Passivhaus: La solución al Sobrecalentamiento.

Passivhaus: La solución al Sobrecalentamiento.

Muchas personas quieren una casa en la que en verano puedan disfrutar de unas temperaturas agradables en el interior, sobro todo en las largas calurosas noches de verano, para poder descansar agradablemente, con una temperatura no superior a los 25ºC, en el interior. De ahí, la importancia de evitar el sobrecalentamiento en una casa pasiva.

Tras 25 años de construcción del Estándar Passivhaus, se ha demostrado que las casas pasivas, sobre todo en las grandes ciudades, ayuda a conseguir unas condiciones confortables en verano, ya que la ventilación nocturna funciona muy bien, y además, conseguimos aire fresco filtrado, eliminando del mismo sustancias nocivas como la polución, polvo o polen.

Gracias a la monitorización de los primeros edificios Passivhaus, construidos en la década de los 90, se ha demostrado que las siguientes herramientas, que acontinuación te voy a describir, funcionan para evitar el sobrecalentamiento dentro de tu vivienda Passivhaus, hasta el el verano más duro.

El sobrecalentamiento, en un edificio Passivhaus no puede ocurrir: es uno de los criterios fundamentales, del estándar internacional Passivhaus.

Aun así, a veces los arquitectos no especializados, ignoran este requisito durante las primeras etapas del proceso de diseño.  Pero es un grave error. El sobrecalentamiento, no debe ser ignorado,  y menos en España, donde  la mayor parte de las provincias, superan los 40ºC, en verano. 

Aunque el sobrecalentamiento, no es uno de los 5 principios básicos del Passivhaus,  es un condicionantes principal, para conseguir la Certificación de tu edificio.  Por tanto, evitar el sobrecalentamiento es un factor de diseño clave, y debe abordarse desde el principio como parte integral del proceso de diseño de Passivhaus.

¿Pero cómo?

En este artículo te mostraré unas pautas, para que lo puedas conseguir.

El sobrecalentamiento es un problema serio, que ha cobrado importancia en los últimos tiempos, donde la temperatura global va ascendiendo año a año.

 A veces se afirma que es un problema de los edificios bien aislados, como los que cumplen con la norma Passivhaus. 

Es cierto que algunos edificios bien aislados se sobrecalientan. Pero también lo hacen algunos edificios que no están bien aislados – tales edificios son demasiado fríos en invierno y demasiado caliente en verano…

El sobrecalentamiento puede llegar a ser muy incómodo y sin un buen diseño, solo se contrarresta con el consumo de energía adicional que requiere el aire acondicionado.

Además, un exceso de sobrecalentamiento en un edificio, puede tener consecuencias mucho más graves. Afectando a a la salud de los ocupantes, llegando a causar  un ataque cardíaco, un accidente cerebrovascular o una muerte súbita del lactante.

El estándar  Passivhaus define el sobrecalentamiento, cuando la temperatura interior del edificio, supera los 25°C. 

Existe una parte del programa PHPP, donde se verifica que,  un porcentaje de horas en un año que supera los 25 °C. Para fines de certificación, el límite es el 10% de las horas anuales. Sin embargo, es mejor apuntar por debajo del 5% de las horas ocupadas e idealmente 0% si es posible para asegurar la mejor comodidad de verano. Esto es particularmente importante teniendo en cuenta el cambio climático, ya que muchos lugares se calentarán.

1. Maximizar la orientación Sur del edificio.  

Es bien sabido que para optimizar la ganancia solar beneficiosa es mejor hacer frente a un edificio hacia el ecuador. Los edificios del hemisferio norte deben estar orientados hacia el sur, y los edificios del hemisferio sur deben estar orientados hacia el norte. Dado que estamos en España, me referiré a los edificios que se enfrentan hacia el sur.(al estar en el hemisferio Sur)

Los edificios residenciales de Passivhaus se benefician de esta óptima orientación. Sin embargo, todavía es posible cumplir con el estándar Passivhaus cuando esta orientación no es posible, debido los condicionantes del lugar.   Debido a que la ganancia sola, es sólo parte del equilibrio térmico de Passivhaus, Passivhaus no depende únicamente de él.

Cuando se trata de diseñar para prevenir el sobrecalentamiento, hacia el sur o cerca de él es mejor. En invierno, las máximas ganancias solares beneficiosas son del sur. En verano, sin embargo, el mayor riesgo de sobrecalentamiento es del sol más bajo en el este y el oeste. El sol del mediodía que viene del sur es muy alto y por lo tanto presenta menos riesgo,al ser contrarestado por la sombra de un voladizo.  

En efecto, la mayoría de los edificios tendrán algún sombreado, proporcionado por los salientes de la azotea y las mochetas de la ventana. Los edificios que se enfrentan más al oeste o al este tendrán un mayor riesgo de exceso de ganancia solar y presentarán más desafíos para sombrear adecuadamente.

 2. No trate de calentar el edificio con las ventanas.

El Passivhaus no es un “Diseño de Calentamiento Solar”.  La ganancia solar no debe estar sobredimensionada  en un edificio Passivhaus. Su diseño  debe ser optimizado. Es decir, cuidadosamente equilibrado, para que sea beneficioso.

A pesar de lo que a veces se piensa, el aumento de calor solar a través de una ventana no es literalmente “libre”. Una ventana cuesta más que la pared sobre la que se instala. Las ventanas tienen otras funciones además de dejar entrar el calor del sol. Las ventanas también proporcionan luz natural, ventilación, vistas y constituyen una parte importante de la apariencia externa de un edificio.

Ventanas en un edificio de Passivhaus debe ser diseñada con todas estas funciones en mente, no con la única intención de calentar el edificio.

3. Proporción sensata de ventanas. 

Las ventanas son un punto débil de la envolvente térmica. Por otro lado, las paredes y techos bien aislados mantienen el calor e igualmente mantienen el calor afuera.

Las ventanas, en un edificio de Passivhaus, generan pérdida de calor y ganancia solar. El aumento de la pérdida de calor de las ventanas se puede compensar aumentando el rendimiento del aislamiento o el grosor de las paredes, el suelo y el techo. Además, en verano, el aumento de calor, entrante por las ventanas, puede ser manejado por sombreado.

Sin embargo, este relación y frágil equilibrio entre ganancias solares y perdidas de calor, puede romperse fácilmente.  El  exceso de acristalamiento, aumenta los costes de construcción, costes de calefacción  y requiere el sombreado adicional, para la protección en verano, de la radiación solar directa.

Según el  Trust Passivhaus del Reino Unido, la  proporción adecuada entre ventanas  y superficie opaca en  la pared sur, no debe superar el 25%.. De este modo se garantiza, la iluminación natural, excepto en el caso de salas muy profundas.  Las ventanas en otras paredes deben ser considerablemente menos del 25% del área de pared externa relevante y diseñadas alrededor de las vistas, la luz del día, la ventilación y la estética, como en el punto anterior.

El Trust Passivhaus del Reino Unido también ofrece como regla general que el acristalamiento (excluyendo los marcos) debe ser alrededor del 15-20% de la superficie del piso tratado de un edificio Passivhaus, como punto de partida.

Las ventanas de cubierta no deben de ser menos del 10% de  la superficie de la sala.

4. Sombrear el cristal.

 Si las ventanas no están adecuadamente sombreadas por voladizos, el sombreado externo debe ser incluido en el diseño. 

El acristalamiento al nivel del cubierta,  necesita una atención especial, ya que la parte inferior no aporta ninguna luz diurna útil, pero contribuirá al aumento de calor solar. Es poco probable que la parte inferior del cristal esté sombreada por un voladizo en techo o de ventana, pero tendrá que ser sombreada, igualmente. El sombreado externo se puede conseguir, de varias formas:  una celosía de lamas, marquesinas, balcones  (independiente es mejor evitar el puente térmico estructural o detalles costosos), o persianas.

Las persianas al interior,  proporcionará  algo de sombreado, pero no debe ser considerado como la principal fuente de sombreado. Puesto que la protección  frente al calor, en estos casos, es muy reducida, dado que los rayos solares ya ha atravesado la ventana.

5. Cálculo de la ocupación real. 

Para el Diseño Passivhaus, y la comprobación de su adecuación según el PHPP, se tiene en cuenta el nivel de ocupación, para calcular las ganancias de calor interno de la gente.  En este punto se debe ser muy conservador, puesto que es importante no diseñar  el edificio  teniendo en cuenta que se va a calentar gracias a una ocupación alta de personas, si esto no va a ser real. Además, la ocupación podría cambiar con el tiempo, lo que influiría en las condiciones de confort  y consumos del edificio.

Cuando se trata de riesgo de sobrecalentamiento de verano, sin embargo, una imagen más precisa de la ocupación probable debe tenerse en cuenta si varía de la norma esperada. Se puede reflejar en el PHPP;  un número exacto de personas y la frecuencia con que se encuentran en el edificio.

6. Utilizar sólo electrodomésticos y accesorios de alta eficiencia energética.  

Es evidente que, al diseñar un edificio de bajo consumo energético, se deben seleccionar aparatos y accesorios de baja energía.

Esto también es importante para las ganancias internas de calor, por el calor que estos aparatos emiten, dado que,  podría contribuir a un riesgo de sobrecalentamiento, en verano, si estos aparatos no son eficientes.

Por otro lado, debe evitarse la iluminación ineficiente, como los accesorios halógenos, por las mismas razones.

7. Minimizar la pérdida de calor de las instalaciones del edificio. 

Los sistemas de producción de  agua caliente sanitaria usan a menudo más energía en un edificio de Passivhaus que el sistema de calefacción.  Además, el sistema de  producción de A.C.S, funciona durante todo el año y, por lo tanto, pueden contribuir a las ganancias de calor interno en verano. 

Por estas razones, el diseño del sistema de agua caliente es importante y debe iniciarse pronto como parte del proceso de diseño de Passivhaus integrado. Esto incluye entrar en el diseño del sistema de agua caliente en el PHPP por lo que es parte del proceso de diseño iterativo. Es importante que las ganancias de calor internas se contabilicen en el momento en que se están dimensionando las ventanas y se comprueba cualquier riesgo de sobrecalentamiento.

Obviamente, las tuberías de distribución de agua caliente necesitan aislarse de modo que el agua esté todavía caliente cuando llega al otro extremo. Esto incluye uniones y válvulas, etc a lo largo de la tubería, no sólo las partes rectas,  que son  más fáciles de aislar. 

Si el diseño incluye depósito de acumulación de  A.C.S., debe estar ubicado en el centro de todas las salidas de agua caliente. Esto permitirá cortar las longitudes de las tuberías, desde el deposito a los grifos.  Además, los diámetros de las tuberías no deben sobredimensionarse. 

De forma similar, si el calentamiento se proporciona a través de la ventilación, los conductos necesitan aislarse completamente de modo que el calor se suministre a la habitación deseada. Si no es así, está calentando otras partes del edificio, y los ocupantes podrían encender el calentamiento en un intento de obtener suficiente calor donde realmente lo quieren. Esto no sólo utilizará más energía sino que aumentará las ganancias internas de calor.

8. La Ventilación mecánica necesita un bypass de verano. 

Para reducir los consumos al mínimo, es imprescidible, en un edificio Passivhaus, la instalación de la ventilación mecánica con recuperación de calor (MVHR), además de para mayor confort y calidad ambiental.

La mayoría de las unidades de Recuperación de Calor, vienen con algún tipo de bypass de verano, manual o automático. El bypass permite que los flujos de aire pasen a través del sistema sin intercambiar calor. Cuando las temperaturas del aire exterior son adecuadas – por encima de 16 °C y por debajo de 25 °C – entonces el aire fresco desde el exterior puede ayudar a mantenerlo fresco en el interior. Realista, en la mayoría de los casos alrededor del 20% de intercambio de calor todavía tiene lugar, sin embargo. No es un bypass completo, ya que el aire todavía está pasando por la unidad que a su vez ha ganado parte del calor del aire de salida.

Si el aire está más caliente fuera que en el interior, el intercambiador de calor debe ser utilizado, sin embargo, y no se evita. En este caso, el intercambio de calor transferirá calor desde el aire entrante al aire saliente, enfriando el aire al entrar en el edificio.

9. Es necesario poder abrir las ventanas en un Passivhaus. 

Sí, es cierto. Las ventanas en los edificios Passivhaus, tienen que ser practicables,  Y se pueden abrir, a pesar de algunas ideas erróneas en sentido contrario.

El recuperador de calor, se utiliza, principalmente para la ventilación general,  dado que mueve el aire muy lentamente y en silencio. Por esta razón, el RdC. sólo puede eliminar una cantidad limitada de calor, aunque sea en velocidad máxima, esto tiene sus limitaciones, y no debe ser utilizado en periodos largos, por el aumento de consumo eléctrico de los ventiladores, que además, estarán emitiendo algo de calor también.

En cambio, abrir las ventanas y permitir la ventilación cruzada, puede quitar rápidamente una gran cantidad de aire interior caliente y reemplazarlo con aire exterior más frío. Y no consume ninguna energía para hacerlo. En verano, esto es a veces adecuado para el día, pero más a menudo es adecuado en la noche, durante la noche o en la madrugada.

El aire interior que se va calentando a lo largo del día, en la época estival,  puede ser relativamente desagradable. A medida que la noche empieza a enfriarse, las ventanas que se abren pueden purgar rápidamente el aire interior caliente y enfriar las superficies internas.

Si la seguridad, el aire y la contaminación acústica no son problemas, las ventanas se pueden dejar parcialmente abiertas durante la noche para enfriar el edificio listo para un nuevo comienzo por la mañana. Esto puede ser particularmente útil en edificios no residenciales de Passivhaus como una escuela.

10. Una Inercia térmica del edificio es útil. 

La inercia térmica gracias a un sistema constructivo en masa, no es tan relevante en los edificios de Passivhaus como se pensaba a veces. Esto se debe a que la envoltura térmica hermética proporciona una inercia térmica significativa que garantiza que las temperaturas interiores permanezcan muy estables.

Sin embargo, la inercia térmica debido a un sistema constructivo pesado,  tiene un papel útil que desempeñar. La masa térmica hace muy poco, en la mayoría de los climas, para reducir la demanda específica de calefacción. Lo que hace, es ayudar a reducir  la variación de temperatura en un edificio de Passivhaus en verano.

Sin embargo, la cantidad de masa térmica necesaria no es significativa y puede proporcionarse fácilmente en lo que normalmente se considera un edificio ligero. Por ejemplo, los revestimientos de pared de densidad aumentada y / o una losa de suelo de hormigón expuesta pueden proporcionar suficiente inercia térmica beneficiosa en un edificio de madera Passivhaus.

La incorporación de la masa térmica útil puede ayudar a reducir la temperatura máxima del verano, pero puede no reducir el número total de horas por encima de los 25 °C. Y para que sea eficaz, tiene que haber una manera de que el calor sea liberado de la masa durante la noche. Esto podría ser a través de ventilación nocturna, por ejemplo. Si el calor no se libera, al día siguiente la masa térmica absorberá más calor y comenzará a actuar como calentador, emitiendo o irradiando calor y contribuyendo al riesgo de sobrecalentamiento.

11. En un clima cálido, puede ser necesario un enfriamiento activo. 

Sin embargo, al igual que la norma internacional Passivhaus no es un estándar de calefacción cero, tampoco es un estándar de enfriamiento cero. Passivhaus reduce la demanda de calefacción a un mínimo práctico y económico, preservando al mismo tiempo los más altos estándares de confort para que la gente disfrute y sea saludable. El enfriamiento se aproxima al mismo.

Es poco probable que, el enfriamiento activo sea necesario para un edificio de Passivhaus en muchos de los climas calurosos, alrededor del mundo. En climas muy cálidos, sin embargo, el enfriamiento activo podría ser necesario. En este caso, el límite es el mismo que para la demanda de calefacción: 15kWh/m².a.

CONCLUSIONES

Eliminar o minimizar el riesgo de sobrecalentamiento es un aspecto vital del diseño de cualquier edificio, Passivhaus o no.

El aumento excesivo del calor solar es la causa principal del riesgo de sobrecalentamiento en un edificio de Passivhaus. Esto es fácil de manejar en el proceso de diseño. El riesgo de sobrecalentamiento puede eliminarse por diseño. Las ganancias de calor solar sólo deben representar aproximadamente un tercio del balance térmico anual, típicamente cercano o inferior a 15kWh /m ²a para un edificio residencial Passivhaus.

Una vez que la ganancia de calor solar está bajo control, las ganancias internas de calor deben ser cuidadosamente tratadas y por tanto,  los medios de eliminar el exceso de calor del edificio.

Por último, cabe señalar que el PHPP evalúa la frecuencia de sobrecalentamiento de todo el espacio dentro de la envolvente del edificio. Esto es normalmente adecuado para un solo edificio residencial. Para edificios con múltiples unidades residenciales, o edificios no residenciales, esto podría no ser suficiente.

Por ejemplo, en un edificio de apartamentos de Passivhaus, las unidades orientadas hacia el suroeste o el sureste tendrán un riesgo mucho mayor de sobrecalentamiento que los apartamentos orientados principalmente al sur o al norte. En casos como este, el riesgo de sobrecalentamiento debe ser cuidadosamente y con precisión modelado en un software adecuado que no sea el PHPP.

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