Rehabilitación con

estrategias bioclimáticas

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

%

ÍNDICE 1.1.- EL EDIFICIO COMO SISTEMA. 1.1.1.- Sostenibilidad. 1.1.2.- El edificio como sistema. Acondicionamiento interior. 1.1.3.- El edificio como sistema. Condiciones ambientales exteriores. 1.2.- ARQUITECTURA Y CLIMA. 1.2.0.- El clima y las zonas climáticas en el mundo. Arquitecturas autóctonas. 1.2.1.- Fundamentos bioclimáticos. 1.2.1.1.- Introducción. 1.2.1.2.- Confort térmico. Definición. 1.2.1.3.- Parámetros del balance térmico. 1.2.1.4.- Balance térmico. Mecanismos de tranferencia. 1.2.1.5.- Estimación del confort térmico. 1.2.1.6.- Climogramas de confort térmico. 1.2.1.7.- Malestar térmico local. 1.2.2.- Condiciones de invierno. Estrategias bioclimáticas. 1.2.2.1.- Condiciones de invierno. 1.2.2.2.- Estrategias bioclimáticas en invierno. 1.2.3.- Condiciones de verano. Estrategias bioclimáticas. 1.2.3.1.- Condiciones de verano. 1.2.3.2.- Estrategias bioclimáticas en verano. 1.3.- MARCO NORMATIVO. CERTIFICACIONES. 1.3.1.- Normativa Europea de eficiencia energética en edificación. 1.3.2.- Normativa de ámbito nacional. 1.3.2.1.- CTE-HE1 Ahorro de Energía 1.3.2.2.- Reglamento de instalaciones térmicas de edificios (RITE). 1.3.2.3.- Certificación energética de edificios nuevos. 1.3.2.4.- Certificación energética de edificios existentes. 1.3.3.- Otras certificaciones en edificación. 1.3.3.1.- BREEAM. 1.3.3.2.- LEED. 1.3.3.3.- Herramienta Verde. 1.3.3.4.- PassivHaus.

& ' ( ) * + , + - ) . + / 0 . 1 0 ' 2 - & ) - ' 3 + ) 2 * + 1 . , + 4 5 - + . ) 2� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

6

1.1.- EL EDIFICIO COMO SISTEMA. 1.1.1.- Sostenibilidad. El concepto de sostenibilidad, en el sentido que nos ocupa, se empleó por primera vez en el informe de la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo de las Naciones Unidas de 1987, también denominado Informe Bruntland. De todas las definiciones, la más universal reconocida por todos como la que mejor describe el concepto de desarrollo sostenible es la que aparece en este informe:

Desarrollo sostenible es aquel que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las propias.

¿Y cómo se puede poner en riesgo ese desarrollo futuro?: agotando los recursos naturales con nuestro propio desarrollo, los combustibles, el agua, los minerales, la madera, la riqueza del subsuelo, etc. Aunque el término era nuevo, el concepto ya existía, se había aplicado en el mundo por todas las civilizaciones, o casi todas, hasta llegar a nuestros días. La protección del medio ambiente y el crecimiento económico habrían de abordarse como una sola cuestión. Posteriormente, la Cumbre para la Tierra celebrada en Río de Janeiro de 1992 supuso un importante paso en el desarrollo de este concepto al aprobar tres grandes acuerdos que habrían de regir la labor futura: - el Programa 21, un plan de acción mundial para promover el desarrollo sostenible; - la Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, un conjunto de principios en los que se definían los derechos civiles y obligaciones de los Estados, entre ellos:

El mejor modo de tratar las cuestiones ambientales es con la participación de todos los ciudadanos interesados, en el nivel que corresponda.(Principio 10)

- y una Declaración de principios relativos a los bosques, serie de directrices para la ordenación más sostenible de los bosques en el mundo. En este marco de “desarrollo sostenible” cabe entender la “arquitectura sostenible” como aquella que cubre las necesidades de la construcción, acondicionamiento y de abastecimiento de agua sin impedir que generaciones futuras también puedan hacerlo. Introduzcamos a continuación algunas reflexiones generales acerca de la realidad actual: a. A pesar de que el 70% de la superficie de la Tierra es agua, tan sólo el 0,3% del agua terrestre es utilizable para servir las exigencias de confort e higiene de los más de 7.000 millones de habitantes del planeta. A estos datos hay que añadir que el acceso al agua potable es dramático en

& ' ( ) * + , + - ) . + / 0 . 1 0 ' 2 - & ) - ' 3 + ) 2 * + 1 . , + 4 5 - + . ) 2� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

7

muchísimas ocasiones. - La mayor parte del agua dulce está en forma helada en los casquetes polares y el resto está distribuida de manera no uniforme y en muchos casos no acorde a las necesidades de la población . - Además, para poder consumirla hay, en la mayoría de los casos, que someterla a procesos de depuración y potabilización, técnicas no disponibles en todas las partes del mundo necesitadas de agua. - En nuestro entorno mediterráneo el problema es la escasez de agua dulce dado nuestro pobre y desequilibrado régimen de lluvias. El consumo excesivo de agua, no sólo supone un coste importante en su tratamiento para la sociedad, sino que al reducir el agua disponible en acuíferos, cauces fluviales y embalses, altera el microclima, reduciendo la vegetación y ésta, a su vez al régimen de lluvias. Por todo ello, la gestión adecuada del agua de que disponemos también se convierte en un objetivo de la sostenibilidad global del planeta y, por ello, no se puede considerar a un edificio auténticamente sostenible si no se plantea la reducción del consumo con todas las medidas posibles (electrodomésticos y grifería de bajo consumo o la reutilización de aguas pluviales y grises para diferentes usos del edificio).

b. Los edificios se construyen en su inmensa mayoría con materiales que no son sostenibles. La sostenibilidad comprende no solo factores medioambientales, sino también económicos y sociales. Se debe lograr el equilibrio entre un precio correcto para que el material resulte competitivo en el mercado una producción y puesta en obra respetuosa con todas las personas que intervienen en el proceso, y una carga mínima sobre el medio ambiente durante su ciclo de vida. El material final obtenido debe ser el resultado: - de un proceso de extracción de bajo impacto ambiental, con preferencia por el uso de materiales renovables como la madera o productos reciclados, - de una fabricación eficiente, en la que: - se optimice la cantidad de materia prima empleada, - se controle el gasto de agua, - se limite el consumo energético, - se reduzcan las emisiones, - y una gran parte de los residuos generados se valoricen, reincorporándolos al proceso o transformándolos en otros materiales. c. Las necesidades de acondicionamiento están vinculadas al consumo de energía, y la mayor parte de ella no es sostenible porque se agota. Únicamente es sostenible aquella energía que no se agota y que siempre estará disponible para otras generaciones, - la energía solar, - la eólica, - la hidráulica, - la biomasa, 77777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777

& ' ( ) * + , + - ) . + / 0 . 1 0 ' 2 - & ) - ' 3 + ) 2 * + 1 . , + 4 5 - + . ) 2� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

8

- la geotérmica, - y otras que se encuentran en fase de investigación como el hidrógeno. En la actualidad no es posible cubrir todas nuestras necesidades de acondicionamiento con energías renovables, no porque sean insuficientes las que llegan o se encuentran en la Tierra, sino porque no tenemos instalaciones suficientes para captar y transformar la necesaria, y falta tiempo para que nos libremos de la dependencia de las energías no renovables, que son mucho más habituales de gestionar que las renovables. Las evidencias científicas sobre la realidad de un proceso de cambio climático a escala global y sobre la responsabilidad que en este cambio tienen las actividades humanas han llevado a un número importante de países a tomar iniciativas individuales y colectivas orientadas a reducir nuestro impacto en el planeta y garantizar un desarrollo sostenible. El hito más significativo se produjo el 11 de diciembre de 1997 cuando, tras un largo periodo de análisis y discusión, se aprobó el Protocolo de Kyoto, acuerdo internacional encaminado a la reducción de las emisiones de seis gases (entre ellos el CO2) que, a través de su contribución al efecto

invernadero, propician el calentamiento global.

PAISES Portugal Grecia España Irlanda Suecia Finlandia Francia

REDUCCIÓN % 27,00% 25,00% 15,00% 13,00% 4,00% 0,00% 0,00%

Paises Bajos Italia Bélgica Reino Unido Austria Dinamarca Alemania Luxemburgo UE

-6,00% -6,50% -8,00% -12,50% -13,00% -21,00% -21,00% -28,00% -8,00%

Compromisos entre los países de la UE para reducir las emisiones de GEI y cumplir

con el Protocolo de Kioto en 2012 Fuente: EEA (European Environment Agency)

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

9

El camino por tanto debe ser seguir investigando en el aprovechamiento de los recursos renovables, mejorando la energía solar fotovoltaica, mejorando los aerogeneradores, aprovechando la energía que proporciona el mar con sus olas, mareas y su gradiente térmico, pero también dando tiempo a esas investigaciones para que alcancen los resultados deseables a tiempo, antes de que sea irremediable el calentamiento global, la desaparición de recursos y la destrucción del medio ambiente. Ello requiere que los edificios sean menos dependientes de la energía en general, que necesiten menos para cubrir sus necesidades. De las reflexiones anteriores podríamos obtener las siguientes conclusiones generales: - Si un edifico se aisla más y mejor gastará menos energía en calefacción, si se protegen sus huecos de la radiación solar del verano gastará menos en la refrigeración. - Si se diseña su envolvente de forma que capte directamente energía natural, como calor solar o frescor nocturno, el edificio se convertirá en gestor de energía no contaminante. - De este modo, reduciendo la dependencia energética con la protección y la autoproducción, los recursos energéticos globales se gastarán más lentamente y el tiempo que daremos a la técnica para desarrollar procedimientos de captación o producción más eficaces, será mayor, y nuestro horizonte de viabilidad y desarrollo será más amplio. Un edificio sostenible es, por tanto, aquel que se construye con materiales y conceptos sostenibles, que se acondiciona con energías renovables y que gestiona el agua inteligentemente para reducir su dependencia. 1.1.2.- El edificio como sistema. Acondicionamiento interior. La edificación nace como refugio del ser humano frente a condiciones ambientales adversas. Los primeros refugios de los que se tiene constancia se basan en la idea de protección frente a las condiciones exteriores, requiriéndose mínimas condiciones de confort para el ser humano en el interior del edificio. A lo largo de la historia, los requerimientos y las condiciones de confort perseguidos y alcanzados en el interior de los edificios van evolucionando en función de diferentes factores, siendo la facilidad para obtener combustible con que calentarse uno de los más significativos.

- En este sentido, la Revolución Industrial significa un gran cambio en los modelos de edificación y de asentamientos humanos, ya que la energía y el transporte pasan a actuar como motores del crecimiento: las ciudades aumentan en tamaño y número, mientras que la energía para su abastecimiento procede cada vez de lugares más lejanos.

En la actualidad, el concepto de refugio incluye: - condiciones ambientales interiores adecuadas para la actividad humana prevista (iluminación, temperatura, humedad del aire y ausencia de sustancias en el aire que puedan dañar la salud humana), - además de incorporar equipamientos consumidores de energía dedicados a diferentes funciones: producción de alimentos, conservación de los mismos, lavado, conservación, entretenimiento, producción...

& ' ( ) * + , + - ) . + / 0 . 1 0 ' 2 - & ) - ' 3 + ) 2 * + 1 . , + 4 5 - + . ) 2� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

:

Las variaciones en los parámetros de confort de las diferentes culturas y estamentos sociales así como el nivel adquisitivo de los ocupantes, que condiciona la cobertura de estos requerimientos, inciden sensiblemente en el consumo energético. - En sociedades con bajo nivel de desarrollo y bajo Producto Interior Bruto (PIB), en muchos de los hogares los consumos energéticos continúan limitándose a la producción de alimentos, mientras que en sociedades más desarrolladas incluyen el confort higrotérmico y los aparatos electrónicos. - A modo de ejemplo, el consumo de energía en los Estados Unidos es de 11,4 kW por persona, mientras que en Bangladesh -el país con menor consumo per capita- este solo llega a 0,2 kW por persona, 57 veces menos. Esta evolución en los patrones de confort hace que la edificación o "parque edificatorio" existente necesite ajustes y modificaciones para adaptarse a los nuevos requerimientos energéticos, en general mayores que los imperantes durante el período en el que fueron concebidos. El incremento del número de edificaciones, sumado a la incorporación de sistemas consumidores de energía para su funcionamiento, convierte al sector de la edificación en uno de los mayores consumidores de este recurso. Por otra parte, cuando se habla de los consumos energéticos ligados a la actividad edificatoria, deben también tenerse en cuenta los asociados a la creación de la edificación como bien de consumo y los derivados de su eliminación o transformación una vez agotada su vida útil para el uso para el que fue construida. A la suma de las diferentes etapas del hecho constructivo se la denomina "ciclo global de la edificación"; en él se incluye, - desde la extracción de los materiales que serán necesarios para la construcción, - pasando por su procesado, transporte y puesta en obra, que permiten la construcción del edificio, - hasta su mantenimiento en adecuadas condiciones de operación - y eliminación del mismo y de sus sistemas, cuando se considera que ya no "sirve" como bien de consumo. No todas las edificaciones consumen lo mismo ni en su fase de producción ni, posteriormente, en su uso. Sus consumos serán variables en función de - su localización, - de la forma en que fue construida la edificación, - el sistema de construcción empleado, - los sistemas de procesado de los materiales - y la distancia de su lugar de origen a la obra, - y de cómo se usa: - la adecuación de la edificación para los usos a los que está destinada, - la gestión energética a lo largo de su vida útil, - la durabilidad de los materiales y de los sistemas que la componen, - las estrategias de mantenimiento - y los tratamientos necesarios para la eliminación de sus componentes una vez finalizada su vida.

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

;

1.1.3.- El edificio como sistema. Condiciones ambientales exteriores. Dentro de las diferentes funciones que debe cumplir la edificación para actuar como elemento de refugio adecuado para la realización de actividades humanas, resulta fundamental la adecuación de las condiciones ambientales interiores a parámetros de confort térmico y lumínico. La obtención de estas condiciones de confort mediante el uso energéticamente eficiente de los sistemas de acondicionamiento del edificio -pasivos y activos- debe considerar el edificio como un todo, un sistema amplio y complejo que contiene una serie de subsistemas acoplados entre ellos para obtener el confort. Como primer paso para la reducción de los consumos energéticos, el edificio deberá responder, en su concepción, a las condiciones ambientales exteriores: el edificio debe adaptarse a su entorno físico y climático. Comparemos en este sentido los sistemas de la arquitectura vernácula con las edificaciones actuales: a. Los sistemas de la arquitectura vernácula y las grandes tradiciones arquitectónicas de la geografía del planeta nos muestran soluciones de diseño que implican la comprensión de los agentes atmosféricos y una correcta respuesta frente a ellos: desde los iglús de la arquitectura esquimal hasta los edificios sobre pilotes típicos de la arquitectura vernácula de climas tropicales.

La radiación solar es uno de los parámetros manejados por el hombre -bien para aprovecharla o bien para protegerse de ella- desde los primeros refugios existentes en la arquitectura primitiva. - Una detallada observación de las arquitecturas populares permite relacionar el tamaño de sus huecos con las necesidades de radiación solar, el ancho de sus muros con la necesidad de protección de condiciones climáticas extremas, o los materiales e inclinación de su cubierta con el índice de precipitaciones. La casa está integrada en su medio ambiente.

b. Dentro de la arquitectura de los últimos siglos, sin embargo, la edificación ya no es necesariamente un sistema energético optimizado. El usuario, el diseñador y el ejecutor de la edificación no son ya la misma persona ni están relacionados directamente, especialmente dentro de la arquitectura urbana. La proliferación de edificaciones cerradas al aprovechamiento de las condiciones

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

<

ambientales para reducir el consumo energético y la creación de tipologías edificatorias y constructivas que se extienden por todo el territorio con independencia de dichas condiciones ambientales conduce, en la segunda mitad del siglo XX, a la necesidad de acuñar un nuevo adjetivo para aquella arquitectura que conjugue la sabiduría de la arquitectura popular en la relación con el ambiente exterior con los nuevos medios, tecnologías y materiales existentes.

Así, aparece dentro del marco actual el concepto de "arquitectura bioclimática". La arquitectura "bioclimática" ó "energéticamente consciente" o "energéticamente eficiente" tiene como objeto la aproximación al estado de bienestar físico mediante la adecuación del diseño, geometría, orientación y materiales del edificio a las condiciones climáticas del entorno. La limitación de la demanda energética de la edificación mediante el uso de sistemas y estrategias pasivos en la nueva edificación o en la rehabilitación de la edificación existente significa buscar la estabilidad térmica en los espacios interiores. Una actuación con criterios de eficiencia energética buscará atenuar las oscilaciones de temperatura en el interior del edificio durante todo el año y llevarlas al rango de confort, - convirtiendo a sus elementos de cerramiento en moduladores de las variaciones cíclicas de la temperatura exterior, - estableciendo estrategias de regulación en dichos elementos que permitan reducir o incluso anular el consumo energético generado por equipos mecánicos de acondicionamiento climático y - reduciendo las necesidades de iluminación artificial mediante un adecuado diseño de huecos.

Considerando el edificio como un sistema energético, las estrategias generales que deben potenciarse en las tareas de rehabilitación del parque edificatorio existente son las siguientes: a. Captación y conservación de recursos energéticos del entorno inmediato cuando estos están disponibles (radiación solar, viento...) en función del ciclo del clima y necesidades energéticas interiores. b. Almacenamiento y conservación de los recursos energéticos captados para su aprovechamiento a lo largo de todo el período de uso de la edificación. c. Potenciación de la eficiencia del sistema energético mediante la incorporación de elementos de regulación que permitan modular el intercambio energético entre el edificio y el exterior en función de las variaciones cíclicas de las condiciones ambientales exteriores estacionales y diarias. Dada la secuencia anterior, el análisis del funcionamiento energético de la edificación existente y la incorporación de medidas de mejora y optimización del mismo requiere del conocimiento y análisis de dos realidades: - las condiciones ambientales exteriores a las que está sometido el edificio a lo largo de los diferentes ciclos climáticos y, - en segundo lugar, los medios de que dispone la envolvente del edificio (sus elementos de cerramiento) para dar una respuesta energética adecuada. Así, podemos establecer dos tipos de factores relevantes en el análisis: - Factores extrínsecos: parámetros meteorológicos, geográficos y topográficos. - Factores intrínsecos: características físicas y geométricas del edificio. Como ejemplo,

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

=

- Si el edificio objeto de la rehabilitación se encuentra en un lugar donde los inviernos son fríos, nuestro análisis deberá contemplar, en primer lugar, el acceso al sol que tienen los sistemas de cerramiento del mismo y, en segundo lugar, si incorporan elementos de ganancia adecuados para el aprovechamiento de la energía procedente del sol. - Si nuestro edificio, además, se encuentra en un lugar donde los veranos son cálidos deberemos analizar qué sistemas se incorporan para proteger del sol los elementos de ganancia térmica invernales. De lo enunciado en este punto podemos obtener las siguientes conclusiones: - La comprensión del funcionamiento del edificio como un sistema energético requiere la comprensión de las condiciones ambientales exteriores a las que tiene que responder y del funcionamiento de los elementos de cerramiento del mismo para proporcionar una respuesta a estas condiciones. - Los criterios, conceptos y estrategias que regulan la optimización de esta relación entre el edificio y el medio sientan las bases de la denominada "arquitectura bioclimática" o "arquitectura energéticamente eficiente", cuyo objetivo es el aprovechamiento de los recursos energéticos del ambiente exterior para alcanzar condiciones de confort en el ambiente interior (espacios de uso en la edificación) reduciendo o incluso eliminando la necesidad de utilizar sistemas activos de apoyo consumidores de energía.

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � � � " � � ! � � � # � � $ � � � � ! � � � �

% >

1.2.- ARQUITECTURA Y CLIMA. 1.2.0.- El clima y las zonas climáticas en el mundo. Arquitecturas autóctonas. Las características climáticas han condicionado desde siempre, tanto la elección del asentamiento del refugio del hombre, como la disposición, orientación y forma de las edificaciones. Se puede entender por CLIMA de un lugar geográfico determinado al conjunto de los

fenómenos meteorológicos que caracterizan el estado medio de la atmósfera y su evolución en dicho lugar.

El conjunto de fenómenos debe corresponder a un periodo de tiempo suficientemente largo como para considerarse representativo de la zona. En las zonas templadas, donde se sitúa España, se suele considerar un peridodo de 30 años como suficiente para definir el clima. En los últimos tiempos se están sucediendo transformaciones del clima natural a causa de las actividades del hombre. Las actividades humanas causan fenómenos como la contaminación ambiental, la lluvia ácida, el efecto invernadero la disminución de la capa de ozona y la desforestación, entre otros, que dan lugar a que se hable de variaciones importantes del clima. Enumeremos a continuación: - los factores climáticos (o propiedades físicas invariables del lugar), - y los elementos climáticos (o componentes variables que determinan el clima en un momento dado).

FACTORES CLIMÁTICOS

Factores fundamentales

Situación de la zona geográfica en el seno de la circulación general de la atmósfera. (Variable en función del tiempo).

Factor de continentalidad: situación y configuración geográfica según la distribución de la superficie de la tierra en masas continentales y océanos. (Constante).

Factor orográfico: presencia o ausencia de barreras montañosas que obstaculicen o favorezcan el movimiento de las masas de aire desde el mar. (Constante).

La temperatura de la superficie del mar. Cuando la región considerada se encuentre próxima a él. (Variable en función del tiempo).

Factores secundarios

La altitud sobre el nivel del mar.

La exposición a la radiación solar.

Las características del terreno.

ELEMENTOS CLIMÁTICOS Propiedades o condiciones atmosféricas que definen el clima de un lugar para un periodo de tiempo determinado.

Propiedades físicas de la atmósfera y su movimiento

Temperatura del aire.

Humedad.

Presión atmosférica.