Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- José Manuel Castro Vázquez, Profesor Asociado de Escuela de Arquitectura de la Universidad Camilo José Cela Doctorando, Escuela de Arquitectura de la Universidad de A Coruña.
Resumen
La presente comunicación trata sobre las diferentes estrategias de rehabilitación energética en centros escolares de los años 70´para convertirlos en edificios eficientes y equipararlos a las construcciones de consumo casi nulo que se empezarán a construir en 2019 (Directiva 2010/31/UE). La comunicación se desarrolla en paralelo a una tesis doctoral y en el presente artículo se plantea un trabajo comparativo sobre un mismo centro escolar que fue construido en Galicia en tres zonas climáticas distintas. Se analizan las principales deficiencias energéticas y se simula el estado actual obteniendo conclusiones que nos permitan plantear las estrategias de rehabilitación energética más coherentes a cada clima. Finalmente, se analiza la viabilidad económica de cada una de estas propuestas para dictaminar cuáles son las acciones más eficientes tanto energética como económicamente.
Introducción. Casos de Estudio
Durante los años 70´ en España se realizó un importante proceso constructivo de centros escolares debido principalmente a la necesidad de acabar con el elevado déficit de colegios de primaria e infantil que existía. Se desarrollaron proyectos conjuntos por regiones entre los que destaca el Plan de Urgencia de Galicia de 1971 con el que se construyeron un total de 73 centros de educación. Para acometer rápidamente estas construcciones se realizaron “proyectos tipo” que repitieron el mismo edificio en ciudades con climas muy diferentes tal y como se muestra en el ejemplo de este artículo.
La rehabilitación de centros escolares es una prioridad debido a sus elevados consumos y escaso confort para alumnos y profesores. Son construcciones ubicadas en barrios consolidados donde funcionan como equipamientos que no puede ser sustituidos o trasladados a otras zonas de la ciudad porque dejarían sin servicio a los barrios, por lo que la solución más económica y eficiente es la rehabilitación.
Se escoge un centro escolar (figura 1) de PB+II repetido en tres zonas climáticas distintas: A Coruña (C1), Ourense (C2) y Lugo (D1). Presenta una tipología de centro longitudinal estructurado entorno a un atrio central que organiza las aulas en dos orientaciones opuestas (A Coruña y Lugo N-S y Ourense NE-SO).
Los tres centros tienen las mismas características constructivas: Fachada: U=0,81W/m2ºK; Cubierta: U=2,31W/m2ºK; Solera: U=1,48W/m2ºK; Forjado ext.: U=2,44W/m2ºK y Huecos: U=5,77W/m2ºK.
Diagnóstico Energético del Estado Actual
Deficiencias energéticas
Se inspeccionaron energéticamente los edificios y se realizaron termografías que han permitido detectar tres puntos críticos repetidos y que son necesarios tratar en una rehabilitación energética.
- Puentes térmicos.
- Falta de estanqueidad al aire de los cerramientos.
- Mal uso de las instalaciones por parte de los usuarios.
El puente térmico más típico en edificios de esta antigüedad es el frente de forjado y pilar sin aislar. El cerramiento de fachada tiene una composición (½pie caravista + 3cm EPS + ½pie LHD + enlucido) donde el aislamiento por la manera en que se construía se ve interrumpido entre los forjados y pilares generando el puente térmico mencionado y produciendo pérdidas por transmisión térmica (figura 2).
Otro puente térmico son las caras inferiores de los forjados en contacto con el exterior, las cuáles están sin aislar provocando flujos de calor del interior hacia el exterior (figura 3). Esta circunstancia genera en el interior que los usuarios tengan sensaciones de disconfort como “pies fríos” o “asimetrías de temperatura” importantes en una misma aula.
A través de las termografías se detecta uno de los mayores problemas de confort para los usuarios que se acentúa en climas más adversos como Lugo y Ourense; se trata de la falta de estanqueidad de las carpinterías. Esta patología es debida a la antigüedad de los huecos y al sistema de apertura (ventanas correderas) a través de los cuáles se filtra de manera continua el aire.
En la figura 4 se produce una entrada de aire frío constante desde el exterior a una temperatura media de 10ºC (temperatura operativa interior 21ºC). La falta de estanqueidad genera un elevado consumo energético y una falta de confort para los usuarios provocando corrientes de aire que bajan la temperatura de las estancias. También se ha detectado falta de estanqueidad en cajas de persianas.
Análisis energético
A través de las simulaciones energéticas realizadas con el programa Design Builder de un año escolar se ha podido ver como la influencia del clima es sustancial, provocando que el mismo edificio en una ciudad como Lugo presente una demanda de calefacción el doble que en A Coruña.
En los tres casos existen consumos de energía final de calefacción elevados que no aseguran unas condiciones de confort mínimas (figura 5). La temperatura operativa en el interior de las aulas es de 21ºC pero se ha detectado que muchas veces existen a la vez situaciones de sobrecalentamiento y enfriamiento en aulas distintas; esto es debido a que se trata de edificios con orientaciones totalmente opuestas y sin diferente tratamiento de fachadas. Sería necesario establecer sistema de zonificación de calefacción en base a las orientaciones para poder optimizar los consumos y alcanzar un mayor confort.
La severidad de invierno es mayor en zonas climáticas como Lugo, donde el consumo de energía primaria de calefacción con respecto al de electricidad es de 4/5, en cambio en zonas con menor severidad como A Coruña la situación es de 3/5. Este dato es importante a la hora de fijar soluciones de rehabilitación energética en una zona u otra (figura 6).
| Figura 5. Energía Final. Demanda y consumo (Kwh/m2año). | Figura 6. Energía primaria (Kwh/m2año). |
Uno de los mayores problemas en temas de eficiencia energética en edificios de esta antigüedad y características es la falta de estanqueidad al aire de los cerramientos unido a los procesos de ventilación natural que se suelen hacer. Esto puede llegar a generar pérdidas térmicas entorno al 65% que deberán ser reducidas a la hora de acometer cualquier rehabilitación energética (figura7).
En la envolvente de los tres edificios (figura 8) se ha realizado la media de en qué partes hay mayores pérdidas por transmisión térmica. Los acristalamientos concentran el 31%, suelen ser vidrios simples con muy bajas prestaciones. En segundo lugar, los espacios bajo cubierta (28%) “ligeramente ventilados” provocan grandes pérdidas a través de la última planta. En tercer lugar, los muros de fachada (19%) presentan puentes térmicos graves que deben ser eliminados. Por último, la cara inferior de los forjados (18%) destaca por ser superficies pequeñas pero que concentran grandes pérdidas térmicas.
| Figura 7. Porcentaje de pérdidas infiltraciones y envolvente | Figura 8. Envolvente Pérdidas por transmisión térmica. |
Estragegias de Rehabilitación
A la hora de establecer los diferentes grupos de estrategias de rehabilitación es necesario ver qué actuaciones tienen un mayor ahorro energético o un mayor coste de intervención. Se analizan tres grupos de mejoras (envolvente, huecos e iluminación). En la figura 9 se ha establecido un estudio en base al edificio con mayor severidad climática de invierno (Lugo, D1) para poder ver el porcentaje de ahorro de cada actuación y extrapolar soluciones a los otros dos casos de estudio.
Mejoras en los huecos y en la estanqueidad al aire
Se trata de soluciones que producen importantes reducciones en el consumo de calefacción ya que se mejora la resistencia térmica de los huecos y se aumenta la estanqueidad al aire. La opción más económica es la colocación de dobles ventanas, pero es una solución poco eficiente, ahorro del 5%.
Los mayores ahorros se producen con la sustitución de los huecos por vidrios CLIMALIT o bajo emisivos. El aumento de la eficiencia se produce con carpinterías estancas de aluminio (RPT) o PVC, hasta un 37%.
La solución óptima en cuanto a ahorro e inversión es un sistema CLIMALIT 8/10/8 con carpintería metálica (RPT) oscilo batiente que reduce la estanqueidad y aumenta la resistencia térmica.
Mejoras en la envolvente
Las mejoras de la envolvente incluyen actuaciones en fachada y en la cara inferior de los forjados mediante soluciones de aislamiento térmico por el exterior (SATE); también se plantean actuaciones en los bajo cubierta mediante aislamiento de fibra de vidrio sobre el forjado de la última planta.
Los mayores ahorros se producen con el SATE de 15cm en la cara inferior del forjado, hasta un 13,42%. En fachada la solución óptima son 10 cm que producen un ahorro del 8,73%; a partir de este espesor se producen escasos ahorros y la inversión se encarece bastante. El empleo de este sistema consigue una eliminación casi total de los puentes térmicos.
La colocación de la manta de vidrio en cubierta es la solución más económica de las de la envolvente, siendo la de 8 cm la óptima ya que a partir de este espesor no se producen grandes ahorros.
Mejoras en iluminación
Se plantean soluciones de control de iluminación y de sustitución de luminarias por otras de bajo consumo que alcanzan importantes ahorros en el consumo de electricidad, hasta un 68%. Se trata de una solución muy eficiente para edificios donde el consumo de energía primaria de electricidad es cercano al de calefacción, como en el caso de estudio de A Coruña.
Grupos de estrategias de rehabilitación. Impacto y ahorro económico
Después de estudiar las mejoras que producen un mayor ahorro económico o un mayor equilibrio entre inversión y eficiencia, se agrupan en dos estrategias de rehabilitación para ver los ahorros globales.
En primer lugar, se plantea la solución óptima coste/ahorro formada por: carpintería metálica estanca oscilobatiente (RPT), climalit 8/10/8, SATE 10cm fachada, 15cm cara inferior forjado y 8cm en cubierta.
Se alcanza según la severidad climática de invierno hasta ahorros del 70% en el caso de A Coruña y de entorno al 50% en los casos de Ourense y Lugo. Las actuaciones sólo en la envolvente en casos como A Coruña provocan que el consumo después de la rehabilitación sea mayor en energía primaria en electricidad que en calefacción (figura 10 y 11).
Los ahorros económicos obtenidos permitirían recuperar la inversión de la “estrategia 1” en 13 años en el caso de Lugo, 14 para A Coruña y 15 en Ourense.
| Figura 10. “Estrategia 1”. Energía Final. Demanda y consumo (Kwh/m2año). | Figura 11. “Estrategia 1”. Energía primaria (Kwh/m2año). |
En segundo lugar, la “estrategia 2” aportaría mayores ahorros pero también sería la inversión más cara. Estaría formada por carpintería de PVC, bajo emisivo 8/10/8, SATE 15cm fachada y cara inferior forjado, 16cm cubierta y sistema eficiente de iluminación.
En zonas climáticas como C2 y D1 debido a una mayor severidad climática de invierno, se puede seguir reduciendo la demanda de calefacción implementando mayores soluciones sobre la envolvente tal y como se ve con respecto a la “estrategia 1”. Esto aportaría una reducción de 20 Kwh/m2año por lo que aún existe margen de mejora admisible. En cambio en zonas climáticas C1, esas mejoras sólo supondrían un ahorro de 3Kwh/m2año por lo que es más interesante implemenar soluciones en aspectos de iluminación donde si que se alcanzaría ahorros de 20 Kwh/m2año.
Una correcta combinación de mejoras en la envolvente, en la estanqueidad e iluminación permiten que un edificio existente se aproxime a las premisas de un edificio de consumo casi nulo.
| Figura 12. “Estrategia 2”. Energía Final. Demanda y consumo (Kwh/m2año). | Figura 13. “Estrategia 2”. Energía primaria (Kwh/m2año). |
Conclusiones
La realización del proceso comparativo de rehabilitación energética entre tres edificios idénticos ubicados en zonas climáticas distintas permite establecer las siguientes conclusiones:
- Una rehabilitación eficiente debe comenzar con un exhaustivo análisis que aporte un diagnóstico energético concreto. Las pruebas más determinantes son la toma de termografías y ensayos de estanqueidad “blowerdoor”.
- Las infiltraciones de aire no controladas son la mayor patología energética en edificios existentes ya que provocan una elevada demanda de calefacción. La sustitución de carpinterías existentes permite reducir las infiltraciones y conseguir importantes ahorros de consumo de calefacción como mejoras en el confort de los usuarios.
- Un factor determinante en una rehabilitación energética es el clima, por lo que la misma estrategia en una zona puede no aportar beneficios en otra.
- La intervención con aislamiento de las caras inferiores de los forjados en contacto con el exterior y en las caras superiores de los forjados en contacto con espacios no acondicionados aporta ahorros de hasta un 20%. En cambio, las intervenciones en fachadas son más costosas y los ahorros no superarían el 10%.
- Los valores límite de demanda y consumo en edificios rehabilitados NZEB, deberá tener niveles propios de cada zona climática y nunca un valor tipo como en el Passivhaus.
- Para alcanzar edificios de consumo casi nulo rehabilitados será necesario introducir mejoras en las instalaciones, implementando soluciones más eficientes y de energías renovables. Es necesario la introducción de instalaciones fotovoltaicas para eliminar el consumo eléctrico.
Referencias
- BOE del 20 de septiembre de 1971, por el que se convoca el concurso público para la construcción de 73 colegios nacionales de Educación General Básica en Galicia.
- Capdevila, I., Linares, E. & Folch, R., 2012, Eficiencia energética en la rehabilitación de edificios.
- Erhorn-Kluttig, H. & Erhorn, H., 2016, Solutions sets for zero emission / Zero energy school buildings.
- Granados, H., 2010, Restauración y rehabilitación, Rehabilitación energética de edificios.
- Linares, P., 2012, Rehabilitación sostenible de viviendas históricas en Santiago de Compostela.
- Serrano, B., Soto, L., Ortega, L. & García-Prieto, A., 2013, DTIE 18.01 Rehabilitación energética de la envolvente térmica de los edificios.