Comportamiento real de una casa pasiva de escasa inercia en una ola de calor mediterránea

Comunicación presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula

Autor

• Oliver Style, Consultor Passivhaus, Director, Progetic

Resumen

¿Se puede alcanzar un ambiente interior agradable en viviendas de consumo de energía casi nulo áltamente aisladas, herméticas y de estructura ligera sin un sistema de refrigeración durante una ola de calor? En este artículo se toma como caso de estudio una casa pasiva mediterránea, con estructura ligera y a través del análisis de datos cuantitativos, se examina el comportamiento monitorizado de la vivienda durante la ola de calor de Julio 2015.

Palabras clave

Monitorización, Eficiencia Energética, Sobrecalentamiento, Materiales Naturales, Diseño Pasivo, Passivhaus, EECN

Antecedentes

El ascenso de las temperaturas y el aumento en la frecuencia de las olas de calor en Europa en los últimos años, ponen en relieve la necesidad de prestar especial atención al sobrecalentamiento cuando diseñamos un edificio de alta eficiencia energética. Esta tendencia se ve claramente en la Figura 1 y Figura 2. Los edificios que no están preparados para lidiar con este tipo de condiciones ponen en riesgo a sus ocupantes: un incremento de más de 70,000 muertes en toda Europa fue reportado durante la ola de calor de 2003 [1].

Caso de estudio: Larixhaus

La Larixhaus es una pequeña vivienda unifamiliar localizada en el municipio de Collsuspina, cerca de Barcelona, España (Figura 3, Figura 4, Figura 5) que fue diseñada, prefabricada y construida en un periodo de 8 meses, entre Mayo y Diciembre de 2014. La Larixhaus es la primera casa prefabricada de madera y paja de la Península Ibérica en alcanzar la certificación Passivhaus. La vivienda está localizada a una altitud de 888 metros sobre el nivel de mar, por lo que las temperaturas estivales no son especialmente extremas con una media de 21ºC en Julio y Agosto.

La Larixhaus cuenta con un sistema de monitorización que entró en funcionamiento el 6 de Junio de 2015 y que consiste en sensores que miden la temperatura del aire y la humedad relativa al exterior e al interior, en intervalos de 5 minutos.

Estrategias de diseño para verano

La Tabla I muestra las estrategias usadas para combatir el sobrecalentamiento.

El programa PHPP fue una herramienta primordial en la fase de diseño para equilibrar el comportamiento energético en verano e invierno. La intención del proyecto fue priorizar los materiales ecológicos para aislamiento (paja) y estructura (madera), por lo tanto, el inmueble fue diseñado con una masa térmica muy baja, calculada en 60 Wh/K por m2.

Resultados y análisis

El resumen de los resultados se puede ver en la Tabla II. Mientras que las temperaturas exteriores ascendieron a máximas de 37.6ºC, la temperatura interior máxima alcanzada fue de 26.2ºC. La humedad relativa se mantuvo entre el 35% y el 79%, con un promedio del 55%.

La Figura 6 muestra las temperaturas durante el mes de Julio. La importancia de la ventilación natural nocturna puede observarse durante el periodo en el que la vivienda se encuentra desocupada en las semana del 6 al 13 de Junio (durante este tiempo no hubo ganancias internas por ocupación y unas ganancias solares y por equipamiento mínimas): la temperatura interior se eleva hasta los 27.4ºC y oscila entre los 26ºC y 27ºC hasta que los ocupantes vuelven y reanudan la ventilación natural, a partir de entonces las temperaturas máximas se mantienen por debajo de los 25ºC la mayor parte del tiempo.

Modelos de confort térmico para el análisis de sobrecalentamiento

Se han analizado el confort térmico en verano y el sobrecalentamiento a través de los siguientes modelos de confort:

• Frecuencia de sobrecalentamiento del PHPP (DIN 1946-2)
• Schnieders (basado en ISO 7730)

Frecuencia de sobrecalentamiento, modelo PHPP (din 1946-2)

La frecuencia de sobrecalentamiento medida durante el periodo de análisis fue un 1.3 %, como se muestra en la Tabla III, en comparación con la frecuencia de sobrecalentamiento del 4.6% calculada con el PHPP.

Modelo de confort de Schnieders

Los resultados del modelo de confort de Schnieders se muestran en la Figura 7 (sólo para la planta primera, por ser la más susceptible al sobrecalentamiento). Se puede observar que, durante las horas de ocupación, las temperaturas se mantienen dentro del rango de confort óptimo, mientras que la humedad relativa queda en el rango de confort extendido durante unas pocas horas (>70%), pero siempre manteniéndose por debajo del 80%. Las temperaturas se mueven al rango de confort extendido durante las horas de desocupaciófn, debido a que los ocupantes no se encuentran en la vivienda para abrir las ventanas y activar la ventilación natural nocturna.

Conclusiones

Los resultados indican que no existe sobrecalentamiento y muestran un comportamiento óptimo en verano. La Larixhaus se trata de un caso de estudio aislado y debe ser situada en un marco más amplio de análisis; no obstante, el autor presenta las siguientes conclusiones:

• PHPP es una herramienta precisa para analizar el sobrecalentamiento en verano. El comportamiento de la Larixhaus obtenido en las mediciones fue significativamente mejor que el pronosticado por los resultados del PHPP. Sin embargo, teniendo en cuenta el margen de incertidumbre en el modelo junto con la concienciación de los ocupantes, los resultados previstos y los medidos muestran una concordancia razonable. El modelo parece proporcionar los resultados del lado de la seguridad.
• Es importante que durante la fase de diseño se preste una atención minuciosa a las estrategias de diseño que reducen el riesgo de sobrecalentamiento. Las ganancias internas debidas a los equipos se deben de tratar con cuidado, especialmente dado el alto nivel de protección térmica y el constante de tiempo extendido que es una característica de los edificios Passivhaus. En climas cálidos, suele ser preferible situar las instalaciones mecánicas fuera de la envolvente térmica. Los sistemas de agua caliente sanitaria deben de ser diseñados cuidadosamente para asegurar que no generan demasiado calor que después ha de ser extraído para mantener el confort interior.
• Los materiales de origen biológico ofrecen una protección térmica efectiva en climas cálidos y son totalmente compatibles con construcciones altamente confortables y de bajo consumo energético. La poca energía que requiere la fabricación y colocación de estos materiales puede ayudar a reducir el impacto medioambiental producido por el edificio y proporcionar unas condiciones interiores sanas y confortables.
• En climas con temperaturas exteriores y humedad elevadas (especialmente cuando las temperaturas nocturnas se mantienen por encima de los 20ºC), es probable que un sistema de refrigeración pasivo no pueda mantener el confort interior por sí solo.
• En climas similares a los de la Larixhaus, un adecuado sistema de protecciones exteriores, un buen diseño de la ventilación natural nocturna y un correcto manejo del edificio por parte de los ocupantes, pueden hacer posible que una casa pasiva de estructura ligera, súper aislada y hermética sin sistemas de refrigeración activos proporcione un ambiente interior agradable durante una ola de calor.

Agradecimientos

El autor quiere agradecer a las siguientes entidades que patrocinaron el sistema de monitorización de la Larixhaus: Zehnder Group Ibérica Indoor Climate, S.A., Ajuntament de Collsuspina, Farhaus Passivhaus Construction y Progetic. La certificación Passivhaus de la Larixhaus fue financiada por Farhaus y Progetic. Los resultados del presente artículo forman parte del trabajo de investigación llevado a cabo en los siguientes proyectos europeos de investigación: EuroCell, financiado por EASME, Project Nº ECO/10/277298; e ISOBIO, financiado por H2020, Project Nº 636835.

Referencias

• Schnieders, J., 2009, Passive Houses in South Western Europe. 2nd corrected edition. Passivhaus Institut, Darmstadt, Alemania.
• Wassouf, M., 2015, Comfort and Passive House in the Mediterranean summer – monitorization of 2 detached homes in Spain Barcelona”, 19th IPHC, Leipizig, Alemania.
• Leake, J., 2015, Residents roast in eco-homes’ greenhouse effect, Environment Editor-Sunday Times, Londres, Reino Unido.
• EN 15251:2007. Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics.
• Robine, J-M. et al., 2008, Death toll exceeded 70,000 in Europe during the summer of 2003. R. Biologies 331 – Elsevier, Amsterdam, Países Bajos.
• NOAA Climate Prediction Center, 2015, Average temperature anomalies for Europe during June 28-July 4, NOAA Climate.gov, Estados Unidos.
• Servei Meteorològic de Catalunya, 2012, Barcelona – Temperatura mitjana annual (1780-2011), Servei Meteorològic de Catalunya, Barcelona.