Energy modelling and U-value calculation of Scottish house elements: assessment of thermal performance improvements

Rezvani, Fahimeh
Zabalza Bribián, Ignacio (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2019


Resumen: El cambio climático es un tremendo desafío a largo plazo al que se enfrenta el mundo. ‎
Según la Agencia Internacional de Energía, las viviendas representan alrededor del 40% del ‎
consumo mundial de energía, y las predicciones actuales muestran que si no se toman ‎
medidas definitivas, la tendencia continuará. Según Baetens, las emisiones de gases de ‎
efecto invernadero de las viviendas en los países desarrollados son responsables de alrededor ‎
del 35% de las emisiones. Se están realizando muchos esfuerzos en todo el mundo para reducir ‎
el consumo de energía en las viviendas, ayudando a mitigar de este modo el calentamiento ‎
global. Mediante la mejora de la eficiencia energética en los edificios, es posible reducir el ‎
consumo total de energía de la UE en un 6-7%, y las emisiones de CO2 en un 6%. En la ‎
actualidad, las medidas más destacadas se centran en un mayor uso de las tecnologías ‎
renovables. ‎
El Reino Unido alcanzó las 559 millones de toneladas de emisiones anuales de CO2, de las que ‎
el 28% están directamente relacionadas con la energía utilizada en las casas. El gobierno ‎
escocés estima que aproximadamente un tercio de la energía podría ahorrarse mediante la ‎
implementación de medidas sencillas de ahorro de energía. De este modo, Escocia es uno de ‎
los países con unos objetivos de reducción de carbono más ambiciosos del mundo, que incluyen ‎
la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en un 42% para 2020 y en un 80% ‎
para 2050, con respecto a los niveles de 1990. Las casas tradicionales representan una cuarta ‎
parte de las viviendas existentes en el Reino Unido. Para garantizar que cualquier reforma ‎
propuesta sea beneficiosa y efectiva se requiere una cuidadosa planificación y atención, de ‎
modo que se pueda preservar el carácter histórico de los edificios. Es esencial comprender el ‎
tipo de estructura, los elementos utilizados y los posibles efectos de cualquier modificación ‎
propuesta en estas casas. Hay más de 600 zonas de conservación y 46.000 casas listadas de ‎
interés arquitectónico o histórico en Escocia. La nación en su conjunto reconoce que es esencial ‎
que se preste la debida atención a preservar el carácter de estos edificios y áreas tradicionales. ‎
Además, en línea con los objetivos nacionales e internacionales sobre la reducción de CO2, es ‎
esencial que las renovaciones de edificios antiguos aprovechen al máximo las prácticas ‎
existentes y emergentes para aumentar la eficiencia energética. Además es fundamental no ‎
hacerlo de una manera que comprometa la integridad de las casas, el confort, ni la salud de los ‎
ocupantes. ‎
A menudo, las construcciones históricas ofrecen beneficios naturales para el bienestar de los ‎
usuarios. Muchas de ellas fueron planeadas cuidadosamente con grandes espacios naturales, ‎
altos niveles de luz y otros aspectos que conducen al bienestar. En este sentido, es necesario ‎
encontrar un balance entre la disminución de las emisiones de carbono y el mantenimiento de ‎
las condiciones de bienestar en las viviendas. Por tanto, el desafío es renovar las casas antiguas ‎
a un estándar de eficiencia energética que promueva y mantenga sus beneficios para la salud. ‎
La renovación de las viviendas tradicionales hacia viviendas de bajo consumo de energía podría ‎
tener consecuencias adversas e involuntarias que implicarían una disminución de la ‎
iluminación natural y la calidad del aire interior, junto con otros riesgos, como el
sobrecalentamiento de los espacios habitables. Una combinación de técnicas de ventilación ‎
natural y uso de calefacción radiante crearía un ambiente más sostenible y saludable. Otra ‎
solución para mejorar la calidad del aire sería evitar determinados productos y materiales que ‎
retengan la humedad y emitan sustancias químicas peligrosas. La mayor parte de la literatura ‎
señala que una parte significativa del consumo de energía en las viviendas depende de las ‎
pérdidas de energía a través de los componentes de la vivienda, como consecuencia del ‎
deficiente comportamiento térmico de los componentes actuales, especialmente de las ventanas . ‎
Hay una falta de información sobre temas relacionados con la salud y la calidad del aire interior ‎
de las viviendas. Las desventajas de las técnicas constructivas que se aplican comúnmente para ‎
mejorar la eficiencia energética en viviendas no se han evaluado adecuadamente. No obstante, ‎
unos pocos estudios muestran que la renovación de una vivienda puede tener resultados ‎
adversos que impliquen una disminución de la iluminación, el sobrecalentamiento y el ‎
deterioro de la calidad del aire interior. Con respecto al balance energético de las casas, las ‎
pérdidas por transmisión de calor a través de los muros opacos son uno de los términos más ‎
importantes del balance. La estimación de la eficiencia térmica de los elementos opacos ‎
conlleva diversas dificultades, entre las que destacan la falta de datos apropiados para simular ‎
el comportamiento energético del edificio con software de tipo dinámico o estático. Además, ‎
es esencial el planteamiento de mejoras en las nuevas herramientas de simulación de energía ‎
usadas en viviendas tradicionales, agregando bases de datos específicas que incorporen ‎
propiedades termofísicas de los elementos de la casa e información más apropiada relacionada ‎
con las técnicas de construcción tradicionales. ‎
La integración de las energías renovables y el ahorro de la energía en las viviendas permiten ‎
avanzar por una senda que extiende la duración de los combustibles fósiles, a la vez que ‎
contribuye a descontaminar el medio ambiente. El reconocimiento de las características ‎
particulares de las viviendas tradicionales y la determinación de la mejor manera de satisfacer ‎
sus necesidades es un paso fundamental hacia una mejor y más sostenible gestión de los ‎
recursos existentes. Por lo tanto, es esencial tener en cuenta las características específicas de ‎
estas viviendas y equilibrar todos los problemas asociados para mejorar tanto su calidad ‎
ambiental interior como su eficiencia energética. ‎
Los cálculos de la transmitancia térmica (U) son la base para la evaluación energética de las ‎
viviendas, siendo una de las bases fundamentales de la legislación y la política energética del ‎
sector residencial. La tesis analiza la relación existente entre la antigüedad de la casa, los ‎
valores de U de sus componentes y su eficiencia energética. No hay ningún artículo científico ‎
que cuantifique la relación exacta que existe entre la edad de la vivienda y los valores de U de ‎
sus componentes, calculados mediante software específico. En consecuencia, este estudio ‎
pretende evaluar esta relación, ya que este es uno de los factores importantes del ‎
comportamiento térmico que guía las evaluaciones de eficiencia energética y la ‎
implementación de medidas de eficiencia energética. El estudio no se limita solo a la ‎
evaluación de los valores de U, sino que contribuye a un estudio más amplio de evaluación de ‎
la sostenibilidad relacionando el efecto del aislamiento en la envolvente térmica, la eficiencia ‎
energética y la calificación del impacto ambiental. Los resultados de este estudio proceden de ‎
un total de cien casas tradicionales escocesas utilizadas como casos de estudio y ubicadas en ‎
climas que presentan mínimas variaciones en sus condiciones, por lo que son más valiosos y ‎
fiables. Aunque la solución seleccionada para la renovación de las viviendas hacia el estándar ‎
de energía casi nula depende de las características de la vivienda y la zona climática, se observa ‎
una relación directa entre los valores de U de los elementos, la antigüedad de una propiedad y ‎
su eficiencia energética. Conforme más antiguas son las casas, se observa una menor ‎
mejora/cambio en los valores de U. En este sentido, los valores de U de los elementos de las ‎
viviendas construidas después de 1985 descienden con una pendiente mayor. El máximo ‎
potencial de eficiencia energética se observa en las casas construidas entre 1540 y 1814. Al ‎
analizar la calificación de impacto ambiental de las viviendas se observan resultados similares. ‎
Por lo tanto, las casas tradicionales deberían ser prioritarias en los procesos de rehabilitación ‎
energética. ‎
Además de las viviendas tradicionales existentes, en la tesis también se estudian los estándares ‎
de eficiencia energética para las viviendas nuevas. Cabe señalar que todas las nuevas viviendas ‎
construidas a partir de finales de 2020 en los estados miembros de la Unión Europea deben ser ‎
de energía casi cero. La tesis analiza los valores de U y los materiales utilizados en una vivienda ‎
nueva típica ubicada en dos países europeos (Reino Unido y España) con diferentes ‎
regulaciones y clima. También se estudia la influencia de los diferentes tipos de materiales y ‎
valores de U en la eficiencia energética de las nuevas viviendas de acuerdo con los estándares. ‎
Las mediciones in situ permiten evaluar mejor el comportamiento térmico de los muros ‎
tradicionales. Sin embargo, en la actualidad, no hay suficientes datos experimentales ‎
relacionados con las soluciones constructivas tradicionales. La tesis presenta los resultados de ‎
medidas experimentales del valor de U en un conjunto de doce casas tradicionales escocesas y ‎
evalúa la idoneidad de usar software de simulación energética para estimar los valores de U en ‎
la construcción tradicional. Excepto en un caso de estudio, los resultados de las mediciones ‎
realizadas en estas viviendas son generalmente más bajos que la transmitancia térmica ‎
calculada mediante software. Los cálculos del valor de U en paredes construidas de ladrillo, ‎
que presentan composiciones mejor definidas están más cerca de los resultados de las ‎
mediciones in situ. Esta coincidencia se aprecia especialmente en soluciones que incorporan ‎
una capa de aislamiento térmico, ya que los elementos aislantes parecen tener propiedades ‎
térmicas similares a las declaradas por los fabricantes. ‎
En los últimos años, los edificios han sido diseñados para estar mejor aislados y más ‎
herméticamente sellados con objeto de mejorar su eficiencia energética. En términos ‎
energéticos resulta útil, ya que permite tener una suficiente ventilación, reduciendo las pérdidas ‎
de energía. Sin embargo, existe la preocupación de que los cambios realizados en la envolvente ‎
del edificio para mejorar la eficiencia energética puedan conducir a una acumulación de ‎
contaminantes y unos niveles de humedad excesivos en determinadas circunstancias. La tesis ‎
presenta un completo estado del arte de diferentes aspectos que afectan a la calidad ambiental ‎
interior y a la salud de los usuarios en los edificios, como las obras de rehabilitación, la calidad ‎
del aire interior, los servicios de la casa, etc. La tesis ilustra cómo es posible implementar ‎
prácticas sostenibles en la renovación de las viviendas tradicionales. Se presenta un enfoque ‎
holístico e interdisciplinar basado en una apreciación y comprensión de las características ‎
intrínsecas particulares de muchas viviendas antiguas, que es un reflejo de la manera en que se ‎
han desarrollado a lo largo del tiempo; analizando los materiales y métodos de construcción ‎
utilizados; las diferencias entre el comportamiento real y previsto; y el reconocimiento y ‎
protección formal que ofrece la legislación. ‎
Las ventanas, especialmente las tradicionales, se consideran el primer elemento constructivo ‎
que debe ser reemplazado con el fin de reducir las pérdidas de calor en las viviendas. Debido ‎
a su potencial de ahorro de energía, es imperativo elegir las ventanas más apropiadas, ya que ‎
tienen una gran influencia durante el periodo de uso de la vivienda, con una vida útil de entre ‎
‎20 y 50 años, o más. Diseñar ventanas adecuadamente, no solo mejora el ambiente térmico ‎
interior, sino que también permite proporcionar ventilación natural e iluminación natural. Hay ‎
varias razones para estudiar la eficiencia energética de las ventanas; por ejemplo, las pérdidas ‎
y ganancias de calor a través de las ventanas representan alrededor del 30% de la energía ‎
utilizada para la calefacción y refrigeración. Además, las ventanas influyen en las emisiones, ‎
el confort térmico y las facturas de calefacción/refrigeración. Esta tesis analiza el estado del ‎
arte de varios parámetros relacionados con la eficiencia energética de las ventanas, como los ‎
tipos de ventanas, las opciones de reparación o reemplazo, la calidad del vidrio, los tipos de ‎
marcos, la pintura de las ventanas, etc. Además se estudian concisamente otros factores como ‎
la transferencia de calor, la infiltración, el riesgo de condensación, el aislamiento frente al ruido ‎
y la protección ultravioleta. También se analizan brevemente las tecnologías de ventanas ‎
futuras, como por ejemplo, las ventanas de cero-energía, las ventanas integradas, el ‎
acristalamiento dinámico, los materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés), las ‎
ventanas con células solares semitransparentes y las ventanas altamente aislantes, como el ‎
acristalamiento al vacío. ‎
Finalmente, la tesis evalúa la influencia de las ventanas en la eficiencia energética de toda la ‎
casa, considerando el mismo conjunto de doce casas tradicionales escocesas mencionadas ‎
anteriormente. A partir de este análisis, se puede concluir que es prioritario reemplazar las ‎
ventanas de acristalamiento simple debido a su deficiente condición térmica, las emisiones de ‎
carbono dominantes asociadas y su mayor potencial de ahorro de energía en caso de ser ‎
reemplazadas. En el caso del doble acristalamiento, se sugiere su reparación debido a la mayor ‎
cantidad de carbono incorporado y al mayor coste económico asociado a su reemplazo. Al ‎
comparar la iluminación diurna de estas casas tradicionales con los requisitos establecidos para ‎
nuevas construcciones en el estándar LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), ‎
se observa que la iluminación diurna en todos los casos de estudios está en mal estado. Una ‎
posible solución podría ser usar un vidrio transparente no oscuro, ya que el color del vidrio no ‎
influye en el valor de U, pero es un factor importante para la iluminación diurna. ‎


Resumen (otro idioma): 

Pal. clave: tecnologia de la construccion ; tecnicas de diseño arquitectonico ; regulaciones codigos y especificaciones en la construccion ; transmision de calor en la edificacion

Departamento: Instituto de Investigación Mixto CIRCE

Nota: Presentado: 16 09 2019
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Instituto de Investigación Mixto CIRCE, 2019


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 Registro creado el 2020-01-15, última modificación el 2020-01-15


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