Igualmente exige que en aquellos en los que se hagan reformas importantes, se mejore su eficiencia energética para que cumplan con lo exigido a los edificios nuevos, siempre que sea técnica, funcional y económicamente viable; otra gran ambigüedad que abre la puerta a los incumplimientos. Sí es más concreta con que se entiende por reformas importantes: aquellas que tengan un presupuesto superior al 25% del valor del edificio o que supongan una intervención en más del 25% de la envolvente.
Ese edificio que se rehabilita con criterios de energía casi cero debe tener, como es lógico una alta eficiencia energética, y cubrir la energía que media entre el casi y el cero con fuentes renovables. No obliga a que la totalidad sea energía renovable o a que se produzca toda en el mismo edifico, pero parece razonable plantearse como objetivo que así sea.
La eficiencia energética exigida se evaluará como energía consumida, pero también como energía calculada en forma de necesidades, lo que lleva a la demanda térmica. La demanda térmica no implica consumo, por tanto, no es necesario que haya instalaciones. Esto es importante, ya que en el caso español, aunque la demanda de refrigeración puede ser alta, finalmente, en muchos casos, no hay consumo al no haber instalaciones de refrigeración. No obstante, reducir la demanda de refrigeración representa inhibir la necesidad de la instalación y el consumo, o, de producirse, minimizarlo. Por ello es tan importante reducir la demanda de calefacción como la de refrigeración.
Los edificios de energía cero se entienden como una solución a problemas como las emisiones de CO2 o la dependencia de combustibles fósiles. Aunque la idea es muy clara, existen diversas formas de interpretarla y aplicarla, aunque todas relacionadas con la importancia de la generación y conservación de energía como modo de alcanzar un equilibrio energético. También encontramos que el significado de edificios de energía cero es diferente entre Estados Unidos y Europa.
Algunas de las interpretaciones serían:
§ Net zero cost: Concepto económico en el que lo que se paga por la energía consumida se compensa vendiendo a la red la energía generada en el lugar; es, por tanto, un tema económico en el que las cantidades de energía no tienen que coincidir.
§ Net off-site zero energy use: Se considerará energía cero si la que se emplea viene de fuentes 100% renovables aunque no se genere en el lugar. En este caso se tendría en cuenta la generación a nivel de red estatal.
§ Off-the-grid: Vivienda desconectada de la red, que capta, genera y almacena energía para su propio y exclusivo uso.
Cualquiera de los casos anteriores implica una alta producción de energía renovable en el edificio, lo que puede representar un gran problema en edificios que se rehabilitan, donde no resulta fácil integrar componentes captadores con suficiente eficacia, debido a:
§ Mala orientación de las superficies donde puedan integrarse, al estar condicionadas por el edificio existente
§ Inclinaciones inadecuadas, ya que en muchos casos se trataría de las fachadas
§ Escasa superficie de cubierta utilizable, que es donde se podrían colocar con mayor libertad de orientación e inclinación estos dispositivos, debido a otros elementos constructivos, como casetones de ascensores, chimeneas de ventilación o faldones inclinados
§ La ubicación urbana, en la que, según la anchura de las calles y la separación de edificios se pueden producir sombras sobre el edificio.
Según la directiva, el concepto está más encaminado a que la demanda o el consumo se reduzcan a casi cero, y que el resto provenga de energías renovables. La reducción de la demanda se puede cumplir con más facilidad, sin que los inconvenientes detectados y señalados previamente puedan influir. Sin embargo, la producción de la energía que separe el casi del cero tendrá los problemas detectados. Por todo ello, el objetivo básico en un edificio a rehabilitar de energía cero será bajar la demanda de la forma más drástica posible, reduciendo las necesidades de aportaciones complementarias de energías renovables.
Algunas de las aportaciones de energías renovables podrán venir de sistemas pasivos y no de componentes mecánicos. En nuestro país este procedimiento puede ser en términos generales muy efectivo, ya que contamos con unas condiciones climáticas ideales que permiten diseñar edificios bioclimáticos altamente autosuficientes (2). Sin embargo, para poder alcanzar este objetivo el diseño del edificio y la configuración de los huecos acristalados, tamaño, forma y orientación, resultan imprescindibles. De nuevo nos encontramos con las limitaciones que ofrecen los edificios a rehabilitar, donde la forma está determinada y los huecos disponen de un tamaño y orientación concretos.
Por todo ello, el objetivo fundamental es aplicar técnicas de reducción de la demanda energética.
Demanda de calefacción
La demanda energética de calefacción es consecuencia de:
§ Transmisiones a través de la envolvente
o Cerramientos opacos
o Huecos acristalados
§ Aire de renovación
La reducción de la demanda de energía por transmisión de calor se debe resolver reduciendo las transmitancias térmicas de cada uno de los elementos de la envolvente. Ello se conseguirá incorporando o incrementando el aislamiento térmico. En el caso de fachadas existen tres opciones:
§ Aislamiento por el interior
§ Aislamiento en la cámara de aire, en el caso de existir
§ Aislamiento por el exterior
El aislamiento por el interior tiene varios inconvenientes. Funcionalmente altera el uso de los locales obligando a su desalojo y reduce el espacio útil de las habitaciones. Energéticamente es poco eficiente. Hay que pensar que estas soluciones no pueden eliminar muchos puentes térmicos. Si bien podrían aislarse hornacinas de radiadores y capialzados, no pueden aislarse los encuentros entre la fachada y los forjados, o con los muros o tabiques que acometan verticalmente. Hay que darle mucha importancia a la eliminación de los puentes térmicos ya que, generalmente, ante la ausencia de aislamiento previo, los edificios antes de su rehabilitación no tienen puentes térmicos. Los puentes térmicos sólo aparecen cuando surgen diferencias de temperaturas en la envolvente provocadas por diferencias de aislamiento notables entre unas zonas y otras. Por tanto, la incorporación del aislamiento puede ser la causa de que aparezcan puentes térmicos. En el caso del aislamiento por el interior esto es una realidad. Si los niveles de aislamiento son discretos la diferencia de demanda entre aislar por dentro o por fuera puede ser de un 20%, pero si los espesores de los aislamientos son elevados, algo normal en un edificio de energía cero, la diferencia puede superar el 50%.
El aislamiento en la cámara de aire, en el caso de existir, estaría condicionando el espesor del aislante que tendría que ser el de la propia cámara. Por otro lado, los puentes térmicos en este caso pueden ser aún mayores porque no se aislarán los elementos embebidos en la fachada y que rompen la continuidad de la cámara, como soportes y vigas. Igualmente las hornacinas y capialzados no quedarían cubiertos. Es una solución poco adecuada si no se combina con otra solución de aislamiento.
La más adecuada es el aislamiento por el exterior, que elimina todos los puentes térmicos, no reduce el espacio útil y no obliga a desalojar el edificio. Hay dos soluciones posibles:
§ Los sistemas SATE
§ Los sistemas con aislamiento con cámara de aire ventilada
Ambos sistemas son igualmente de adecuados, pero el sistema con cámara ventilada puede aportar una reducción adicional de la demanda de energía para la refrigeración.
El espesor del aislamiento térmico se debe fijar en función del clima del lugar, pero en cualquier caso deberá superar ampliamente los valores exigidos por el CTE, yendo en general hacia valores entre 0,1 y 0,2 W/m2·K. En el caso de haberse optado por la solución con cámara de aire ventilada, se puede complementar el aislamiento, sin incrementar el espesor, mediante el empleo de un aislante reflectivo-bajo emisivo en la cámara.
Para la cubierta aterrazada la opción es colocar una solución de aislamiento adicional sobre la cubierta existente. Una cubierta invertida parece lo más sencillo, pero también se puede optar por una solución que, junto con el aislante convencional, incluya una cubierta vegetal; esta será una solución muy adecuada también para verano. Para esta última solución, el problema puede surgir de no tener posibilidad de montar una cubierta completamente plana, lo que exigiría un sistema de riego continuado. Las cubiertas inclinadas exigirán levantarlas y rehacerlas adecuadamente, salvo que se opte por aislarla por dentro con los consiguientes inconvenientes antes mencionados. Con cualquier solución debe buscarse la continuidad entre el aislamiento vertical y el horizontal para evitar el puente térmico del encuentro.
Los huecos deben tratarse con igual cuidado, evitando los puentes térmicos entre carpinterías y muros, y en las embocaduras del hueco. Puede optarse por mantener la existente y complementarse con una segunda ventana o sustituirse por completo. En cauqui era de los dos casos debe intentar equilibrar al máximo la calidad del vidrio con la de la carpintería, y buscar soluciones que eviten el puente lineal que se forma en el encuentro del vidrio con la carpintería. Hoy en día hay vidrios de una o dos cámaras, con o sin gas en su interior, y con tratamiento bajo emisivo, que pueden cubrir las diferentes necesidades que exijan los climas de trabajo. Parece razonable, en cualquier caso, buscar soluciones que den una transmitancia térmica del hueco en su conjunto, vidrio-marco, entre 0,6 y 1,0 W/m2·K.
Las pérdidas de energía por transmisión se puedan reducir notablemente siguiendo las pautas indicadas, pero no así el aire de ventilación, que debe ser el caudal adecuado para mantener unas condiciones de habitabilidad en el interior del edificio. Dado que no se puede reducir ese caudal, lo que se deben implementar son sistemas que aseguren que el caudal no se supera innecesariamente y que el aire de expulsión ha cedido previamente su energía al aire de admisión. Esto lleva al empleo imprescindible de sistemas mecánicos que incorporen recuperadores de calor de alta eficacia. El sistema debe contar con un equipo centralizado de admisión, una red de distribución del aire y de un sistema centralizado de extracción que se junte con el de admisión en el recuperador de calor. Si fuera posible, porque las condiciones del entorno al edifico lo permitieran, una toma de aire exterior, que previamente pase por un conducto enterrado en el terreno, atempera el aire exterior antes de proceder al intercambio de energía con el de expulsión, lo que aumenta su rendimiento y efectividad.
La normativa en vigor, el Código Técnico en sus documentos básicos DB-HS 3 y RITE, no facilitan los sistemas de recuperación de calor, sino que más bien ponen grandes dificultas por los sistemas exigidos y por las dimensiones finales que deben tener los recuperadores de calor. Esto hará que en muchos edificios sea imposible incorporar estos sistemas.
Demanda de refrigeración
La demandad de refrigeración depende de:
§ Transmisiones a través de la envolvente
o Cerramientos opacos
o Huecos acristalados
§ Aire de renovación
§ Cargas internas
§ Carga por radiación solar
Los criterios aplicados a la reducir de la demanda de calefacción son igualmente validados aquí. No obstante es necesario añadir alguna otra exigencia para reducir las cargas solares. La fachada ventilada ya representa en sí una solución adecuada para eliminar la carga solar, pero no está de más emplear un color calor, tendente al blanco, para todos los acabados que vayan a recibir radiación solar. En la cubierta, una cubierta ventilada o una cubierta vegetal son soluciones adecuadas. También es contemplable para la cubierta y, en menor medida, para la fachada, soluciones de sombreamiento mediante tinglados ligeros con lonas o enredaderas vegetales.
El problema mayor surge en los huecos donde resulta imprescindible incorporar una protección solar. A la hora del diseño y dimensionado de estas protección, debe darse prioridad a la protección solar frente a la captación, ya que esta última la estamos solventando con un correcto aislamiento. De no poder incluirse estas protecciones solares se podría resolver el problema con vidrios de bajo factor solar.
La reducción de las cargas internas, aun no siendo lo más problemático, se pueden reducir mediante el empleo de lámparas de bajo consumo y equipos muy eficientes que generen poco calor residual.
Energía complementaria a la casi cero
Todas estas medidas acercarán el edificio a la energía casi cero. Para cubrir la demanda adicional necesaria, la Directiva enfoca el consumo de energía a la necesaria para el acondicionamiento nada más. Eso implicar incorporar calor o frío proveniente de energía renovables directamente o indirectamente, o produciendo previamente energía eléctrica de origen renovales y empleándola en equipos mecánicos.
Para el calor es evidente que la solución más sencilla es la incorporación de calderas de biomasa, que por tratarse de un combustible renovable es plenamente válido. Otra alternativa es el empleo de colectores solares, aunque no parece una solución muy práctica ya que se requieren de superficies de captación muy grandes, de las que no dispone en general el edificio que se rehabilita; estos sistemas, además, tienen la servidumbre del mantenimiento en verano cuando no son necesarios. Otra alternativa es el empleo de sistemas pasivos. Dado que en muchos casos no es posible una modificación sustancial del tamaño de los huecos acristalados, si la fachada en la que se encuentran está correctamente orientada, es decir orientada al sur ±15º, se pueden crear fachadas acristalada cubriendo el hueco y una superficie adicional colindante, para generar efecto invernadero; la disposición de los huecos clásicos para el movimiento del aire en esos paños cubiertos con el vidrio, hará que funcione el sistema. Hay que poner mucha atención para evitar los sobrecalentamientos del verano, con sombreamiento o apertura.
Si se fuera a usar un equipo mecánico funcionado con energía eléctrica, como una bomba de calor, ésta debe provenir de fuentes renovables.
Los sistemas complementarios de refrigeración salvo las opciones pasivas, emplean energía eléctrica igualmente. Actualmente los sistemas más adecuados, por su fácil integración en el edifico son los sistemas fotovoltaicos. Su ventaja viene de que se pueden colocar en cualquier punto del edificio y sobre cualquier elemento contractivo: un alero, un parasol, la propia fachada, sobre la cubierta, en lanas de sombreamiento, etc. Su inconveniente, que su bajo rendimiento, sobre todo si no están bien orientados e inclinados, exigirá grandes superficies de captación. Otra opción es incorporar un sistema de cogeneración que funcione con biomasa como fuente energética y del que se aprovechará directamente el calor como energía complementaria en invierno y la energía eléctrica generada para cubrir mediante un equipo de refrigeración las necesidades de verano. Al tratarse hoy en día de equipos de un tamaño moderado no representan un gran problema de integración en el edificio. El mayor problema provendrá de los depósitos de biomasa y del acceso para su suministro (3).
No hay que descartar el empleo de sistemas pasivos de refrigeración, si fuera posible. La ventilación nocturna o los sistemas de enfriamiento evaporativo, pueden ser soluciones adecuadas.
§ Calor complementario de fuentes renovables:
o Caldera de biomasa
o Sistemas pasivos de calentamiento solar
o Calor residual de un cogenerador
o Bomba de calor con electricidad fotovoltaica o del cogenerador
§ Frío complementario de fuentes renovables:
o Sistema pasivo de enfriamiento con ventilación nocturna
o Enfriadora con electricidad fotovoltaica o del cogenerador
La efectividad de estas estrategias, en condiciones específicas, o la cuantificación de espesores óptimos, deben hacerse mediante la simulación del comportamiento energético del edificio.
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