Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Miguel Ángel Pascual Buisan, Ingeniero Industrial, Profesor Asociado, Universidad Pública de Navarra
Resumen
Desde el punto de vista técnico, la constante mejora de la tecnología rompe con todo el conocimiento prestablecido. Por ejemplo, los valores actuales de transmitancia térmica que se pueden lograr en los huecos hoy en día convierten en leyenda la afirmación “hay que cerrar el edificio al norte”.
Introducción
En cualquier disciplina científica es necesario guardar cautela frente a los dogmas prestablecidos, ya que muchos de ellos, con el avance de la tecnología se demuestran erróneos. Es cierto que, en el ámbito de la energía edificatoria, estos postulados permiten economizar esfuerzos intelectuales o computaciones a la hora de optimizar el edificio. Sin embargo, es importante que periódicamente se vuelvan a revisar estos fundamentos, por si la evolución de la tecnología los ha podido dejar obsoletos.
Recientemente, en el análisis de un proyecto, se han producido unos resultados que nos sorprendieron y que requirieron el análisis objeto de esta comunicación.
En este estudio, por error, se realizó un análisis paramétrico de fuerza bruta en el que se estudiaba el porcentaje óptimo de superficie acristalada para una fachada norte. La sorpresa fue que, al aumentar la superficie acristalada a norte, la demanda de calefacción se reducía. El dato más relevante de este proyecto era que los huecos contaban con vidrios triples, con una transmitancia térmica de U = 0,6 W/m²K
Por lo tanto, la pregunta es si cuando se mejora la transmitancia térmica de los vidrios, manteniendo un factor solar elevado, ¿llegan a prevalecer las ganancias de radiación difusa en los huecos de la fachada norte a las pérdidas por transmisión?
Metodología
El estudio se ha realizado de dos formas. En primer lugar, se ha realizado una batería de simulaciones en las que se han cambiado el fichero climático, la superficie acristalada y el tipo de acristalamiento. Todas las simulaciones se han realizado la herramienta SG SAVE (en proceso de reconocimiento como método de certificación energética y que implementa como motor de cálculo el EnergyPlus) y por lo tanto las condiciones son las normalizadas para la certificación energética de los edificios residenciales.
Por otro lado, se ha realizado un análisis de los flujos de calor en los huecos con la gráfica de reparto de energía de la herramienta “eplusctekit” desarrollada por el Instituto Torroja y que parcialmente se incorpora a la herramienta SG SAVE.
El análisis paramétrico, se ha realizado sobre un cubo de dimensiones 10x10x3 m con un único hueco situado en la fachada norte, cuya superficie se ha variado desde el 10% al 90%. Los vidrios empleados han sido vidrios reales en el mercado, dada la relación que los valores de transmitancia térmica y los valores de factores solares no son totalmente independientes. Intencionadamente se han escogido vidrios con un alto factor solar.
Según se desprende del análisis de flujos de calor, las conclusiones son independientes de la construcción de la parte opaca de la envolvente, así como del factor de forma del cubo.
Las variaciones en los parámetros han sido:
- Zona climática: A3, D3, D1 y E1
- Superficies acristaladas a norte: 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% y 90%
- Vidrios empleados:
- Vidrio simple claro: U=5,7 W/m²K – g = 0.85
- Vidrio doble claro: U = 3,5 W/m²K – g = 0.75
- Vidrio bajo emisivo 1: U = 1,4 W/m²K – g = 0.46 (Climalit Plus con Cool Lite KNT 164 F2 6(16 argón90%)44.2
- Vidrio bajo emisivo 2: U = 1,1 W/m²K – g = 0.64 (Climalit Plus con Planitherm XN F3 6 (16 argón 90%) 4
- Vidrio triple: U = 0,6 W/m²K – g = 0.56 (Climalit Plus con Planitherm XN F2 F5 6(14 argón 90%)4(14 argón 90%)44.2 DIAMANT
Resultados análisis paramétrico
En las siguientes tablas se muestran los resultados de la demanda de calefacción para cada zona climática. Se adopta como caso base para calcular los ahorros, el porcentaje de superficie acristalada del 10%.
Zona climática E1
Las demandas de calefacción de los casos base (10% de superficie acristalada) son parecidas en los distintos tipos vidrios debido a que la superficie de hueco es pequeña. Al aumentar la superficie acristalada se observa que las demandas de calefacción aumentan para los casos de vidrio simple, vidrio doble y vidrio bajo emisivo 1. Sin embargo, para el vidrio bajo emisivo 2 y el vidrio triple, las demandas de calefacción disminuyen al aumentar el porcentaje de hueco.
Zona climática D1
A continuación, se muestran los resultados obtenidos con un clima con una severidad de verano menor.
En este caso, se observa cómo se siguen las mismas tendencias y como a partir del vidrio bajo emisivo 2 (transmitancia térmica 1.1 W/m²K) el aumento de la superficie acristalada a norte reduce la demanda de calefacción.
Zona climática A3
Por último, veamos qué ocurre en las zonas con un invierno ligero.
Resultados análisis flujos de calor
Para entender qué está pasando se analizan los flujos de calor a través del hueco. El flujo de calor neto anual será el balance entre la radiación solar (difusa) entrante y las pérdidas por transmisión. En aquellos casos en los que las pérdidas por transmisión predominen sobre las ganancias por radiación, aumentar la superficie acristalada, aumentará la demanda de calefacción.
Para el vidrio simple, con un 10% de superficie acristalada, en la zona climática D3, se tiene la siguiente distribución de componentes:
De esta gráfica se observa que las ganancias solares anuales son 24kWh/m²-año, mientras que las pérdidas son transmisión son de 36 kWh/m²-año. Evidentemente con este vidrio, aumentarla superficie acristalada aumentará siempre la demanda de calefacción.
La gráfica correspondiente al vidrio triple es:
En esta gráfica se observa como las ganancias solares se han reducido a 13 kWh/m²-año (como consecuencia de la reducción del factor solar), sin embargo, como era de esperar, las pérdidas por transmisión se han reducido hasta dejarlas en un valor absoluto de 5 kWh/m²-año. Es decir, las pérdidas por transmisión se han situado en un valor inferior a las ganancias de radiación difusa. Con este tipo de vidrios cualquier aumento de su superficie se traducirá en una reducción de la demanda. Al ser un balance neto, este resultado es independiente de otros parámetros del edificio como pueda ser la compacidad o el nivel de aislamiento de la parte opaca o de la existencia de otros huecos.
Conclusiones
Como se ha podido demostrar, aumentar los huecos a norte, no implica necesariamente un aumento de las demandas de calefacción. En el mercado actualmente existen vidrios cuya transmitancia térmica es lo suficientemente baja para que las pérdidas por transmisión sean inferiores a las ganancias de radiación difusa, para cualquier zona climática de España.
Los procedimientos de certificación energética son poderosas herramientas que permiten mejorar el comportamiento energético del edificio y ahondar en el conocimiento de su eficiencia energética. Herramientas como SG SAVE, que utilizan el motor de cálculo del EnergyPlus y las utilidades de análisis y simulación paramétrica del OpenStudio, van a contribuir decisivamente en el desarrollo de los edificios de energía casi nula.
Las ideas preestablecidas, nos ahorran esfuerzo intelectual y computacional en el estudio de proyectos. Sin embargo, es necesario periódicamente reevaluarlas por si la mejora constante de la tecnología las ha podido dejar obsoletas. La simulación energética, se demuestra como una herramienta imprescindible para esta labor.