Los aproximadamente 100 km² existentes de superficies de oficinas en España son responsables del segundo mayor consumo energético en la edificación

Entender y cuantificar la demanda de energía en los edificios es algo complicado para los proyectistas. Empezar por la envolvente siempre es una buena idea. AFL Interempresas Cerramientos y Ventanas nos invita a centrarnos en un concepto muy relacionado con las fachadas, el estándar europeo Passivhaus. En este artículo centraremos más el tiro y hablaremos solamente de edificios no residenciales. Así será más fácil empezar a entenderse.

Las certificaciones obligatorias, las normativas internacionales y los estándares voluntarios sobre energía en edificación persiguen uno de dos objetivos posibles: reducir al máximo la demanda energética para operar los edificios; o bien reducir la demanda y además satisfacer la energía necesaria con fuentes de energías renovables en el propio edificio. El primer objetivo se conoce como pasivo o bioclimático. Se trata, gráficamente, de diseñar y construir edificios que funcionen como termos. El segundo objetivo es activo o dinámico: una vez construido el termo le ponemos un abrigo absorbente que debería mantenerlo caliente para siempre.

La mayoría de nuestros edificios actuales, reconozcámoslo, no son ni pasivos ni activos. En España, los aproximadamente 100 km² existentes de superficies de oficinas son responsables del segundo mayor consumo energético en la edificación; solo por detrás del residencial que tiene una superficie construida veinte veces mayor¹. Las oficinas, fábricas, escuelas y hospitales británicos son responsables del 18% de las emisiones de CO₂ del país y consumen unos 300 TWh de energía por año, equivalente a toda la energía primaria consumida en Suiza. Pero lo más preocupante es que las emisiones de los edificios no residenciales (británicos y españoles) han permanecido constantes a lo largo de las dos últimas décadas².

¿Cuánta energía debería consumir un edificio de oficinas por metro cuadrado³ para considerarse eficiente? Según el IDAE el consumo medio actual de edificios de oficinas en España es de 230kWh/m² año. En nuestro país no existe todavía un objetivo oficial de consumo para edificios de energía casi nula. Comparando con países de nuestro entorno, esa exigencia para edificios de oficinas estará en torno a 60 kWh/m² año. Eso es la cuarta parte de lo que consumen de media hoy; parece un buen avance. Pero, ¿es suficiente? Estudios como TOBEEM⁴ y datos de proyectos recientes permiten suponer que un edificio de oficinas de bajo consumo en nuestro país demandaría unos 10 kWh/m² año para iluminación, unos 10 kWh/m² año para calefacción y entre 20 y 30 kWh/m² año para refrigeración, dependiendo de la zona climática. Total, una media de 45 kWh/m² año. Con ese objetivo la reducción podría ser del 80% o más… y es alcanzable.

El estándar Passivhaus es una guía fiable para el diseño de edificios, también los de consumo de energía casi nulo, asegurando por un lado sus prestaciones energéticas y de confort, y por otro lado reduciendo su consumo al máximo posible.

Los especialistas en PassivHaus hablan de cinco principios y cinco criterios para cumplir con el estándar. Veámoslos en una tabla, aunque no se enlazan necesariamente entre sí:

Los cinco principios tienen relación directa con la envolvente del edificio, aunque el quinto se comparte con las instalaciones. Los cinco criterios en cambio son más amplios; para cumplirlos tenemos que integrar el diseño eficiente de las instalaciones y reducir la demanda de iluminación artificial.

El coeficiente U expresado como energía perdida por m²

¿Qué valores necesitamos para cumplir PassivHaus en nuestro clima y en edificios no residenciales? Tomemos como referencia un edificio de oficinas exento, de dos plantas y con una superficie útil de 360 metros cuadrados por planta. Este es un ejemplo real construido en Bolonia en 2007⁵. Las ventanas permiten iluminar el interior de forma natural. El muro, sin cámara de aire, está formado por tres capas: medio pie de ladrillo visto al exterior, aislamiento de poliestireno expandido de 12 cm, y fábrica de bloques de hormigón ligero de 30 cm. Las ventanas son de madera aunque el marco es mixto: madera por dentro, poliuretano revestido de aluminio por fuera. El vidrio es triple, con dos capas bajo emisivas y argón en las dos cámaras. La cubierta es plana y está aislada con 25 cm de EPS rígido, igual que la solera. Todas las juntas están selladas con bandas estancas.

¿Cuál es el resultado? La transmitancia térmica de los muros opacos es 0,22 W/m²K, la de la cubierta 0,10 W/m²K, y la de la solera 0,17 W/m²K. El coeficiente Uw de las ventanas es de 0,73. El ensayo de puerta soplante dio un resultado de 0,4 renovaciones hora a 50 Pascales de salto de presión; es decir, un tercio por debajo del límite PassivHaus.

Las demandas térmicas resultantes son extraordinarias: 4,5 kWh/m² año para calefacción y 5,6 kWh/m² año para refrigeración. Sumando los 10 kWh/m² año que consume para iluminación interior, la demanda de energía es de solo 20 kWh/m² año; menos de la mitad de lo que nos planeábamos como objetivo para edificios de oficinas en España.

En conclusión, para conseguir un estándar PassivHaus en edificios no residenciales, que es la llave para lograr edificios de energía casi nula, tenemos que asumir tres cosas:

• La transmitancia térmica global tiene que ser bajísima, lo que nos obliga a asumir espesores de muros superiores a lo que estamos acostumbrados (40 centímetros en lugar de 30) y a reducir el porcentaje de vidrio en fachada. El mejor vidrio triple con un muro cortina de altísimas prestaciones nos da un Uw en torno a 0,7 W/m²K, más del triple de lo que transmite un humilde muro opaco con 12 o 15 centímetros de aislamiento convencional. Podremos reducir los espesores de fachada con aislamientos de muy baja conductividad y otras composiciones, pero no podremos seguir haciendo edificios de oficinas con el 80% de la envolvente acristalada.
• Cuando ya hemos reducido la transmitancia y protegido los huecos de la radiación solar, el factor relevante pasa a ser la infiltración de aire, en lenguaje PassivHaus la hermeticidad. Los nuevos edificios de oficinas con una buena fachada y no demasiadas ventanas pueden tener un valor de n⁵⁰ inferior a 0,6 renovaciones / hora, pero nuestras oficinas actuales padecen entre 2 y 3 renovaciones / hora porque no damos importancia a la hermeticidad. Mejorar esto es factible, cuesta muy poco dinero y solo requiere de buenos detalles en proyecto y de un exigente control de ejecución en obra.
• La eficacia de las instalaciones y la selección de sistemas de generación de frío/calor de alto COP no bastan. Tenemos que aprender a operar nuestros edificios no residenciales con más inteligencia. Un gestor de mantenimiento que controla las temperaturas, impide un mal uso de los espacios y mantiene los equipos es tan importante o más que un sistema BMS de control automático. Finalmente, los usuarios tendremos que colaborar: aceptando algo de fresco en invierno y algo de calorcillo en verano, no abriendo las ventanas cuando no conviene, y vistiéndonos para trabajar de manera cómoda.

¿Qué soluciones de envolventes tenemos en 2017 para alcanzar los objetivos de baja demanda energética y equilibrarla con energía generada in situ? Demos un rápido repaso a las novedades de los catálogos y las páginas web de nuestro sector.

Primero, un sistema de fachada ventilada ligera y de espesor medio, propuesto por lumenHAUS, que combina paneles de yeso laminado con aislamiento térmico de lana mineral y poliuretano. Su espesor total es de solo 27 cm, pero logra un coeficiente U de 0,14 W/m²K. La ventana es de aluminio y consigue un coeficiente Uw de 0,70 W/m²K con vidrio triple, capas bajo emisivas y argón.

Fachada ventilada ligera lumenHAUS con estándar PassivHaus.

Pensando en la hermeticidad entre ventanas y muros, las firmas tremco illbruck y Soudal Window Systems nos aportan sellantes y bandas innovadores. El sistema i3 de illbruck destaca como una solución completa en edificios de bajo consumo energético. Otra firma más cercana es la portuguesa Effisus con las soluciones Ecofacade.

Sellados y espumas en la unión ventana-muro con productos Effisus Ecofacade.

¿Cuáles son los muros cortina más estancos y de menor coeficiente U? La tendencia en el norte de Europa son las 'Closed Cavity Facades', o dobles pieles de vidrio con poco espesor. El iniciador de estos sistemas fue la firma Josef Gartner en los 2000, pero ya están apareciendo soluciones de gamistas. Una de las más interesantes es la serie Wictec Modul-Air de Wicona.

Concepto de Closed Cavity Facade: altas prestaciones en poco espesor. Wictec Modul-Air de Wicona.

¿Cómo se limpia la cámara intermedia y se evita que aparezcan condensaciones en cara 2? Un circuito de aire seco empujado desde un compresor mantiene la cámara a una ligera sobrepresión para que no entren ni humedad ni polvo del exterior. El acceso a la cámara solo se necesita para mantener las lamas de control solar, es decir, una vez cada pocos años.

No se puede lograr más con vidrio: coeficiente U en torno a 0,6 W/m²K, hermeticidad n⁵⁰ < 0,6 r/h, atenuación acústica Rw > 48 dB pero sube de 50 dB fácilmente. Eso sí, hay puntos débiles: el consumo energético del compresor, el elevado coste y el recalentamiento de la cámara de aire exterior, que supera los 60º en nuestro clima de verano. Lo sensato es combinar estos elementos modulares con otros opacos de aislamiento por debajo de 0,2 W/m²K.

Concluyamos esta lista con el vidrio con cámara de vacío, ya en el mercado, y que pronto veremos en versión triple. Los orientales nos llevan la delantera en este sistema: la multinacional japonesa NSG compró la patente de vidrio con cámara al vacío en 1994, y produjo la primera versión comercial en 1997. Tras adquirir Pilkington, NSG ha lanzado la serie Pilkington Spacia. Los chinos no se han quedado atrás; desde 2008 existe una norma china para la fabricación de vidrio con cámara de vacío, la primera en el mundo. El transformador chino Landglass tiene otra solución en el mercado, LandVac.

Vidrio doble con cámara de vacío de NSG Pilkington. Bajo coeficiente U en 6,2 mm.

Los números⁶ son convincentes: dos lunas de 3 mm separadas entre sí por una cámara de 0,2 mm en la que se ha hecho el vacío (espesor total poco más de 6 mm) obtienen un coeficiente U en el centro del vidrio entre 1,1 y 0,9 W/m²K. El valor más bajo se debe a la capa de baja emisividad en cara 2, que actúa también como filtro para reducir el factor solar a 0,53 con una transmisión luminosa del 70%. Altas prestaciones en poco espesor. ¿Cuáles son los inconvenientes? Quien se acerque al vidrio notará unos pequeños separadores situados cada 20 mm para evitar que las lunas entre en contacto. Y las dimensiones todavía no son gran cosa: máximo 1.350x2.400 mm.

No hemos hablado de tecnologías activas porque no es el momento. Un edificio de consumo energético casi nulo tiene que aportar in situ mediante fotovoltaica, solar térmica o biomasa la mayor parte de la energía que necesita, pero primero tenemos que reducir al máximo esa energía necesaria. Nuestro clima y las condiciones de coste/rendimiento del mercado fotovoltaico y solar térmico hacen pensar que la generación no será el problema. La dificultad sigue siendo nuestra falta de compromiso para reducir el consumo energético al máximo, con tecnologías ya disponibles.

Ya que hablamos de consumo debemos reducir además el consumo de agua y la energía embebida en los materiales, asegurando su reciclabilidad e incorporando en el diseño el concepto de ciclo de vida con reposiciones programadas.

El 1 de enero de 2021 está a la vuelta de la esquina. Quedan menos de 3 años para que, junto al resto de Europa, cambiemos definitivamente la manera de diseñar, construir, mantener y rehabilitar edificios, también los no residenciales. El 80% de la tarea pasa por incorporar los principios y criterios de PassivHaus a nuestros proyectos y rehabilitaciones, junto a otras certificaciones como LEED y Well. El resto será integrar la generación para reducir el balance energético. También muy importante, pero no podemos pedirle milagros si antes no hacemos bien los deberes de reducción de consumos.

Notas

1. Tomado de World Office Forum: http://worldofficeforum.com/edificios-de-energia-cero/

2. Delay, Thomas. “Energy efficiency in non-domestic buildings”, Carbon Trust 2013

3. Cuando hablamos de energía consumida por metro cuadrado en un edificio nos referimos a la energía para calentar, enfriar, ventilar e iluminar el edificio, sin incluir la energía consumida en otros equipos como ordenadores o ascensores.

4. Proyecto TOBEEM. Viabilidad del diseño actual de edificios de oficinas en Madrid de coste y consumo energético mínimos en el horizonte de 2020. Resumen ejecutivo, 2013.

5. Wassouf, Micheel. “Edificios PassivHaus construidos en climas cálidos”, Semana de la Energía Sostenible de Vitoria-Gasteiz 20126. De Pilkington Spacia.

6. De Pilkington Spacia.