Incidencia de los puentes térmicos en edificios rehabilitados (II Congreso EECN)

EECN II

Incidencia de los puentes térmicos en edificios rehabilitados de energía casi nula

Este estudio ha sido elaborado por: Eider Iribar Solaberrieta, César Escudero Revilla, Koldobika Martín Escudero, Jon Teres-Zubiaga, Álvaro Campos-Celador, Juan Maria Hidalgo Betanzos, Imanol Ruíz de Vergara Ruiz de Azúa, Iván Flores Abascal y Carlos García-Gáfaro.

En este estudio se analiza la importancia de los puentes térmicos en los edificios. Respecto a los paneles sándwich de poliuretano, es muy importante la rotura del puente térmico en el solape.    

Como se puede ver en la siguiente imagen, nuestros paneles disponen de una junta de alta calidad, para evitar la transmisión por puente térmico de la chapa exterior a la chapa interior que conforman el panel sándwich.

Detalle del solape del Panel Sándwich Cubierta

Detalle del solape del Panel Sándwich Cubierta

Detalle del solape del Panel Sándwich Fachada

Detalle del solape del Panel Sándwich Fachada

Detalle del solape del Panel Sándwich Teja Classic

Detalle del solape del Panel Sándwich Teja Classic

Detalle del solape del Panel Sándwich Teja Dunas

Detalle del solape del Panel Sándwich Teja Dunas

El desarrollo de EECN ha acarreado el uso de mayores espesores de aislamientos, y en efecto, la relevancia de los puentes térmicos en la demanda energética ha incrementado. No obstante, la complejidad y la unicidad de los PTs dificulta la estandarización de metodologías de cálculo y exigencias que limiten las pérdidas térmicas a través de los mismos. También induce al técnico a emplear procedimientos simplificados, y a veces, a desestimar su efecto en la demanda del edificio. Debido a las limitaciones de los métodos simplificados, se ha estudiado el impacto de los PTs en la demanda en un caso de rehabilitación convencional de un bloque residencial, aplicando una metodología que considera la inercia térmica y la tridimensionalidad de los PTs, con el objetivo de analizar las deficiencias del comportamiento térmico de una solución constructiva habitual en EECN rehabilitados.

Introducción

La reducción de consumos de energía en la edificación se ha convertido en un importante desafío en Europa a consecuencia de las nuevas directivas. Existe un gran potencial de ahorro de energía, y consecuente disminución de emisiones de CO2, en la reducción del uso de sistemas de calefacción y refrigeración. Y la rehabilitación energética en los edificios residenciales está jugando un papel importante en este aspecto.

Con el objetivo planteado en Europa mayores espesores de aislamiento se están ejecutando en la rehabilitación de los edificios existentes. Cuanto mayor es el espesor del aislamiento en la envolvente, más crítico es el puente térmico. Por ello, la importancia del cálculo de lo PTs para caracterizar la demanda de un edificio se ha incrementado, debido al aumento de los espesores de los aislamientos en EECN.

Sin embargo, el problema de los PTs no se regula apropiadamente, lo cual lleva a desestimar las pérdidas de calor reales a través de los PTs en el proceso de diseño constructivo y como consecuencia a tener en práctica mayores demandas energéticas que las predichas en el proyecto, además de problemas de disconfort y patologías.

Así, el objetivo de éste estudio es analizar las deficiencias en el comportamiento térmico de una solución constructiva de rehabilitación habitual en estos últimos años. No se ha querido estudiar la mejor solución constructiva existente en el mercado, ni la peor, sino ser realista y analizar un sistema habitual de rehabilitación.

Se estudiará el impacto de diferentes PTs en la demanda de un edificio de referencia con una solución de rehabilitación convencional, una fachada ligera con cámara sin ventilar por el exterior y con aislamiento continuo sobre un muro base de doble hoja de fábrica, en base a un procedimiento combinado de simulaciones mediante la herramienta informática TRNSYS [1] y un cálculo específico de cada PTs basado en el método del muro equivalente [2].

Proyecto

El edificio de referencia es un edificio real de 6 plantas, del barrio de Otxarkoaga, en Bilbao, y construido en 1960, durante el desarrollismo en esta región. Se trata de una tipología y construcción habitual en edificación residencial de las ciudades que en torno a 1960 vivieron la nueva revolución industrial y el consiguiente incremento de población. El bloque de viviendas objeto se estructura en tres núcleos de comunicación. Y en cada núcleo de comunicación se presentan dos viviendas por planta, con una suma total de 36 viviendas. Las viviendas son pasantes con tres habitaciones que dan a la fachada noreste y con salón, cocina y baño que dan a la fachada suroeste.

De acuerdo a la época en la que se construyó el edificio objeto, su sistema constructivo antes de rehabilitar es sencillo y realizado con escasos recursos. La fachada es un muro de doble hoja de ladrillo (LHS 4,5/Cámara 3/LHD 10,5), con un enfoscado de mortero a ambos lados. Las ventanas son de marco de aluminio y vidrio monolítico de 4mm. La cubierta es inclinada de teja a dos aguas. Por último, la planta baja es una solera de hormigón armado y sobre la solera un parquet flotante.

La rehabilitación se ha realizado con una solución constructiva de fachada ligera no ventilada de la empresa Knauf Gmbh: WL121C.es [3]. Sistema de revestimiento exterior Aquapanel para fachada no ventilada con estructura autoportante, lana mineral 6 cm continuo. La cubierta se ha rehabilitado con el mismo sistema constructivo con un revestimiento de Zinc. Y en cuanto a las ventanas, el tipo de ventana seleccionado es de carpintería de PVC y de vidrio doble bajo emisivo.

Metodología

Primeramente, se han realizado simulaciones de demanda energética en estado actual y rehabilitado sin tener en cuenta los PTs mediante la herramienta informática TRNSYS [1]. Después, para poder computar la incidencia de los PTs en la demanda, se ha basado en la metodología del muro equivalente [2].

El método del muro equivalente se basa en buscar un cerramiento ficticio de 3 capas homogéneas simples y con la misma superficie en fachada que la afectada por el PT y con el mismo comportamiento térmico-dinámico.

Por una parte, se caracteriza el comportamiento del PT mediante el programa de simulación Fluent [5]. Y, por otra, se determina el muro equivalente basándose en el método de identificación de parámetros. El muro equivalente se compone de 3 capas homogéneas.

Tabla 1. Características de cerramiento equivalente en el PT del frente del forjado

Tabla 1. Características de cerramiento equivalente en el PT del frente del forjado

Se comprueba que éste muro equivalente tiene el mismo comportamiento térmico que el PT simulando bajo las mismas condiciones exteriores representativas.

El PT afecta en una determinada superficie, que por ejemplo, en el frente de forjado es la siguiente (Imagen 1). Desde el centro del modelo a distancias mayores que las indicadas, el comportamiento térmico a través de la fachada es homogénea.

Imagen 1. PT-frente de forjado

Imagen 1. PT-frente de forjado

Este procedimiento se ha seguido en cada PT estudiado (Imagen 2):

Frente de Pilar – Fachada

Frente de Forjado – Fachada

Encuentro cubierta-fachada

Encuentro solera- fachada

Pilar esquina de fachada

Imagen 2. Perfil de temperaturas en cada PT estudiado

Imagen 2. Perfil de temperaturas en cada PT estudiado

Y, por último, el cerramiento equivalente calculado se sustituye en el modelo del edificio en la superficie correspondiente, para después volver a simular y obtener la demanda real.

La solución general planteada para la fachada y la cubierta es continua, en un principio, solucionando estos encuentros críticos. De todas formas, se ha pretendido comprobar si en realidad podemos decir que el aislamiento continuo anula el PT o no.

El procedimiento completo se ha aplicado desde cada espacio de una vivienda de referencia a la totalidad del edificio. La demanda de calefacción en la vivienda de referencia no es la máxima comparando con otras viviendas, puesto que está en una planta intermedia y apenas cede calor a través de los forjados. Por lo tanto, siendo la vivienda sin una demanda de calefacción máxima, ni mínima, se ha considerado adecuado para analizar con una definición mayor.

Y para la simulación se han definido unas condiciones específicas y concordantes al uso y tipología, basándose en las condiciones propuestas por IDAE [4], en cuanto a los datos climáticos, capacitancias térmicas de los espacios, ventilación y cargas térmicas.

Resultados

La demanda energética de la vivienda de referencia analizada para todo el año (kWh/m2 año) en estado actual es:

Demanda energética

Demanda energética de la vivienda para todo el año

Más a detalle, las demandas energéticas de calefacción de la vivienda de referencia y los espacios definidos en la misma (Imagen 3 y 4) a lo largo de un año son las siguientes:

Imagen 3. Demanda de la vivienda de referencia en estado actual (kWh/m2 mes)

Imagen 3. Demanda de la vivienda de referencia en estado actual (kWh/m² mes)

Imagen 4: Demanda de la vivienda de referencia en estado actual (kWh/m2 mes)

Imagen 4: Demanda de la vivienda de referencia en estado actual (kWh/m² mes)

Se observa que el espacio con mayor demanda en relación a la superficie es la habitación 1, situada en la esquina suroeste de la vivienda, con una demanda total de 73,97 kWh/m² año (Imagen 3). Y el espacio con menos demanda en relación a la superficie es la habitación 3 con 33,57 kWh/m² año, 55% menos en comparación con la habitación 1.

Contemplando los resultados de cada mes de media, el mes con mayor demanda es de 15,21 kWh/m² mes. Por otra parte, de mayo a septiembre no hay necesidad de calefactar.

Una vez analizados los resultados de la vivienda de referencia, se han estudiado las demandas para  cada vivienda y la media del edificio (Tabla 2).

Tabla 2. Demanda del edificio en estado actual (kWh/m2 año)

Tabla 2. Demanda del edificio en estado actual (kWh/m² año)

En cada casilla se muestra el valor de cada vivienda: en orden de izquierda a derecha, las viviendas del sur al norte y en orden de arriba abajo de la planta 1 a la planta 6. El valor subrayado, la demanda del bloque 1, planta 4 A, corresponde a la vivienda de referencia.

Por lo tanto, la demanda media del total edificio en estado actual es:

8-incidencia-puentes-tabla-4

Después, se ha procedido a simular el estado rehabilitado obteniendo el siguiente resultado:

9-incidencia-puentes-tabla-5

Sin embargo, este valor se incrementa si se tiene en cuenta la repercusión de los PTs, siendo la demanda de calefacción real de la vivienda de referencia:

10-incidencia-puentes-tabla-6

El incremento en la demanda debido a la contemplación de los PTs en el cálculo para la vivienda de referencia es 21%. Y la reducción de la demanda respecto al estado actual es de 62%.

A continuación también se muestra la variación de las demandas en la vivienda de referencia y cada espacio dividido (Imagen 5 e Imagen 6) a lo largo de un año en estado rehabilitado y considerando el efecto de los PTs:

Imagen 5. Demanda de la vivienda de referencia rehabilitado y el efecto de los PTs (kWh/m2 mes)

Imagen 5. Demanda de la vivienda de referencia rehabilitado y el efecto de los PTs (kWh/m² mes)

Imagen 6. Demanda de la vivienda de referencia rehabilitado y el efecto de los PTs (kWh/m2 mes)

Imagen 6. Demanda de la vivienda de referencia rehabilitado y el efecto de los PTs (kWh/m² mes)

Se observa que el espacio con mayor demanda en relación a la superficie es la habitación 1, situada en la esquina suroeste de la vivienda, con una demanda total de 26,33 kWh/m² año (Imagen 5). Y el espacio con menos demanda en relación a la superficie es la habitación 3, 13,91 kWh/m² año (Imagen 5), 47% menos en comparación con la habitación 1.

Comparando con el estado actual, se observa que la demanda de abril y octubre desaparece (Imagen 6). En el estado actual la demanda para estos meses es de 1,23 kWh/m² mes y 1,03 kWh/m² mes respectivamente.

Se ha seguido el mismo procedimiento en todas las viviendas. A continuación se muestran los resultados sin considerar el efecto de los PTs (tabla 3) y los valores obtenidos después de realizar el estudio completo de los PTs (tabla 4).

Tabla 3. Demanda del edificio en estado rehabilitado sin el efecto de los PTs (kWh/m2 año)

Tabla 3. Demanda del edificio en estado rehabilitado sin el efecto de los PTs (kWh/m² año)

14-incidencia-puentes-tabla-7

En cambio, los valores de las demandas anuales de las viviendas y media del edificio con la incidencia de los PTs son los siguientes:

Tabla 4. Demanda del edificio en estado rehabilitado (kWh/m2 año)

Tabla 4. Demanda del edificio en estado rehabilitado (kWh/m² año)

16-incidencia-puentes-tabla-9

Conclusiones

La demanda total del edificio en estado actual es de 55.64 KWh/m² año. Pero existe un desequilibrio importante entre las demandas de las viviendas. Las viviendas de la última planta y de la primera planta son las más críticas, y entre éstas las viviendas de las esquinas del bloque. Este desequilibrio llega a ser de un 45% entre la vivienda de mayor demanda y menor demanda. Estas diferencias deberían ser diluidas en una actuación de rehabilitación bien diseñado y ejecutado.

Para ello, se ha propuesto un sistema de rehabilitación integral, que comprende la rehabilitación de la cubierta, ventanas y fachada. Si se ejecutara, únicamente, las rehabilitaciones en la fachada y ventanas, se suprimiría el desequilibrio existente entre las viviendas entre medianeras y de las esquinas del bloque. Sin embargo, el desequilibrio de las plantas 6 y 1 respecto a las viviendas de las plantas intermedias no se diluye. Por ello, para solventar dicha deficiencia se ha creído necesario también la rehabilitación de la cubierta. La solera, también se podría rehabilitar, no obstante, debido a las dificultades que se plantean en la realidad para intervenir por el interior, está posibilidad se ha descartado.

Se ha obtenido una eficiente disminución de demanda con el sistema de rehabilitación planteado, siendo el resultado de la demanda total sin el efecto de los PTs de 18.73 KWh/m² año, casi alcanzando la exigencia de Passivhaus de nueva edificación, 15 kWh/m² año [7]. Sin embargo, después de realizar el estudio de los PTs y evaluar la incidencia de los mismos, se ha visto que la demanda real es de 24.33 kWh/m² año, alejándose del límite del estándar Passivhaus, pero cumpliendo el límite del estándar EnerPHit para rehabilitación, 25 kWh/m² año [6], y. Descontando la demanda debida a la ventilación a estos valores obtenidos, quedando en 13.06 kWh/m² año y 18.82 kWh/m² año respectivamente, el incremento por los PTs se ha visto que es de un 30%.

Por lo tanto, se confirma que con la solución de rehabilitación planteada, aun siendo el aislamiento continuo, no se suprime el efecto del PT. Es más, es necesario considerarlos, ya que obviándolos el resultado que se obtiene  se aleja de la realidad. Este impacto en la demanda significa una incidencia del mismo orden en el consumo y el gasto económico anual de los usuarios.

Otro de los problemas que se ha observado en el análisis de los resultados es que la repercusión de los PT en cada vivienda no es igual. Las viviendas en la planta 1 y planta 6 son más vulnerables a los PTs, volviendo a aparecer el problema del desequilibrio de demandas  entre las viviendas de las planta 6 y 1 y las intermedias. Esto puede suponer que el inquilino de la planta 6 tenga un consumo doble que del inquilino de la planta 3. Es por lo tanto, otro aspecto importante a tener en cuenta.

Por lo tanto, cabe destacar lo importante que es tener en cuenta los PTs en la simulación o, previamente, en el diseño constructivo de las intervenciones de rehabilitación. Todo indica que se deberían buscar nuevas soluciones para los encuentros constructivos críticos. Además, de la estandarización de metodologías de cálculo y limitaciones mediante normativas más exhaustivas.

Referencias Bibliográficas

TRNSYS- A Transiet Simulation Program, Madison, USA, 1996.

MARTIN, K., ESCUDERO, C., ERKOREKA, A., FLORES, I., SALA, J.M. Equivalent wall method for dynamic characterization of thermal bridges. Energy and Buildings, Vol 55, 2012, pp. 704-714.

KNAUF, consultado el 14 de marzo, 2014.

IDAE. Condiciones de aceptación para programas informáticos alternativos a LIDER y CALENER, Anexo III.. Madrid, Ministerio de Industria Comercio y Turismo, 2009.

FLUENT. 6.2. User’s Manual, ANSYS Inc., 2005.

Certified Passive House Certification criteria for residential Passive House buildings, Darmstadt, Passive House Institute, 2013.

EnerPHit and EnerPHit+: Certification criteria for refurbished buildings with Passive House components, Darmstadt, Passive House Institute, 2013.

Fuente: www.congreso-edificios-energia-casi-nula.es / www.construible.com

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