El sombreado solar móvil en certificación energética

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 para filtrar esta energía que no necesitamos, y que tendríamos que extraer mediante aire acondicionado.

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La proporción de energía solar total que penetra a través de una ventana con su dispositivo de sombra activado es el factor solar g_tot, o g_gl;sh;wi en el CTE. Es un valor que oscila entre 0 y 1, y que debería calcularse de manera precisa debido al impacto considerable de la radiación solar.

• El sombreado en la directiva 2010/31/UE
• El sombreado en el CTE – el parámetro ‘control solar’
• ¿Cuándo se activan los dispositivos de sombra?
• El coeficiente de corrección por dispositivo de sombra estacional
• Ejemplo de aplicación

El sombreado en la directiva 2010/31/UE

A pesar de ello, no fue hasta hace relativamente poco tiempo que se empezó a incluir en Europa el sombreado como estrategia de refrigeración y calefacción pasiva, en parte como consecuencia de la refundición en 2010 de la Directiva de eficiencia energética en edificación (EPBD).

De este modo, citando el noveno considerando de esta Directiva:

“La eficiencia energética de los edificios debe calcularse con una metodología que puede ser diferente a escala nacional y regional. En ella se incluyen no solo las características térmicas, sino también otros factores que desempeñan un papel cada vez más importante, tales como las instalaciones de calefacción y aire acondicionado, la utilización de energía procedente de fuentes renovables, los elementos pasivos de calefacción y refrigeración, el sombreado, la calidad del aire interior, la adecuada iluminación natural y el diseño del edificio. La metodología de cálculo de la eficiencia energética debe basarse no solo en las temporadas en que es necesario el uso de calefacción, sino que debe cubrir los resultados de eficiencia de un edificio a lo largo de año. Dicha metodología debe tener en cuenta las normas europeas actuales.”

 Y del vigesimoquinto:

 “… Debe darse prioridad a las estrategias que mejoren el comportamiento térmico de los edificios en el verano. Con esta finalidad deben propiciarse 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, …”

 La refundición en curso actualmente de la EPBD da un paso adelante, y en el texto aprobado por el Parlamento Europeo el pasado mes de marzo de 2023 se incluyen los sistemas de sombreado operados eléctricamente como Sistemas Técnicos de Edificación. Se inician de este modo las negociaciones con la Comisión y el Consejo de la UE para la elaboración del texto definitivo.

El sombreado en el CTE – el parámetro ‘control solar’

Es ampliamente conocido que el documento DB-HE del Código Técnico de la Edificación de 2019, incorpora valores límite para un parámetro denominado Control Solar (q_sol;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.

Mantener este parámetro por debajo del límite según el tipo de edificio es necesario para el cumplimiento del CTE. La herramienta unificada HULC incorpora su cálculo a partir del factor solar g_gl;sh;wi que debe introducirse en la base de datos del proyecto.

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 parámetros característicos de la envolvente (DA DB-HE/1), posibilidad que resulta menos conocida dado que, como veremos, HULC no facilita dicho cálculo.

¿Cuándo se activan los dispositivos de sombra?

Una de las limitaciones principales en simulación energética es cómo introducir 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 éstas 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 se basa en la norma UNE-EN ISO 52016-1:2017.

Esta norma establece umbrales de activación de los dispositivos a partir de ciertos valores de irradiancia sobre la fachada en watios por metro cuadrado, que son respectivamente:

• 300 W/m² en el caso de control manual.
• 200 W/m² en el caso de control automatizado.

Es decir, las personas reaccionamos ‘más tarde’ y activamos la protección solar a niveles de irradiancia más altos que un sistema automatizado. El nivel de 200 W/m² es incluso elevado en relación a los puntos de consigna que se suelen utilizar en sistemas de control y que se sitúan alrededor de 150 W/m², valor que corresponde aproximadamente a cuándo comenzamos a tener incidencia directa del sol sobre una fachada.

El coeficiente de corrección por dispositivo de sombra estacional

Una vez establecido el tipo de control, la primera dificultad que encontramos es cómo utilizar los umbrales anteriores en el cálculo de la demanda de energía. Por el momento, HULC y otras herramientas reconocidas, a pesar de que permiten introducir un factor de corrección del factor solar del vidrio por dispositivo de sombra estacional, sorprendentemente no realizan el cálculo del mismo, por lo que éste debe hacerse aparte.

Para conocer el momento en que se activan los dispositivos lógicamente necesitamos los datos climáticos correspondientes a la zona del proyecto, así como la orientación de cada hueco. La Tabla 15.a del 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 nuestra fachada está orientada hacia un punto intercardinal, o bien disponemos de un control automatizado, podemos utilizar la herramienta Envolvente CTE, donde, en la sección de Ayudas es posible calcular los coeficientes de reducción mensuales por sombras móviles f_sh;with. Con dichos valores calcularemos entonces un factor solar que será el promedio ponderado para los meses de verano entre al factor solar del acristalamiento solo (g_gl;wi) y con el dispositivo móvil activado (g_gl;sh;wi).

La guía de aplicación del DB HE 2019 - Ejemplos III, en las páginas 49 – 50 explica cuál es el factor que nos pide introducir la herramienta:

                                                                                                                          F = g_gl;wi;verano / (0,7 · g_gl;wi)

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

Si disponemos o vamos a instalar dispositivos móviles como toldos, persianas graduables, etc. pero no introducimos sus factores correspondientes, estamos asumiendo que no los operamos nunca.

Ejemplo de aplicación

Sin duda alguien se estará preguntando como influye este cálculo en el resultado y si realmente vale la pena tomarse la molestia en hacerlo mientras esperamos que las herramientas reconocidas lo incorporen.

Veamos para ello un ejemplo real calculado con CYPETHERM sobre una vivienda unifamiliar ubicada en la provincia de Barcelona, que cuenta con persianas exteriores graduables automatizadas.

La aplicación de los coeficientes de reducción comporta en este caso una reducción de la demanda de refrigeración del 32%.

*Cálculo de la demanda de refrigeración de una vivienda unifamiliar sin tener en cuenta los coeficientes de refrigeración de las persianas instaladas.

*Cálculo de la demanda de refrigeración de una vivienda unifamiliar incluyendo los coeficientes de refrigeración de las persianas instaladas.

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