Estrategias para lograr edificios de consumo de energía casi nulo - nzeb. Edificios con uso residencial vivienda en el clima cálido mediterráneo

Resumen

Uno de los retos más importantes de la sociedad actual está relacionado con la mitigación y la adaptación al cambio climático. Para ello, debemos trabajar en la reducción del consumo de energía asociado a todas las actividades humanas y en maximizar el empleo de fuentes de energía renovables. Según la Comisión Europea, el 41% del consumo de energía en la Unión se produce en los edificios. En España dicho consumo representa el 31,9% del total, dividiéndose en un 18,3% en los edificios con uso residencial vivienda y en un 13,6% en los del sector terciario. Para mejorar los edificios, la Unión Europea estableció la exigencia de que todos los edificios construidos a partir del 1 de enero de 2021 sean de Consumo de Energía casi Nulo o NZEB. Para lograr que los edificios con uso residencial vivienda sean NZEB, existente diversas estrategias que fundamentalmente pasan por la reducción de las demandas de energía de calefacción y refrigeración, mediante la mejora de la calidad térmica de la envolvente térmica (alto nivel de aislamiento térmico; marcos y vidrios altamente aislantes; eliminación de puentes térmicos; ventilación mecánica; control solar; estanqueidad al aire) y también por la mejora de la eficiencia energética de las instalaciones térmicas y el empleo de energías renovables. La mayoría de las estrategias indicadas son tecnologías ya desarrolladas y probadas suficientemente por la industria de la construcción. Sin embargo, siguen existiendo dos puntos débiles: el tratamiento adecuado de los puentes térmicos y la mejora de la hermeticidad al aire de los edificios. Esas son las dos líneas de investigación que se analizan en el trabajo llevado a cabo en esta tesis. Para la estrategia de mejora de los puentes térmicos se analiza en detalle aquellos que generan un mayor flujo de calor y, en consecuencia, los que tienen más impacto en la demanda energética de los edificios. Se trata de los puentes térmicos generados por el encuentro de fachadas y forjados intermedios: puentes térmicos de frentes de forjado. En todas los casos analizados la solución de fachada es la tradicional en el sur de Europa: doble hoja cerámica con aislamiento térmico intermedio. Se analizan dos situaciones: fachadas con hoja exterior de ladrillo cerámico caravista y fachadas con acabado exterior de mortero monocapa. Para las primeras se han diseñado tres medidas de mejora y para las segundas una medida de mejora. El proceso de análisis se ha realizado en dos etapas. En la primera se estudia la reducción del valor de transmitancia térmica lineal del puente térmico realizando un cálculo por elementos finitos mediante el software THERM y en la segunda se estudia el impacto en la reducción de los indicadores de edificios NZEB realizando simulaciones energéticas en tres ciudades española (Alicante, Barcelona y Madrid) mediante el software Energy Plus. VIII Para seleccionar dichas ciudades se ha utilizado el criterio de aquellas cuyas zonas climáticas tengan el mayor número de viviendas ya construidas y el mayor número de viviendas construidas anualmente. En el caso de las fachadas con hoja exterior caravista, la máxima reducción alcanzada en los indicadores NZEB es la siguiente: - Alicante (zona climática B4): 22,6% en la demanda de calefacción (primer indicador); 20,4% en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 20,7% en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 21,1% en las emisiones de CO2. - Barcelona (zona climática C2): 18,5% en la demanda de calefacción (primer indicador); 15,5% en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 16,0% en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 16,4% en las emisiones de CO2. - Madrid (zona climática D3): 16,1% en la demanda de calefacción (primer indicador); 14,4% en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 14,6% en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 14,9% en las emisiones de CO2. La reducción en el valor de la transmitancia térmica lineal interior Ψi del puente térmico se sitúa entre un 20% y un 63,4%. En el caso de las fachadas con acabado exterior de mortero monocapa, la reducción lograda en dichos indicadores es: - Alicante (zona climática B4): 30% en la demanda de calefacción (primer indicador); 20,1% en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 21,3% en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 22,7% en las emisiones de CO2. - Barcelona (zona climática C2): 21% en la demanda de calefacción (primer indicador); 18,7% en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 19,1% en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 19,5% en las emisiones de CO2. - Madrid (zona climática D3): 19,8% en la demanda de calefacción (primer indicador); 17,7% en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 18% en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 18,4% en las emisiones de CO2. La reducción en el valor de la transmitancia térmica lineal interior Ψi del puente térmico se sitúa entre un 47,3% y un 75,4%. Para la estrategia de mejora de la hermeticidad al aire de los edificios se han realizado 111 ensayos Blower Door en viviendas construidas entre los años 2020 y 2022 para IX caracterizar los edificios de nueva construcción. Además, se ha planteado dos medidas de mejora en la hermeticidad y se ha aplicado en varias de las viviendas repitiendo el ensayo Blower Door. Con esos datos, se ha estudiado el impacto en la reducción de los indicadores NZEB realizando simulaciones energéticas en las tres ciudades españolas indicadas mediante el software Energy Plus. La tasa de renovación de aire con una diferencia de presión de 50 Pa o n50, obtenida mediante los ensayos Blower Door, tiene un valor medio, para las viviendas construidas con la práctica habitual, de 11,04 h-1. Con las dos mejoras planteadas se logran valores medios de 5,38 h-1 (reducción del 51,3 %) y de 1,09 h-1 (reducción del 90,1 %). Aplicando el valor medio de hermeticidad de 1,09 h-1, la reducción alcanzada en los indicadores NZEB es la siguiente: - Alicante (zona climática B4): 27,7 % en la demanda de calefacción (primer indicador); 21,7 % en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 22,5 % en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 23,3 % en las emisiones de CO2. - Barcelona (zona climática C2): 24,8 % en la demanda de calefacción (primer indicador); 23,4 % en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 23,6 % en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 23,8 % en las emisiones de CO2. - Madrid (zona climática D3): 23,4 % en la demanda de calefacción (primer indicador); 22,0 % en el consumo de energía primaria total (segundo indicador); 22,2 % en el consumo de energía primaria no renovable (tercer indicador) y 22,5 % en las emisiones de CO2. Como conclusión final se puede indicar que las dos estrategias analizadas y el diseño de mejoras constructivas para ellas, contribuye a alcanzar los indicadores NZEB de los edificios con uso residencial vivienda.