¿Passivhaus en el Mediterráneo? Estrategias para mantenerse fresco en una casa pasiva a pie de playa en Castelldefels, Barcelona.

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VIVIENDA PASSIVHAUS CASTELLDEFELS
04/12/2016

Se pronostica una subida importante de temperaturas en la zona Mediterránea en los próximos años [1]. Por tanto, identificar e implementar estrategias eficaces para reducir las temperaturas interiores en los edificios y minimizar las demandas de refrigeración cobra cada vez mayor importancia. Este articulo presenta las estrategias usadas en el diseño de una casa pasiva (Passivhaus) Mediterránea a pie de playa en Castelldefels, Barcelona.

Introducción

Según las modelizaciones climáticas presentadas en el estudio “Study on Climate Change and Energy in the Mediterranean” realizado por el Banco Europeo de Inversiones, los países de la cuenca Mediterránea experimentarán un aumento de entre 3ºC – 6 ºC en las temperaturas medias entre el periodo 2070-2099 (en base al periodo 1961-1990) (Figura 1).

MODELIZACIÓN CLIMÁTICA DE LA CUENCA MEDITERRÁNEA
Figura 1: Modelización climática de la cuenca Mediterránea: variación anual media de las temperaturas del aire en verano (°C), 2070-2099 vs 1961-1990 [1]
La necesidad de dar respuesta a esta situación se ve reflejada en la Directiva Europea 2010/31/EU relativa a los edificios de consumo casi nulo nZEB, que indica lo siguiente: “Debe darse prioridad a las estrategias que mejoren el comportamiento térmico de los edificios en el verano. Con esta finalidad deben propiciarse medidas que eviten el sobrecalentamiento, tales como el sombreado y la suficiente inercia térmica en la construcción de edificios, así como perfeccionar y aplicar técnicas de enfriamiento pasivo (…)” [2]. Este articulo presenta las estrategias usadas para mejorar el comportamiento térmico en verano de una casa pasiva en un clima Mediterráneo.

“Esencia Mediterránea”: casa pasiva a pie de playa

La vivienda, “Esencia Mediterránea,” tiene una superficie útil de 173 m2, sobre dos plantas, ubicada a unos 50 metros de la playa, a 3 m sobre el nivel del mar (Figura 2, Figura 3, Figura 4, Figura 5). Cuenta con un diseño arquitectónico muy acorde con la tradición vernácula Mediterránea. La casa está en proceso de certificación Passivhaus, al haber conseguido un resultado de 0,4/h en el ensayo final de hermeticidad n50.

PB PASSIVHAUS CASTELLDEFELS
Figura 4: Plano planta baja de la vivienda

 

P1 PASSIVHAUS CASTELDEFELS
Figura 5: Plano planta primera

 

VIVIENDA PASSIVHAUS CASTELLDEFELS
Figura 6: Render de la vivienda

El equipo técnico del proyecto se muestra a continuación.

  • Arquitectos: Guillermo Sen, Iciar Sen
  • Arquitecto Técnico: Javier García Garrido – GARCIA & SALA ARQUITECTES SLP
  • Constructora: Jaime Llamas, Pere Linares – HOUSE HABITAT CASA PASIVA SL
  • PHPP, física de edificios, proyecto de ventilación & climatización: Oliver Style, Vicenç Fulcará, Bega Clavero – PROGETIC
  • Certificación Passivhaus y Blower Door: Micheel Wassouf, Martín Amado – ENERGIEHAUS

Estrategias para verano

Las estrategias usadas para mejorar el comportamiento en verano recuperan aspectos tradicionales de la arquitectura vernácula Mediterránea y los combina con soluciones modernas. Para el análisis térmico, se partió de un modelo en PHPP de la vivienda con los requisitos de transmitancias térmicas límites para la zona climática C2 y los caudales de ventilación requeridas por el Código Técnico. A continuación, se resume el impacto de cada solución en la demanda de refrigeración, para llegar al valor límite que pide el estándar Passivhaus para el clima de Barcelona.

Estudio de sombras

Para poder comprobar con mayor precisión el impacto de las estrategias de diseño de cara al verano, se realizó un estudio de sombras con la herramienta termo-dinámica DesignBuilder – EnergyPlus (Figura 7, Figura 8, Figura 9). Los resultados dieron los factores de reducción de sombra por cada ventana, que fueron introducidos a posteriori en la hoja de sombras del PHPP.

Inercia térmica y ventilación natural nocturna

Construcciones masivas que favorecen la ventilación natural cruzada son pieza clave de la arquitectura vernácula Mediterránea. Aunque las viviendas Passivhaus de escasa inercia en climas cálidos han mostrado un muy buen comportamiento en verano [3, 4], está claro que algo de inercia, en combinación con la ventilación nocturna, ayuda para modular las temperaturas interiores y desfasar los picos de calor, mejorando las condiciones de confort y reduciendo el consumo energético.

La vivienda en cuestión se ha construido con un sistema de entramado ligero de madera- por tanto- de escasa inercia térmica. Para incorporar un poco de inercia y potenciar el efecto de la ventilación natural nocturna, se incorporó una capa de 5 cm de mortero y un pavimento cerámico de 1,5 cm en los suelos de ambas plantas, dando una capacidad especifica de 85 Wh/K·m2 de inercia (en comparación con un edificio muy ligero de 60 Wh/K·m2). A través de ventanas oscilo-batientes entre abiertas durante la noche, se generará un caudal mínimo de ventilación nocturna calculada con el PHPP de 0,8/h (ventilación simple, cruzada y de efecto chimenea).

Superficies reflectantes: muros y cubierta

Paredes y cubiertas pintadas blancas es otra característica de la arquitectura Mediterránea. La casa de Castelldefels tienen un revoque exterior de mortero de silicato blanco, y cubierta con pavimento de color blanco, ambos con un factor de absorción solar de α = 40 % (negro α = 95 %). Esto ayuda en reflejar mayor cantidad de radiación solar e impide su transmisión al interior de la vivienda.

Protección solar

Gracias al diseño arquitectónico con balcones retranqueados de la fachada y una extensa copa de árboles que se mantuvo casi en su totalidad, la vivienda cuenta con una buena protección solar. Adicionalmente, cada ventana tiene mallorquinas exteriores y porticones interiores, con persianas exteriores apilables y orientables en la planta baja, aportando una protección adicional. Finalmente, se prescribieron vidrios de protección solar con una capa SGG Planistar en la cara 2 de la hoja exterior, con un factor solar del 36 %.

Aislamiento térmico

El aislamiento térmico reduce las ganancias por transmisión, especialmente por la cubierta. Es importante encontrar un balance entre los grosores de aislamiento necesarias para el invierno y el verano, ya que un grosor excesivo de aislamiento puede impedir la disipación de calor por la envolvente en verano.

En el suelo de la vivienda (sobre forjado sanitario) se incorporó 15 cm de aislamiento de fibra de madera para una U = 0,264 W/m2·K. En fachada se colocó 20 cm de aislamiento de fibra de madera entre montantes de madera, junto con un SATE de fibra de madera de alta densidad de 6 cm, para una U = 0,158 W/m2·K. La cubierta tiene 26 cm de aislamiento de fibra de madera, para una U = 0,152 W/m2·K.

Reducción de infiltraciones indeseadas de aire

La reducción de las infiltraciones indeseadas es una estrategia que viene de climas fríos y templados, en donde la prioridad es reducir las pérdidas por infiltraciones en invierno cuando puede existir una ΔT interior-exterior de 30 ºC. Tendría que haber temperaturas exteriores de 55 ºC para tener la misma ΔT en verano. Sin embargo, la reducción de infiltraciones sirve en climas Mediterráneas costeras con mucha humedad, ya que se reduce la carga de frio latente (permitiendo una reducción de potencia en los equipos de aire acondicionado) y- en menor grado- la demanda de frio latente.

Adicionalmente, las instalaciones mecánicas (ventilación y aire acondicionado) trabajan con mayor eficiencia. En la casa de Castelldefels, al reducir las infiltraciones de 5/h n50 (un valor típico para viviendas de nueva construcción) a 0,4/h, la carga latente se reduce en un 39 % y la demanda de frio latente en un 7%.

Ventilación controlada con recuperación de calor y humedad (entálpica) con bypass automático en verano

La ventilación mecánica controlada de doble flujo con recuperación de calor es otra solución que originó en el centro y norte de Europa. ¿De qué nos sirve en el Mediterráneo en verano? Cuando las temperaturas exteriores suben por encima de la temperatura del confort (> 25 ºC), los usuarios en casas Mediterráneas con aire acondicionado típicamente cierran ventanas y encienden el aire, reduciendo la renovación de aire con consecuencias negativas para la calidad del aire interior. Bajo las mismas circunstancias, un sistema de doble flujo con recuperación de calor y bypass automático de verano, asegura una renovación constante y una alta calidad de aire. Cuando Text > Tint el recuperador reduce la temperatura del aire de entrada. Cuando Text < Tint se abre el bypass automático para dar un free cooling.

Adicionalmente, el recuperador entálpico ayuda para reducir la cantidad de vapor de agua que entra en la vivienda en verano cuando la humedad relativa del aire exterior sea mayor al aire viciado que se extrae de la vivienda. Salvo en ocasiones cuando los usuarios esta cocinando y duchándose, si las temperaturas exteriores se encuentran cerca de la temperatura del confort se puede apagar la máquina y ventilar la vivienda de manera natural.

Discusión y conclusiones

La Figura 10 muestra los resultados de simulación del PHPP para cada una de las estrategias descritas arriba. La reducción en las demandas de refrigeración por el aislamiento en la cubierta es menor que en las paredes- un resultado que parece sorprendente. Se debe al nivel de sombra que proyecta la copa de árboles, que hace que la reducción sea menor en cubierta que en los muros.

Destaca que la combinación de todas las estrategias es mayor a la suma de las estrategias individuales. En su conjunto, se reduce de la demanda de frio de 33 kWh/m2·a del edificio de partida CTE a 18 kWh/m2·a, por debajo del límite requerido para la certificación Passivhaus en clima de Barcelona. Esta reducción permite climatizar la vivienda en verano usando únicamente el sistema de ventilación de doble flujo con una batería de post-enfriamiento, sin necesidad de equipos convencionales de aire acondicionado tal como splits de pared o fan coils.

simulación PHPP PASSIVHAUS CASTELLDEFELS
Figura 10: Resultados de simulacion PHPP, demandas de refrigeración

Podemos concluir que la combinación de estrategias bioclimáticas Mediterráneas con soluciones recogidas en el estándar Passivhaus, se puede mejorar el “comportamiento térmico de los edificios en el verano […] así como perfeccionar y aplicar técnicas de enfriamiento pasivo”. El análisis empírico a través de una herramienta como el PHPP resulta imprescindible, junto con una fase de monitorización y evaluación post-construcción.

Referencias bibliográficas

[1] Somot, S. (2005), “Modélisation climatique du bassin Méditerranéen: Variabilité et scénarios de changement climatique.” Thése de Doctorat, Université Toulouse III-Paul Sabatier. UFR Sciences de la Vie et de la Terre. pp 347. Toulouse, Francia, 2005.
[2] Parlamento Europeo (2010), “Directiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 19 de mayo de 2010, relativa a la eficiencia energética de los edificios (refundición)”. Parlamento y Consejo Europeo, Bruselas, 2010.
[3] Wassouf, M. (2015), “Comfort and Passive House in the Mediterranean summer – monitorization of 2 detached homes in Spain Barcelona”, 19th IPHC, Leipizig, Alemania.
[4] Oliver Style (2016), “Measured performance of a lightweight straw bale passive house in a Mediterranean heat wave”. 20th International Passivhaus Conference, Darmstadt, Alemania.

Autor: STYLE, Oliver – Passivhaus energy consultant – Progetic

 

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