Ficha de proyecto presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Resumen Proyecto
La Xunta de Galicia y el fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) han promovido la rehabilitación energética del colegio Luís Tobío de Viveiro (Lugo) para adaptarlo a la directiva 2010/31/UE. A través del proyecto arquitectónico se han estudiado las principales patologías energéticas y situaciones de dis-confort que existían en el centro para establecer una estrategia de rehabilitación con la premisa de alcanzar un colegio rehabilitado EECN. Se han planteado actuaciones que mejoran la envolvente térmica, reducen las infiltraciones de aire y aumentan la eficiencia en iluminación con el objetivo final de que los periodos de recuperación de la inversión (payback) fueran inferiores a 20 años y que las emisiones de CO2 generadas por las actuaciones de rehabilitación se compensaran en menos de 10 años. Se han obtenido interesantes beneficios energéticos y ambientales tales como reducir la “energía primaria no renovable en edificio público” en más de 150.000 kWh/m2año (FEDER CO32) y eliminar “gases efectos invernadero” superiores a 30 Tn equivalentes de CO2 (FEDER CO34).
Memoria descriptiva
Agentes del Proyecto
- Promotor: Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria. Xunta de Galicia
- Proyectistas: José Manuel Castro Vázquez
- Dirección Obra: José Manuel Castro Vázquez
- Otros Agentes: Construcciones Anjoca, Ingeniería Insitu, Philips.
Antecedentes
El centro escolar rehabilitado fue construido en 1.975 a través de un “proyecto tipo” que formaban parte del “Plan de Urgencia de Galicia”. El edificio escolar objeto de rehabilitación se organiza en torno a un “atrio central” que cuenta con los espacios de comunicación y disponiendo las aulas a ambos lados con orientaciones opuestas “este” y “oeste” (figura 2).
Constructivamente el colegio estaba formado por: forjado sanitario, fachada de doble hoja de ladrillo con cámara de aire, cubierta inclinada sobre tabiques palomeros apoyados en el último forjado y huecos exteriores (puertas, ventanas y atrio) de carpintería de aluminio (sin RPT) y vidrio simple originales.
Durante la visita que se realizó al centro escolar se detectaron principalmente tres deficiencias energéticas en la envolvente térmica:
- Puentes térmicos.
- Falta de estanqueidad al aire de las carpinterías.
- Malas prácticas de ventilación natural. Baja ventilación en aulas y excesiva en baños.
En la termografía 01 (figura 3), se visualizan 3 puentes térmicos característicos del periodo constructivo en el cuál se edificó el centro escolar: frentes de forjado, pilares y solera sin aislamiento.
En la termografía 02 (figura 4) se visualiza otro punto crítico muy repetido en los colegios de esos años, se trata de los forjados en contacto con el exterior los cuáles están sin aislamiento. Se realizan mediciones de calor en este punto de la envolvente térmica próximas a los 8ºC mientras que la fachada exterior del edificio estaba a 0ºC. Esta patología energética provocaba importantes situaciones de falta de confort para los niños que se encontraban encima del forjado tales como: “pies fríos” y “asimetrías de temperatura”.
La termografía 03 (figura 5) se realiza desde el interior y escenifica una mala práctica de ventilación. En los espacios comunes tales como aseos, se solía tener las ventanas abiertas de manera continua para evitar olores. Esta práctica era muy ineficiente ya que se producía una entrada de aire frío (-3ºC) y una imposibilidad para alcanzar estabilidad térmica y confort en el interior del colegio.
En la termografía 04 (figura 6) se visualiza la baja estanqueidad al aire de las carpinterías que existían en el edificio antes de la rehabilitación. Se midió la entrada de aire del exterior a una temperatura de 5ºC cuando las aulas debían estar a una Tª operativa de 21ºC. Esta patología provocaba que los alumnos próximos a las ventanas tuvieran bajo confort térmico debido a las infiltraciones de aire no controladas que se producían a través de las carpinterías. Además, las ventanas que existían estaban formadas por vidrios simples que tienen una baja resistencia térmica y este aspecto provocaba de nuevo “asimetrías de temperatura” muy significativas entre paramentos de una misma aula.
Se cuantificó que en el estado actual las “infiltraciones no controladas de aire” suponían el 59% de las pérdidas térmicas totales, mientras que, la baja resistencia térmica de los vidrios existentes, producían pérdidas del 17% (figura 7). Ambos datos permitieron establecer la sustitución de las carpinterías como una medida prioritaria para alcanzar un colegio rehabilitado EECN. Los forjados al exterior concentraban en una pequeña parte de la envolvente térmica un 8% de las pérdidas totales, mientras que a través de fachada se producía también un 8% de las pérdidas. Se trataba de dos partes de la envolvente cuya intervención mejoraría el confort térmico interno de los usuarios al eliminar las patologías energéticas de “pies fríos” y “asimetrías de temperatura” interiores entre paramentos.
El análisis sobre el confort térmico que existía en el interior del colegio antes de la rehabilitación (figuras 8 y 9) presentaba conclusiones interesantes tales como:
- Las aulas con mejor comportamiento eran las ubicadas en planta baja debido a que existía menor salto térmico entre el interior y exterior al estar en contacto con el terreno. En contraposición, las aulas con peor comportamiento eran las ubicadas en planta primera y con forjados al exterior.
- Existía una escasa “estabilidad térmica” en el interior del colegio a lo largo del día. Las temperaturas a primera hora eran bajas (16-17ºC) debido a que no existía una buena conservación de energía durante la noche (ausencia aislamiento) y en consecuencia era difícil alcanzar en semanas de frío la temperatura de 21ºC. También existían importantes diferencias térmicas de 2ºC entre aulas con distinta orientación a la misma hora.
Descripción del Proyecto
Las estrategias de rehabilitación energética planteadas se apoyaban en las conclusiones obtenidas a través de la tesis doctoral realizada por el autor del proyecto en el año 2017 y que trataba sobre rehabilitación energética de centros escolares bajo criterios de edificios nZEB. En primer lugar, se realizó un estudio individualizado de cada parte de la envolvente para verificar la actuación más viable y su espesor eficaz. Se analizaron las siguientes posibilidades:
- Fachada: trasdosado por el interior, inyección en cámara o sistemas SATE.
- Cubierta: aislamiento en cara superior del forjado bajo cubierta o en faldones.
- Forjados: falso techo con lana mineral (LW).
- Huecos: incorporar doble ventanal o sustituir el hueco (variantes de carpintería y vidrio).
En segundo lugar, se establecieron 3 tipos de estrategias: “mínima, máxima y óptima” (tabla I):
Se escogió la “estrategia óptima” como solución de mayor viabilidad desde un punto de vista técnico y económico. Se alcanzaron ahorros en el consumo de calefacción del 65% con periodos de recuperación de la inversión (payback) de 19 años. En cuanto a las actuaciones en iluminación (luminarias LED y detectores presencia/intensidad) los ahorros eran del 59% y payback de 10 años. Se demostró que la rehabilitación energética era factible con un payback coherente (inferior a 20 años) para un edificio escolar con más de 40 años (figura 10, tablas 2/3).
Análisis energético de la rehabilitación energética
Al analizar cada actuación y compararla con su coste de ejecución (PEM), se puede afirmar que la “sustitución de los huecos” era la actuación más costosa (105.960 €) pero el ahorro energético que generaba debido al aumento de resistencia térmica y estanqueidad era del 30% respecto al estado actual. Se concluyó que para realizar una rehabilitación energética en arquitectura escolar es totalmente necesario actuar en los huecos existentes para alcanzar edificios rehabilitados EECN. Las “actuaciones en iluminación” eran las segundas más costosas (62.155 €) pero permitió ahorros en consumo eléctrico superiores al 50%. Aun así, se concluyó que para obtener edificios rehabilitados EECN en arquitectura escolar es necesario implementar medidas de auto-consumo (instalación fotovoltaica) ya que el consumo eléctrico anual (3.840€) después de la rehabilitación sigue siendo elevado en esta tipología y sólo con medidas de este tipo se alcanzará el edificio EECN. Las actuaciones de aislamiento en cubierta y fachada tenían un coste medio de 16.000€ cada una pero permitían ahorros en calefacción superiores al 10%. Aún así, la actuación que generaba un ahorro más significativo en base a su bajo coste es la mejora de “aislar la cara inferior de los forjados” ya que con un PEM de 6.531 € generó un ahorro del 15%.
Análisis confort de la rehabilitación energética
El análisis comparativo sobre el confort higrotérmico entre el estado actual y el estado reformado del colegio CEP Luís Tobío ha permitido obtener las siguientes conclusiones basándose en las gráficas de distribución de temperatura (figura 10 y 11):
- Después de la rehabilitación se detecta que existe mayor estabilidad térmica en el interior del colegio a lo largo del día, ya que no hay grandes oscilaciones térmica entre aulas con distinta orientación. En el estado reformado las variaciones térmicas se dan al final del día (17:00) debido al efecto de la radiación solar y la mejor conservación de la energía después de la rehabilitación.
- Actualmente existe una mejor conservación de la energía a lo largo de la noche ya que no se produce pérdidas térmicas tan elevadas con las mejoras de aislamiento. Esto se traduce en una mayor temperatura a primera hora del día (hasta más de 3ºC con respecto al estado actual) y en una mayor rapidez para alcanzar la temperatura de confort en el interior de las aulas.
- El centro escolar rehabilitado tiene un mejor comportamiento térmico, ya que las actuaciones de aislamiento y sustitución de huecos permiten reducir las infiltraciones de aire y pérdidas por transmisión térmica lo que favorece una mayor conservación de la energía y que los sistemas de calefacción sean más efectivos. En consecuencia, la temperatura interior a lo largo del día es de hasta 2ºC superior al estado actual.
Memoria constructiva
Envolvente térmica
Inyección en cámara
Se planteó una solución de inyección en cámara debido a que la fachada original era de ladrillo caravista y funcionaba bien tanto constructivamente como higrotérmicamente en un clima húmedo como el de Viveiro. La solución se basó en un sistema de “perlas expandidas” con adhesivo inyectadas a presión lo que generaba un aislamiento rígido y continúo en la cámara de aire existente (40mm). La solución constructiva original era: ½ pie de ladrillo caravista + cámara aire + tabicón LHD + enlucido, con un valor de transmitancia térmica de U:1,88 W/m2 ºK . Con la solución de rehabilitación energética se alcanzó un valor de U:0,54 W/m2 ºK que cumplía con CTE (figura 12).
Aislamiento cubierta
Se colocó una “manta” de lana de roca de 100mm (λ: 0,039W/mºK) en la cara superior del forjado en contacto con el bajo cubierta que está sin climatizar. El objetivo era limitar la transferencia de calor desde el interior de las aulas de la última planta hacia la parte superior del edificio. Esta parte de la envolvente tenía una transmitancia de U: 3,22 W/m2 ºK que se mejoró a U: 0,38 W/m2 cumpliendo CTE.
Aislamiento forjado en contacto con el exterior
El colegio cuenta en planta baja con 2 zonas de porche de 190m2 (23% superficie de forjado planta 1ª) por lo que se planteó una fijación en la cara inferior del forjado mediante panel rígido de roca volcánica de 80mm y un falso techo continuo (figura 14). La solución constructiva original tenía una transmitancia térmica de U: 2,33 W/m2 ºK, mientras que con la intervención se alcanzó un valor de U: 0,34W/m2 ºK.
Sustitución hueco y aislamiento capialzado
Las ventanas y puertas originales eran de carpintería metálica de aluminio (sin RPT) con sistema de apertura corredera y vidrio simple. Fueron sustituidas por una solución de mayor estanqueidad formada por carpinterías de aluminio con RPT y doble acristalamiento 4/14/3+3. También se realizó un trasdosado con lana mineral (100mm) y aplacado de yeso para aislar el hueco del capialzado existente.
Iluminación y sistema de control
Se plantearon luminarias tipo LED con regulación de intensidad lumínica en aulas y detector de presencia en zonas comunes. En las aulas se dispusieron 3 filas paralelas a la ventana con apagado y encendido independiente para regular la intensidad de luz según la necesidad de cada zona (figura 15).
Presupuesto
Viabilidad económica. Actuaciones envolvente térmica
Viabilidad económica. Actuaciones instalaciones
La reducción de emisiones de CO2 que se produjo con la rehabilitación entre “estado actual” y “estado reformado”, ha permitido que se compensen en sólo 7 años las emisiones generadas durante la fabricación y construcción.
- Inyección en cámara 30mm (perlas de EPS).
- Aislamiento cara superior forjado (LW100mm).
- Aislamiento falso techo en forjados exteriores (LW80mm).
- Sustitución de los huecos existentes (aluminio con RPT 4/14/3+3).
Al analizar el impacto ambiental mediante un “análisis de ciclo de vida” (ACV), se detectó que el mayor impacto en la rehabilitación se produjo con la “sustitución huecos por carpintería aluminio 4/14/3+3”, superior al 60% (figura 16). Se han estudiado otras alternativas como carpinterías de PVC y madera; pero aunque ambas generarían menor impacto se ha primado una carpintería en aluminio por el escaso mantenimiento que tendría.
Cumplimiento DB-HE ahorro de energía
