La tipología de vivienda adosada y EECN: análisis, metodología y aplicación práctica

Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:

Autores

• Jesús Ruipérez García, Arquitecto, AEXERGIA.com
• Oscar Cuevas Argandoña, Arquitecto, AEXERGIA.com

Resumen

Como resultado de las políticas urbanísticas de las últimas décadas la tipología de vivienda adosada constituye una fracción muy importante y creciente del parque residencial en prácticamente todas la regiones y situaciones climáticas de España, en línea con tendencias similares en la UE. Esta tipología tiene unas características específicas (ratios envolvente-térmica solar/sup. const, zonif. vertical, cubierta y espacio exterior propios, etc.)  que centran el objetivo EECN en un catálogo de actuaciones, tanto pasivas como activas, que le son específicas y que no son viables técnica o económicamente en otras tipologías (vivienda aislada, colectiva). Se presenta un análisis EECN de esta tipología centrándose en un caso real de rehabilitación energética de un adosado ubicado en núcleo urbano. Se documenta la situación inicial (sist. constructivos y energéticos, consumos reales, etc.), herramientas de simulación aplicadas, actuaciones y envolventes activas, proceso de obra y los resultados finales -datos reales- obtenidos en la consecución de ‘adosado tipo EECN’.

Una tipología de extensa implantación

Las políticas urbanísticas de las últimas décadas en prácticamente todo el territorio nacional han hecho de la tipología de vivienda adosada un elemento clave conformador del tejido urbano residencial. Baste señalar que durante el periodo 1998-2008 se construyeron en España casi 1 millón de viviendas de este tipo que constituyen un porcentaje cercano el 25% sobre el total de licencias urbanísticas concedidas en ese periodo (Superficie Artificial y Viviendas Unifamiliares en España, dentro del debete entre Ciudad Compacta y Dispersa. Fernando Moliní y Miguel Salgado. Departamento de Geografía. Universidad Autónoma de Madrid. 2010)

A nivel europeo los datos estadísticos atribuyen en España a esta tipología un porcentaje cercano al 25% sobre el total de viviendas existentes, valor éste muy cercano a la media de la UE-27. Cabe destacar que hay países europeos (p.ej.: Países Bajos, Gran Bretaña e Irlanda), donde la implantación de esta tipología “semi-detached” (adosada o pareada) es mayoritaria con porcentajes superiores al 50% sobre el total del parque edificatorio, superando así a cualquier otra (colectiva y aislada).

Con algunas características específicas

Esta tipología presenta una serie de características que le son propias y que desde el punto de vista energético de rehabilitación energética EECN son especialmente relevantes pues posibilitan (y a veces restringen) un catálogo de actuaciones que suelen no ser viables técnica o económicamente en otros tipos. Podemos citar:

• Envolvente térmica y solar. La envolvente térmica exterior de las viviendas adosadas está constituida normalmente por, al menos 3 superficies: dos fachadas con orientaciones opuestas y una cubierta. Ello posibilita que, prácticamente en cualquier implantación, se disponga de dos elementos (una fachada + cubierta) en orientaciones óptimas para captación solar y otra más con ventajas para situaciones de acondicionamiento veraniego. Si lo comparamos con la vivienda colectiva, ésta puede no tener ninguna superficie “solar”, o ser ésta muy pequeña en relación al volumen climatizable. Finalmente el resto de la envolvente -las medianeras- son compartidos con la vivienda colindante lo cual, a diferencia del caso de la vivienda aislada, reduce drásticamente la exposición exterior y consiguientes demandas energéticas. En resumen: esta tipología presenta unos ratios óptimos entre compacidad, envolvente expuesta al exterior, y envolvente captadora solar con óptimas orientaciones.
• Confort: zonificación-estratificación vertical. El desarrollo en vertical de este tipo de vivienda alrededor de una escalera que normalmente enlaza los distintos niveles induce una estratificación de la temperatura que hemos verificado experimentalmente en una media de 1º C por planta – en total 4ºC entre la p. inferior y la superior de la vivienda de la actuación-piloto- afectando notablemente a la uniformidad de las condiciones de confort interior. Ello sugiere la relevancia de adoptar algún sistema que aborde eficazmente este adverso fenómeno.
• Espacio exterior: esta tipología tiene asociada habitualmente de la disponibilidad de un espacio exterior o jardín en propiedad que posibilita la ampliación virtual de la envolvente captadora solar, superando ampliamente a la propiamente térmica del edificio. Ello permite implantar sistemas de aprovechamiento de tipo geotérmico que se suman a los de la superficie captadora solar de la cubierta (también en propiedad) que son normalmente inviables en la rehabilitación de viv. colectiva.
• Restricciones colectivas. En esta tipología las propias comunidades de propietarios (o los mismos propietarios) aplican habitualmente criterios de uniformidad “estética” con el resto de viviendas que restringen, cuando no prohíben expresamente, actuaciones aisladas o de “personalización” de fachadas, acabados, colores, etc. Estos factores dificultan enormemente algunas actuaciones, p.ej.: el aislamiento pasivo con sistemas SATE (aislamiento por el exterior en las fachadas). La cubierta queda habitualmente fuera de estas restricciones -o se le aplican de forma mucho más laxa.

Aplicación práctica: rehabilitación integral piloto de un adosado urbano

Se ha efectuado una intervención de rehabilitación energética integral en un adosado urbano de la ciudad de Tres Cantos (Madrid) que es la vivienda-estudio de uno de los autores y del que existen otros 560 prácticamente idénticos en la ciudad. El resumen de sus características básicas es:

Tras los trabajos de diseño, cálculos y simulaciones previas efectuadas se realizó un proyecto completo de actuaciones de rehabilitación energética que fue ejecutándose progresivamente entre 2012 y 2013. El objetivo ha sido doble:

• Rehabilitación integral con mejoras de confort y reducción de los consumos energéticos y de la dependencia de fuentes no renovables.
• Disponer de una plataforma de pruebas, experimentación y desarrollo de materiales, procedimientos, y sistemas aplicables a este campo y en particular a esta tipología de vivienda.

Actuaciones pasivas

Del conjunto de actuaciones realizadas en este campo cuyo objetivo básico es reducir la demanda energética del edificio, resaltamos las de mayor interés o/y singularidad en relación con los objetivos mencionados.

Envolvente térmica e higrométrica: Insuflado completo de cámaras con guata de celulosa reciclada.

Los condicionantes de uniformidad asociados a esta tipología anteriormente mencionados descartaron la actuación tipo SATE (aislamiento exterior) en fachadas. El sistema seleccionado ha sido la insuflación completa de las cámaras de aire (14-15 cm. en fachadas) con guata de celulosa reciclada. Este sistema presenta unas interesantes cualidades:

• Es un aislante térmico y acústico realizado a partir de papel y cartón reciclado que . tratado con sales bóricas (aprox. un 15%), deviene en un material imputrescible con propiedades ignífugas y antifúngicas. Es apto para su uso tanto para obra nueva como rehabilitación y actuando tanto desde el exterior como al interior. Usa como inocuo propulsor el aire a baja presión.
• Dado el importante espesor de las cámaras insufladas (15 cm. en fachadas), este sistema compite ventajosamente en ratio coste/beneficio con la opción SATE (inviable además por otras razones ya mencionadas) aun sin considerar la reducción inducida en las pérdidas por puentes térmicos dado el gran espesor insuflado.
• A su excelente capacidad aislante (con λ=0.038-0.041 W/mK, y propiedades como de regulador higrométrico, añade sus excelentes valores de -mínima- energía incorporada y de costes LCC del ciclo de vida completo.

Además de estas actuaciones, la envolvente térmica de los paramentos del garaje fue también mejorada mediante trasdosado e insuflado de cámaras. La cubierta ha sido también objeto de una importante actuación de aislamiento pero dado que está directamente relacionada con su nueva función como envolvente activa generadora de energía se detalla posteriormente en ese apartado.

Carpinterías de PVC y vidrios con cámara de argón

Se han sustituido los acristalamientos dobles existentes con otros dobles, bajo emisivos y con cámara de gas inerte argón. Suponen una mejora comparativa de su transmitancia térmica de mas de un 100% respecto a los originales y de un 25% sobre los equivalentes con cámara de aire que compensa sobradamente el menor incremento de precio (aprox. 15%).

Las carpinterías de PVC han sido conservadas dadas sus -aún hoy- excelentes características térmicas en comparación con otras soluciones metálicas actuales RPT. Esta actuación se complementó con trabajos convencionales de mejora de la estanqueidad al aire (factor clave éste) sustituyendo cierres y burletes así como reducción de puentes térmicos mediante aislamiento suplementario de cajones de persiana.

Actuaciones y arquitectura de los nuevos sistema de energía renovables

Consideraciones previas

En una vivienda adosada la ventilación llega a suponer fácilmente hasta un 30% de las cargas térmicas globales. La normativa actual resuelve

esta necesidad con la -elemental- solución de fijar unas tasas de renovaciones/hora por ocupación o/y tipos de local, método este que se aleja tanto del criterio “prestacional” del CTE como de la deseable “austeridad energética” de un EECN 2. Por otro lado una estrategia clara de consecución del objetivo EECN es que el edificio sea capaz de generar energía renovable para cubrir sus necesidades en el mayor porcentaje posible.

Fluido caloportador: el aire

La actuación aborda todos estos requerimientos con criterios de integración tanto técnica como arquitectónica (Building Integration) que se materializa en un único sistema interconectado de ventilación y envolventes activas generadoras de energía donde el aire es el fluido caloportador seleccionado. Su menor capacidad por unidad de masa (que no la global) -y que obliga a mayores diámetros de conductos- se ve compensada ampliamente por sus ventajas (compárense con la del agua, el otro fluido caloportador habitualmente usado en sistemas de captación solar):

• Es inocuo, no entra en ebullición y tampoco se congela, por lo que no requiere ninguna manipulación especial, sin mezclas ni aditivos de negativo impacto ambiental.
• Los costes directos de instalación, componentes (conductos, ventiladores, etc.) son mucho menos exigentes que para el agua tanto en requerimientos técnicos como de mano de obra especializada,
• En cuanto a los costes de operación, mantenimiento e indirectos, un sistema de aire posee gran “tolerancia a fallos”. En caso de fugas, éstas son fácilmente reparables, y no generan inundaciones ni desperfectos en el edificio, cubiertas u otras instalaciones. Todo ello redunda en menores costes LCC por KWp.
• Para finalizar es, en última instancia, el medio natural coherente con el objetivo final de los sistemas de climatización habituales; que no es otro que climatizar el aire que nos circunda.

La arquitectura del sistema: sistema integrado de ventilación y generación energética solar

La arquitectura básica integrada de esta instalación atiende a los siguientes criterios:

• Optimizar así la relación coste/beneficio de la actuación conservando las instalaciones de calefacción y ACS a gas natural que ahora asumen el papel de fuentes de respaldo de los nuevos sistemas de generación energética renovable que se implantan.
• Aprovechar la instalación del sistema de ventilación mecánica que se implanta como infraestructura base (red de conductos, ventiladores y rejillas de impulsión) para el sistema todo-aire de calefacción (y refrescamiento) del ambiente interior mediante un sistema de captación solar por aire, integrado arquitectónicamente en la cubierta, que pasa a ser una envolvente activa multi-energía

Los sistemas integrados son:

• Ventilación mecánica con intercambio entálpico de alta eficiencia. Este sistema sigue las pautas de diseño e implementación habituales para este tipo de instalaciones de doble flujo con intercambio de calor: impulsión de aire fresco a espacios estanciales – salón, dormitorios- y extracción de aire viciado desde aseos, baños y cocina. Esta doble red se cruza en la máquina de intercambio de calor donde el calor del aire saliente es cedido al aire fresco que se introduce. El sistema, a diferencia de los habituales usados en el sector doméstico, es de intercambio entálpico con transferencia de humedad lo que, en un clima relativamente seco como el de Madrid, supone una mejora notable en las condiciones de confort. A su vez gracias a la dotación de filtros G5 y F7 mantiene una excelente calidad y características hipo-alergénicas (reducción tasas de polen y contaminantes exteriores). Finalmente señalar dos cualidades añadidas del sistema y muchas veces no descritas suficientemente: a) el suave flujo de aire que el sistema induce en todas las plantas de la vivienda es una eficaz medida contra la estratificación y b) el sistema puede ser configurado para trabajar en ligera sobrepresión que redunda en una reducción de las pérdidas térmicas por infiltración. La tasa de ventilación de 0,8 renovaciones/hora se ha demostrado más que suficiente para la calidad del aire interior y percepción de confort de los ocupantes, haciendo que en la práctica cotidiana se hayan programado valores notablemente inferiores.
• Atemperación del aire exterior por intercambio geotérmico. Un banco de tubos enterrados en el jardín a una profundidad de 1,80-2,0 m. atemperan el aire exterior que circula por ellos hacia la maquina de VMC, por intercambio geotérmico con el terreno. Este sistema es conocido como pozos canadienses o provenzales. Su efecto es asimilable a un “imán térmico” que tiende a aplanar las T. de entrada del aire fresco hacia la T. media anual del terreno (15ºC en Madrid), calentándolo en invierno y enfriándolo en verano, siendo neutro su efecto en días intermedios de T. exterior similar a la del terreno. Dada la longitud máxima del jardín (8 m.) los cálculos efectuados aconsejaron disponer de un banco de 6 tubos de Ø100 mm. para garantizar una baja velocidad del aire en los conductos para un intercambio térmico eficaz aire-terreno. La ganancia de energía anual predicha para este sistema es de 1.138 Kwh/año y aunque estrictamente solo afectaría a la carga energética por ventilación, supone un 8,7 % del consumo total anual en calefacción de la vivienda. El programa GAEA usado no efectúa predicción para la capacidad refrescante del sistema
• Cubierta-envolvente activa solar e integrada arquitectónicamente para multi-generación energética simultánea (calefacción + ACS + electricidad). Se aplican unas soluciones constructivas base similares en ambos faldones para disponer una capa aislante de 10 cm. de aislante PIR aluminizado y donde el faldón norte recupera su acabado original con teja plana reaprovechada.

El faldón sur es conformado en toda su extensión con criterios de integración arquitectónica (Building integration) – respetando las pendiente y conformación original-, como un colector solar por aire caliente que integra 3 subsistemas de generación simultánea de energía:

• Aire para calefacción. El aire impulsado por el sistema de ventilación VMC puede ser desviado por el sistema de control actuando sobre compuertas reguladoras hacia ésta cubierta-colector solar donde es calentado para, tras un filtrado final F7, ser impulsado al interior de la vivienda usando para ello la misma red de distribución de la ventilación VMC.
• Generación de ACS. Mediante un intercambiador aire-agua y ventilador ubicados en cumbrera de cubierta se surte de agua caliente a un circuito con depósito de almacenamiento ACS de 300 l. La salida del depósito esta interconectada con la instalación existente mediante un “by-pass” termoregulado de forma que la caldera de gas existente solo se activa para post-calentar el ACS cuando su T. en el depósito es inferior a 45 ºC.
• Electricidad para autoconsumo. La parte superior del faldón integra 4 paneles fotovoltaicos (Wp= 1 Kw) que sustituyen a la cubrición de policarbonato del resto de la cubierta solar con criterios de tecnología FV+T (fotovoltaica + térmica). La predicción con PVGIS de producción anual de 1.380 Kw.h y su finalidad inicial es el autoconsumo para cubrir casi estrictamente los reducidos consumos añadidos a la vivienda por los nuevos sistemas (maquina VMC, ventiladores aire y ACS, bomba recirculación y sistema de control). Dado que la generación eléctrica coincide prácticamente con la propia demanda (al ser ambas producto de la fuente de energía solar que comparten) no se justifica la necesidad de ningún tipo de almacenamiento.

Sistema de monitorización, regulación y control

La vivienda ha sido dotada de un sistema de regulación, control y monitorización continua (accesible desde Internet) que, por un lado, permite efectuar un seguimiento continuado de las parámetros de confort y ambientales tanto exteriores como interiores, y por otro, regular y controlar todo los subsistemas de generación de energía, (ventiladores, compuertas de aire, etc.) y programar las prioridades de estos subsistemas en relación a los existentes. Los parámetros y dispositivos controlados son:

• Irradiancia solar (w/m2).
• 16 sondas de T. exterior e interior, circuito y deposito ACS, cubierta solar, paneles FV y otros puntos relevantes de los sistemas.
• Actuadores: 3 ventiladores de velocidad variable, 5 compuertas motorizadas en conductos de aire, 1 electroválvula, 1 relé para la VMC.

Estos parámetros son evidentemente muchos más de los necesarios para una operativa cotidiana del sistema pues su fin es tener una visión fiable del funcionamiento de todos los componentes y subsistemas que permita probar distintas configuraciones, extraer conclusiones, y así poder abordar futuras mejoras tal y como se describen al final.

Conclusiones, resultados y acciones futuras

Las obras descritas se han ejecutado en varias fases entre 2012 y 2013 y los nuevos sistemas de generación energética entraron gradualmente en funcionamiento entre agosto y septiembre de 2013. Por ello aún no se ha cerrado un ciclo anual completo en condiciones habituales de uso pero, en relación a los objetivos iniciales, avanzamos:

• Reducción de consumos de gas calefacción en el periodo sept-diciembre 2013 del 67 % respecto al año anterior. Tras haber transcurrido algo más de este primer periodo invernal (peculiarmente escaso en Irradiancia solar) la previsión es que la reducción sea de, al menos, un 50 % anual.
• En cuanto al segundo objetivo, la actuación cumple sobradamente las expectativas constituyéndose en una excelente plataforma de i+d energético para, test y mejora continua de conceptos y sistemas de ahorro aplicables a esta tipología de vivienda adosada en la consecución de los objetivos EECN.
• La integración de sistemas de generación de energía realizada en la cubierta BI se ha revelado como una solución prometedora y flexible que, gracias a las conclusiones extraídas de su continua monitorización y soluciones constructivas versátiles (FV+T), permite plantearse, con mínimas obras, unas acciones de mejora en sus prestaciones y objetivos energéticos más ambiciosos. Tales son: