DOCUMENTO
2015
Casas del Carmen: rehabilitación de viviendas de balance final de energía neta positiva en clima mediterráneo cálido, utilizando el estándar passivhaus AUTOR/ES: Melgar S.G.1,2, Andújar J.M.1, Bohórquez M.A.1, Carrasco M.J.2, Herrero H.2 1. 2.
Grupo de investigación TEP192 Control y Robótica, ETSI Universidad de Huelva LAR Arquitectura, Laboratorio de Arquitectura Responsable
RESUMEN En este trabajo se presentan los primeros resultados obtenidos en la experiencia de rehabilitación energética de Casas del Carmen: viviendas plurifamiliares prenormativas en clima mediterráneo cálido, representativas de las actuaciones de edificación masiva de barrios residenciales de los años 50, 60 y 70 en Andalucía, la mayoría en situación actual de pobreza energética. La actuación de Casas del Carmen, financiada por la Consejería de Fomento y Vivienda de la Junta de Andalucía en el marco del proyecto de I+D+i EREBA2020, promueve un modelo de actuación en la rehabilitación energética del parque edificado en los años 50, 60 y 70. Integra soluciones pasivas en la envolvente térmica y estanca con sistemas de ventilación de doble flujo con recuperación de calor de alta eficiencia, sistemas de energía renovable fotovoltaica y microeólica en la cubierta del edificio y sistemas de adquisición y análisis de datos (temperatura, humedad, calidad del aire interior, consumo energético y generación de electricidad) de valor científico. Concierne a una obra construida entre abril y diciembre de 2014 por LAR Arquitectura, realizada en colaboración con el Grupo de investigación TEP 192 Control y Robótica de la ETSI de la Universidad de Huelva. INTRODUCCIÓN El proyecto y la construcción de edificios de consumo de energía casi nula (en adelante NZEB), ocupa hoy en día gran parte del interés científico del sector de la edificación. El estándar Passivhaus representa, en nuestra opinión, una aproximación válida al problema de construir edificios de viviendas NZEB [1] que como valor añadido para el arquitecto, el director de obra y el constructor aporta la sencillez y claridad de los principios sobre los que se asienta. Se trata, por tanto de un conjunto de soluciones concretas directamente encaminadas a su puesta en obra que garantizan el funcionamiento adecuado del edificio terminado en su etapa de servicio. Sin embargo no parece lo más adecuado resolver la toma de decisiones del proyecto a gran escala de NZEB en base únicamente a simulaciones energéticas. Para alcanzar mayor éxito en la reducción del consumo de energía en el sector de la edificación se hace imprescindible recorrer dos caminos hasta ahora casi expeditos: 1. 2.
La adquisición y análisis de datos que nos reporten una idea exacta de cuál es el comportamiento real del edificio construido en fase de servicio. La incorporación paulatina de sistemas activos de energías renovables en el edificio, obviando regulaciones normativas coyunturales que, independientemente de su carácter restrictivo o subvencionador, nada tienen que ver con la lógica científica y que -no lo dudemos- más pronto que tarde se terminará imponiendo (también en nuestro país).
Avanzando en el primero de estos caminos estaremos en condiciones de aprender en base a experiencias ya realizadas [2], con resultados muchas veces sorprendentes que se alejan de los valores que cabría esperar en base a las simulaciones realizadas en fase de proyecto. Implementando las tecnologías propias del segundo, estaremos en condiciones de ir más allá todavía del concepto de NZEB, acercando la realidad de los edificios de balance de energía neta positiva (en adelante +EB) [3], susceptibles de aportar energía el sistema general de distribución de energía basado en el desarrollo de las smart grids [4].
www.plataforma-pep.org
DOCUMENTO
2015
PROYECTO Y EJECUCIÓN DE LA OBRA El proyecto y ejecución de la obra de rehabilitación energética de Casas del Carmen resuelve la adaptación de los criterios de construcción passivhaus a la mejora de la calidad de vida (confort térmico, confort acústico y calidad del aire interior) de viviendas tipo VPO de mala calidad constructiva en situación actual de pobreza energética. Se actuó sobre dos viviendas de una misma planta (la cuarta de cinco plantas totales), en un edificio plurifamiliar entre medianeras de 12 viviendas.Tratándose de rehabilitar, las principales dificultades que nos encontramos durante la ejecución de obra fueron las siguientes: 1. Dificultades para la ejecución del sistema de aislamiento térmico por el exterior del cerramiento (en adelante SATE): imposibilidad de eliminar completamente ciertos puentes térmicos al no dar continuidad al sistema sobre la piel de las viviendas no actuadas, sobre coste de instalación al repercutir el andamiaje exterior hasta cuarta planta sobre las dos únicas viviendas rehabilitadas, aparición de un escalón de 12 cm en el plano de fachada de un mismo edificio, etc. 2. Dificultades para el aislamiento adecuado de la envolvente interior de la vivienda con viviendas colindantes (con toda probabilidad en igual situación de pobreza energética y por tanto no climatizadas), reduciendo lo mínimo imprescindible su altura (suelo y techo con viviendas de 3ª y 5ª planta) y superficie útil (paredes con viviendas medianeras). 3. Fijación con garantías de estabilidad de la nueva carpintería de fachada (vidrio 6/15/6/15/6 muy pesado) a la hoja exterior del cerramiento (citara LH en mal estado de conservación), haciéndola coincidir con el plano del aislamiento para no generar puentes térmicos en las mochetas ni reducir el tamaño final de los huecos sin agrandar la albañilería original. 4. Instalación de la red de distribución de aire del sistema de ventilación de doble flujo con recuperación de calor de alta eficiencia (93%) con conductos de bajo perfil en una vivienda de altura libre muy limitada (230 cm) sin comprometer su habitabilidad. 5. Reservas de espacio necesario para el alojamiento de equipos en el interior (recuperador) y en el balcón (aerotermo) de la vivienda de 90 m2 útiles, así como de los sistemas de instrumentación, control y seguimiento de datos en el cuadro eléctrico. 6. Reservas de espacio necesario para el alojamiento de sistemas de generación de energía renovable en la cubierta: captadores térmicos ACS, captadores fotovoltaicos, aerogenerador, sistema de baterías de acumulación, estación meteorológica y cuadros de mando y protección. Garantías de acceso para mantenimiento y seguridad. 7. Molestias causadas a y por los vecinos del mismo bloque y bloques colindantes, que convirtieron el devenir de la obra en un proceso todavía más complicado como consecuencia de la falta de entendimiento y colaboración. MATERIAL Y MÉTODO DE LA INVESTIGACIÓN La investigación que justifica y da soporte a la actuación de rehabilitación energética de Casas del Carmen se encuentra todavía en fase inicial. Para extraer las primeras conclusiones ha sido necesario en primer término establecer con precisión los objetivos específicos y la metodología de la investigación planificada, así como llegar a acuerdos de colaboración con empresas de referencia en el sector de la eficiencia energética determinantes para el éxito final de la actuación. A continuación ha sido necesario redactar toda la documentación técnica (simulaciones energéticas, proyecto de rehabilitación, valoración económica y desarrollos de ingeniería), así como recabar los preceptivos permisos administrativos y licencias de obras. Como parte esencial del proyecto debe entenderse igualmente todo el proceso constructivo de ejecución de la obra y ensayos de control (termografías y blower door test) realizados en estado previo y posterior a la actuación. Una vez completadas las obras de rehabilitación (obra civil) se procedió a la instalación y tarado de los sistemas de instrumentación, con volcado datos en tiempo real a los servidores del Grupo de investigación TEP 192 Control y Robótica en la ETSI de la Universidad de Huelva.
www.plataforma-pep.org
DOCUMENTO
2015
El sistema está plenamente operativo desde marzo de 2015, por lo que a fecha de elaboración del presente trabajo sólo tenemos disponibles los tres primeros meses de lectura (marzo-mayo 2015), suficientes para extraer las primeras conclusiones con valor científico de la experiencia de rehabilitación energética de Casas de Carmen. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN A continuación exponemos de manera resumida algunos de los resultados obtenidos en la actuación de rehabilitación energética de Casas del Carmen.
Gráfica 1: Evolución de temperaturas interior (salón comedor) y exterior el día 24 de marzo En la gráfica1, que refleja la evolución de las temperaturas interiores y exteriores de la vivienda el día 24 de marzo, observamos una notable variación de la temperatura exterior a lo largo de todo el día (△t = 16,36ºC), con un mínimo de 8,25ºC y un máximo de 24,61ºC. Obsérvese cómo la temperatura interior de la vivienda permanece constante casi sin variación durante todo el día en el entorno de los 18ºC, con un máximo de 19,47ºC y un mínimo de 17,97ºC (△t = 1,50ºC) en la sonda superior (situada a 25cm del techo) y un máximo de 18,88ºC y un mínimo de 16,63ºC (△t = 2,25ºC) en la sonda inferior (situada a 25cm del suelo).
Gráfica 2: Evolución de temperaturas interior (salón comedor) y exterior el día 15 de abril
www.plataforma-pep.org
DOCUMENTO
2015
En la gráfica 2, que refleja la evolución de las temperaturas interiores y exteriores de la vivienda el día 15 de abril, la variación de la temperatura exterior a lo largo de todo el día se ha reducido como corresponde a un mes templado en el ámbito geográfico que nos ocupa (△t = 7,41ºC), con un mínimo de 13,36ºC y un máximo de 20,77ºC. Obsérvese cómo la temperatura interior de la vivienda permanece constante, podríamos decir en este caso sin variación alguna durante todo el día en el entorno de los 22ºC, con un máximo de 22,66ºC y un mínimo de 21,78ºC (△t = 0,88ºC) en la sonda superior (situada a 25cm del techo) y un máximo de 22,06ºC y un mínimo de 21,25ºC (△t = 0,81ºC) en la sonda inferior (situada a 25cm del suelo). DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES La primera conclusión que extraemos de la experiencia de Casas del Carmen tiene que ver con la dificultad de implementar en la práctica de la rehabilitación soluciones constructivas específicas que resultan casi triviales en viviendas passivhaus de nueva planta. Mucho hemos aprendido de la experiencia y casi todo lo fundamental tiene que ver con que no son posibles recetas a priori, ya que la realidad de lo construido a menudo malogra cualquier solución que no haya sido contrastada ad hoc. Las mediciones de temperatura realizadas durante el mes de marzo, con temperaturas exteriores en torno a los 13-14ºC de media diaria, resultan en una media prácticamente constante de unos 18ºC en el interior de la vivienda, sin aporte de calor sensible de equipo de calefacción alguno. Estos 18ºC podríamos decir que son insuficientes como temperatura de confort durante el día, si bien estarían dentro de lo adecuado durante las horas nocturnas. La conclusión más importante por el momento tiene que ver precisamente con esta escasa variación de la temperatura interior de la vivienda a lo largo del día y de la noche. Las actuaciones de rehabilitación de la envolvente de la vivienda tanto en parte ciega (SATE 10cm lana mineral) como en huecos (marcos de Uf= 1,2 w/m2ºK y vidrios de Ug= 0,6 w/m2ºK), así como la reducción muy significativa de infiltraciones de aire exterior (valores de h-1= 1 a n50 en el blower door test) y la instalación de un recuperador de calor de alta eficiencia (93%) han conseguido mantener la temperatura interior prácticamente constante a lo largo de las 24h del día. A decir de los usuarios de las viviendas, acciones hasta entonces normales como encender los calentadores al volver del trabajo después de permanecer la vivienda desocupada durante el día o colocarse la bata al salir de la cama de madrugada resultan de todo innecesarias. AGRADECIMIENTOS The authors would like to thank the ERDF of European Union for financial support via project “EREBA2020” of the “Programa Operativo FEDER de Andalucía 2007-2013”. We also thank all Public Works Agency and Regional Ministry of Public Works and Housing of the Regional Government of Andalusia staff and researchers for their dedication and professionalism. De igual forma a las empresas Soudal y Weber, y especialmente a Isover y Sabán Construcciones por su colaboración en la fase de ejecución de obra. Bibliografía [1] Y. Sun, P. Huang, G. Huang, A multi-criteria system design optimization for net zero energy buildings under uncertainties, Energy and Buildings, 97 (2015) 196-204. [2] C. Becchio, P. Dabbene, E. Fabrizio, V. Monetti, M. Filippi, Cost optimality assessment of a single family house: Building and technical systems solutions for the nZEB target, Energy and Buildings, 90 (2015) 173-187. [3] C. Xia, Y. Zhu, B. Lin, Renewable energy utilization evaluation method in green buildings, Renewable Energy, 33 (5) (2008) 883-886. [4] A. Ipakchi, F. Albuyeh, Grid of the future, IEEE Power and Energy Magazine, 7 (2) (2009) 52-62.
www.plataforma-pep.org