El sombreado solar móvil y el ahorro de energía de calefacción

La irradiación media anual acumulada sobre una fachada orientada al sur en la zona climática D3 se sitúa alrededor de 1200 kWh/m². En función de la época del año, sería conveniente aprovechar esta energía para que ‘colabore’ con el sistema de calefacción, o bien evitar que penetre en el edificio, con el fin de ahorrarse tener que extraerla de nuevo utilizando para ello energía de refrigeración.

La función principal de las fachadas es separar el interior del exterior y resguardar el espacio interior de los factores ambientales. Sin embargo, las fachadas convencionales suelen ser estáticas y solo ofrecen una protección limitada contra estas influencias externas.

Las deficiencias en el confort, causadas por las condiciones ambientales cambiantes, suelen ser contrarrestadas mediante el uso de sistemas técnicos de edificación, tales como iluminación, calefacción o aire acondicionado. Estos equipos representan aproximadamente el 70% del consumo total de energía en edificaciones residenciales. Según el conocido modelo Trias Energetica (o más recientemente Renewable Trias Energetica), el primer paso de la sostenibilidad en materia de energía siempre es la reducción de la demanda. Para ello pueden utilizarse sistemas pasivos, que son los que no consumen energía, o lo hacen a nivel muy bajo.

Los diferentes dispositivos de sombra: toldos, persianas, cortinas, etc., son con frecuencia vistos como elementos decorativos, que aportan privacidad, oscurecimiento, confort visual e incluso una cierta sensación de seguridad. Sin embargo, son sin duda también gestores de la radiación solar, y por tanto, de la energía en un edificio, proporcionando adaptabilidad a los elementos transparentes y semitransparentes de la fachada.

Cuando el sol incide de manera directa sobre una fachada durante la temporada de calefacción, obtenemos ésta de forma gratuita, siendo las ganancias a través de la ventana superiores a las pérdidas. Sin embargo, debido a nuestros hábitos, es frecuente observar como en muchos casos los dispositivos de sombreado permanecen total o parcialmente extendidos en días fríos y soleados, incluso en circunstancias donde no parece existir ningún otro criterio prioritario, como la necesidad de privacidad, riesgo de intrusión, o riesgo de deslumbramiento.

Estudio de un caso concreto comparativo mediante simulación energética

En las etapas iniciales de un proyecto, si se desea optimizar su demanda de energía, una simulación energética simplificada escogiendo alguna de las zonas que resulte significativa, resulta muy ilustrativa para apreciar donde tienen lugar las principales pérdidas o ganancias y poder incidir en los puntos débiles del diseño.

Hay que tener en cuenta no obstante que, en numerosas ocasiones, las herramientas de simulación energética asumen que los dispositivos estacionales de sombreado se encuentran desactivados en época de calefacción cuando esto no es así en la realidad. En consecuencia, se pueden dar desviaciones en el cálculo.

El balance de energía en una zona individual, para un día determinado, resulta muy clarificador.

En la parte superior de la grafica se presentan las ganancias, y en la parte inferior, las pérdidas. En este caso, para un día de invierno frío y soleado, las pérdidas de calor debidas principalmente a la permeabilidad al aire (en magenta) se compensan con la utilización de calefacción (en rojo).

La diferencia entre ambas viene dada por la estrategia de control de un dispositivo de sombra exterior. En la gráfica de la derecha, el dispositivo sólo permanece activado durante la noche, para, durante el día, captar al máximo la radiación solar (en ocre, en las horas centrales del día). Sin embargo, en el caso de la derecha, la persiana permanece extendida en el 80% de la superficie de la ventana – o bien se dispone de algún tipo de dispositivo de sombra fijo que produce el mismo efecto.

Resulta también muy interesante analizar las zonas en color verde de las gráficas, que corresponden al efecto de la masa térmica del edificio. En el caso de la izquierda, la radiación solar directa provoca un incremento de la temperatura de los elementos constructivos del interior de la habitación, ya que absorben la radiación solar directa. Una vez el sol se ha puesto, la masa térmica continúa durante unas horas re-radiando energía al entorno.

Por tanto, el efecto de la radiación es doble: uno inmediato, ya que en este caso anula completamente la necesidad de calefacción durante las horas centrales del día y, por otro lado, retarda esta necesidad de calefactar debido a la energía almacenada en la masa térmica.

En este caso particular, el aprovechamiento de la radiación solar provoca un ahorro en la demanda de calefacción del 37%.

En una fachada sur puede ser muy conveniente contar con voladizos, terrazas o porches, ya que, debido a la altitud del sol, estos pueden evitar la radiación directa en verano, pero permitiendo aprovechar ésta en invierno, cuando el sol está más bajo. Sin embargo, otro tipo de sistemas fijos filtran la radiación en verano, pero en un clima con marcada variación estacional, no se aprovecha la calefacción gratuita del sol cuando ésta es necesaria.

La resistencia térmica adicional

Un dispositivo de sombra extendido puede contribuir a disminuir la transmitancia térmica del hueco, o valor U, ya que añade una resistencia térmica adicional a la del vidrio. La mejora que aporta es relativamente mayor cuando se combina con acristalamientos de baja resistencia: como el vidrio simple o el doble claro. Con vidrios de mayor resistencia térmica su mejora es menos marcada.

Los mejores valores se obtienen cuando la cortina o persiana está instalada dejando el menor espacio posible en las partes inferior o superior, o en los laterales, con el fin de mantener una cámara cerrada de aire. Por otro lado, en el caso de persianas enrollables la caja de la persiana de obra tiene que estar bien aislada.

Un estudio llevado a cabo recientemente en la Energy House de la Universidad de Salford, midió reducciones de hasta un 33% en las pérdidas de calor a través de una ventana, cuando se utilizan sistemas guiados mediante cremallera y tejidos bajoemisivos en el interior.

Disminución de la sensación de frío por asimetría radiante

Por último, el disponer de un dispositivo por el interior hace disminuir la sensación de frío por asimetría radiante si el ocupante se encuentra situado junto a una superficie fría, en este caso, la ventana. Debido a la disminución de la sensación de frío, es posible que podamos modificar a la baja el punto de consigna de la calefacción.