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Permeabilidad al aire de las viviendas españolas: Estimación mediante un nuevo modelo predictivo

permeabilidad al aire de un edificioLa crisis energética ha llevado a la necesidad de reducir el consumo de energía y, complementariamente, las emisiones de gases de efecto invernadero. Por ello, la Unión Europea (UE) se ha comprometido a establecer un sistema energético sostenible y descarbonizado para 2050. En este contexto, el comportamiento energético de los edificios es crucial: por un lado, todos los edificios nuevos deben proyectarse como edificios de energía casi nula (EECN), y por otro, se han establecido estrategias de renovación a largo plazo para mejorar el parque de edificios existentes. Teniendo en cuenta que se espera que el 85-95 % de los edificios de la UE sigan en pie en 2050, se ha establecido el objetivo de renovar 35 millones de edificios ineficientes para 2030.

Hasta el momento, las estrategias se han centrado en la reducción de la transmisión de calor a través de la envolvente del edificio. Sin embargo, se ignora la entrada de aire de manera incontrolada a pesar del su gran impacto energético, que puede representar hasta el 25% de la demanda de calefacción y el 12% de la demanda de refrigeración en España, dependiendo del clima. Esta entrada de aire incontrolada son las infiltraciones y su caudal depende del grado de permeabilidad al aire del edificio.

Asimismo, el aire de infiltración afecta decisivamente a la eficiencia de los sistemas de recuperación de calor, puesto que penetra sin acondicionar al interior de los edificios, obviando el funcionamiento del dispositivo.

Con todo esto, hay que recalcar que el control de las infiltraciones resulta imprescindible si se quiere alcanzar los estándares de los EECN, tanto para aquellos edificios de nuevo diseño como en la renovación de los existentes.

Conocer la permeabilidad al aire de la envolvente

Entender la permeabilidad como la característica principal de la envolvente que afecta la infiltración de aire es decisivo y, por lo tanto, la evaluación de la permeabilidad se vuelve clave para comprender el comportamiento energético y priorizar los esfuerzos hacia las estrategias de renovación. Esto implica no solo la cuantificación de la permeabilidad, sino también la identificación de los principales focos y factores que condicionan el rendimiento global.

La permeabilidad al aire de la envolvente de los edificios es la capacidad física de paso de aire que penetra a través de los defectos constructivos, juntas, o grietas cuando se produce una diferencia de presiones entre las caras de la envolvente (Figura 1). Una permeabilidad excesiva supone, de esta forma, la entrada o salida de aire, que afecta a la eficiencia energética, el confort y la salubridad de los edificios.

permeabilidad al aire de un edificio por la caja de la persiana

Figura 1: Ejemplos de infiltración de aire a través de defectos de la construcción.

La forma más habitual para conocer experimentalmente el grado de permeabilidad de un edificio es mediante ensayo de presurización, también llamado Blower Door. Este procedimiento se recoge en el estándar internacional ISO 9972.

Sin embargo, a veces es interesante estimar el grado de permeabilidad al aire de la envolvente de un edificio sin necesidad de realizar un ensayo. Esto se puede realizar mediante modelos predictivos, desarrollados a partir de resultados experimentales. Aunque los modelos predictivos no pueden considerarse sustitutos del ensayo, se han vuelto de enorme utilidad en el proceso de toma de decisiones para conocer los factores que más influyen en la permeabilidad, así como para estimar valores de entrada en herramientas de simulación energética.

En este sentido, se han desarrollado diversos modelos predictivos a partir de resultados experimentales en países de Europa y Norte América. Sin embargo, los sistemas y prácticas de construcción específicos de cada contexto hacen que no sea posible aplicarlos al parque residencial de España.

La normativa española

Para lograr que los edificios adquieran la condición de EECN, es fundamental limitar la entrada no controlada de aire o infiltración. El Código Técnico de la Edificación (CTE) limita la permeabilidad global de la envolvente de los edificios residenciales desde 2019, estableciendo valores máximos en función del grado de compacidad. Sin embargo, no es obligatorio realizar un ensayo de presurización para demostrar la permeabilidad real de la envolvente, pudiéndose aplicar un procedimiento analítico alternativo a partir de valores de referencia.

Dado que la realización de ensayos de presurización no es aún una práctica extendida, se ha procedido a evaluar la idoneidad de la fórmula propuesta por la norma. Para ello, se han comparado los resultados de ensayo de la base de datos del Proyecto INFILES (BIA2015-64321-R), con los valores obtenidos al aplicar el procedimiento analítico. El análisis de correlación, realizado tanto con los valores originales como con sus transformados logarítmicos, muestra una falta de asociación lineal (Figura 2).

Figura 2: Análisis de correlación entre los logaritmos de n50 obtenidos mediante ensayo y los obtenidos a partir del modelo de CTE.

Figura 2: Análisis de correlación entre los logaritmos de n50 obtenidos mediante ensayo y los obtenidos a partir del modelo de CTE.

El procedimiento analítico de CTE consigue explicar sólo el 4% de la variabilidad de los resultados, por lo que no es adecuado para estimar el grado de permeabilidad de la envolvente.

Un nuevo modelo predictivo

Ante la falta de falta de idoneidad del modelo CTE y la imposibilidad de aplicar otros modelos existentes, se propone un modelo predictivo alternativo aplicable de manera global a las diferentes regiones de España. El modelo se ha desarrollado a partir de resultados de ensayos de presurización realizados en viviendas representativas del parque residencial en España, que se recogen en la ya mencionada base de datos del Proyecto INFILES.

Se ha considerado un Modelo Lineal General (GLM), que es un método estadístico que permite evaluar variables significativas para el grado de permeabilidad, como se indica en la ecuación (1):

permeabilidad ecuación

Se incluyen variables relacionadas con la zona climática, antigüedad del edificio (anteriores o posteriores a 1980), tipología (unifamiliar o plurifamiliar), estado del edificio (original o reformado), sistema constructivo (falso techo, permeabilidad y material de las carpinterías, y posición de la persiana) y dimensiones (superficie opaca/huecos). En líneas generales, puede afirmarse que los resultados están en línea con modelos desarrollados para otros contextos, si bien el modelo recoge además características propias de la construcción española como la posición de las persianas o el papel de la envolvente exterior en el caso de edificios de viviendas.

Los procedimientos estadísticos considerados permiten el análisis tanto cualitativo como cuantitativo de las interacciones entre variables, lo que redunda en una mayor riqueza en la interpretabilidad de los resultados. El modelo final explica un 38,5% de la variabilidad de la respuesta, en contraposición con el 4% que explica el modelo CTE. La mejora del modelo propuesto se puede explicar porque considera un mayor rango de variables, incluidos sus efectos principales y algunas interacciones, lo que da como resultado un modelo más preciso para la muestra elegida.

Conclusiones

La necesidad de construir edificios más eficientes desde el punto de vista energético ha aumentado la preocupación por la permeabilidad al aire de la envolvente de los edificios. Su caracterización, control y limitación se han convertido en una prioridad para la consecución de EECN. La reciente limitación de la permeabilidad global de la envolvente recogida en el CTE, si bien no demasiado restrictiva en relación con las exigencias de otros países europeos, puede verse como un primer paso hacia la limitación de la infiltración.

Sin embargo, el hecho de que no sea obligatorio realizar un ensayo para demostrar el comportamiento real de la envolvente en cuanto a su permeabilidad, y la demostrada inexactitud del procedimiento analítico que se recoge en la norma llevan a concluir que perduran ciertas carencias para abordar esta cuestión.

El modelo predictivo propuesto permite estimar el grado de permeabilidad al aire de la envolvente e identificar las características de los edificios con un mayor impacto en su permeabilidad. La metodología empleada ofrece una base sólida a los resultados que tiene que ver con la representatividad de los datos de origen, la amplia caracterización de los casos y procedimientos estandarizados.

A pesar de una incertidumbre razonable, el modelo es robusto y proporciona un conocimiento valioso relativo a la permeabilidad al aire de las viviendas. En todo caso, cabe señalar que las limitaciones inherentes dificultan la posibilidad de sustituir los ensayos in situ por el modelo predictivo propuesto. Solo los ensayos de permeabilidad al aire pueden proporcionar resultados precisos. Por lo tanto, el modelo pretende ser una herramienta útil durante la etapa de diseño, para evaluar el impacto de ciertas acciones de rehabilitación, o como un método para proporcionar valores de entrada realistas en herramientas de simulación energética.

Referencias

AENOR, UNE-EN ISO 9972: Prestaciones térmicas de los edificios. Determinación de la permeabilidad al aire de los edificios. Método de presurización con ventilador (ISO 9972:2015), (2019).

J. Feijó-Muñoz, I. Poza-Casado, R.A. González-Lezcano, C. Pardal, V. Echarri-Iribarren, R. Assiego De Larriva, J. Fernández-Agüera, M.J. Dios-Viéitez, V.J. Del Campo-Díaz, M. Montesdeoca Calderín, M.Á. Padilla-Marcos, A. Meiss, Methodology for the Study of the Envelope Airtightness of Residential Buildings in Spain: A Case Study, Energies. 11 (2018) 704. https://doi.org/10.3390/en11040704

Ministerio de Fomento. Gobierno de España, Código técnico de la Edificación (CTE). Documento básico HE 1: Limitación de la demanda energética, 2019. https://www.codigotecnico.org/images/stories/pdf/ahorroEnergia/DBHE.pdf.

Poza-Casado, A. Meiss, M.Á. Padilla-Marcos, J. Feijó-Muñoz, Airtightness and energy impact of air infiltration in residential buildings in Spain, Int. J. Vent. (2020). https://doi.org/10.1080/14733315.2020.1777029.

Poza-Casado, P. Rodríguez-del Tío, M. Fernández-Temprano, M.Á. Padilla-Marcos, A. Meiss, An envelope airtightness predictive model for residential buildings in Spain, Building and Environment. (2022). https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109435.

El modelo predictivo es fruto de una investigación publicada en la prestigiosa revista Building and Environment, cuyos resultados y más detalles pueden consultarse en el artículo original: 

Irene Poza-Casado, Pilar Rodríguez-del-Tío, Miguel Fernández-Temprano, Miguel-Ángel Padilla-Marcos, Alberto Meiss, ‘An envelope airtightness predictive model for residential buildings in Spain’, Building and Environment, Volume 223, 2022, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109435

Modificado por última vez enLunes, 03 Octubre 2022 12:22

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