La contribución de las fachadas a la eficiencia energética

Una prueba evidente de la importancia que los edificios tienen en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y en la disminución del consumo de combustibles son las diferentes directivas europeas que tienen como objeto la eficiencia energética de nuestros edificios.

Dentro de ellos, la envolvente es una de las principales zonas de intercambio de energía entre el edificio y su entorno ambiental, de ahí su papel destacado dentro de las medidas pasivas de ahorro de energía.

Ya sea que nos estemos refiriendo a ventanas o a fachadas (acristaladas, ventiladas, etc.) su impacto en el consumo energético depende de tres factores: calidad del producto que forma la fachada, calidad de su instalación en obra y uso correcto (incluyendo su mantenimiento y reparación).

En relación al producto, sus prestaciones reglamentarias vienen determinadas por el Código Técnico de la Edificación, mientras que los fabricantes declaran las características del producto a través de cumplimientos obligatorios (marcado CE) o voluntarios (marcas voluntarias de calidad, documentos de idoneidad técnica, etiquetas de eficiencia energética de ventanas...). Es tarea del prescriptor la correcta definición del producto a nivel de proyecto y tarea del director de ejecución de obra asegurar que solo productos que, como mínimo, cumplen las prescripciones reglamentarias, entran en la obra.

Esta fase técnica y documental requiere un estudio del edificio, su entorno y su uso que, dependiendo de la mayor o menor dificultad de cada proyecto, se acaba justificando.

Veamos a continuación cómo ha ido evolucionando la normativa de ahorro de energía del Código Técnico de la Edificación, y en concreto las exigencias que para los cerramientos acristalados ha ido incorporando el Documento Básico DB HE en sus sucesivas actualizaciones.

Si tomamos como punto de partida el Código Técnico del año 2006, en su Documento Básico de Ahorro de Energía para limitar la demanda energética del edificio, el DB HE contemplaba tres prestaciones de las ventanas: la permeabilidad al aire, la transmitancia térmica y las condensaciones.

En relación a la permeabilidad al aire de las ventanas se establecía que la permeabilidad de las carpinterías, medida con una sobrepresión de 100 Pa y referida a la superficie total tenía que tener unos valores inferiores a 50 m³/hm² (es decir clase 1) para las zonas climáticas A y B, y menor a 27 m³/hm² (es decir clase 2) para las zonas climáticas C, D y E.

La especificación que contenía el DB HE del CTE en relación al control de las condensaciones aparecía en el apartado 2.1 de demanda energética en el que se establecía que para evitar las descompensaciones entre la calidad térmica de diferentes espacios, cada uno de los cerramientos y particiones interiores de la envolvente debía tener una transmitancia térmica no superior a los valores indicados en la tabla 2.1, en función de la zona climática donde se ubicaba el edificio:

Se establecían además los valores límite para los huecos, que dependían del porcentaje de huecos en fachada y la orientación. Estas tablas, en función de la zona climática, incorporaban la limitación de la transmitancia límite de los huecos y del factor solar modificado límite de huecos.

Se muestra a continuación un ejemplo de las limitaciones para el caso de la zona climática D3 (Madrid), de la zona climática C2 (Barcelona) y de la zona climática B4 (Sevilla).

En esta versión del CTE el cálculo de la U de la ventana despreciaba el efecto perimetral de unión entre el marco y el acristalamiento, teniendo solo en cuenta el efecto de la pérdida energética a través del perfil y del acristalamiento.

En septiembre de 2013 se publica la orden FOM/1635/2013, de 10 de septiembre, por la que se actualiza el Documento Básico DB-HE ‘Ahorro de Energía’, del Código Técnico de la Edificación.

Una de las novedades principales de la actualización es la incorporación del DB HE0 en relación a la limitación del consumo de energía. El consumo energético de los edificios se limita en función de la zona climática, de su localidad de ubicación y del uso previsto.

Para edificios nuevos o ampliaciones de edificios existentes de uso residencial privado, se establece que el consumo energético de energía primaria no renovable del edificio o la parte ampliada, en su caso, no debe superar el valor límite Cep, lim obtenido mediante la siguiente expresión:

Cep, lim = Cep, base + Fep, sup / S

Donde:

• Cep, lim es el valor límite del consumo energético de energía primaria no renovable para los servicios de calefacción, refrigeración y ACS, expresada en kW·h/m²·año, considerada la superficie útil de los espacios habitables;
• Cep, base es el valor base del consumo energético de energía primaria no renovable, dependiente de la zona climática de invierno correspondiente a la ubicación del edificio, que toma los valores de la tabla 2.1;
• Fep, sup es el factor corrector por superficie del consumo energético de energía primaria no renovable, que toma los valores de la tabla 2.1;
• S es la superficie útil de los espacios habitables del edificio, o la parte ampliada, en m².

Para los edificios nuevos o ampliaciones de edificios existentes de otros usos se indica que la calificación energética para el indicador de consumo energético de energía primaria del edificio o la parte ampliada debe ser de una eficiencia igual o superior a la clase B.

Además de la tabla anterior, el Documento Básico incorpora un Anexo E donde se incluyen unos valores orientativos de los parámetros característicos de la envolvente térmica. En el propio documento se resalta el carácter exclusivamente orientativo de los valores aportados en este apéndice, de manera que su empleo no garantiza el cumplimiento de la exigencia de limitación de demanda energética, si bien son valores que pueden servir de orientación para la fase inicial de diseño de las soluciones constructivas de un edificio.

Este apéndice aporta valores orientativos de los parámetros característicos de la envolvente térmica para el predimensionado de soluciones constructivas en uso residencial. El uso de soluciones constructivas con parámetros característicos iguales a los indicados no garantiza el cumplimiento de la exigencia pero debería conducir a soluciones próximas a su cumplimiento.

Los valores del anexo se han obtenido considerando unos puentes térmicos equivalentes a los del edificio de referencia y un edificio de una compacidad media. Para simplificar el uso de estas tablas se toma como límite de aplicación una superficie total de huecos no superior al 15% de la superficie útil. El anexo indica que las transmitancias térmicas de huecos y el factor solar modificado recomendados deberían reducirse respecto a los indicados en caso de tener relaciones mayores de superficie de huecos respecto a la superficie útil.

La descripción de la captación solar en invierno es cualitativa. Es alta para edificios con ventanas sin obstáculos orientadas al sur, sureste o suroeste, y baja para orientaciones norte, noreste, noroeste, o para cualquier orientación en el caso de existir obstáculos que impidan la radiación directa sobre los huecos. Para cada nivel de captación y zona climática se proporciona un rango de transmitancias que corresponde a un porcentaje total de huecos respecto a la superficie útil entre el 15% (nivel inferior) y el 10% (nivel superior).

De igual forma el documento incorpora una limitación para la demanda energética, tanto de calefacción como de refrigeración, en función de la zona climática. Para los edificios de uso residencial privado se establece que la demanda energética de calefacción del edificio o la parte ampliada, en su caso, no debe superar el valor límite Dcal, lim obtenido mediante la siguiente expresión:

Dcal, lim = Dcal, base + Fcal, sup / S

Donde:

• Dcal, lim es el valor límite de la demanda energética de calefacción, expresada en kW·h/m²·año, considerada la superficie útil de los espacios habitables;
• Dcal, base es el valor base de la demanda energética de calefacción, para cada zona climática de invierno correspondiente al edificio, que toma los valores de la tabla 2.1;
• Fcal, sup es el factor corrector por superficie de la demanda energética de calefacción, que toma los valores de la tabla 2.1;
• S es la superficie útil de los espacios habitables del edificio, en m².

Para la demanda energética de refrigeración del edificio o la parte ampliada, en su caso, se establece que no debe superar el valor límite Dref, lim = 15 kW·h/m²·año para las zonas climáticas de verano 1, 2 y 3, o el valor límite Dref, lim = 20 kW·h/m²·año para la zona climática de verano 4.

Además para el caso de edificios de otros usos, se indica que deben cumplir un porcentaje de ahorro de la demanda energética conjunta de calefacción y refrigeración, respecto al edificio de referencia del edificio o la parte ampliada.

Por tanto, el edificio tiene que cumplir con los componentes elegidos, unos valores límite de consumo y de demanda en función de la zona climática donde se ubique.

Para el caso de los huecos, cambios de ventanas puntuales (no grandes rehabilitaciones) se establece que los elementos de la envolvente térmica que se sustituyan, incorporen, o modifiquen sustancialmente, cumplirán las limitaciones establecidas en la tabla 2.3. Por lo que una de estas novedades principales es que para el caso de sustitución de ventanas existe una limitación del valor de la transmitancia térmica de la ventana y de su clasificación de la permeabilidad al aire (clase 1 para las zonas alfa, A y B, y clase 2 para las zonas C, D y E).

Así, se indica que la transmitancia térmica y permeabilidad al aire de los huecos y la transmitancia térmica de las zonas opacas de muros, cubiertas y suelos, que formen parte de la envolvente térmica del edificio, no debe superar los valores establecidos en la tabla 2.3.

Otra de las novedades importantes es la publicación, en febrero de 2015, del Documento de Apoyo al Documento Básico DB-HE Ahorro de energía Código Técnico de la Edificación, DA DB-HE / 1, en el que se incluye el cálculo de parámetros característicos de la envolvente. En el apartado de transmitancia térmica de huecos, se indica que para el cálculo de la transmitancia térmica de huecos (ventana, lucernario o puerta) UH (W/m²·K) se empleará la norma UNE EN ISO 10077.

Esto supone que se tiene que considerar para el cálculo el efecto perimetral entre perfil y acristalamiento, así como de la unión de cajón de persiana y ventana. La fórmula a emplear es la siguiente:

Siendo,

• U_H la transmitancia térmica del hueco (ventana, lucernario o puerta) [W/m²·K];
• U_{H, v} la transmitancia térmica del acristalamiento [W/m²·K];
• U_H,m la transmitancia térmica del marco [W/m²·K];
• U_H,p la transmitancia térmica de la zona con panel opaco [W/m²·K];
• _Psiv la transmitancia térmica lineal debida al acoplamiento entre marco y acristalamiento [W/m·K];
• _Psip la transmitancia térmica lineal debida al acoplamiento enter marco y panles opacos [W/m.K]
• A_H,v el área de la parte acristalada [m²];
• A_H,m el área del marco [m²];
• A_H,p el área de la parte con panel opaco [m²];
• l_v la longitud de contacto entre marco y acristalamiento [m];
• l_p la longitud de contacto entre marco y paneles opacos [m];

Actualmente el Ministerio está ya trabajando en la revisión del actual Documento Básico. El Ministerio ya ha publicado el documento de bases para esta actualización, que incluirá, en 2018, la definición de edificio de consumo de energía casi nulo (nZEB), de ahí su importancia.

La necesidad de revisión del Documento Básico proviene de la propia Directiva de Eficiencia Energética de los Edificios, que exige la actualización de los requisitos mínimos de eficiencia energética de los edificios, de forma periódica y en vista del progreso técnico, así como la definición de los edificios de consumo de energía casi nulo y la evolución de la normativa europea. Para ello, proporciona un marco comparativo y una metodología de cálculo armonizados.

Por el momento, es una primera aproximación la que se ofrece en el documento publicado, pero se incluyen ya las líneas que marcarán las nuevas exigencias e indicadores que se tendrán en cuenta para dicha definición.

Las exigencias se refieren al uso de energía, a las características de la envolvente térmica y a las características de las instalaciones.

En concreto, para la envolvente térmica se van a considerar los siguientes indicadores: transmitancia térmica global (K), control solar, limitación de descompensaciones en edificios de uso residencial privado y limitación de la merma de prestaciones de la envolvente térmica.

La tabla 2 incorpora la estructura de las exigencias e indicadores del futuro DB HE del año 2018.

El objetivo de este conjunto de indicadores es limitar las necesidades de energía del edificio en base al cuidado de los aspectos pasivos de su diseño, asegurando el mantenimiento de las prestaciones térmicas en el tiempo y evitando descompensaciones en la calidad térmica de los espacios y unidades de uso residencial.

En la medida de lo posible, se busca una caracterización directa y fácilmente trasladable a parámetros de diseño, puesto que este es el que determina el comportamiento pasivo del edificio.

Uno de los mayores problemas se encuentra en la fase de instalación. Así como hemos señalado, en la fase de proyecto existe una normativa de obligado cumplimiento, respecto a la instalación no hay unas pautas tan claras y obligatorias hasta el momento.

Un primer paso, en relación a las ventanas, ha sido la reciente publicación de la norma UNE 85219:2016 sobre instalación de ventanas en obra, que busca facilitar las tareas de colocación mediante recomendaciones de técnicas y soluciones constructivas.

La norma tiene por objeto definir los sistemas y condiciones técnicas que deben seguirse para la colocación de las ventanas y puertas peatonales exteriores en el hueco de la obra, con la doble finalidad de proporcionar seguridad al usuario y la perdurabilidad en el tiempo de sus prestaciones.

La norma es de aplicación a ventanas (incluyendo ventanas balconeras y ventanas de tejado) y a puertas peatonales exteriores, cualquiera que sea el material con que estén fabricadas, tal y como se definen en la Norma UNE-EN 12519, independientemente del tipo de obra y situación de la ventana respecto al hueco sobre el que se vaya a fijar. Es aplicable tanto a obra nueva como a renovación de ventanas.

En proyectos más complejos, caso de grandes fachadas, hay que recurrir a documentos de idoneidad técnica para la solución concreta o, llegado el caso, a la construcción y ensayo de prototipos representativos de la fachada a ejecutar, junto a los ensayos en la misma obra para refrendar la calidad demandada tanto al producto como a su instalación.

Respecto al uso, se están incorporando cada día más elementos que ya se usaban en domótica para gestionar mejor la eficiencia energética de las fachadas. Ya no es solo cuestión de que una serie de sensores informen al usuario de los parámetros ambientales exteriores e interiores de confort para que actúe sobre las protecciones solares o las instalaciones del edificio. La tecnología existente hoy en día permite que el propio sistema actúe de forma dinámica y tome por sí mismo las decisiones más eficientes, incluso sin que el usuario esté en el interior del edificio.

Estamos inmersos en lo que se conoce como la industria 4.0, una nueva revolución industrial, y el sector de los cerramientos no es ajeno a ello. Se van incorporando nuevos elementos de digitalización en cada una de las etapas del proceso industrial: fabricación, instalación, uso, mantenimiento, reparación, deconstrucción. De forma que poco a poco conceptos hasta hace poco desconocidos se incorporan al mundo de las ventanas y fachadas: BIM, impresión aditiva, internet de las cosas.