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Proyecto CONCLIMAT:
Industrialización de viviendas
bioclimáticas de coste optimizado
PROGRAMA EUROINNOVA NAVARRA
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Título: Proyecto CONCLIMAT: Industrialización de viviendas bioclimáticas de bajo coste
Edita: Fundación Centro de Recursos Ambientales de Navarra (CRANA)
Autores: CENER, ABAIGAR, ACCIONA Instalaciones, ACR, AH Asociados, MIYABI, UN-SAVIArquitectura, UPNA
Coordina: Miguel Monreal
Diseño y maquetación: HEDA Comunicación S.L.
Depósito Legal: NA914-2012
ISBN: 978-84-695-3618-6
Copyright: autores
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EQUIPOS DE TRABAJO
PROYECTO CONCLIMAT
CENER
Centro Nacional de
Energías Renovables
Florencio Manteca González
Marta Sampedro Bores
Francisco Serna Lumbreras
Inés Díaz Regodón
David Lanceta Alonso
Fernando Palacín Arizón
Borja García Sánchez
ABAIGAR
José Fabo
Alejandro Morte
ACCIONA
José Carlos Esteban Matías
Roberto del Campo Arzoz
Hugo Magalhaes Madureira
(Líder de Proyecto)
Instalaciones
CONCLIMAT
ACR Grupo
Manolo González
Jorge Bustinza
AH Asociados
Miguel Ángel Alonso del Val
Rufino Hernández Minguillón
Marcos Escartín Miguel
Pablo Llorca
Darío Camisay
Susana Peña
Marina Vidaurre Arbizu
David Serna Valencia
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EQUIPOS DE TRABAJO
PROYECTO CONCLIMAT
CRANA
Centro de Recursos
Ambientales de Navarra
4
Rafael Aldai Aguirretxe
Maribel Gómez Jiménez
Miguel Monreal Vidal
MIYABI
Miguel Ángel Pascual Buisan
María Fernandez Boneta
Universidad
de Navarra SAVIArquitectura
Autores:
Ana Sánchez-Ostiz Gutiérrez
Aurora Monge Barrio
Purificación González Martínez
Silvia Domingo Irigoyen
Joaquín Torres Ramo
Colaboradores:
María Chaverri Ilarri
Laura Virto Martínez
Javier Bada Ruisanchez
Universidad
Pública de
Navarra
Jesús Zurita Gabasa
José Javier Lumbreras Azanza
CONCLIMAT
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ÍNDICE
1 EDIFICIO DE REFERENCIA DE
VIVIENDAS EN BLOQUE: EDIFICIO CTE ....................... 7
1.1 MEMORIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Normativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 DEFINICIÓN DE LOS CERRAMIENTOS TIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.1 Fachada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.2 Huecos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.3 Cubierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 CÁLCULO DE PUENTES TÉRMICOS CERRAMIENTO CTE . . . . . . 11
1.3.1 Valores de puentes térmicos para
Edificio CTE según bases de datos de sistemas
convencionales (LIDER/CALENER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.2 Valores de puentes térmicos para Edificio CTE
según cálculos detallados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.3 Puentes térmicos de la configuración
de los cerramientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4 CUMPLIMIENTO DEL DB- HE1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5 VALORACIÓN ECONÓMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.1 Procedimiento de valoración. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 PLANOS EDIFICIO CTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 EDIFICIO CONCLIMAT:
EDIFICIO CTE OPTIMIZADO ........................................... 27
2.1 MEMORIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2 INVERNADERO. ELEMENTO PREFABRICADO DE
AHORRO ENERGÉTICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.2 Diseño del invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2.3 Ensayo de los prototipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.4 Estudio de los puntos críticos del invernadero . . . . . . . . . . 45
2.2.5 Proceso de montaje de los invernaderos
acumuladores en una obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.6 Análisis del Ciclo del Vida del invernadero . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.7 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.8 Propuestas de mejora del prototipo
invernadero acumulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3 FACHADA DEL EDIFICIO CONCLIMAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3.1 Cerramientos opacos. Estudio energético-económico . . . . 52
2.3.2 Huecos. Estudio energético-económico . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.3.3 Estudio de los puntos críticos de fachada:
Los puentes térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.4 Diseño constructivo de la hoja exterior:
Panel sándwich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.3.5 Diseño constructivo de la hoja interior. El trasdosado. . . . . 66
2.3.6 Estudio de los encuentros constructivos
más relevantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.3.7 Industrialización de la fachada optimizada . . . . . . . . . . . . . . 68
2.4 CUBIERTA DEL EDIFICIO CONCLIMAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.4.1 Cubierta: estudio energético-económico . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.4.2 Estudio de los puntos críticos de la cubierta:
Los puentes térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.4.3 Diseño constructivo de la cubierta
del edificio CONCLIMAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.5 SISTEMA DE VENTILACIÓN DEL EDIFICIO CONCLIMAT . . . . . . . 82
2.5.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.5.2 Cumplimiento del HS-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.5.3 Modelo computacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.5.4 Solución adoptada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
2.5.5 Cuantificación de las demandas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.6 SISTEMAS ACTIVOS EDIFICIO CONCLIMAT . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.6.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.6.2 Cubierta solar de alta integración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
2.6.3 Sistemas de acumulación estacional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.6.4 Sistema auxiliar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
2.6.5 Sistema de distribución en el edificio. . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.6.6 Ahorro energético. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
2.7 ESTRUCTURA EDIFICIO CONCLIMAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.7.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.7.2 Definición de la cubierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.7.3 Galería Invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
2.7.4 Estructura general del edificio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
2.8 VALORACIÓN ECONÓMICA EDIFICIO CONCLIMAT . . . . . . . . . . . 129
2.9 PLANOS EDIFICIO CONCLIMAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
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1 EDIFICIO DE
REFERENCIA DE
VIVIENDAS EN BLOQUE:
EDIFICIO CTE
1.1 MEMORIA
Autor: AH
El diseño del edificio se plantea desde la voluntad de
conseguir una configuración de vivienda eficaz y
adecuada a la demanda actual, haciendo hincapié en la
vivienda de tres dormitorios. Bajo el imperativo de
obtener las mejores condiciones de soleamiento,
ventilación y salubridad, se plantea una tipología de
doble orientación que evita la inclusión de patios
interiores.
Este proyecto se configura en un bloque de viviendas de
PB+6, con una crujía de 14 metros sin cuerpos volados,
permitiendo un mayor fondo edificado sin perder de
vista su calidad funcional. Debido a que el presente
proyecto de investigación posee una finalidad teóricopráctica, se toma como punto de partida, la ubicación de
este bloque en un solar con condiciones ideales de
orientación norte-sur.
La definición tipológica adoptada posee una clara
organización. Al sur se ubican las estancias diurnas,
aquellas con mayores requerimientos de luz natural
directa como el salón comedor y la cocina cuyo acceso
desde el vestíbulo principal, permite la optimización de
superficie destinada a pasillos. En la fachada norte, se
ubican las estancias nocturnas, los tres dormitorios,
dejando el centro para la ubicación de los dos baños que
en su agrupación, optimizan los patinillos destinados a
instalaciones.
Otro punto de especial consideración, es que este tipo de
organización funcional permite que en viviendas
colindantes, el tipo de actividad al que se destina el
espacio, diurno o nocturno, sea el mismo (Ilustración 1).
Ilustración 1
Tipología en crujía
de 14 m
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La planta baja posee la distribución adaptada para
albergar un portal no pasante con acceso desde la
fachada sur, conservando así el tercer dormitorio
aunque la configuración del área diurna se vea alterada.
La suma de viviendas por planta es de 6, alcanzando un
total de 46 viviendas de unos 99m2 construidos y 86m2
útiles, siendo la superficie total del bloque de 4782,5m2
(Ilustraciones 2 y 3).
Las instalaciones se han agrupado en los núcleos
verticales de los portales, circulando paralelamente en
altura junto a los ascensores. De esta manera, se sirve a
las viviendas en forma centralizada y directa de todas
las instalaciones necesarias.
En cuando a los alzados, su configuración está
relacionada con las necesidades de aprovechamiento de
luz natural, siendo en ambos casos, composiciones
ordenadas. En la fachada sur, se aumentan las
Ilustración 2
Planta baja
Ilustración 3
Planta tipo
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dimensiones para establecer parámetros que sean
comparables a los estudios que se realizaran en el
edificio optimizado y aprovechando, mediante grandes
ventanales, la luz natural directa. Al norte, los huecos se
disminuyen considerablemente para evitar pérdidas
energéticas, disponiéndose en pares, aportando
horizontalidad a la composición global.
Las instalaciones se han agrupado en los núcleos
verticales de los portales, circulando paralelamente en
altura junto a los ascensores. De esta manera, se sirve a
las viviendas en forma centralizada y directa de todas
las instalaciones necesarias.
En cuando a los alzados, su configuración está
relacionada con las necesidades de aprovechamiento de
luz natural, siendo en ambos casos, composiciones
ordenadas. En la fachada sur, se aumentan las
dimensiones para establecer parámetros que sean
comparables a los estudios que se realizaran en el
edificio optimizado y aprovechando, mediante grandes
ventanales, la luz natural directa. Al norte, los huecos se
disminuyen considerablemente para evitar pérdidas
energéticas, disponiéndose en pares, aportando
horizontalidad a la composición global (Ilustraciones 4
y 5).
Ilustración 4
Alzado sur
Ilustración 5
Alzado norte
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1.1.1 NORMATIVA
1.2.1 FACHADA
El proyecto cumple las determinaciones exigidas tanto
en el CTE como en el Decreto Foral 5/2006 de 16 de
Enero, por el que se establecen las condiciones mínimas
de habitabilidad de las viviendas de Navarra; así también
cumple con las exigencias de accesibilidad establecidas
en el Decreto Foral 154/1989, de 29 de Junio, por el que
se aprueba el reglamento para el desarrollo y aplicación
de la ley foral 4/1988 de 11 de Julio sobre barreras
físicas y sensoriales.
Se adopta una solución de fachada del tipo tradicional
de ladrillo caravista que logra una transmitancia térmica
de U=0,63(W/mÇK) y esta formada por los siguientes
elementos:
1.2 DEFINICIÓN DE LOS
CERRAMIENTOS TIPO
1. 1/2 pie LP métrico o catalán 80 mm< G < 100 mm
(e: 0,115)
2. Mortero de cemento o cal para albañilería (e: 0,015)
3. Cámara de aire sin ventilar vertical (e: 0,05m)
4. Trasdosado compuesto por aislamiento de lana
mineral [0.05 W/[mK]] (e: 0,04m) y placa de yeso
laminado 750 < d < 900 (e:0,015)
Autor: AH
1.2.2 HUECOS
Una vez definida la tipología del edificio, se realizaron
los cálculos de caracterización y cuantificación de la
demanda energética exigidas en el Documento Básico
HE1. Para establecer resultados comparativos del
presente estudio, se define un edificio tipo situado en la
ciudad de Pamplona, con una envolvente ejecutada en
construcción tradicional que satisface los requisitos
mínimos de transmitancia térmica establecidos en la
tabla de zonificación climática D1 (Tabla 1).
Tabla 1
Zonificación
climática
correspondiente a
Pamplona
10
El procedimiento de verificación se realiza mediante la
opción general, mediante el programa informático Líder,
en la que se establece la siguiente configuración de
envolvente:
Según la configuración de los alzados de proyecto, la
fachada sur posee un porcentaje de huecos del 65%,
mientras la fachada norte un 16,4%. Para estos huecos
se definen ventanas batientes y oscilo batientes con
marco y hojas de aluminio extruido anodizado entre 4 y
12mm con rotura de puente térmico y doble
acristalamiento con cámara 4/12/4, factor solar 0,62 y
una transmitancia térmica de U=3,04(W/m2K), juntas de
estanqueidad incorporadas, realizadas con materiales
sintéticos y premarco de aluminio.
Se diferencian los porcentajes de acristalamiento
correspondientes a fachada sur y fachada norte, siendo
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el porcentaje de marco en la primera de un 30%,
mientras que en la segunda, de un 20% (Ilustración 6).
1.3 CÁLCULO DE PUENTES TÉRMICOS
CERRAMIENTO CTE
Autor: CENER
1.2.3 CUBIERTA
Para este proyecto se define una cubierta plana
invertida no transitable que debido a su configuración,
permite una fácil ejecución con una reducida mano de
obra además de una mejor protección de la membrana
impermeable por la ubicación del aislamiento térmico y
las capa de protección.
La verificación de la transmitancia térmica otorga un
valor U=0,36(W/m2K) y sus capas se conforman con los
siguientes elementos:
1. Arena y grava [1700 < d < 2200] (e: 0,05m)
2. Aislamiento de poliestireno expandido (e: 0,07m)
3. Betún fieltro o lámina (e: 0,010)
4. Hormigón con áridos ligeros 1600 < d < 1800
(e: 0,05m)
5. Forjado unidireccional entrevigado cerámico - Canto
300 mm (e: 0,30m)
Para la comprobación de la limitación de la demanda
energética en viviendas, el documento básico HE1 índica
dos posibilidades: la opción simplificada y la opción
general.
En la opción simplificada, entre los parámetros
característicos medios de la comprobación de la
limitación de la demanda energética (apartado 3.2.2), se
incluye el cálculo de los puentes térmico integrados en
cubierta UPC y en fachada UPF1 (contorno de huecos)
UPF2 (pilares en fachada) y UPF3 (cajas de persiana).
Así mismo en la comprobación de la limitación de
condensaciones (apartado 3.2.3) se indica que el cálculo
del factor de temperatura superficial interior (fRsi)
correspondiente a los puentes térmicos se calculará
aplicando los métodos descritos en las normas UNE EN
ISO 10211-1:1995 y UNE EN ISO 10211-2:2002, ó se
podrán tomar por defecto los valores recogidos en
Documentos Reconocidos.
6. Enlucido de yeso (e: 0,015m) (Ilustración 7)
Ilustración 6
Fachada de ladrillo
caravista
Ilustración 7
Cubierta invertida
CONCLIMAT
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Tabla 2
Puentes térmicos
correspondientes
a la tipología de
cerramientos
utilizada en el
edificio CTE
Ilustración 8
Evaluación LIDER
del edificio CTE
con puentes
térmicos con
valores en función
de la posición del
aislamiento
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Por otro lado, siguiendo la opción general, la justificación
se debe realizar según un programa informático oficial
(LIDER) o alternativo que, previa entrada de los datos
necesarios, calcula automáticamente la demanda
energética del edificio. LIDER, sí considera para su
cálculo las pérdidas a través de los puentes térmicos,
tanto de los integrados en las fachadas como de los
lineales procedentes de encuentros entre cerramientos.
imágenes de la Tabla 1, para los diferentes tipos de
encuentros (puentes térmicos), indica la posición del
aislamiento térmico en el cerramiento.
En la opción general se valoran aspectos tales como la
transmisión de la radiación solar a través de las
superficies semitransparentes considerando los ángulos
de incidencia, la utilización de elementos de protección
solar mediante coeficientes correctores del factor solar,
infiltraciones por la permeabilidad de las ventanas,...
Son éstos, los factores determinantes de un diseño
bioclimático de un edificio y por tanto éste debería ser el
método adecuado para valorar cualquier edificio
bioclimático como el edificio CONCLIMAT.
Se muestra a continuación el cumplimiento del HE1
considerando los cerramientos descritos en apartados
anteriores y los valores indicados para los puentes
térmicos en función de la posición del aislamiento
(Ilustración 8).
En función de los cerramientos definidos en los
anteriores apartados para el edificio CTE, en LIDER se
deberían adjudicar a cada encuentro los valores que se
muestran en la siguiente tabla (Tabla 2).
1.3.1 VALORES DE PUENTES TÉRMICOS PARA
EDIFICIO CTE SEGÚN BASES DE DATOS DE
SISTEMAS CONVENCIONALES
(LIDER/CALENER)
El valor de un puente térmico está directamente
relacionado con la solución constructiva que se plantea
para los diferentes encuentros. Por tanto cada variación
en la solución constructiva afecta al resultado del
mismo.
El programa LIDER facilita en su base de datos una serie
de valores para las diferentes tipologías de puentes
térmicos que se encuentran ligadas a la posición de la
capa aislante. La superficie azul que muestran las
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1.3.2 VALORES DE PUENTES TÉRMICOS
PARA EDIFICIO CTE SEGÚN CÁLCULOS
DETALLADOS
Dado que el edificio CONCLIMAT va a estar dotado de un
cálculo detallado de los encuentros que lo forman, no
sería justo comparar dichos resultados con unos valores
dados por defecto para unas soluciones constructivas de
las cuales se desconoce los materiales que las
componen, el espesor de sus diferentes capas o la
forma de conexión entre las mismas. Por este motivo se
han calculado las transmitancias térmicas lineales
reales de los diferentes encuentros del edificio CTE con
el programa THERM y el resumen de los resultados
obtenidos se muestra en la Tabla 3.
Ilustración 9
Evaluación LIDER
del edificio CTE
con puentes
térmicos con
valores reales
calculados
Como se observa, los resultados son bastante peores a
aquellos valores que utiliza LIDER para su
correspondiente solución constructiva (Tabla 1).
Además, en el caso de la solución constructiva del dintel,
la jamba y el alfeizar, el factor de temperatura
superficial interior (fRsi) incumpliría con las exigencias
de la normativa vigente (fRsi > 0,61).
Asignando en el programa LIDER los valores reales
calculados para las soluciones constructivas empleadas
por el edificio se obtiene el siguiente resultado.
Como se observa en la Ilustración 9, el resultado difiere
notablemente a aquel que utiliza los valores de la base
de datos LIDER para las correspondientes soluciones
constructivas (Ilustración 8). Cabe destacar que NO
CUMPLE con las exigencias de condensaciones
superficiales de puentes térmicos de la normativa HE1
debido a que el valor fRsi de dintel/jamba/alfeizar es
inferior a 0,61. Sin embrago, aún cumpliría con la
demanda anual de calefacción y refrigeración. Esto es
debido, en parte, a la mejora de la transmitancia térmica
de los cerramientos respecto al edificio de referencia
(UM = 0,59 W/m2K; UC = 0,34 W/m2K) y en parte a la
propia geometría del edificio.
Tabla 3
Puentes térmicos
reales calculados
para los
cerramientos
utilizados en el
edificio CTE
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1.3.3 PUENTES TÉRMICOS DE LA
CONFIGURACIÓN DE LOS CERRAMIENTOS
Un puente térmico se forma por la discontinuidad de las
soluciones constructivas. Cuando se introducen los
cerramientos por capas en el programa LIDER (u otro
tipo de programa), éste considera todas ellas
homogéneas y sin discontinuidades, sin embargo la
realidad es otra. Hoy en día existen muchas soluciones
que utilizan elementos intermedios de apoyo; montantes
metálicos que interrumpen el aislamiento y comunican
unas capas con otras. El espesor de estos elementos
metálicos suele ser reducido y por este motivo se tiende
a ignorar su efecto.
Sin embargo, este tipo de elementos se considerarán en
el edificio CONCLIMAT y por tanto parece coherente
valorar su efecto para poder comparar el edificio
CONCLIMAT con la realidad. Para ello, se muestra a
continuación la influencia de dichos elementos en el
valor global de transmitancia térmica superficial del
cerramiento.
Se estudia a continuación el cerramiento CTE planteado
para el edificio CTE. El detalle constructivo se muestra
en la Ilustración 10. Como puede observarse el
montante metálico de la subestructura de cartón-yeso
interrumpe la homogeneidad de las capas.
Se procede a continuación a calcular dicho puente
térmico según se indica en las normas UNE EN ISO
10211-1:1995 y UNE EN ISO 10211-2:2002.
En las siguientes imágenes se muestran los datos
introducidos en el programa. Se han supuesto
montantes metálicos cada 600 mm (en el caso de
considerarse más juntos la repercusión sería mayor).
Las condiciones de contorno son resistencias
superficiales Rext = 0,04 y Rint = 0,13. El cerramiento
posee 0,211 m de espesor y sus materiales y
conductancias térmicas son las indicadas en el cuadro
(Ilustración 11).
La transmitancia térmica superficial del cerramiento (si
fuese constante) sería U = 0,591 W/m2K. El valor que se
indica en los resultados Uequivalente = 0,99 W/ m2K
sería el valor de transmitancia que se debería
considerar para este cerramiento que incluiría el efecto
de transmitancia lineal de los puentes térmicos (a través
de los montantes metálicos) y el de transmitancia
superficial del cerramiento mismo.
Lo que indica este cálculo es que este cerramiento no
cumpliría con las exigencias del DB HE1 que limita la
transmitancia térmica superficial de los cerramientos de
muro a 0,66 W/m2K. Sin embargo, para el cálculo del
edificio tipo, se ha considerado este muro ya que la
finalidad de este edificio tipo es la de utilizar un
cerramiento habitual en la construcción de hoy en día,
Ilustración 10
Detalle en planta
del cerramiento
CTE
Ilustración 11
Cálculo del puente
térmico de los
montantes de
subestructura de
cartón-yeso
situados cada 600
mm
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CONCLIMAT
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que en la actualidad justifique el cumplimiento de las
exigencias del CTE.
Por tanto la cifra indicada creemos que es una
valoración acorde con el momento actual de mercado.
Por supuesto la cifra indicada es SIN IVA.
1.4 CUMPLIMIENTO DEL DB- HE1
Autor: AH
Con la configuración de la envolvente propuesta, el
edificio cumple con los requisitos básicos establecidos
en el DB-HE1, con un porcentaje de reducción de la
demanda de calefacción del 76,4%.
1.5 VALORACIÓN ECONÓMICA
1.5.1 PROCEDIMIENTO DE VALORACIÓN
En el proceso de valoración de esta obra se ha
procedido a construir una MAQUETA BIM1 en el
programa informático Allplan, que se muestra en la
imagen anexa, en la que se han construido todos los
elementos de obra asignando a todos ellos una unidad
presupuestaria, de modo que una vez finalizada la
construcción virtual de la maqueta digital la obtención
de las mediciones ha sido automática.
Autor: ABAIGAR, ACR
El edificio que cumple con el CTE de modo estricto tiene
una valoración de 2.995.463,04?.
En documento anexo se presenta el presupuesto
detallado de dicha valoración.
Los precios indicados corresponde valoración con
precios de mercado en coste directo de la fecha de firma
de este documento. La valoración de los costes
indirectos de esta obra es de un 15% incluido en la cifra
anterior. En la cifra no está incluido el GGBI de la
empresa constructora. En este momento podemos
indicar que este GGBI puede oscilar entre un (-5%/2%)
en contrataciones con promotores privados, y con
valores (0%-10%) en contrataciones con la
administración pública. Debemos entender que la
situación dura del mercado, obliga al contratista a
realizar bajas en su oferta respecto a su oferta de
estudios, y esperar en la contratación de la obra
recuperar este margen.
La utilización de programas BIM, como una plataforma
donde se integra un único modelo digital, centralizado,
deslocalizado, compartido, comprendido, comprometido
y actualizado por todos los integrantes del proceso
edificatorio, es una revolución de tal calibre en el mundo
de la edificación cuyas consecuencias aún estamos
empezando a percibir.
En sí supone la definitiva ruptura con el paradigma de la
mesa de dibujo que es en la que se han basado todos
los programas informáticos de CAD hasta el momento
presente.
(1) BIM (Building Information Model), es un enfoque emergente en los procesos de diseño, análisis, documentación arquitectónica y
construcción, que entronca en programas que llevan en el mercado más de veinte años , Architrion 1989-Archicad 1990
El concepto BIM engloba la gestión integrada de toda la información que se genera a lo largo del proceso de proyecto, gestión, planificación y
construcción.
La idea central es que toda la información configura un UNICO modelo digital que se puede presentar como un conjunto de documentos
coordinados, se puede compartir entre disciplinas y utilizar como herramienta de gestión centralizada, incluso deslocalizada (nube), bajo un
paradigma de TRABAJO COLABORATIVO
CONCLIMAT
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Cambio de paradigma.
Maqueta BIM (Allplan) del proyecto CONCLIMAT.
Los presupuestos se han efectuado con el programa
PRESTO, a partir de las mediciones automáticas
16
realizadas en el modelo anterior.
CONCLIMAT
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Modelo arquitectónico BIM.
Presupuesto obra civil.
Obtención automática del estado de
mediciones
se ha procedido a construir la misma maqueta digital
con el programa CYPE Instalaciones y obtenido el
desglose de mediciones y valoración de la misma.
Para la obtención de la valoración de las instalaciones
Maqueta BIM (CYPE instalaciones) del proyecto CONCLIMAT.
Para la obtención de la valoración de la estructura se ha
procedido a la modelación del edificio con el programa
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CYPE Estructuras con el que se han obtenido las
cuantías de hormigón y acero del proyecto.
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cad 2D
bim 4D/5D
Esquema de funcionamiento con una maqueta BIM 4D.
1.5.2 PLANIFICACIÓN
El plazo global de tiempo estimado para esta obra CTE
es de 18 meses de obra. La programación de dicho plazo
se ha desarrollado en el programa informático Proyect, y
18
abre la puerta a futuras investigaciones de aplicación de
plataformas de integración BIM como Veo, Navisworks,
Tekla BimSight o Visco, que supondrán una revolución
en la gestión de las obras en los próximos años.
CONCLIMAT
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Control económico (4D)
Planificación detallada (5D)
Concepto de las 5D en una maqueta BIM.
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1.6 PLANOS EDIFICIO CTE
Autor: AH
Se adjuntan a continuación los principales planos del
edificio de CTE:
01. Plantas
01.01 Planta baja
01.02 Planta tipo
02. Alzados
02.01 Alzados Sur y Este
02.02 Alzados Norte y Oeste
03. Secciones
03.01 Secciones longitudinal y transversal
04. Detalles constructivos
04.01 Detalles 01
04.02 Detalles 02
04.03 Detalles 03
04.04 Detalles 04
04.05 Detalles 05
04.06 Detalles 06
04.07 Detalles 07
04.08 Detalles 08
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01. Plantas
Planta baja.
Planta tipo.
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02. Alzados
Alzados Sur y Este
Alzados Norte y Oeste
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03. Secciones
Secciones longitudinal y transversal
04. Detalles constructivos
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2 EDIFICIO CONCLIMAT:
EDIFICIO CTE OPTIMIZADO
2.1 MEMORIA
Autor: AH
El edificio CONCLIMAT ha mantenido la configuración en
cuanto a una tipología de tres dormitorios que busca
obtener las mejores condiciones de soleamiento,
ventilación y salubridad. Al igual que su base de
comparación, el edificio CTE, también se configura en un
bloque de viviendas de PB+6, con una crujía de 14m y
condiciones ideales de orientación norte-sur.
Consolidada la distribución de usos –y así la colindancia
entre las viviendas- se mantuvo el porcentaje de huecos
2.2 INVERNADERO. ELEMENTO
PREFABRICADO DE AHORRO ENERGÉTICO
Autor: UN. Colaboran: ACR, CENER
en ambas fachadas, siendo al norte del 16% y al sur, del
65%.
Con el objetivo de responder a las necesidades
planteadas a lo largo del desarrollo del proyecto, la
geometría del edificio se vio modificada para encaminar
la optimización e integrar de forma armónica y natural,
todos los sistemas activos que permiten un
mejoramiento del comportamiento energético.
Finalmente, se presenta a continuación la
documentación en la que se han desarrollado todos los
aspectos fundamentales del proyecto CONCLIMAT, así
como los planos de plantas, alzados y secciones hasta
los detalles de diseño constructivo que han tenido
especial influencia en el resultado de la optimización de
la demanda energética.
El mirador y la galería tal y como los conocemos
actualmente aparecen en el siglo XIX, cuando se dan las
condiciones adecuadas: posibilidad de vidrios de mayor
tamaño y desarrollo de las industrias de la madera y el
hierro.
2.2.1 INTRODUCCIÓN
2.2.1.1 DEFINICIÓN DE INVERNADERO
Un invernadero adosado se define en el Código Técnico
de la Edificación como un “recinto no acondicionado
formado por un cerramiento exterior con un porcentaje
alto de superficie acristalada que se coloca adyacente a
las fachadas de un edificio. El elemento de fachada que
actúa de separación entre el invernadero y las zonas
interiores del edificio puede incluir también
acristalamientos. Es posible la existencia de una
circulación de aire generalmente forzada a través de
dicho recinto, bien en forma de recirculación del aire
interior o de precalentamiento de aire exterior que se
usa para ventilación”.
Dentro de esta definición podrían englobarse elementos
habituales en la historia de la arquitectura, empleados
no sólo para permitir la entrada de luz sino que
constituyen espacios de estancia en los que el hombre
entra en contacto con el exterior, como son el balcón
cerrado acristalado, el mirador (balcón cerrado de
cristales o persianas y cubierto con un tejadillo) y la
galería (corredor descubierto o con vidrieras, que da luz
a las piezas interiores de las casas).
CONCLIMAT
En primer lugar, se inicia el cierre de los balcones
existentes con elementos acristalados. Algunas de estas
actuaciones evolucionaron hasta lo que se entiende por
mirador, en el que se cierra la parte inferior sobre la
losa del balcón (zona de la barandilla) y la parte superior
se amplia en dimensiones mediante un cerramiento
ligero y acristalado que vuela sobre el balcón. La parte
superior se cubre con un tejadillo.
Otros miradores surgen como un elemento añadido a la
fachada por delante de la ventana, adosando una
estructura ligera. Se construye la repisa; el entramado
de cierre vertical, las ventanas, los cierres acristalados;
y el tejadillo, también ligero.
En todos los casos el mirador tradicional tiene las
siguientes características:
- Vuela sobre la fachada.
- Consta de un cierre vertical de vidrio tras el cual
queda un espacio intermedio entre el interior de la
vivienda y el exterior. La comunicación se realiza con
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una ventana balconera que tiene sus propios
elementos de oscurecimiento.
- La fachada sobre la que se adosa es un muro de
carga con una inercia térmica elevada.
- El cierre acristalado exterior dispone de elementos
practicables que permiten la ventilación. También
suele disponer de elementos de protección solar y de
protección de vistas.
La galería proviene del cierre, con madera y vidrio, de un
espacio con alero y laterales, generalmente orientado al
sur. Su proporción es horizontal. Sus características son
similares a las descritas para el mirador.
Estas características permiten que el invernadero
tradicional (el mirador y la galería) capten, acumulen,
distribuyan y conserven la energía proveniente del sol
en forma de radiación.
En invierno, durante el día el sol incide sobre el mirador,
atraviesa el cierre acristalado, calienta el muro de
fachada que se encuentra tras él y penetra hasta el
interior a través del hueco abierto en el muro de carga.
Este muro almacena el calor y lo transmite por radiación
al interior de la vivienda y hacia el propio espacio del
mirador. Este por la noche debe estar protegido para
evitar pérdidas térmicas, consiguiendo en las horas
nocturnas un elemento colchón entre la temperatura
interior y la exterior. Por otro lado, debido al efecto
invernadero en el espacio del mirador se pueden
conseguir temperaturas agradables y el aire caliente
que se genera puede transferirse al interior de la
vivienda.
En verano, estos efectos positivos pueden ser
perjudiciales. Sin embargo el mirador dispone de
dispositivos para paliarlos. En primer lugar, la propia
configuración del mirador hace que la radiación solar
incida con una inclinación mayor si el mirador está
orientado al sur, con lo que el propio tejado lo protege
parcialmente. En segundo lugar, dispone de elementos
de protección: fraileros, celosías… que atenúan la luz,
incluso el hueco interior también dispone de protección.
Por último, el cierre exterior se pueden abrir y ventilar el
espacio del mirador para evitar la acumulación del
calor.
28
2.2.1.2 OBJETIVOS
El objetivo que pretende alcanzar el proyecto global
“Industrialización de viviendas bioclimáticas de bajo
coste” es promover un desarrollo tecnológico innovador
que permita la construcción de viviendas bioclimáticas
de coste optimizado a través de la industrialización de
sus componentes.
La Universidad de Navarra (grupo SAVIArquitectura)
junto a la empresa ACR ha diseñado y construido unos
módulos prefabricados de invernaderos-acumuladores
que permiten un ahorro de energía y un mayor confort
en el interior de la vivienda. Dichos componentes se
colocan en la fachada sur del edificio.
Los objetivos concretos perseguidos en el diseño de
estos módulos prefabricados de invernaderos
acumuladores han sido:
- Optimizar el invernadero como elemento
bioclimático. En la arquitectura actual se recurre a la
incorporación de invernaderos como elementos para
el aprovechamiento de la radiación solar. Sin
embargo, el uso que a veces se hace de ellos
(orientación inadecuada, almacenamiento de objetos,
protecciones en horas de soleamiento directo…)
impide el buen comportamiento del mismo como
elemento de captación, acumulación, distribución y
conservación de la energía (Ilustración 12).
- Diseñar un componente industrializado que se
pueda incorporar a cualquier tipo de fachada, que se
coloque sobre la estructura portante o sobre una
subestructura dispuesta de forjado a forjado
(Ilustración 13).
- Incorporar en el componente de invernadero
industrializado las 4 funciones que permiten disminuir
el consumo de energía y aumentar el confort
(Ilustración 14): captación solar, acumulación de la
radiación solar en un elemento con masa térmica,
distribución del calor entre el invernadero y el espacio
habitable colindante, y conservación de la energía una
vez que la radiación solar no incide.
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Ilustración 12
Diferentes condiciones de uso en invernaderos expuestos
a la radiación solar en invierno
Ilustración 13
Ejemplo de incorporación de un elemento industrializado
en la fachada
Ilustración 14
Esquema de
funcionamiento de
un invernadero
acumulador
CONCLIMAT
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2.2.2 DISEÑO DEL INVERNADERO
En el diseño del invernadero acumulador se han tenido
en cuenta las siguientes premisas de partida:
- Cumplimiento de las exigencias de control ambiental
y seguridad. Definición de aquéllas que influyen en el
diseño, en la construcción y en el uso del invernadero.
- Manejabilidad. Dimensiones y peso para que pueda
ser fabricado, transportado, acopiado y colocado en un
edificio, utilizando medios normales.
- Superficie y uso: Para evitar que el mal uso del
invernadero impida el buen funcionamiento del mismo
(Ilustración 12), se opta en un primer momento por el
diseño de un elemento que no sea pisable ni utilizable,
y que además no compute superficie útil.
2.2.2.1 CRITERIOS GENERALES. EXIGENCIAS A CUMPLIR
El invernadero-acumulador, al ser un componente de la
fachada, debe dar respuesta, por una parte a las
acciones que actúan sobre el cerramiento (el agua, la
temperatura y la humedad, el ruido, la radiación solar, el
viento, el fuego y las acciones de naturaleza mecánica), y
por otra, a las exigencias propias del mismo,
establecidas por la normativa, como son:
- Exigencias de control ambiental: térmicas,
aprovechamiento y control de la radiación solar,
higrotérmicas, acústicas, estanquidad al agua y al
aire, iluminación, ventilación.
- Exigencias de seguridad: estructural, de uso y
mantenimiento.
En concreto, para el diseño del invernadero han sido
determinantes las exigencias térmicas, de
aprovechamiento y control de la radiación solar, de
iluminación, ventilación, y las de uso y mantenimiento.
Especialmente el cumplimiento de la exigencia de
limpieza de acristalamientos exteriores obligada por el
Código Técnico de la Edificación (CTE_DB_SUA1) ha
influido de gran manera en el diseño de la hoja exterior
del invernadero.
30
que podría proporcionar el invernadero en la misma
orientación. Los resultados de dicha simulación que han
servido de datos de partida para el diseño del
invernadero-acumulador son:
- A mayor superficie vidriada orientada al sur, menor
demanda anual de calefacción.
- Un invernadero frente a una ventana puede influir
positivamente. Diseñar un elemento de captación de la
radiación que acumule el exceso de calor en las horas
más calurosas del día y lo ceda durante las horas
frías, resultaría más conveniente que una ventana.
- La disminución del fondo del invernadero se
encuentra relacionada con la disminución de la
demanda anual de calefacción.
- La utilización en el invernadero de un vidrio doble en
la hoja exterior y vidrio sencillo en la interior resulta
mucho más efectivo que la utilización de los vidrios en
orden inverso, por la conservación del calor captado.
- La utilización de un antepecho con inercia térmica
en la hoja interior del invernadero, que ocupe el 20%
de la superficie de esta hoja es más eficiente que si
ocupa el 50%.
- La inercia térmica beneficia el comportamiento
térmico en el interior de las zonas habitables
suavizando el efecto oscilante de las temperaturas.
- Se estudió la utilización de un muro de inercia de
hormigón, elemento sólido de elevada densidad, y la
de un “muro de agua”, elemento líquido. Se determinó
como más óptimo el muro de agua con un espesor de
20 cm.
2.2.2.3 DISEÑO E INDUSTRIALIZACIÓN DEL INVERNADERO.
PROTOTIPO 1, INVERNADERO CON ACUMULACIÓN
HORIZONTAL
2.2.2.2 OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA DEL INVERNADERO
Con los objetivos y las premisas de partida establecidas
se diseña un prototipo P1, Invernadero con acumulación
horizontal compuesto de dos hojas de vidrio y un
espacio no pisable entre ellas donde se dispone el
acumulador metálico que contiene el agua. Tiene una
anchura de 50 cm.
Para el diseño del invernadero se simuló previamente
por parte de CENER el comportamiento en invierno de
una ventana colocada en una fachada sur y las mejoras
La hoja exterior tiene carpintería de aluminio con rotura
de puente térmico y un despiece, abatible y oscilante,
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que permite la limpieza por el interior para cumplir con
lo establecido en el CTE-SUA1. Desde el punto de vista
del control térmico, los vidrios tienen un alto factor solar
para permitir alta captación solar, y baja transmitancia
térmica para limitar las pérdidas térmicas y conservar
la energía en el interior cuando el sol ya no incide sobre
el invernadero. Por ello, se ha elegido un vidrio doble
con cámara de aire, bajo emisivo (U= 1’9 W/m2K), y
extraclaro con factor solar 0’75. La hoja interior tiene un
vidrio con transmitancia algo más alta (U= 2’8 W/m2K)
que por otra parte, mejora su factor solar (g=0’82). Se ha
elegido la hoja exterior con una U más baja, porque una
vez acumulado el calor en el invernadero interesa
disminuir las pérdidas térmicas hacia el exterior donde
el flujo de calor será mayor al haber mayor diferencia
térmica entre el exterior y el espacio invernadero. Así
mismo, se disponen rejillas en la hoja exterior (para
ventilar en verano) y en la hoja interior (para comunicar
el espacio interior habitable y el invernadero y provocar
un lazo convectivo natural).
En el espacio entre las dos hojas y pasando por delante
del acumulador se dispone un estor técnico enrollable
discurriendo junto a la cara interior de la hoja exterior, y
realizado con un tejido blanco por el exterior y bajo
emisivo por el interior.
El funcionamiento del P1, invernadero con acumulación
horizontal es:
- Invierno: Durante el día las hojas del invernadero
están cerradas. El vidrio exterior permite la captación
solar y su acumulación en el depósito de agua. La
distribución del calor hacia el interior del espacio
colindante, cuando la temperatura del invernadero es
superior a la de este espacio, se produce por lazos
convectivos abriendo la rejilla inferior que existe en la
hoja interior y la parte superior oscilante de esta hoja;
asimismo, se producirá una transmisión del calor
acumulado en el depósito de agua hacia el interior. Por
último, cuando el sol ya no incide sobre el invernadero y
ha oscurecido, se bajará el estor para conservar la
energía en el interior.
- Verano: Durante las horas diurnas y soleadas es
necesario ventilar el espacio interior del invernadero
abriendo la hoja exterior, y proteger el acumulador y la
hoja interior de la radiación directa bajando el stor. La
hoja interior permanecerá cerrada. Se abrirá por la
noche o cuando la temperatura exterior disminuya, para
ventilar el espacio interior de la vivienda mediante
ventilación cruzada.
B Bastidor de Aluminio en color gris, con aislante
de lana de roca en su interior.
C1 Carpintería de hoja exterior. Carpintería de
Aluminio con RPT color gris grafito, de Technal,
modelo N’Epure. U=2,9 W/m2.K (hueco)
C2 Carpintería de hoja interior. Carpintería de
Aluminio de color gris grafito de Technal, modelo
Topaz FB. U=3,8W/m2.K
V1 Vidrio exterior 6/12/6mm, extraclaro, bajo
emisivo. g=0,75. U=1,9 W/m2.K
V2 Vidrio interior 4/12/8mm extraclaro g=0,82.
U=2,8 W/m2.K. Bajo altura de seguridad (h=1,10m),
el vidrio será 4/12/4.4mm
Ilustración 15
Sección y
características del
Prototipo 1.
Invernadero con
acumulación
horizontal
R1 Aireador exterior de lama regulable de aluminio
con RPT. Modelo T67 de Renson
R2 Aireador interior de cierre deslizante de
aluminio. Modelo THM90PB de Renson. U=3,8
W/m2.K
S Estor enrollable de tejido técnico. Tejido Soltis 99,
LowE (0,35), color 99-2055 (blanco). Características
Ts+Rs+As = 13+65+22. g toti = 0,41.
A Acumulador de aluminio, con agua en su interior,
con su correspondiente llave de paso y desagüe.
Dispone de un embellecedor hacia la estancia
CONCLIMAT
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2.2.2.4 CARACTERIZACIÓN DEL PROTOTIPO 1 EN CELDA
PASLINK
Se han ensayado los siguientes escenarios:
El prototipo 1 se terminó en julio de 2010, y se envió al
Laboratorio de Control de Calidad de la Edificación de la
Dirección de Vivienda, Innovación y Control del Gobierno
Vasco y de la Universidad del País Vasco (UPV-EHU) en
Vitoria, para realizar ensayos de caracterización de la
transmitancia térmica (U) y el factor solar (g) mediante
la metodología de ensayo Paslink. Esta etapa se
consideró fundamental ya que se trata de un elemento
complejo que trabaja en régimen dinámico.
A. Ensayos de verano
Se realizaron los ensayos de verano entre agosto y
septiembre de 2010. Los ensayos de invierno se
llevaron a cabo en diciembre de 2010, enero y febrero de
2011.
- Escenario E-3 (11 días). Hojas y aireadores cerrados,
estor levantado.
-Escenario E-1 (10 días). Hoja exterior en posición
oscilante y aireador exterior abierto, hoja interior y
aireador interior cerrados, estor levantado.
- Escenario E-2 (9 días). Hoja exterior en posición
oscilante y aireador exterior abierto, hoja interior y
aireador interior cerrados, estor bajado.
B. Ensayos de invierno
- Escenario E-4 (19 días). Hoja exterior y aireador
exterior cerrado, hoja interior (en posición oscilante) y
aireador abierto (lazo convectivo), estor levantado.
- Escenario E-5 (12 días). Hojas y aireadores cerrados,
estor levantado.
- Escenario E-6 (18 días). Hojas y aireadores cerrados,
estor bajado.
Los objetivos de los ensayos Paslink son los siguientes:
Ilustración 16
Montaje del P1 en
la celda Paslink
32
CONCLIMAT
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- Medir los flujos de calor a través de la muestra con
gran precisión, así como la evolución de las
temperaturas superficiales y de ambiente asociadas.
- Registrar todos los parámetros del ambiente exterior
que afectan a la muestra durante el período de estudio y
los del interior de la sala de ensayos.
- Cuantificar los intercambios energéticos, tanto
ganancias como pérdidas, entre el ambiente interior,
controlado, y el exterior, libre, discriminando los
intercambios de calor a través del elemento a ensayar
de los que se producen a través del resto de paredes del
equipo.
- Como resultado de lo anterior, caracterizar la
transmitancia térmica U y el factor solar g del módulo.
Esta metodología Paslink, tiene la limitación de que no
puede haber conexión directa entre exterior e interior,
con lo que no se puede ensayar un buen uso como tal,
mientras se pretende obtener la U y la g. Además, se
hubiera requerido una programación para el resto de
acciones, ya que no se puede entrar en el interior de la
celda mientras dura el ensayo. Debido a esto, se hizo un
último ensayo en verano, donde se pudo comprobar el
efecto de la refrigeración natural nocturna, aunque con
una duración muy limitada.
Los resultados del ensayo se recogen en la tabla 4.
U (W/m2K)
g
Escenario E-1
2,53
0,58
Escenario E-2
2,51
0,19
Escenario E-3
1,80
0,58
Escenario E-4
3,00
0,58
Escenario E-5
2,16
0,58
Escenario E-6
1,67
0,39
Tabla 4. Resultados de caracterización del P1 en celda Paslink
A la vista de estos resultados de U y g, se concluye:
- En verano, con el acumulador de agua vacío, la
diferencia entre los ensayos E-1 (estor subido) y E-2
(estor bajado), donde la hoja exterior está abierta y la
interior cerrada , es el efecto del estor que produce la
disminución de la g de 0,58 a 0,19. La transmitancia
térmica apenas varía.
CONCLIMAT
- En verano, el escenario E-2 correspondería a un buen
uso durante el día, donde la g=0,19 es la menor
conseguida en los ensayos, y la más favorable para el
verano en las horas de incidencia directa del sol.
- En invierno, la diferencia entre los ensayos E-5 (estor
subido) y E6 (estor bajado), donde todas las hojas están
cerradas y el acumulador de agua lleno, es la posición
del estor, por lo que podemos concluir que el efecto que
produce el estor bajo emisivo es la reducción de la U en
0,49 W/m2K (pasa de U=2,16 a U=1,67), muy adecuado
para conservar el calor interior. El valor de U=1,67 es el
menor que se consigue en todos los ensayos. El estor
debe estar subido en las horas de captación solar para
no disminuir el factor solar, g.
- Los escenarios E-3 y E-5 son iguales, sólo que en el
primer caso se realizó en verano, con el acumulador
vacío, y el segundo en invierno, con el acumulador lleno.
Mientras que la g es la misma (0,58), la U es distinta, 1,8
en el primer caso y 2,16 en el segundo, por lo que el
agua en el acumulador (respecto al aire) aumenta la
transmitancia del elemento. Sin embargo, como se ve en
el apartado de monitorización de invierno (en los
ensayos en las casetas de la Universidad de Navarra), el
acumulador de agua proporciona beneficios en cuanto al
confort, desfase térmico y, además produce menores
oscilaciones térmicas en el espacio interior.
Para la simulación energética, propondríamos los
siguientes valores del elemento según un buen uso
(tabla 5). Estos valores pueden introducirse en un
programa de simulación.
INVIERNO
VERANO
U (W/m2K)
g
Escenario
DIA (cerrado)
2,16
0,58
E5
DIA
(lazo convectivo
con el interior)
3,00
0,58
E4
NOCHE
1,67
0,39
E6
DIA
2,51
0,19
E2
NOCHE
*
Tabla 5. Tabla de caracterización de elemento según buen funcionamiento
Observaciones: * Por la propia metodología del ensayo Paslink, no ha podido ensayarse
el escenario que correspondería al escenario Verano-noche (ventilación cruzada).
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Esta metodología permite que se caracterice el
elemento para justificar el cumplimiento de la normativa
oficial. Se propone adoptar los valores del escenario E-5
que corresponde al invierno durante el día donde el
invernadero está todo cerrado, el estor subido y el
acumulador lleno de agua: U= 2,16 W/m2K y g= 0,58.
Aprovechando estos ensayos, se ha utilizado un equipo
de sensórica añadida, con los siguientes objetivos:
- Estudiar el comportamiento del invernadero en
invierno y verano, con las mejores acciones para día o
noche: temperaturas, humedad,…
- Analizar la eficacia de los distintos elementos que lo
componen: rejillas para lazo convectivo y para
ventilación, estor de protección solar en verano y
protección térmica en invierno, posición oscilante de
ventana, etc.
- Comprobar el funcionamiento del invernadero como
captador-acumulador de calor, y como elemento de
mejora del confort en la estancia.
Como conclusiones de los ensayos de VERANO podemos
decir:
- Dadas las características del ensayo, se observa como
la temperatura media de cada día se estabiliza en cada
ensayo. Así podemos deducir, que los escenarios que
mejor se comportan en verano, de menor temperatura
media a mayor son: E-2>E-1>E-3. En todos los casos,
por el tipo de ensayo (no permite la ventilación cruzada),
las temperaturas medias son muy altas: E-2 (27,34ºC),
E-1 (31,81ºC), E-3 (31,07ºC), siendo las máximas de 29ºC
en el primer caso y de casi 35ºC en los otros 2
escenarios.
- Por lo tanto, para que el prototipo funcione bien, es
necesario que durante el día, la hoja exterior esté
abierta en la máxima fracción posible para evitar el
sobrecalentamiento, y que el estor de protección solar
esté bajado.
- Se hizo un escenario más de verano, aunque sólo
durante 4 días, donde al aprovechar la refrigeración
natural nocturna (se abrió la hoja interior), las
temperaturas mínimas bajan, y también la media
respecto al E-2, teniendo durante el día, el estor bajado y
la hoja exterior abierta.
34
Como conclusiones de los ensayos de INVIERNO
podemos decir:
- Si cogemos días similares en cuanto a radiación,
podemos ver que en cuanto a temperaturas medias E5>E-6>E-4 (24,9ºC>22,14ºC>20,15ºC). E5 es el que
aprovecha mejor la radiación solar. Los otros dos
escenarios son para momentos diferentes del día: E-4
puede usarse cuando hay alta radiación y se producen
sobrecalentamientos en el invernadero para distribuir el
calor hacia el espacio contiguo, y E6 para la noche o
cuando no hay radiación directa, para conservar el calor
acumulado.
- De las gráficas de radiación-calefacción, en las que el
estor está levantado, deducimos que en estas celdas
Paslink, si hay radiación solar, aunque las temperaturas
exteriores sean muy bajas, las temperaturas interiores
son superiores a 17ºC, por lo que no entra en
funcionamiento la calefacción. Sin embargo, la gráfica
de radiación-calefacción E-6, donde el elemento está
cerrado, y el estor bajado, nos indica que no se capta la
radiación solar, por lo que la calefacción entra en
funcionamiento.
- Podemos ver que el uso del flujo convectivo sólo debe
usarse en condiciones de radiación, y cuando la
temperatura del invernadero es mayor que la del
interior de la celda, porque si no, el flujo se invierte. No
hay que olvidar, que a esto se añade que la U pasa de
3W/m2K en el E-4 (con rejillas interiores abiertas) a
2,16W/m2K en el E-5 (todo cerrado).
- Ningún escenario de invierno es de uso óptimo, sino
que se complementan entre sí. El E-4 y el E-5 serían de
día, y el E-6 de noche, o cuando no hay radiación y las
temperaturas son bajas, buscando conservar la
temperatura alcanzada.
Una vez acabados los ensayos de verano e invierno, a
partir de Junio de 2011 este prototipo P1 se incorporó a
las casetas de ensayo situadas en el Campus de la
Universidad de Navarra, para poder monitorizarlos junto
a los otros prototipos diseñados, y comprobar su
comportamiento en condiciones de uso y para las
condiciones climáticas de Pamplona.
CONCLIMAT
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2.2.2.5 NUEVOS PROTOTIPOS
Interés de los resultados obtenidos en la celda
Paslink
Los ensayos en Célula Paslink permiten en primer lugar,
caracterizar la transmitancia térmica (U) y el factor solar
(g) de un prototipo de componente industrializado
complejo; en segundo lugar, comprobar el
comportamiento del componente y comparar las
gráficas con las de la simulación con programas
informáticos introduciendo los valores caracterizados.
Así mismo, los resultados obtenidos nos permiten
introducir mejoras en el prototipo para optimizar su
comportamiento. Por ejemplo, se detectaron
sobrecalentamientos (temperaturas superiores a la
máxima de confort en verano) que llevaron a plantear
mejorar la ventilación y la protección solar en verano. De
ahí surgió la idea del prototipo 4 de acumulación vertical
como mejora del primero.
Optimización del invernadero P1. Prototipo P4,
Invernadero con acumulación vertical
El Prototipo 4, Invernadero con acumulación vertical,
está compuesto de dos hojas de vidrio y un espacio
pisable entre ellas donde se dispone el acumulador
vertical metálico que contiene el agua. Tiene una
anchura de 70 cm.
La hoja exterior tiene
carpintería de
aluminio con rotura de
puente térmico
formada por dos
elementos correderos.
Desde el punto de
vista del control
térmico tienen un alto
factor solar para
permitir alta captación
solar, y baja
transmitancia térmica
para limitar las
pérdidas térmicas y
conservar la energía
en el interior cuando
el sol ya no incide
sobre el invernadero.
Por ello, se ha elegido
un vidrio doble con
CONCLIMAT
cámara de aire, bajo emisivo (U= 1’9 W/m2K), y
extraclaro con factor solar (g=0’75). La hoja interior tiene
un vidrio con transmitancia algo más alta (U= 2’8
W/m2K) que por otra parte, mejora su factor solar
(g=0’82). Así mismo, se disponen rejillas en la hoja
interior para comunicar el espacio interior habitable y el
invernadero.
En el prototipo 4, el sistema de protección solar está
compuesto por dos elementos. Uno que discurre por el
exterior de la hoja exterior, formado por unas lamas
móviles y orientables, apropiado para el uso en verano; y
otro interior, de iguales características y posición que el
que incorporan los otros prototipos, cuyo
comportamiento es sobre todo para invierno con objeto
de conservar la energía interior aunque pueda suponer
también una protección para el verano.
Este prototipo P4 permite una mayor captación solar y
mayor acumulación, dado que en el prototipo 1 hemos
estado muy condicionados por las condiciones de
limpieza de acristalamientos establecidas por el CTESUA, Seguridad de utilización, lo que ha supuesto una
alta fracción de marco. En el P4, esto se han resuelto
con una barandilla exterior de vidrio laminado y
permitiendo entrar en el interior. Asimismo, permite en
verano una mayor protección solar y una mayor
ventilación del espacio invernadero (Ilustración 17).
B Bastidor de Aluminio en color gris, con aislante
de lana de roca en su interior.
C1 Carpintería de hoja exterior. Carpintería de
Aluminio con RPT color gris grafito, de Technal,
modelo N’Epure. U=2,9 W/m2.K (hueco)
C2 Carpintería de hoja interior. Carpintería de
Aluminio de color gris grafito de Technal, modelo
Topaz FB. U=3,8W/m2.K
V1 Vidrio exterior 6/12/6mm, extraclaro, bajo
emisivo. g=0,75. U=1,9 W/m2.K
V2 Vidrio interior 4/12/8mm extraclaro g=0,82.
U=2,8 W/m2.K.
R1 Aireador interior de cierre deslizante de
aluminio. Modelo T67 de Renson.
Ilustración 17
Invernadero P4,
Invernadero de
acumulación
vertical
S1 SPS 1: Estor enrrollable de tejido técnico.
Tejido Soltis 99, LowE (0,35), color 99-2055
(blanco)
S2 SPS 2: Lamas de aluminio apilable. Lamas de
80mm de ancho de aluminio termolacado
orientables, con guías laterales. Modelo ALuflex
de Griesser o similar
BV Barandilla de vidrio de seguridad 4.4mm
g=0.77
A Acumulador de Chapa metálica vertical con
agua en su interior y llaves de paso y desagüe
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Ilustración 18
Prototipo 4.
Invernadero de
acumulación
vertical
PROTOTIPOS P2 Y P3
Además de los prototipos P1 y P4, se ha visto necesario
estudiar, diseñar y comprobar el comportamiento de
otros componentes industrializados resueltos con vidrio,
para poder valorar el más eficiente desde el punto de
vista energético y del confort, para la zona climática de
Navarra.
Por un lado, tenemos el prototipo optimizado P4
respecto al P1, y por otro, la comparación de ambos con
otros dos prototipos: un invernadero sin acumulación
(P2) y una ventana orientada al sur (P3).
Como resultado, se definieron y diseñaron para su
construcción un total de cuatro prototipos:
- Prototipo 1. Invernadero con acumulación horizontal.
Ensayado en el laboratorio de Vitoria.
- Prototipo 2. Invernadero de doble hoja de vidrio sin
acumulación
- Prototipo 3. Ventana a Sur
- Prototipo 4. Invernadero con acumulación vertical
(Ilustración 18)
no tiene acumulador; en su lugar, se dispone un vidrio
completando la hoja interior (Ilustración 19).
- Prototipo 3. Ventana a Sur. Consta de una sola hoja de
carpintería de aluminio y vidrio y un estor interior
enrollable. Ambos elementos tienen iguales
características que la hoja exterior y el estor del P1 y del
P2. Sirve para comparar la influencia en el confort del
invernadero frente a una ventana y las ventajas que se
producen (Ilustración 20).
Los prototipos 2, 3 y 4 entraron en proceso de
fabricación en abril de 2011 y se finalizaron en Junio de
2011. Se montaron en las casetas de ensayo y se
comenzaron los ensayos en Julio de 2011.
2.2.3 ENSAYO DE LOS PROTOTIPOS
Aunque el comportamiento general de los prototipos se
puede estudiar mediante simulación, es necesaria la
experimentación a escala real para validar los
resultados, y para obtener datos de parámetros que en
caso contrario, se basan sólo en suposiciones teóricas
difíciles de cuantificar.
Las características de los nuevos prototipos son:
- Prototipo 2. Invernadero de doble piel de vidrio sin
acumulación. Consta de una doble hoja de carpintería
de aluminio y vidrio y un sistema de protección solar,
compuesto por un estor enrollable, situado en el interior
del módulo junto a la cara interior de la hoja exterior.
Las características de los distintos elementos son
iguales que las del prototipo 1. La diferencia está en que
36
Sin esta verificación experimental, los componentes
quedaría sin validar y por lo tanto será difícil su
utilización e incorporación en distintos proyectos, tanto
en la construcción de nuevos edificios como en la
rehabilitación. El trabajo tendría un carácter más teórico
que real. Por ello, es imprescindible realizar estos
ensayos debido al carácter innovador de los
invernaderos industrializados y su repercusión en la
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B Bastidor de Aluminio en color gris
grafito, con aislante de lana de roca en su
interior.
C1 Carpintería de hoja exterior. Carpintería
de Aluminio con RPT color gris grafito, de
Technal, modelo N’Epure. U=2,9 W/m2.K
(hueco)
C2 Carpintería de hoja interior. Carpintería
de Aluminio de color gris grafito de
Technal, modelo Topaz FB. U=3,8W/m2.K
V1 Vidrio exterior 6/12/6mm, extraclaro,
bajo emisivo. g=0,75. U=1,9 W/m2.K
Ilustración 19
Invernadero P2, de
doble hoja de
vidrio sin
acumulación
V2 Vidrio interior 4/12/8mm extraclaro
g=0,82. U=2,8 W/m2.K. Bajo altura de
seguridad (h=1,10m), el vidrio será
4/12/4.4mm
R1 Aireador exterior de lama regulable de
aluminio con RPT. Modelo THM90PB de
Renson. U=3,8 W/m2.K
S Estor enrollable de tejido técnico. Tejido
Soltis 99, LowE (0,35), color 99-2055
(blanco). Características Ts+Rs+As =
13+65+22. g toti = 0,41.
B Bastidor de Aluminio en color gris
grafito, con aislante de lana de roca en su
interior.
C1 Carpintería de hoja exterior. Carpintería
de Aluminio con RPT color gris grafito, de
Technal, modelo N’Epure. U=2,9 W/m2.K
(hueco)
V1 Vidrio exterior 6/12/6mm, extraclaro,
bajo emisivo. g=0,75. U=1,9 W/m2.K
Ilustración 20
Invernadero P3,
Ventana de
aluminio con vidrio
R1 Aireador exterior de lama regulable de
aluminio con RPT. Modelo THM90PB de
Renson. U=3,8 W/m2.K
S Estor enrollable de tejido técnico. Tejido
Soltis 99, LowE (0,35), color 99-2055
(blanco). Características Ts+Rs+As =
13+65+22. g toti = 0,41.
CONCLIMAT
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arquitectura bioclimática, que producirá grandes
beneficios en el confort, en el ahorro energético y en la
disminución de emisiones de CO2.
- Comparar los distintos prototipos para tener datos
cuantitativos del escenario y cualitativos del
comportamiento de cada uno de los prototipos.
Para la monitorización de los prototipos se han realizado
las siguientes actividades:
2.2.3.2 METODOLOGÍA
- Definición de las condiciones de experimentación.
- Definición de ensayos y cadencia de los mismos.
- Definición de equipos necesarios.
- Diseño y construcción de casetas de experimentación
para incorporar los prototipos y poderlos ensayar
(Ilustración 21).
2.2.3.1 OBJETIVOS DE LA MONITORIZACIÓN
Los objetivos que se han perseguido en la
monitorización son:
- Conocer el comportamiento de un elemento complejo,
en condiciones reales.
Ilustración 21
Prototipos en
casetas de ensayo
en el Campus de la
Universidad de
Navarra
38
- Validar su funcionamiento y uso, tanto en verano como
en invierno, durante el día y la noche.
Se han diseñado dos casetas para monitorizar los 4
prototipos y tomar mediciones “in situ” del
comportamiento energético de cada uno de los
prototipos. Tras estudiar diferentes alternativas se optó
por fabricar dos celdas de ensayo en las cuales se
disponen los cuatro prototipos (dos en una caseta, en
caras opuestas y las otras dos en la otra del mismo
modo), de tal manera que en la caseta 1 se sitúan el P1
y el P2, y en la caseta 2, el P3 y el P4. Para facilitar la
ejecución de estas celdas se eligieron dos casetas de
obra, cuya tipología de fachada es similar a la de la
vivienda CONCLIMAT compuesta de panel sándwich y
trasdosado interior autoportante de yeso laminado.
Entre ambas hojas se ha colocado un aislamiento
térmico adicional hasta llegar a 20 cm de aislamiento,
para conseguir un recinto que no se vea afectado por las
condiciones meteorológicas del exterior, de modo que el
intercambio energético se produzca por la muestra
objeto de estudio principalmente (el prototipo de
ensayo). Estas casetas con los prototipos ya montados
se trasladaron al Campus de la Universidad de Navarra
en el que se efectuaron los ensayos, desde Julio de 2011
hasta marzo de 2012.
CONCLIMAT
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Los ensayos consisten en estudiar el comportamiento
térmico de los prototipos; para ello, las casetas se
dispusieron orientadas al Sur para captar la máxima
radiación posible. Como cada caseta tiene dos
prototipos, se colocó un cierre aislado corredero, con el
que se independiza la acción del prototipo orientado a
norte que no se ensaya en ese momento. Mediante el
giro de las casetas con una grúa, se producen 3
situaciones distintas, que nos permiten comprobar el
comportamiento de los 4 prototipos, de 2 en 2
(Ilustraciones 22 y 23).
En cada situación, se ensayan como mínimo 2
escenarios, el de uso estático y el de buen uso:
- Uso estático (conservador y desfavorable)
INVIERNO. Todo cerrado, estor bajado. No aprovecha el
potencial de la radiación solar: no capta ni acumula
energía.
VERANO. Hoja exterior abierta, hoja interior cerrada,
estor bajado. No aprovecha refrigeración nocturna y no
se ventila suficientemente el interior del invernadero
(sobrecalentamiento).
- Buen uso (sujeto a un horario)
INVIERNO. Todo cerrado, estor subido de día, bajado de
noche. En algunos escenarios se provoca el lazo
convectivo. Aprovecha la Radiación Solar Diurna,
acumula la energía en el depósito de agua y conserva el
calor por la noche.
VERANO. Hoja exterior siempre abierta de día. Hoja
interior cerrada de día, abierta de noche. Sistema de
protección solar exterior bajado de día. Consigue
máxima protección solar diurna con el sistema de lamas
orientables para permitir la transmisión luminosa pero
no la térmica; máxima ventilación dentro del
invernadero al abrir la hoja exterior; aprovecha la
refrigeración natural nocturna (por la noche, se abre el
prototipo y la ventana de la caseta para simular la
ventilación cruzada prevista en la vivienda CONCLIMAT).
El acumulador está lleno de agua en invierno, para
acumular la radiación solar captada, y vacío en verano
para evitar el efecto perjudicial de sobrecalentamiento.
En invierno se utilizó la calefacción según escenario,
dependiendo de las condiciones exteriores y de lo que se
quisiera comprobar en ese momento. Unos días sólo se
Ilustración 22
Situaciones
ensayadas
Ilustración 23
Giro de las casetas
de ensayo para las
distintas
situaciones
CONCLIMAT
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utilizó la calefacción por la noche y otros durante el día y
la noche con una consigna de 18ºC (para comprobar
cuando entraba en uso la calefacción).
Con cada escenario, se ensaya el comportamiento de
dos prototipos y las condiciones derivadas del mismo en
su caseta, y se puede establecer una comparativa entre
ambos prototipos, en cada situación.
Tanto en el interior de la caseta como en el exterior, así
como en el espacio intermedio de los prototipos, se
colocaron sondas de temperatura ambiente y humedad,
y se registraron en un adquisidor de datos muestras
cada 10 minutos. También se registraron otras variables
como la radiación solar recibida; la velocidad del aire en
el lazo convectivo; las temperaturas superficiales del
vidrio, carpintería, celda, acumulador de agua; y la
concentración de CO2, para poder obtener resultados de
modo preciso del comportamiento de la muestra
ensayada.
Para validar la transmitancia térmica real del
cerramiento de las celdas (casetas) se han realizado
también ensayos de termoflujometría. Se han colocado
dentro de una de las celdas dos placas de
termoflujometría, una sobre los montantes del
trasdosado interior y otra en la zona no coincidente con
el montante. De esta manera se puede valorar la
incidencia del puente térmico de los perfiles de la
subestructura del trasdosado interior para considerar la
Transmitancia térmica equivalente.
2.2.3.3 ENSAYOS DE INVIERNO
En invierno se han realizado un total de 9 ensayos, 3 de
ellos estáticos y el resto de buen uso, con distintas
consignas y modos de uso de la calefacción. De estos
ensayos, se han obtenido gráficas por cada prototipo,
gráficas comparativas del interior de las 2 casetas a
acondicionar por los prototipos, y una gráfica y tabla
resumen de toda la campaña, con temperaturas
máximas, medias y mínimas (Ilustración 24).
Ilustración 24
Resumen de los
ensayos de
invierno de todos
los prototipos.
Temperaturas en
el interior de la
celda,
temperaturas y
radiación exterior.
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CONCLIMAT
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Del estudio de las conclusiones parciales de los
diferentes escenarios, y de la gráfica resumen de
invierno (iliustración 24), se deducen las siguientes
conclusiones:
- Los prototipos que producen temperaturas más
confortables en la estancia a la que se incorporan son
de mejor a peor: P4 = P1 >P2 >P3 (Invernaderosacumuladores > invernadero sin acumulación> ventana).
Esto se deduce porque cada prototipo hace que la
estancia a acondicionar se comporte mejor que el
siguiente, ya que esa estancia se sobrecalienta menos
(teniendo en cuenta las dimensiones del prototipo, en
relación a la celda), tiene similares (P1=P4) o menores
oscilaciones térmicas que el situado a la derecha, y
tienen temperaturas máximas menores en las horas de
mayor radiación. Además las temperaturas en el
invernadero son inferiores también, siguiendo el orden
anterior, lo que hace que el prototipo pueda mantenerse
en mejores condiciones a lo largo de su vida útil
(Ilustración 25).
- El uso adecuado de cualquier prototipo es
fundamental para optimizar las condiciones térmicas de
las estancias a las que se incorpora. Esto conlleva el
tener todas las hojas cerradas del invernadero y el estor
levantado durante el día, bajándolo durante la noche. El
lazo convectivo debe hacerse cuando existe radiación
solar y la temperatura en el invernadero es superior a la
de la estancia interior.
- La optimización de buen uso, no responde tanto a un
horario, sino a los factores exteriores de radiación solar
y temperatura, combinado con la temperatura interior.
Por la noche, siempre hay que conservar la energía
cerrando las dos hojas y bajando el estor de baja
emisividad que discurre junto a la cara interior de la
hoja exterior.
- El lazo convectivo del invernadero se optimizaría no
con un uso horario, sino en función de la temperatura
del interior del invernadero respecto a la de la estancia
o dependiendo de los efectos de la radiación solar sobre
los diferentes elementos (acumulador, suelo del
invernadero, …).
- El uso adecuado, va muy unido al diseño adecuado del
invernadero, que permita que las acciones necesarias
para su optimización se puedan realizar, y éstas se
lleven a cabo con comodidad y seguridad por parte del
usuario (por ejemplo, apertura de rejillas).
- Es obvio que el buen manejo del invernadero, es algo
más complejo que el de una ventana, pero esto puede
solventarse con dos acciones programadas con un
horario, como se ha hecho en el ensayo. Además los
resultados serían más confortables si se tienen en
cuenta las condiciones exteriores de temperatura y
radiación, es decir, si se está en la vivienda
habitualmente, o se controlan automáticamente los
mecanismos en función de esas condiciones.
Ilustración 25
Tipos de
prototipos por
orden de mejora
en invierno
CONCLIMAT
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conclimat final bueno
Ilustración 26
Comparación de
comportamiento
entre buen uso y
uso estático, en
invierno. P1 y P3
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Página 42
- En invierno, el prototipo acumulador P1, ha resultado
ser muy similar al P4 (su mejora se planteó
fundamentalmente para verano, aunque también se
aumentó la fracción de vidrio), ya que durante los
ensayos la necesidad de calefacción fue más o menos
igual en ambas celdas, y se obtuvieron similares
oscilaciones y desfases térmicos, así como parecidas
temperaturas medias, máximas y mínimas. Varía el
efecto en los distintos escenarios y usos, pero el
resultado es muy similar.
- Un invernadero es más confortable que una ventana
orientada al sur en invierno, debido a que la oscilación
térmica es menor, tanto en máximas como en mínimas.
El que se alcancen mayores temperaturas en las horas
de radiación directa, en el caso de una ventana
orientada al sur, no supone un mejor rendimiento en las
horas posteriores, ya que el exceso de radiación que
produce altas temperaturas no se acumula, sino que
produce disconfort, teniendo como consecuencia la
apertura de la ventana por parte del usuario y por tanto,
la pérdida de la energía captada.
- El elemento captador y acumulador de agua, ayuda al
desfase térmico, y es efectivo cuando hay radiación
solar directa, aunque las temperaturas exteriores sean
muy bajas.
- El invernadero supone una mejora en la estanquidad al
aire respecto a una ventana, a igualdad de
características técnicas de las carpinterías
(Ilustraciones 26 y 27).
2.2.3.4 ENSAYOS DE VERANO
En verano se han realizado un total de 6 ensayos, 3 de
ellos estáticos y el resto de buen uso. De estos ensayos,
se han realizado gráficas por cada prototipo, gráficas
comparativas del interior de las 2 casetas a
acondicionar por los prototipos, una gráfica resumen
(Ilustracion 28), así como una tabla resumen de toda la
campaña, con temperaturas máximas, medias y
mínimas.
Del análisis de los datos obtenidos se concluye:
- El comportamiento de los prototipos en verano, de
mejor a peor, es: P4 > P1 > P2 >P3 (Invernaderoacumulador vertical>Invernadero-acumulador horizontal
> invernadero sin acumulación > ventana). Esto se
deduce porque cada prototipo hace que la estancia que
acondiciona se comporte mejor que en el caso del
siguiente situado a su derecha, ya que esa estancia se
sobrecalienta menos (teniendo en cuenta las
dimensiones del prototipo, en relación a la celda), tiene
similares o menores oscilaciones térmicas, y
temperaturas máximas menores en las horas de mayor
radiación. Además las temperaturas del invernadero son
inferiores también, siguiendo el orden anterior, lo que
hace que el prototipo pueda mantenerse en mejores
condiciones a lo largo de su vida útil (Ilustración 29) .
- El uso adecuado de cualquier prototipo es
fundamental para optimizar las condiciones térmicas de
42
CONCLIMAT
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Ilustración 27
Prototipos P1 y P3
durante los
ensayos de buen
uso y estático, en
invierno
Ilustracion 28
Resumen de los
ensayos de verano
de todos los
prototipos.
Temperaturas en
el interior de la
celda,
temperaturas y
radiación exterior
Ilustración 29
Tipos de
prototipos por
orden de mejora
en verano
CONCLIMAT
43
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las estancias contiguas a las que posibilitan su
acondicionamiento natural. Asimismo, causan efectos
muy desfavorables si se usan mal (apertura de la hoja
interior hacia la estancia o no utilización del sistema de
protección solar). El uso adecuado conlleva la
imprescindible protección solar durante las horas de
radiación solar directa, máxima apertura de la hoja
exterior para garantizar la mayor ventilación posible
(evitando el efecto invernadero y con ello, temperaturas
muy altas dentro del componente), y aprovechamiento
de la refrigeración natural nocturna, si lo permite la
zona climática.
- Estas condiciones de uso van muy unidas al diseño del
invernadero, que tiene que permitir que las acciones
necesarias para su optimización se puedan realizar
(protección solar, ventilación, …), y éstas se lleven a cabo
con comodidad y seguridad por parte del usuario. Por
ejemplo, la apertura de la hoja exterior del P1 resulta
escasa respecto al P4.
Ilustracion 30
(Gráfica 4).
Comparación de
comportamiento
entre buen uso y
uso estático, en
verano. P1 y P4
44
- El sistema de protección solar óptimo para los
invernaderos en el verano debe situarse por el exterior
del mismo para evitar sobrecalentamientos, siendo los
más apropiados los sistemas móviles y orientables, al
proteger de la radiación térmica y permitir la lumínica.
También podrían ser válidos en el interior del espacio
invernadero, siempre que permitan al máximo la
ventilación del mismo y el acumulador quede protegido
de la radiación directa.
- El prototipo P4 se planteó como mejora del P1 para
condiciones de verano, aunque también para mejorar la
captación solar, y para facilitar su uso y mantenimiento.
En este sentido, como resultado de los ensayos
podemos comprobar que el P4 se comporta mejor que
el P1, principalmente cuando se usa bien, porque
produce un mayor confort (temperaturas inferiores a
25ºC), y se alcanzan en el interior del invernadero
temperaturas similares a las exteriores (importante para
el buen mantenimiento del prototipo).
- Los invernaderos con acumulación (P1 y P4),
resultan más confortables que la ventana orientada al
sur (P3), proporcionando una menor oscilación térmica
y menores temperaturas máximas. En verano, la
ventana podría llegar a tener un comportamiento
similar, si tuviera un sistema de protección por el
exterior de iguales características que el P4 y con
voladizos superior y laterales.
- Los invernaderos, a pesar de poder alcanzar en su
interior temperaturas muy altas por un mal uso (mucho
mayores que las temperaturas exteriores), no son
elementos causantes de un mayor disconfort respecto
a una ventana. Para ello, deben estar bien diseñados, y
usarse correctamente, como ya hemos comentado. El
elemento acumulador vacío en verano, no produce en sí
mismo, un empeoramiento respecto a otros
invernaderos o ventanas (Ilustraciones 30 y 31).
CONCLIMAT
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Ilustración 31
Prototipos P4 y P1
durante los
ensayos de buen
uso y estático, en
verano
2.2.4 ESTUDIO DE LOS PUNTOS CRÍTICOS DEL
INVERNADERO
El invernadero produce una discontinuidad en la
fachada, por lo que los puntos críticos se localizan:
- En el encuentro del invernadero con la fachada.
- En el encuentro entre los distintos elementos del
invernadero: en el propio bastidor, en el encuentro del
bastidor con las hojas de carpintería, entre la carpintería
y el vidrio.
2.2.4.1 DISEÑO DEL ENCUENTRO ENTRE EL INVERNADERO
Y LA FACHADA
En el diseño de los prototipos se tuvo en cuenta la forma
de resolver el encuentro entre el invernadero y la parte
opaca de la fachada, ya que este encuentro tiene que
garantizar la estanquidad al agua y al aire, así como no
constituir un puente térmico y acústico.
El hueco en el que se inserta el invernadero necesita un
remate en todo su perímetro que asegure la correcta
sujeción del elemento prefabricado sobre los premarcos
de tubo de acero que se disponen de forjado a forjado,
así como la estabilidad mecánica y funcional
(estanquidad). El bastidor del invernadero soluciona este
encuentro, constituyendo una embocadura perimetral
que soluciona tanto el dintel como el alféizar y las
jambas laterales.
El diseño del bastidor varía en las partes horizontales y
verticales (Ilustraciones 32 y 33):
- En las horizontales el bastidor tiene unos pliegues
hacia arriba (en el dintel) y hacia abajo (en el inferior),
para poderlos solapar por detrás del panel sándwich de
CONCLIMAT
la fachada y resolver de forma oculta la junta entre el
invernadero y la fachada, de tal manera que se garantiza
la estanquidad y se soluciona el puente térmico y
acústico.
- En la zona del dintel se dispone un gancho para poder
transportar e izar los invernaderos hasta su colocación
en la fachada.
- El bastidor en las jambas laterales cambia de forma:
hacia el exterior solapa sobre la fachada y hacia el
interior disminuye su espesor para poder disponer el
elemento de fijación del invernadero a los premarcos
dispuestos de forjado a forjado, y para resolver el
encuentro con el trasdosado interior. Todas las juntas
que se generan entre fachada y jambas laterales quedan
cerradas con cordones preformados y sellados elásticos
y estancos.
2.2.4.2 EQUIPOS UTILIZADOS PARA EL ANÁLISIS DE LOS
PUNTOS CRÍTICOS DEL INVERNADERO
Por otra parte, la construcción de los prototipos y su
disposición dentro de las celdas de ensayo nos permite
detectar los puntos críticos (fundamentalmente puentes
térmicos y resolución de juntas) y establecer acciones
de mejora. Para ello se han utilizado los siguientes
equipos:
- Cámara termográfica. Esta técnica proporciona
imágenes térmicas que muestran la distribución de
temperaturas a lo largo de una superficie empleando
una escala de colores. Como la radiación infrarroja es un
parámetro directamente relacionado con la temperatura,
una inspección termográfica permite observar las
diferencias de temperatura de los materiales. Se trata
de un ensayo no destructivo y permite de una forma
45
conclimat final bueno
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muy rápida visualizar defectos presentes en la
envolvente de los prototipos realizando un análisis de
las imágenes térmicas, como son discontinuidades en
los elementos (grietas, juntas mal resueltas), defectos
de aislamiento o puentes térmicos (puntos de menor
resistencia térmica en los que se producen mayores
pérdidas térmicas), humedades (zonas de menor
resistencia térmica), fugas de aire, etc..
Ilustración 32
Diseño del
bastidor. Sección
vertical inferior y
superior
lustración 33.
Diseño del
bastidor. Sección
horizontal jamba
- Puerta-ventilador. Blower Door. El ensayo de puerta
ventilador permite establecer las infiltraciones de aire
(que suponen una fuga energética) que se producen a
través de los distintos elementos de los prototipos y en
su unión con las casetas, simulando el encuentro del
invernadero y una fachada real para saber la efectividad
de las juntas que se han diseñado. Tener un sellado
adecuado en la envolvente del edificio es tan importante
como un buen aislamiento, ya que el aire infiltrado
supone una disminución de la temperatura, que se
traduce en un aumento de la demanda respecto a una
vivienda relativamente hermética. Controlar las
infiltraciones de aire, es una de las medidas más
efectivas para mejorar el rendimiento energético en la
construcción.
2.2.4.3 RESULTADOS DEL ANÁLISIS TERMOGRÁFICO Y DEL
ANÁLISIS DE INFILTRACIONES
En primer lugar se realizó un análisis de la celda de
ensayo para determinar los puntos críticos en cuanto a
aislamiento e infiltraciones de aire y posibles defectos
de ejecución para proceder a su reparación. A
continuación se estudia el comportamiento térmico de
los prototipos 1 y 4 para localizar los puntos críticos y
las infiltraciones de aire.
El estudio termográfico se ha llevado a cabo en
diferentes momentos del día para poder comprobar el
comportamiento del prototipo sin la influencia de la
radiación solar y con la influencia de ésta. En este
segundo caso es mejor determinar la transmisión de
calor a través del prototipo desde el interior. El equipo
utilizado para la inspección ha sido la cámara FLIR
B250.
A la vista de las imágenes termográficas de las celdas
de ensayo se procedió al sellado de las juntas que
permitían fugas de calor y a la colocación de aislamiento
en algunos encuentros.
Asimismo, respecto a los prototipos se detectó que:
46
CONCLIMAT
conclimat final bueno
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- El bastidor supone un puente térmico ya que se trata
de una única pieza compuesta de 2 chapas de aluminio
de 2 mm con aislamiento de lana mineral entre ambas.
Dichas chapas comunican el exterior con el interior por
lo que la transmisión de calor es directa a través de las
mismas. Tras el análisis de los resultados se ha
planteado una mejora en los prototipos introduciendo
una discontinuidad en las chapas del bastidor,
independizando la que queda hacia el exterior de la que
entra hasta el interior.
- En los prototipos de invernadero – acumulador se debe
hacer incidencia en la resolución de las juntas entre los
distintos elementos, por ejemplo entre el vidrio y la
carpintería.
- En el prototipo P4, las juntas entre las hojas al ser
correderas, y las juntas de las hojas con el marco,
pueden constituir un origen de infiltraciones por lo que
se debe mejorar la estanqueidad mediante juntas
elásticas.
- Los aireadores constituyen un puente térmico, y en
ocasiones origen de infiltraciones de aire. Por ello en el
prototipo 4 se elimina la rejilla inferior de la hoja
exterior; sin embargo, se mantienen las de la hoja
interior ya que son necesarios para el lazo convectivo.
Para el prototipo 1, en el futuro se plantea también
eliminar la rejilla en la hoja exterior y solucionar la
ventilación con el despiece oscilante de la propia
carpintería (Ilustración 34).
CONCLIMAT
El ensayo de infiltraciones se realizó según lo que
establece la Norma UNE-EN 13829-2002: “Aislamiento
térmico. Determinación de la estanqueidad al aire en
edificios. Método de presurización por medio de
ventilador”.
El objeto de este ensayo en este caso es comprobar que
las condiciones de monitorización de la celda se ajustan
a las que se podrían producir en la vivienda del proyecto
CONCLIMAT considerando las diferencias entre la celda
de ensayo y la vivienda, así como para localizar el origen
de las infiltraciones de aire no deseadas con la ayuda de
la cámara termográfica.
La utilización de la termografía de infrarrojos durante la
medición BlowerDoor completa de forma óptima el test,
proporcionando resultados globales que permiten
conocer el estado de la envolvente del edificio. El equipo
utilizado para esta medición es una puerta ventilador
Minneapolis BlowerDoor Standard con el dispositivo de
control de presión DG-700. El software utilizado es el
TECTITE Express.
Se han realizado ensayos sucesivos entre los que se han
ejecutado medidas correctoras para mejorar la
hermeticidad de la celda de ensayo. El primero de ellos
se realizó con las celdas tal y como se entregaron, con
ello pudimos determinar el sellado deficiente
principalmente de los prototipos con la celda. Se
procedió a su sellado y se realizó de nuevo el test, con el
que se pudo comprobar la efectividad de las medidas
ejecutadas así como otros puntos a mejorar (juntas de la
Ilustración 34
Análisis de
puentes térmicos
mediante
Termografías
47
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puerta de entrada,…). Tras los sellados oportunos se
realizó el test por última vez validando así el
comportamiento de la celda.
- El correcto sellado de todos los elementos, incluso los
que no están en contacto con el exterior, es decisivo a la
hora de conseguir la hermeticidad de una envolvente.
El resultado a 50 pascales no se corresponde con la
tasa de infiltración real del edificio, pero sirve para
introducir el valor aquí obtenido en el programa de
simulación energética de la caseta de ensayo con el
prototipo 4, obteniéndose una tasa de renovación real
equivalente de 0,4 renovaciones/hora en el último
ensayo (Ilustraciones 35 y 36).
- Puede considerarse que las condiciones de ensayo no
difieren en gran medida de las que se producirían en la
vivienda propuesta, por lo que los resultados (0,4
renovaciones/hora) se consideran válidos para los
objetivos de la monitorización.
Se concluye a través del ensayo de infiltraciones que:
- El método de ensayo con puerta–ventilador es
indispensable cuando se busca una construcción en la
que las infiltraciones de aire sean las mínimas posibles.
En combinación con la cámara termográfica permite
localizar su origen y, por lo tanto, plantear medidas
correctoras.
2.2.5 PROCESO DE MONTAJE DE LOS
INVERNADEROS ACUMULADORES EN UNA
OBRA
Actualmente se construyen miradores y galerías que
reproducen de alguna manera aquellos otros que vemos
en nuestras ciudades en los edificios del siglo XIX y
principios del XX de los que se tiene una experiencia
positiva en cuanto a su comportamiento ambiental. Se
adosan cierres con doble carpintería a las fachadas
reproduciendo el mirador tradicional pero sin alguna de
sus características. Por ejemplo, el mirador suele ocupar
todo el hueco realizado en el muro de fachada, por lo
Ilustración 35
Instalación de la
puerta-ventilador
en la puerta de
acceso a la celda
Ilustración 36
Análisis de
infiltraciones con
el equipo blower
door
48
CONCLIMAT
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Página 49
que carece de un elemento de inercia térmica; la
dimensión del cierre acristalado exterior y el interior es
la misma; o en otros casos, en la hoja interior se dispone
un aislamiento térmico que disminuye la transmitancia
pero impide la acumulación. Esto hace que una imitación
formal de los miradores tradicionales no tenga el mismo
comportamiento ambiental. Muchos de los miradores
actuales, no entrarían en la definición de invernadero
adosado establecido por el CTE-HE1.
• Una vez colocado el invernadero en su posición se
procederá a la colocación de los elementos de unión y
de las piezas del frente del forjado entre dos
invernaderos superpuestos.
A diferencia de los miradores y galerías resueltos de
forma tradicional, que se montan en obra elemento a
elemento, los invernaderos-acumuladores CONCLIMAT
son fabricados en taller, totalmente terminados a
excepción de la colocación de los vidrios, son
transportados a obra, y acopiados en ella para su
posterior montaje en el edificio.
Se estima que el montaje de un invernadero se puede
realizar en 3 horas.
El montaje de los invernaderos acumuladores
industrializados se realiza en las siguientes fases:
2.2.6 ANÁLISIS DEL CICLO DEL VIDA DEL
INVERNADERO
- Colocación de un premarco estructural compuesto por
dos perfiles metálicos estructurales rectangulares
huecos que se disponen verticalmente entre los dos
forjados. Estos perfiles llevan unas pestañas en las que
se engancha desde el exterior el invernadero. El peso de
un invernadero tipo, con el depósito acumulador vacío,
ronda los 500 kg. En su posición de uso transmite un
momento de vuelco a su elemento de sujeción que ha
sido calculado para ello. El premarco estructural es
colocado en fase de obra a la vez que son replanteadas
las fachadas de panel sándwich.
- Una vez finalizada la fase de ejecución de la fachada
con el panel sándwich, y con anterioridad al vertido de la
presolera de las viviendas, es cuando se plantea el
cierre interior del edificio.
- El montaje del invernadero se hace de la siguiente
forma:
• Como medios auxiliares se utilizan una grúa-torre
convencional de obra, cuyo límite de servicio es de 1Tn
en punta, por lo que fácilmente puede mover el
elemento; así como una grúa telescópica, con cabina
en punta para que un operario pueda realizar la ayuda
al montaje desde el exterior de la fachada. Obviamente
desde el interior otro operario ayudará al encaje del
mirador sobre su premarco.
CONCLIMAT
• Esta labor se completa con la resolución de las juntas
y los necesarios sellados y tapajuntas para garantizar
la adecuada estanquidad del encuentro del
cerramiento con el invernadero.
- Los vidrios se colocan con posterioridad, quedando el
elemento totalmente instalado, en un plazo de tiempo
reducido.
Para completar el estudio, se ha realizado el Análisis de
ciclo de vida del invernadero de acumulación vertical
(P4) con objeto de controlar los impactos ambientales a
lo largo de su ciclo de vida (fabricación, construcción del
edificio, uso y mantenimiento y deconstrucción).
La introducción en el diseño de los prototipos del
concepto de ciclo de vida del edificio supone la
incorporación de un factor adicional a todos los que
tradicionalmente se tienen en cuenta en el diseño de
proyectos y componentes para la edificación
(prestaciones técnicas, economía, …). Se define el
Análisis del ciclo de vida (ACV) como una “técnica para
determinar los aspectos ambientales e impactos
potenciales asociados con un producto: compilando un
inventario de entradas y salidas relevantes del sistema;
evaluando los impactos ambientales potenciales
asociados a esas entradas y salidas de materia y
energía, e interpretando los resultados de las fases de
inventario e impacto en relación con los objetivos del
estudio”.
Los objetivos que se persiguen con el ACV son en primer
lugar, reducir el uso de materias primas: materiales,
energía y agua; en segundo lugar, minimizar las
emisiones, la contaminación, los residuos y los vertidos
a lo largo del proceso edificatorio.
Para el estudio del ACV del invernadero de acumulación
vertical se ha utilizado el programa informático
SIMAPRO versión 7.3.
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Los objetivos perseguidos han sido:
- evaluar el impacto ambiental asociado a la fabricación
del prototipo 4, componente industrializado de
invernadero con acumulación vertical.
- Identificar factores críticos en el proceso que permitan
introducir mejoras ambientales en el prototipo para
disminuir los impactos asociados a su fabricación.
• En potencial de calentamiento global, los dos
invernaderos suponen un 1,97% del impacto total de la
vivienda.
• La acidificación que se podría atribuir a los
invernaderos sería del orden del 2,28%.
Las conclusiones obtenidas mediante el Análisis de Ciclo
de Vida (ACV) del Prototipo de invernadero acumulador
son:
• La eutrofización, hasta de un 4,68%.
- Dentro del proceso de edificación, la fase de
fabricación del invernadero es la que produce la mayor
parte de los impactos ambientales generados a lo largo
de su ciclo de vida. Este proceso viene a representar
casi un 90% de los impactos generados a lo largo de su
existencia, si incluimos en el análisis los procesos de
transporte, montaje en obra, mantenimiento a lo largo
de los 50 años de vida útil y el escenario final
transcurrido ese tiempo. Las mejoras en el diseño del
prototipo deben ir enfocadas a reducir los impactos,
optimizando los materiales utilizados, sus dimensiones y
los procesos industriales que se llevan a cabo para
transformarlos adecuadamente, hasta llegar al
invernadero como componente industrializado.
Estos porcentajes no son significativos en el conjunto de
la vivienda.
- Entre los diferentes elementos que una vez
ensamblados van a constituir el invernadero, el Bastidor
(B) supone el mayor impacto: 41,5% del conjunto. La
magnitud de la subestructura de aluminio y de las
chapas de aluminio que la revisten es la causa principal
de este impacto.
Por detrás del bastidor (B), los impactos ambientales se
deben, al acumulador (A) en un 21%, y a las carpinterías
y vidrios, en porcentajes entre el 8,59% y el 5, 33%
respectivamente. La mejora del bastidor irá encaminada
a disminuir el espesor de las chapas de 2mm que lo
conforman y a disminuir la incidencia de los perfiles
metálicos de subestructura que se disponen en su
interior mediante la utilización, por ejemplo, de madera
en los perfiles secundarios.
- Si comparamos los impactos ambientales que produce
una vivienda de referencia (extraída del estudio CIES)
con los del invernadero, considerando la incorporación
de 2 unidades de invernadero por vivienda, para cada
50
una de las categorías de impacto más significativas,
obtenemos los siguientes valores:
• El agotamiento de recursos energéticos, un 2,29%.
- Según la simulación realizada en una vivienda que
cumple estrictamente el CTE con ventanas en las zonas
de día orientadas al sur, la contribución que podría
suponer el invernadero en cuanto al ahorro de energía
es de 14 Kwh/m2 año; por vivienda de 90 m2 útiles
supondría un ahorro de 1.260 Kwh al año. La fabricación
del invernadero supone un consumo de energía de
25.923 Mj/Ud, mientras que la de la ventana sería 5.020
Mj/Ud. Por lo tanto, la utilización de un invernadero
frente a una ventana supone un incremento en la
energía de fabricación de 20.903 Mj/Ud. En una vivienda
con dos invernaderos el coste energético de fabricación
de estos elementos sería: 41.806 MJ = 11.538 Kwh(3),
que se puede llegar a amortizar en 9’5 años.
2.2.7 CONCLUSIONES
1. Se han diseñado dos prototipos de invernadero
industrializado, P1 con acumulación horizontal y P4 con
acumulación vertical, que incorporan las cuatro
funciones que permiten disminuir el consumo de
energía y aumentar el confort: Captación solar,
Acumulación, Distribución, Conservación de la energía.
2. El invernadero CONCLIMAT industrializado frente a
uno ejecutado tradicionalmente “in situ” tiene ventajas
en relación a:
- La obtención de un nivel homogéneo de calidad, ya que
su fabricación se realiza y controla en taller.
- La disminución de plazos de ejecución al poder
independizar las fases de fabricación de las de montaje.
El proceso supone la fabricación en taller, el transporte
CONCLIMAT
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a obra, el acopio y montaje del elemento prefabricado
sobre la subestructura soporte. Se estima un plazo de
montaje de 3 horas por componente.
- Se trata de un proceso independiente de los factores
metereológicos que condicionan el proceso constructivo
en obra.
- La posible disminución de los costes derivada de una
fabricación en serie de estos componentes, respecto a
los costes de un invernadero tradicional.
3. El prototipo P1 se ensayó en una celda Paslink al
tratarse de un elemento complejo de comportamiento
dinámico, para caracterizar la transmitancia térmica (U)
y el factor solar (g). Esto permite introducirlo en
proyectos y justificarlo respecto al CTE en cualquier
zona climática.
4. Se han ensayado los dos prototipos de invernaderos
acumuladores (P1 y P4) junto a otras dos muestras : una
ventana con vidrio de cámara (P3) y un invernadero de
dos hojas de vidrio sin acumulación (P2), habiéndose
obtenido mejores resultados en los prototipos P1 y P4
desde el punto de vista del verano y del invierno:
En invierno:
- Con un buen uso, se consigue una disminución del
consumo de energía debido a la captación solar,
acumulación y distribución que produce un desfase de la
onda térmica, que permite una menor utilización de la
calefacción.
- El buen uso de cualquier prototipo es fundamental
para optimizar las condiciones térmicas de las estancias
a las que se incorpora. Esto conlleva el tener todas las
hojas cerradas del invernadero y el estor levantado
durante el día, bajándolo durante la noche. El lazo
convectivo a través de las rejillas interiores debe
accionarse cuando existe radiación solar y la
temperatura del invernadero es superior a la de la
estancia interior.
- La oscilación térmica, entre las temperaturas máximas
y mínimas, por efecto del acumulador es menor y por lo
tanto, el confort en el interior del espacio colindante es
mayor.
- Aún en el caso de días muy fríos pero con radiación, se
consiguen en las horas diurnas temperaturas de confort
CONCLIMAT
en el interior del espacio colindante sin la utilización de
calefacción. Las temperaturas mínimas son más altas
en los invernaderos-acumuladores que en la ventana al
sur o en el invernadero sin acumulación.
- Se producen menores infiltraciones de aire a través del
invernadero al tratarse de un elemento con doble
cerramiento (dos hojas de vidrio).
En verano:
- El uso adecuado de cualquier prototipo es fundamental
para optimizar las condiciones térmicas de las estancias
contiguas a las que posibilitan su acondicionamiento
natural. Este uso adecuado conlleva la imprescindible
protección solar durante las horas de radiación solar,
control de aperturas de las hojas interiores día-noche,
máxima apertura de la hoja exterior (para garantizar la
mayor ventilación y evitar el efecto invernadero y con
ello, temperaturas muy altas dentro del elemento), y
aprovechamiento de la refrigeración natural nocturna si
lo permite la zona climática.
- El prototipo P4, se planteó como mejora del P1 para
condiciones de verano, permitiendo mayor protección
solar y ventilación; P4 cuando se usa bien produce un
mayor confort que el P1 ya que se alcanzan
temperaturas interiores inferiores a 25ºC en el espacio
contiguo, y en el interior del invernadero temperaturas
similares a las exteriores.
- Los invernaderos con acumulación, resultan más
confortables que una ventana orientada al sur, por
producir menor oscilación térmica, y alcanzar menores
temperaturas máximas. En verano, el vidrio al sur podría
llegar a tener un comportamiento similar si tuviera
sistema de protección por el exterior igual que en el P4
y con voladizos superior y laterales (similar al bastidor
del P4).
- En condiciones de verano, el elemento acumulador en
el invernadero (vacío), no produce en sí mismo un
empeoramiento respecto a invernaderos sin
acumulación o a ventanas.
- El sistema de protección solar óptimo de los
invernaderos para el verano debe situarse por el
exterior del mismo para evitar sobrecalentamientos,
siendo los más apropiados los sistemas móviles y
orientables, al proteger de la radiación térmica y
permitir la lumínica. También podrían ser válidos en el
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interior del espacio inveradero siempre que permitan al
máximo la ventilación del mismo.
5. El comportamiento del P1 y P4 es similar en invierno,
pero en verano es más adecuado el P4. Asimismo, desde
el punto de vista del uso y mantenimiento (limpieza…) es
mejor el P4.
6. El Análisis de ciclo de vida muestra que el
invernadero contribuye en un porcentaje pequeño a los
impactos que produce una vivienda: 1,97 % del potencial
de calentamiento global, 2,28% respecto a acidificación,
4,68% de eutrofización y 2,29 % en cuanto a
agotamiento de recursos naturales.
2.2.8 PROPUESTAS DE MEJORA DEL
PROTOTIPO INVERNADERO ACUMULADOR
Como resultado de los ensayos y de los estudios
realizados (termografía, prueba de infiltraciones y ACV)
se plantean para el futuro las siguientes mejoras:
- En el bastidor del invernadero se optimizará el espesor
de las chapas que lo conforman y se sustituirán parte de
los perfiles metálicos de subestructura que se disponen
en su interior por perfiles de madera. Estos perfiles de
madera servirán para producir una rotura del puente
térmico y una discontinuidad en las chapas
conformantes.
- Eliminación de rejillas en la hoja exterior del prototipo
P1. En el P4 ya está planteado así.
2.3 FACHADA DEL EDIFICIO CONCLIMAT
Autor: CENER, AH. Colaboran: ABAIGAR, ACR, MIYABI, UN
2.3.1 CERRAMIENTOS OPACOS. ESTUDIO
ENERGÉTICO-ECONÓMICO
Para la elección del cerramiento opaco de fachada, se
plantean análisis y reflexiones de diferente índole que
deben condicionar el resultado final. Estos análisis serán
energéticos, económicos, reflexiones sobre la
construcción e industrialización (reducción o ampliación
de tiempos de ejecución, facilidad y dificultad montaje,
seguridad en la construcción,...).Para la elección del
sistema de cerramiento de fachada más adecuado se
estudiaran todos estos factores.
2.3.1.1 OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICO-ECONÓMICA DE LA
FACHADA
La optimización energético-económica del cerramiento
de fachada se realiza desde diferentes puntos de vista.
Análisis de diferentes tipologías de fachadas para el
edificio CONCLIMAT
Para determinar la tipología de fachada más
conveniente para el edificio CONCLIMAT, se han
estudiado diferentes tipologías de cerramientos cuyas
características se muestran a continuación en sus
correspondientes ilustraciones.
• Cerramiento 1: Fachada tradicional pesada
(Ilustración 37).
- En el prototipo P1 se aumentará la anchura total a 70
cm para mejora la ventilación del espacio interior del
invernadero, así como la apertura y limpieza de la hoja
exterior.
Ilustración 37
Cerramiento 1:
Fachada
tradicional pesada
52
CONCLIMAT
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Página 53
• Cerramiento 2: Fachada industrializada pesada
(Ilustración 38).
• Cerramiento 4: Fachada industrializada ligera no
ventilada (Ilustración 40).
• Cerramiento 3: Fachada industrializada ligera
ventilada (Ilustración 39).
• Cerramiento 5: Fachada industrializada ligera
ventilada con panel sandwich (Ilustración 41).
Ilustración 38
Cerramiento 2:
Fachada
industrializada
pesada
Ilustración 39
Cerramiento 3:
Fachada
industrializada
ligera ventilada
Ilustración 40
Cerramiento 4:
Fachada
industrializada
ligera no ventilada
Ilustración 41
Cerramiento 5:
Fachada
industrializada
ligera no ventilada
con panel
sandwich
CONCLIMAT
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Todas estas tipologías de cerramientos cumplirían con
todos los requerimientos para el cumplimiento del HE1
(UM mínimo, condensaciones superficiales,
condensaciones intersticiales,...)
Se ha intentado en esta selección mantener en todas las
fachadas un espesor aproximado a los 0,25 m debido a
que en la actualidad es un espesor habitual en las
soluciones de cerramientos de fachadas.
A día de hoy, las normativas españolas4 limitan las
máximas superficies construidas en el interior de las
parcelas, bien mediante el establecimiento de líneas de
rasante en las normativas urbanísticas o bien mediante
la indicación de una edificabilidad máxima. El límite de
la superficie construida deriva en un ejercicio, ya
realizado durante los últimos años, de minimizar el
espesor de los cerramientos de fachada con el fin de
conseguir mayor cantidad de superficie útil en las
viviendas.
Como se puede observar en las imágenes, el resultado
de transmitancia térmica (UM) del cerramiento, obtenido
para el mismo espesor de fachada en función de los
diferentes sistemas constructivos, varía
considerablemente. La solución constructiva también
influye en la transmitancia térmica lineal (ψ) de los
puentes térmicos y se realizará un esfuerzo de
minimizar la influencia de éstos, diseñando unos
encuentros adecuados.
Adelantando resultados obtenidos en apartados
posteriores, cabe mencionar que la reducción de la
transmitancia térmica del cerramiento en el clima de
Pamplona implica una disminución de las demandas
térmicas del edificio. Por lo tanto, puede concluirse de
este apartado que, energéticamente hablando, la
fachada más conveniente será aquella que posea un
menor valor de transmitancia térmica UM y por lo tanto
hablamos de Cerramiento 5: Fachada industrializada
ligera ventilada con panel sándwich.
Análisis de costos (en €/m2) de las diferentes
tipologías de fachada.
A continuación se muestra la valoración económica de
los diferentes cerramientos propuestos. Se indica en las
siguientes tablas los costes en €/m2 de las diferentes
soluciones de fachada5 incluyendo aquella del CTE con la
cual comparamos:
Se muestra la siguiente tabla resumen de los resultados
obtenidos para transmitancia térmica y coste.
U (W/m2K)
Coste(€/m2)
Cerramiento CTE
0,591
80,28
Cerramiento 1
0,644
87,50
Cerramiento 2
0,480
116,26
Cerramiento 3
0,600
165,70
Cerramiento 4
0,566
195,70
Cerramiento 5
0,242
172,67
Tabla 7 Tabla resumen de transmitancias térmicas y costes de los
diferentes cerramientos
Como se observa, los cerramientos CTE y 1 parecen, a
primera vista, económicamente los más ventajosos. Sin
embargo la elección en función del coste de un
cerramiento se encuentra indisociablemente ligada al
espesor y a la transmitancia térmica del mismo debido a
la normativa actual basada en superficies construidas.
Para explicarlo de una forma simple se propone el
siguiente ejemplo:
Se supone una vivienda de VPO en Pamplona cuyo
precio actual está tasado en 1.620,48 €/m2 útil. Se
consideran 3 metros de altura de fachada a realizar por
cada metro lineal de suelo.
Para alcanzar con el cerramiento 3 la misma
conductividad térmica del cerramiento 5 se deberían
añadir 8 cm de aislamiento a los ya existentes. Por lo
tanto se dispondría de 0,08 m2 útiles/ml fachada menos
de superficie a la venta. El equivalente en € no
conseguidos sería 1.620,48 €/m2 útil x 0,08 m2 útil/ml
fachada = 129,64 €/mlfachada menos. La repercusión
4 Se desconoce si dentro del territorio nacional existe alguna normativa que limite la superficie edificable mediante la superficie útil en vez de la construida.
5 Cerramiento CTE.: tradicional ladrillo cara vista + trasdosado interior de pladur; Cerramiento 1: tradicional ladrillo cara vista + trasdosado interior LHS;
Cerramiento 2: industrializada de hormigón; Cerramiento 3 industrializada ventilada ligera + aplacado en piedra; Cerramiento 4: industrializada no ventilada ligera +
aplacado en piedra; Cerramiento 5: industrializada no ventilada ligera + panel sándwich.
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de este dinero por m de fachada sería 129,64 (€/ml
fachada)/3 (m altura fachada/ml fachada) = 43,21 €/ml.
Por lo tanto, entre todos los cerramientos que se
muestran en el cuadro poseen un espesor de 25 cms (±
1 cm), no existirían tan grandes diferencias de costo
como se muestra en el cuadro ya que se debería
aumentar, en el precio de aquellos con menor U, el valor
de aislamiento que deberían implementar para alcanzar
a aquel de menor U y a su vez se debería valorar (como
se ha hecho para el cerramiento 3) la repercusión en
venta del aumento de espesor del aislamiento.
Determinación del incremento del aislamiento óptimo
en función de resultados energético-económicos (VAN,
TIR)
progresivamente desde el valor mínimo que fija el DBHE1 del CTE para este parámetro y para la zona
climática del proyecto (D1), hasta un valor lo
suficientemente bajo, que hiciera que la curva de
rendimiento económico tuviera un valor máximo. Este
incremento de U se ha conseguido únicamente
añadiendo espesor de aislamiento a la solución
constructiva del proyecto.
Las condiciones de partida, que se han utilizado en el
programa, y que se han mantenido invariables a lo largo
de todo el proceso de simulación, son las que a
continuación se enumeran:
• Orientación: norte-sur
• Sin consideración de obstáculos remotos
Como paso previo a la obtención del espesor de
aislamiento en fachada desde un punto de vista de
rentabilidad, es necesario obtener información acerca de
los ahorros energéticos obtenidos en el edificio en
función de la mejora de la envolvente, que en este caso
se realiza mediante el incremento de aislamiento en el
cerramiento de la fachada exterior.
• Porcentaje de vidrios fachada sur: 36.8%
• Porcentaje de vidrios fachada norte: 16,5%
• Transmitancia de vidrios: 2,718 W/m2K
• Factor solar de vidrios: 0.751
Para ello, se han realizado varios conjuntos de baterías
de simulaciones informáticas con el software Energy
Plus, programa desarrollado por el Departamento de
Energía de los EEUU que permite predecir el
comportamiento térmico del edificio a través del
modelado computacional de todos sus componentes. De
los resultados obtenidos se extraen entre otros la
demanda térmica que será necesario cubrir por los
sistemas para alcanzar las condiciones de confort en el
interior de la vivienda para un perfil de uso prefijado.
El procedimiento de cálculo seguido consiste en,
habiendo fijado previamente unas condiciones
determinadas de usos, ventilación, rendimientos de
sistemas... se ha ido incrementando el valor de la
transmitancia térmica U (W/m2 K) de la fachada exterior,
CONCLIMAT
• Tasa de renovación de aire interior (HS-3): 0.8
(180m3/h por vivienda)
• Temperaturas de consigna: Día: 21ºC (8:00h – 0:00h).
Noche: 17.5ºC (0:00h – 8:00h
• Calendario disponibilidad calefacción: de octubre a
mayo
• Cargas internas (ocupación, iluminación y equipos
eléctricos) según los calendarios de las “condiciones
operacionales” contenidas en los Anexos al
“Documento de condiciones de aceptación de
Programas Informáticos Alternativos”.
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Teniendo en cuenta lo comentado anteriormente, los
resultados de la simulación se pueden ver en la
Ilustración 42.
Obviamente y como puede observarse, los ahorros son
cada vez mas reducidos, según se va incrementando el
aislamiento, llegando a un punto donde la adicción de
éste deja de ser eficiente.
Determinación del espesor de aislamiento óptimo
desde un punto de vista rentabilidad económica
Es sobradamente conocido que la colocación de
aislamiento en los cerramientos exteriores de los
edificios constituye una de las medidas más eficientes
para conseguir disminuir las demandas energéticas de
los edificios. Además de ser eficiente, es una medida
rentable, y su implantación es una buena opción de
inversión dentro del campo de la eficiencia energética.
Por ello, en el edificio CONCLIMAT, se ha pretendido
demostrar esta premisa, colocando en el edificio de
proyecto, en principio, el espesor de aislamiento que
hace que la inversión derivada de esta medida suponga
el óptimo de rentabilidad económica de esta actuación.
Con esta conducta, además, el proyecto se alinea
perfectamente con la última DIRECTIVA DEL
PARLAMENTOEUROPEO Y DEL CONSEJO (2010/31/UE de
19 de mayo de 2010), por la que, en su articulo 1, se
exige a los estados miembros que fomenten la eficiencia
energética de los edificios, teniendo en cuenta las
condiciones climáticas exteriores y las particularidades
locales, así como las exigencias ambientales interiores y
la rentabilidad en términos coste-eficacia.
Metodología de cálculo
Para realizar este análisis, se va a comparar el coste
derivado de la implementación del aislamiento, frente al
ahorro energético conseguido con su colocación. Esta
comparación se va a realizar para diferentes espesores
de aislamiento, obteniéndose en cada uno de los casos,
unos parámetros económicos de evaluación de
rentabilidad de proyectos tales como el VAN6 o el TIR7,
que permitirán decidir cuál es el espesor de aislamiento
más rentable.
Los ahorros energéticos producidos al instalar
diferentes espesores de aislamiento, se obtienen
mediante simulaciones energéticas con el programa
Energy-Plus y mostrados en el punto anterior. Los
ahorros económicos asociados a los ahorros energéticos
anteriores, se han calculado a partir del precio del kWh
de gas natural y de un rendimiento medio estacional de
una caldera individual de gas natural.
Los parámetros utilizados en el modelo de cálculo que
se ha desarrollado para este proyecto, pueden verse a
continuación:
• Coste del aislamiento: 57.4 ?/m3 8
• Superficie de aislamiento necesaria: 1200 m2
• Beneficio industrial + Gastos generales: 15%
• Rendimiento medio estacional de la caldera: 90%
• Precio del gas natural: 0.0489€/kWh9
Ilustración 42
Consumo de
calefacción del
edificio según
transmitancia de
muro de fachada
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• Incremento anula precio de la energía: 3%
• Incremento anual del precio del dinero: 2.4%10
• Tasa de descuento o coste de oportunidad: 5%
Con los valores de los parámetros anteriores, se ha
realizado una curva con los diferentes valores de VAN de
la inversión correspondiente a los diferentes valores de
aislamiento. Se ha tomado el valor del espesor del
aislamiento económicamente mas rentable, aquel que
hace que la curva del VAN tome un valor máximo.
• Años de hipoteca del inmueble: 25
• TAE Hipoteca: Euribor + 1%11
En las siguientes tablas y gráficos pueden verse los
resultados obtenidos (Ilustraciones 43 y 44).
• Vida útil del aislamiento: 50 años
Ilustración 43
Indicadores
económicos (VAN y
TIR) para
diferentes
espesores de
aislamiento
Ilustración 44
Espesor de
aislamiento óptimo
según VAN
6 Valor Actual Neto de una inversión
7 Tasa Interna de Retorno
8 PVP de aislamiento de lana de roca tipo CONFORTPAN 208.116. Fuente: Rockwool Peninsular
9 Tarifa último recurso (TUR) de gas natural para consumos anuales < 50.000kWh Sep 2011. Fuente Mityc.
10 Se ha tomado el valor del IPC de Diciembre del 2011
11 T.A.E. habitual en créditos hipotecarios en el momento actual. Euribor Dic. 2011 =1.93%
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Como puede verse de las ilustraciones anteriores, el
espesor óptimo de aislamiento para la fachada exterior
del edificio CONCLIMAT, con los valores de los
parámetros supuestos anteriormente, equivale a 15-16
cm. Este valor es muy superior al mínimo valor que
según el DB-HE1 del CTE, se requiere para unos edificios
de viviendas de estas características, en la zona
climática en que nos encontramos.
Este sencillo análisis, muestra el margen de mejora, en
términos de eficiencia energética, que presenta la actual
normativa edificatoria en este campo.
Desde un punto de vista económico, el óptimo espesor
de aislamiento corresponde a un VAN máximo, cuyo
valor es aproximadamente de 25.000€, con un TIR
superior al 12,5%, valor éste notablemente superior
para proyectos de riesgo similar.
Además, si se contabiliza el coste del incremento de
aislamiento como un coste mas dentro del crédito
hipotecario al que esta sujeta la vivienda (y así debe
ser), es muy significativo observar el flujo de caja anual
resultante de esta inversión, es decir, el resultado
económico anual de lo que se tiene que pagar de más
por la financiación del sobrecoste del aislamiento
adicional instalado, frente a lo que nos ahorramos en la
factura del gas natural debido al ahorro energético
conseguido.
En la siguiente tabla puede verse este resultado
(Ilustración 45):
Ilustración 45
Flujo de caja
actualizado para
diferentes
espesores de
aislamiento
Es decir, desde el primer año, se está ganando dinero
con la inversión de “colocar más aislamiento”.
los gastos anuales de esta inversión a lo largo de los
primeros 50 años, en el caso de colocar el aislamiento
óptimo (Ilustración 46):
En la siguiente gráfica se puede observar los ingresos y
Ilustración 46
Flujo de caja
actualizado para el
espesor de
aislamiento más
rentable (16 cm)
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Se observa que la curva que representa el flujo de caja,
siempre es positivo (se gana dinero desde el momento
inicial), mostrando un incremento brusco en el año 26
(año en el que se ha cancelado el crédito hipotecario, y
ya no hay cuota).
Con los resultados que se muestran en este apartado se
llega a la conclusión de que a pesar de que colocar
aislamiento, más allá del óptimo económico sigue
siendo rentable, se opta por proponer para el edificio
CONCLIMAT un espesor de aislamiento de 16cm. de lana
de roca CONFORTPAN 208.116 de λ = 0,037W/m.K, u
otra solución cuya transmitancia térmica global sea
equivalente.
de aislamiento térmico de 6,5 cms. El sistema de fijación
utilizado para esta hoja interior se ha seleccionado, de
entre los productos comerciales existentes hoy en día en
el mercado, en función de condicionantes acústicos, de
montaje,... por lo cual, queda limitado el espesor de la
capa de aislamiento térmico que lo compone.
Se podría haber variado el valor de conductividad
térmica del aislamiento térmico (λ) optando por un
aislamiento de menor conductividad térmica que nos
permitiría, con el espesor de 14,5 cm, alcanzar el
espesor óptimo, sin embargo dada la diferencia de
apenas 2 cms se mantendrá el mismo valor de λ
considerado para todos los cálculos realizados hasta el
momento.
CONCLUSIONES
Hay que tener en cuenta, que esta metodología de
cálculo es muy sensible respecto a algunos parámetros
(por ejemplo, el precio del aislamiento o el incremento
del precio de la energía), por ello, se ha preferido utilizar
en el estudio, valores mas bien conservadores. En el
supuesto de utilizar precios mas reducidos de
aislamiento y/o incrementar en incremento anual del
precio de la energía (muy probable, según las últimas
tendencias de los combustibles fósiles), el aislamiento
óptimo podría irse por encima de los 20cm.
No obstante, existen factores limitantes a la colocación
del espesor aislamiento más rentable, derivado
principalmente de la pérdida de superficie útil de la
vivienda, según el cómputo de las normativas
urbanísticas locales más habituales. La modificación de
éstas encaminadas a permitir sobrepasar las
alineaciones máximas normativas, cuando se justifiquen
desde el punto de vista de la eficiencia energética,
podría paliar estos problemas.
2.3.2 HUECOS. ESTUDIO ENERGÉTICOECONÓMICO
2.3.2.1 OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICO-ECONÓMICA DEL
HUECO
Simulaciones energéticas del edificio con diferentes
tamaños de huecos
Balance energético
Desde un punto de vista estrictamente térmico, el
comportamiento energético diferencial entre un hueco y
un muro opaco, se establece fundamentalmente12 como
balance entre las ganancias solares recibidas a través
del vidrio y las pérdidas o ganancias (en verano) por
conducción del conjunto vidrio-carpintería. Esto puede
verse reflejado gráficamente en el siguiente dibujo
(Ilustración 47):
Finalmente en el edificio CONCLIMAT se ha optado por
una fachada de 14,5 cms de aislamiento, valor que se
encuentra ligeramente por debajo del óptimo resultante
de este estudio. El principal motivo, que justifica la
utilización de estos 14,5 cms, es aquel de los sistemas
constructivos. En el caso CONCLIMAT se ha considerado
una hoja exterior formada por un panel sándwich. El
espesor de este panel será de 8 cms (máximo espesor
de panel sándwich encontrado entre los productos
comerciales). A su vez, la hoja interior posee una capa
Ilustración 47
Balance energético
en una ventana
12 No se muestran las pérdidas por convección por existir tanto el las ventanas como en el muro exterior, y se pretende realizar un análisis
diferencial de los huecos.
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Siendo Qtotal la energía que se aporta al edificio a
través de los huecos:
Tint = Temperatura interior
Text = Temperatura exterior
Qtotal = Qt + Qri – Qcon-v – Qcon-m
Optimización energética de los huecos
Donde:
Qi = Energía solar incidente
Qt= Energía solar que atraviesa el vidrio
Qri= Energía solar absorbida por el vidrio y que
posteriormente se cede al interior
Qcon-v = Energía que se pierde por el vidrio por
conducción
Qcon-m = Energía que se pierde por el marco por
conducción
Qr = Energía solar reflejada por el vidrio
Qre = Energía solar absorbida por el vidrio y que
posteriormente se cede al exterior.
Como puede observarse, en la fórmula anterior, en lo
que respecta al vidrio, existen en principio13, dos
términos positivos Qt y Qri , y un término negativo, Qconv. Los términos positivos representan las ganancias
debidas a la radiación solar. Estas ganancias están
directamente relacionadas con unos de los parámetros
físicos que definen la tipología del vidrio, llamado factor
solar g, siendo:
La influencia de los huecos en la demanda energética de
los edificios es un tema complejo, ya que influyen una
cantidad importante de variables, que a su vez dependen
entre ellas, como hemos visto anteriormente.
Así, el tamaño de los huecos, la orientación de las
fachadas en las que están situados los mismos, las
características físicas de las carpinterías y de los vidrios
que los componen, los sombreamientos que se
producen por aleros, retranqueos, lamas, o por
obstáculos remotos, y el clima, particularizado
principalmente en los parámetros temperatura, viento y
radiación, son variables que se deben tener en cuenta,
en un estudio de optimización de estos elementos con
vistas a una reducción de las demandas energéticas del
edificio.
La dificultad de la optimización energética de los
huecos, radica entre otras causas, en que no existe una
relación directa entre la Uv y la g de los vidrios, sino
más bien todo lo contrario. En la mayoría de los vidrios,
cuanto más se aumenta el valor de Uv disminuye el
valor de g, es decir, cuanto más se protege una ventana
frente a las pérdidas por conducción, menos energía
aporta al interior del edificio. El encontrar una relación
óptima entre Uv y g, que minimice las demandas
energéticas del edificio es el objetivo del siguiente
análisis.
(Qt + Qri) = Qi . g
El termino negativo, Qcon-v , representa la pérdida de
calor por conducción a través del vidrio. Estas pérdidas
están, a su vez, relacionadas directamente, con otro
parámetro físico que definen los vidrios, llamado Uv,
siendo:
Qcon-v = Uv . Sv . (Tint – Text)14
Donde:
Sv = Superficie del vidrio
En las fachadas sur, y desde un punto de vista
rigurosamente matemático, se cumple que el término
Qi . g, en más del 95% de los días del año (en nuestras
latitudes), es mayor que el término Qcon-v en el
cómputo de las 24 horas del día. Esto quiere decir que
desde ese punto de vista obtendremos más ganancias
solares siempre que maximicemos la superficie vidriada
en esta orientación, lo que disminuirá las demandas de
calefacción. Pero esta propuesta tiene el inconveniente
de que las ganancias solares sean excesivas no solo en
verano sino en periodos de calefacción no muy rigurosos
(otoño y primavera), por lo que estos huecos deberán de
13 Si la temperatura exterior es mayor que la interior, como suele ser en verano, Qcon-v es también positivo.
14 El calculo de las pérdidas por conducción a través del marco es análogo.
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disponer de dispositivos de control solar para limitar
dichas ganancias solares en los periodos que sean
necesarios.
En las fachadas este y oeste, el razonamiento es similar,
aunque en los días de crudo invierno, esa comparación
“ganancias solares” vs “perdidas por conducción” no
está tan claro. Además, estas orientaciones tienen el
hándicap de presentar más dificultades que la fachada
sur a bloquear los rayos solares para limitar la demanda
energética, por lo que su superficie debe de limitarse.
En fachada norte, el planteamiento es totalmente
contrapuesto al de la fachada sur, ya que las ganancias
solares son mínimas, luego el objetivo es minimizar las
perdidas a través de los huecos que es equivalente a
decir que, el comportamiento energético de las ventanas
en dicha orientación es peor que el de los muros opacos.
Esto sólo se puede solucionar minimizando el tamaño
de los mismos hasta lo normativamente permisible y
diminuir la U de los vidrios todo lo posible para
disminuir las pérdidas por conducción.
Otro parámetro, que influye considerablemente en la
demanda energética del edificio, es la carpintería del
hueco. La carpintería representa entre un 20% y un 40%
del área total del hueco, con un valor medio
representativo del 30%. En este caso su optimización
energética es obvia, ya que basta con utilizar
carpinterías con valores de U tan reducidos como sea
posible. En el mercado existen multitud de carpinterías
de diferentes materiales, desde metálicos con valores de
U= 5.7 W/m2 K, hasta de PVC de 5 cámaras con valores
de U < 1 W/m2 K.
Optimización económica de los huecos
La dificultad de la optimización económica de los
huecos, radica es saber si los sobrecostes incurridos en
la modificación de la composición de los huecos (vidrio y
marco) de la fachada sur (la más determinante) es
económicamente rentable teniendo en cuenta el ahorro
energético producido.
Para analizar detalladamente el coste de los mismos, se
ha supuesto un hueco de 1m x 1.9m = 1.9m2, Con una
parte inferior fija y una parte superior practicable. En el
que se le han incorporado una serie de vidrios de
diferente calidad térmica (Ilustración 48).
Ilustración 48
Evaluación LIDER
del edificio CTE
con puentes
térmicos con
valores por
defecto
Para este caso se ha supuesto un solo tipo de marco de
aluminio con una Um = 2.46 W/ m2 K, y un porcentaje
siempre constante de marco respecto del total de la
ventana (30% marco- 70% vidrio). El coste detallado del
hueco con las características anteriores se puede ver
desglosado en la tabla siguiente (Ilustración 49):
Ilustración 49
Evaluación LIDER
del edificio CTE
con puentes
térmicos con
valores por
defecto
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Como puede verse en la tabla, la mayor parte del coste
de la ventana la soporta el marco, siendo la
representación del vidrio entre un 10% y un 15%
dependiendo de la calidad del mismo. Además, el coste
de los marcos es mucho mas acentuado en función de
su calidad térmica que en el caso de los vidrios, por lo
que la influencia económica de estos puede superar el
70% e incluso el 80%, frente al comentado 10% y 15%
de los vidrios.
2.3.2.2 CONCLUSIONES
De la información aportada en los puntos anteriores, se
deduce que un dimensionamiento en los huecos de las
fachadas sur, basado únicamente en una optimización
energética (este dimensionamiento pasaría por
dimensionar con un porcentaje de huecos máximos)
repercutiría en un sobrecoste económico, respecto de
una configuración de huecos estándar, difícil de
rentabilizar (el coste de la carpintería respecto del
marco es 7 a 1).
Por tanto, desde un punto de vista de rentabilidad
económica tiene menos sentido optimizar las ventanas
en función de la calidad térmica el vidrio, en vez de en
función de la configuración y el “despiece15” de la
ventana, intentando diseñar el mayor hueco posible con
la menor carpintería, ya que el coste más importante de
ella radica en el marco. El aumento del tamaño del
hueco, generalmente, suele estar ligado a una reducción
del porcentaje de marco, al menos en aquellos casos en
los cuales el despiece del hueco tiende a la simplicidad,
debido al aumento de paños fijos respecto a hojas
batientes. Por otro lado, y una vez conseguida la
optimización geométrica de las ventanas que aúne la
superficie de vidrio máxima con los metro lineales de
carpintería mínimos, la elección de la calidad del vidrio,
dadas las reducidas diferencias de costes entre ellos, se
reduce a encontrar aquel que conjugue un factor solar
alto (favorecer las ganancias solares) y un valor de U
reducido (disminuir pérdidas por conducción).
ha prestado una especial atención al diseño de los
encuentros del edificio CONCLIMAT. El objetivo:
minimizar las pérdidas térmicas a través de los
encuentros.
Tras los resultados obtenidos en el apartado del edificio
CTE, en los cuales se mostraba la gran influencia de los
elementos constructivos de la fachada y su disposición
en el valor de transmitancia térmica del muro (UM) se
ha comenzado, en el edificio CONCLIMAT calculando el
valor de transmitancia térmica equivalente del
cerramiento UMequivalente que permitirá verificar que
la solución constructiva adoptada para la fachada
resulta adecuada.
2.3.3.1 PUENTES TÉRMICOS DE LA CONFIGURACIÓN DEL
MURO. CÁLCULO DE UMEQUIVALENTE.
El cerramiento de fachada se compone de; panel
sándwich exterior de 8 cms de espesor con juntas
verticales cada 1,20 metros, cámara de aire de 7 cms,
panel de yeso laminado de 2,5 cms, aislamiento térmico
de lana de roca de 6,5 cms y dos paneles de yeso
laminado de 1,5 cms cada uno. Al interior está dotado de
una estructura de montantes de acero situados cada 60
cms que permiten fijar las capas de yeso laminado y el
aislamiento térmico.
Por lo tanto, para su cálculo y siguiendo con las
indicaciones de la normativa de aplicación se ha
considerado la medida de 1,20 m por ser la distancia
entre ejes de las juntas del panel sándwich. El modelo
cálculado y los resultados obtenidos se muestran en la
Ilustración 51.
2.3.3 ESTUDIO DE LOS PUNTOS CRÍTICOS DE
FACHADA: LOS PUENTES TÉRMICOS
Una vez determinada la influencia del los puentes
térmicos en la demanda energética final del edificio, se
15 El despiece de la ventana, en la mayoría de las veces esta influenciado por las normativas de seguridad de utilización, más que por el
tamaño.
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Ilustración 50
Datos de entrada
para cálculo del
puente térmico de
los montantes de
subestructura de
cartón-yeso
situados cada
1200 mm
En el cálculo no se han considerado juntas horizontales
del panel sándwich, sin embargo el efecto de dichas
juntas repercutirá sobre el valor de los puentes térmicos
de sección vertical (como el encuentro de fachada con
forjado) donde se calculará el efecto de esta junta.
El valor de UM considerando homogéneas sus capas
sería de UM = 0,226 W/m2K. El valor real de
transmitancia térmica de dicho cerramiento será de
UMequivalente = 0,276 W/m2K.
Ilustración 51
Resultados del
cálculo del puente
térmico de los
montantes de
subestructura de
cartón-yeso
situados cada
1200 mm
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2.3.3.2 VALORES DE PUENTES TÉRMICOS PARA EDIFICIO
CONCLIMAT SEGÚN CÁLCULOS DETALLADOS
Para enfrentar una situación más realista, el cálculo del
resto de valores de los encuentros constructivos se ha
realizado considerando el valor UMequ= 0,276 W/m2K.
Para llegar a este valor se ha realizado una
simplificación consistente en aumentar el valor de
conductividad térmica l del material aislante de la
composición del cerramiento hasta lograr un valor de
UM lo más aproximado posible al valor equivalente. De
esta manera, en el cálculo de los distintos encuentros
sólo se consideraran las uniones horizontales del panel
sándwich y los montantes que realicen la función de
remate de encuentro.
Se muestra en la Tabla 4 la relación de los valores
obtenidos en el cálculo para los diferentes puentes
térmicos de fachada.
Tabla 4
Puentes térmicos
reales calculados
para los
encuentros de
fachada del
edificio
CONCLIMAT
2.3.4 DISEÑO CONSTRUCTIVO DE LA HOJA
EXTERIOR: PANEL SÁNDWICH
Uno de los principales inconvenientes encontrados a la
hora de definir las características de la fachada fue la
elección del tipo de panel sándwich. Si nos remitimos a
la oferta disponible en el mercado, podemos ver que
existe una gran cantidad de soluciones destinadas a
cubrir la construcción de edificios industriales y de
oficinas, quedando relegadas en número aquellas
destinadas a edificios de vivienda. Esta falta de variedad
en las soluciones podría ser consecuencia de una menor
exigencia en las prestaciones de confort térmico y una
complejidad formal de las edificaciones industriales.
La industria de paneles sándwich ha mejorado y
evolucionado los niveles de acabados y terminaciones,
siendo más aprehensibles tanto para los técnicos como
para los futuros usuarios. No obstante, el progreso de
sus prestaciones en confort térmico y acústico ha sido
relegado en pos del aspecto exterior, dejando al
trasdosado la función de mejorar las prestaciones de
permeabilidad al aire y transmitancia térmica.
64
Uno de los aspectos críticos de estos sistemas de
cerramiento reside en las juntas. Existe una gran
variedad de soluciones que varían según el modelo
elegido pero no todas consiguen superar las exigencias
de confort térmico, especialmente las relacionadas con
los puentes térmicos.
2.3.4.1 MODULACIÓN DE LA FACHADA
Una vez establecida una altura de 3m entre forjados,
surgieron dos variables con gran incidencia en la
modulación. La primera, derivada del propio panel y la
disponibilidad, dentro de la marca comercial, de
diferentes dimensiones sobre todo en anchura. La
segunda: las exigencias del CTE DB-SU, en el que el
apartado 3.Desniveles, establece una altura mínima de
1.10m como barrera de protección, en este caso la
altura del alféizar.
Una importante decisión inicial en el proyecto fue
disponer los paneles en sentido horizontal para
garantizar la correcta ubicación de los huecos respecto
CONCLIMAT
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Ilustración 53
Sección parcial de
la fachada
Ilustración 52
Alzado parcial
norte y alzado este
de su espacio interior, sin subordinar la calidad espacial
a los problemas constructivos.
Partiendo con estas condiciones, se consultaron las
soluciones comerciales existentes en el mercado y se
observó que en la mayoría de los casos sólo se resuelve
la unión de los extremos más largos del panel, que
deriva evidentemente de su proceso de fabricación. Así,
el extremo corto queda resuelto mediante piezas de
junta con perfiles tipo omega o T, que ancladas a la
subestructura, interrumpen la continuidad del
aislamiento.
Para evitar estos problemas de interrupción, se
descartaron las soluciones en las que sus juntas
machihembradas no garanticen la continuidad de la lana
de roca. En esta línea de acción, se evitaron al máximo
el recorte de paneles en el sentido mas largo, una
acción que además de disminuir considerablemente los
desechos en obra, evita la afectación de las cualidades
propias del panel: estabilidad, estanqueidad y drenaje.
El modelo que alcanza los requerimientos del proyecto
fue Arval Effistos, de espesor 80mm, chapa de acero
galvanizado 0.75mm, aislante de lana de roca no
inflamable clase A1, densidad superior a140kg/m3 y
medidas útiles de 600, 700, 800, 900, 1.000 mm.
CONCLIMAT
Ilustración 54
Juntas horizontal
y vertical del panel
sándwich
Este panel posee el sistema de fijación con tornillo
oculto, que se sujeta a los montantes tubulares de acero
galvanizado 70x50x2.6, que además de conformar una
cámara de aire no ventilada, regulan la posición de la
fachada respecto al canto del forjado. La junta vertical,
en el extremo corto del panel, se resuelve rellenando
con una tira de aislante, sellante de silicona y una junta
de estanqueidad de EPDM.
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2.3.5 DISEÑO CONSTRUCTIVO DE LA HOJA
INTERIOR. EL TRASDOSADO
Por su lado, el trasdosado debía suplir las carencias acústicas, térmicas, de permeabilidad, etc.- detectadas
en la primera capa de la fachada, además de aquellas
que derivan de su ejecución. Con la conformación de la
cámara de aire no ventilada, continua en toda la altura
de la fachada, surgirían otros problemas como la
infiltración a través de las juntas o en casos puntuales,
como instalaciones eléctricas, producidas por succión.
Dentro del mercado nacional, el producto que satisfacía
las necesidades anteriormente expuestas era el sistema
de trasdosados PLADUR® CH120, compuesto por una
placa especial de yeso laminado PLADUR® CH 25mm,
perfiles montantes y canales propios del sistema de
90mm y 0,07mm (CH-90 y E-90) y doble placa de yeso
laminado PLADUR® FOC 15.
2.3.6 ESTUDIO DE LOS ENCUENTROS
CONSTRUCTIVOS MÁS RELEVANTES
Se desarrollaron las secciones constructivas
horizontales y verticales, de los encuentros más
conflictivos entre los que encontramos: fachada-hueco,
fachada-forjado, fachada-pilar en esquina y fachadapilar.
El primer encuentro analizado fue el correspondiente a
los huecos de la fachada norte, ya que su tamaño tiene
estrecha relación con las dimensiones de los paneles,
manteniendo la decisión de no recortarlos.
Ilustración 55
Sección horizontal
por hueco
Los paneles se mantienen anclados a los montantes y
travesaños de acero galvanizado que enmarcan el
hueco, cuyo perímetro esta recubierto de lana de roca
sobre la que se coloca un remate de chapa de aluminio
(jambas y goterones).
Hacia el interior, un premarco de madera, al que se le ha
perfilado una muesca para recibir la segunda placa de
yeso laminado, sujeta el marco de la carpintería de
aluminio. La decisión de emplear un premarco de
madera, además de la utilización de materiales
naturales renovables, es el poder evitar el puente
térmico producido por los remates de chapa de
aluminio.
66
Ilustración 56
Sección vertical
por hueco
CONCLIMAT
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Puede observarse en el detalle del alzado (Ilustración
57), que el despiece propuesto de los paneles combina
módulos de 0.90m y 0.60m y que la longitud horizontal
varía -5.55m, 5.25m y 1.96m- produciendo una textura
dinámica con la disposición de las juntas que siempre
coinciden en la ubicación de los montantes anclados al
canto del forjado.
Ilustración 57
Detalle del alzado
El encuentro con el forjado (Ilustración 58) mantiene las
características desarrolladas anteriormente en cuanto a
que los perfiles montantes deben permitir, a través de
unos anclajes regulables, el control geométrico de la
fachada, esto es, el aplomado de los niveles verticales,
continuidad de las líneas horizontales (definida por los
travesaños ó módulos) y continuidad de las líneas
verticales (definidas por los montantes o los lados
verticales de los módulos).
Las soluciones en los pilares (Ilustraciones 59 y 60)
siguen la línea y no presentan ninguna modificación
esencial respecto de la hoja exterior. En el primer caso,
la pieza de esquina prevista en el catálogo del
fabricante, resuelve el plano de encuentro entre las
fachadas. La hoja interior correspondiente al trasdosado,
debe tener su perfil de extremo perfectamente anclado
al pilar para asegurar la máxima cobertura de la lana de
roca en toda la longitud del muro del paramento.
Ilustración 58
Sección vertical
fachada-forjado
El estudio detallado de los encuentros (ver planos
anexos) permitió la realización del cálculo del los
puentes térmicos para visualizar las optimizaciones en
este aspecto de la fachada.
Ilustración 59
Sección horizontal
fachada-pilar en
esquina
Ilustración 60
Sección horizontal
fachada-pilar
CONCLIMAT
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2.3.7 INDUSTRIALIZACIÓN DE LA FACHADA
OPTIMIZADA
Es objeto de este apartado identificar los distintos
aspectos, ventajas y limitaciones que ofrece la fachada
elegida para el proyecto CONCLIMAT frente al resto de
fachadas analizadas, desde un punto de vista de
industrialización y optimización de la misma.
La fachada finalmente elegida consiste en un
cerramiento exterior de panel sándwich de 8
centímetros de espesor, más un cerramiento interior de
cartón-yeso compuesto por placa de 2,5 centímetros,
aislamiento de 7 centímetros y doble placa de 1,5
centímetros cada una.
Las fachadas analizadas frente a las que se ha
comparado la finalmente elegida consisten en fachadas
de ladrillo cara vista, con trasdosado de fábrica de
ladrillo o de cartón-yeso, fachada de panel prefabricado
de hormigón con trasdosado de cartón-yeso y fachada
ventilada de piedra con trasdosado de fábrica de ladrillo.
Los aspectos en los que se ha comparado las distintas
tipologías de fachadas y en las que se analizan las
ventajas y limitaciones que ofrece la industrialización de
la misma son los siguientes.
2.3.7.1 RENDIMIENTO
Está claro que el proceso de industrialización permite un
mayor rendimiento de ejecución de la fachada frente a
las que no lo llevan.
Como fachada industrializada que es, se puede fabricar
mientras se están ejecutando labores previas en la obra,
por ejemplo la ejecución de la estructura, y presentarse
en obra una vez realizada esta y comprobados los
replanteos de la propia fachada, con los paneles y
subestructura fabricados. Es decir, una vez terminada la
fase de estructura, la ejecución de la fachada
prefabricada se puede estimar en 4 semanas de trabajo.
Las fachadas que no son industrializadas, arrojan un
plazo de ejecución de las mismas que se puede estimar
en 10 semanas para la fachada de cara vista y de 8
semanas para la fachada ventilada. Hay que aclarar que
en el plazo estimado para la fachada ventilada se ha
tenido en cuenta las labores de cerramiento y de
revestimiento.
68
2.3.7.2 PLAZO DE LA OBRA
Independientemente del rendimiento y duración de la
ejecución de la fachada como tal, esta, dependiendo de
su tipología, tiene más o menos incidencia en el camino
crítico de la ejecución de la totalidad de la obra. Es decir,
va a permitir la incorporación de las siguientes fases de
obra y va a influir en el rendimiento de las mismas,
según sea industrializada o no.
En una fachada no industrializada como es la de levante
de ladrillo cara vista, la siguiente fase de ejecución que
es la tabiquería interior, se puede comenzar
aproximadamente 2 semanas después del inicio de esta,
si bien el rendimiento de esta tabiquería interior debe
ser igual al rendimiento de la propia fachada. Estamos
ante una planificación de trabajos “en cadena” que no
permiten reducir plazos más allá del propio rendimiento
de la fase constructiva. En el caso de la fachada de
ladrillo cara vista es camino crítico en toda su fase de
ejecución.
Si analizamos ahora la fachada ventilada, la fase de
cerramiento es mucho más rápida que la de ladrillo cara
vista y permite el comienzo de la tabiquería interior con
anterioridad. Pero la ejecución de esta última sigue
estando sometida al trabajo “en cadena” y no puede ir
más allá que el propio rendimiento de dicho
cerramiento. En este caso el camino crítico que supone
la fachada es menor porque la fase de revestimiento no
lo es.
Con la fachada industrializada de panel, nos
encontramos ante una situación distinta. En este caso al
finalizar la ejecución de la misma es cuando puede
comenzar la fase de tabiquería interior, pero al tratarse
de una fachada cuyo rendimiento es considerablemente
inferior, la fecha de inicio no supone un retraso respecto
a las fachadas anteriores.
Otra ventaja que aporta la fachada industrializada es
que el resto de fases ya no están dentro del trabajo “en
cadena”. Al finalizar la ejecución de la fachada se tiene
todo el tajo abierto para comenzar con la siguiente fase
de ejecución, lo que permite a su vez una disminución
en el propio rendimiento de dicha fase.
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2.3.7.3 SEGURIDAD Y SALUD
La importancia de la Seguridad y Salud en el proceso
constructivo de una obra, es tal, que todo proceso que
conlleve la reducción de riesgos y mejora de condiciones
de trabajo, no solamente merece la pena tenerlo en
cuenta, sino que debe ser una obligación.
Las ventajas en este aspecto de una fachada
industrializada, reduce los plazos de ejecución de obra,
tal y como se ha argumentado anteriormente. Esto, de
una manera directa, reduce el tiempo de exposición a
posibles riesgos en la obra.
fachada de ladrillo cara vista existe una manipulación de
mucho más componentes y herramientas que en una de
panel prefabricado.
En el cómputo total de fabricación de un tipo de fachada
o de otro, las fachadas industrializadas, precisamente
por serlo, tienen un condicionante importante de
elaboración en taller, lo que permite un control de
riesgos y condiciones de trabajos mucho mejor que el
control que se realiza en obra.
2.3.7.4 CONCLUSIÓN
Por otro lado, en ese tiempo de exposición en obra a
posibles riesgos, los trabajos a desarrollar con una
fachada prefabricada e industrializada son
cuantitativamente menores que los riesgos que arroja
en el mismo periodo un sistema de fachada no
prefabricado. El propio proceso constructivo y los
medios auxiliares y herramientas a utilizar en una
tipología o en otra no tienen nada que ver. En una
CONCLIMAT
Como conclusión se puede afirmar que la
industrialización de la fachada permite no solamente
una mejora en aspectos de Seguridad y Salud, sino que
además reduce el plazo total de la obra, por mejorar su
propio rendimiento y el rendimiento de las siguientes
fases de ejecución, por lo que optimiza el costo final de
la obra.
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2.4 CUBIERTA DEL EDIFICIO CONCLIMAT
Autor: AH, CENER. Colaboran: ACCIONA, MIYABI, UPNA,
UN
Para la elección de la cubierta, al igual que en el caso de
fachadas, se plantean análisis y reflexiones de diferente
índole que deben condicionar el resultado final. Análisis
energéticos, económicos, reflexiones sobre la
construcción e industrialización marcarán las pautas en
la elección de la cubierta más idónea.
que se utilizan habitualmente en los edificios
residenciales.
2.4.1.1 ANÁLISIS DE DIFERENTES TIPOLOGÍAS DE
CUBIERTA PARA EL EDIFICIO CONCLIMAT
El edificio CTE está compuesto de una cubierta plana. Se
analiza en este apartado la composición de esta
tipología frete a aquella de cubierta inclinada con bajocubierta ventilada y con bajo-cubierta no-ventilada. La
composición de las mismas se muestra en las
siguientes figuras (Ilustraciones 61, 62 y 63):
2.4.1 CUBIERTA: ESTUDIO ENERGÉTICOECONÓMICO
Se plantea, para el análisis energético-económico de la
cubierta, el análisis de diferentes tipologías de cubierta
Ilustración 61
Cubierta CTE:
cubierta plana
Ilustración 62
Cubierta 1:
cubierta inclinada
con bajo-cubierta
ventilada
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CONCLIMAT
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Ilustración 63
Cubierta 2:
cubierta inclinada
con bajo-cubierta
no ventilada
Evidentemente, frente a la misma composición de
cubierta inclinada con bajo-cubierta no habitable, en lo
referente a la transmitancia térmica, siempre será más
ventajosa aquella que no se encuentra ventilada. El aire
en esta cubierta actúa como una resistencia térmica
más y a esto se suma la resistencias de las capas de
cubierta inclinada que en el caso de ventilada no se
computarían.
Sin embargo, resultaría muy sencillo, añadir en el caso
de la ventilada, centímetros de aislamiento que
igualarían el efecto de todas las capas mencionadas
anteriormente con un bajo incremento de costo sobre
esta tipología. Por el contrario, la cubierta ventilada
ofrece otro tipo de ventajas como pueden ser; el poder
instalar en su interior espacios de instalaciones
comunes, evitando tener que reservar un espacio en el
edificio para este uso, en verano protección frente al
calentamiento por radiación solar de los materiales de
cubierta,... Todos estos motivos se deberán evaluar en
apartados posteriores.
•Cubierta 1: Cubierta inclinada ventilada de panel
sándwich
187.09 €/m2
•Cubierta 1: Cubierta inclinada no ventilada de
panel sándwich
162.09 €/m2
El caso de cubiertas es un caso particular. Así como la
fachada no tiene porque tener una función estructural (y
de hecho, en la actualidad, habitualmente no lo realizan),
la cubierta tiene que cumplir con la función de soporte.
Esto tiene una implicación directa en el coste de la
misma. Por lo tanto, una cubierta inclinada con bajocubierta no habitable siempre será económicamente
más costosa que una cubierta plana. Básicamente se
puede decir, que aquella inclinada deberá poseer una
doble estructura que se deberá costear; la que separa el
espacio habitable del no habitable y la que separa el
espacio no habitable del exterior.
Sin embargo, las cubiertas inclinadas con bajo-cubiertas
no habitables tienen otro tipo de ventajas referentes a
funcionamiento, vida útil o industrialización que se
analizarán en apartados posteriores.
2.4.1.2 ANÁLISIS DE COSTOS (EN €/M2) DE LAS
DIFERENTES TIPOLOGÍAS DE CUBIERTA
A continuación se muestra la valoración económica de
las diferentes cubiertas propuestas. Se indica a
continuación los costes en €/m2 de las diferentes
soluciones de cubierta incluyendo aquella del CTE con la
cual comparamos:
•Cubierta CTE: Cubierta tradicional plana no
transitable de hormigón armado in-situ y acabado
en grava
114.92 €/m2
CONCLIMAT
2.4.1.3 DETERMINACIÓN DEL INCREMENTO DEL
AISLAMIENTO ÓPTIMO EN CUBIERTA EN FUNCIÓN DE
RESULTADOS ENERGÉTICO-ECONÓMICOS (VAN, TIR)
Análogamente a como se ha realizado en el caso de la
envolvente, es necesario obtener información acerca de
los ahorros energéticos obtenidos en el edificio en
función de la mejora de la cubierta, que en este caso
también se realiza exclusivamente mediante el
incremento de aislamiento en la misma.
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El procedimiento de cálculo seguido ha sido idéntico al
de la envolvente, con el mismo programa de simulación
(Energy Plus), incrementando el valor de la
transmitancia U (W/m2 K) de la cubierta,
progresivamente desde el valor máximo, que fija el DBHE1 del CTE para este parámetro y para la zona
climática del proyecto (D1), hasta un valor lo
suficientemente bajo, que haga que la curva de
rendimiento económico tenga un valor máximo. Del
mismo modo al de cerramiento de fachada, este
incremento de U se ha conseguido únicamente
añadiendo espesor de aislamiento a la solución
constructiva del proyecto. En este caso, además de
mantener invariables los mismos parámetros, se ha
supuesto un cerramiento de fachada que cumple
estrictamente el DB-HE1 del CTE para muros exteriores.
Evidentemente, y al igual que el caso precedente, los
ahorros son cada vez más reducidos, según se va
incrementando el aislamiento, llegando a un punto
donde la adicción de éste deja de ser eficiente.
obtenido mediante simulaciones energéticas con el
programa Energy-Plus y mostrados en el punto anterior.
Los resultados de la simulación se pueden ver a
continuación (Ilustración 64):
Ilustración 64
Consumo de
calefacción del
edificio según
transmitancia de
cubierta
2.4.1.4 DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DE AISLAMIENTO
ÓPTIMO DESDE UN PUNTO DE VISTA RENTABILIDAD
ECONÓMICA
Metodología de cálculo
Para evaluar el resultado según el segundo
condicionante, se va a proceder de manera análoga, a
como se realizó para el caso de fachada exterior.
Los ahorros energéticos producidos al instalar
diferentes espesores de aislamiento en cubierta, se han
Los parámetros utilizados en el modelo de cálculo, son
los mismos16 que en el caso de la optimización de la
envolvente.
Al igual que en el caso de las fachadas exteriores, se ha
realizado una curva con los diferentes valores de VAN de
la inversión correspondiente a los diferentes valores de
aislamiento. Se ha tomado el valor del espesor del
aislamiento económicamente más rentable, aquel que
hace que la curva del VAN tome un valor máximo.
En las siguientes tablas y gráficos pueden verse los
resultados obtenidos (Ilustraciones 65 y 66):
16 Para facilitar los cálculos, y para poder comparar cuantitativamente los resultados se ha supuesto el mismo tipo y el mismo precio del
aislamiento, que en el caso de las fachadas.
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Ilustración 65
Indicadores
económicas (VAN y
TIR) para
diferentes
espesores de
aislamiento
Ilustración 66
Espesor de
aislamiento óptimo
según VAN
Como se observa en las ilustraciones anteriores, el
espesor óptimo de aislamiento para la cubierta del
edificio CONCLIMAT, con los valores de los parámetros
supuestos anteriormente, equivale a 20 cm. Este valor
es muy superior al mínimo valor que según el DB-HE1
del CTE, se requiere para unos edificios de viviendas de
estas características, en la zona climática en que nos
encontramos.
Este sencillo análisis, muestra el margen de mejora, en
términos de eficiencia energética, que presenta la actual
normativa edificatoria en este campo.
Desde un punto de vista económico, el óptimo de
aislamiento corresponde a un VAN máximo, cuyo valor
CONCLIMAT
es aproximadamente de 5000 ?, con un TIR del 10.5%,
valor éste sensiblemente inferior al caso de la
envolvente térmica, pero considerable en términos de
rentabilidad para proyectos de riesgo similar.
Además, si como en el caso de fachada, se contabiliza el
coste del incremento de aislamiento, como un coste mas
dentro del crédito hipotecario al que está sujeta la
vivienda, el resultado es asimismo satisfactorio,
resultando el flujo de caja anual de esta inversión
positivo desde el primer año, es decir, el resultado
económico anual de lo que se tiene que pagar de más
por la financiación del sobrecoste del aislamiento
adicional instalado, frente a lo que se ahorra en la
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factura del gas natural debido al ahorro energético
conseguido, es positivo.
Es decir, desde el primer año, se está ganando dinero
con la inversión de “colocar más aislamiento” en la
cubierta (en términos globales del edificio).
En la siguiente gráfica se puede observar los ingresos y
los gastos anuales de esta inversión a lo largo de los
primeros 50 años, en el caso de colocar el aislamiento
óptimo (Ilustración 67):
Ilustración 67
Flujo de caja
actualizado para el
espesor de
aislamiento más
rentable (20 cm)
Se observa que la curva que representa el flujo de caja,
siempre es positivo (se gana dinero desde el momento
inicial), mostrando un incremento brusco en el año 26
(año en el que se ha cancelado el crédito hipotecario, y
ya no hay cuota).
del aislamiento o el incremento del precio de la energía),
en este caso, en el supuesto de utilizar precios más
reducidos de aislamiento y/o incrementar en incremento
anual del precio de la energía, el aislamiento óptimo en
cubierta podría irse por encima de los 25cm.
Por tanto, se propone para el edificio de CONCLIMAT un
espesor de aislamiento de 20cm de lana de roca
CONFORTPAN 208.116 de λ = 0.037W/mK, u otra
solución cuya transmitancia térmica global sea
equivalente.
Al contrario que en fachadas, no existen factores muy
limitantes en la colocación del espesor aislamiento más
rentable, sobre todo en cubiertas inclinadas si el
aislamiento se coloca sobre forjado horizontal (suelo de
la bajo-cubierta), este dato también se considerará para
la elección de la cubierta óptima para el edificio
CONCLIMAT.
2.4.1.5 CONCLUSIONES
Como se ha comentado anteriormente, hay que tener en
cuenta, que esta metodología de cálculo es muy sensible
respecto a algunos parámetros (por ejemplo, el precio
74
Finalmente en el edificio CONCLIMAT se ha optado por
una cubierta con 20cm de asilamiento como aconseja el
estudio.
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2.4.2 ESTUDIO DE LOS PUNTOS CRÍTICOS DE
LA CUBIERTA: LOS PUENTES TÉRMICOS
2.4.2.1 CÁLCULO DE LOS PUENTES TÉRMICOS DE
ENCUENTROS EN LA CUBIERTA OPTIMIZADA
Tabla 5
Puente térmico
encuentro de
fachada con
cubierta utilizado
en el edificio
CONCLIMAT
La disposición de los elementos constructivos de
cubierta depende de la tipología de la misma, así por
ejemplo, no sería lo mismo hablar de una cubierta
inclinada que plana o de una cubierta con estructura
metálica o una con estructura de hormigón.
El caso particular del proyecto CONCLIMAT consiste en
una cubierta muy ventilada, es decir, a efectos de
estanqueidad al agua, es una cubierta inclinada que
desplaza el agua a través de sus faldones (formados por
paneles solares térmicos) a un canalón perimetral. Sin
embargo, a efectos de envolvente térmica se trataría de
una cubierta plana cuya superficie exterior está
protegida del barrido de los vientos exteriores y por lo
tanto posee una resistencia superficial exterior Rse igual
a la Rsi (según apéndice E del HE1 del CTE).
La composición de la cubierta es uniforme. Sobre puntos
concretos de la misma apoya una estructura metálica
que soporta los paneles solares, pero que dado su
carácter puntual no se considerará como elevada
influencia sobre el valor de UC. Por lo tanto se
consideran las capas de la cubierta como uniformes y el
valor de transmitancia resultante UC = 0,346 W/m?K
será el utilizado para los cálculos.
2.4.2.2 VALORES DE PUENTES TÉRMICOS PARA EDIFICIO
CONCLIMAT SEGÚN CÁLCULOS DETALLADOS
El único puente térmico relacionado con la cubierta, ya
que ésta no está dotada de lucernarios,... será el
encuentro entre fachada y cubierta cuyo cálculo y
resultados se muestran a continuación (Tabla 5).
2.4.3 DISEÑO CONSTRUCTIVO DE LA CUBIERTA
DEL EDIFICIO CONCLIMAT
El desarrollo del proyecto CONCLIMAT tuvo como
premisa fundamental, además de cumplir con todas las
características exigibles a una cubierta, la integración
formal y constructiva de todos los elementos y sistemas
que constituyen la envolvente del edificio. En este
sentido, tanto los sistemas de generación energética
como los de aprovechamiento de energía residual,
debían ser componentes armónicos en toda su
configuración volumétrica.
CONCLIMAT
2.4.3.1 LIMITACIONES Y NECESIDADES PARA LA
INDUSTRIALIZACIÓN DE LA CUBIERTA Y COMPARACIÓN
TIPOLÓGICA.
Prefabricación e industrialización
La idea de prefabricación aplicada en la construcción de
cubiertas elude, por ahora, la construcción de grandes
módulos o sistemas cerrados fabricados en taller que,
una vez terminados, puedan instalarse en la obra. Tal
fue el caso de los sistemas integrales utilizados en las
décadas de 1970 y 1980. Uno de los grandes obstáculos
que encontraron, además de los problemas de tolerancia
y la mejora de los estándares en los aislamientos,
fueron y aún son, los problemas relacionados con el
transporte.
Actualmente, la construcción industrializada apunta al
desarrollo de los componentes con altas prestaciones,
además de la caracterización de los acabados y
texturas.
El éxito de un sistema constructivo radica entre otras
cosas, en su “constructibilidad”, es decir en la sencillez
de su puesta en obra. Esta sencillez radica en su
facilidad de elevación y acopio, en la simplicidad de las
herramientas y de las labores de transformación como
son el corte, taladro, limado, lijado y sellado; en la
versatilidad de las piezas especiales y accesorios; en la
necesidad de mano de obra especializada y en la
comodidad y seguridad en su manipulación.
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El caso de los paneles sándwich prefabricados, supera
el problema de aislamiento y resistencia al fuego
mediante el alma de lana mineral, aportando las
cualidades y acabados de las láminas metálicas. Su
capacidad autoportante y su fácil colocación y montaje,
representan un importante ahorro en tiempo de obra.
Tipologías
Para el análisis tipológico de la cubierta, se estableció
inicialmente un conjunto de soluciones que se
adaptasen a las exigencias de demanda energética
establecidas en el CTE, principalmente y sobre las que
se hizo una valoración de otras categorías como su
grado de industrialización, rapidez de ejecución,
características materiales y economía.
Ilustración 68
Tipologías de
cubiertas
analizadas
La serie presentada se estableció a partir de
combinaciones de cubierta plana e inclinada y en todos
los casos, se dispuso de múltiples alternativas en la
disposición e integración de los paneles colectores y de
la cubierta ajardinada (Ilustración 68).
En una primera selección, cuatro de estas cubiertas
dieron paso a la elección final cumpliendo las premisas
anteriormente citadas.
2.4.3.2 DISEÑO DE LA CUBIERTA
Ilustración 69
Sección de la
cubierta
76
La complejidad geométrica de la cubierta condiciona, en
gran medida, la elección de los componentes que la
conforman. Para satisfacer esas exigencias derivados de
la geometría, los productos deben cumplir requisitos
como facilidad de ejecución y ensamblaje, tamaño y
peso reducido, facilidad de transporte así como
disponibilidad de piezas especiales que permitan
solucionar encuentros complejos garantizando siempre,
los requerimientos técnicos. Tal es el caso de las tejas o
pizarras, que debido a su vasto desarrollo a lo largo de
la historia, gozan hoy en día de excelentes cualidades de
acabados, colocación y garantía.
El diseño final de la cubierta y su geometría
principalmente responde a dos condicionantes. La
primera; a la inclinación óptima de los paneles
colectores solares ubicados en el faldón sur. La
segunda; a la integración de los sistemas de
aprovechamiento de energía residual, de sus
instalaciones de inyección y extracción de aire, en el bajo
cubierta, la haciéndolos registrables y protegiéndolos de
la acción de la intemperie (Ilustración 69).
Por su lado, la aplicación de láminas metálicas en la
construcción de cubiertas de medianas dimensiones,
supone un retorno al primitivo concepto de material de
cubrición que cumple la función de tablero y de
impermeabilización.
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El faldón sur, se conforma en su totalidad por una
sucesión de paneles colectores solares, y adopta una
inclinación de 45º respecto de la horizontal para lograr
un óptimo funcionamiento.
Por su lado, el faldón norte, se constituye como un
cerramiento liviano conformado por un panel sándwich
de 50mm de espesor. El plano vertical resultante entre
ambos faldones, de diferente inclinación, se aloja una
rejilla de ventilación a lo largo de toda la longitud del
edificio, que permite alojar libremente y según los
requerimientos del CTE, los conductos destinados a
extracción e inyección de aire. Esta última decisión es
importante a la hora de asegurar la estanqueidad de la
cubierta, al no perforar los paneles sándwich de
cubrición produciendo interrupciones en el sistema ni en
el aislamiento (Ilustraciones 70 y 71).
Ilustración 70
Planta de cubierta
Ilustración 71
Alzado parcial
norte
Cubierta ajardinada
Características y ventajas
Las cubiertas ajardinadas son aquellas soluciones de
cubiertas cuya capa superior esta conformada por un
sustrato que contiene especies vegetales con mínimo
mantenimiento. Estos tipos de cubiertas están
compuestas por diversas capas que varían de acuerdo
al sistema elegido y generalmente son: soporte
estructural, geotextil de protección, lámina
impermeabilizante, membrana drenante y sustrato
vegetal.
Algunas de las ventajas de las cubiertas ajardinadas son:
• El aporte de superficies biológicamente activas al
espacio urbano, compensando el impacto producido
por el uso del suelo urbanizado
CONCLIMAT
• Retención de partículas de polución existentes en el
medio ambiente purificando el aire y aportando
oxígeno.
• Aporte de humedad al medio ambiente a través de
la vegetación
• Beneficio estético del edificio y su entorno.
• Los sistemas se caracterizan por ser sencillos,
ligeros y rápidos de instalar.
• Asegura una total estanquidad, prolongan la
conservación de la impermeabilización y alargan la
vida útil de la cubierta.
• Minimización de las oscilaciones térmicas en la
cubierta, con lo que la demanda energética del edificio
se reduce.
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• Contribución al aislamiento acústico.
• Reducido mantenimiento y consumo hídrico.
Cubierta ajardinada inclinada
Los proveedores de sistemas consideran a una cubierta
inclinada cuando su pendiente supera los 10º o 18% de
pendiente. La ejecución de una cubierta inclinada
ajardinada acarrea 2 problemas fundamentales:
aquellos derivados de las fuerzas de empuje de la
construcción del ajardinamiento que aumentan según
las pendientes y la degradación que sufre el sustrato a
causa de la inclinación. Así, las pendientes máximas
permitidas en este tipo de cubiertas no pueden superar
los 45º.
Para solucionar los problemas provenientes de la
inclinación, además de la consideración en el cálculo
estructural, existen elementos que cumplen la función
de barreras antiempuje que evitan el deslizamiento de
las diversas capas que componen la cubierta.
La inclinación también tiene su incidencia en el tipo de
vegetación elegida. Cuando esta inclinación es mayor de
25°, se recomiendan reducir la cuota de las plantas
vivaces, ya que los sedums pueden mantenerse con
poco agua y garantizan mejor protección antierosiva. En
el caso de una cubierta mayor a 30º, aconsejan ajardinar
exclusivamente con sedum.
De esta manera, contemplando estos beneficios y
particularidades, se presentó una alternativa al faldón
norte, reemplazando la cubrición de los paneles
sándwich con una cubierta ajardinada inclinada a 15º,
sin necesidad de colocar ni malla antierosión ni
elementos de retención , tipo enrejado (Ilustración 72).
Ilustración 72
Sección de la
cubierta
ajardinada
2.4.3.3 INTEGRACIÓN DE SISTEMAS EN CUBIERTA
Sistema de intercambio de aire
Las valoraciones realizadas durante el desarrollo del
proyecto dieron como positiva la incorporación de un
recuperador de calor en bloque de viviendas. Este tipo
de sistemas se basa en la utilización del falso techo de
la vivienda como un intercambiador de calor de alta
eficiencia y reducidísimas pérdidas de carga, con el
consiguiente ahorro de consumo eléctrico en el
78
movimiento de aire. En consecuencia, estos sistemas se
aventajan de los recuperadores de calor compactos
tradicionales.
Con la definición de la planta tipo de vivienda, se llegó al
trazado de las instalaciones de conductos del
recuperador de calor a través de falso techo en cocinas,
pasillos y aseos, mientras que en dormitorios se
utilizaron falsas vigas para asegurar una correcta
inyección y extracción del aire (Ilustración 73).
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Ilustración 73
Planta de bajo
cubierta con las
instalaciones
resultantes
Una vez delineada la instalación en las plantas tipo, se
reflejaron las necesidades en el bajo cubierta,
destacando las bondades de su diseño, al contener y
proteger, todos los sistemas y maquinarias tanto de los
ascensores como de los sistemas de extracción e
inyección de aire.
Paneles colectores solares
La correcta disposición de la estructura permite la
optimización del espacio bajo cubierta, haciendo
registrables tanto los paneles colectores como los
conductos de admisión y extracción de aire de vivienda,
los de extracción de humos de cocción y aire viciado de
sótanos y vestíbulos.
2.4.3.4 DEFINICIÓN Y OPTIMIZACIÓN ESTRUCTURAL
Mediante la rejilla dispuesta a lo largo de la parte
superior, es posible adaptar la ubicación de las diversas
tomas y extracciones mecanizadas respetando las
distancias mínimas horizontales previstas en el Código
Técnico de Edificación.
Se describe pormenorizadamente su disposición
constructiva en el apartado correspondiente a los
sistemas activos del edificio.
Durante los primeros estudios realizados en torno a la
estructura resistente de la cubierta, se planteó una
solución en cercha metálica fabricada en dos partes y
ensamblada in situ al momento de su instalación sobre
el forjado de cubierta. Del análisis estructural de esta
primera alternativa, se pudo observar que debido a la
disposición mínima de apoyos, el coste sería más
elevado respecto de una solución con un mayor número
de apoyos (Ilustración 74).
Ilustración 74
Sección de la
estructura con
múltiples apoyos
CONCLIMAT
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La propuesta consiste en una estructura metálica
apoyada en último forjado del bloque, como un sistema
de barras conformadas por dinteles y pilares que
soporta los colectores solares y los paneles sándwich,
del faldón sur y norte respectivamente. El esquema de
la estructura es el siguiente (Ilustración 75):
dimensiones de las cubas de galvanizado: 14,5m x
1,60m x 2,60m y 7,00m x 1,70m x 3,50m (largo x ancho
x profundidad). Teniendo en cuenta las dimensiones del
pórtico, sería necesario dividir el mismo para su
galvanizado, realizándose posteriormente la unión de las
distintas partes.
Existen en el mercado sistemas prefabricados de
cerchas que utilizan perfiles galvanizados. En ellos,
todas las uniones se realizan a pié de obra por operarios
propios y con soluciones constructivas propias a base de
tornillos autorroscantes.
Alternativa a la utilización de perfiles galvanizados
En vista de las posibles dificultades de galvanización
completa de partes de la estructura (por sus
dimensiones) y de la valoración de una construcción a
pié de obra o en taller, se propone una estructura
tubular realizada en taller por partes y completada a pie
de obra.
Ilustración 75
Perspectiva de la
estructura
La estructura se conforma por pórticos transversales
separados unos 4m entre sí, que reciben las correas
perpendiculares a estos, que a su vez sustentan los
colectores solares y el panel sándwich de cubrición.
Por las cargas asignadas a la acción del viento, en el
sentido longitudinal es necesario arriostrar los pórticos.
Por este motivo se coloca, en un vano intermedio, un
conjunto de barras diagonales con este fin, tanto en el
plano vertical como en el plano de los faldones de
cubierta. En el sentido transversal, se sitúan barras
diagonales en los extremos, con el objetivo de limitar los
desplazamientos de los pórticos.
Esta solución no parte de la galvanización de sus
elementos sino de un granallado y de una posterior
pintura de protección, que permite la acción de la
soldadura o de la unión atornillada. Se parte de la
condición de protección de la estructura ante la
intemperie (panel sándwich) y que está sometida sólo a
la humedad ambiental.
En esta línea, se propone el mismo sistema con tubo
hueco estructural para los pórticos transversales, con
uniones soldadas en taller. Para su elevación y montaje
sería necesario algún elemento adicional para rigidizar
el plano de los pórticos. Podría realizarse en dos partes
y unirse mediante tornillos o soldadura en cubierta, al
igual que los arriostramientos que se realizarían en obra
mediante uniones atornilladas o soldadas (Ilustraciones
76 y 77).
Utilización de perfiles galvanizados
La galvanización supone una protección ante la
corrosión de los perfiles mientras la utilización de
perfiles ligeros implica uniones atornilladas, en la que
los agujeros deben quedar previstos antes de la
galvanización. Esto supone un montaje a pié de cubierta
de cada uno de los perfiles que compone la estructura.
El montaje en taller de parte de la estructura para su
posterior galvanización tiene las limitaciones de las
80
2.4.3.5 ESTUDIO DE LOS PUNTOS CRITICOS DE LA
CUBIERTA
El conjunto de puntos críticos de la cubierta será
analizado desde los elementos que conforman el
sistema de la envolvente basándose en el diseño
constructivo realizado a lo largo del presente trabajo.
Los puntos críticos de índole estructural, derivan
principalmente de la construcción y montaje. Debido a
las limitaciones para realizar un galvanizado y un
CONCLIMAT
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Ilustración 76
Sección de la
estructura de
pórticos
Ilustración 77
Perspectiva de la
estructura
montaje mediante uniones atornilladas, se presentó la
solución con acabado granallado y posterior pintado,
ensambladas finalmente en obra. Debido al
embolsamiento de aire producido en el bajo cubierta, se
realizó el refuerzo estructural en las correas.
En cuanto a los faldones de cubierta inclinada, uno de
los principales problemas se encuentra en la instalación
de los paneles colectores solares que, debido a su doble
función de estanqueidad y producción energética, deben
resolver correctamente los solapes entre módulos para
garantizar la impermeabilidad y evacuación del agua
procedente de precipitaciones atmosféricas.
En faldón norte, por su parte, la perforación de la capa
compuesta por el panel sándwich acarrearía problemas
de impermeabilización. En ese sentido, se evitan estas
manipulaciones disponiendo las extracciones e
inducciones de aire a lo largo de la rejilla ubicada en la
cubierta.
CONCLIMAT
Superadas las primeras capas, y debido a la inclinación
de los faldones, la evacuación del agua dependerá de la
correcta ejecución de los solapes de los canalones y
sumideros prefabricados. Es fundamental que los
materiales utilizados en la ejecución de estos puntos
críticos sean compatibles entre sí, para evitar problemas
de corrosión.
Una vez conformada la cubierta liviana, el forjado de
bajo cubierta se encuentra exento de problemas de
aislamiento hidrófugo. Si bien la cubierta protege de la
acción de la radiación directa, es necesario evitar la
pérdida energética de las viviendas ubicadas en la
última planta. Se coloca entonces, una capa de lana de
roca de 20cm de espesor sobre el forjado de bajo
cubierta para garantizar el aislamiento térmico. En
principio esto no supondría un problema, ya que el bajo
cubierta se concibe como una cámara de aire muy
ventilada y como espacio no habitable, solo accesible en
momentos de reparación y mantenimiento de la
maquinaria y sistemas allí alojados.
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conclimat final bueno
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2.5 SISTEMA DE VENTILACIÓN DEL EDIFICIO
CONCLIMAT
2.5.3 MODELO COMPUTACIONAL
Autor: MIYABI. Colabora: ACCIONA
2.5.3.1 SOFTWARE
2.5.1 INTRODUCCIÓN
Dentro del contexto de la optimización de los sistemas
activos, se evaluaron a lo largo del proyecto distintos
sistemas para el cumplimiento del apartado HS-3 del
Código Técnico de la edificación, adoptando para el
desarrollo del proyecto, aquel que se considera óptimo
desde el punto de vista de la eficiencia energética.
2.5.2 CUMPLIMIENTO DEL HS-3
Como punto de partida se cuantifica los requerimientos
del HS-3 para una vivienda tipo estándar con una cocina
de 10 m2 y 2 cuartos de baño, que según las tablas del
CTE se traduce en 180m3/h de caudal de ventilación
mínimo exigido en el interior de la vivienda
(Ilustración 78).
Partiendo de las premisas del apartado anterior, para
evaluar las pérdidas térmicas debidas a cada elemento
del edificio se ha modelado el edificio mediante un
software de simulación dinámica apropiado a los
requerimientos, sirviendo este modelo como base para
el proceso de diseño del edificio (tanto constructivo
como de instalaciones.
Es este caso se ha empleado el motor de cálculo
EnergyPlus, desarrollado por el Departamento de
Energía de los EEUU y que permite evaluar el
comportamiento térmico del edificio de forma horaria
(ilustración 79).
2.5.3.2 CONDICIONES OPERACIONALES
El modelo computacional que se ha programado
incorpora los calendarios operacionales impuestos por
la metodología para la Certificación Energética de
edificios (cargas internas, ocupación,
consignas de tª…) para establecer así unos valores
estandarizados (Tabla 6).
Ilustración 78
Requerimientos
mínimos de
ventilación según
HS-3
82
CONCLIMAT
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Ilustración 79
(Figura 2.1.) Vistas
de modelo
geométrico del
edificio: fachadas
sur y norte
Tabla 6
Calendarios
operacionales para
vivienda según la
Metodología de la
Certificación
Energética de
edificios
CONCLIMAT
83
conclimat final bueno
2.5.3.3
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Página 84
RESULTADOS
Como ejemplo de toda la serie de resultados obtenidos,
sirvan las siguientes figuras, donde se han reportado las
variables más significativas durante el periodo de
calefacción para una vivienda tipo medianera, es decir,
situada en el interior del edificio (Ilustración 80).
En el gráfico de barras siguiente se muestran tanto las
pérdidas térmicas, como las ganancias, debidas a los
distintos componentes de la envolvente y los sistemas,
para la vivienda tipo zonificada en norte y sur
(ilustracion 81).
Ilustración 80
Temperaturas de
forma horaria a lo
largo de los 10
primeros días de
enero
ilustracion 81
Cuantificación de
pérdidasganancias según
zonas de una
“vivienda tipo
medianera”
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CONCLIMAT
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Como se observa en este caso, el balance neto a través
de ventanas es positivo, primando las ganancias a
través de los huecos abiertos a sur. Por tanto, si
cuantificamos el peso de los elementos que únicamente
imputan pérdidas, se obtiene el diagrama de la siguiente
figura, donde se muestra como el peso predominante lo
impone la ventilación con un 48%, seguido de las
fachadas (24%) y puentes térmicos (15%) (Ilustración
82).
Por tanto, aunque actuemos sobre los elementos de la
envolvente, se hace patente que es primordial actuar
sobre el sistema de ventilación si se quiere reducir
drásticamente la demanda térmica del proyecto.
2.5.4 SOLUCIÓN ADOPTADA
La solución adoptada en el proyecto para reducir las
pérdidas térmicas asociadas al concepto de ventilación
ha sido el diseño de un sistema de ventilación mecánica
de doble flujo, incorporando recuperación de calor de
alta eficiencia.
Ilustración 82
Reparto porcentual
de pérdidas
térmicas
2.5.4.1 INTERIOR DE LA VIVIENDA
En la siguiente figura se muestra la distribución de los
elementos del sistema, necesarios en el interior de la
vivienda, con bocas de pérdida de carga regulable tanto
en extracción por cuartos húmedos (baños y cocina)
como en impulsión a través de cuartos secos
(dormitorios y salón), asegurando el mínimo caudal
impuesto (ilustración 83).
ilustración 83
Distribución de los
elementos en el
interior de la
vivenda
CONCLIMAT
85
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Ilustración 84
Diseño de
montantes:
distribución de
caudales
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2.5.4.2 SISTEMA DE MONTANTES
2.5.4.3 SISTEMA DE RECUPERACIÓN
El sistema ha sido resuelto en dos montantes de
extracción y dos de impulsión por módulo de escalera,
conduciendo cada una de ellas el caudal necesario para
7 viviendas (1.260m3/h).
El sistema de recuperación podría haber sido resuelto
por elementos individuales, dando lugar a un sistema
semi-centralizado, que unificara conductos y
ventiladores pero que contara con un recuperador
individual por vivienda.
Así, se tratará de un sistema de montantes colectivo,
unidas en cubierta 2 a 2, de forma que cada módulo
formado por 14 viviendas cuente con un único ventilador
de extracción y un único ventilador de impulsión
(Ilustración 84).
Sin embargo, esta opción ha sido descartada por dos
motivos:
• En primer lugar, la repercusión del coste económico
por vivienda se eleva.
• En segundo lugar, debido a los requerimientos de
espacio, ya que un recuperador de calor adquiere un
mayor tamaño contra más eficiencia en la
recuperación queramos obtener al ser necesario
aumentar su superficie de intercambio, lo que hace
muy difícil su alojamiento en el interior de una vivienda
promedio (ilustración 85).
Así, se ha optado por evaluar un sistema totalmente
centralizado que incorpore un recuperador por cada
módulo (14 viviendas) alojado en el espacio bajo
cubierta.
Entre los equipos comerciales disponibles se encuentran
3 tipos: de flujos cruzados (50%), flujos paralelos
contracorriente (80%) y rotacional (60%-80%). Este
ilustración 85
Sistema
semi-centralizado
86
CONCLIMAT
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Página 87
último se descarta de antemano porque se considera
más apto para aplicaciones del sector terciario.
Se han analizado las situaciones correspondientes a 4
rendimientos de recuperación (50%, 60%, 68% y 80%)
para un caudal de 2520m3/h (14 viviendas).
interior de 20ºC y 4ºC de temperatura exterior, para un
rendimiento del 50% se obtiene que la temperatura de
entrada del aire exterior pasa a ser de 12ºC en lugar de
4ºC (Ilustraciones 86 y 87).
2.5.4.4 ANÁLISIS ENERGÉTICO
Representando los puntos de diseño en el diagrama
psicométrico para unas condiciones de temperatura
En la siguiente gráfica se muestran los resultados
obtenidos para los cuatro casos estudiados, junto con
Ilustración 86
Representación de
los puntos de
trabajo en el
diagrama
psicométrico para
un rendimiento del
50%
Ilustración 87
Sistema
centralizado
CONCLIMAT
87
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los puntos de referencia (edificio cumplimiento CTE y
edificio CONCLIMAT con envolvente optimizada.
La siguiente tabla (Tabla 6) cuantifica numéricamente la
tendencia representada en la gráfica anterior:
Como puede observarse el mayor descenso de la
demanda de calefacción se produce al pasar del edificio
CTE al optimizado y en la incorporación del sistema de
recuperación de calor, alcanzando la demanda su
mínimo en el caso del rendimiento en la recuperación
del 80%.
El ratio de demanda de calefacción por unidad de
superficie acondicionada se sitúa en 61kWh/m2año para
el caso CTE y desciende hasta un valor de 13
kWh/m2año para el caso optimizado. Esto se traduce en
un ahorro de demanda de calefacción de hasta el 79% y
un ahorro de consumo global reproducible en la factura
de gas del 58% respecto al edificio CTE.
En la gráfica se representan igualmente la demanda de
ACS, que al permanecer constante, adquiere un mayor
peso energético en el caso optimizado.
La línea amarilla representa el consumo en términos
económicos del edificio, calculado con los mismos
rendimientos estacionales, con un generador de calor de
condensación y una cobertura solar mínima de ACS del
30% (ilustración 88).
Sin embargo, pese a esto, habría que contemplar el
aumento del consumo eléctrico en ventiladores, ya que
se podría aproximar el cálculo a que el sistema doble
flujo “duplica” este consumo, alcanzando en este caso
los 30.000kWh (3.600?/año).
Dado que el incremento de coste de este sistema para
un módulo tipo de 14 viviendas se estima en 39.000 €,
ilustración 88
Evaluación de los
casos estudiados
Tabla 6
88
CONCLIMAT
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Página 89
teniendo en cuenta todo lo anterior, el periodo de retorno
de la inversión se estima en 12 años (Tabla 7).
para obtener el máximo rendimiento estacional,
dimensionando los equipos y las etapas de modulación
para ajustar la generación a la demanda.
2.5.5 CUANTIFICACIÓN DE LAS DEMANDAS
La grafica siguiente muestra la potencia demandada
hora a hora por el edificio CONCLIMAT a lo largo de un
año climatológico tipo (ilustración 89):
Por último, únicamente añadir que el modelado térmico
del edificio y su simulación dinámica permite obtener
datos horarios, muy útiles a la hora de dimensionar de
forma adecuada el sistema de generación y regulación
Tabla 7
Consumos
ilustración 89
potencia
demandada
CONCLIMAT
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Y la siguiente, muestra estos valores ordenados de
mayor a menor, lo que da una clara idea de que la
potencia pico para la que es diseñada la instalación
apenas es necesaria en 200 horas al año.
día; no está optimizada, ya que reducirla implicaría la
utilización eficiente del usuario, y ese parámetro es
ajeno al diseño del edificio. Igualmente, es de esperar
que los consumos se reduzcan durante el verano o
periodos vacacionales.
2.6 SISTEMAS ACTIVOS EDIFICIO
CONCLIMAT
La carga de calor a la que este sistema energético tiene
que hacer frente es de 79,4 MWh/año para producción
de agua caliente (ACS), y de 83,9 MWh/año para
calefacción (lo cual es un ratio correspondiente ya a un
edificio de bajas demandas).
Autor: ACCIONA. Colabora: MIYABI
2.6.1 INTRODUCCIÓN
Los sistemas activos de este edificio CONCLIMAT, son los
que van a suministrar el calor que todavía se necesita
en edificio para cubrir las demandas de calefacción y
preparación de agua caliente sanitaria (ACS).
Partimos ya de un edificio optimizado, que ha reducido
enormemente las demandas de calefacción al mejorar
la envolvente (fachada, cubierta, tratamiento de puentes
térmicos), y utilización de las galerías invernadero y de
una ventilación optimizada. Sin embargo, siguen
existiendo momentos en los que para lograr unas
condiciones de confort interior, se precisa aportar calor.
Para estimar la demanda de ACS, se ha tenido en cuenta
una demanda como la que propone el CTE al analizar la
producción solar obligatoria. Esta es una demanda
continua a lo largo de todo el año, de 22 l por habitante y
90
El sistema elegido, está basado en la captación de
energía solar térmica. Esta se aumenta más allá de la
exigencia legal, pensando en dar servicio también a la
calefacción. Cuando se aumenta de esta manera la
superficie de captación, comienza a generarse
excedentes de calor captado en verano, mientras que en
el invierno, la producción solar aún no es suficiente para
cubrir las demandas. Por ello, se implementa una
acumulación estacional, que guarda calor desde el
verano al invierno. Después de analizar diferentes
metodologías para hacerlo, se decide que para estas
dimensiones de edificio, la mejor opción es un tanque de
acumulación con agua. Adicionalmente, se mantiene un
tanque menor para el almacenamiento diario.
Para completar el sistema, aún es precisa una caldera
auxiliar, que cubre ciertos periodos en los que no hay
CONCLIMAT
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calor acumulado. Por simplicidad se selecciona una de
gas y de condensación. La distribución en el edificio se
hace mediante suelo radiante, que permite utilizar baja
temperatura y mejorar el rendimiento de todo el
conjunto. Y a cada vivienda, un modulo de
contabilización será el encargado de repartir la energía
exacta, y de contabilizarla.
Como contribución al objetivo del Proyecto de
incrementar la industrialización de la construcción, se
ha diseñado un sistema de colectores solares que
permiten por si solos conformar la cubierta, al ubicarlos
sobre la estructura ligera que se ha propuesto para el
edificio.
En resumen, los subsistemas de los que consta la
instalación del edificio son:
2.6.2 CUBIERTA SOLAR DE ALTA INTEGRACIÓN
2.6.2.1 APROVECHAMIENTO DEL RECURSO SOLAR
- Sistema de captación solar.
- Depósito para acumulación estacional.
- Instalación auxiliar.
Un primer análisis nos hace pensar en cuanta radiación
hay disponible sobre una superficie inclinada, como
sería la cubierta de un edificio. Para el caso de
Pamplona, y para una superficie con orientación Sur e
inclinación a 45º, la cantidad horaria de radiación que se
recibe a lo largo del año es la siguiente (Ilustración 91):
- Sistemas de distribución en el edificio.
Ilustración 91
Radiación
incidente anual en
Pamplona en una
superficie sur a
45º
CONCLIMAT
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El total anual sería de 1.444 kWh/m2. A partir de esta
energía, nos podemos plantear cuanta superficie solar
de captación es necesaria para captar la energía
necesaria para aportar energía térmica al edificio.
También que instalaciones son necesarias para
realizarlo (Ilustración 92).
Ilustración 92
Radiación
incidente mensual,
Pamplona
superficie sur 45º
2.6.2.2 APROVECHAMIENTO DE LAS CUBIERTAS EN
EDIFICIOS. INTEGRACIÓN ARQUITECTONICA DE LA
CAPTACIÓN SOLAR
Se ha desarrollado un modelo de captador solar, que
además pueda por sí mismo constituir la cubierta, con
todas las características que a esta se le exigen.
El objetivo es aprovechar la estructura de perfilería
metálica para creación de la cubierta, para apoyar una
serie de colectores solares, precisos para la captación
solar calculada para ese edificio. Por sí solos cumplen
con la función de cubierta, y además generan una
superficie útil bajo cubierta que poder ser utilizada para
usos varios, como por ejemplo sala de máquinas, o bien
para disponer las soluciones de ventilación previstas en
otras tareas del proyecto. Es por ello una solución de
alta integración arquitectónica.
La cubierta sur tiene una superficie total de 321,56 m2,
con una orientación Sur y una inclinación de 45 º. La
utilización de esta cubierta es prácticamente del 100%,
al haber diseñado el colector solar a medida para que
ajuste sobre nuestra cubierta solar. Una pequeña parte
no es aprovechada al ser precisas piezas de para el
remate lateral de la cubierta, y a que es precisa
disponer de cierta holgura (Ilustración 93).
Según datos climáticos para Pamplona, para esta
orientación Sur e inclinación 45, la Radiación incidente
total a lo largo del año sería de 1444 kWh/m2 y año,
que para el total de superficie de la cubierta supone un
máximo teórico de 340 MWh/año. Este valor es muy
superior al de las demandas netas de calor para
calefacción y ACS del edificio, que se estiman en 83,9
MWh y 79,4 MWh respectivamente. Si bien hay que
Ilustración 93
Alzado y Perfil
general de edificio.
Dimensiones de
cubierta orientada
al sur
92
CONCLIMAT
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considerar que no toda esta energía es utilizable y que
cualquier sistema de captación que se emplee va a
obtener solo una fracción de esa energía.
Se pretende con este ejemplo mostrar la posibilidad de
lograr una mimetización total de los captadores solares
en el edificio. Así, la cubierta ya se diseña para
incorpóralos, en lugar de añadirlos como elementos
externos una vez finalizada la ejecución de esta. Los
dos elementos con formas y funciones diferentes se
integran en uno único.
2.6.2.3 ADAPTACIÓN A ESTRUCTURAS DE CUBIERTA DE
TIPO LIGERO. CASO EDIFICIO CONCLIMAT.
La solución de cubierta ideada para este proyecto es una
cubierta ligera que con estructura de perfilería metálica;
en el diseño de la cubierta ya se ha previsto el disponer
de una orientación óptima para realizar la captación, al
disponer de un plano orientado a 45º al sur (Ilustración
94):
nueva configuración, con objeto de reducir el coste de
fabricación. Las transformaciones garantizarán que el
panel pueda ejercer por sí solo función de cubierta,
como son el refuerzo estructural, aislamiento, etc.
2.6.2.4 DESARROLLO DEL PANEL SOLAR DE ALTA
INTEGRACIÓN.
Formato del panel solar
Pese a que en un primer análisis, se piensa en utilizar
paneles de gran formato, los inconvenientes en el izado
y montaje, hacen que se desarrolle desarrollar un panel
de pequeño formato, que se pueda adaptar más
fácilmente a cubiertas de diferentes dimensiones, y
facilitar además la instalación.
La solución propuesta es la que se muestra en la figura
(Ilustración 95):
El modulo mostrado corresponde únicamente a uno de
los núcleos de escalera, teniendo que considerar que el
edificio incluye 3 de estos núcleos.
Esta disposición es para la cubierta de uno de los
núcleos de escalera, y hay que recordar que el edificio
comprende 3 núcleos como este. Según este esquema,
se pueden ubicar un total de 4 filas de colectores, con 14
unidades en cada una de ella, correspondiendo a 56
paneles en total.
La solución propuesta, con motivos de dar una mayor
viabilidad y rapidez para disponer de la solución
adoptada, es utilizar el concepto y dimensiones de los
modelos de colectores existentes y adaptarlos a la
Considerando la cubierta total, y que se haría un mayor
aprovechamiento de toda la superficie, se podrían
instalar un total de 176 paneles ( 44 x4 ) en todo el
edificio CONCLIMAT.
Ilustración 94
Esquema de
estructura
metálica para un
núcleo de
escaleras
Ilustración 95
Solución de
superposición con
paneles de
pequeño formato
CONCLIMAT
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Página 94
Solapamiento de los paneles
Centrándonos ya en el modelo pequeño, el captador está
diseñado con una serie de aletas, de forma que
garanticen la impermeabilización, y al igual que sucede
en las cubiertas de teja, vierta el agua de un captador
sobre otro, evacuando todo el agua de la cubierta hacia
limas canalones, etc.
Ilustración 96
Solapamiento de
paneles colectores
Ilustración 97
Solapamiento
vertical
94
el inferior al superior, asegurándose uno sobre él con el
otro:
En cuanto a las dimensiones el panel individual dispone
de unas medidas muy similares a las existentes en el
mercado, para un colector de pequeño formato
convencional (Ilustración 98).
El sistema propuesto para el solapamiento es el
siguiente (Ilustración 96):
En la siguiente imagen (Ilustración 97) se puede ver
como solapan en el sentido vertical donde el captador
pintado en amarillo vierte el agua sobre el blanco. A su
vez en la parte inferior se solapan los ambos, sujetando
Ilustración 98
Dimensiones del
colector
CONCLIMAT
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Para la cubierta propuesta en el edificio CONCLIMAT, se
cubriría prácticamente toda la cubierta sur. Con las
dimensiones consideradas, un pequeño espacio lateral
queda por cubrir, y esto se realizaría mediante las
piezas de remate.
Se podría haber optado por ajustar las dimensiones
para cubrir el 100% de la superficie, pero entendemos
que es conveniente disponer de cierta flexibilidad puesto
que finalmente siempre va a ser precisa piezas de
remate.
Anclaje y sujeción. Formación de circuitos hidráulicos.
Para el anclaje y sujeción, sobre cubierta ligera, se han
de colocar las cerchas, y correas cada 75,5 cm. En éste
caso, como queda acceso por la parte de abajo, la
fijación a las correas se puede hacer desde el interior
mediante tornillería autorroscante.
Para adaptarla a cubiertas más convencionales de tipo
faldón, son precisos unos rastreles horizontales a una
separación de 75,5 cm. Se colocarán los captadores, en
el orden indicado anteriormente. Para la sujeción
izquierda derecha se colocarán grapas, de forma que
colocamos la grapa en la parte derecha del captador, y
posteriormente introducimos el siguiente captador,
cogiéndolo con la grapa.
La conexión entre captadores, se realizará con sistemas
de unión rápida, como los ya existentes en el mercado.
La estanqueidad queda garantizada mediante juntas
tóricas de EPDM de larga duración.
Según la configuración hidráulica de baterías, habrá que
recoger las mismas comunicarlas por el interior de la
vivienda hasta la sala de máquinas. En el caso de las
cubiertas ligeras todo está accesible, si se trata de
faldones de cubierta, habrá que prever huecos
registrables en la posición donde acaben las baterías
para acceder al interior de la cubierta, y poder llevar la
canalización hasta la sala de máquinas.
Las tuberías colectoras quedan vistas en la parte
inferior de la cubierta, aunque se prevé el diseño de
piezas para ocultar estas tuberías. Como siempre, es
deseable un esquema de retorno invertido.
2.6.2.5 CAPTACIÓN ENERGÉTICA DE LA CUBIERTA SOLAR
CONCLIMAT
Teniendo en cuenta la superficie total disponible en
cubierta, 49,32 x 6,52 m, es posible ubicar un total de 4
filas de colectores, con 44 unidades en cada una, en
total 176 paneles.
El aprovechamiento de la cubierta es mucho mayor que
en el caso de cumplimiento estricto del CTE, para la
cobertura obligatoria de un 30% de la demanda
energética derivada de la producción de ACS. El ratio por
vivienda es de 5,61 m2 de panel/vivienda está dentro de
lo que se consideraría normal para cubrir un porcentaje
de calefacción de un 20 -30 %. Sin embargo, en nuestro
proyecto hay que considerar que se cuenta con la
acumulación lo que potenciará mucho la captación.
Características técnicas del colector solar
Utilizaremos el captador solar de alta integración
desarrollado para colocar sobre la estructura metálica
de cubierta.
Considerando sus características unitarias.
Características ópticas:
- η0 0,774
- a1 Coef. Pérdidas 1er orden 3,50 W/m2·K
- a2 Coef. Pérdidas 2o orden 0,024 W/m2·K
La superficie de apertura útil es la siguiente: 1,392 x 0,
962 = 1,34 m2.
Captación solar mínima exigida por CTE
Por establecer un punto de partida, recordamos las
exigencias obligatorias por el CTE para un edificio como
este. La demanda anual asciende a 79,4 MWh/año, y la
captación solar obligatoria es del 30% sobre el ACS. Se
necesitan 28,5 m2 útiles de captación ( unos 21 paneles
como el desarrollado).
Con esta opción, claramente no se aprovecha toda la
superficie de la cubierta, solamente un 11,4%, ni su
capacidad de captación solar, hecho que actualmente
sucede en la construcción tradicional.
Captación solar con la cubierta sur del edificio a base
de colectores de alta integración
Cuando toda la cubierta sur se utiliza para colocar
paneles, 176 unidades son posibles de ubicar, lo que
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supone una superficie útil de captación de 235,84 m2
totales.
En comparación con el caso de cumplimiento estricto
del CTE, supone instalar aproximadamente 8,8 veces
más paneles, con lo que podemos generar energía no
solo para el ACS, sino también para alimentar también
las demandas de calefacción, para lo que es preciso
almacenar energía durante el verano.
El almacenamiento estacional elegido es un tanque de
agua, que se ha optimizado en 400 m3. Para una
profundidad de 7 m (aproximadamente como la
profundidad de un sótano de dos plantas)
correspondería un diámetro de 8,5 m.
Se seguiría contando con la acumulación para el ACS,
que almacenaría con un carácter más diario, y a mayor
temperatura para asegurar la producción de agua
precalentada a más temperatura destinada a ACS.
Para evaluar la producción solar se han tenido en
cuenta los rendimientos ópticos y de pérdidas que
caracterizan a los colectores. También que estos
colectores operan contra los dos almacenamientos
mencionados, de ACS (2500l) y estacional (400 m3, con
un aislamiento de 25 cm mediante lana de roca)
Hay que considerar que el rendimiento en la captación
de energía solar va a depender del sistema de
acumulación que se disponga, y la temperatura media a
la que opere el colector solar. Cuanto menor sea esa
temperatura, mayor será el potencial de acumulación y
uso del recurso solar.
Como vemos la producción solar supera ampliamente la
demanda de ACS (un 100% teórico), cubriendo también
parte de la demanda de calefacción (aproximadamente
hasta un 53 %). La cobertura solar de las dos demandas
caloríficas en conjunto sería del 76% teórico, pero aún
hay que descontar las pérdidas que tienen el tanque de
almacenamiento y el propio sistema.
Realizando el análisis de la captación solar que es
posible se obtienen los siguientes resultados (Tabla 8).
Tabla 8
Captación solar
mediante
utilización de toda
la cubierta del
edificio
96
CONCLIMAT
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La siguiente tabla (Tabla 9) muestra los resultados de la
simulación completa (en kW)
Vemos que las pérdidas han reducido la cobertura solar
hasta el 58.8 %, siendo la partida de las pérdidas del
tanque la que se lleva una parte considerable.
En el siguiente gráfico (Ilustración 99) podemos ver la
evolución de las temperaturas de acumulación, junto con
la producción solar y la demanda de calor mes a mes.
Para la simulación del comportamiento anual se ha
utilizado software de simulación energética transitoria
Tabla 9
Resultados de
captación,
acumulación y
producción
auxiliar en edificio
CONCLIMAT
Ilustración 99
Evolución mensual
de producción
solar y demanda
CONCLIMAT
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como es Trnsys, que evalúa hora a hora a lo largo del
año, el balance energético de toda la instalación
teniendo en cuenta la radiación real y las demandas
existentes en cada momento. Otras herramientas más
sencillas son hojas de cálculo, donde se van obteniendo
hora ahora los balances de energía resultantes.
2.6.3 SISTEMAS DE ACUMULACIÓN
ESTACIONAL
Ilustración 100
Derroche de
energía captada
mediante el
sistema solar en
ausencia de
sistema de
acumulación
Ilustración 101
Depósitos de
acumulación
térmica mediante
tanques o
depósitos
enterrados
Los sistemas de almacenamiento térmico estacional
(SATE) constituyen una tecnología poco extendida que
trata de acumular las grandes cantidades de calor que
se reciben por insolación en los meses de verano para
utilizarlas durante el invierno. Las pocas instalaciones
realizadas hasta la fecha se encuentran en los países de
norte de Europa.
En la siguiente figura (Ilustración 100) se observa como
cuando se aumenta la superficie de captación solar con
objeto de aumentar la cobertura solar, enseguida se
genera un excedente de captación. Si no existe un
sistema de acumulación, esta capacidad no solo se
perdería sino que además supone un perjuicio contra la
instalación solar.
Esto hace que por ejemplo no sea muy viable el
disponer de sistemas solares de apoyo a calefacción.
Mas, cuando se presenta un desfase de justo 6 meses
entre los instantes de mayor captación de energía y de
mayor consumo.
Los sistemas más usados como almacenamiento
estacional para frío o calor son sistemas de
almacenamiento de energía en el terreno. Entre este tipo
de sistemas, desarrollados desde 1970, destacan en la
actualidad
- Acumulación mediante tanques de agua.
- Tubos enterrados o pozos (BTES, Borehole Thermal
Energy Storage)
- Acuíferos naturales y artificiales (ATES, Aquifer
Thermal Energy Storage)
- Terreno seco e impermeable (UTES, Underground
Thermal Energy Storage)
Cabe decir que aunque el concepto es válido y aplicable
a nivel de edificio, sus ventajas se dejan notar
notablemente más si se aplica a nivel de distrito. El
periodo de amortización se reduce de forma importante,
así como el coste del kWh producido.
2.6.3.1 CAPACIDAD DE ACUMULACION ESTACIONAL
EDIFICIO CONCLIMAT
Para el edificio CONCLIMAT se ha seleccionado una
acumulación mediante tanque de agua, dado que por su
dimensión, no se aconseja una acumulación en el
terreno. Cálculos realizados para en etapas preliminares
del proyecto indicaban que las pérdidas eran muy
elevadas (mayores al 35%) con lo cual solo caben
plantearse para grandes calefacciones de distritos
donde las pérdidas se reducen (Ilustración 101).
El sistema será calefactado a través de suelo radiante.
Esto posibilita tomar directamente el agua caliente
desde el tanque de acumulación estacional, y como
sistema auxiliar se propone caldera de gas a
condensación, por su mayor rendimiento y
funcionamiento modular.
La estimación inicial del volumen de almacenamiento se
hace en base un ratio inicial de 2 a 5 m3 acumulación
cada MWh de demanda anual, para una cobertura solar
del 40 al 70 %. Se debe cumplir que se dispone de
suficiente superficie para la captación solar, al menos
1,4 a 2,4 m2 captador cada MWh de demanda.
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CONCLIMAT
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En nuestro caso, la demanda total anual de 163,3 MWh,
con lo que estimamos un tanque inicial de 400 m3.
Comprobamos que se dispone de suficiente cubierta
donde ubicar la captación solar, y efectivamente
disponemos de más de 320 m2 de cubierta.
Como temperaturas de acumulación se seleccionan
desde 45 y máxima de 95 º C, dado que el sistema de
calefacción del edificio será suelo radiante, y pensando
en que se pueda hacer un aporte directo desde el
tanque de acumulación.
En la siguiente figura podemos ver el comportamiento
de la temperatura del tanque y apreciar la producción
solar frente a la demanda. La temperatura se comienza
a elevar a partir de abril, cuando se reduce la demanda
de calefacción. Y comienza a descender justo al
empezar la demanda de calefacción nuevamente en el
mes de noviembre (Ilustración 102).
En esta figura se ve como el apoyo solar para
calefacción es muy importante durante noviembre y
diciembre, agotando prácticamente la reserva térmica. A
partir de este momento se utiliza el sistema auxiliar,
puesto que no se extrae más del depósito para no
contribuir a enfriarlo por debajo de los 45 ºC mínimos
marcados. Durante estos meses, y hasta la llegada del
siguiente mes de abril o mayo, la captación solar es
baja y contribuiría diariamente a reducir la demanda
para el ACS y/o calefacción, sin contribuir a calentar el
depósito estacional.
La simulación se ha realizado mediante un software de
simulación dinámico (Trnsys) junto con la instalación
solar propuesta.
Por ejemplo llegar a estudiar si sería posible llegar a
una cobertura solar del 100 % de la demanda. Según
este software, y para este edificio, a partir de un
volumen de 750 m3 se lograría una cobertura mayor del
95%, siendo todavía necesario un equipo auxiliar para
calentar el ACS en los periodos de invierno.
2.6.4 SISTEMA AUXILIAR
El sistema auxiliar que se seleccione debe ser
compatible con la utilización de sistemas a baja
temperatura y la capacidad de suministro de energía de
manera modular.
El hecho de que todas las instalaciones trabajen a baja
temperatura, mejorará:
- La recuperación directa de calor desde el depósito.
- La captación solar, al utilizar temperaturas de retorno
más bajas.
Ilustración 102
Evolución de la
temperatura del
depósito
estacional
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Como sistema eficiente y que cumple con estos
requisitos se ha seleccionado una caldera de gas de
condensación, que obtendrá un rendimiento máximo
funcionando en las condiciones de baja temperatura.
Otras alternativas analizadas han sido las bombas de
calor y las calderas de biomasa. Las primeras permiten
extraer más energía del depósito, reduciendo aún más
su temperatura. Esto posibilitaría obtener una mayor
fracción solar (aproximadamente en un 5 %). Sin
embargo, existen dificultades técnicas para la
producción de ACS a 60 -65 ºC por lo que se necesitaría
otro equipo adicional, y hacen aumentar el consumo
auxiliar. También es posible la utilización de calderas de
biomasa. Ambas opciones se han analizado en una
primera fase y descartado.
Ilustración 103
Esquema
hidráulico
instalación con gas
suficiente para esta instalación. A diferencia de la
instalación convencional en la que se precisan dos
calderas, en este caso una única caldera es suficiente.
Mediante la simulación se obtiene el consumo de gas
natural de este equipo, que resulta ser de 68,77
MWh/año, lo que supone un rendimiento estacional del
98% en este equipo.
La configuración del circuito hidráulico
esquemáticamente sería de la siguiente manera
(Ilustración 103):
La capacidad de la caldera para modular su potencia
posibilitaría la realización de un aporte complementario
a la producción solar.
2.6.4.1 DIMENSIONADO DE LA CALDERA AUXILIAR DE
CONDENSACIÓN.
2.6.5 SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN EN EL
EDIFICIO
De la simulación del mismo sistema solar y de
acumulación, se obtienen también los instantes en los
que una mayor demanda de energía con el sistema
auxiliar se necesita. Parte de esta demanda proviene de
los picos de demanda para ACS, y sobre todo en los
meses de invierno cuando no hay captación solar. Los
valores máximos de demanda rondan apenas superan
los 230 kW.
El suelo radiante se considera el método de calefacción
más cercano al ideal, por sus características de
distribución de temperatura y del calor. Así mismo es
uno de los métodos más eficientes en cuanto a
calefacción del edificio.
Por ello se selecciona una caldera auxiliar de tipo
condensación, que además es capaz de funcionar a un
gran rendimiento en cargas parciales. Por ejemplo, una
caldera tipo de 234 kW de potencia nominal sería
Para el ACS se considera una producción similar a la de
un edificio convencional, de tal manera que de su propio
depósito de acumulación solar se alimenta la producción
real de agua caliente, complementada con el aporte
auxiliar.
La distribución en el edificio es de manera centralizada,
si bien se incorpora la contabilización individual por
viviendas.
2.6.5.1 INSTALACIÓN DEL SUELO RADIANTE.
El suelo radiante es un sistema de calefacción a baja
temperatura, el cerramiento es el que irradia calor, ya
que el elemento calefactor está incorporado en el suelo.
Una buena instalación de suelo radiante ocupa la mayor
parte de la superficie del suelo, lo que provoca una
correcta distribución de calor en todos los puntos de la
estancia calefactada.
La eficiencia que se obtiene con este sistema es mayor,
ya que como calentamos el agua a 40ºC para mantener
la estancia a 20ºC, en comparación con los sistemas
tradicionales, los cuales, para mantener la estancia a la
misma temperatura tendríamos que calentar el agua a
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70 u 80ºC. Esto reduce la capacidad para usar
renovables, y también el rendimiento de los generadores
térmicos.
En una primera etapa, se diseñan la distribución de
tubos en las viviendas. Los trazados alcanzarían toda la
superficie de las estancias, seleccionándose un trazado
de tipo espiral que consigue una mejor distribución
térmica. Los circuitos se unen en un colector, en la zona
de las recepción de las viviendas, y de ahí al módulo de
reparto y contabilización, que mejor se coloca en el
exterior de las viviendas, para estar accesible
Para el edificio CONCLIMAT, en los momentos de pico de
demanda de calefacción se obtiene un caudal por
vivienda de unos 0,25 l/s (para una impulsión de 40 y
un retorno a 20 ºC). En total, para todo el edificio 8,4 l/s
considerando la simultaneidad.
La utilización de bombas de caudal variable, es otra de
las características que contribuye al ahorro energético.
Sobre todo en instalaciones con muchas horas de
funcionamiento en bombeo, como las de suelo radiante.
2.6.5.2 MÓDULOS DE CONTABILIZACIÓN Y REPARTO.
Para el proceso de cálculo de la instalación, a nivel de la
instalación centralizada, uno de los puntos más
importantes es dimensionar el circuito hidráulico, para
asegurar que todas las viviendas y todas las zonas
dentro del ellas tienen asegurado un caudal suficiente.
El caudal total se ve aminorado, al aplicar un coeficiente
de simultaneidad, que habitualmente se estima en el
0,80 (Ilustración 104).
Pese a que el edificio y sus sistemas han sido diseñados
para reducir el consumo de energía, el hecho de
involucrar a los usuarios en los ahorros que pueden
conseguir, es un punto importante para contribuir a este
objetivo. La contabilización individual, es necesaria para
cumplir con este objetivo.
Ilustración 104
Instalación de
suelo radiante
sobre las
viviendas del
edificio
CONCLIMAT
CONCLIMAT
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Las subcentrales por vivienda, son un elemento más
para lograr eficiencia en el sistema. Todos los elementos
que la componen, excepto el panel de control ubicado en
el interior de la vivienda, se sitúan en una caja en el
rellano de la escalera en grupos de dos o tres
Subcentrales.
Este tipo de módulos contribuye a la industrialización ya
que supone una simplificación en la conexión hidráulica
de cada usuario a las montantes de distribución.
También en la de instalación del sistema de control, ya
que vendría preinstalado, y solo sería cuestión de
conectar a un módulo central (Ilustración 105).
Ilustración 105
Esquema de
conexión de las
vivienda a la
central térmica.
Módulo de reparto
Serían precisos dos colectores principales, uno para la
distribución de agua de calefacción y otro para
distribución de ACS.
2.6.6 AHORRO ENERGÉTICO
Realizadas las simulaciones anuales del consumo de
gas para las tres instalaciones, encontramos estos
resultados:
En el mismo edificio, pero con una instalación
convencional, que incluye solo una cobertura solar del
30% de la demanda de ACS, y alimentada por dos
calderas a gas de baja temperatura, el consumo total
anual en gas es de 148,38 MWh/año.
Para el edificio convencional CTE, con la captación
obligatoria del 30% para la demanda de ACS, y dos
calderas convencionales, el consumo asciende a 324,92
MWh/año (Ilustración 106).
46%
21%
Ilustración 106
Reducción del
consumo de gas al
optimizar el
edificio y al
incrementar la
captación solar
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Visto de otro modo, como ahorros anuales que supone la
incorporación de la acumulación estacional serían:
La comparación entre dos edificios CONCLIMAT, uno con
solo 30% ACS solar, y el otro con aumento de solar más
acumulación estacional, será:
La amortización de las instalaciones mediante este
ahorro se estima en un periodo cercano a los 25 años,
considerando un precio para el gas de 0,07 €/kWh. En
cualquier caso, este periodo es siempre menor que el de
la vida útil del edificio; las instalaciones implicadas
(depósito acumulador, colectores solares) también
presentan un largo periodo de vida útil.
CONCLIMAT
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2.7 ESTRUCTURA EDIFICIO CONCLIMAT
Autor: UPNA
2.7.1 INTRODUCCIÓN
El Proyecto CONCLIMAT aborda entre los distintos
subproyectos el denominado Definición global de la
estrategia medioambiental en el edificio, en el que se
realiza entre otros aspectos la definición de
cerramientos y cubiertas.
Las actuaciones estructurales que se han llevado a cabo
son las siguientes:
Definición de una cubierta que pueda albergar
colectores solares mediante integración arquitectónica,
bien sea inclinada, plana y/o combinada.
Estudio de un mirador prefabricado (galería invernadero)
con un elemento acumulador de radiación solar.
Estudio de la estructura global del edificio.
La necesidad de evaluación de diversas estrategias
requiere establecer un prototipo de edificio sobre el que
actuar, base para los distintos subproyectos.
A falta de una parcela concreta donde ubicar el edificio,
se supondrá una que pueda albergar un edificio de
Sótano, planta baja + 6 plantas, en forma de pastilla, con
orientación Este-Oeste con viviendas de unos 90 m2, con
doble orientación Norte-Sur.
El edificio de dimensiones 49 m x 13,85 m, alberga tres
portales, con dos viviendas por planta y portal. La altura
del edificio desde la rasante a la cota superior del
forjado de cubierta es de 21 m. En la Ilustración 1 se
muestra la planta tipo (Ilustración 107).
2.7.2 DEFINICIÓN DE LA CUBIERTA
Los distintos Socios del Proyecto realizaron 16 posibles
soluciones de cubiertas que pudieran integrar colectores
solares de forma plana, inclinada o combinada. De todas
ellas se optó por dos soluciones de cubierta que
satisfaciesen las necesidades de una cubierta plana o
inclinada respectivamente. Estas dos primeras
soluciones inician el camino hacia una solución final:
• Cubierta plana (A) con panel integrado mediante una
pieza prefabricada de GRC (hormigón reforzado con
fibra de vidrio) de doble capa de 15 mm con alma de
poliestireno extruido; posee una subestructura para
recibir el panel colector solar de grandes dimensiones
(2 m x 1 m). La cámara de aire situada bajo los
paneles, permite el ajuste de los desagües pluviales
como así también un mejor comportamiento térmico.
Ilustración 107
Planta Tipo
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CONCLIMAT
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En la figura se observa una sección transversal del
conjunto (Ilustración 108).
• Cubierta inclinada (B) combinada con plana ajardinada.
Se desarrolla en panel sándwich metálico y panel
colector solar integrado, soportados por una cercha de
perfiles de acero galvanizado. Se combina esta
solución con cubierta plana ajardinada, desarrollada
también en módulos de GRC de doble capa de 15 mm y
alma de poliestireno extruido. En la Ilustración 109 se
observa un detalle de la misma (Ilustración 109).
Del estudio realizado sobre el comportamiento
estructural de los paneles de GRC ante acciones de
viento, nieve y sobrecargas de uso (mantenimiento y
cubierta ajardinada), el panel no soportaría las tensiones
requeridas. Para ello se realizó una simulación del
comportamiento del panel mediante el programa
Ilustración 108
Cubierta plana (A)
Ilustración 109
Cubierta inclinada
(B) combinada con
plana ajardinada
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ANSYS. La necesidad, en ambos casos, de realizar
sumideros para la evacuación de aguas pluviales
debilitaría el panell hasta el punto de no soportar las
acciones mencionadas.
La imposibilidad de utilizar paneles de GRC motivó el
diseño de una nueva alternativa (C) bajo las mismas
premisas: paneles colectores solares de gran formato
sobre estructuras prefabricadas (cerchas) de acero
galvanizado y paneles sándwich en ell resto de la
cubierta. En la Ilustración 110 se presentan la nueva
estructura de cubierta:
2.7.2.1 CUBIERTA PLANA E INCLINADA (A-B).
ESTRUCTURA PREFABRICADA PARA PANELES
COLECTORES SOLARES.
El objetivo de esta estructura era el de realizarla
completamente en taller y ser izada a pié de obra hasta
la cubierta y anclarla al forjado de cubierta. Esta
primera estructura se corresponde con la solución de
paneles GRC antes mencionada.
Para ello se han estudiado dos módulos conformados
mediante celosías planas para albergar paneles
colectores solares de 2 x 1 m2. El primero, con cuatro
paneles, y un segundo doble del anterior, con ocho
paneles. Los módulos se van adosando en cubierta y
fijándose a placas de anclaje ya previstas en el forjado o
bien replanteando las placas posteriormente a la
ejecución del forjado.
La limitación de las cubas de galvanizado no permite
una galvanización completa de la estructura montada,
por las dimensiones de la misma. Se propone una
estructura tubular realizada en taller que pudiera ser
izada. La protección de la estructura en cuanto a su
durabilidad estaría sustentada en un granallado y una
posterior pintura de protección. Esta solución permitiría
una unión soldada o atornillada entre sus elementos. En
la Ilustración 5 se representa un módulo que alberga
ocho paneles de gran formato (Ilustración 110).
Ilustración 110
Cubierta inclinada
(C) mediante
cerchas metálicas
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CONCLIMAT
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Los módulos no sólo integrarían los paneles colectores
sino que también serían soporte para los paneles de
fachada.
2.7.2.2 CUBIERTA INCLINADA (C) A DOS AGUAS.
ESTRUCTURA CON PANELES INTEGRADOS
Al desestimar los paneles de GRC, el nuevo
planteamiento es el de un conjunto de cerchas, de luz la
misma que el fondo de edificación. Su modulación es la
correspondiente a la que pueda albergar ocho paneles
colectores solares entre cada dos cerchas (4 m). Estas
pueden fabricarse en taller y ser izadas a pie de obra.
Como alternativa se pueden fabricar en dos partes y
unirse una vez izadas hasta la cubierta (Ilustración
111).
Una vez fijadas a la cubierta, los paneles sándwich y los
colectores solares se apoyan sobre correas.
Ilustración 111
Módulo para
paneles colectores
solares
Ilustración 112
Cubierta inclinada
(C) mediante
cerchas metálicas
CONCLIMAT
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El espacio resultante bajo la cubierta puede albergar los
distintos dispositivos mecánicos de las instalaciones del
edificio, protegidos de la intemperie.
Se observa que son dos celosías, una que sustenta los
colectores solares (izda.) y otra que se resuelve la
cubierta mediante paneles sándwich (dcha.).
2.7.2.3 CUBIERTA INCLINADA (D).
Como alternativa se propone que parte de la cubierta
pueda ser ajardinada inclinada (D1) (Ilustración 114):
La posibilidad de realizar la cercha en dos partes y
unirlas en cubierta, abre el estudio de dos pequeñas
estructuras en celosía con un apoyo intermedio.
También esta posibilidad permite estudiar otra forma de
la cubierta que no sea a dos aguas. Derivado de un
nuevo diseño de la cubierta, la estructura resultante (D)
es la siguiente (Ilustración 113):
Del análisis estructural de la primera alternativa (D), se
desprende que el coste se reduce a la mitad respecto a
la cercha inicial (C) con dos apoyos.
La segunda alternativa, solución ajardinada, con una
sobrecarga considerablemente mayor conduce a un
coste muy superior. Una solución con múltiples apoyos
Ilustración 113
Cubierta inclinada
(D) mediante
cerchas metálicas
Ilustración 114
Alternativa a la
cubierta inclinada
(D). Cubierta
ajardinada
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Página 109
(E) permite una perfilaría más pequeña y conduce a un
coste mucho menor.
2.7.2.4 CUBIERTA INCLINADA (E).
Esta última propuesta (E) consiste en una estructura que
se apoya en el forjado, como un sistema de barras
conformadas por dinteles y pilares donde puedan
apoyarse los colectores solares y que sirva de
protección ante la intemperie. Además, se estudia la
posibilidad de utilizar perfiles ligeros. El esquema de la
estructura es el siguiente (Ilustración 115):
La estructura estaría conformada por “pórticos”
transversales separados 4 m. De pórtico a pórtico se
apoyan correas para sustentar los colectores solares y
el panel (o chapa ) de cubierta.
De forma longitudinal es necesario arriostrar los
pórticos por el efecto del viento, situándose en un vano
intermedio un conjunto de barras para este fin, tanto en
el plano vertical como en el plano de los faldones de
cubierta De forma transversal se sitúan unas barras
diagonales en los extremos para limitar los
desplazamientos del pórtico tal como se observa en
figura (Ilustración 116):
2.7.2.5 ESTUDIO DE CORREAS EN CUBIERTA (E)
La modulación entre pórticos es de 4 m. Se proponen
correas continuas de dos vanos (4+4).
Las cargas contempladas son las siguientes:
• Peso propio colectores: 25 kp/m2
• Peso Panel Sándwich: 16 kp/m2
Ilustración 115
Sección
transversal.
Pórtico cubierta
inclinada (E) con
múltiples apoyos
Ilustración 116
Conjunto de
módulos. Cubierta
ajardinada (E)
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• Nieve (Pamplona ): 70 kp/m2
• Viento: Zona C, qb=52 kp/m2; Ce=2,4 (h=24 m); cp y, cpi
• Construcción: P=100 kp en punto medio
Utilización de perfiles galvanizados
La galvanización supone una protección ante la
corrosión de los perfiles.
Es importante la influencia de la presión interior por
viento que coincide en sentido con la presión exterior.
La utilización de perfiles ligeros implica uniones
atornilladas entre los perfiles. Los agujeros deben
quedar previstos antes de la galvanización. Esto supone
un montaje a pie de cubierta de cada uno de los perfiles
que compone la estructura.
Se presenta a continuación los perfiles resultantes de
las correas para distintas series analizadas, perfil en Z
(ZF), en C (CF), en omega (OF) y tubo cuadrado hueco (#):
Faldón colectores (45º)
• ZF: perfil no válido para 4 m (perfil Z)
• CF: 250.3 (perfil C)
• OF: perfil no válido para 4 m. (perfil omega)
• # 100.4 (tubo cuadrado hueco)
Faldón panel (15º)
• ZF: 225.3
• CF: 160.2,5
• OF: perfil no válido para 4 m
• # 80.3
Puede observarse que los perfiles ligeros precisan de
cantos importantes y resultan penalizados por la
inclinación de los faldones. Por ser perfiles abiertos son
vulnerables a la torsión y por ser de poco espesor están
limitados a la flexión esviada y a cargas puntuales.
Modulaciones menores o el empleo de tirantillas
permiten utilizarlos. Por ejemplo a 2 m entre pórticos
resultaría:
ZF: 200.2
CF: 120.2
OF: 80.2,5
El montaje en taller de parte de la estructura para su
posterior galvanización tiene las limitaciones de las
dimensiones de las cubas de galvanizado:
14,5 x 1,60 x 2,60 (largo x ancho x profundidad)
7,00 x 1,70 x 3,50
Viendo las dimensiones del pórtico sería necesario
dividir el mismo para su galvanizado, realizándose
posteriormente la unión de las distintas partes.
Alternativa a la utilización de perfiles galvanizados
En vista de las posibles dificultades de galvanización
completa de partes de la estructura (problema de
tamaño) y de la valoración de una construcción a pie de
obra o en taller, se propone una estructura tubular
realizada en taller por partes y completada a pie de
obra.
Esta solución no parte de la galvanización de sus
elementos sino de un granallado y de una posterior
pintura de protección, que permite la acción de la
soldadura o de la unión atornillada. Se supone que la
estructura está bien protegida ante la intemperie
(paneles sándwich) y que está sometida a la humedad
ambiental.
Ilustración 117
Sección pórtico
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Se propone el mismo sistema con tubo hueco
estructural, con uniones soldadas en taller, para los
pórticos transversales. Para su elevación y montaje
sería necesario algún elemento adicional para rigidizar
el plano de los pórticos. Podría realizarse en dos partes
y unirse mediante tornillos o soladura en cubierta. Los
arriostramientos también se realizarían en obra
mediante uniones atornilladas o soldadas
(Ilustración 118).
Las correas también se proponen con tubo estructural,
#100.4 para el faldón de colectores y #80.3 para el
faldón de cubierta de chapa. Su colocación puede
realizarse mediante soldadura o unión atornillada a los
ejiones.
Como alternativa a la solución anterior se estudia una
estructura de cubierta con uno de los faldones
ajardinado, con un espesor de tierra vegetal de 10 cm y
saturada de agua. Es preciso para la solución establecer
un soporte mediante alguna chapa grecada comercial.
Existen distintas soluciones comerciales para una
cubierta ajardinada. Los pesos difieren
considerablemente en función de la que se escoja.
La primera propuesta, genérica, supone un peso de
cubierta ajardinada de 270 kp/m2. Dos soluciones
comerciales recomiendan pesos de 135 kp/m2 y de 185
kp/m2. Ambas soluciones se redondean a un total de
150 kp/m2 y 200 kp/m2. Se estudian las tres soluciones
debidas al peso. Como soporte para la cubierta
ajardinada se elige una chapa grecada metálica tipo PL
68/218 de las siguientes características:
Espesor en mm: 0,70 mm
Peso: 7,90 kp/m2
Inercia: 61,54 cm4/m
Módulo resistente: 13,20 cm3/m
Límite elástico: 2400 kp/cm2
Flecha máxima aceptada: Luz/200
Cuadro de cargas uniformemente repartidas (kp/m2):
tres apoyos (dos vanos)
Luz (m) / carga (kp/m2) : 3,00 / 200; 3,25 / 170; 3,50 /
147; 3,75 / 128; 4,00 / 112; 4,25 / 99; ……
Las cargas que se han estimado son las siguientes:
Peso colectores solares: 25 kp/m2
Solución cubierta ajardinada: 270/200/150 kp/m2
Nieve: 70 kp/m2; Viento (Pamplona) Zona C, Altura 24
m, Grado aspereza IV, Presión interior y exterior.
Se tiene en cuenta una sobrecarga de mantenimiento de
40 kp/m2 y la posibilidad de una carga puntual de 100
kp en el centro de las correas por mantenimiento.
Ilustración 118
Sección pórtico
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Análisis estructural. Solución ajardinada.
La geometría que se propone es la misma que en la
solución con panel sandwich. Ell peso de la cubierta
ajardinada conduce a una separación de correas menor
de 2.10 m. De la geometría de partida se toma como
solución disponer correas a 1,5 m limitando de esta
forma posibles embolsamientos, y soportes cada 3 m
medidos en el plano del faldón. El faldón
correspondiente a los colectores solares se mantiene
como en las propuestas anteriores. La geometría
resultante es la siguiente (Ilustración 119):
Se estudian, con la geometría anterior, tres soluciones
de cubierta ajardinada según pesos distintos: 1-270; 2200; 3-150. La separación entre pórticos es de 4 m.
Correas
Por la inclinación de las cubiertas se realizan mediante
tubo estructural hueco cuadrado, además proporcionan
mayor soporte a la fijación de los colectores solares.
Solución 1/270
Faldón de colectores solares (45º): perfil 100.4
Separación 2 m en el plano del faldón.
Faldón cubierta ajardinada (15º): perfil 120.4 Separación
de 1,5 m en el plano del faldón.
Solución 2/200 (es la misma solución que 1)
Faldón de colectores solares (45º): perfil 100.4
Faldón cubierta ajardinada (15º): perfil 120.4
Solución 3/150 (es la misma solución que 1)
Faldón de colectores solares (45º): perfil 100.4
Faldón cubierta ajardinada (15º): perfil 100.4
Ilustración 119
Solución 1/270.
Perfiles pórtico
Ilustración 120
Perfiles pórtico
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Pórticos
Se estudian las mismas tres soluciones por peso de
cubierta ajardinada. En las figuras siguientes aparecen
las secciones de los perfiles resultantes. Los
arriostramientos se plantean igualmente con tubo
estructural hueco cuadrado pudiendo trabajar a tracción
/ compresión.
Solución 3/150: (ilustración 120)
Solución 1/270 (Ilustración 119).
2.7.3 GALERÍA INVERNADERO
Solución 2/200: No cambian los perfiles
El estudio estructural de la galería invernadero está
enmarcado dentro del diseño de la fachada Sur del
Disminuye ligeramente el dintel del faldón de los
colectores solares.Se muestra a continuación los
distintos planos de la estructura completa (Ilustración
121):
Ilustración 121
Estructura 3D
Ilustración 122
Sección vertical
galería
invernadero
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edificio prototipo y dentro del estudio de ahorro
energético que supone su incorporación a dicha fachada.
El cálculo estructural obedece a un primer diseño, que
supone la galería invernadero en ménsula. La
sustentación de la galería se realiza mediante unos
bastidores o premarcos verticales (dos), que
previamente han sido colocados de suelo a techo en el
borde del forjado. La galería tiene tres puntos de fijación
en cada premarco vertical. En la siguiente figura se
muestra una sección vertical (Ilustración 122).
El diseño de la galería supone unos ciertos espesores
para los paneles sándwich que conforman los
cerramientos laterales y horizontales. Esos espesores
condicionan la perfilaría, sección, a utilizar. Luego se
trata en una primera instancia verificar si con los
espesores dados, la estructura responde
satisfactoriamente a las acciones que inciden sobre la
galería invernadero.
La estructura deberá soportar las acciones debidas al
peso propio, la carpintería, el acristalamiento y las
acciones climatológicas de viento y nieve. Como la
galería no tiene el objeto de ser habitada, no se
considera una carga de uso. Si embargo se considera
una pequeña sobrecarga en previsión de un uso de dicho
espacio como podría ser el que una persona pudiera
acceder, bien accidentalmente o bien por cuestiones de
mantenimiento, o almacenamiento de algún tipo de
objeto decorativo, tiestos por ejemplo. También deberá
soportar el peso de un acumulador, pues éste se apoya
en la estructura general de la galería. En la siguiente
figura se muestra la estructura resultante (Ilustración
123):
La posibilidad de realizar completamente la galería en
taller y posteriormente ser izada a pie de obra presenta
ciertas dificultades. En primer lugar sería necesario
rigidizar la estructura para el izado. Dicha rigidización
debería ser transitoria y por lo tanto desmontable. Por
otro lado existe la dificultad de colocar perfiles sin
Ilustración 123
Estructura galería
invernadero
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interferirán los paneles sándwich. En segundo lugar se
encuentra el izado. La colocación de las sirgas podría
afectar a los paneles. Y en tercer lugar, hay que
establecer muy bien las tolerancias de todos los
elementos que interviene: altura libre entre forjados,
premarcos colocados previamente, dimensiones de la
galería e introducir la estructura de la galería desde el
exterior al interior.
Se han realizado dos cálculos que se corresponden con
los dos materiales utilizados:
• Acero S-275 de límite elástico fy=275 MPa
• Aluminio EN-AW 6063 de límite elástico f0=159 MPa
En ambos casos son válidas las mismas secciones.
2.7.4 ESTRUCTURA GENERAL DEL EDIFICIO
El estudio que se realiza de la estructura general del
edificio parte del prototipo inicial sobre el que actúan los
diversos subproyectos.
Bajo el supuesto de viviendas de bajo coste y/o coste
optimizado se han estudiado distintas soluciones. Todas
ellas parten de las siguientes hipótesis:
• La estructura vertical (pilares y pantallas) se realiza
con hormigón “in situ”, lo mismo que las vigas. No se
contempla una estructura prefabricada de pilares y
Modelo 3D del
Edificio.
116
vigas por las interferencias que provoca (vigas) en la
galería invernadero y en los sistemas de recuperación
de calor. La interferencia principal es la
incompatibilidad de las vigas con descuelgue y los
elementos citados.
• La situación de los pilares está muy ajustada a la
planta prototipo, lo que impide modificaciones de
modulación. La eliminación de algunos pilares provoca
que las vigas resultantes sean de canto y por lo tanto
se ha desechado esta posibilidad. Sí se ha eliminado
en un caso una alineación, aumentando los vanos de
forjado.
El estudio por lo tanto se concentra en las distintas
tipologías de forjado. Inicialmente y para tener una
referencia, se estudian distintos tipos de forjado
sometidos a las acciones habituales de un edificio
convencional, con solución de fachada de ladrillo cara
vista, aislamiento y hoja interior también de fábrica
(tabicón) con revestimiento de mortero de cemento y
enlucido fino de yeso.
Las diferencias más notables entre el edificio
convencional y el prototipo objeto del proyecto son:
• Carga permanente de fachada. Más pesada en el
edificio convencional (0,7 t/m) que en el prototipo (0,21
t/m).
Planta tipo forjado
unidireccional
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Tabla acciones
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Planta tipo forjado reticular
Planta tipo forjado prelosa
• Carga permanente de solado. En este caso es algo más
ligera la contemplada para el edificio convencional
(150 kp/m2) que en el prototipo (180 kp/m2)
Como consecuencia de estas acciones y teniendo en
cuenta la distribución de pilares adoptada, cabe decir:
• La carga de fachada no incide prácticamente en las
vigas de borde del edificio por ser de luces medianas.
• La carga de solado no es suficientemente diferente
como para obtener resultados significativos en
forjados, vigas, pilares y cimentación (tabla acciones).
3 Forjado de losa maciza sobre soportes aislados con
cantos de 25, 28 y 20 cm.
4 Forjado reticular 80x80x12, bovedillas de hormigón, y
con un canto total de 28 cm.
Para cada uno de los tipos estudiados se genera
mediciones y presupuesto. La base de datos de
referencia es la proporcionada por el programa CYPE de
CYPE Ingenieros S.A. La base es “Precios COAVN.
Delegación de Navarra”. Como Datos del entorno del
edificio se considera:
Los distintos forjados que se han estudiado para el
edificio convencional han sido los siguientes:
• Accesibilidad: Buena
• Topografía: Desniveles mínimos
• Mercado: Crecimiento sostenido
• Tipo de vivienda: Plurifamiliar
• Situación: Aislada
1 Forjado unidireccional de viguetas pretensadas
semirresistentes y entrevigado con bovedilla de
hormigón, con un canto total de 30 cm (25+5)
Los resultados de los presupuestos obtenidos deben
contemplarse como una relación entre los mismos. Han
sido los siguientes:
2.7.4.1 EDIFICIO CONVENCIONAL
2 Forjado unidireccional de prelosas con bovedilla de
poliestireno, con un canto total de 30 cm.
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2.7.4.2 EDIFICIO CONCLIMAT
Como consecuencia de los resultados de presupuesto se
analizan los siguientes tipos relativos al edificio
prototipo:
7 Forjado unidireccional de vigueta pretensada
semirresistente, de canto total 30 cm (25+5)
8 Forjado reticular 80x80x12 de canto total 28 cm
9 Forjado unidireccional de prelosa pretensada de canto
total 30 cm.
El último tipo (9) se estudia modificando la distribución
de pilares. Se ha eliminado una alineación intermedia de
pilares. La alineación interior resultante se mueve a una
posición en que los vanos de forjado resultantes son
similares (Ilustraciones 124 y 125).
Los resultados de los tres tipos mencionados, son los de
la tabla 10.
Ilustración 124
Planta tipo
Ilustración 125
Planta módulo
planta tipo
Tabla 10
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Análisis de resultados
el edificio prototipo:
Se presentan gráficas que comparan los resultados
obtenidos, tanto para el edificio convencional como para
Tipos de Edificio y Forjados (tabla 11).
Tabla 11
Los forjados 1-6 se corresponden con un edificio
convencional y los forjados 7-9 con el edificio prototipo
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del proyecto CONCLIMAT.
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Resultados parciales
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2.8 VALORACIÓN ECONÓMICA EDIFICIO CONCLIMAT
Autor: ABAIGAR, ACR
A continuación mostramos la tabla de valoración
de los incrementos de precio de las partidas del
La valoración del edificio CONCLIMAT asciende a la cifra
de 3.667.918 €, que supone un 22,78% mayor que la del
edificio CTE. La diferencia global entre ambos
presupuestos es de 682.455 €.
Proyecto Euroinnova:
- Fachadas: 24,39%
- Cubierta: 9,47%
- Incremento de placas solares: 11,32%
Las diferencias más importantes se producen en los
capítulos de:
El edificio CTE se construye a un precio de 626,40 €/m2
y el edificio CONCLIMAT a 769,12 €/m2.
- Invernadero 43,08%
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2.9 PLANOS EDIFICIO CONCLIMAT
Autor: AH
Se adjuntan a continuación los principales planos del
edificio CONCLIMAT:
01. Plantas
01.01 Planta baja
01.02 Planta tipo
01.03 Bajo cubierta
01.04 Cubierta chapa
01.05 Cubierta ajardinada
02. Alzados
02.01 Alzados Sur y Este
02.02 Alzados Norte y Oeste
03. Secciones
03.01 Sección longitudinal y transversal (I)
03.02 Sección longitudinal y transversal (II)
04. Detalles constructivos
04.01 Detalles 01
04.02 Detalles 02
04.03 Detalles 03
04.04 Detalles 04
04.05 Detalles 05
04.06 Detalles 06
04.07 Detalles 07
04.08 Detalles 08
04.09 Detalles 09
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01. Plantas
Planta baja.
Planta tipo.
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Bajo cubierta.
Cubierta chapa.
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Cubierta ajardinada.
02. Alzados
Alzados Sur y Este.
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Alzados Norte y Oeste.
03. Secciones
Sección longitudinal y transversal (I).
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Sección longitudinal y transversal (II).
04. Detalles constructivos
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