Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Sergio Rodriguez, Investigador, Universidad Politécnica de Madrid, UPM
- Belén Hernández, Investigador, UPM
- Adolfo Somolinos, Saint Gobain Placo
- Elda Delgado, Investigador, UPM
- Sergio Vega, Profesor universitario, UPM
- Consuelo Acha, Profesor universitario, UPM
Resumen
Los hábitos de vida y consumo en las sociedades industrializadas señalan que aproximadamente el 90% del tiempo se produce en ambientes interiores acondicionados. En las intervenciones para conseguir EECN, la ventilación y calidad ambiental interior son un aspecto de especial relevancia. En este artículo se estudian tanto en sus aspectos de modelización como de experimentación, elementos que pueden suponer un incremento de eficiencia de ventilación y calidad de aire en ambientes interiores como son; la utilización de la recuperación de calor del aire de extracción, depuración fotocatalítica en elementos constructivos interiores y el pretratamiento térmico de aire de impulsión en elementos de doble fachada y elementos acristalados funcionando con el principio de la chimenea solar. En el artículo se muestran y analizan los datos obtenidos en cuanto a adsorción de contaminantes interiores (HCHO y TVOCS) enfocándose a adecuar su utilización en el entorno de intervención en vivienda.
Introducción
Los hábitos de vida y consumo en las sociedades industrializadas indican que aproximadamente un 90 % del tiempo se desarrolla en ambientes interiores [ECA 2000][1]. Las características físico-químicas del aire de estos espacios en los que se desarrollan actividades tan importantes como el trabajo, el descanso, la educación y la sanidad han sido materia de estudio y normalización desde hace décadas [ISO 7730:2005, RITE 07, CTE-DB-HS3][2] yendo desde aspectos subjetivos de bienestar (PMV) hasta aspectos de salud y de preocupación por ambientes que promueven ciertas patologías [WHO 2010][3]. Estos aspectos y el empeoramiento de la calidad del aire exterior, y su repercusión en los ambientes interiores, teniendo sobre todo en cuenta el ámbito urbano, hacen necesaria una reenfoque hacia sistemas que mejoren la calidad ambiental interior y contribuyan a la reducción de la demanda energética asociada a los sistemas de ventilación (Directiva 2010/31/UE). En las intervenciones tanto de rehabilitación como de nueva edificación para conseguir Edificios de energía casi nula, la ventilación y calidad ambiental interior son un aspecto de especial relevancia. En suma a todo ello, las exigencias normativas en cuanto a ventilación en ambientes interiores no tienen en cuenta la alta repercusión energética que supone el cumplimiento de los parámetros mínimos exigibles de ventilación y renovación de aire en edificación residencial [SOT 2013][4]. La caracterización de la exigencia en cuanto al caudal de ventilación, en función del número de usuarios, superficie de las estancias, nivel de contaminantes en el ambiente interior y emisividad de contaminantes de los entornos interiores y ocupantes está siendo en la actualidad revisada añadiendo guías (WHO, EPA) de recomendaciones a nivel europeo como americano para añadir consideraciones de concentración de contaminantes, químicos, físicos y bacteriológicos, para reducir el riesgo de enfermedad o sintomatología asociada de los ocupantes.
Al mismo tiempo, el mandato de reducción de demanda energética asociada a los sistemas de ventilación contempla alternativas, para el sector residencial, que consisten en la instalación de sistemas de ventilación mecánica o híbrida, con recuperación de calor y racionalización y control de los caudales de entrada y salida de aire.
Proyecto
El proyecto SIREIN+[5] pretende avanzar en el desarrollo de sistemas de rehabilitación energética combinados en edificación, que aúnen la viabilidad técnica, basada en soluciones técnicas existentes e innovadoras tanto para la envolvente completa del edificio como para los sistemas de instalaciones. El objetivo fundamental del proyecto es derribar las barreras existentes en cuanto a la realización de un proceso dirigido y efectivo de rehabilitación energética del parque edificatorio actual [Directiva 2010/31/UE].
Se pretende así posibilitar la rehabilitación energética abordada desde un punto de vista integrador de todos los factores, creando sistemas y combinaciones de sistemas globales válidos para un mercado emergente, que aporte beneficios tanto a los industriales involucrados, como al conjunto de la sociedad.
Dentro de las líneas de investigación del proyecto existe la mejora e integración de sistemas de ventilación residencial que estudia la posibilidad del pretratamiento térmico mediante la utilización del principio de la chimenea solar, cómo aplicar a nivel residencial la recuperación de calor del aire de extracción integrados en sistemas de ventilación domésticos híbridos. Así mismo se estudia la aplicación de sistemas constructivos interiores que adsorban de manera continuada en el tiempo contaminantes comunes en los ambientes interiores como son el Formaldehido y las partículas volátiles totales (TVOCs).
Material y Métodos
El proyecto cuenta con la colaboración de empresas y entidades de investigación. En la línea específica de ventilación se cuenta con el trabajo de UPM, Saint Gobain Placo, Tecnalia, y ENERES-Fernández Molina.
En las fases de diseño y simulación, la Universidad Politécnica de Madrid ha coordinado y realizado los trabajos de diseño y realización del sistema de pretratamiento de aire, estudio de las soluciones en base a yeso para adsorción de contaminantes mediante oxidación fotocatalítica y las simulaciones de sistemas de recuperación de calor integrado en sistemas de ventilación residencial tradicionales.
Los trabajos a realizar en el proyecto incluyen los siguientes aspectos:
- Teoría, simulaciones y diseño de sistema en fachada de pretratamiento de aire mediante el principio de la chimenea solar
- Teoría y simulaciones de recuperación de calor de aire de expulsión
La utilización de medios mecánicos o naturales para la recuperación del calor del aire de extracción o calores residuales en fluidos serán evaluados en la siguiente anualidad. Al tratarse de un sistema existente, se discretizarán las mejores opciones de utilización en actuaciones de rehabilitación energética y se compararán sus rendimientos con sistemas de operación natural y los desarrollados en el proyecto. En los gráficos bajo estas líneas se muestran esquemáticamente la utilización de estos sistemas en vivienda tipo a rehabilitar.
- Teoría y simulaciones de limpieza de aire interior
El propósito de la ventilación general es diluir y remover contaminantes generados en el ambiente acondicionado mediante la inyección de aire limpio proveniente del exterior a fin de producir una renovación del aire interior. Comúnmente la ventilación es medida en cambios de aire por hora (ACH) cuya unidad común es h-1, es decir la cantidad de veces que se inyecta el volumen de aire correspondiente al ambiente en un tiempo de una hora.
Cuando se incrementa al doble el caudal de ventilación, se reduce a la mitad la concentración de contaminantes que se encuentran mezclados uniformemente en el aire del ambiente. Saint Gobain Placo, ha introducido al mercado la gama de producto Activ’Air. Esta tecnología patentada por Saint Gobain mejora la Calidad del Aire Interior mediante la eliminación de uno de los principales compuestos orgánicos volátiles (COV), como es el formaldehído. La Gama de techos Gyptone Activ’Air incorpora novedades en el producto consiguiendo, por un lado, techos saludables por el compromiso con la Calidad del Aire Interior (doble contribución: nivel más bajo de emisiones de contaminantes A+ y eliminación de los principales compuestos orgánicos volátiles COV del aire con Activ’Air) y, por otro lado, techos sostenibles al ser el techo acústico con más bajo consumo de energía y agua y emisiones de CO2 en su fabricación del mercado, basado en el Análisis del Ciclo de Vida de Producto (ACV). Todo ello manteniendo sus propiedades acústicas y de diseño.
Resultados
Entre los resultados, se han obtenido los datos significativos en referencia a los aspectos estudiados:
Las simulaciones y modelizaciones de pretratamiento de aire, en las cuales se han estudiado diferentes condiciones de contorno, ofrecen las siguientes conclusiones parciales:
- Se observa una mayor eficiencia en el pretratamiento del aire, que aumenta con la altura, y consecuentemente el tiempo en el que se trata el aire que entra desde la base del edificio.
- La velocidad de admisión de aire en la chimenea continúa siendo de relativa importancia para garantizar una efectividad del sistema. Se han simulado velocidades de 0,1 a 2 m/s.
- El gradiente de mejora de la temperatura varía con la altura, llegando a su óptimo en el caso de estudio a 8,25 m.
- Esta diferencia en gradiente térmico supone una reducción en la demanda de energía asociada a la ventilación de hasta un 27% con un gradiente de un 8,2K.
Las simulaciones y modelizaciones realizadas en cuanto a la aplicación de sistemas de recuperación de calor ofrecen resultados prometedores como se observa en la Figura 4, aunque su repercusión en la demanda total de calefacción y refrigeración no suponga una reducción sustancial.
Se han observado los ensayos realizados con el producto Activ’Air®, arrojan resultados prometedores de reducción de formaldehídos emitidos por un número importante de elementos constructivos y de mobiliario interior en las viviendas, así como detergentes, diluyentes y productos químicos comunes en el ambiente interior doméstico.
Conclusiones
A lo largo del presente estudio se ha analizado los beneficios proporcionados por la combinación de soluciones y estrategias aplicadas a sistemas de ventilación en edificación residencial, en soluciones individuales.
A priori, las tres estrategias tratadas dentro de la línea de ventilación del proyecto SIREIN (Pretratamiento térmico, recuperación de calor y limpieza pasiva de contaminantes) ofrecen potencialidad en cuanto a la reducción de demanda de energía asociada a sistemas de ventilación y renovación de aire en el sector residencial.
Estos aspectos, con el necesario tratamiento, ofrecen una solución que, combinada, puede suponer una reducción de esa demanda de alrededor de un 40%, acometiendo el problema desde tres puntos de vista necesarios en el proceso:
- Aumento de la temperatura de entrada del aire en la vivienda mediante pretratamiento en chimenea solar, con la consecuente reducción de carga térmica en su acondicionamiento.
- Recuperación de entalpía del aire de extracción, reduciendo la demanda energética asociada y posibilitando una renovación de aire mayor y con mayor eficiencia.
- Limpieza del aire interior mediante adsorción fotocatalítica de VOCs reduciendo la necesidad de ventilación, la percepción positiva del usuario del aire interior y reducción de molestias respiratorias y visuales.
Reconocimientos
La Información que se expone en el presente artículo es fruto de los trabajos de investigación realizados por las entidades Saint Gobain Cristalería (ISOVER), Universidad Politécnica de Madrid (Grupo TISE), Empresa Municipal de la Vivienda y Suelo de Madrid, Profine Iberia (Kömmerling), Fernández Molina, Tecnalia y R7 Consultores en el marco del Proyecto SIREIN+, subprograma INNPACTO, financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN) y Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). Dichos resultados son, pues, propiedad exclusiva de las entidades que generaron dicha información en el ámbito del Proyecto SIREIN+.
Referencias
- [1] ECA (European Collaborative Action on, «Urban Air, lndoor Environment and Human Exposure»), 2000 Risk Assessment In Relation To lndoor Air Quality, Report No 22. EUR 19529 EN. Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities.
- [2] Ergonomía del ambiente térmico. Determinación analítica e interpretación del bienestar térmico mediante el cálculo de los índices PMV y PPD y los criterios de bienestar térmico local (ISO 7730:2005).
- [3] World Health Organization, 2010. “WHO guidelines for indoor air quality: Selected Pollutants”.
- [4] Guillermo Sotorrío Ortega, María Pilar Linares Alemparte, Sonia García Ortega, 2013. ”Investigación prenormativa para la revisión del documento de calidad del aire interior”. Jornadas internacionales de investigación en construcción: vivienda : pasado, presente y futuro.
- [5] “SIREIN: Sistema Integral de Rehabilitación Energética” (IPT-2011-1980-920000). Entidad financiadora: MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACIÓN. Entidades participantes: SAINT GOBAIN, UPM, TECNALIA, EMVS, R7 CONSULTORES, KOMMERLING, ENERES-Fernandez Molina.