Blog de Arquitectura Passivhaus y Bioclimática

El objetivo de este artículo es mostrar aspectos constructivos de la Primera casa pasiva certificada por el Passivhaus Institut en Soto del Real, Madrid. 

El proyecto está realizado por mí, José Francisco Sánchez, y la construcción corre a cargo de mi empresa constructora: MADRIDARQUITECTURA PROYECTOS PASIVOS, S.L.

Esta es una imagen de la obra en construcción:

IMG 5651web

 La imagen final de la vivienda es ésta:

 Casa Antonio y Noelia version 2 Imagen 2 200PPP

Mostrando aspectos constructivos, podemos ver un detalle de la colocaión del aislamiento de forma previa a la ejecución de la losa de cimentación:

 

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2. El Clima en el proyecto de las Casas Pasivas.

El clima es el factor determinante en el proyecto de una casa pasiva. El clima es el condicionante principal que determinará nuestro diseño, ya que el clima afecta al hombre y a la arquitectura de forma permanente y establece cuáles son las condiciones de confort según avanzan las estaciones. Ya que el clima afecta al hombre, y, por tanto, a la Arquitectura, hablamos de arquitectura bioclimática para hablar de la arquitectura que tiene en cuenta cómo el clima afecta a la vida, al hombre y a sus necesidades.

Entre los factores climáticos a tener en cuenta tenemos principalmente el emplazamiento y la orientación. Aunque muchas veces el emplazamiento no lo podremos elegir, casi siempre podremos elegir la orientación. El sol, y nuestra posición, nuestra orientación respecto a él, será uno de los factores más importantes a tener en cuenta en el diseño de una casa pasiva. Trataremos no sólo de orientarnos correctamente respecto al sol, sino también de mantener un correcto control solar, es decir, una exposición determinada en ocasiones, una protección frente a la excesiva radiación en otras ocasiones y un equilibrio entre radiaciión y sombra en otras, por medio por ejemplo de una cuidada elección del acristalamiento.

Otro factor climático importante será nuestra propia forma edificatoria, lo que determina el llamado factor de forma, que facilitará o dificultará nuestro balance energético.

Asimismo, el viento, la humedad, la radiación solar y su intensidad, etc. serán factores a tener en cuenta en una casa pasiva.

La gran ventaja del sistema o estándar passivhaus es que permitirá diseñar una casa pasiva en cualquier lugar del mundo. Si bien el sistema nace y se desarrolla en centroeuropa, y por tanto está pensado en principio para un clima continental frío, es verdad que se ha ido adaptando al resto de climas a medida que el estándar passivhaus se ha ido extendiendo por todos los países del mundo.

Los países de centroeuropa, especialmente Alemania, van por delante en experiencia y tecnología para casas pasivas. Sin embargo, lejos de considerarlo una carga o una pérdida, pienso que es una ventaja para nosotros, los que proyectamos en países como España, el poder aprender y beneficiarnos de los sistemas constructivos y materiales que allí se desarrollan y emplean. Cierto es que este aprendizaje de lo que allí se utiliza nos resulta provechoso aplicarlo, incluso si hay que adaptar soluciones y optimizarlas para el clima de nuestro país. Además, en cada país existe una tradición, una forma de construir, específica y propia de cada uno, por lo que inevitablemente siempre será necesario crear soluciones constructivas novedosas adaptadas tanto al clima local como a la tradición local.

La física es igual para todos, y los objetivos de eficiencia energética también serán los mismos o similares, por tanto, independientemente del clima se podrá alcanzar siempre una solución de casa pasiva de máxima eficiencia en todos los casos.

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1.4.a) Importancia del coeficiente g (g-valor) del vidrio.

Concepto de Transmitancia total de energía solar, o coeficiente de ganancias de calor debidas a la radiación solar.

Entendemos Balance Térmico en una ventana a la diferencia entre las ganancias de calor (por radiación solar) y las pérdidas de calor (por transmisión) en la misma. En las ventanas de las casas pasivas lo ideal es tener un balance térmico positivo, incluso en invierno, al menos esto es lo que señala el Passivhaus Institut, pero claro, ellos siempre piensan en el clima centroeuropeo, donde el exceso de radiación solar no suele ser un problema. En nuestras latitudes (Madrid), parece más razonable equilibrar el balance lo más posible en situaciones de invierno y de verano.

Para ello, un factor clave es elegir el valor g del vidrio, conocido como factor solar del vidrio, que no es otra cosa que la fracción de radiación solar que pasa a través del vidrio con incidencia normal.

Un valor g alto implica mayores ganancias térmicas por radiación solar, y las pérdidas por transmisión disminuyen con un valor bajo de g.

Un valor g óptimo en casas pasivas puede rondar los 0,5. En realidad dependerá de otros muchos factores el obtener la máxima eficiencia global en el edificio, pero a nivel ventana este valor hay que tenerlo en cuenta. En nuestro clima, entiendo que habrá que buscar casi siempre (dependiendo de las orientaciones) sombreamientos para reducir las ganancias solares en verano, no dejando el balance energético del hueco sólo dependiendo del valor g.

En passivhaus, el vidrio debe cumplir que:

Ug - 1,6 W/m2K * g ≤ 0

Volviendo un poco a lo anterior, aunque en climas centroeuropeos el objetivo es el balance térmico positivo, en otros climas dicho objetivo habrá que moderarlo y ponerlo en cuestión.

Los factores que definen la calidad (energética) de una ventana son dos:

  • Por un lado el valor Uw, que refleja la transmitancia de la ventana, las pérdidas de calor a través de ésta. En este sentido, el valor Uw debería ser tan bajo como sea posible, y nunca menor de 0,8 W/m2K.
  • Y por otro, el valor g del vidrio, que refleja la capacidad de éste de obtener ganancias solares por radiación, y que en principio, para invierno, debería ser tan alto como sea posible.

Con ambos valores, más las orientaciones, deberemos jugar para obtener el mayor equilibrio posible en las situaciones de invierno y verano del hueco.

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1.4. Criterios para ventanas de casas pasivas Passivhaus.

Las ventanas en una casa pasiva son un elemento primordial para obtener del necesario confort térmico y para limitar las pérdidas de calor en una casa pasiva.

Una ventana passivhaus debe proporcionar, en su superficie interior, una temperatura mínima de 17° C, que asegure la ausencia de condensaciones superficiales, y que evite el efecto de radiación fría. Y todo ello sea cual sea la condición climática exterior, es decir, ésta limitación supone que debe cumplirse en el día más frío del año para el clima considerado. En centroeuropa estas temperaturas de cálculo del día más frío del año suelen ser de -10° C.

Por tanto, las ventanas con características "casa pasiva" deben cuidarse al máximo. El Passivhaus Institut certifica las ventanas de los fabricantes que demuestran cumplir todos los requisitos, les otorga un sello de "componente certificado", y los  publica en una lista actualizada. Cualquier otra ventana "no certificada", deberá cumplir y justificar los valores exigibles para formar parte de un proyecto passivhaus.

El objetivo de la gran calidad de las ventanas de las casas pasivas es reducir al máximo las pérdidas de calor. Respecto a ventanas convencionales limitan las pérdidas al 50%, o lo que es lo mismo, son doblemente eficaces en generar un clima interior agradable.

¿Cómo lo consiguen? ¿Qué tienen de especial?:

  • Combinan un vidrio muy eficiente con una o dos cámaras (en centroeuro globalpa debe ser triple vidrio).
  • una cámara entre vidrios a menudo optimizada con el empleo de gases como el Argón o el Kriptón.
  • minimizan las pérdidas de calor controlando el puente térmico que existe entre el cristal y el marco, colocando un separador eficiente de baja conductividad, normalmente en plástico en lugar de el habitual metálico.
  • el marco es altamente aislante gracias al empleo de cámaras y membranas de rotura de puente térmico.
  • la instalación sobre el muro se optimiza y se cuida al detalle para minimizar también el posible puente térmico e instalando membranas precomprimidas para conseguir la estanqueidad al aire.

Además de todo esto, en una casa pasiva la orientación de las ventanas es crítica. Se buscará en general que el balance energético (ganancias térmicas por radiación solar menos pérdidas térmicas por diferentes motivos) sea positivo. En muchos casos, dependiendo de la situación climática, la superficie de acristalamiento al Norte se tendrá que limitar. Todo ello se controla en el PHPP.

El requerimiento para ventanas certificadas en casas pasivas es que su Transmitancia térmica global (ventana ya instalada en muro) sea igual o inferior a 0,8 W/m2K; Uw≤ 0,8 W/m2K

La Transmitancia térmica es el parámetro característico que define la cualidad de comportamiento térmico de una ventana. Al hablar de Uw global, de ventana totalmente instalada, hablamos de que estamos teniendo en cuenta todos los componentes de la ventana, el vidrio, el marco y el montaje.

Se calcula de acuerdo a la norma EN 10077, que como he dicho tiene muy en cuenta el puente térmico que se produce entre cristal y marco, y que no se puede despreciar. Para calcular el Uw habrá que tener en cuenta:

  • El valor Ug (U glass), transmitancia del vidrio, y la superficie del vidrio Ag (A glass).
  • El valor Uf (U frame), transmitancia del marco, y la superficie del marco Af (A frame).
  • La transmitancia térmica lineal del contorno de la superficie vidriada Ψg (la cual depende en gran medida de la calidad del separador del vidrio), y la longitud del perímetro de contorno del vidrio lg.
  • Y también, por último, del puente térmico adicional debido a la instalación de la ventana en el muro exterior, Ψinst, y de la longitud del perímetro de la ventana linst.

La Uw por tanto, se calcula así:

Uw= (Ag*Ug + Af*Uf + lgg + linstinst) / (Ag + Af)

Uno de los aspectos menos cuidados en las ventanas convencionales son los espaciadores entre vidrios. Los espaciadores convencionales de aluminio o acero inoxidable constituyen un puente térmico a tener en cuenta. En su lugar deberemos instalar espaciadores a base de plásticos, más eficientes energéticamente, como por ejemplo:

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superspacer

Para certificar una ventana como componente certificado passivhaus, además de cumplir un Uw≤ 0,8 W/m2K, deberá cumplirse que la transmitancia térmica de la ventana instalada sobre un muro (sistema o detalle constructivo de montaje), lo que se denomina Uw-inst, debe ser menor de 0,85 W/m2K. Es decir, para certificar una ventana como componente apropiado para una casa pasiva debe cumplirse que:

  • Uw≤ 0,8 W/m2K
  • Uw-inst0,85 W/m2K

Una ventana certificada por el Passivhaus Institut obtiene un sello específico y una certificación como en este ejemplo (Fuente: Pasivhaus Institut):

zd schueco schueco alu inside si 82 en 1

 Ver el siguiente artículo: 1.4.a) Importancia del coeficiente g (g-valor) del vidrio.

 

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1.3. Criterios indirectamente exigibles para obtener la Certificación Passivhaus.

Los criterios indirectos devienen de la no utilización de soluciones constructivas avaladas y certificadas por el Instituto Passivhaus.

El estándar Passivhaus es muy exigente con todos los componentes susceptibles de usarse para construir una casa pasiva.

Cuando en nuestro proyecto u obra usamos elementos constructivos certificados por el Passivhaus Institut no tenemos que justificar los parámetros o valores que poseen, ya que estos son reconocidos en los certificados oficiales emitidos por el Instituto para cada elemento o solución constructiva.

Ahora bien, cuando nos alejamos, es decir, cuando no empleamos estas soluciones, debemos, indirectamente, justificar unos criterios de higiene y unos criterios de confort, que pasamos a definir.

1.3.a) Criterios de higiene

Los criterios de higiene se basan en dos puntos:

  1. Evitar mohos en todos los paramentos o superficies inetriores.
  2. Evitar condensaciones superficiales en las superficies de los vidrios.

Para evitar mohos en los paramentos, el criterio de higiene limita la humedad relativa en las superficies interiores de la envolvente térmica al 80% en el mes más frío del año (aw ≤ 0,8 siendo ala humedad relativa en la superficie del material).

Esto equivale a 12,6° C de temperatura superficial mínima interior si suponemos una humedad relativa media mensual del espacio interior del 50%.

Para evitar las condensaciones superficiales en los vidrios, éstos no deberían tener condensaciones superficiales (HR= 100%) en el día más frío del año (en concreto el día de la media de las 12 horas más frías del año).

Los criterios de higiene se justifican con el valor fRsi. Este factor varía según la temperatura exterior (θa) y la Humedad relativa del aire interior (HRi). Para una humedad del 50 %  aw debe ser menor de 0,8.

El Factor de temperatura de la superficie interior fRsi es el cociente entre la diferencia de temperatura superficial interior y la del ambiente exterior y la diferencia de temperatura del ambiente interior y exterior. Un valor aw > 0,8 puede llevar a que se formen condensaciones superficiales en los vidrios.

1.3.b) Criterios de confort

El criterio de confort para una casa pasiva señala que la diferencia entre la temperatura operativa interior y cualquier otra temperatura de cualquier superficie interior no puede diferir en más de 4,2 K. Este criterio de confort está establecido en la norma EN ISO 7730.

Normalmente la superficie interior más fría será la del cristal de la ventana, así que dicho de otro modo, el criterio de confort establece que la diferencia entre la temperatura operativa de la habitación y la temperatura superficial interior del cristal de la ventana no puede superar los 4,2 K.

La temperatura operativa interior es la media entre la temperatura del aire interior y la temperatura superficial de los paramentos interiores que rodean la habitación.

Este criterio nos proporciona un coeficiente de transmitancia térmica (U) máximo para los componentes del edificio pasivo:

U ≤ 4,2 K / ((Rsi K * (θop K - θext K))

siendo:

θop = Temperatura operativa

θext = Temperatura exterior (media de las 12 horas seguidas más frías)

Una extrapolación simplificada nos lleva a verificar que la temperatura media de la superficie interior de la envolvente térmica no baje de los 17° C para justificar el cumplimiento de las condiciones de confort para una casa pasiva Passivhaus.

glasing passive house

Comparativa U glass. Fuente: Passivhaus Institut.

1.3.c) Criterio de corriente de aire

Según la Norma ASHRAE la velocidad del aire debe ser como máximo de 0,1 m/s.

Esto supone regular la ventilación controlada para no superar estos valores, asegurar la hermeticidad del edificio y que los caudales de renovación en invierno no superen 0,5 renovaciones del volumen a la hora.

 

 

 

 

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