Una estrategia de refrigeración pasiva que aporta resiliencia a los edificios

Los huecos de las ventanas o puertas de las fachadas pueden llegar a influir en el 40% del consumo de energía de climatización, según datos de 2022 de la Comisión Europea.

La Directiva de Eficiencia Energética en Edificación (EPBD) establece que en los últimos años se ha observado un “aumento del número de instalaciones de aire acondicionado en los países europeos”. Una realidad que “da lugar a problemas importantes en las horas de máxima carga, aumentando el coste de la electricidad y perturbando el balance energético”.

Esta misma directiva europea deja claro que debe darse prioridad a las estrategias que mejoren el comportamiento térmico de los edificios en el verano. “Se deben propiciar medidas que eviten el sobrecalentamiento, tales como el sombreado y la suficiente inercia térmica en la construcción de edificios, así como perfeccionar y aplicar técnicas de enfriamiento pasivo, en particular aquellas que mejoren la calidad ambiental interior, los microclimas en el entorno de los edificios y el efecto isla de calor urbano’.

Ante esta realidad y necesidad, el sombreado móvil es una solución que, a diferencia de la refrigeración activa, no consume electricidad o bien lo hace en un nivel mínimo si su accionamiento es eléctrico. 

El término resiliencia, muy utilizado en el actual escenario de calentamiento global, se define como la capacidad de un sistema de volver a su situación inicial después de una perturbación. En el caso de edificación, podemos considerar que lo serían, por tanto, el efecto de una ola de calor o un pico de temperatura anormalmente elevada. Para evaluar la resiliencia de un edificio se han definido, según un estudio, cuatro criterios:

• La capacidad de absorber este impacto y minimizar sus consecuencias, como, por ejemplo, la actuación de la masa térmica.
• La capacidad del edificio de adaptarse a la situación, que es el modo de actuación del control solar dinámico.
• Su capacidad de restauración o su habilidad para volver al estado normal, por ejemplo, mediante ventilación nocturna.
• La velocidad a la que es capaz de recuperarse.

Pueden considerarse también cuatro categorías de estrategias de refrigeración, basándose en la manera en que éstas actúan:

• Reduciendo las ganancias de calor hacia el interior, que es en la manera en que actúan soluciones de sombreado, entre otras.
• Extrayendo calor sensible del interior, con estrategias de ventilación y refrigeración activa.
• Refrigeración localizada en las zonas próximas a los ocupantes.
• Extracción de calor latente, con técnicas de deshumidificación.

Como elementos semitransparentes, la radiación solar que atraviesa los huecos provoca un aumento de la demanda de refrigeración en un clima cálido, mientras que contribuye significativamente a reducir la demanda de calefacción en un clima frío, ya que es posible aprovechar la calefacción gratuita que proporciona el sol.

La irradiancia solar directa perpendicular a la fachada en el sur de Europa oscila aproximadamente entre 200 y 800 watios por metro cuadrado. Es, en muchas ocasiones, la ganancia térmica principal en el balance de energía y, por ello, frecuentemente el factor de mayor peso específico en el cálculo de la demanda de energía de climatización.

En un clima con marcados cambios estacionales, resulta, por tanto, fundamental adaptar la configuración de los huecos con dispositivos de sombreado móvil, que puedan ser desactivados en invierno para aprovechar la calefacción gratuita del sol y aprovechar la luz natural, mientras que permanezcan activados en verano cuando existe radiación directa para filtrar esta energía excesiva, que sería necesario extraer mediante aire acondicionado.

En esta estrategia, cabe señalar que la actualización de 2019 del Código Técnico de la Edificación español supuso un avance en la inclusión del sombreado en la normativa. Es ampliamente conocido que el documento incorpora valores límite para un parámetro denominado Control Solar (qsol;jul), el cual corresponde a la irradiación por metro cuadrado de superficie del edificio en el mes de julio cuando las protecciones solares móviles están activadas.

En la mayoría de los proyectos, la incorporación de los sistemas de sombreado móvil acaba aquí. Sin embargo, también deberían tenerse en cuenta en el cálculo de los parámetros característicos de la envolvente (DA DB-HE/1), posibilidad que resulta menos conocida, dado que las herramientas oficiales no realizan todos los pasos del cálculo.

Una de las limitaciones principales en simulación energética es la introducción de todo aquello que depende del comportamiento humano y, por ende, también la activación o desactivación de las protecciones solares. Es por ello que, en ocasiones, estas simplemente se ignoran, con el fin de realizar el cálculo en las condiciones más desfavorables. Sin embargo, el CTE indica cómo debe incorporarse el sombreado móvil, tanto si el control es manual como automatizado, y, para ello, utiliza los umbrales de activación de los dispositivos a partir de ciertos valores de irradiancia sobre la fachada. Estos son respectivamente 300 W/m2 en el caso de control manual y 200 W/m2 en el caso de control automatizado. En la realidad, el umbral de activación de los sistemas de control automatizado es bastante más bajo, por lo que resultan altamente efectivos.

Una vez establecido el tipo de control, es necesario utilizar los datos climáticos correspondientes a la zona del proyecto, así como la orientación de cada hueco. El documento de apoyo DA DB-HE/1 proporciona la fracción de tiempo de activación de los dispositivos para cada zona climática pero sólo para las cuatro orientaciones N-S-E-O y para el caso de control manual (300 W/m2). Si la fachada está orientada hacia un punto intercardinal, o bien se dispone de un control automatizado, puede emplearse la web Envolvente CTE, donde, en la sección de Ayudas, es posible calcular los coeficientes de reducción mensuales por sombras móviles fsh;with. Con dichos valores se calcula entonces un factor solar que será el promedio ponderado para los meses de verano entre al factor solar del acristalamiento solo (ggl;wi) y con el dispositivo móvil activado (ggl;sh;wi).

La guía de aplicación del DB HE 2019 - Ejemplos III explica cuál es el factor que hemos de introducir en las herramientas:

F = ggl;wi;verano / (0,7 · ggl;wi)

(El valor de 0.7 es un valor alto que por defecto aplica el software, correspondiente a una cortina interior, por ejemplo).

Más parámetros

El impacto relativo sobre la demanda de refrigeración de esta reducción de la radiación solar a través de huecos depende, por supuesto, del resto de características del edificio, su orientación y zona climática, pero en todos los casos es significativo. Si bien en las actuaciones de rehabilitación de la envolvente térmica suele incluirse la mejora de los sistemas de sombreado, en pocas ocasiones se refleja su influencia en el cálculo, aunque es posible hacerlo mediante la propia metodología en el CTE.

En el caso de que no se disponga de aire acondicionado, el control solar dinámico actúa mejorando el confort térmico de los ocupantes, reduciendo no sólo el número de horas anuales por encima de consigna, sino también la severidad del sobrecalentamiento (ºC · h).

Por otro lado, la radiación directa del sol sobre los ocupantes produce una mayor sensación de calor que puede suponer una mayor necesidad de aire acondicionado. Persianas, cortinas y toldos modulan esta radiación para evitar un exceso de consumo.