¿Qué es el certificado Passivhaus? Claves de las casas Passivhaus

• Passivhaus: los principios básicos
• PHPP: “Passive House Planning Package”
• Passivhaus para obra nueva
• Passivhaus de Baja Demanda Energética
• Passivhaus para rehabilitación: EnerPHit
• Sobrecalentamiento en verano
• La hermeticidad al aire: el “Blower Door”
• Proceso de certificación y auditoría: desde el proyecto hasta la obra
• Passivhaus más allá de la eficiencia energética: salud y calidad del aire interior 

Passivhaus: los principios básicos

Se habla mucho de los siguientes 5 principios básicos, que son:

• Aislamiento térmico
• Ventanas de altas prestaciones térmicas
• Ventilación controlada con recuperación de calor
• Estanqueidad al aire
• Ausencia de puentes térmicos

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Aunque esta simplificación puede ayudar a entender el estándar, un edificio Passivhaus requiere un proceso de diseño holístico en donde el todo es más que la suma de los partes…y hay muchas partes. Por lo tanto, más allá de los 5 principios básicos, hay otros factores que son importantes para conseguir la certificación y asegurar un buen funcionamiento del edificio, sobre todo en climas cálidos, tales como:

• Protección solar exterior: para la reducción de las ganancias solares
• Ventilación natural nocturna en combinación con la inercia térmica: para conseguir un “free cooling” cuando las temperaturas exteriores son favorables
• Sistemas de ACS, equipos e iluminación eficientes: para reducir el consumo de energía primaria y reducir las ganancias internas de calor en verano.
• Instalaciones de calefacción y refrigeración eficientes

Un edificio que se diseña para tener pocas pérdidas en invierno, evitará también la entrada de calor en verano. No obstante, una vez dentro, es lógico que el calor se disipe más lentamente debido al alto nivel de protección térmica. Por tanto, las estrategias indicadas arriba son especialmente importantes para evitar problemas de sobrecalentamiento - un tema que hay tener muy presente, con veranos cada vez más calurosos debido a los efectos del calentamiento global (Figura 2).

Figura 2: Evolución de la temperatura media superficial global (GMST). Fuente: IPCC Informe Especial 2018 

PHPP: “Passive House Planning Package”

Para el diseño energético de un edificio Passivhaus, se usa una herramienta llamada PHPP (“Passive House Planning Package”), un programa de cálculo semi-estático y unizona, basado en una serie de hojas de cálculo en Excel. Los cálculos de la herramienta se fundamentan en un gran número de normas ISO, principalmente en el método mensual de la UNE-EN ISO 13790 [1].

El PHPP ha sido calibrado con simulaciones termo-dinámicas realizadas con la herramienta DYNBIL, desarrollada por el Instituto Passivhaus, calibrada a su vez mediante extensas validaciones con datos reales.

El PHPP destaca por su sencillez en comparación con herramientas dinámicas, y permite modelizar (de manera simplificada) una gran variedad de sistemas pasivos e instalaciones, a un precio muy asequible. Los resultados indican el balance energético del edificio tanto en verano como en invierno, arrojando resultados de las demandas térmicas y de los consumos de energía final y primaria. Aunque una herramienta dinámica es- per se- más precisa, el gran número de parámetros y datos de entrada aumentan la posibilidad de errores en la modelización, y requiere experiencia y tiempo para su correcto manejo. En la simulación energética, a veces es mejor ser aproximadamente correcto que precisamente equivocado… 

Passivhaus para obra nueva

El estándar Passivhaus para obra nueva es prestacional. Es decir: no limita los valores de transmitancia térmica de los elementos constructivos, si no que limita las demandas y los consumos energéticos, calculados con el PHPP. Adicionalmente, el nivel de infiltraciones de aire no puede superar 0,6 renovaciones/hora a una diferencia de presión de 50 Pascales, medido con un ensayo real, conocido como el test “Blower Door”, descrito a continuación.

Los valores límites de las demandas de calefacción y refrigeración, y del consumo total de energía primaria, se muestran en la Figura 3.

Figura 3: Criterios de certificación Passivhaus para obra nueva. Fuente: Passive House Institute 2016 [2]

Existen 3 clases de certificación Passivhaus: Classic, Plus y Premium. Classic no cuenta con generación de energía renovable. Para llegar a Plus, hay que generar ≥60 kWh/m2·a de energía renovable (referenciado a la proyección de la planta del edificio), que suele ser al menos lo que consume el edificio. Para llegar a Premium, hay que generar ≥120 kWh/m2·a, que suele ser 4-5 veces más de lo que consume el edificio. Esto se muestra en la Figura 4. La ventaja de esta metodología es que se reducen primero las demandas del edificio, antes de considerar la generación de energía renovable. 

Figura 4: Clases de certificación Passivhaus. Fuente: Passive House Institute

Passivhaus de Baja Demanda Energética

• En caso de no llegar a cumplir con los requisitos indicados anteriormente, se puede certificar un edificio como Passivhaus Baja Demanda Energética, cumpliendo con los requisitos mostrados en la Figura 5.

Figura 5: Criterios de certificación Passivhaus Baja Demanda. Fuente: Passive House Institute 2016 [2] 

Passivhaus para rehabilitación: EnerPHit

Para la rehabilitación de edificios existentes, existe el sello EnerPHit, que ofrece dos vías para conseguir la certificación:

• EnerPHit por Demandas: prestacional, con los requisitos que se ven en la Figura 6
• EnerPHit Por Componentes: prescriptivo, con los requisitos que se ven en la Figura 7

Para ambas vías, hay que obtener un resultado en el ensayo de hermeticidad al aire de N50 ≤ 1,0/h. Las 3 clases de Classic, Plus y Premium son también aplicables el estándar EnerPHit.

Figura 6: Criterios de certificación EnerPHit por Demandas. Fuente: Passive House Institute 2016 [2]

Figura 7: Criterios de certificación EnerPHit por Componentes. Fuente: Passive House Institute 2016 [2] 

Sobrecalentamiento en verano

Para conseguir la certificación, se tiene que justificar que se elimina el riesgo de sobrecalentamiento en verano mediante 1 de las 2 maneras descritas a continuación:

Con refrigeración activa: cumplir con la demanda límite de refrigeración total (sensible + deshumidificación), calculada con el PHPP, con instalaciones térmicas capaces de mantener el confort en todo momento conforme la ISO 7730, con una temperatura operativa ≤ 25 ºC y un máximo del 10% de las horas del año con una humedad interior absoluta > 12 g/kg aire seco.

• Con refrigeración pasiva: cumplir con la frecuencia límite de sobrecalentamiento, calculada con el PHPP, con un máximo del 10% de las horas del año con una temperatura operativa interior > 25 ºC.

En el caso de refrigeración pasiva, es importante subrayar que 10 % de las horas del año, son 876 horas (todo el mes de agosto, por ejemplo, o la mitad de las horas de julio y agosto, etc.). Por lo tanto, aunque un edificio sea certificable con una frecuencia de sobrecalentamiento del 10 %, se recomienda no superar el 5 % (Figura 8).

 

Figura 8: Clasificación de la frecuencia de sobrecalentamiento. Fuente: adaptado de Jessica Grove-Smith, Passive House Institute

Para reducir el riesgo de sobrecalentamiento, es importante realizar “pruebas de estrés” mediante simulaciones de situaciones extremas con el PHPP. Esta función se incorporará en la versión 10 de la herramienta, disponible próximamente.

En la misma línea, Jessica Grove-Smith del Instituto Passivhaus ha desarrollado recientemente una herramienta, la “Summer temperature tool” (herramienta de temperatura de verano) [3], para ajustar las temperaturas de verano en el fichero climático del PHPP, tomando en cuenta el efecto de isla de calor en zonas urbanas y el aumento de temperaturas conforme las predicciones del IPCC (Figura 9).

Figura 9: Gráfica mostrando la modificación de la temperatura de verano de los datos climáticos de PHPP, de la herramienta “Summer Temperature Tool”. Fuente: Passive House Institute 2019

Para edificios de mayor tamaño y/o con zonas expuestas a condiciones internas y exteriores muy diferentes entre sí, es sumamente recomendable acompañar el cálculo PHPP (una herramienta “unizona” que arroja valores promedios de todo el edificio) con un cálculo dinámico multizona, para analizar zonas específicas más susceptibles al sobrecalentamiento: por ejemplo, plantas superiores orientadas a oeste, en un edificio en altura.

Adicionalmente, si el edificio no contara con un sistema de refrigeración activa, es importante asumir un comportamiento NO óptimo de los usuarios, por ejemplo, en relación a la activación de la protección solar y la apertura de ventanas para la ventilación nocturna. ¿Es realista pensar que una persona va a dormir toda la noche con las persianas abiertas, todas las ventanas totalmente abiertas, y todas las puertas interiores abiertas? Lo más probable es que, al acostarse, cierre las persianas para que al salir el Sol no se despierte, y si vive en una zona urbana, cierre ventanas que dan a la calle- parcial o completamente- para evitar molestias de ruido durante las horas de sueño. Todo esto reduce el caudal de ventilación natural nocturna y por ende, la capacidad de extraer calor del edificio mediante esta técnica.

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Aunque el objetivo siempre sea reducir la dependencia de los sistemas activos para mantener el confort, en muchos casos, es recomendable incorporar alguna aportación de refrigeración activa para garantizar el confort en verano. Afortunadamente, es la época de mayor radiación solar, y, por tanto, de producción de energía renovable generable in-situ con la energía fotovoltaica. 

La hermeticidad al aire: el “Blower Door”

Eje central de la certificación Passivhaus, el ensayo de hermeticidad, o “Blower Door”, es una prueba real, realizada in-situ, que mide el nivel de infiltraciones de aire, a través de un equipo que presuriza o despresuriza el edificio. Se tienen que realizar ensayos preliminares (antes de los acabados interiores, para detectar y corregir fugas a tiempo), y un ensayo final, conforme la norma UNE-EN 13829 [4].

El “Blower Door” es un claro indicador de la calidad de la ejecución. ¿Qué ventajas tiene la reducción de las infiltraciones indeseadas?

• Reduce las pérdidas energéticas en invierno y la factura de calefacción
• Reduce la entrada de humedad en climas cálidos-húmedos, reduciendo el consumo de refrigeración por deshumidificación y la factura energética
• Aumenta el confort, eliminando las corrientes de aire
• Mejora la salud de las personas, evitando la entrada de gas radón, partículas en suspensión y otros contaminantes provenientes del exterior
• Reduce los gastos de mantenimiento por patologías, ya que, elimina (prácticamente) las exfiltraciones de aire cálido y húmedo desde el interior hacia el exterior, fuente de posibles condensaciones y patologías en la construcción.

Es lógico que la hermeticidad al aire tiene que ir siempre acompañada de una ventilación controlada, para asegurar una buena calidad de aire para las personas y la evacuación de humedad y contaminantes generados en el interior del edificio. 

Un edificio existente tendrá típicamente un nivel de infiltraciones de N50 ~10/h. Una Passivhaus certificada tiene un N50 ≤0,6/h. El CTE en su última actualización limita el nivel de infiltraciones a entre N50 3/h y 6/h según la compacidad del edificio (Figura 10).

 

Figura 10: Comparativa del nivel de infiltraciones requerido para Passivhaus, CTE y valores típicos para edificios existentes 

Proceso de certificación y auditoría: desde el proyecto hasta la obra

El proceso de certificación y auditoría empieza en fase de proyecto y se concluye con el final de obra, y se lleva a cabo a manos de una entidad homologada por el Instituto Passivhaus. Al ser un agente externo al proyecto, el certificador acredita que el proyecto cumple con el estándar y que la obra se ha ejecutado tal como está proyectada, reflejado en una correcta modelización en el PHPP. Hay que suministrar los proyectos de arquitectura e instalaciones, documentación fotográfica mostrando la ejecución de todos los elementos relacionados con la energía y la hermeticidad, adjuntar el certificado final del ensayo Blower Door, los resultados de la puesta en marcha del sistema de ventilación, y una carta firmada por el/la técnico/a responsable de la Dirección de Ejecución indicando que la obra se ha ejecutado conforme al proyecto. 

Passivhaus más allá de la eficiencia energética: salud y calidad del aire interior

Aunque el estándar no precisa que se usen determinados materiales o un sistema constructivo en concreto, el manual técnico del PHPP hace mención explícita de la necesidad de usar materiales y mobiliario de bajas emisiones de COVs en el interior del edificio. La salud y la calidad del aire interior suelen ser criterios importantes para un proyectista Passivhaus, ya que el estándar pone el confort de las personas en primer plano.

Para garantizar una buena calidad de aire, se comprueba el correcto dimensionado del sistema de renovación de aire en fase de proyecto. En obra, se sellan provisionalmente los conductos de ventilación para evitar la entrada de polvo. Una vez acabada la obra, es de obligado cumplimiento la puesta en marcha del sistema y la medición de caudales en todas las bocas de impulsión y retorno, de acuerdo con los valores de proyecto.

El objetivo es cerrar la brecha de rendimiento entre el funcionamiento previsto y real, y tener edificios en condiciones, aptos para las personas.

Agradecimientos

Gracias a Bega Clavero por sus aportaciones.

Bibliografía

• UNE-EN ISO 13790, Eficiencia energética de los edificios. Cálculo del consumo de energía para calefacción y refrigeración de espacios.
• Criterios para los Estándares Casa Pasiva, EnerPHit y PHI Edificio de baja demanda energética, versión 9f. Revisado:15.08.2016 1/30. 2016 Passive House Institute.
• Passive House Institute, “Summer Temperature Tool”. Disponible en: https://passiv.de/en/05_service/02_tools/02_tools.htm
• UNE-EN 13829, Aislamiento térmico. Determinación de la estanquidad al aire en edificios. Método de presurización por medio de ventilador. (ISO 9972:1996, modificada).

 

Foto de Portada: Placa de certificación Passivhaus [Fuente: Álvaro Martínez]