Voladizos: dimensiones óptimas para la reducción de la demanda energética de la vivienda

En este artículo abordaremos la optimización de la dimensión de los voladizos para la reducción de la demanda energética de una vivienda dado que, con frecuencia los arquitectos se encuentran con la necesidad de diseñar voladizos en sus proyectos; ya sea para crear nuevos espacios generadores de sombra, por criterios puramente estéticos, o por la necesidad de utilizar estos elementos para reducir la incidencia solar en la fachada donde se encuentra dicho voladizo.

¿Qué es un voladizo?

Un voladizo es un elemento arquitectónico rígido que se encuentra apoyado o conectado sólo por uno de sus lados normalmente a un elemento vertical como puede ser una fachada. Este tipo de construcciones permiten la realización de estructuras que sobresalen de sus apoyos sin refuerzos exteriores, como podrían ser pilares adicionales.

El ejemplo típico de voladizo que encontramos en nuestra construcción tradicional es el balcón.

Objetivo del estudio: dimensiones óptimas de los voladizos para la reducción de la demanda energética

Normalmente en un proyecto, los voladizos se diseñan en base a la experiencia adquirida, sin embargo, en el siguiente estudio se pretende realizar una aproximación a la dimensión óptima de un voladizo en una fachada sur, y su impacto en la  reducción de la demanda energética.

El modelo geométrico se ha realizado con la herramienta IFC Builder 2020f de CYPE, y las simulaciones energéticas se han realizado con Cypetherm HE Plus 2020f utilizando el motor de cálculo de EnergyPlus 9.1.

Datos previos

Para realizar el estudio se parte de un módulo habitable aislado con base rectangular de 10×5 m, donde sólo existe un hueco en la fachada Sur de 6 x 2.5 m. Situamos el estudio en la ciudad de Barcelona con las siguientes características:

• Zona climática C2
• Superficie habitable= 50 m²
• Volumen habitable= 150 m³
• Altura libre interior= 3 m
• Altura dintel= 1 m
• Hueco en fachada Sur
• U fachadas= 0.18 w/m²k
• U solera= 0.42 w/m²k
• U cubierta= 0.33 w/m²k
• U hueco= 1.34 w/m²k
• Ventilación= 0.3 ren/h
• Simplificación sin puentes térmicos
• Condiciones operacionales y confort interior según el CTE

En la siguiente imagen se muestra la geometría generada con la herramienta IFC Builder del caso inicial sin voladizo:

Cálculo de demandas energéticas

Cálculo de demanda energética sin voladizo

La siguiente tabla muestra el resumen de los resultados obtenidos en el cálculo de la demanda energética de calefacción y refrigeración de las zonas habitables, junto a la demanda total del edificio:

Cálculo de demanda energética con voladizo de 50 cm

En la siguiente imagen se muestra la geometría generada con la herramienta IFC Builder del caso con voladizo de 50 cm:

La siguiente tabla muestra el resumen de los resultados obtenidos en el cálculo de la demanda energética de calefacción y refrigeración de las zonas habitables, junto a la demanda total del edificio:

Cálculo de demanda energética con voladizo de 100 cm

En la siguiente imagen se muestra la geometría generada con la herramienta IFC Builder del caso con voladizo de 100 cm:

La siguiente tabla muestra el resumen de los resultados obtenidos en el cálculo de la demanda energética de calefacción y refrigeración de las zonas habitables, junto a la demanda total del edificio:

Cálculo de demanda energética con voladizo de 125 cm

En la siguiente imagen se muestra la geometría generada con la herramienta IFC Builder del caso con voladizo de 125 cm:

La siguiente tabla muestra el resumen de los resultados obtenidos en el cálculo de la demanda energética de calefacción y refrigeración de las zonas habitables, junto a la demanda total del edificio:

Cálculo de demanda energética con voladizo de 150 cm

En la siguiente imagen se muestra la geometría generada con la herramienta IFC Builder del caso con voladizo de 150 cm:

La siguiente tabla muestra el resumen de los resultados obtenidos en el cálculo de la demanda energética de calefacción y refrigeración de las zonas habitables, junto a la demanda total del edificio:

Cálculo de la demanda energética con voladizo de 175 cm

En la siguiente imagen se muestra la geometría generada con la herramienta IFC Builder del caso con voladizo de 175 cm:

La siguiente tabla muestra el resumen de los resultados obtenidos en el cálculo de la demanda energética de calefacción y refrigeración de las zonas habitables, junto a la demanda total del edificio:

Cálculo de la demanda energética con voladizo de 200 cm

En la siguiente imagen se muestra la geometría generada con la herramienta IFC Builder del caso con voladizo de 200 cm:

La siguiente tabla muestra el resumen de los resultados obtenidos en el cálculo de la demanda energética de calefacción y refrigeración de las zonas habitables, junto a la demanda total del edificio:

Resumen de resultados

En la siguiente tabla se muestran los resultados de las demandas de calefacción y refrigeración para cada caso en concreto. Del mismo modo se calcula el aumento o reducción de las demandas en comparación con el caso inicial sin voladizo.

Conclusiones

Las conclusiones extraídas del estudio sobre las dimensiones óptimas de los voladizos para la reducción de la demanda energética, se resumen de la siguiente manera:

• Se observa que en todos los casos calculados con voladizos la demanda de calefacción aumenta desde un 1.6 % hasta un 65.6 %.
• La demanda de refrigeración se disminuye en todos los casos desde un 5.8 % hasta un 75.5 %.
• Respecto a la reducción total de las demandas, se observa que se produce una disminución total en todos los casos, excepto con el voladizo de 200 cm, donde se produce un aumento total del 1.8 %. En este caso en concreto la reducción de la demanda de refrigeración debida al voladizo no  compensa al aumento de la demanda de calefacción del 65.6 %.
• Se comprueba que la reducción total óptima del 12.9 % se produce con el voladizo de 125 cm.
• La dimensión óptima del voladizo en este estudio, con estas condiciones concretas, sería de 125 cm. Donde el aumento de la demanda de calefacción se puede compensar con la reducción de la demanda de refrigeración.
• Entendemos que será tarea del diseñador realizar los cálculos para cada caso en particular, combinando diferentes estrategias pasivas para conseguir reducir la demanda energética.

Estudio realizado por Jorge Romero, arquitecto socio-fundador de La Rachola SCCL