Se presentan resultados cuantitativos que muestran los ahorros energéticos del HCCA en calefacción y refrigeración, así como la mejora de las condiciones de confort térmico en verano e invierno. Del estudio de puentes térmicos, merece destacar que, los resultados de transmitancia térmica lineal de las soluciones constructivas que emplean HCCA alcanzan valores similares a los presentados por el CTE en el grupo que mantiene la continuidad del aislamiento con HCCA, y de entre 90% a 99% menores cuando se interrumpe la continuidad del aislamiento. Del estudio de con HULC los ahorros se ha podido comparar una muestra significativa de viviendas en todas las zonas climáticas de España, llegándose a la conclusión de que, en las condiciones de simulación normativas, los ahorros se obtienen principalmente en la demanda de refrigeración. Del estudio experimental se observó que la caseta construida con HCCA consume entre un 5% y un 25% menos energía en calefacción y entre 10% y 30% en refrigeración. Tanto en invierno como en verano se observó unas mejores condiciones de confort en la caseta de HCCA.

Los resultados obtenidos demuestran que el HCCA ofrece un mejor rendimiento térmico en comparación con el MC, convirtiéndolo en una alternativa viable y eficiente para la construcción de edificios.

Introducción

Actualmente, la directiva sobre la eficiencia energética de los edificios de la Comisión Europea pretende lograr la descarbonización del parque edificatorio para 2050 [1], [2], [3] [4], donde, los nuevos edificios ocupados o propiedad del sector público deberán ser reacondicionados con el fin de tener cero emisiones a partir de 2028[1]  y a partir de 2030 todos los edificios nuevos deberán ser de emisiones nulas [2]. Según la Comisión Europea, los edificios son el mayor consumidor de energía de Europa, siendo responsable del 40% del total[5] . Entre las causas se encuentran que el 85% de los edificios se construyó antes del año 2001[6] y, de ellos, el 75% tiene un rendimiento energético deficiente [5].

Por otra parte, entre el 85 y el 95 % de los edificios que existen hoy en día seguirán en pie en 2050 [4]. Además, cerca del 80% del consumo de energía en los hogares se destina a calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria [5] [4].

En consecuencia, surge la necesidad de promover medidas que reduzcan el consumo de las viviendas, en particular para los servicios de calefacción y refrigeración. Lo cual puede realizarse mediante la mejora de los sistemas de acondicionamiento y de la mejora de la calidad constructiva de los propios edificios.

El objetivo principal del estudio realizado fue el de evaluar la eficiencia energética del HCCA y compararla con el MC en términos de consumo energético en calefacción y refrigeración y de la mejora de las condiciones de confort térmico.

Metodología:

Los estudios numéricos realizados han sido 2: el cálculo de los puentes térmicos, y de las demandas de calefacción y refrigeración en condiciones normativas.

Se calcularon los puentes térmicos para soluciones constructivas con HCCA, para las tipologías definidas en el Catálogo de Puentes Térmicos del Código Técnico de la Edificación (CTE), usando simulaciones con el software Therm [7].

En primer lugar, se realizó la definición de la geometría del puente térmico y los materiales que lo componen, donde las principales geometrías seleccionadas fueron pilares integrados en fachada, jambas, dinteles, alfeizares, capialzados, frentes de forjados, cubiertas planas, esquinas, forjados inferiores en contacto con el aire exterior y suelos en contacto con el terreno, utilizando los materiales de la típicos de HCCA, cuyas propiedades suministró Baublock [8], con conductividades térmicas entre 0.04  W/(m·K) y 0.13 W/(m·K)

Para cada tipología de puente térmico y cada solución constructiva, se realizó la simulación del flujo de calor bajo condiciones de invierno (20°C interior, 0°C exterior) de donde se extrajo el valor de la transmitancia térmica lineal y el factor de temperatura de la superficie interior. El primero cuantifica las pérdidas de calor en invierno a través de dicho puente térmico, y el segundo evalúa el riesgo de condensaciones superficiales.

Por otra parte, se realizó la comparación en términos de demandas energéticas de calefacción y refrigeración en edificios construidos con muros HCCA o con MC, empleando la herramienta de simulación energética HULC. La comparación se realizo para igualdad de transmitancias térmicas, por tanto, la inercia térmica es la única diferencia entre ambos sistemas constructivos.

El proceso consistió en la simulación del comportamiento térmico de seis edificios residenciales, tres de ellos unifamiliares y otros tres plurifamiliares, y en las cinco zonas climáticas de invierno y cuatro de verano de España. Las localidades elegidas como representativas de dichas zonas climáticas son las siguientes: Cádiz (A3), Sevilla (B4), Barcelona (C2), Madrid (D3) y Burgos (E1) (Figura 1).

Figura 1. Edificios y zonas climáticas de España utilizados.

 

A continuación, se menciona la solución constructiva del MC y del HCCA (Tabla 1).

Tabla 1. Soluciones constructivas de los muros MC y HCCA.

Muro	Nombre de capa		Densidad (kg/m3)	λ (W/m. K)	Espesor (mm)	Calor específico (kJ/kgK)	ZONA
MC	Mortero de áridos ligeros		1000	0.410	20	1000	Todas
	Mortero de cemento		1125	0.550	20	1000	Todas
	1 pie LP métrico		1220	0.667	240	1000	Todas
	Mortero de cemento		1125	0.550	20	1000	Todas
	Cámara de aire sin ventilar vertical				20		Todas
	MW Lana mineral		40	0.031	0.038	1000	A
					0.068		B
					0.085		C
					0.111		D y E
	Enlucido de yeso		1150	0.570	20	1000	Todas
Muro HCCA	Mortero de áridos ligeros		1000	0.410	20	1000	Todas
	Bloque HCCA de cada zona	UTILITAS 200	400	0.11	200	880	A
		TERMECO 250	350	0.09	250	880	B
		TERMECO 300	350	0.09	300	880	C
		ENERGECO 300	290	0.072	300	880	E y D
	Mortero de áridos ligeros		1000	0.410	20	1000	Todas

Posteriormente, se calcularon las demandas de calefacción y refrigeración para cada edificio y tipo de muro de fachada exterior con la Herramienta Unificada LIDER-CALENER.

Por último, se realizó la comparación del comportamiento térmico del HCCA con el del muro capuchino (MC) en condiciones reales en dos casetas experimentales.

Con este fin, se construyeron dos casetas idénticas, excepto por los muros exteriores: una con HCCA y otra con MC (Figura 2), y se colocaron con igual orientación en una explanada exenta de sombras en la localidad de Dos Hermanas, Sevilla. En cada caseta se instaló una bomba de calor, para dar calefacción o refrigeración, y alternativamente la calefacción podía darse con convectores y radiadores.

Figura 2. Casetas de la campaña experimental.

En ellas se midieron las condiciones ambientales (temperatura, humedad, radiación solar); las condiciones interiores (temperaturas de aire, de globo, húmedas relativa y temperaturas superficiales exteriores e interiores); y el consumo de energía eléctrica de los equipos encargados de dar la refrigeración o calefacción.

Se realizaron dos campañas experimentales, una de invierno y otra de verano. En ambos casos, en condiciones sin funcionamiento de los equipos de acondicionamiento, para asi ver el efecto en el confort térmico de las dos soluciones constructivas, y con temperatura controlada gracias al funcionamiento de los equipos, en este caso para ver el efecto en los consumos de energía.

Resultados:

Evaluación del comportamiento de puentes térmicos en edificios construidos con hormigón celular curado en autoclave (HCCA)

Se analizó el comportamiento térmico de los puentes térmicos en edificios construidos con hormigón celular, usando el programa THERM. El objetivo fue replicar el Catálogo de Puentes Térmicos del Código Técnico de la Edificación (CTE) con estos materiales, llegándose a un catálogo que incluye para cada tipo de puente térmico, geometría y características constructivas, su transmitancia térmica lineal y el factor de temperatura de la superficie interior.

A modo de ejemplo, se expone el resultado para los pilares integrados en fachada (Tabla 2).

Tabla 2. Resultados de transmitancia térmica lineal y factor de temperatura de la superficie interior obtenidos para los pilares integrados en fachada.

Los resultados muestran que, en soluciones constructivas que emplean HCCA, los valores de la transmitancia térmica lineal igualan a los del CTE y en otros casos alcanzan a ser un 83 % menores a los presentados para la mejor solución constructiva MC, es decir, la que mantiene la continuidad del aislamiento. En cambio, cuando la solución constructiva MC interrumpe la continuidad del aislamiento, los resultados del HCCA calculados son de entre 90% y un 99% menores.

Cálculo numérico del comportamiento térmico del HCCA en edificios mediante HULC.

Para los edificios seleccionados, y en las cinco zonas climáticas, se calcularon las demandas de calefacción y refrigeración para ambos tipos de solución constructiva de fachada exterior (unos con HCCA y otro con MC).

Los resultados mostraron que, las demandas de calefacción de ambas construcciones fueron similares, para igualdad de transmitancia térmica, mientras que, en refrigeración, el HCCA sí presentó un ahorro de demanda en comparación con el MC, pudiendo llegar hasta el 5,3%. Esto se debe a la mayor inercia térmica del HCCA, cuyo principal efecto tiene lugar en condiciones de verano.

Resultados de la campaña experimental de las casetas ubicadas en Dos Hermanas, Sevilla.

Oscilación libre: En la campaña de experimentación sin equipo de acondicionamiento, la caseta de HCCA presentó menor amplitud en la oscilación de temperatura que la caseta MC, con ventilación nocturna (5.5 °C vs. 7.9 °C) y sin ventilación (3.2 °C vs. 6.3 °C), tanto en invierno como en verano. Además, la primera presentó un retraso mayor en la ocurrencia de la temperatura máxima y mínima (2.2 horas más tarde contra 1.4 horas en el MC). Gracias a ello, la caseta HCCA se mantuvo un mayor número de horas en condiciones de confort térmico. El uso de la ventilación nocturna en verano, mostro ser más efectiva en la caseta HCCA, que en la de MC, por su mayor capacidad de almacenamiento de frio (con temperaturas superiores a 30°C reducidas a un 16% del tiempo en la caseta de HCCA mientras que un 32% en la de MC).

Condiciones controladas de temperatura: En las condiciones de operación de los sistemas de acondicionamiento, calefacción y refrigeración, la caseta de HCCA presentó un menor consumo energético: 16% con bomba de calor y 18% con convector en invierno. Mientras que, en verano la caseta de HCCA presentó un menor consumo energético en tres experimentos: 29% a 25°C, 30% a 20°C y 10% a 15°C con respecto al MC. El uso de la ventilación nocturna reduce la demanda de refrigeración en ambas casetas, pero de manera más acusada en la caseta HCCA, gracias al efecto de la inercia térmica, al igual que ocurría en la mejora de las condiciones de confort térmico.

Un caso particular de especial interés fue replicar en estas casetas experimentales el funcionamiento según el Código Técnico de la Edificación (CTE), en el que se observó que la caseta de HCCA consumió un 24,6% menos de energía dirigida a calefacción y un 18% en refrigeración.

Conclusiones:

El HCCA presenta un mejor comportamiento térmico en comparación con las soluciones constructivas de MC. Esta ventaja se debe principalmente a su mayor inercia térmica, que permite un mayor almacenamiento de calor y frío, reduciendo así las oscilaciones de temperatura interior y el consumo energético.

El análisis de la transmitancia térmica lineal de los puentes térmicos es fundamental para una evaluación completa del comportamiento térmico de un edificio. El HCCA minimiza el valor de dicha transmitancia térmica, y como consecuencia, reduce las pérdidas de calor. Por otra parte, el factor de temperatura de la superficie interior permite evaluar el riesgo de condensaciones superficiales, que también es menor para la construcción HCCA.

Los resultados obtenidos con la Herramienta Unificada LIDER-CALENER, muestran igual demanda de calefacción cuando el HCCA tiene igual transmitancia térmica que el MC. Por su parte, la demanda de refrigeración es menor, incluso para igualdad de transmitancia térmica.

Sin embargo, experimentalmente, y tanto en invierno como en verano, existe un ahorro usando HCCA con respecto al MC. Este estudio experimental, permitió también, observar una mejora en las condiciones de confort térmico en la caseta con la solución constructiva HCCA.

Los estudios aquí presentados demuestran que tanto el consumo de energía como el confort térmico en las construcciones con HCCA son mejores que en las construcciones que emplean muros tradicionales o soluciones con interrupción del aislamiento.

Referencias

[1]        News European parliament, “Energy efficiency of buildings: MEPs strike deal with Council | News | European Parliament.” Accessed: Jan. 07, 2025. [Online]. Available: https://www.europarl.europa.eu/news/en/press-room/20231204IPR15651/energy-efficiency-of-buildings-meps-strike-deal-with-council

[2]        P. Bertoldi, M. Economidou, V. Palermo, B. Boza-Kiss, and V. Todeschi, “How to finance energy renovation of residential buildings: Review of current and emerging financing instruments in the EU,” Wiley Interdiscip Rev Energy Environ, vol. 10, no. 1, Jan. 2021, doi: 10.1002/WENE.384.

[3]        European Commission, “Energy Performance of Buildings Directive.” Accessed: Jan. 07, 2025. [Online]. Available: https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/energy-efficient-buildings/energy-performance-buildings-directive_en

[4]        M. Dulian and I. I. Tovaglieri, “BRIEFING EU Legislation in Progress Proposal for a directive of the European Parliament and of the Council on the energy performance of buildings (recast),” Official Journal of the EU on, vol. 8.

[5]        Eurostat, “Energy Balances.” Accessed: Jan. 07, 2025. 

[6]        “PROYECTO SECH-SPAHOUSEC”.

[7]        “Therm Cálculo y simulación de Puentes Térmicos”, Accessed: Jan. 16, 2025. [Online]. Available: https://ecoeficiente.es/

[8]        “Catálogo ESP | Baublock®.” Accessed: Jan. 16, 2025. 

Fuente de imagen principal: icpa.org.ar