¿Es útil el aislamiento térmico para reducir la demanda de refrigeración?

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aislamiento termico reducir demanda de refrigeracion
14/01/2022

Es bien conocido que uno de los métodos más eficaces para reducir la demanda de calefacción es disponer de un elevado aislamiento en la envolvente del edificio. En algunas ocasiones este elevado aislamiento es cuestionado por algunos técnicos considerando que podría no ser útil o contraproducente para reducir la demanda de refrigeración.

Es bien cierto que para reducir la demanda de refrigeración los elementos claves son la protección solar y la adecuada gestión de la transferencia de aire (infiltración, ventilación natural, ventilación mecánica).

No trataremos en este artículo de la relación coste beneficio (económico / medio ambiental) que pueda tener cada una de las medidas (protección solar / gestión de la transferencia de aire / aumento del nivel de aislamiento) por lo que de este articulo no se podrá concluir que medida es la prioritaria a adoptar ya que esta es una cuestión que solo puede abordarse caso por caso.

En este articulo trataremos de demostrar cuantitativamente que un nivel elevado de aislamiento es beneficioso desde un punto de vista de la reducción de la demanda de refrigeración y en ningún caso es inútil y mucho menos contraproducente.

Método: ejemplo de vivienda con poca demanda de refrigeración

Consideraremos una vivienda intermedia de un edificio plurifamiliar para que sea representativo de una vivienda con poca demanda de refrigeración (no la última planta de un edificio) y calcularemos la demanda de refrigeración con varios niveles de aislamiento (de cero a 20 cm de aislante) considerando las cuatro orientaciones principales (Sur / Oeste / Norte/ Este) y emplazado en cuatro ubicaciones geográficas del estado español (Barcelona / Madrid / Las Palmas / Sevilla).

Para la ceración del modelo geométrico se ha usado Sketchup para la modelización energética se utiliza OpenStudio con algunas macros específicas para facilitar la introducción de la ventilación natural controlada y del economizador en el cálculo de la demanda, finalmente se ha usado jEplus para facilitar la generación de las múltiples hipótesis de cálculo (5 niveles de aislamiento * 4 orientaciones * 4 emplazamientos = 80 casos) y la posterior tabulación de los resultados para su análisis.

Los resultados se compararán para cada emplazamiento usando como indicador el porcentaje de reducción de la demanda de refrigeración en relación a la que tendría el edificio sin ningún tipo de aislamiento pero que gozase en todos los casos de la máxima protección solar y la optimización de la gestión de la ventilación.

Modelo geométrico

Piso intermedio en una vivienda plurifamiliar entre medianeras con una fachada delantera y una posterior, un patio de luces y un patinejo de ventilación de baños compartidos con otras viviendas del mismo edifico.

  • Superficie Útil: 114,51 m2
  • Volumen: 343.54 m3
  • Fachada delantera: (7.29+0.44)*3= 23.19 m2 con huecos 1,1*2 y 2.7*2 que representan un 32.77% de la superficie.
  • Fachada Posterior: 7.29*3= 21.87 m2 con huecos 1.24*2 y 1.2*2 que representan un 22.31% de la superficie.
  • Fachada patio de luces: (0.88+3.83+2.08)*3=20.37 m2 con huecos 0.9*1.2 y 0.9*1.2 que representan un 10.60% de la superficie.
  • Fachada patinejo ventilación baños: (0.76+1.06+0.76)*3=7,74 m2 con huecos 0.4*0.7 y 0.4*0.7 que representan un 7.24% de la superficie.

Orientación: Se consideran cuatro orientaciones con la fachada principal al Sur/ Oeste / Norte / Este.

ejemplo vivienda calculo aislamiento

Construcciones utilizadas

La descripción de las construcciones utilizadas se detalla en la tabla siguiente:

construcciones utilizadas en la vivienda plurifamiliar

Huecos

Las características térmicas y ópticas de los huecos se detallan en la tabla siguiente:

tabla caracteristicas termicas huecos

Puentes térmicos

Los puentes térmicos lineales y superficiales que se han considerado se describen en la tabla siguiente:

puentes termicos vivienda plurifamiliar

Condiciones del contorno

Las fachadas: delantera, posterior, del patio de luces y del patinejo se consideran exteriores el resto de cerramientos se consideran adiabáticos (en contacto con otras viviendas).

fachadas vivienda baja demanda de refrigeracion

Sombras propias

El edifico dispone de un balcón en la fachada delantera y otro en la posterior que proporcionan cierto sombreamiento sobre la fachada, las paredes que encierran el patio de luces y el patinejo también proporcionaran ciertas sombras en las correspondientes fachadas.

elementos propios sombreamiento fachada

Sombras ajenas

Se considera que los edificios próximos están lo suficientemente lejos para no provocar sombras sobre la vivienda en estudio.

Cargas internas: ocupación

Se consideran unas cargas internas derivadas de la ocupación (personas) con una tasa de ocupación de 20 m2 /persona y una actividad de 70W/personas, el perfil horario sigue el esquema que se describe en el grafico siguiente.

ocupacion ejemplo vivienda plurifamiliar

La ocupación es máxima (400 W y 5,7 personas) por las noches de todos los días, también es máxima los fines de semana y reducida por las mañanas (100 W y 1,4 personas) e intermedia (200 W y 2,8 personas) en las horas centrales de los días laborables.

Cargas internas; iluminación

La iluminación corresponde a un nivel máximo de 4,4 W/m2 durante las horas del anochecer muy reducido durante la noche y mediano en las horas centrales del día.

No hay ninguna diferenciación entre días laborables y fines de semana

iluminacion ejemplo vivienda plurifamiliar

Cargas internas; equipos eléctricos

Los equipos tienen exactamente la misma definición que la iluminación.

Resumen definición de cargas y transferencia de aire (infiltración + ventilación)

En la tabla siguiente se pueden visualizar las definiciones de cargas y tasas de transferencia de aire usadas en la modelización del edificio.

resumen definicion cargas vivienda plurifamiliar

Esta definición de cargas y sus perfiles horarios son idénticos a los que prescribe el DB HE para viviendas.

Transferencia de aire: Infiltración + ventilación mecánica + ventilación natural

Se ha considerado una infiltración de aire constante equivalente a 0,2 ACH durante todos los días y horas del año (línea azul en el gráfico adjunto).

Para la ventilación mecánica se ha considerado un caudal de aire de 4l/s/persona (siguiendo el perfil de ocupación) y el efecto de un economizador de aire en el sistema IdealLoad que se acciona siempre que exista demanda de refrigeración y el aire exterior tenga una temperatura inferior a la temperatura del aire interior (línea roja en el gráfico)

Se ha considerado también una ventilación natural controlada de 4 ACH durante cualquier momento en que la temperatura interior sea superior a 25ºC y que el aire exterior sea mas frio que la temperatura interior (línea verde en el gráfico)

grafico transferencia aire vivienda plurifamiliar

En el formulario adjunto se reproduce la definición de esta ventilación “controlada” para aprovechar las posibilidades de enfriamiento gratuito cuando la temperatura interior tiende a elevarse y simultáneamente el aire exterior tiene capacidad frigorífica.

formulario ventilacion controlada

Esta forma de proceder permite minimizar la demanda de refrigeración mediante la optimización de la transferencia de aire.

Protección solar

Se ha considerado un sistema de protección solar que consiste en reducir en un 70% el factor solar del hueco siempre que la temperatura interior suba por encima de 25ºC y que la radiación solar incidente sobre el hueco exceda de 75 w/m2 de esta forma se maximiza la protección solar en aquellos momentos que sea precisa para reducir al máximo la demanda de refrigeración sin afectar a la demanda de calefacción.

formulario proteccion solar

En el gráfico adjunto se pone en evidencia como se reduce la transmitancia solar de un hueco cuando la radiación solar es superior a 75 w/m2 y la temperatura interior asciende por encima de 24ºC

grafico temperatura vivienda plurifamiliar

Temperaturas de consigna

Se ha considerado una temperatura de consigna constante de 26ºC para refrigeración y de 20ºC para calefacción.

grafico temperaturas consigna vivienda plurifamiliar

Climatología

Se han considerado tres climas para el cálculo representativos de las zonas Sevilla / Madrid / Las Palmas / Barcelona.

mapa espana zonas climaticas

Cálculo demanda energética

Se efectúa el cálculo de la demanda energética tanto para calefacción como para refrigeración para cada uno de los casos en estudio (emplazamiento / orientación y nivel de aislamiento) considerando una temperatura de consigna constante de 20ºC para calefacción y de 26ºC para refrigeración.

Inclusión del sistema Ideal Load para el cálculo de la demanda:

imagen sistema ideal load

En el sistema IdealLoad se ha incluido un sistema economizador que permite aumentar la tasa de aire exterior cuando este es “fresco” en relación al aire interior y el recinto requiere refrigeración, de esta forma se optimiza la gestión de la ventilación para minimizar la demanda de refrigeración.

sistema ideal load economizador

Análisis de resultados

En los gráficos siguientes se puede visualizar el aumento de la reducción de la demanda de refrigeración para cada emplazamiento en función de las diferentes orientaciones y del espesor del aislante utilizado.

grafico demanda de refrigeracion barcelona
grafico demanda de refrigeracion las palmas
grafico demanda de refrigeracion madrid
grafico demanda de refrigeracion sevilla

Conclusiones

Se aprecia claramente que en todos los casos el espesor máximo de aislamiento proporciona la máxima reducción de la demanda de refrigeración por lo que aumentar el aislamiento en los edificios no solo no es contraproducente en régimen de verano, sino que es siempre favorable para reducir la demanda.

El aumento de aislamiento es más eficaz en las orientaciones Este y Oste porque son las que son más desfavorables en régimen de verano desde un punto de vista de reducir la demanda de refrigeración.

En Barcelona y Las Palmas existe una mayor diferenciación entre las orientaciones Este/Oeste en relación a las orientaciones Norte/Sur que en los otros emplazamientos considerados

En las viviendas más expuestas (por ejemplo, bajo cubierta) desde un punto de vista de demanda de refrigeración el efecto beneficioso del aumento de aislamiento se hará todavía más evidente.

aislamiento térmico 

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