solo permite una mejor gestión de la red, sino también ahorros significativos en el consumo, tal y como hemos visto. Aquí cabe destacar una experiencia piloto en Austria [4] en la que se analizó la posibilidad de cubrir la demanda energética de climatización de un edificio de hormigón únicamente con energía eólica, utilizando los forjados de la vivienda como baterías y con extraordinarios resultados.
Cypetherm-HE Plus
Otra de las razones por las que el efecto de la inercia térmica en los cerramientos no se ha considerado habitualmente en el diseño de los edificios ha sido porque los programas informáticos no han sido especialmente sensibles a este parámetro (véase coeficiente de película) y se basan en modelos estáticos de cálculo. Por ejemplo, la Herramienta Unificada LIDER-CALENER (HULC), programa oficial de la Administración Española, utiliza un coeficiente de película por defecto que no varía en función del esquema de ventilación del edificio, lo que en la mayoría de los casos supone una reducción de la capacidad de enfriamiento de los elementos masivos.
Para superar esta limitación y explotar los beneficios energéticos de la inercia térmica de los edificios, la Plataforma Tecnológica del Hormigón (PTEH) a la que pertenecen entre otras organizaciones ANDECE e IECA, ha trabajado en la adecuación de otro de los programas reconocidos oficialmente, el CYPETHERM-HE Plus de CYPE, introduciendo 20 soluciones tipo de fachadas mediante elementos prefabricados de hormigón (paneles de hormigón pesado y ligeros, mampostería de bloques de hormigón) que se adecúan a los usos más habituales en la actualidad en cuanto a secciones típicas de fachada (composición y espesores de las distintas capas) y que actualizan el trabajo previo realizado hace una década con el Catálogo de Elementos Constructivos con estos sistemas constructivos, además de los forjados.
Además, se ha iniciado la corrección de la modelización del coeficiente de película, que a su vez depende de múltiples variables como el tipo de convección (natural o forzada), el régimen del aire (laminar o turbulento) o su velocidad, de forma que el usuario pueda ajustar este valor teniendo en cuenta dichas variables. Por último, se está desarrollando un módulo para la activación térmica de forjados mediante tubos embebidos por los que circula agua a diferentes temperaturas en función de las necesidades de climatización del edificio [5].
Proyecto de futuro
Asimismo, tampoco debe desligarse la eficiencia energética del edificio de otras variables como la energía embebida de los materiales de construcción, cuyo cómputo global deberá analizarse para lograr el mejor ratio posible entre consumo total y prestaciones a lo largo del ciclo de vida completo del edificio. En este sentido, la durabilidad es otra de las propiedades diferenciales del hormigón que, a través del desarrollo científico y la puesta en práctica, especialmente en las últimas décadas, ha puesto de manifiesto esta ventaja competitiva frente a otros materiales alternativos, además de su tasa de reciclabilidad al final de su vida útil para procesarlo y reincorporarlo a un nuevo ciclo en línea con las crecientes exigencias de circularidad de los materiales de construcción.
Más aún si la forma de materializar el hormigón es a través de elementos prefabricados resultado de procesos industriales, por lo general más automatizados y eficientes. En este sentido, debería adquirir todavía mayor importancia los análisis de ciclo de vida, tanto a nivel de productos o componentes constructivos, como del edificio en su conjunto, por ejemplo, con la realización de declaraciones ambientales de producto que permitan calcular por un lado los impactos ambientales y por otro identificar dónde se encuentran los mayores insumos para implementar medidas de mejora futuras, todo en línea con reducir el impacto energético final del conjunto [6].
Y por último, otra de las tendencia actuales que avanza en paralelo junto a una mayor eficiencia energética de nuestros edificios, es la metodología BIM, basada en modelos virtuales paramétricos, que contienen información gráfica (3D) pudiendo estar combinada con mayor o menor información adicional (4D, 5D, 6D y/o 7D). La sexta dimensión ó 6D de BIM, hace referencia a la sostenibilidad de la construcción y en ella se puede incorporar datos e información que permitan optimizar mediante simulaciones energéticas el rendimiento posterior del edificio [7].
Referencias
- ‘Guía técnica de aplicación del Código Técnico de la Edificación (CTE) a las soluciones constructivas con elementos prefabricados de hormigón’. ANDECE, 2020.
- ‘Manual de aplicación de la inercia térmica’. ASA (Asociación Sostenibilidad y Arquitectura) e IECA (Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones), 2020.
- La estética, la eficiencia energética y la industrialización en los edificios de hormigón’. López Vidal, A.; Bartolomé Muñoz, C. Cemento Hormigón. 2019.
- ‘Enery-storage concrete: thermal component activation’. Felix Friembichler, VÖZ, Versión Inglesa, febrero 2017.
- ‘Muros y forjados prefabricados de hormigón para la certificación energética con CYPETHERM HE Plus‘. Webinar ANDECE. 2020 https://bit.ly/330ER0J
- ‘Declaraciones ambientales de productos prefabricados de hormigón (y 2ª parte)‘. López Vidal, A. Ecoconstrucción, 2018.
- Galería objetos BIM de productos prefabricados de hormigón genéricos. BIMETICA, ANDECE. 2020.