Ejemplo de aplicación del DB-HE 2019: vivienda unifamiliar mínima

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03/11/2020

La última modificación del documento básico de ahorro de energía DB-HE 2019 incorpora el control de nuevos parámetros e indicadores. Algunos de ellos hacen referencia a la propia composición volumétrica y formal del proyecto, por lo que es importante, conocer la manera en la que estas primeras decisiones en el diseño del edificio pueden facilitar el cumplimiento de estas exigencias de ahorro energía marcadas desde Europa con este ejemplo de aplicación del DB-HE en un proyecto.

El nuevo DB-HE 2019 concreta que el edificio de consumo de energía casi nulo es aquel edificio, nuevo o existente, que cumple con las exigencias reglamentarias establecidas en el Documento Básico “DB-HE Ahorro de Energía”, en lo referente a la limitación de consumo energético para edificios de nueva construcción. Es decir, todos los edificios nuevos que se construyan de acuerdo con el DB-HE 2019 serán edificios de consumo de energía casi nulo, así como también los edificios existentes que cumplan los niveles de edificios nuevos en los indicadores de consumo de energía primaria

En este sentido, el Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana, bajo el criterio de la Dirección General de Agenda Urbana y Arquitectura, está editando una serie de ejemplos prácticos que muestran la aplicación del DB-HE siguiendo el orden lógico que requiere la elaboración de un proyecto de edificación, con las casuísticas más habituales y tratando distintos usos edificatorios.

A continuación os ofrecemos un resumen del primer ejemplo de aplicación del DB-HE 2019 como parte de La Guía de aplicación del DB-HE 2019 Ejemplos Prácticos basado en la vivienda unifamiliar mínima.

Ahorro energético y estructura del DB-HE

El ahorro energético o de eficiencia energética en la edificación se refiere al consumo energético de los edificios, o lo que es lo mismo, la energía necesaria para el funcionamiento de sus sistemas activos. De todos ellos, la limitación normativa afecta a los que suponen un gasto más significativo, como calefacción, refrigeración, iluminación (en edificios de uso distinto al residencial privado), ventilación y renovación del aire interior, y preparación de Agua Caliente Sanitaria.

Este consumo de energía hace referencia a la demanda energética o cantidad de energía necesaria para mantener unas condiciones de confort y por otra parte a la eficacia o rendimiento de los sistemas empleados para satisfacer la demanda energética específica para desarrollar la actividad propia de cada uso.

Reducción del consumo energético

Los tres pilares que fundamentan las estrategias que buscan la reducción del consumo energético se basan, en primer lugar, en la reducción de la demanda, ya que necesitamos edificios eficientes que requieran del mínimo de energía para su actividad ordinaria.

También se basan en la necesidad de incorporar sistemas y tecnologías eficientes, que satisfagan las demandas con el mínimo consumo energético. Y por último, tenemos la incorporación de fuentes renovables, siendo en algunos casos necesarios producirlas dentro del edificio o en su entorno más próximo.

Soluciones que optimicen la eficiencia

Así, se aplicarán soluciones que optimicen el comportamiento de los sistemas implicados, como:

  • El control sobre la orientación del edificio.
  • Definición formal del proyecto, volumetría y compacidad, posición y proporción de huecos en cada orientación.
  • Control de las pérdidas y ganancias por la envolvente.
  • Composición de cerramientos y soluciones específicas en puentes térmicos.
  • Tratamiento de huecos en cuanto a su composición y a las protecciones solares fijas y móviles que incorporan.
  • Control de la estanquidad de la envolvente.

Y respecto al rendimiento de los sistemas activos del edificio será necesario:

  • Dimensionado y cálculo adecuado de los equipos.
  • Elección de aquellos que presentan una mejor relación de energía entregada respecto a la consumida, considerando también un valor racional de coste.
  • Centralización y aprovechamiento del factor de escala.
  • Incorporación de sistemas de gestión y control que ajusten el consumo a la demanda real atendiendo a criterios de ocupación y uso efectivo de los espacios.

Teniendo en cuenta que los edificios deben contribuir en la producción de la mayor parte de la energía que demandan, y que debe provenir prioritariamente de fuentes de energía renovables para reducir la huella de carbono, habría que priorizar las fuentes de energía renovables. Y entre ellas, principalmente, las limpias, las de proximidad o las gratuitas o más baratas.

Ejemplo de aplicación del DB-HE: Vivienda unifamiliar mínima

El primer ejemplo de aplicación del DB-HE 2019 de las guías editadas por el Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana, bajo el criterio de la Dirección General de Agenda Urbana y Arquitectura, se orienta a una vivienda familiar mínima, de dimensiones reducidas y con una geometría sencilla y regular con el fin de que los cálculos o desarrollos propuestos resulten más fácilmente comprensibles.

El edificio se plantea sobre un volumen constante en todas las variantes y opciones de estudio, y simétrico en los ejes del espacio x e y. Sobre esta volumetría constante, se plantea el estudio de tres variantes concretas y dentro de ellas diferentes configuraciones (en total 5 modelos de estudio). El análisis se realiza simultáneamente para las cinco configuraciones y permite comprobar las diferentes opciones de aplicación del DB HE, principalmente en la exigencia HE1 de control sobre la demanda energética.

Simultáneamente al desarrollo del cálculo manual, se ha procedido al levantamiento de cada una de las opciones en la herramienta unificada Lider Calener (HULC1). Esto permite no solo comparar resultados, sino también utilizarla en los cálculos más complejos. Es el caso, por ejemplo, de los datos de consumo de energía primaria no renovable (Cep,nren) y primaria total (Cep, tot), sobre los que la sección HE0 limitación del consumo energético, establece unos valores límite.

Por último, y aunque no es el objetivo de la guía, en el apartado del capítulo de Ayudas, se ofrecen algunas recomendaciones respecto al levantamiento en HULC de este edificio considerando sus características y particularidades. La intención es que se pueda replicar la simulación en el programa y que los resultados sean similares y coherentes a los expuestos.

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Información general

Para llevar a cabo el ejemplo se ha considerado un edificio de obra nueva en un clima sesgado de invierno como es el de la localidad de Albarracín, en Teruel, a 1.200 metros sobre el nivel del mar.

La vivienda se organiza en tres niveles, que serán tomadas en consideración como objeto de estudio como tres opciones:

  • Un primer nivel bajo rasante, con una cámara sanitaria que evita el contacto de la planta baja con el terreno.
  • Un segundo nivel que se corresponde con la planta baja y que alberga el programa principal de la vivienda.
  • Un tercer nivel que es la planta del bajo cubierta.

Arquitectura y definición geométrica

En el siguiente apartado de la guía, referido a arquitectura y definición geométrica, se establecen, además de los conceptos previos, la situación y orientación, plantas, secciones y alzados de cada una de las tres opciones, siempre teniendo en cuenta que se ha procurado una geometría lo más sencilla posible, con medidas regulares y fáciles de recordar.

La razón de esta simplificación es intentar facilitar la comprensión de los cálculos de la geometría de plantas, volúmenes y cerramientos, con el fin de reducir al mínimo las consultas a la planimetría. Esto facilita el manejo de estas dimensiones en tablas y gráficos para las diferentes opciones de configuración que se proponen.

El siguiente paso es detallar la composición en planta, secciones y alzados de cada una de las tres opciones analizadas, teniendo en cuenta que se trata de una construcción con sus cuatro fachadas expuestas a las condiciones exteriores. El acceso a la vivienda se produce por la fachada oeste y la volumetría es limpia, con un único ornamento en la fachada sur consistente en una visera y costados de protección solar.

Definición constructiva

En cuanto a la definición constructiva se refiere, en la guía se detallan los cerramientos que componen la envolvente y particiones del edificio, al tiempo que se ordenan las soluciones asimilables a las empleadas en los diferentes puentes térmicos del edificio, de acuerdo a la clasificaicón que se establece en el documento de ayuda DA DB-HE / 3 Puentes térmicos.

Así, la vivienda se organiza mediante muros de carga estructural, cuya parte resistente está formada por el aparejo de fábrica de ladrillo de un pie de espesor. El acabado exterior consiste en sistema de aislamiento térmico por el exterior (SATE), compuesto de una hoja de EPS y el correspondiente acabado de mortero.

El trasdosado interior se compone mediante perfilería metálica y doble hoja de placa de yeso laminado. La cámara de aire que forma el trasdosado es de 5 cm y la cubierta es de planos inclinados, a cuatro aguas y cobertura de teja curva tradicional.

El procedimiento de cálculo detallado de las transmitancias de cada cerramiento se puede consultar en el DA DB-HE / 1 Cálculo de parámetros característicos de la envolvente. Además, se establece el modelo de puentes térmicos empleados, según catálogo DA DB-HE / 3.

Acondicionamiento y preparación de ACS

Atendiendo a las condiciones climáticas de la zona en donde teóricamente se encuentra la vivienda, así como las opciones más adecuadas en cuanto a las fuentes de energía a utilizar, se propone un sistema mixto de calefacción-ACS con el equipo de producción compartido. La producción de energía térmica se realiza mediante una caldera de biomasa que puede atender ambos servicios.

La distribución de energía térmica a los espacios, para el sistema de calefacción, se realiza mediante circuitos ida-retorno que impulsa el agua a 45º C. En este caso se ha optado por una solución de suelo radiante.

Por otra parte, el sistema de ACS dispone de un acumulador de 100 litros, y 150 litros para la opción de mayor demanda diaria, donde se prepara a 60º C mediante intercambiador alimentado desde la caldera de biomasa. Dadas las condiciones climáticas de la zona, no se ha previsto un sistema de refrigeración, pero sí un sistema de ventilación híbrido que cumple con las características recogidas en el documento básico de salubridad HS 2 “Calidad del aire interior”. Así, se realizan las admisiones naturales a través de aireadores situados en las carpinterías de los huecos de los “locales secos”, es decir, dormitorios, salones y zonas de estar. Las extracciones se realizan de forma mecánica desde los cuartos húmedos de la vivienda, es decir, cocinas, baños y aseos.

Cumplimiento de las exigencias

El ejemplo analizado realiza un recorrido por todas las exigencias que son de aplicación, calculando los parámetros específicos de acuerdo con las características del edificio y así poder comprarlos con los valores límite o de refencia. En paralelo, se han simulado las distintas configuraciones en HULC.

En este sentido, las condiciones para el control de la demanda energética son la exigencia con un mayor número de requisitos y probablemente la que ha sufrido una mayor transformación. Varios de los requisitos se ven afectados por decisiones que se toman en el origen del proyecto y que están relacionados con la configuración y morfología del edificio. Conviene, por tanto, evaluar desde el inicio las consecuencias de alguna decisiones que se toman en las primeras fases del proyecto.

La principal novedad de la exigencia que establece las condiciones para el control de la demanda energética (HE1), es que desaparece el control explícito sobre los valores de demanda. Respecto a la nueva estructura del DB HE1, recordemos que ordena la cuantificación de la exigencia en tres bloques principales:

  • Condiciones de la envolente térmica.
  • Limitación de descopensaciones entre unidades del mismo uso o de su diferentes.
  • Limitación de condensaciones (intersticiales) en la envolvente térmica.

En primer lugar, se realiza una descripción completa de la posición, geometría y composición de cada uno de los elementos de la envolvente térmica del edificio en cada uno de los 3 casos de estudio. Para reducir las variables posibles, la composición inicial de los cerramientos será la misma en las tres opciones y simplemente varía la geometría local de los cerramientos de cada planta y la definición de los espacios incluidos dentro de la envolvente térmica del edificio. En todo caso, la volumetría global del edificio se mantiene constante.

Envolvente térmica

En cuanto a la envolvente térmica se refiere, atendiendo a la caracterización de los diferentes espacios y a su inclusión o no dentro de la envolvente térmica que se defina en cada variante, se analizan diferentes configuraciones para cada opción.

A continuación, se comprueban cinco requisitos que afectan a la térmica del edificio y que le son de aplicación por su uso (residencial privado) y alcance de la intervención (proyecto de obra nueva). Y posteriormente se analiza la limitación de descompensaciones y la limitación de condensaciones de la envolvente térmica.

Como conclusión, se advierte que el control sobre la demanda energética se realiza mediante requisitos que favorecen el mejor comportamiento pasivo del edificio. Estos requisitos afectan a las pérdidas y ganancias de calor a través de la envolvente, a la capacidad del edificio para controlarla radiación solar a través de huecos, a la permeabilidad al paso del aire a través de la envolvente térmica (opacos y huecos) y a la presencia de condensaciones intersticiales en los cerramientos que puedan menoscabar sus prestaciones.

Por todo ello, existe un amplio margen para el proyectista a la hora definir la envolvente térmica tanto constructivamente, como en su propio trazado y relación con los espacios de su entorno.

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Instalaciones térmicas y de iluminación

Respecto a las condiciones de las instalaciones térmicas del edificio propuesto, las condiciones se recogen en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), que afectan a los sistemas de calefacción y producción de ACS y sistema de ventilación. En concreto, afectan a requisitos orientados al rendimiento energético, distribución de calor y frío, regulación y control, y contabilización de consumos.

En cuanto a las condiciones de las instalaciones de iluminación, por tratarse de un edificio nuevo y de uso residencial privado, existen diferentes exclusiones. A pesar de la “no exigencia” de este apartado, el informe determina que es necesario aprovechar en la medida de lo posible la iluminación natural, disponiendo de fuentes de iluminación artificial de óptimo rendimiento, lo que contribuirá a un menor gasto energético en el edificio.

Energía renovable para ACS

En el ejemplo propuesto se observa que tanto la opción 1 como la 2 no alcanzan el valor mínimo de demanda de 100 litros/día, por lo que esta exigencia no se aplica en estos dos casos. En la opción 3, la demanda de ACS es de 112 litros/día y, por tanto, en este caso se comprueba que la contribución mediante fuentes de energía renovables en la preparación de ACS alcanza o mejora el valor límite normativo. La contribución de energías renovables en este caso, al ser la demanda inferior a 5000 l/d, será como mínimo del 60% de la energía necesaria. Por tanto, la fuente renovable elegida es la biomasa densificada en formato pellets, destinados a la combustión en caldera.

Además, en la contribución renovable mínima para ACS y/o climatización de la piscina se hace alusión a que sobre el valor de demanda inicial se estiman unas pérdidas por acumulación, transporte y recirculación del 10%. Y tras los cálculos oportunos se informa que la energía primaria renovable total supone un 92,36 % de la energía primaria total consumida en este servicio. Como es un porcentaje superior al 60% mínimo establecido, se cumple el requisito de contribución mínima de energía renovable en la preparación y producción de ACS.

En este edificio en concreto no se exige que incorpore la instalación de producción de energía eléctrica procedente de fuentes renovables.

Limitación del consumo energético

Debido a la complejidad de los cálculos que es preciso realizar en este apartado, se recurre a los valores obtenidos mediante simulación del modelo en HULC. Tras el estudio se concluye que las mayores dificultades se encuentran en la opción 1, donde el volumen acondicionado se encuentra exclusivamente en la planta baja. Algo parecido ocurre en la opción 2 respecto al control de la demanda.

La mayor carga de calefacción y refrigeración se producen también en la planta baja, por ser donde se dispone del mayor numero de huecos y de mayor superficie. En consecuencia, cuando consideramos como único espacio acondicionado el de la planta baja, el reparto de demanda y consumos asociados por unidad de superficie resulta más desfavorable. En las opciones 2 y 3 resulta más equilibrada.

Sección de ayudas

En la sección de Ayudas se habla del levantamiento del modelo en HULC, cálculo de transmitancias, y cálculo y comprobación de las condensaciones intersticiales. Así, se procede al cálculo de varios cerramientos, un caso general de contacto con el exterior y varios cerramientos singulares de contacto con espacios no habitables.

Por último, se concluye que, para las condiciones exteriores e interiores establecidas, no se producen condensaciones intersticiales en ninguna de las capas que forman el cerramiento analizado.

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