Diseño de edificios de elevada eficiencia energetica en Construcción sostenible

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Sección 3

Diseño de edificios de elevada eficiencia energetica

El objetivo último de la eficiencia energética en la edificación es, como se ha dicho, reducir el consumo de energía primaria, y consecuentemente las emisiones de CO2 a la atmósfera debido a la actividad constructiva y sobre todo, al uso y explotación de los edificios. Para conseguir este objetivo de reducción de consumo energético, es necesario entender una concepción en la que el edificio supera su papel de consumidor de energía para convertirse en una infraestructura energética urbana, capaz de generar, recibir, almacenar y distribuir energía térmica y eléctrica de forma inteligente, reduciendo el impacto energético y ambiental provocado por el hecho de construir. Y ello sin renunciar a la estética, ni a la transparencia, ni a la ligereza, ni al resto de condicionantes técnicos, espaciales y formales propios de la Arquitectura. Efectivamente, hoy en día la consecución de un adecuado nivel de confort en los edificios se suele confiar fundamentalmente, a los sistemas convencionales de climatización; en menor medida a los sistemas y soluciones pasivas; y apenas se presta importancia a la influencia de la forma arquitectónica. La eficiencia energética en la edificación exige alterar el orden de estas estrategias y proponer un esquema inverso, donde la mayor parte del confort se consiga gracias a la forma, la proporción, los materiales y la orientación elegidos; en menor medida, pero de forma decidida, a los sistemas pasivos, que aprovechan las condiciones climáticas del entorno; y, por último, a los sistemas activos de alta eficiencia alimentados con energías renovables. Basándose en estos principios, la metodología que debe llevar un diseño que quiera ser eficiente energéticamente deberá seguir la siguiente eco-lógica: a) Un estudio climático exhaustivo, con análisis de todas las variables higrotérmicas temperatura, humedad, radiación solar, velocidad y dirección de los vientos dominantes,… - que afectan al proyecto, de forma que desde el primer momento se dispone de datos sobre cuáles pueden ser, a priori, las variables de las que habrá que protegerse, y las que tienen un potencial de aprovechamiento energético. b) Del análisis conjunto de estos datos y el resto de condicionantes, debe surgir la primera idea de cómo adecuar programa, forma y lugar. De esta primera fase saldrán ideas que gracias a la comprensión del clima y simplemente con una respuesta sensible a éste, darán lugar a proyectos de baja demanda energética. c) A partir de aquí las estrategias de reducción de la demanda se consiguen con medidas pasivas, soluciones bioclimáticas puntuales que han de incorporarse de manera natural al diseño de edificio. d) El siguiente paso ha de ser buscar la máxima eficiencia a través de las medidas activas de ventilación y en los sistemas de climatización. De esta forma garantizamos la minimización del consumo energético del edificio. e) Finalmente, tras haber diseñado un volumen con muy poca demanda energética para su funcionamiento, y haber previsto los sistemas activos más eficientes para cada situación, se analizarán cuidadosamente las fuentes o recursos locales y las demandas para captar el máximo de la energía necesaria proveniente de fuentes renovables minimizando las energías fósiles con criterios de máxima eficiencia. 1 Demanda Energética y Consumo Energético 2 Estrategias de reducción de demanda de calefacción 3 Estrategias de reducción de demanda de refrigeración 4 Estrategias de eficiencia energética en iluminación

Demanda Energética y Consumo Energético Llamamos demanda energética de un sistema a la energía que necesita para realizar su función. En un edificio, por tanto, la demanda energética será la energía necesaria para que el edificio funcione con los estándares de confort (térmico, lumínico) adecuados, y cumpliendo con todos los requerimientos básicos de su función. Esta energía es suministrada por un sistema que tiene un rendimiento determinado y, por tanto, la energía que se suministra al sistema no tiene porque coincidir con la energía consumida. Salvo excepciones (bombas de calor, calderas de condensación,…) se consume más energía que la estrictamente requerida por el sistema para suministrar la demanda. A la energía consumida por el equipo para satisfacer la demanda es lo que llamamos Consumo. El consumo atiende pues a la relación siguiente entre la demanda y el rendimiento del sistema suministrador de energía. Consumo = Demanda / Rendimiento El objetivo final de la eficiencia energética es reducir el consumo de energía en los edificios, luego para ello podemos a) reducir la demanda, b) aumentar el rendimiento de los sistemas y c) actuar simultáneamente sobre la demanda y los sistemas. En términos generales, es mucho más eficiente – y también sensiblemente más barato - disminuir la demanda del edificio que aumentar el rendimiento de los equipos, si bien la optimización se consigue realizando ambas acciones simultáneamente. Por otra parte, para evaluar el impacto real de un determinado equipo, hay que realizar el análisis teniendo en cuenta no sólo energía final que se le ha suministrado para cubrir la demanda, sino que hay que considerar la fuente de energía primaria utilizada para este fin. En los edificios varía considerablemente la demanda de energía dependiendo de su función, así un edificio comercial presenta una demanda muy diferente, tanto en la calidad como en la distribución temporal, a la de una vivienda. Las necesidades de iluminación en un centro comercial son muy elevadas y la demanda de agua caliente sanitaria (ACS en adelante) es muy baja. Sin embargo, en una vivienda, este tipo de demanda se invierte, En general, la demanda en los edificios es, básicamente de tres tipos: Térmica, para satisfacer los requerimientos de ACS, calefacción y refrigeración, Luminosa, para los requerimientos de confort lumínico, Eléctrica, para las aplicaciones (diferentes aparatos). El tipo de energía que se use para satisfacer estas demandas puede ser eléctrica o térmica, y la fuente de energía primaria puede ser fósil, nuclear o renovable. La demanda energética de un edificio varía ostensiblemente dependiendo de varios factores que básicamente podemos clasificar en los siguientes: 1. La ubicación La ubicación es clave en el comportamiento de un edificio, ya que determina las características climáticas que influyen en él, afectando a las demandas de calefacción, de refrigeración o de iluminación. Dichas condiciones climáticas se pueden dividir en macroclimáticas y microclimáticas. Las condiciones macroclimáticas dependen de la zona del planeta donde se encuentre el edificio, es decir, dependen de la latitud, la longitud y la región determinada. Las más importantes son: Las temperaturas media, máxima y mínima a lo largo del día durante el invierno y el verano. La humedad relativa. La radiación solar incidente (directa y difusa). Las condiciones microclimáticas son aquellas que vienen determinadas por la geografía del lugar, como por ejemplo los accidentes geográficos, y que alteran las condiciones macroclimáticas. Las más importantes son: La orografía del terreno, que pueden determinar la accesibilidad solar, y la dirección de los vientos dominantes. La existencia de masas de agua cercanas, que reducen las variaciones bruscas de temperatura e incrementan la humedad ambiente. La existencia de vegetación. 2. La función El uso final de un edificio condiciona lógicamente la demanda energética de éste. Un edificio de oficinas tendrá necesidades muy diferentes en calidad y cantidad de energía que una vivienda, un hotel o un hospital. La demanda variará asimismo de forma diferente a lo largo del día. 3. El diseño El diseño del edificio tiene una enorme repercusión en su demanda energética. Es determinante buscar soluciones que garanticen unas demandas energéticas mínimas cubiertas mediante climatización artificial y que se aproveche al máximo la radiación solar y la iluminación natural. La forma y proporción del edificio influye determinantemente sobre: La superficie de contacto entre el edificio y el exterior, que se ve directamente afectada para la radiación solar y la exposición a los vientos. Es en definitiva un indicador de las pérdidas o ganancias de energía interior hacia el exterior. Cuánta mas superficie de contacto haya, más intercambios térmicos habrá, situación que es en principio favorable en el caso de clima templado y cálidos, y desfavorable en el caso de clima continental. La resistencia frente al viento. Cuanto mayor es un edificio, mayor es la resistencia al viento, excepto que haya obstáculos que lo eviten. Una mayor resistencia al viento es bueno en verano, ya que incrementa la ventilación, pero malo en invierno porque favorece las infiltraciones. El proyectista debe jugar con la forma del edificio para conseguir una buena ventilación en verano y unas infiltraciones mínimas durante el invierno. La situación de los huecos en la fachada y su tamaño, ya que permitirán una mayor ganancia solar y reducir así la demanda de energía. El proyectista debe buscar las soluciones más adecuadas en cada caso. Por ejemplo, son habituales las fachadas ventiladas, los espacios tapón, las cubiertas aljibe, etc. La orientación del edificio determina la captación de energía solar a través de las superficies de vidrio. En general, en climas continentales en vivienda interesa captar cuanta más energía mejor, ya que ayuda a reducir los consumos de calefacción en invierno. Durante el verano es necesario limitar dicha radiación mediante elementos de sombreamiento, u otras técnicas para que no se produzcan indeseados efectos de sobrecalentamiento. En edificios destinados a oficinas es necesario encontrar el compromiso entre iluminación natural y refrigeración, ya que si entra la luz, entra también el calor. Las características generales de las principales orientaciones son las siguientes: Orientación norte: Sólo recibe radiación solar algunas horas en verano, y ninguna en invierno. Corresponde a la zona más fría de la casa. Orientación sur: En invierno, la fachada sur recibe directamente muchas horas a lo largo del día, mientras que en verano la radiación llega más vertical, y la recibe sobre todo la cubierta. La fachada sur en España recibe aproximadamente tres veces más radiación solar en invierno que no en verano. La cubierta por su lado recibe aproximadamente 4,5 veces más radiación en verano que en invierno. Las fachadas con orientación este y oeste reciben 2,5 veces más radiación en verano que en invierno. Las fachadas de orientación sudeste y suroeste reciben una cantidad de radiación muy similar a lo largo de todo el año. Las orientaciones este y oeste son muy conflictivas durante el verano, sobre todo la orientación oeste, pues a partir del mediodía solar recibe una gran cantidad de radiación, muy difícil de controlar, ya que incide de forma perpendicular sobre la superficie vidriada. Además, durante las horas de la tarde, en verano, la temperatura ambiente ya ha subido de forma considerable, por lo que las condiciones exteriores son más desfavorables. En esta orientación los huecos vidriados deben estar protegidos de la insolación durante el verano. Y por las características geométricas de la incidencia solar, las protecciones horizontales (voladizos, pérgolas vegetales, etc) son poco efectivas en estas orientaciones, siendo preferibles las protecciones verticales, tales como lamas, árboles o similares. Ilustración 6: Análisis de la incidencia solar y esquema de medidas bioclimáticas - Fuente: Glenn Murcutt 4. La calidad de la construcción Es evidente que la calidad constructiva afectará directamente al consumo energético. El nivel de aislamiento térmico, la estanqueidad al aire, el tipo de vidrio empleado, los detalles constructivos que eviten los puentes térmicos, etc., determinarán la transferencia de energía entre el edificio y el entorno, y por lo tanto, su demanda energética. En este punto es fundamental hacer un comentario sobre la importancia de la puesta en obra de los elementos y materiales constructivos, ya que unos materiales muy buenos y costosos pueden, si están defectuosamente colocados, tener un comportamiento térmico muy malo, penalizando a todo el edificio en su consumo energético. 5. El comportamiento del usuario Es uno de los aspectos críticos, y en el cual también podemos actuar. Los hábitos que tengan los diferentes usuarios pueden conllevar diferencias en los consumos energéticos enormes. Hábitos como la temperatura a la que tengan el edificio, la ventilación que realicen, la utilización correcta de los sistemas de protección solar, etc., tienen un impacto enorme. La optimización de la operación del edificio es un factor crítico para la consecución de ahorros de energía, por lo que es especialmente importante actuar en acciones de formación y sensibilización en este sentido. Todos estos factores harán que la demanda energética del edificio varíe considerablemente, tanto en la cantidad de energía como en la distribución horaria a lo largo del día. Para el acondicionamiento térmico del edificio (calefacción/refrigeración), considerando un edificio convencional entendiendo por tal un edificio construido según las costumbres constructivas de cada lugar, las demandas globales varían dependiendo de todos los factores antes mencionados. Las demandas energéticas térmicas en vivienda se pueden agrupar en demandas de calefacción, de refrigeración y en ACS. A la hora de analizar las estrategias de reducción de la demanda energética nos centraremos en intentar reducir las demandas de calefacción y refrigeración, tal y como se detalla a continuación:

Estrategias de reducción de demanda de calefacción Cuando el objetivo es reducir las demandas de calefacción en los edificios, la estrategia consiste en captar la mayor energía solar posible, almacenarla y distribuirla en el edificio, y finalmente conservarla durante las horas en las que no existe esa ganancia solar. Dicho en otras palabras, el arquitecto debe diseñar un edificio que permita que la radiación solar penetre en su interior, y por otra parte la envolvente térmica debe garantizar, a través del aislamiento de fachadas, vidrios adecuados y estanqueidad en carpinterías, que las pérdidas de energía a través de la envolvente sean las menores posibles. La acción más inmediata a la hora de reducir la demanda energética es aprovechar al máximo las ganancias solares. Hemos visto como durante el invierno, la fachada sur de los edificios reciben numerosas horas de radiación al día. Si aprovechamos la energía calorífica de esta radiación para calentar el interior de edificio, estaremos necesitando, lógicamente, menos aportes del sistema de calefacción, y por lo tanto, estaremos ahorrando energía. En el informe de European Passive Solar Handbook se hace una clasificación de éstos sistemas de captación pasiva, dividiéndolos en captación directa y captación indirecta. La captación directa es la solución más simple. La radiación solar penetra directamente en los espacios habitados a través de las superficies acristaladas, donde es recogido y acumulado gracias a la inercia térmica de los suelos y las paredes. Una ventana representa el ejemplo más sencillo de este sistema. Para entender bien este concepto, es necesario refrescar algunos conceptos, como el de Efecto Invernadero. Estas aportaciones directas a través de los vidrios se fundamentan en lo siguiente: la longitud de onda de la radiación solar que llega a la tierra se encuentra comprendida generalmente entre 0,3 µm y 3,5µm. La mayor parte de los vidrios son permeables a estas longitudes de onda corta, lo que hace que aproximadamente un 80% de la radiación incidente sobre el vidrio lo atraviese, mientras que el otro 20% se refleja o lo absorbe el propio vidrio. Esta radiación que ha atravesado el vidrio calienta las paredes, el suelo, y en general todas las superficies contra las cuales incide, de forma que estos cuerpos, al calentarse, re-irradian al ambiente una energía que, en esta ocasión es de onda larga (del orden de los 11µm) frente a la cual el vidrio se comporta como un cuerpo opaco. De esta forma, el vidrio se comporta como la compuerta de una trampa de calor, de forma que permite la entrada de la energía pero no su salida, calentando el ambiente exterior. Para que un sistema de captación directa sea eficiente, se debe cumplir que la ganancia de calor en invierno a través de la superficie acristalada sea mayor que las pérdidas por transmisión a través del vidrio, que no se produzca sobrecalentamiento en verano y, por último, que la contribución neta a las necesidades térmicas del edificio sea importante. Todo esto implica grandes superficies acristaladas de los muros con exposición sur, acristalamiento doble y/o protección nocturna, adecuada capacidad térmica expuesta a la radiación, y protección solar en verano. Se denomina captación indirecta cuando entre la radiación solar y el espacio que se desea calefactar se colocan elementos intermedios que almacenan y, posteriormente, distribuyen la energía. Así como en el caso anterior, el único fenómeno de transferencia de calor que interviene es la radiación, en este caso cobran importancia capital, además, la conducción y la convección. Se genera entre el espacio a calentar y el exterior un espacio tampón que proporciona al edificio una protección adicional. Parte de la radiación solar entra directamente en el espacio interior, ya que entre el espacio tampón y el interior existen, a su vez, elementos transparentes que permiten la captación solar. Los sistemas más frecuentes son los espacios invernaderos (galerías adosadas) y los atrios. Todos los componentes poseen una parte masiva que almacena la energía solar captada, emitiendo esta energía en forma de radiación térmica con un desfase temporal (mas tarde) que depende de las características de los materiales empleados. Básicamente existen dos tipos de sistemas: el que exclusivamente tiene un muro masivo, tras un vidrio (el cual produce el efecto invernadero, favoreciendo la absorción de energía del muro) y los que, además, combinan el almacenamiento con la convección introduciendo el aire caliente en el espacio que queremos calentar. Ilustración 8: Ejemplo de Invernadero. Sede CENER en Pamplona (España) - Fuente: CENER El aislamiento térmico La influencia del aislamiento térmico es decisiva para obtener edificios energéticamente eficientes. Con unos niveles de aislamiento mayores a los normativos actualmente, podríamos ahorrar mucha energía en los edificios, sobre todo en los que tengan importantes demandas de calefacción. Además, es interesante tener presente que el aislamiento térmico es la medida que probablemente tenga una mejor relación coste / eficacia. Los materiales de aislamiento térmico son aquellos que presentan una elevada resistencia al paso de calor. Hemos visto que la propiedad física que mide la capacidad aislante es la conductividad térmica, λ. Cuanto más bajo sea su valor más capacidad aislante tiene el material. Se considera un material aislante térmico aquel cuyo valor de λ es menor a 0,06 W/m.K referidos a 10 ºC. La conductividad térmica es una característica intrínseca de cada material. Otra característica que se utiliza para evaluar el aislamiento es la resistencia térmica, que ya se ha explicado anteriormente, y que recodemos que se define como el cociente entre el espesor y la conductividad térmica del material. Esta propiedad es característica de cada producto (tipo de material y espesor). Cuanto mayor sea el valor de la resistencia térmica mayor es la capacidad aislante del producto. Por último, para definir el aislamiento que presentan los cerramientos de un edificio hay que utilizar la transmitancia térmica (valor U). Los cerramientos del edificio en contacto con el aire exterior (muros de fachada, cubiertas, suelos) suelen poseer varias capas o productos y el valor U caracteriza el cerramiento, ya que es la inversa de la suma de resistencias térmicas de todas las capas que componen el cerramiento y las resistencias térmicas superficiales tanto exterior como interior. Cuanto menor es el valor de U, más difícil será atravesar el calor a través del mismo, por tanto, mayor aislamiento poseerá dicho cerramiento. El Centro Nacional de Energías Renovables – CENER realizó un estudio muy interesante que identificaba el espesor de aislamiento matemáticamente óptimo para cada una de las zonas climáticas y capitales de provincia españolas. Puede descargarse en www.cteplus.es. Reducción de las infiltraciones La diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de un edificio genera un flujo de aire constante a través de grietas, juntas entre materiales, etc. El volumen de aire infiltrado dentro del edificio dependerá de la superficie total de estas pequeñas aberturas o juntas, así como el gradiente térmico, y el grado de exposición al viento de la fachada. Las infiltraciones tienen un impacto muy importante tanto en el nivel de eficiencia energética del edificio, como en el confort de sus usuarios. Resulta evidente que cuando la temperatura exterior es baja, tener un ingreso de aire frío dentro del edificio aumentará las cargas de calefacción, así como a la sensación del confort de los usuarios que se sitúen cerca de dichas infiltraciones. Sin embargo, como es habitual cuando hablamos de eficiencia energética en la edificación, el impacto de las infiltraciones dependerá de la zona climática en la que se encuentre el edificio. En climas fríos, el control de las infiltraciones puede convertirse en un factor clave de ahorro energético. Es recomendable sellar al máximo los edificios y controlar las renovaciones de aire por medio de sistemas mecánicos de flujo constante con el objetivo de reducir las pérdidas de calor. Es una de las estrategias principales del estándar Passiv Haus, que basa la eficiencia energética de los edificios en un control máximo de sus infiltraciones, limitándolo en 0.6 renovaciones de aire por hora. Este estándar constructivo es muy interesante y se recomienda profundizar sobre él. Sin embargos, en climas suaves, este aspecto no es tan relevante en cuanto a la eficiencia energética, e incluso en climas cálidos y húmedos pudiera suponer una ventaja el hecho de aumentar la tasa de ventilación del edificio. Es responsabilidad del proyectista evaluar la estanqueidad idónea para cada proyecto. Vidrios de baja emisividad Hemos visto como las superficies de vidrio permiten las ganancias solares, permitiendo a la radiación solar atravesarlas calentando el edificio. Sin embargo, en ausencia de radiación solar directa, y cuando las temperaturas exteriores son bajas, los huecos son un elemento delicado, porque a través suyo se producen una gran cantidad de pérdidas de energía hacia el exterior, al tener, lógicamente una mayor constante de conductividad térmica (λ)que un cerramiento opaco masivo. Por esta razón es interesante la utilización de vidrios bajo emisivos en climas fríos. Los vidrios bajo emisivos o Low-E, por su contracción en inglés, es un vidrio desarrollado para reducir las pérdidas de calor desde el interior. Los vidrios bajo emisivos son vidrios monolíticos sobre los que se ha depositado una capa de óxidos metálicos extremadamente fina, del orden de nanómetros, proporcionando al vidrio una capacidad de aislamiento térmico reforzado. Los vidrios bajo emisivos están ensamblados en un acristalamiento doble (o triple), y la superficie en la que se ha aplicado la paca de óxidos metálicos ha de quedar dando a la cámara de aire. La industria del vidrio está avanzando rápidamente, y ya podemos encontrar en el mercado vidrios bajo emisivos que, junto con un relleno de gas argón en la cámara de aire, alcanza conductividades térmicas inferiores a 1, similares a la que pudiera tener un paño de cerramiento opaco de baja calidad constructiva. Sistemas de recuperación de calor Una medida que puede tener un gran impacto en el ahorro energético sobre todo en climas fríos, pero también en climas cálidos es la instalación de un sistema de recuperación de calor. Los recuperadores de calor permiten la renovación del aire interior de un local conservando y recuperando la energía utilizada para climatizar este aire. El recuperador de calor funciona mediante la combinación de dos ventiladores centrífugos de bajo nivel sonoro, donde uno de ellos realiza la extracción del aire viciado del interior del local hacia la calle, y el otro impulsa aire fresco del exterior hacia el interior del local. Los dos circuitos se cruzan sin mezclarse, en un intercambiador de placas, donde el calor del aire saliente, se transfiere al aire fresco del exterior y lo calienta. De esta forma conseguimos recuperar un alto porcentaje de la energía utilizada para calentar o enfriar el aire del interior del local, y reutilizarla. Sin la utilización del recuperador, esta energía se perdería totalmente. También es una de las estrategias principales del estándar Passiv Haus.

Estrategias de reducción de demanda de refrigeración En los climas continentales como en el que nos encontramos en España, lo habitual es tener demandas de energía térmica tanto para calefacción como para refrigeración. Hemos visto como la estrategia en invierno es captar el máximo de energía, almacenarla y conservarla. En verano, la estrategia fundamental es evitar el sobrecalentamiento del edificio minimizando la radiación solar sobre los vidrios de fachada, ventilando y refrigerando el edificio cuando la temperatura exterior descienda, y reduciendo las cargas internas, sobre todo en el sector terciario. Protecciones solares Las protecciones solares del hueco acristalado son sin duda la medida más eficaz y rentable económicamente para reducir las demandas energéticas de refrigeración, especialmente en edificio de oficinas con un ratio vidrio/opaco elevado. Una vez más, los arquitectos nos encontramos con el problema de diseñar una protección solar que reduzca la radiación incidente sobre el hueco en verano, pero que permita la captación energética en invierno. Esto se consigue mediante la utilización de dos tipos de protecciones: fijas o móviles, aunque también se pueden considerar el efecto de árboles u otro tipo de elemento vegetal. En la orientación sur son muy eficaces los elementos horizontales fijos integrados en el diseño arquitectónico – voladizos, lamas horizontales, pérgolas, etc. Sin embargo, este tipo de protecciones no son eficaces en las orientaciones este y oeste. Debido a la baja altura solar en esas orientaciones, la radiación llega al edificio muy horizontal, y no es bloqueada por un voladizo horizontal. En estas orientaciones lo más eficaz es colocar protecciones móviles, o bien fijas en forma de lamas verticales. Ilustración 9. Ejemplo de protecciones solares en viviendas en Madrid - Fuente: FOA El dimensionado de las protecciones solares fijas depende de la orientación de la ventana considerada (y también de la latitud). Una posibilidad interesante es la de integrar en los elementos de protección solar, los sistemas de captación de energía solar, de forma que un solo elemento nos proteja de la radiación solar y a la vez, esté captando o generando energía. Por último, y aunque resulte una obviedad, recordar que en caso de trabajar con árboles como protección solar, las especies deberán ser de hoja caduca, de forma que protejan de la radiación solar en verano, pero permitan las ganancias solares en invierno. Ilustración 10. Ejemplo de protecciones móviles - Fuente: CENER Estrategias de Ventilación y refrigeración Una de las estrategias más interesantes a la hora de reducir las cargas de refrigeración es el uso de la ventilación de los edificios. La entrada de aire a temperatura inferior a la de confort favorece la disipación del calor acumulado en la masa térmica, “descargando” térmicamente el edificio y actuando también sobre la sensación de confort de los ocupantes, aumentando la evapotranspiración. La acción del viento sobre la envolvente del edificio genera diferencias de presión (positivas o negativas) producidas al intentar el flujo de aire superar el obstáculo que supone el edificio, y que encuentran un “atajo” en las aberturas que hubiera en la envolvente, provocando corrientes de aire en el interior del edificio. Como es lógico, cuando exista carga de calefacción, la ventilación solo será deseable cuando la temperatura exterior sea inferior a la temperatura de confort; cuando por medio del movimiento del aire sea posible disipar cargas internas y ganancias solares o cuando sea necesario reducir los niveles de humedad o de contaminación del aire. Un parámetro de diseño que el proyectista ha de tener en cuenta es la ubicación de los puntos de entrada de aire del exterior. La radiación incidente sobre cada fachada, la exposición a los vientos dominantes, la presencia de vegetación, agua o zonas de alta carga interna pueden hacer variar sensiblemente la temperatura del aire de ventilación. Existen diferentes tipos de ventilación. A continuación vamos a detallar las más interesantes en este contexto de construcción sostenible: Ventilación simple: es la que se produce a través de una única fachada. No es una estrategia eficiente, ya que tiene escaso potencial de ventilación, al no existir otra abertura que permita la salida del aire y por lo tanto, el flujo pasante. En cualquier caso, es siempre preferible la apertura de dos huecos en una fachada, aunque sean de menor tamaño, que de un solo hueco, aunque sea de mayores dimensiones. Ventilación cruzada: La ventilación cruzada es una de las estrategias fundamentales para reducir las cargas de refrigeración. Consiste en disponer de las estancias ventiladas de una entrada de aire fresco, y una salida de aire caliente y viciado. Por eso, si se persigue un edificio de elevada eficiencia energética, el arquitecto tendrá que diseñar los espacios previendo cuales podrían ser los flujos de ventilación, y adecuando los espacios, aberturas y salidas de aire de forma que se consiga la mayor eficiencia. En este punto, es importante recalcar que, si bien en el diseño de viviendas, la experiencia y la intuición del arquitecto pueden ser suficientes para diseñar un buen sistema de ventilación cruzada, el edificios de oficinas y sector terciario en general, el problema se complejiza mucho, debido a la gran cantidad de variables que influyen en la ventilación, siendo indispensable la simulación del efecto de la ventilación con programas informáticos de fluidodinámica. La ventilación mecánica: consiste en inducir el flujo de aire mediante algún tipo de dispositivo mecánico. Esta es una importantísima vía de investigación al basarse en componentes de gran efectividad sobre el confort, con grandes posibilidades de individualización, bajo coste y consumo mínimo (un ventilador doméstico tiene un consumo equivalente al de una bombilla incandescente: 60-140 W). Los sistemas de ventilación mecánica no deben plantearse como alternativa a los sistemas de acondicionamiento natural o artificial. Su diseño integrado puede permitir un amplio abanico de posibilidades de combinación y coordinación entre sistemas de acondicionamiento que multipliquen la eficiencia global. Existen principalmente dos tipos de sistemas: aquellos que por medio de una red de conductos toman el aire del exterior y lo introducen en cada uno de los espacios y aquellos únicamente destinados a hacer recircular el aire del interior de los locales. Los primeros se asocian habitualmente a la renovación o la climatización del aire interior con el objetivo de mantener la calidad de este. Se componen de ventiladores, filtros, una red de conductos de impulsión o extracción y unos elementos terminales o difusores. Los ventiladores por el contrario tienen como objetivo la manipulación de la velocidad del aire interior sin modificar sus condiciones de temperatura o humedad, generando o direccionando corrientes de aire, desestratificando bolsas de aire frío o caliente, incrementando el intercambio convectivo entre la corriente y la masa interior o reduciendo la temperatura de sensación de los ocupantes. Enfriamiento gratuito El Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios, RITE, obliga a incorporar un sistema de enfriamiento gratuito (también conocido por su denominación en inglés, free cooling), basado en la inyección de aire exterior en aquellos sistemas todo aire cuyo régimen de funcionamiento exceda de 1000 horas/año. El ahorro de energía que comportan es considerable en grandes instalaciones gracias al aprovechamiento de las energías del entorno siempre que esto sea posible. El sistema funciona de la siguiente forma: La admisión de aire exterior se basa en la comparación de entalpías. Si la energía contenida en el aire exterior (entalpía) es netamente inferior a la del aire interior, se renueva completamente el aire interior sin consumo de energía por parte de los compresores. En el caso de que la entalpía exterior sea inferior a la interior, se fuerza una renovación parcial del aire con un consumo energético para su climatización ajustado en todo caso al mínimo necesario. La ventilación nocturna consiste en el establecimiento de corrientes de aire, de forma natural o mecánica, con el objetivo de refrigerar el interior durante la noche aprovechando el descenso de las temperaturas.

Estrategias de eficiencia energética en iluminación Iluminación Natural El Código Técnico de la Edificación hace obligatorio el aprovechamiento de la luz natural, mediante la instalación y utilización de sistemas de control y regulación, en aquellas zonas en las que la aportación de luz natural así lo permita. Por esta razón, lo que antes era exclusivamente una elección del proyectista es ahora obligación normativa. La optimización en el empleo de la luz natural conlleva un ahorro energético importante, sobre todo en el sector terciario, y concretamente en los edificios de oficinas, y por otra parte, su utilización contribuye de manera fundamental al confort lumínico y por tanto a la calidad ambiental de los edificios. La presencia de luz natural depende de la profundidad de la habitación, el tamaño y localización de las ventanas y techos de luz, el sistema de acristalamiento y cualquier obstrucción externa. Normalmente estos factores se fijan en la etapa inicial de diseño del edificio. Una planificación y diseño apropiados en esta primera etapa pueden producir un edificio que será más eficiente energéticamente. La orientación de los huecos en fachada es importante. Los más adecuados son los orientados hacia los puntos en los que se capte exclusivamente radiación difusa; en general el norte. Si penetra radiación directa en zonas donde se pretende aprovechar como iluminación natural, los efectos de deslumbramiento que conllevará serán muy negativos y no será posible su aprovechamiento. Como arquitectos debemos encontrar un equilibrio entre los aspectos térmicos y lumínicos, entre captación pasiva, protección solar, e iluminación natural. En este sentido, es interesante desde el punto de vista arquitectónico diseñar dispositivos de transformación de la radiación directa en difusa. Un modo de evitar la entrada de la radiación directa es proteger el hueco con un elemento que al tiempo actúe reflejando la radiación hacia el interior del local, pero en forma difusa. El Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía – IDAE ha editado unas interesantes guías técnicas sobre iluminación que se aconseja su estudio. Iluminación Artificial Un sistema de alumbrado energéticamente eficiente permite obtener una importante reducción del consumo, sin necesidad de disminuir sus prestaciones de calidad, confort y nivel de iluminación. Una de las exigencias básicas del CTE es la HE 3 – Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación donde se fijan, por primera vez en la normativa española, unos requisitos para las instalaciones de iluminación. Establece que los edificios dispondrán de instalaciones de iluminación adecuadas a las necesidades de sus usuarios y a la vez eficaces energéticamente, contando con un sistema de control que permita ajustar el encendido a la ocupación real de la zona, así como un sistema de iluminación que optimice el aprovechamiento de la luz natural en aquellas zonas que reúnan unas condiciones adecuadas. Los apartados principales que incluye son: Valores de eficiencia energética mínima para cada tipo de edificio y utilización. El parámetro utilizado para medir esta eficiencia es el Valor de Eficiencia Energética: VEE = 1 W/m2 por cada 100 lux. Los valores exigidos están dentro de los estándares actuales en oficina, con iluminación fluorescente y alta frecuencia, pero supone un gran avance en otras instalaciones hoy en día menos eficientes como escuelas, hoteles, etc. Sistemas de control y regulación: hace obligatorio el uso de sistemas de control básicos para cada zona (prohíbe explícitamente que el encendido y apagado se haga en exclusiva desde los cuadros eléctricos), detección de presencia en zonas de uso esporádico y regulación en las luminarias más cercanas (a una distancia de 3 m o inferior) a las ventanas en función de la luz natural. Con este punto se hace imprescindible contar con un sistema de gestión de alumbrado en el edificio. En el caso de edificios pequeños será muy interesante la utilización de sistemas de control incorporados a las luminarias. Diseño y dimensionado de la instalación: con objeto de garantizar la calidad de la instalación de alumbrado se indican los datos mínimos que deben incluir los proyectos y los parámetros de iluminación se confían a la Norma UNE 12464-1, relativa a “Iluminación de los lugares de trabajo en interior”, con lo que se convierte en norma de obligado cumplimiento. Características de los productos de la construcción: en este apartado se establecen los valores máximos de consumo para cada tipo de punto de luz. Para las lámparas fluorescentes se confirman los valores recogidos en el Real Decreto 838/2002, del 2 de agosto, que establece que desde 2007 no se pueden comercializar balastos que no sean de bajas pérdidas o alta frecuencia. Todas las luminarias deberán contar con un certificado del fabricante que acredite la potencia total consumida. Mantenimiento y conservación: se hace obligatorio que todas las instalaciones tengan un plan que garantice el mantenimiento de los niveles de eficiencia energética y los parámetros de iluminación. Este documento incluirá, entre otras informaciones, el período de reposición de las lámparas y la limpieza de las luminarias. En la eficiencia de la iluminación influyen: Eficiencia energética de los componentes (lámparas, luminarias, equipos auxiliares). Uso de la instalación (régimen de utilización, utilización de sistemas de regulación y control, aprovechamiento de la luz natural). Mantenimiento (limpieza, reposición de lámparas). Elección de los Componentes En función de las necesidades del local a iluminar, se eligen las fuentes de luz, equipos auxiliares y luminarias. Elección de Fuentes de Luz: Además de por sus características luminotécnicas, las fuentes de luz han de elegirse por su eficacia luminosa, es decir por la cantidad de energía eléctrica que convierten en flujo luminosos. Por ejemplo, las lámparas incandescentes presentan una eficacia luminosa es muy baja, en torno al 2%. La Comisión Europea prohibió en 2009 la comercialización de este tipo de lámparas, debido a su baja eficiencia. Elección del equipo auxiliar El equipo auxiliar influye de forma determinante en la eficiencia energética del conjunto. Los balastos electrónicos ofrecen numerosas ventajas respecto a los electromagnéticos, tanto en confort de iluminación como en lo que a ahorro energético se refiere: Reducción del 25 % de la energía consumida, respecto a un equipo electromagnético. Incremento de la eficacia de la lámpara. Incremento de la vida de las lámparas hasta del 50 %. Aumento del confort general, con luz más agradable, sin parpadeo ni efecto estroboscópico, y eliminándose los ruidos producidos por el equipo electromagnético. Posibilidad de conectarse a sensores de luz y ajustar en automático la intensidad de luz de la lámpara, y mantener un nivel de luz constante. Elección de las luminarias La distribución de la luz puede tener dos funciones diferenciadas, una funcional donde lo importante es dirigir la luz de forma eficiente, y otra decorativa para crear un determinado ambiente y resaltar ciertos elementos. Una iluminación adecuada y eficiente conseguirá un compromiso entre ambas funciones. El empleo de más de un tipo de luminarias, unas para proporcionar una iluminación ambiental general y otras para una iluminación localizada, permite adaptarse de una forma más eficiente a las necesidades del local o habitación. Además, hay que tener en cuenta el rendimiento de la luminaria, de forma que refleje y distribuya mejor la luz, ya que cuánto mayor rendimiento menor potencia será necesario instalar. Las luminarias con reflector de aluminio de tipo especular son las de mejor rendimiento. Sistemas de regulación y control Los sistemas de regulación y control apagan, encienden y regulan la luz según interruptores, detectores de movimiento y presencia, células fotosensibles o calendarios y horarios preestablecidos. Permiten un mejor aprovechamiento de la energía consumida, reduciendo los costes energéticos y de mantenimiento, además de dotar de flexibilidad al sistema de iluminación. El ahorro energético conseguido al instalar este tipo de sistemas puede ser muy relevante. Como no todas las zonas requieren el mismo tratamiento, es importante controlar las luminarias de cada zona mediante circuitos independientes. Por ejemplo, las luminarias que se encuentren próximas a las ventanas deben poder regularse en función de la luz natural de distinta forma que el resto de las luminarias de una sala o habitación. El sistema de control más sencillo es el interruptor manual. Su uso correcto, apagando la iluminación en periodos de ausencia de personas, permite ahorros significativos, más aún cuando en una misma sala hay varias zonas controladas por interruptores distintos de forma que una pueda estar apagada aunque otras estén encendidas. Existen interruptores temporizados que apagan la iluminación tras un tiempo programado y que son más convenientes en lugares dónde las personas permanecen un tiempo limitado. Por ejemplo, el hall de un edificio de viviendas o los servicios o escaleras de un edificio de oficinas. Los detectores de presencia o movimiento encienden la iluminación cuando detectan movimiento y lo mantienen durante un tiempo programado. Son muy útiles para zonas de paso o permanencia de personas durante poco tiempo. Por ejemplo, en un edificio de viviendas se obtiene un elevado ahorro al instalar estos detectores en las escaleras, de forma que la iluminación se vaya encendiendo por zonas en lugar de encenderse todas las plantas a la vez. En los edificios del sector terciario, por ejemplo edificios de oficinas o edificios comerciales, en los que existe un horario definido, es posible encender y apagar la iluminación automáticamente por control horario, en función de los distintos días de la semana, incluyendo los tiempos libres (comidas, etc.), haciendo distinción entre fines de semana y días laborables, o incorporando periodos festivos. En estos edificios destinados a usos múltiples (oficinas, hoteles, etc.) es interesante disponer de un sistema que permita el manejo y el control energético de las instalaciones de iluminación, de forma similar a los implantados para otras instalaciones como las de climatización. El control centralizado, compuesto por detectores (células fotoeléctricas, detectores de presencia, etc.) y por una unidad central programable, supone una serie de ventajas, entre las que destacan: Posibilidad de encendido/apagado de zonas mediante órdenes centrales, bien sean manuales o automáticas. Modificación de circuitos de encendido a nivel central sin obras eléctricas. Monitorización de estado de los circuitos y consumos de los mismos.

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