Orientación de fachadas y porcentaje de huecos; parámetros olvidados de la eficiencia energética

Con frecuencia la eficiencia energética de los edificios se centra en aspectos como la incorporación de energías “limpias” o sistemas más o menos eficientes o la disponibilidad de protección térmica (aislamiento) o protección solar y desgraciadamente se omiten algunos parámetros básicos, como la orientación de las fachadas y el porcentaje de huecos, que solo pueden tomarse en consideración en fases iniciales del diseño arquitectónico.

En este artículo trataremos de analizar dos aspectos que deberían tomarse en consideración al principio de cualquier proyecto y que hacen referencia a la orientación dominante de las aberturas, el porcentaje de superficie de aberturas en función de la diversidad climatológica.

Metodología

Para este estudio tomaremos un recinto muy simple de 4×3 m  que proporcionan una superficie de 12 m2 y 3 m de altura lo que proporcionará un volumen de 36 m3.

Para simplificar el cálculo y hacer más evidente el impacto de la orientación se considerará que solo una superficie de 4×3 m constituye la fachada y está expuesta al exterior todas las otras superficies se consideran adiabáticas.

Perfiles ocupacionales

Se utilizan los perfiles ocupacionales definidos en el Anejo D: Condiciones Operacionales del Documento Básico HE : Ahorro de Energía (borrador de 2018).

Para la infiltración de aire se ha considerado una tasa de 0,2 ACH de forma constante a lo largo de todo el año

Una infiltración adicional durante las noches de verano de 4 ACH

Una ventilación con un caudal de 4 l/s/persona.

Una vez definido el módulo de estudio se efectuaran los cálculos de demanda energética de calefacción y refrigeración en 4 emplazamientos climáticos (Barcelona / Madrid/ Burgos Sevilla) para representar diferentes severidades climáticas.

Para el cálculo se ha usado el motor de cálculo Energy Plus con OpenStudio como interfaz de entrada y la herramienta JEplus para los cálculos paramétricos.

Los parámetros considerados son 4 emplazamientos, 6 porcentajes de huecos, 8 orientaciones lo que conduce a 192 simulaciones.

Resultados

Para el análisis se consideran como parámetros las demandas de calefacción y refrigeración.

Resultados para Barcelona

Conclusiones

• En todos los casos la demanda conjunto de calefacción refrigeración aumenta con el porcentaje de huecos
• Para cualquier % de huecos la orientación tiene un impacto importante en la demanda energética
• Para % de huecos bajos (10%) la orientación Sur es la que proporciona una demanda conjunta mínima y la Nor-Oeste una demanda máxima
• Para porcentajes de huecos superiores al 10% la demanda mínima se produce con la orientación Norte mientras que las demandas máximas se proporcionan en las orientaciones Oeste y Sur-Oeste

Resultados para Madrid

Conclusiones

• En todos los casos la demanda conjunto de calefacción refrigeración aumenta con el porcentaje de huecos
• Para cualquier % de huecos la orientación tiene un impacto importante en la demanda energética
• Para % de huecos bajos (10%) la orientación Sur es la que proporciona una demanda conjunta mínima y la Nor-Oeste una demanda máxima
• Para porcentajes de huecos medio del 20 al 40% la demanda mínima se produce con la orientación Sur o Norte mientras que las demandas máximas se proporcionan en las orientaciones Oeste y Sur-Oeste
• Para porcentajes de huecos elevados del 50 al 60% los valores mínimos de demanda se proporcionan en la orientación Norte y los valores máximos de demanda se producen en las orientaciones Oeste y Sur-Oeste

Resultados para Burgos

Conclusiones

• En todos los casos la demanda conjunto de calefacción refrigeración aumenta con el porcentaje de huecos
• Para cualquier % de huecos la orientación tiene un impacto importante en la demanda energética
• Para cualquier % de huecos la orientación Sur es la que proporciona una demanda conjunta mínima y mientras que los valores máximos de demanda se obtienen en las orientaciones Sur-Oeste u Oeste o Nor-Oeste (según el porcentaje de huecos)
• Cabe destacar que para porcentajes de huecos superiores al 30% la orientación Norte es menos perjudicial que las adyacentes.

Resultados en Sevilla

Conclusiones

• En todos los casos la demanda conjunto de calefacción refrigeración aumenta con el porcentaje de huecos
• Para cualquier % de huecos la orientación tiene un impacto importante en la demanda energética
• Para cualquier % de huecos la orientación Norte es la que proporciona una demanda conjunta mínima y mientras que los valores máximos de demanda se obtienen en las orientaciones Sur-Oeste u Oeste o Nor-Oeste (según el porcentaje de huecos).

Consideraciones finales

• El binomio orientación y porcentaje de huecos tiene una influencia importante en la demanda energética anual de los edificios.
• Un aumento “excesivo” de huecos incluso “bien” orientados conduce a un aumento de la demanda energética por lo que los diseñadores harían bien en moderar estos “excesos”.
• No existe una orientación que pueda considerarse como “preferible” para todas las climatologías estudiadas, para cada caso se debe analizar con precaución los porcentajes de huecos en función de cada orientación.
• Un parámetro consistente en el valor medio de las transmitancias térmicas (como el valor K propuesto por el borrador del DB HE versión 2018 ) como no contempla la orientación del edificio no puede en ningún caso ser utilizado como parámetro para limitar la demanda energética, otros países abandonaron hace años esta pretensión (por ej el valor U_bat de las antiguas versiones de la reglamentación francesa)

Las conclusiones anteriores son válidas en el contexto del caso de estudio con las hipótesis anteriormente consideradas.

Los cálculos efectuados no toman en consideración el efecto que tienen diferentes protecciones solares o protecciones térmicas (aislamiento) o diferente gestión de la ventilación, presencia de varias orientaciones con porcentajes de huecos distintos,… que podrían mitigar o compensar las deficiencias de una mala selección del trinomio huecos/orientación/ clima pero se pone en evidencia que en fases iniciales del proyecto hay algunos parámetros que los diseñadores harían bien de tener presentes desde una perspectiva energética para no tener al final que revertir mediante otras técnicas los efectos de un diseño energéticamente ineficiente.