Comprobando cómo funciona una fachada: estudio del comportamiento de la fachada en una vivienda de energía casi nula

Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:

Autora

Anna Manyes Castellà, Responsable de Eficiencia Energética, ROCKWOOL Peninsular

Resumen

Con este estudio se pretende demostrar las prestaciones que una fachada compuesta por un SATE de lana de roca, muro cerámico y trasdosado con lana de roca, puede ofrecer a una vivienda de bajo consumo. Por ello, se ha monitorizado una vivienda unifamiliar en Zaragoza durante más de un año. Los datos aportados hasta ahora confirman: unas temperaturas superficiales exteriores de la fachada mucho más extremas que las temperaturas del aire: entre -4 y 49°C; unas temperaturas superficiales interiores dentro del rango de confort durante la mayor parte del tiempo, tanto en invierno como verano; observación detallada de cómo evolucionan los saltos térmicos; una contribución óptima de la fachada al confort acústico, medida en ensayo.

Palabras clave

Fachada, SATE, Acústica, Ensayos, Monitorización, Temperatura

Introducción: Objetivos

En este estudio, aún en marcha, se ha querido analizar sobre la realidad construida cómo se comporta una fachada y qué aporta para satisfacer las distintas prestaciones -confort térmico, acústico, calidad del aire, seguridad- en un contexto de Edificio de Energía Casi Nula EECN.

La vivienda de estudio

El edificio estudiado es una vivienda unifamiliar situada en Zaragoza, construida en 2015, obra de Ferrán Calzada y Alberto Mendo (Ingennus Urban Consulting), y Daniel Olano. Consta de dos plantas más un semisótano iluminado con patio inglés, y está habitada desde agosto de 2016 por cuatro personas -una pareja con ocupaciones fuera de casa con dos hijos en edad escolar.

Según datos de facturación, la vivienda tiene un consumo total de Energía Final de 53,34 kWh/m2a. Una vivienda unifamiliar media en zona continental tiene un consumo de 130,53 kWh/m2a de los cuales un 67% son para usos evaluados en el CTE/CEE (calefacción, refrigeración, y ACS) (IDAE, 2011). Extrapolando a estos usos, y de forma aproximada, el Consumo de Energía Final evaluado en una certificación energética de la vivienda en estudio sería de 35,58 kWh/m2a, un 59% más bajo que la media. Por tanto, sin entrar a valorar los aspectos generales del edificio estudiado, sí se puede ubicarlo como edificio de bajo consumo energético.

 

La fachada objeto del estudio está compuesta por las siguientes capas, del exterior hacia el interior:

• Sistema SATE REDArt de ROCKWOOL, con acabado exterior al silicato y aislamiento con panel RockSate Duo de 120 mm de espesor [1]
• Muro cerámico aligerado de 140 mm de espesor
• Trasdosado de placa de yeso laminado con montantes metálicos (arriostrados al muro mediante ménsulas), de 12,5 mm de espesor
• Aislamiento Rockcalm E-211 de ROCKWOOL de 60 mm de espesor, ubicado entre montantes del trasdosado [2]
• La transmitancia térmica U, incluyendo los puentes térmicos puntuales es de 0,19 W/m2K.

Metodología

Se ha iniciado una monitorización de datos higrotérmicos, aportando valores horarios desde agosto de 2016: humedad exterior e interior; temperatura del aire exterior e interior; temperaturas superficiales en dos ubicaciones: fachada norte, y fachada oeste.

1. En el mortero de acabado del sistema REDArt: temperatura superficial exterior.
2. Entre el aislamiento del sistema REDArt y el muro cerámico.
3. Entre el muro cerámico y el aislamiento interior.
4. Entre el aislamiento y la placa de yeso laminado: temperatura superficial interior.

Durante todo este tiempo, la vivienda ha estado funcionando con normalidad, incluyendo el sistema de climatización, operado bajo el criterio de sus ocupantes.

Por otro lado, la consultoría externa Nivel-4 ha efectuado un estudio acústico, comparando valores de aislamiento al ruido aéreo de la fachada calculados con los medidos en obra final. Las mediciones acústicas y los cálculos se han efectuado conforme al estándar UNE EN ISO 16.283-1:2015 y el DB HR del CTE.

Resultados y datos obtenidos

Evolución de las temperaturas en la fachada durante la semana más fría

• Entre el 17 y el 22 de enero, la temperatura exterior del aire oscila entre los -3 y 10,1 °C mientras que la interior está siempre claramente en confort (19,5-22,15 °C).
• De hecho, la Temperatura Superficial Interior (N3), incluso la N2, son casi siempre más altas que la del aire interior, con mínimas de 21,2 °C. Esto significa que las paredes interiores de la vivienda tienen una temperatura radiante alta, contribuyendo a una mayor sensación de confort. Es posible que esto sea en parte debido al sistema de calefacción.
• La diferencia de temperatura entre los sensores colocados al exterior e interior del SATE N0 y N1, es muy clara y la más diferenciada de todas. En el SATE se salvan unos 15,74 °C de promedio entre el exterior y el interior.
• Cuanto al resto de capas: en el muro cerámico se produce un salto térmico de 1,95 °C, mientras que en el aislamiento del trasdosado el salto es de 0,67 °C, llegando a una temperatura superficial interior media de 21,94 °C.
• La Temperatura Superficial Exterior (N0) es casi idéntica a la temperatura del aire. Cabe recordar que esta fachada no recibe radiación solar directa (ningún aumento de temperatura se debe a causas externas), por lo que no se deducen pérdidas de calor remarcables.

Respecto al papel de la radiación solar en invierno, se observa en la fachada Oeste:

La temperatura superficial exterior (O0) es casi idéntica a la del aire, y a la de la fachada Norte vista anteriormente. Sólo se aprecian unos picos de temperatura durante las tardes, el más destacado de los cuales sube la temperatura de la fachada unos 3,8 °C respecto el aire. Por lo tanto, se confirma que, en una orientación oeste, las ganancias solares por los cerramientos opacos son poco significativas -o no suficientes como para utilizarlas como recurso de condicionamiento pasivo.

Evolución de temperaturas en la semana más cálida

Para el confort en verano cobran gran importancia distintos factores, los cuales no se han controlado de ningún modo durante la recogida de datos: que la protección solar y/o la ventilación sean suficientes y estén activadas en los momentos adecuados; o conocer los perfiles de ocupación en cada momento y si por tanto existe necesidad de confort térmico y/o se activa la refrigeración. Por otro lado, las condiciones exteriores oscilan tanto por encima como por debajo de las condiciones de confort, a diferencia del invierno, y por lo tanto cambiando la dirección del flujo de calor a través de la fachada constantemente. Es por esto que es difícil de aislar qué papel general tiene la fachada opaca en la evolución de temperaturas. Tampoco se puede deducir, a la vista de los datos, que no se pueda lograr el confort mediante estrategias pasivas, ya que es altamente improbable que durante el día hubiera ocupación en la casa, y por lo tanto una activación correcta de sombreado o ventilación.

Es mucho más revelador observar la evolución de las temperaturas en las distintas capas de fachada:

 

• Se ha medido, en la fachada oeste, hasta 49,01 °C de temperatura superficial exterior, cuando la temperatura del aire es de 35,58 °C, debido a la radiación solar.
• En este momento, en el SATE se salvan 18,5 °C de salto térmico, una cifra comparable a las observadas en invierno.
• Ese mismo día la temperatura de la fachada era, por la noche, de 21,04 °C: el salto térmico de la superficie de la fachada entre día y noche alcanza los 27,97 °C.
• Las temperaturas internas de la fachada, en cualquier orientación, tienden a estabilizarse, ya sea en capas con aislamiento o con masa térmica.
• En cambio, las temperaturas superficiales interiores N3 y O3 presentan más oscilaciones a lo largo del día, lo que parece ser debido a causas externas (radiación solar, ventilación, uso, etc.), y están casi siempre por encima de la temperatura del aire.

Cálculo de condensaciones

Se ha realizado un cálculo de posibilidad de condensaciones intersticiales, utilizando los datos de temperaturas y humedad relativa tanto oficiales del CTE, como los reales recogidos, según el estándar ISO 13788. Como resultado, en ninguno de los dos escenarios se ha detectado ninguna condensación en ningún mes del año, lo que garantiza la correcta transpiración de la fachada (todos los componentes son transpirables), rendimiento térmico y durabilidad.

Aislamiento al ruido aéreo

Se comprueba que los valores medidos en ensayo correspondan con los previstos en cálculos de proyecto.

La mejora aportada por los sistemas de fachada ROCKWOOL en los recintos estudiados, respecto a la situación sin aislar, corresponde a la siguiente tabla:

Es interesante que, a nivel térmico, quien más aporta es el SATE, mientras que a nivel acústico es el trasdosado, pero que ambos contribuyen en todas las facetas del confort.

Sensación de confort

Y por último y no menos importante, las impresiones de los usuarios. Los habitantes de la vivienda se muestran completamente satisfechos con el confort de la fachada, aunque sea difícil de percibir cuando funciona correctamente. “A veces estamos cerca del gran ventanal del comedor, y es allí donde se nota más ruido exterior, o una temperatura menos confortable. Por contraste, es entonces cuando nos damos cuenta de lo confortable que es permanecer en cualquier otro lugar, incluido cerca de la fachada.”

Conclusiones

Confort térmico

En el estudio de temperaturas no se pretende concluir que la fachada sea responsable de los saltos térmicos observados, ni en invierno ni en verano, ya que en la evolución de temperaturas intervienen otros factores: climatización, ocupación, etc.

Sin embargo, sí se puede afirmar:

• En invierno, la temperatura superficial interior se mantiene siempre en confort, lo que aporta una buena temperatura radiante al usuario, mientras que la temperatura superficial exterior es prácticamente igual que la del aire – “pared fría” al tacto, o en una termografía.
• Una fachada aislada muestra comportamientos similares a una fachada con masa térmica, en cuanto a estabilización de temperaturas a lo largo del tiempo.
• La fachada desarrolla correctamente su papel como estrategia pasiva, tanto en verano como en invierno.
• En verano, la radiación solar representa un importante aporte de calor que el aislamiento debe frenar.

Radiación solar en fachada y ganancias térmicas, según color de acabado

En la vivienda estudiada, se han observado grandes oscilaciones en la temperatura superficial exterior en la orientación oeste, debido a la radiación solar, especialmente en verano.

Para extrapolar resultados a otras situaciones, hay que tener en cuenta que aquí la propiedad había optado por el color blanco en toda la envolvente, lo que minimiza la absorción de calor por radiación ya que tiene un índice de reflexión solar muy alto. Pero con un acabado de color más oscuro, la temperatura superficial de la fachada puede alcanzar los 80 °C. (Cortexa, 2017).

Esto lleva a dos conclusiones:

• El salto térmico que soporta una fachada en verano puede ser mucho mayor que lo que soporta en invierno: hasta 55-60°C entre interior y exterior, por lo que no se debe subestimar el papel del aislamiento en climas cálidos.
• Los materiales que conforman la fachada deben estar preparados para soportar tales temperaturas, y cambios bruscos (hasta 60°C de diferencia entre día y noche).

Confort acústico

Mediante los ensayos, se confirma que los sistemas ROCKWOOL estudiados aportan las prestaciones acústicas esperadas y publicadas en las fichas técnicas, y que la obra se e jecutó atendiendo a criterios de ejecución acústicos, no encontrándose defectos en el aislamiento.

La importancia de la visión conjunta: interdisciplinariedad

Aunque cuando se proyecta un EECN el foco se ponga en el consumo energético, no hay que olvidar que el objetivo se puede y debe lograr sin menoscabar otras prestaciones como el confort acústico, la salud, la durabilidad y la seguridad. En la presente fachada se ha demostrado que esto es posible, y que la presente solución supera las exigencias normativas en distintas facetas, sin tener que utilizar una solución específica para cada una de ellas.

Referencias

• Cortexa. (27 de 9 de 2017). I colori del Sistema a Cappotto. Obtenido de www.cortexa.it/webapp/upload/media-460.pdf
• IDAE. (2011). Informe Final Proyecto SECH-SPAHOUSEC.