Passivhaus, reducción de pérdidas de energía

Distintas son las técnicas que utilizan ingenieros y arquitectos en la búsqueda de menores consumos energéticos. El estándar Passivhaus ha mostrado gran eficacia en la recuperación de calor y la reducción de las pérdidas energéticas derivadas de la ventilación

Paula Serrano Yuste

El ahorro en el consumo de energía en los edificios no implica renunciar al confort térmico en su interior. La eficiencia energética de las instalaciones térmicas se refiere precisamente a la necesidad de reducir el consumo garantizando la temperatura y humedad adecuadas para alcanzar el confort térmico de los usuarios.

El primer edificio con el estándar Passivhaus, localizado en Darmstadt, Alemania, se construyó en 1990; mientras que, en la misma locación, para septiembre de 1996 se fundó el Passivhaus-Institut, con el objetivo de promocionar y controlar el estándar, lo que desde entonces ha impulsado su aplicación, de manera extendida, en Alemania y Austria.

Con el tiempo, dicho estándar fue validado en la misma ciudad, en la que se creó un grupo de trabajo denominado Economical passive houses working group. Se estima que si una vivienda cumple con este estándar, puede llegar a reducir en un 90 por ciento la demanda de energía en calefacción, esto, al ser probado en sistemas de ventilación y vidriados en los que se demostró su alta eficiencia energética. Casos muestra se encuentran en Stuttgart, Naumburg, Hesse, Wiesbaden y Colonia.

Por ello, los productos desarrollados por Passivhaus han sido comercializados en la Unión Europea, gracias al proyecto Cepheus; mientras que en Estados Unidos ya se aplicaron en un edificio construido en Illinois.

La recuperación de calor de alta eficiencia permite reducir al mínimo las pérdidas energéticas a causa de la ventilación, la cual es necesaria para garantizar la calidad del aire interior. Esto es común en las casas pasivas certificadas con el estándar Passivhaus, pero ¿es posible o eficiente su instalación en aquellas viviendas que se diseñan considerando el código técnico?

Mecanismo eficiente

La ventilación en el interior de los edificios es necesaria para garantizar la calidad del aire interior, pero también supone un medio a través del cual se pueden producir pérdidas energéticas en exceso y no deseadas.

La instalación de un recuperador de calor en el sistema de extracción de aire puede ser un mecanismo útil para alcanzar el equilibrio entre calidad del aire interior y consumo energético mínimo.

En los intercambiadores térmicos se produce un intercambio de energía (calor) entre el volumen de aire de extracción, ya climatizado, y el volumen de aire de admisión, sin climatizar, el cual implica un menor consumo energético por parte de los aparatos de climatización del aire interior; no obstante, el consumo energético del propio recuperador de calor debe conseguir un consumo global razonable de todo el sistema.

Es posible clasificarlos en función de los medios que transfieren la energía, la separación de los fluidos, tipo de calor recuperado, el contenido de humedad de las corrientes de aire o el elemento de intercambio empleado. Aquellos que más se emplean en sistemas de climatización por aire recuperando la energía del aire expulsado al exterior son:

• Recuperador de placas
• Recuperador rotativo
• Tubos de calor (heat pipe)
• Doble batería de agua
• Batería exterior
• Batería en bucle de agua
• Recuperación activa por circuito frigorífico

Por otro lado, al diseñar una instalación térmica no siempre se requerirá instalar un recuperador de calor, decisión que dependerá de diversas cuestiones:

• Valorar si es posible evitar tener que generar el calor que se va a recuperar
• Estimar cómo y cuándo se recupera la inversión, contrastando el coste económico del recuperador con el ahorro económico que supone su instalación
• Analizar las zonas donde se recupera el calor y las zonas de consumo
• Cuantificar el ahorro de emisiones de CO₂, debido a su instalación
• Tener en cuenta el enfriamiento gratuito como alternativa (free-cooling)

Aplicación en locales y edificios

El Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) regula la calidad del aire interior en edificios que no sean de viviendas, donde se instale un sistema de ventilación mecánico para el aporte de caudal de aire exterior, necesario para evitar la concentración de contaminantes en exceso.

La instalación de un recuperador de calor en estos edificios o locales es obligatoria en caso de que el caudal de aire expulsado mediante medios mecánicos, calculado según la instrucción técnica correspondiente, sea superior a 0.5 m³/s (500 l / s). Esta condición la recoge la instrucción técnica IT 1.2.4.5.2 del RITE:

“En los sistemas de climatización de los edificios en los que el caudal de aire expulsado al exterior por medios mecánicos sea superior a 0.5 m³/s se recuperará la energía del aire expulsado”.

   Ejemplo práctico. Calculamos el caudal de ventilación de una cafetería cuya zona de uso público es de 150 m² y la calidad del aire según el RITE es IDA3:

150 m²: 1.5 m²/ persona= 100 personas (Tabla I. Cálculo de ocupación según DB-SI3)

q v (l/s) = 8 l / s x persona (IDA 3) x 100 personas= 800 l / s (0,8 m³ / s) > 500 l / s

La misma instrucción IT 1.2.4.5.2 del RITE, en sus diferentes apartados, recoge diferentes exigencias respecto de la recuperación de calor del aire de extracción e incluye una tabla de la eficiencia mínima de la recuperación, según las horas de funcionamiento y el caudal de aire exterior en m³ / s:

Si el valor total de las horas de funcionamiento en un año de dicha cafetería estuviera comprendido entre las 2 mil y las 4 mil horas (funcionamiento de 10 horas diarias), para un caudal de extracción de 0.8 m³ / s, la eficiencia mínima de recuperación debería de ser del 44 por ciento.

En viviendas y edificios de viviendas

El CTE DB-HS3 regula la calidad del aire interior:

• Al interior de edificios de viviendas, de almacenes de residuos, estacionamientos y garajes
• En edificios de cualquier otro uso: en los estacionamientos y garajes

En dicho documento de salubridad se recoge la obligatoriedad de diseñar y ejecutar un sistema de ventilación, ya sea natural, mecánico o híbrido, a fin de garantizar la calidad del aire en los inmuebles citados; sin embargo, no menciona nada sobre la necesidad de instalar recuperadores de calor. La ventilación, que es elevada y continua, así como la carga térmica son elementos sumamente importantes.

Ventilación mecánica con recuperación de calor en viviendas pasivas

En el estándar Passivhaus la ventilación mecánica con recuperación de calor es uno de los pilares básicos para garantizar la máxima eficiencia energética en los edificios, un alto confort térmico interior y un bajo consumo energético.

Los espacios interiores deben renovar un tercio de su volumen de aire cada hora, por lo que es necesario que el recuperador de calor aproveche un alto porcentaje de la energía del aire interior y atemperado que se extrae, acondicionando el aire nuevo que entra. La iniciativa aporta poco calor, pero suficiente para no depender de un sistema de calefacción o de refrigeración, ya que la demanda energética en el interior del edificio es baja.

Ejemplo
Ventilación de muy alta eficiencia energética en la Casa MZ. En esta vivienda rehabilitada de 1918 y transformada en una vivienda pasiva por los arquitectos Calderón-Folch-Sarsanedas se ha reducido la demanda energética de 172 a 17 kWh / m² año.

Rendimiento= T adm – T ext / T extracción – T ext = 20-2 / 21-2 = 94.7 %

“Uno de los factores clave para hacer realidad una vivienda pasiva es incorporar un sistema de ventilación con recuperación de calor de muy alta eficiencia. (…) Si la recuperación de calor no fuera de muy alta eficiencia, reduciendo la carga térmica de ventilación al mínimo, esta misma carga implicaría un consumo de calefacción que haría imposible llegar a los mínimos energéticos que requiere una casa pasiva”. Se está hablando, entonces, de un recuperador de calor de flujo contracorriente con un rendimiento energético equivalente al 94 por ciento.

Bibliografía: Guía técnica de Ahorro y recuperación de energía en instalaciones de climatización. RITE, CTE DB-HS3 y Construible.[author ]Paula Serrano Yuste es licenciada en Arquitectura por la Escuela Técnica Superior de Barcelona, cuenta con varias certificaciones en Arquitectura Sustentable como LEED GA y LEED AP BD+C. Su interés la ha ayudado a impulsar proyectos de eficiencia energética, energías renovables y el uso de herramientas, el Building Modeling Information, por ejemplo. Actualmente es colaboradora del sitio en internet Certificados Energéticos.[/author]