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Rehabilitación energética del tejido urbano residencial. Evaluación previa para una mayor eficiencia.
Jorge Rodríguez Álvarez Environment & Energy Studies Programme, Architectural Association School of Architecture, London, UK
INTRODUCCIÓN
La traslación de los enunciados de la directiva comunitaria 2002/91, sobre el funcionamiento energético de edificios, a la normativa nacional de los estados miembros, establece la utilización sistemática de unos estándares constructivos que aseguran una reducción importante de la demanda energética para acondicionamiento interior. En el caso de España, a través del mero cumplimiento de los requisitos dictados por el Código Técnico de la Edificación, los nuevos edificios tendrán, en general, un comportamiento ambiental notablemente mejor que los de épocas precedentes. A pesar de no existir una indicación de consumos, la obligatoriedad de alcanzar unos mínimos niveles transmisión térmica en los cerramientos hace que se equilibre el flujo energético y se reduzca por tanto la necesidad de aportes externos. En otros países como Reino Unido o Alemania, se ha ido más todavía más lejos y se ha asumido como norma lo que hasta hace poco eran metodologías adoptadas voluntariamente en desarrollos con clara vocación ecológica (Code for Sustainable Homes y Passivhaus standards respectivamente). Los consumos alcanzados a través del cumplimiento de sus especificaciones son tan bajos que la consecución de ulteriores mejorías entraña una gran dificultad.
En todos estos casos las normas se basan en unos criterios objetivos y apuntan claramente al consumo energético como principal indicador del funcionamiento del edificio. En un momento donde la profusa reivindicación de bondades ecológicas busca refugio en criterios difusos, la transparencia y el uso de parámetros precisos y comparables es un filtro útil para discernir soluciones válidas de la mera especulación. La identificación de los factores que determinan la demanda de energía y el alto grado de conocimiento de los principios físicos que los rigen permiten realizar estimaciones razonablemente sólidas sobre el futuro edificio antes de que esté en funcionamiento.
Estos procedimientos permiten, además, clasificar los edificios en función de su consumo facilitando la comparación objetiva. El RD 47/2007 establece la obligatoriedad de realizar esa certificación energética en nuevas construcciones. Para asistir a los equipos redactores se desarrollan aplicaciones informáticas (Calener/Lider) que sistematizan el proceso de cálculo a partir del trazado de la geometría básica, materiales y especificaciones. Por un lado, el usuario‐redactor se ve liberado de los algoritmos y ecuaciones para obtener fácilmente un consumo final que se traduce en un certificado. Pero por otro lado, dado que todos los datos introducidos entran en una especie de caja negra de donde solamente sale una cifra, el arquitecto pierde la oportunidad de entender que elementos de su diseño están afectando en mayor medida el comportamiento ambiental del edificio.
Esta disociación entre el proceso de diseño y el consumo energético final se solventa parcialmente mediante la observación de la normativa, que va a asegurar unos mínimos aceptables. Sin embargo, el uso intuitivo de la normativa o los programas informáticos de apoyo, sin un conocimiento claro, puede resultar muy fácilmente en una lectura errónea de los criterios a seguir. Normalmente esto se traduce en un aumento del gasto (tanto económico como energético) que no se verá reflejado en mejoras del funcionamiento operacional del edificio. Esto puede ser asumible en edificios de nueva construcción donde, por ejemplo, la diferencia entre una ventana de calidad media y una de calidad superior resulta casi marginal en el presupuesto final. Pero en cambio, si la decisión es sobre un edificio existente, como puede ser la sustitución o no de las ventanas, es conveniente conocer de antemano las consecuencias
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vinculadas a cada alternativa ya que de lo contrario se acometería la obra sin ninguna garantía de mejora sobre el estado inicial. La necesidad de optimización de recursos se acentúa cuando se interviene sobre el stock construido y es imprescindible cuando en vez de un edificio aislado se trata de de un conjunto urbano. Un caso habitual es el de rehabilitación de barrios o distritos donde ayudas públicas se destinan a promover la mejora de las condiciones de habitabilidad.
Las políticas de rehabilitación ofrecen, de hecho, un mayor potencial a corto plazo. La normativa aplicada tras la directiva 2002/91 se centra en los edificios nuevos y sólo menciona la posibilidad de aprovechar renovaciones mayores (es decir, con un profunda intervención) para incorporar los mismos criterios. Sin embargo, confiar políticas energéticas exclusivamente a los nuevos desarrollos y al reemplazo gradual de stock existente no producirá resultados sustanciales a corto plazo. El tejido urbano de las ciudades europeas está en su mayor parte configurado por viejos e ineficientes edificios residenciales cuya demanda energética puede superar los 200kWh/m² anuales. Muchos de estos edificios pueden continuar operativos otros 30 o incluso 50 años ya que el reemplazo del stock es un proceso complejo y lento. Con estos datos no es de extrañar que en países como Reino Unido la energía consumida por los edificios represente el 50% de la demanda total, por un 27% en España, donde un 17% del gasto energético se destina exclusivamente al sector doméstico. La reducción de la demanda de energía de los edificios de viviendas repercutiría por tanto de forma directa e instantánea en el consumo global y en consecuencia en las emisiones de CO2 a la atmósfera.
Este artículo investiga la rehabilitación de los tejidos residenciales de la ciudad como instrumento de mitigación del elevado consumo energético del sector doméstico. Se trata de establecer una metodología de evaluación previa y unas pautas mediante las cuales se comprendan los factores que inciden en la eficacia de las medidas aplicadas. Para ello se parte del análisis de las tipologías edificatorias y la estructura urbana en la que se insertan. Se toma la escala del barrio como área de actuación por lo que el edificio se entiende dentro de su contexto real y no como objeto aislado. Tras la definición del marco existente se abordan las técnicas de rehabilitación, desde las más comunes, como la introducción o mejora del aislamiento a las más controvertidas como los muros solares. Cada técnica es analizada y, teniendo en cuenta las diferentes condiciones de partida, se realizan estudios por parámetros para extraer unas lógicas del rendimiento. Se combinan cálculos simples con simulaciones informáticas realizadas con EDSL TAS, un programa de análisis térmico cuya estructura permite rastrear de manera precisa los patrones de comportamiento energético de cada decisión constructiva. Los rendimientos obtenidos de la implementación de cada medida rehabilitadora relacionarán las tipologías previas con el coste de intervención y los ahorros energéticos alcanzados, incluyendo en el cálculo la energía consumida por la ejecución de la obra. Se trata de evidenciar la necesidad de una metodología donde exista un análisis previo orientado a informar el proceso de toma de decisiones. De este modo se podrá optimizar el rendimiento de tanto de programas como de proyectos de rehabilitación y ahorro energético.
CONTEXTO
Ámbito del estudio
Para acotar los términos de la investigación, se restringe la misma al ámbito urbano del eje atlántico de Galicia, en el extremo Noroccidental de la Península Ibérica. La relevancia de Galicia como caso de estudio viene dada, fundamentalmente, por su condición pionera en cuanto a la implantación de criterios de calidad en la rehabilitación, siendo Santiago de Compostela un paradigma a nivel europeo. Estas ciudades ofrecen además una lectura clara de los diversos tejidos que las han ido conformando, desde los núcleos históricos a los polígonos de los años ochenta, pasando por los barrios de posguerra del Instituto Nacional de la Vivienda o los desarrollos de los setenta. Las diferencias de implantación y técnicas constructivas en cada período y su relación con el rendimiento de las medidas rehabilitadoras serán la base del análisis realizado.
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Consideraciones climáticas
Es obligado que cualquier intervención enfocada a reducir el consumo y emisiones en el parque inmobiliario se base en un conocimiento exhaustivo de las condiciones climáticas que afectan al edificio o conjunto urbano en cuestión. Es tan importante contar con unos datos precisos como conocer su origen exacto; muchas estaciones meteorológicas se encuentran alejadas de los centros urbanos y por lo tanto no contemplan el efecto del calor generado por la actividad de la ciudad. Cuanto más aproximados al contexto real sean los datos de partida, mayor fiabilidad tendrán los resultados.
En este caso se define el clima a partir de la comparación de bases de datos provenientes fuentes diferentes. Finalmente, para facilitar el establecimiento de comparaciones se utilizan los valores medios del período 1970‐200 de la estación de A Coruña del Instituto Nacional de Meteorología. Se opta por la estación de A Coruña por estar situada en un ámbito urbano y ser representativa de lo que el Código Técnico define como zona C1 [1], mayoritariamente afecta a las principales ciudades de la región.
Fig. 1 Datos climáticos .Valores horarios Fig. 2 Radiación solar media por orientación de superficie
Con los datos climatológicos (fig.1) se realiza una primera lectura del contexto. Se trata de un clima templado, caracterizado por veranos suaves e inviernos no demasiado severos. Superponiendo el rango de confort [2] se observa que las temperaturas se mantienen ligeramente por debajo durante todo el año, por lo que los problemas de sobrecalentamiento deberían ser fácilmente evitables mediante ventilación. El período de calefacción se extiende de Noviembre a Marzo, aunque los aportes no debieran ser muy altos ya que las medias mínimas no bajan de los 8⁰ C. La radiación solar horizontal presenta valores típicos para la latitud 43⁰N, con máximos en verano y mínimos en invierno. Sin embargo es interesante saber que la radiación vertical sobre superficies orientadas al Sur alcanza sus máximos en invierno (fig.2) que es cuando es realmente útil como medio natural de calefacción.
Origen y destino final de la energía
En todos los países comunitarios, el sector de la edificación es uno de los mayores consumidores de energía, junto con el transporte y la industria. En Galicia, al igual que en el global de España, equivale al 27% del total de la energía consumida, con un 17% correspondiente a edificios residenciales y el 10% restante a edificios de otros usos. Dentro del uso doméstico, más de la mitad de la energía se dedica a calefacción, seguido de iluminación, aparatos eléctricos y cocina y un porcentaje casi residual de refrigeración [3].
La carga de calefacción es, entre estos factores, el que más está influido por la articulación arquitectónica de la edificación, esto da cuenta de la importancia del diseño en la conservación de energía. Muchos de los elementos que determinan esta carga pueden ser optimizados por el arquitecto durante el proceso de diseño para mejorar el comportamiento ambiental del edificio.
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Fig. 3 Usos finales de la energía doméstica Fig. 4 Carga de calor media en relación al año de construcción
La media de consumo energético en Galicia es de 120kWh/m² por año por lo que la destinada a calefacción supone alrededor de 60kWh/m² año. Estos valores varían dependiendo de la edad de los edificios, construcciones más antiguas pueden alcanzar una carga calorífica de hasta 100kWh/m² año, mientras que aquellos construidos después de los años ochenta, con aislamiento y mejores ventanas pueden rondar los 40kWh/m² año.
En cuanto al origen de la energía, las principales fuentes son el carbón y el petróleo. Más de un tercio de la energía eléctrica proviene del carbón mientras que aproximadamente la mitad de la energía calorífica se origina de productos derivados del petróleo. A pesar del desarrollo de las renovables todavía supone una proporción inferior al 40% del total de energía consumida en Galicia. De ahí la necesidad de controlar la demanda en el punto de consumo, ya que de seguir creciendo al ritmo actual no será posible aumentar la proporción de energía renovable a pesar de las inversiones realizadas en este campo.
Los tejidos residenciales de la ciudad
La estructura urbana de las ciudades españolas es resultado de un proceso de crecimiento que tras siglos de cierto equilibrio se acentuó notablemente en el siglo XX. Tanto el núcleo histórico original como las sucesivas etapas de crecimiento han dejado una huella que permanece en el tejido urbano conformando barrios y sectores claramente diferenciables. Esos estratos se localizan en forma de anillos perimetrales, siguiendo la lógica de ocupación de nuevos terrenos que se producía cada vez que la ciudad necesitaba expandirse. Esa tendencia a la dispersión todavía permanece como una vocación de la ciudad contemporánea en un modelo claramente insostenible y que debe ser reconsiderado. La rehabilitación y mejora de los barrios interiores es una de las herramientas para combatir el excesivo consumo de recursos de la ciudad actual.
Cada barrio de la ciudad puede analizarse desde diferentes puntos de vista pero lo que en mayor medida afectará el consumo energético de sus edificaciones será su configuración física y las tipologías constructivas y arquitectónicas utilizadas. En este sentido, se podría hablar de la existencia de cuatro tipos de tejido residencial urbano:
‐ La ciudad histórica. El centro de la ciudad, en muchos casos de origen medieval y con edificios construidos antes de 1940. El trazado histórico es irregular, con calles estrechas y parcelas profundas. El crecimiento se concentraba en torno a las principales vías y dentro del recinto amurallado. Estos centros son actualmente objeto de políticas de rehabilitación integral. El ejemplo más conocido es el de Santiago pero la traza medieval todavía se conserva claramente legible en Pontevedra, Coruña, Lugo u Ourense.
‐ Los barrios de posguerra. Son barrios surgidos en los años cuarenta y cincuenta, normalmente promovidos por el Instituto Nacional de la Vivienda para acomodar al flujo de trabajadores que llegaban a la ciudad. Son piezas diseñadas unitariamente, normalmente situadas en el extrarradio y
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que recogen algunos postulados de la teoría urbana europea sobre criterios de soleamiento y ventilación. Muchas de estas piezas todavía perviven en la ciudad como es el caso de Recimil, en Ferrol, o el barrio del Carmen en A Coruña.
‐ Los ensanches de los años sesenta y setenta. Es un período de gran expansión en la que zonas rurales periurbanas son absorbidas por la ciudad. La ciudad se densifica y con ello se vuelve a unos tejidos sobreedificados con pobre soleamiento. Cada ciudad gallega presenta uno o varios barrios con estas características; el ensanche de Santiago, el Agra del Orzán en Coruña o el Calvario en Vigo.
‐ Los polígonos residenciales. Aunque su origen es anterior, alcanzan su máximo desarrollo a partir de los años ochenta hasta la actualidad. Se caracterizan por una reorganización de la propiedad del suelo que permite la obtención de áreas libres y zonas verdes. Las densidades bajan respecto al período anterior y la posibilidad de soleamiento aumenta. Campolongo en Pontevedra o Elviña en Coruña son claros ejemplos.
Fig. 5 Tipos de tejido urbano residencial de las urbes gallegas
Tipologías constructivas asociadas a cada tejido
Paralelamente a los desarrollos urbanos se produjo una evolución en las tipologías edificatorias. Por un lado, la configuración formal del edificio responde al modo en el que se inserta en la trama de la ciudad, por otro lado, se incorporan nuevos sistemas constructivos y tecnologías que dan lugar a comportamientos ambientales diferentes. Realizando las simplificaciones necesarias para un proceso de análisis, es posible asociar una tipología edificatoria a cada período o tejido urbano residencial:
‐ Edificación tradicional entre medianeras. Su forma y geometría responde a la estrechez y profundidad de las parcelas, que suelen tener entre cuatro y siete metros de ancho por unos doce o quince de fondo. Las fachadas y medianeras están compuestas por muros de granito de unos sesenta centímetros de espesor, lo que se traduce en una transmitancia U de 2.5 W/m²K. La cubierta está formada por una estructura de madera sobre un espacio fuertemente ventilado y rematada con teja cerámica. La ventana tradicional tiene carpintería de madera y vidrio simple con valores U de 5.5 W/m²K. La ausencia de premarco en la ventana tradicional hace que la junta entre la carpintería y el muro de piedra sea muy permeable al aire lo que facilita la ventilación natural pero también las
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pérdidas de calor. La presencia de galerías actúa, dependiendo de la orientación, como colector solar y sistema de calentamiento pasivo.
‐ El bloque lineal de posguerra. Es una combinación de una distribución muy estudiada ejecutada con pocos medios y materiales pobres. Estos edificios tienen buen potencial para beneficiarse de la energía solar ya que se disponen en bloques o hileras de baja altura y con separación suficiente entre unos y otros. Las viviendas son pequeñas y se distribuyen en pisos, la poca profundidad posibilita una buena ventilación cruzada. Se siguen utilizando materiales disponibles localmente; los muros suelen ser mampostería y cemento (U=2.5 W/m²K) y tanto las ventanas como el sistema de cubierta son una continuación del período anterior, solo que se reduce el tamaño de las ventanas para minimizar las pérdidas de calor. La mayor novedad es la introducción de losas de hormigón en los forjados.
‐ El edificio del desarrollismo. Esta tipología es la más habitual en la ciudad actual. Suele constar de un mínimo de seis o siete plantas y esta insertado en una densa trama urbana. Patios interiores de dimensiones mínimas iluminan y ventilan de manera más bien pobre alguna de las estancias. Se generaliza el uso de la cámara de aire en una fachada que deja de ser estructura y por tanto se reduce su espesor. La doble hoja de ladrillo con la cámara de aire resulta en una trasmitancia entre 0.8 y 1.2 W/m²K. La cubierta también se reduce, siendo ahora un forjado de hormigón más con una lámina impermeable sin espacio de ventilación; esto provoca riesgo de sobrecalentamiento para las viviendas superiores en verano y pérdidas de calor en invierno. Las ventanas son de aluminio aunque se mantiene el acristalamiento simple.
‐ La edificación del bienestar. Los edificios construidos a partir de los años ochenta deben cumplir la norma básica sobre condiciones térmicas (NBE‐CT 79) por la cual se limita la conductividad máxima que se puede alcanzar. Además se extiende el uso de materiales aislantes en muros y cubiertas y se introduce el doble acristalamiento con cámara interior. De este modo las transmitancias del muro de 0.5 W/m²K es un valor normal y las pérdidas de calor por las ventanas se reducen. Todavía se mantienen ciertos problemas de puentes térmicos en las cabezas del forjado y huecos de persianas que con el tiempo se irán resolviendo.
Comportamiento térmico de las tipologías edificatorias residenciales
La evolución de estas tipologías en el último siglo ha propiciado un paso de un modo de funcionamiento selectivo hacia un modo excluyente [4]. Mientras que los edificios tradicionales muestran una mayor interacción con el medio, los sistemas constructivos actuales tienden a confiar cada vez más en altos niveles de aislamiento y en el uso de instalaciones mecánicas de calefacción o ventilación. De esto modo, los edificios se aíslan del medio, excluyendo no solo los aspectos negativos sino también los aspectos beneficiosos disponibles de manera natural.
La comparación del comportamiento térmico de la envolvente de un edificio de posguerra y la de uno actual muestra unas temperaturas interiores más elevadas en el primero a pesar de estar construido con peores materiales. Los dos edificios se benefician de un buen soleamiento pero el alto nivel de aislamiento del más moderno reduce la capacidad de aprovechamiento de esas buenas condiciones para calentar el espacio interior (fig.6). Si al análisis se añade la acción de las cargas internas (ocupantes, iluminación, equipos electrónicos…) la mejora en el comportamiento del edificio más aislado es notable. En tipologías más antiguas, las pérdidas de calor a través de los cerramientos son mayores y no son capaces de retener el calor en el interior, por lo que cuando la temperatura externa baja, la temperatura interior se reduce rápidamente a pesar de la acción de las cargas internas. Cuando el edificio está aislado se vuelve menos sensible a las condiciones externas y unas ligeras ganancias de calor interior son suficientes para que la temperatura aumente gradualmente. Este diferente funcionamiento sugiere que las técnicas de rehabilitación aplicadas a cada tipología deberían ser aplicadas en función de los sistemas constructivos originales.
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Fig. 6 Temperatura interior (⁰C) sin cargas internas (superior) y con cargas internas pero sin calefacción (inferior)
ESTUDIOS PARAMÉTRICO DE LAS TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN
Precedentes
Durante la última década se han realizado en Europa numerosas investigaciones acerca del potencial ahorro en energía de calefacción mediante programas de rehabilitación. Se han analizado tanto la implementación de medidas asiladas como en su conjunto, para poder predecir su rendimiento en el futuro. Discrepancias de hasta un 40% en los resultados demuestra que las predicciones basadas solamente en las técnicas rehabilitadoras, sin estar sujetas a un contexto claro, pueden ser imprecisas. Por otro lado, si se han de considerar todas las variables, el número de escenarios posibles sería demasiado vasto para ser manejado. En el presente artículo, las variables determinantes han sido definidas por las tipologías edificatorias y tejidos urbanos más comunes por lo que las técnicas rehabilitadoras son analizadas en relación al sistema constructivo donde son aplicadas.
Aislamiento térmico
La finalidad del aislamiento térmico es la de controlar y reducir el flujo de calor a través de los cerramientos del edificio. Esto se puede conseguir mediante el uso de un aislamiento radiante [5], que refleja el calor de vuelta al origen, mediante sistemas de alta resistividad térmica, añadiendo cavidades de aire en la dirección del flujo, o mediante materiales con una inercia térmica suficiente para ralentizar y suavizar el proceso de transmisión de calor. La técnica más común en un clima templado es el uso de materiales porosos para reducir la transmisión por conducción. Estos materiales son normalmente polímeros plásticos como poliestireno o poliuretano. Es una solución relativamente sencilla y económica para edificios que carecen de una adecuada envolvente, como es el caso de la mayor parte de los que fueron construidos antes de la Norma de Condiciones Térmicas de 1979, muchos de los cuales todavía permanecen en el mercado. Sin embargo hay dos aspectos a analizar en cuenta antes de aplicar una capa aislante en un proyecto de rehabilitación: el espesor, dado que se trata de materiales ambientalmente costosos, conviene optimizar su aplicación, y su posición en el cerramiento, para maximizar su rendimiento sin perjudicar las posibles virtudes del edificio original.
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Aislamiento térmico de muros
Los muros suponen, por lo general, la mayor superficie de contacto entre el edificio y el exterior. Por lo que la reducción de su transmitancia es normalmente una medida efectiva. Sin embargo el incremento del aislamiento del muro sigue la ley del rendimiento decreciente, lo que significa que mayores espesores no garantizan un mayor ahorro en energía (fig.7). Cuando se alcanza un cierto nivel de aislamiento, el material que se añada a mayores supone un desperdicio de energía, material y coste.
Fig. 7 Relación entre espesor del aislamiento en un muro de Fig. 8 Efecto de aislamiento y su posición relativa en la granito y la carga de calefacción temperatura superficial de un muro de granito
En una rehabilitación, la decisión sobre la posición de la capa de aislamiento va a tener importantes consecuencias en los patrones de transmisión de calor debido a las diferentes propiedades dinámicas de los materiales. Muchos edificios históricos están construidos con anchos muros de granito y debido a la capacidad térmica de la piedra, el flujo térmico se ralentiza. De este modo las fluctuaciones de temperatura se suavizan y las condiciones internas se estabilizan. Al añadir un material aislante, el funcionamiento térmico del muro se transforma, y dependiendo de la posición de esa capa de aislamiento, los beneficios de la inercia térmica pueden ser acentuados o distorsionados. En el caso de edificaciones de mampostería o granito la posición exterior del aislamiento posibilita unas temperaturas interiores mucho más estables (fig.8). Sin embargo otros criterios arquitectónicos pueden limitar esta posibilidad, optando por un aislamiento interior. En este caso se pierde el efecto de la inercia térmica pero se limitan las pérdidas por conducción.
Aislamiento térmico de cubiertas
La cubierta es uno de los elementos más sensibles del edificio. Recibe los mayores niveles de radiación solar en el período que ésta es menos deseable (fig. 2) y es la parte de la envolvente más expuesta al viento y la lluvia. La edificación tradicional y de posguerra soluciona estos problemas mediante el uso de espacios de transición y tejados inclinados. No obstante, en muchos casos de rehabilitación se demanda la incorporación de estos espacios de bajo cubierta a la superficie habitable de las viviendas. Esto obliga a resolver el aislamiento de la cubierta mediante la adición de capas en el espesor del cerramiento. El aislamiento de la cubierta, además de responder también a la ley del retorno decreciente, tiene un mayor rendimiento global en los edificios de poca altura. Es evidente que el efecto más inmediato se obtiene en la planta bajo cubierta, y que el ahorro medio en calefacción de los pisos restantes depende del número de alturas. Una edificación de tres alturas puede obtener un ahorro medio de un 15% mediante el aislamiento de la cubierta, mientras que el ahorro a partir de las ocho alturas no superará el 5%. En cuanto al espesor, una capa de 15cm puede alcanzar una transmitancia U de 0.23 W/m²K, a partir de ese punto los retornos en ahorro calorífico son mínimos. De hecho, a partir de los 25cm de poliestireno extrusionado la energía consumida en la fabricación de material redundante es mayor que el ahorro energético alcanzado a mayores.
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Aislamiento térmico del forjado
Tanto si la planta baja está en contacto con el terreno como si da a un espacio no calefactado, se van a producir transmisiones de calor hacia los mismos. La junta entre el perímetro del forjado y la fachada es otro punto sensible ya que puede generar puentes térmicos. El uso de aislamiento térmico resuelve de manera sencilla las pérdidas de calor a través del forjado inferior, aunque la repercusión de esta medida en el consumo global de edificios de más de tres plantas va a ser inferior al 5% de ahorro, ya que el mayor efecto se obtiene en la planta primera. En cuanto a los puentes térmicos en los forjados, un aislamiento continuo por la cara exterior del muro sería la mejor solución posible, sin embargo esto no siempre es posible y hay que actuar por el interior. En ese caso hay que prestar especial atención a la esquinas de los encuentros entre forjado y muro y evitar grandes diferencias térmicas entre la superficie interior de los cerramientos y la temperatura ambiental. El aislamiento superior e inferior de la línea perimetral del forjado puede atenuar el problema (fig. 9)
Fig. 9 Solución alternativa para reducir los puentes térmicos cuando sólo es posible aplicar aislamiento interior
Ventanas
Si la cubierta es un elemento sensible, la ventana es definitivamente el punto más frágil de la envolvente del edificio. La alta transmisión de la superficie acristalada y la permeabilidad a través de las juntas son causas importantes de pérdidas calor. Sin embargo, parte de estas pérdidas pueden ser contrarrestadas mediante la captación de ganancias solares al interior. Las medidas enfocadas en mejorar los huecos intentan lograr una mayor resistencia térmica y hermetismo, a la vez que mantener las propiedades ópticas del vidrio como captador solar. Ante la sustitución de las ventanas en un edificio existente se debe considerar permeabilidad y la conductividad térmica conjunta de los nuevos sistemas. La necesidad de aire fresco para mantener la calidad del aire interior hace poco rentable la utilización de ventanas demasiado herméticas. En cambio, cuando existen grandes diferencias entre la conductividad de los materiales que componen el marco y el vidrio se pueden producir puentes térmicos en sus encuentros y que reducen la eficiencia del conjunto. Por lo tanto el comportamiento térmico será el factor determinante para establecer el criterio de selección de una nueva ventana. Este criterio debe estar basado en el análisis del balance de ganancias y pérdidas térmicas que cada producto ofrece, para ello es necesario estudiar no sólo la transmitancia del conjunto sino también las propiedades solares del vidrio (factor solar, θ). A través del ese balance se pueden realizar comparaciones entre productos para valorar la potencial rentabilidad de sistemas sofisticados o costosos. La figura 10 muestra una comparación entre tres tipos de ventana, relacionando la transmisión térmica con el factor solar y obteniendo las ganancias‐pérdidas netas a través del vidrio. Los cálculos mostrados se expresan en medias diarias para el mes de Enero en A Coruña y una orientación sur; las ventanas funcionan en combinación con unas contras aislantes que reducen las pérdidas de calor durante la noche. Los resultados de este análisis demuestran que un sistema intermedio (doble vidrio con cámara de aire) puede tener un mejor comportamiento que uno más sofisticado (doble vidrio con baja emisividad y cámara rellena de gas) el cual, debido a su bajo factor solar no permite aprovechar las ganancias naturales.
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Fig. 10 Comparación de tres sistemas de ventana con Fig. 11 Relación de las ganancias solares con la proporción de huecos contras nocturnas aisladas
Optimización de ganancias solares
Las reducidas dimensiones de los huecos de fachada en edificaciones de posguerra y las deficientes condiciones lumínicas en las estancias abiertas a patios interiores hacen que la apertura de nuevas superficies acristaladas o ensanchamiento de huecos existentes sea una opción planeada con frecuencia en proyectos de rehabilitación funcional. Desde el punto de vista energético, la apertura de huecos en repercutirá casi con seguridad en un mayor consumo, ya que las pérdidas de calor superarán las ganancias solares, a menos que se tomen medidas complementarias, como el uso de contras aislantes. Únicamente en una fachada sur con buena exposición solar se puede rentabilizar esa inversión de forma clara.
Otra opción muy extendida es la del cierre de balcones existentes con elementos acristalados, creando galerías que capturan y retienen la energía solar. Normalmente ese calor se transmite al interior a través del muro intermedio, que para que sea más eficaz no puede estar muy aislado. La principal desventaja de estos sistemas es el de sincronización, ya que normalmente el mayor aporte de ganancias solares ocurre cuando no son tan necesarias. Se debe diferenciar por lo tanto entre las ganancias útiles, es decir, las que repercuten en un ahorro de calefacción, de las sobrantes, que pueden resultar en riesgo de sobrecalentamiento (fig.11)
Otros conceptos más avanzadas como los muros solares, con o sin aislamiento transparente, presentan como principal contratiempo su elevado coste de implantación, tanto energético como económico. Además de la transformación de la imagen del edificio original, lo cual en algunos casos irá contra un espíritu de conservación patrimonial.
RENDIMIENTO DE LAS MEDIDAS SOBRE CADA TIPOLOGÍA EN SU CONTEXTO
El rendimiento de la implementación de las medidas rehabilitadoras se mide mediante tres indicadores; el ahorro energético alcanzado, el coste de la solución (expresado en euros/m²) y el coste energético asociado a la construcción de cada propuesta. Para el cálculo del ahorro energético se modelan los edificios dentro de su contexto urbano, considerando por tanto la densidad del tejido y el efecto de sobreamiento asociado a cada tipología. Los materiales y geometría empleados son resultado de los análisis previos y recogen las principales características de tipo edificatorio. En cuanto al presupuesto económico, se realiza a partir de bancos de datos disponibles y experiencias previas [6]. Todos los valores se traducen a la unidad por metro cuadrado de área calefactada para facilitar las comparaciones.
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Caso 1.1 Aislamiento 50mm interior Caso 1.2 Aislamiento 50mm exterior Caso 1.3 Aislamiento 100mm exterior Caso 2.1 Aislamiento cubierta 50mm Caso 2.2 Aislamiento cubierta 100mm Caso 3 Aislamiento forjado inferior 50 mm Caso 4.1 Sustitución de ventanas simples por doble vidrio y carpintería de madera Caso 4.2 Sustitución de ventanas con incremente del sellado Caso 5.1 Muro solar Caso 5.2 Muro solar con material aislante transparente Caso 6. Balcón acristalado
Fig. 12 Relación de las ganancias solares con la proporción de huecos
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La evaluación del rendimiento de las medidas anteriormente analizadas se resumen en la figura 12 y confirman los patrones detectados en los estudios anteriores. Siguiendo esas lógicas, el aislamiento del muro se muestra como la medida más efectiva a priori, excepto en las tipologías más modernas donde la existencia de un aislamiento previo limita la eficacia de la nueva adición. Si además se considera el ciclo de vida de los materiales, puede fácilmente resultar que la aplicación de mayor aislamiento en estos edificios resulte en un balance energético negativo. En cambio, el ahorro potencial en edificios tradicionales alcanza el 49%, siendo ligeramente inferior el ahorro en edificios de posguerra. A pesar de tener unos sistemas constructivos similares, el consumo base del edificio de posguerra es inferior al tradicional de casco histórico; esto se debe a que se benefician de una mayor ganancia solar debido a la estructura urbana donde se insertan. Por ese mismo motivo, la aplicación del muro solar o balcones acristalados son hasta un 28% más eficaz en los tejidos lineales de los años cincuenta. Este mismo sistema aplicado en los barrios de los años ochenta muestra un rendimiento inferior a pesar de tener un buen soleamiento. Esto se debe a que el aislamiento del muro original impide que el calor captado por el muro solar lo atraviese y pueda penetrar al interior por conducción. Todas las observaciones que se pueden deducir de este gráfico confirman, por tanto, las conclusiones obtenidas a través del análisis paramétrico realizado anteriormente, y verifican la influencia de la trama urbana y tipología edificatoria en la eficacia de las medidas rehabilitadoras.
CONCLUSIONES
Esta ponencia se ha enfocado en el desarrollo de una metodología para abordar programas de rehabilitación energética sobre el tejido residencial construido. Para ello se ha elaborado un detallado análisis del objeto a intervenir, esto es, de los barrios de la ciudad, tomando las ciudades gallegas como ejemplo. Este análisis comienza por los datos climáticos y la descomposición del uso de la energía como base para emprender futuras simulaciones. A continuación se definen claramente las características esenciales de cada uno de los grupos tipológicos, con la finalidad de acotar y clarificar los criterios de intervención. A través de los estudios paramétricos se profundiza en el potencial rendimiento de las técnicas de rehabilitación, desde las más comunes hasta las menos consolidadas. Por último se contrasta el aprendizaje obtenido de esos estudios con las simulaciones informáticas, que confirman la validez de las hipótesis y dan más información sobre la eficacia de las medidas estudiadas. Como resultado se concluye la necesidad de evaluaciones previas ante la implementación de políticas energéticas sobre el parque de viviendas ya que no se pueden generalizar potenciales de ahorro sin un conocimiento previo de las técnicas y una clara clasificación tipológica. Los resultados de esta pre‐evaluación podrá informar posteriormente el proceso de toma de decisiones.
AGRADECIMIENTOS
Esta ponencia está basada en una tesis del Master in Sustainable Environmental Design realizado en la Architectural Association School of Architecture, London. Agradezco a la Fundación Barrié por el apoyo prestado para la realización de esta tesis.
Referencias
[1] Código Técnico de la Edificación. Ahorro de Energía. p.31,2006 [2] F. Nicol & L. Pagliano. Allowing for thermal comfort in free‐running buildings in the new
European Standard EN15251. Proceeding of 28th AIVC Conference on Building Low Energy Cooling and Advanced Ventilation Technologies in the 21st Century. 2007
[3] INEGA. Instituto de Energía de Galicia. Última visita 28/02/2010 www.inega.es [4] D. Hawkes, The Environmental Tradition. Studies in the architecture and the environment. E&F
Spon, London.1996 [5] S.V. Szokolay, Introduction to Architectural Science: The Basis of Sustainable Design.
Architectural Press. 2004 [6] IGVS. Base de Datos de la Construcción de Galicia v.11. 2008