Passivhaus, sobrescalfament i inèrcia tèrmica (II)
(CAT) En la nostra entrada anterior ("Passivhaus, sobrescalfament i inèrcia tèrmica (I)") vàrem explicar com es va tenir en compte la inèrcia tèrmica en un dels nostres projectes Passivhaus per evitar el sobreescalfament de l'edifici a l'estiu (i per a mantenir una temperatura estable a l'hivern). La idea inicial, la qual va ser confirmada en els nostres càlculs, era que un edifici de construcció pesada tradicional (murs de càrrega ceràmics i forjats unidireccionals de biguetes pretensades, amb fonamentació pesada de llosa de 40 cm de gruix) funciona bé a l'estiu en un clima mediterrani amb menys aïllament tèrmic que una construcció d'entramat lleuger, ja sigui de fusta o tipus "steel-framing". Això permet que l'edifici tingui menys risc de sobreescalfament a l'estiu i li permet recuperar, en cas d'obertura de finestres, la temperatura de confort amb més facilitat, sempre que l'edifici no arribi a sobreescalfar-se en el seu conjunt. A més, permet tenir menys oscil·lacions de la temperatura interior, tant a l'estiu com a l'hivern. En aquesta entrada la nostra intenció es la de descriure de manera més precisa el mètode utilitzat i exposar els càlculs realitzats.
En primer lloc, segons el full de càlcul PHPP de l'institut Passivhaus (document que s'utilitza per a la certificació), vam veure que hi havia una diferència substancial si consideràvem diferents valors de la capacitat específica de l'edifici. Per un valor d'edifici lleuger (60 Wh/K) o per un valor d'edifici de construcció mixta (132 Wh/K) la diferència en la demanda de calefacció arribava a ser de més de 4 kWh/m2 any (passàvem de 19 a 15 kWh/m2 any) i per tant la diferència podia ser la de tenir un edifici Passivhaus o no tenir-lo. La diferència entre un edifici de construcció mixta i un edifici de construcció pesada no era tan rellevant i es limitava a uns 2 kWh/m2 any.
La diferència a l'estiu també era rellevant en el primer cas (passàvem de 7 a 4 kWh/m2 any), però on el resultat era més espectacular era en la freqüència de sobreescalfament, on passàvem d'un 10,9% (i, per tant, no complíem amb el requisit de menys d'un 10% de sobreescalfament a l'estiu) a un 5,9%. En el cas de considerar una construcció pesada, la freqüència de sobreescalfament només es reduïa fins al 5,4%. Però, quan parlem de construcció lleugera, mixta o pesada, de què parlem exactament? Una casa amb murs portants de maó foradat, forjat unidireccional de biguetes de formigó i llosa de fonamentació , fins a quin punt és una construcció "pesada"?. És veritat que en el PHPP es té en compte la capacitat específica de l'edificació, però la manera de calcular-la segons el manual és molt simplificada (Capacitat específica = 60+( n massiu x 24 Wh/m2K) + ( n semimassiu x 12 Wh/m2K), on "n" representa cadascuna de les cares interiors d'una habitació/habitatge amb un màxim de 6).
Per a un càlcul més acurat vàrem acudir a la norma ISO 13786, en la qual es basa la norma tècnica francesa "Règles TH-I. Caractérisation de l'inertie thermique des bâtiments". Amb aquestes normes tècniques és possible fer un càlcul de les característiques tèrmiques dinàmiques al llarg d'un dia d'un edifici tenint en compte les superfícies de tots els seus elements i fent una repercussió sobre la superfície habitable de l'edifici i així obtenir una capacitat específica del conjunt. Aquest número és el que compararíem amb el que dóna el PHPP per saber com de pesat es el nostre sistema constructiu.
Amb aquest mètode vàrem poder comprovar que realment el nostre edifici estava més a prop d'una edificació mixta que d'un edifici pesat, tot i la influència de la llosa de fonamentació i els murs d'obra de maó foradat. El fals sostre entre el forjat de coberta i l'espai habitable minvava molt la capacitat tèrmica del forjat de biguetes de formigó, p.ex., i també variaven molt els resultats si es canviava la densitat dels materials d'acabat. Per exemple, era significativa la diferència si es canviava la densitat de l'enguixat d'acabat (aquesta pot variar entre 900 i 1.400 kg/m3 aprox.) o si es canviava l'enrajolat de gres per un paviment de fusta (la capacitat tèrmica de la llosa en el segon cas passa dels 227 Wh/m2K del càlcul anterior a uns 70-75 Wh/m2K). Això és així per la major capacitat aïllant de la fusta respecte del gres, que impedeix que la llosa emmagatzemi tota l'energia que li arribaria a través d'un material més conductor. En tot cas, s'hauria de veure què passa a llarg i mitjà termini, ja que aquest mètode només contempla el cicle d'un dia, i tampoc no té en compte els afectes de la climatització dins l'edifici. Segurament per a períodes més llargs de temperatura estable la influència de la massa de la solera de fonamentació augmenta considerablement ja que la capacitat aïllant de la fusta és limitada. En qualsevol cas, el càlcul diari sí que pot tenir valor a l'hora d'introduir un valor vàlid en el full de càlcul PHPP.
Per acabar, val la pena comentar la gràfica que mostra el decalatge entre les temperatures exteriors i els períodes de màxima emissivitat dels elements de l'edifici. Segons les gràfiques extretes, el decalatge està al voltant de les 11 hores, de manera que l'hora del dia amb una temperatura més alta gairebé coincideix amb el moment en què l'emissivitat dels elements més pesats (llosa i murs) és més baixa. Els cicles tenen la mateixa amplitud, però gràcies a la massa interna de l'edifici, aquest es capaç de retardar els períodes de major emissivitat. Això fa que la temperatura interior sigui més estable en un edifici pesat i fa que no es produeixin canvis bruscs en la temperatura interior.
Així doncs, què ens aporta de més un edifici massiu respecte d'un edifici lleuger? En un edifici unifamiliar aïllat, amb espai exterior de jardí i piscina, sembla raonable pensar que a l'estiu hi pot haver bastants de dies en què hi hagi la tendència a obrir la casa a l'exterior. Si a més pensem en una casa on hi hagi nens entrant i sortint constantment, pot ser realment difícil controlar climàticament el que passa dins de l'habitatge. En una casa lleugera, si l'aire climatitzat de l'interior de la casa s'escapa, cal tornar a climatitzar tot l'aire interior per tornar a la temperatura de confort i retenir-lo. En una casa massiva hi ha més marge de maniobra, ja que la major emissivitat dels materials col·laboren en mantenir la temperatura de confort durant un temps més prolongat. Per tant, per a un edifici massiu mantenir la casa oberta a l'exterior durant unes hores, encara que faci calor, serà sempre menys problemàtic que en un edifici lleuger.
(ESP) En nuestra entrada anterior ( "Passivhaus, sobrescalfament i inèrcia tèrmica (I)" ) explicamos cómo se tuvo en cuenta la inercia térmica en uno de nuestros proyectos Passivhaus para evitar el sobrecalentamiento del edificio en verano (y para mantener una temperatura estable en invierno). La idea inicial, que fue confirmada en nuestros cálculos, era que un edificio de construcción pesada tradicional (muros de carga cerámicos y forjados unidireccionales de viguetas pretensadas, con cimentación pesada de losa de 40 cm de espesor) funciona bien en verano en un clima mediterráneo con menos aislamiento térmico que una construcción de entramado ligero, ya sea de madera o tipo "steel-framing". Esto permite que el edificio tenga menos riesgo de sobrecalentamiento en verano y le permite recuperar, en caso de apertura de ventanas, la temperatura de confort con más facilidad, siempre que el edificio no llegue a sobrecalentarse en su conjunto. Además, permite tener menos oscilaciones de la temperatura interior, tanto en verano como en invierno. En esta entrada nuestra intención es la de describir de manera más precisa el método utilizado y exponer los cálculos realizados.
En primer lugar, según la hoja de cálculo PHPP del instituto Passivhaus (documento que se utiliza para la certificación), vimos que había una diferencia sustancial si considerábamos diferentes valores de la capacidad específica del edificio. Para un valor de edificio ligero (60 Wh / K) o para un valor de edificio de construcción mixta (132 Wh / K) la diferencia en la demanda de calefacción llegaba a ser de más de 4 kWh / m2 año (pasábamos de 19 a 15 kWh / m2 año) y por tanto la diferencia podía ser la de tener un edificio Passivhaus o no tenerlo. La diferencia entre un edificio de construcción mixta y un edificio de construcción pesada no era tan relevante y se limitaba a unos 2 kWh / m2 año.
(Imagen 1)
(Imagen 2)
La diferencia en verano también era relevante en el primer caso (pasábamos de 7 a 4 kWh / m2 año), pero donde el resultado era más espectacular era en la frecuencia de sobrecalentamiento, donde pasábamos de un 10,9% (y , por tanto, no cumplíamos con el requisito de menos de un 10% de sobrecalentamiento en verano) a un 5,9%. En el caso de considerar una construcción pesada, la frecuencia de sobrecalentamiento sólo se reducía hasta el 5,4%. Pero, cuando hablamos de construcción ligera, mixta o pesada, de qué hablamos exactamente? Una casa con muros portantes de ladrillo hueco (gero), forjado unidireccional de viguetas de hormigón y losa de cimentación, hasta qué punto es una construcción "pesada" ?. Es verdad que en el PHPP se tiene en cuenta la capacidad específica de la edificación, pero el modo de calcularla según el manual es muy simplificada (Capacidad específica = 60+ (n masivo x 24 Wh / m2K) + (n semimassiu x 12 Wh / m2K), donde "n" representa cada una de las caras interiores de una habitación / vivienda con un máximo de 6).
Para un cálculo más preciso acudimos a la norma ISO 13786, en la que se basa la norma técnica francesa "Règles TH-I. Caractérisation de l'inertie thermique des bâtiments". Con estas normas técnicas es posible hacer un cálculo de las características térmicas dinámicas a lo largo de un día de un edificio teniendo en cuenta las superficies de todos sus elementos y haciendo una repercusión sobre la superficie habitable del edificio y así obtener una capacidad específica del conjunto. Este número es el que compararíamos con lo que da el PHPP para saber cómo de pesado es nuestro sistema constructivo.
(Imagen 3)
Con este método pudimos comprobar que realmente nuestro edificio estaba más cerca de una edificación mixta que de un edificio pesado, a pesar de la influencia de la losa de cimentación y los muros de obra de ladrillo hueco. El falso techo entre el forjado de cubierta y el espacio habitable disminuía mucho la capacidad térmica del forjado de viguetas de hormigón, p.ej., y también variaban mucho los resultados si se cambiaba la densidad de los materiales de acabado. Por ejemplo, era significativa la diferencia si se cambiaba la densidad del enyesado de acabado (esta puede variar entre 900 y 1.400 kg / m3 aprox.) O si se cambiaba el pavimento de gres por un pavimento de madera (la capacidad térmica de la losa en el segundo caso pasa de los 227 Wh / m2K del cálculo anterior a unos 70-75 Wh / m2K). Esto sucede por la mayor capacidad aislante de la madera respecto del gres, que impide que la losa almacene toda la energía que le llegaría a través de un material más conductor. En todo caso, se debería ver qué pasa a largo y medio plazo, ya que este método sólo contempla el ciclo de un día, y tampoco tiene en cuenta los afectos de la climatización dentro del edificio. Seguramente para períodos más largos de temperatura estable la influencia de la masa de la solera de cimentación aumenta considerablemente ya que la capacidad aislante de la madera es limitada. En cualquier caso, el cálculo diario sí puede tener valor a la hora de introducir un valor válido en la hoja de cálculo PHPP.
(Imagen 4)
Por último, vale la pena comentar la gráfica que muestra el desfase entre las temperaturas exteriores y los períodos de máxima emisividad de los elementos interiores del edificio. Según las gráficas extraídas, el desfase está en torno a las 11 horas, por lo que la hora del día con una temperatura más alta casi coincide con el momento en que la emisividad de los elementos más pesados (losa y muros) es más baja . Los ciclos tienen la misma amplitud, pero gracias a la masa interna del edificio, este es capaz de retrasar los períodos de mayor emisividad. Esto hace que la temperatura interior sea más estable en un edificio pesado y hace que no se produzcan cambios bruscos en la temperatura interior.
Así pues, ¿qué nos aporta de más un edificio masivo respecto de un edificio ligero? En un edificio aislado, con espacio exterior de jardín y piscina, parece razonable pensar que en verano puede haber bastantes días en que haya la tendencia a abrir la casa al exterior. Si además pensamos en una casa donde haya niños entrando y saliendo constantemente, puede ser realmente difícil controlar climáticamente lo que pasa dentro de la vivienda. En una casa ligera, si el aire climatizado del interior de la casa se escapa, hay que volver a climatizar todo el aire interior para volver a la temperatura de confort y retenerlo. En una casa masiva hay más margen de maniobra, ya que la mayor emisividad de los materiales colaboran en mantener la temperatura de confort durante un tiempo más prolongado. Por lo tanto, para un edificio masivo mantener la casa abierta al exterior durante unas horas, aunque haga calor, será siempre menos problemático que en un edificio ligero."