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 transferencia de aire a través de la envolvente, que solo pueden tomarse en consideración en fases iniciales del diseño arquitectónico.
En este artículo trataremos de analizar un aspecto que es importante en el control de la eficiencia energética de los edificios.
La transferencia de aire entre el interior y el exterior provoca una pérdida de calor (en régimen de invierno) o una ganancia (en régimen de verano), esta transferencia de calor provoca un aumento indeseado e incontrolado de la demanda energética (y consecuentemente del consumo).
Conviene no confundir la estanquidad del edifico y la infiltración de aire que ello provoca con la ventilación necesaria por cuestiones higiénicas o de calidad de aire interior, desgraciadamente el Código Técnico de la Edificación y las herramientas reglamentarias no ayudan a efectuar esta distinción de forma correcta.
La transferencia de aire debe desglosarse en dos componentes:
Desde un punto de vista energético es obvio que lo ideal sería que la transferencia de aire (de calor) fuese lo más baja (lo más próxima a cero) posible pero debería ser suficiente para mantener el ambiente interior dentro de los parámetros higiénicos o de calidad de aire.
La infiltración al ser independiente de la ocupación (que es la principal fuente de emisión de contaminantes) y al ser su caudal “aleatorio” dependiendo de la velocidad del viento y su dirección es poco probable que las condiciones climáticas se den de forma favorable y simultánea a las necesidades para diluir los contaminantes emitidos por las personas consecuentemente la infiltración no es útil para controlar la calidad del aire interior.
La ventilación si puede modularse según las necesidades impuestas por el uso del edifico ya sea de forma automática (domótica) o simplemente manual (sentido común de los usuarios) y por lo tanto es eficaz para controlar la calidad del aire interior.
En este ejemplo trataremos de analizar las dos variables de infiltración y ventilación y sus consecuencias tanto desde un punto de vista energético como de calidad de aire interior.
Para este estudio tomaremos como ejemplo una vivienda unifamiliar de planta baja y piso en la que calcularemos la demanda energética de calefacción y refrigeración así como el indicador de calidad de aire interior concentración de CO2 en ppm
La superficie acondicionada resulta ser de 139,50 m2.
| Construcción | |
| Fachada | ½ pie ladrillo perforado con trasdosado PYL (aislamiento 60+60 mm R= 3,30 m2K/W) |
| Huecos en fachada | Vidrio 4-6-4. Carpintería de aluminio con rotura de puente térmico > 12mm |
| Cubierta | Cubierta con entramado de madera con aislante de 240mm con R= 6,00 m2K/W |
| Suelo | Solera sobre el terreno con 60 mm de aislante con R= 1,75 m2K/W |
Se utilizan los perfiles ocupacionales definidos en el Anejo D: Condiciones Operacionales del Documento Básico HE : Ahorro de Energía (borrador de 2018)
| Infiltración de aire |
|
| Infiltración de aire nocturna en las noches de verano |
|
| Ventilación dependiendo de la ocupación de personas |
|
el edificio dispone de una protección solar mediante persianas móviles que se activan a un 30% durante los meses de verano siempre que la radiación solar incidente sobre el hueco sea superior a 75 W/m2.
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, 4 tasas de infiltración de aire y 3 niveles de ventilación lo que conduce a 48 simulaciones.
Para una interpretar los resultados de calidad de aire interior se considera como referencia los requisitos impuestos por el DB HS3
Los cálculos permiten determinar a nivel horario la calidad del aire interior (suponiendo que la sola fuente de contaminantes es la ocupación de las personas) que establece la modificación del DB HS de 23 de Junio de 2017 que indica que el valor medio anual de la concentración de CO2 no debe ser superior a 900 ppm y que el acumulado anual que exceda de 1.500 ppm no debe ser superior a 500.000 ppm/h
Podemos pues considerar que aquellas soluciones que mantengan la concentración de CO2 en el aire de forma continuada entre 900 y 1500 ppm serán adecuadas, que superiores al rango anterior conducirán a calidades de aire interior insuficientes y que valores inferiores conducirán a demandas energéticas excesivas y por lo tanto no eficientes desde un punto de vista energético.
Con las hipótesis consideradas los valores de concentración de CO2 se pueden representar según los gráficos siguientes.
Para una estanquidad “Excelente” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0 ACH
Para una calidad de aire “Mínima” se considera una tasa de ventilación de 3l/s/persona.
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma estable dentro del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Excelente” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0 ACH
Para una calidad de aire “Normal” se considera una tasa de ventilación de 4 l/s/persona
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma estable dentro del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Excelente” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0 ACH
Para una calidad de aire “Buena” se considera una tasa de ventilación de 5 l/s/persona
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma estable dentro del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Buena” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,2 ACH
Para una calidad de aire “Mínima” se considera una tasa de ventilación de 3 l/s/persona
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Buena” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,2 ACH
Para una calidad de aire “Normal” se considera una tasa de ventilación de 4 l/s/persona
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable muy por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Buena” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,2 ACH
Para una calidad de aire “Buena” se considera una tasa de ventilación de 5 l/s/persona.
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable extremedamente por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Normal” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,4 ACH
Para una calidad de aire “Mínima” se considera una tasa de ventilación de 3 l/s/persona.
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable extremedamente por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Normal” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,4 ACH
Para una calidad de aire “Normal” se considera una tasa de ventilación de 4 l/s/persona.
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable extremedamente por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Normal” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,4 ACH
Para una calidad de aire “Buena” se considera una tasa de ventilación de 5 l/s/persona.
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable extremedamente por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Mala” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,6 ACH
Para una calidad de aire “Mínima” se considera una tasa de ventilación de 3 l/s/persona.
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable extremedamente por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Mala” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,6 ACH
Para una calidad de aire “Normal” se considera una tasa de ventilación de 4 l/s/persona.
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable extremedamente por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
Para una estanquidad “Mala” se puede considerar una tasa de infiltración cercana a 0,6 ACH
Para una calidad de aire “Buena” se considera una tasa de ventilación de 5 l/s/persona.
Para los meses de “invierno” la calidad de aire interior se mantiene de forma inestable extremedamente por debajo del rango aceptable.
Para los meses de “verano” (durante las noches) el edifico se ha “hiperventilado” para favorecer la disipación de calor y minimizar el sobrecalentamiento.
La calidad de aire interior es independiente de la zona climática (depende solo del uso y de la contaminación del aire exterior que se ha supuesto constante de 400 ppm).
Nótese que la oscilación de la concentración de CO2 en el aire interior es bastante grande cuando la estanquidad al aire no es excelente (tanto más cuanto mayor es la tasa de infiltración).
En ningún caso se superan los 1.500 ppm por lo que el requerimiento incluido en el DB HS del Código Técnico sobre el acumulado excedente de 1.500 ppm es innecesario cuando existe una ventilación acorde a la tasa de ocupación (lo que permite concluir la mala formulación de este requerimiento).
Establecer como hace el DB HS un valor “promedio” anual sin tomar en consideración el rango de oscilación es en sí un error “de concepto” ya que un periodo de mala calidad de aire no se debería poder “compensar” con un periodo de buena calidad de aire.
Solo en edificios híper-estancos se puede mantener una calidad de aire estable y aceptable si se dispone de un caudal de ventilación “suficiente”.
Se aprecia claramente que la demanda energética de calefacción está muy influenciada por la tasa de transferencia de aire (infiltración + ventilación) mientras que la demanda de refrigeración está poco afectada por la misma.
Solo en edificios híper-estancos (infiltración casi nula) la calidad de aire se puede mantener estable y dentro de los límites tolerables con demanda de energía mínima.
En edificios con mala o muy mala estanquidad el aumento de demanda de calefacción se hace insostenible y no es posible mantener una calidad de aire interior estable.
Deberá pues diseñarse el edifico para que la estanquidad sea máxima y dimensionar la ventilación (idealmente con recuperación de calor) para garantizar la correcta calidad de aire interior.
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Muchas gracias Josep por tus buenas y grandes apreciaciones. Sólo dos comentarios, uno es que casi siempre, por desgracia, se busca el camino fácil para hacer las cosas, rápido y económico, sin importar las consideraciones que tan bien indicas. El segundo comentario es que la tendencia general es: "como se consigue un buen resultado con las herramientas oficiales eso implica edificios con alta calidad del aire interior y alta eficiencia energética", demasiado pobre el razonamiento pero en general parece que logrando la famosa "A" en la calificación ya está todo solucionado. Sólo con el análisis más exhaustivo, realmente realizando una estanqueidad elevada al edificio, incluso con ensayos Blower Door Test, viendo como optimizar energéticamente, se puede decir que un edificio se puede considerar eficiente y más sano. El problema es que se iguala esto último a un edificio que tenga calificación energética tipo A cuando puede distar, bastante, uno de otro.