Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Pedro Ramírez Perea, Arquitecto
Resumen
Los sistemas de cálculo tienden a precisar al máximo el resultado incorporando cada vez más detalles. Es lo ideal para acabar proyectos pero, la opacidad intrínseca del software y de los procesos complejos, deja un vacío cada vez mayor en las fases previas, donde se trabaja a ciegas queriendo evaluar parámetros básicos como compacidad y orientación. La fascinación por la realidad virtual, a pesar de las necesarias simplificaciones, hace que los procedimientos simplificados contenidos en la norma ISO 13790 estén condenados a la extinción, pero ¿tiene sentido desperdiciar la experiencia previa? siguen siendo útiles en otras fases como herramienta de predimensionado, a efectos de determinar el orden de magnitud global.
Necesidad
El cambio al carácter prestacional del actual Documento Básico HE conlleva la necesidad de control cualitativo y cuantitativo desde el inicio del proyecto considerando todos los aspectos implicados, sobre todo los formales aunque sea de modo simplificado. La anticipación es fundamental para poder evaluar las decisiones que afectan a los niveles prestacionales global y transversalmente a la vez que se estudian otras prestaciones, otros objetivos y su coste.
Las herramientas de apoyo deben ser sistemas abiertos que aporten información de ida y vuelta, con las que poder calcular en ambos sentidos, deben permitir la deducción además de la comprobación y, por supuesto, la comparación y el análisis.
Cada fase de proyecto necesita la herramienta adecuada y un nivel de precisión acorde que sirva para acotar el margen de corrección correspondiente a la fase posterior. Las herramientas de apoyo son más necesarias cuando más incertidumbre hay, con el papel en blanco, cuando hay que tomar las decisiones fundamentales. Las simulaciones con programas informáticos sirven para confirmar, con la arquitectura definida, si las decisiones previamente adoptadas han sido acertadas o no, estando en el mejor de los casos a tiempo para realizar correcciones razonables.
Si tenemos que construir edificios con consumo de energía casi nulo tendremos que dominar el tema del mismo modo que somos capaces de hacer edificios con colapso estructural casi nulo.
Objetivos
El número gordo
Aproximación inmediata al resultado, a un entorno de valores acotado, desde parámetros formales y en términos de proporción, con la posibilidad de comparar directamente alternativas haciendo tangible de forma global cuánto repercute cada parte en el total y cuánto afecta modificar cada parámetro, permitiendo evaluar una idea o un simple croquis en una servilleta de papel. Mapas frente a navegadores GPS.
Gráficos y tablas frente a software. Sistema abierto frente a proceso lineal y cerrado, posibilidad de invertir el procedimiento y convertirlo en deductivo, en estímulo creativo, al contrario que los habituales protocolos que buscan el resultado objetivo a partir de una infinidad de parámetros, ofreciendo un resultado preciso pero con un margen de incertidumbre infinito a ambos lados del mismo en relación a lo que puede afectar la modificación de cada uno de los parámetros introducidos al inicio.
Propuestas
Propuesta 1. Los números gordos de la demanda de climatización en viviendas
Números gordos desde el balance estacional, ayuda al diseño, procedimiento deductivo. Mapa de arquitecturas posibles. Aprovechando la simplicidad del balance estacional que tiene un proceso ramificado en su mínima expresión, por parejas, sólo hay que decidir un parámetro para deducir el otro de forma inmediata.
En el primer paso, en modo deductivo, hay que decidir la constante temporal que está afectada por parámetros que probablemente son los que buscamos por lo que puede que haya que repetir el proceso eligiendo otra constante temporal si la masa como único parámetro libre no ofrece soluciones viables, esto puede ser significativo con reducciones de demanda elevadas. Lo razonable es proceder por rangos con cierto margen para acotar la situación.
Propuesta 2. Mapa de España de la calificación de la eficiencia energética en los edificios de uso residencial
Mapa numérico desde el balance mensual, números gordos por aproximación en catálogo de referencias. Se ofrece un repertorio de situaciones genéricas que sirve de referencia para la gran mayoría del parque residencial. Si pensamos en medidas de mejora, que implican anticipación, comparación y valoración, al intervenir en edificios existentes donde las posibilidades reales de modificación de la forma o la influencia de la orientación son escasas (las más de las veces serán casi nulas) y teniendo en cuenta que para la determinación de la demanda reglamentaria en viviendas son estándar las condiciones climáticas, los perfiles de uso, las exigencias de ventilación, y las transmitancias límite, ¿por qué no conocer previamente sus posibilidades? ¿por qué no disponer de un mapa de referencia donde poder comparar de forma inmediata situando los valores en la escala correspondiente?
Los sistemas constructivos seleccionados se han denominado por normativa o periodos en los que su utilización ha sido habitual. El criterio de selección se basa en analizar edificios masivos, edificios con cámaras de aire y edificios con aislamiento térmico en distintas posiciones y espesores. Las transmitancias utilizadas son valores límite o de referencia lo que permite situar en el mapa cualquier otro caso por interpolación. Es interesante observar las diferencias, sin olvidar que en este tipo de cálculos no hay relaciones lineales simples, se puede hacer una estimación aproximada, por comparación, de la repercusión de cada parte del edificio en la demanda global. De este modo no se pierde la simulación del comportamiento dinámico y el efecto del balance mensual de ganancias y pérdidas. La aproximación mejora con la altura y el grosor. Se dan las siguientes situaciones:
- Para una altura fija la variación de grosor indica la variación de la repercusión en planta de los elementos verticales (transmisión más radiación, incluyendo los puentes térmicos) y del suelo (éste último cambia algo la transmitancia). De este modo cuando el grosor tiende a infinito la repercusión de estos tiende a cero, por lo que la demanda tiende a ser constante resultado de la cubierta, las ganancias internas y la ventilación. Si se duplica el grosor la repercusión en planta de los elementos verticales se reduce a la mitad por lo que la diferencia entre las demandas se aproxima a la repercusión de los elementos verticales del más gordo.
- Para un grosor fijo la variación de altura muestra la variación de la repercusión en planta de los elementos horizontales (cubierta y suelo). Por tanto cuando la altura tiende a infinito la repercusión de estos tiende a cero y la demanda tiende a ser constante, resultado de los elementos verticales, las ganancias internas y la ventilación. Si se duplica la altura la repercusión en planta de los elementos horizontales se reduce a la mitad por lo que la diferencia entre las demandas se aproxima a la repercusión de los elementos horizontales del más alto.
- Si grosor y altura tienden a infinito el valor residual se debe a las ganancias internas y a la ventilación.
- Para analizar los cerramientos verticales (incluyendo puentes térmicos), los huecos (incluyendo la radiación difusa) y la radiación directa hay que comparar con los resultados que tienen igual grosor y altura. La repercusión de la radiación directa se deduce directamente comparando contra la solución que no tiene. La repercusión de huecos y opacos se deduce comparando las soluciones que no tienen radiación directa y tienen distinto porcentaje de huecos, la diferencia entre ellos es un 25% de superficie que en un caso es opaco y en el otro hueco, es suficiente una regla de tres.
- Para pasar la repercusión de los elementos verticales de m2 útil a m2 de fachada hay que multiplicar por el grosor. Para pasar la repercusión de los elementos horizontales de m2 útil a m2 neto hay que multiplicar por la altura.
Consideraciones
Balance estacional
El procedimiento utilizado es conservador y funciona mejor en la situación de invierno que en la de verano (en cuanto a la tendencia de los resultados), y mejor en los climas fríos que en los cálidos (en cuanto a la aproximación). En refrigeración la dispersión es más irregular pero relativamente pequeña en valor absoluto. Para la situación de verano la anticipación es menos trascendente porque, a efectos reglamentarios, no hay mucho donde actuar y puede ser casi al final. Para aproximarse al resultado del procedimiento general, en la situación de invierno, el cálculo debe corregirse ya que en el balance estacional no se considera el efecto de intermitencia nocturna que se produce al modificar las temperaturas de consigna.
Balance mensual
Las desviaciones significativas se producen en la franja de grosor V/AM= 1,5 con demandas de calefacción claramente superiores a las del procedimiento general en los casos de una planta e inferiores en los casos con cuatro o más plantas y mucha ganancia solar.
Conclusión
El espesor de los cerramientos puede variar significativamente en función de las circunstancias de cada caso, no se puede esperar al final para conocer la superficie útil realmente disponible y no se puede realizar una simulación dinámica con cálculo horario sin conocer qué se simula, sobre todo cuando la superficie útil es dato de partida y referente para los resultados al repercutir en planta. Son necesarios sistemas de aproximación que permitan romper el círculo vicioso con anticipación, en las primeras etapas del proyecto, fijando un claro orden de magnitud para cada uno de los aspectos relacionados evitando modificaciones significativas posteriores y el tedioso sistema de prueba y error a base de dar palos de ciego.
Bibliografía
- Código Técnico de la Edificación. Documento Básico DB-HE Ahorro de Energía. (2013).
- UNE-EN ISO 13790:2011 Eficiencia energética de los edificios. Cálculo del consumo de energía para calefacción y refrigeración de espacios. ISO 13790:2008. (2011).
- Los números gordos de la demanda de climatización en viviendas. Ramírez Perea, Pedro (2013).
- Mapa de España de la calificación de la eficiencia energética en los edificios de uso residencial. Ramírez Perea, Pedro (2013). (En proceso de revisión y actualización).