En tiempos de cambio climático y crisis energética la “envolvente térmica” es un tema central de la construcción energéticamente eficiente. Promete resolver los problemas de energía y de confort térmico omnipresentes en las viviendas chilenas. ¿Pero es tanto así?
“La envolvente térmica: una promesa tramposa” es el título de la charla que he tenido el honor de ofrecer recientemente en el Ministerio de Obras Públicas, en el marco de la presentación de un proyecto de título que he acompañado como profesional asesora en el tema sustentabilidad.
Este artículo reproduce el contenido de la charla, cuyo objetivo era bosquejar algunos aspectos en el desarrollo del mercado y de la normativa de la construcción que están mostrando efectos indeseables y requieren una corrección de rumbo.
Descargue la presentación haciendo clic aquí.
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El concepto de la “envolvente térmica”
Definiciones
La envolvente de un edificio es el conjunto de cerramientos exteriores de la edificación (piso, muros y techo) que protegen a los usuarios y sus actividades y pertinencias de la intemperie.
Una envolvente térmica es una envolvente con reducida transmisión del calor. Esto se logra por medio de la aplicación de “aislantes térmicos” que son materiales con una baja conducción de calor, y además de medidas que reducen las (in)filtraciones de aire y de humedad, hacia y por los elementos que conforman la envolvente.
Con la envolvente térmica se espera …
- Mejorar el confort térmico de los usuarios del edificio;
- Reducir el consumo de energía relacionando con el acondicionamiento térmico del edificio (calefacción y refrigeración);
- Reducir los efectos negativos y riesgos asociados al consumo energético (ej. contaminación del aire interior y exterior, emisiones de CO2).
Energía y confort térmico
En Chile, las viviendas gastan el 22 % del total de la energía consumida, de esto se utiliza un 56 % para la calefacción, es decir, aprox. un 12 % del consumo nacional de energía. La principal fuente de energía para la calefacción residencial es la leña, pero en las ciudades predominan la parafina y el gas licuado.
Estos tres combustibles son usados en estufas a llama abierta al interior de las viviendas. Sin exceptuar los sistemas modernos de parafina o los calefactores herméticos de leña, este tipo de calefacción genera emanaciones dañinas en los interiores que solo son controlables por medio de una ventilación rigurosa.
Solo una pequeña minoría de la población (< 5 %) cuenta con un sistema de calefacción que no genera contaminación al interior de la vivienda (calefacción central o eléctrica).
Si en Chile hablamos de “confort térmico”, la calidad del aire tiene un lugar central, entre los otros factores que son las temperaturas del aire y de las superficies, la humedad del aire, las corrientes y la calidad de la calefacción, entre otros.
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La Reglamentación Térmica
La Reglamentación Térmica representa la norma legal para la construcción térmica de las envolventes de las viviendas. Entró en vigencia en el año 2000 estableciendo requisitos para la cubierta, debido a que es en el techo donde con menos inversión se logra un mayor beneficio de protección térmica, tanto en invierno como en verano. En 2007 entró en vigencia la segunda etapa con requisitos para muros, pisos ventilados, ventanas y mayores requisitos para la cubierta. A la fecha, la tercera etapa de Certificación Energética de los edificios, se encuentra en una marcha blanca al parecer estancada.
En su forma actual, la Reglamentación presenta una serie de deficiencias, de las que se explican a modo de ejemplo tres ítems:
Problema zonificación
La zonificación del territorio nacional en 7 zonas térmicas se basa en la suma de grados/día de cada lugar. Esto es un valor teórico que pretende identificar las necesidades anuales de calefacción, pero no logra reflejar las características reales de requerimientos térmicos.
En esta lógica las ciudades de Calama y de Valparaíso, por ejemplo, están en la misma Zona 2, a pesar de que estos lugares presentan climas absolutamente diferentes:
En el clima desértico de Calama, la arquitectura tradicional, muy adecuada al clima, cuenta con una gran masa térmica que es capaz de amortiguar los extremos de temperatura entre día y noche. Valparaíso en cambio, muestra un clima mediterráneo, con temperaturas templadas, donde la protección de la humedad tiene más importancia y la masa térmica no puede aportar mucho. Esto se refleja en la arquitectura típica de la ciudad.
Problema calidad de la envolvente
A modo de ejemplo se hace mención de una tipología específica de aislación térmica, ofrecida por la Reglamentación Térmica como una solución apropiada para cumplir el estándar exigido: Se trata de la aislación en el lado interior de los muros macizos exteriores. Esto por lo general se logra con placas de doble capa compuestas de yeso-cartón y poli-estireno expandido, que se adhieren con un mortero especial en el muro. Es una solución de bajo costo y por lo tanto ejecutada con frecuencia en combinación con muros de hormigón.
Esta construcción es muy propensa para la generación de condensación entre la placa y el muro o bien en los costados de los muros y cielorrasos colindantes. Especialmente en el caso de calefacción con combustible al interior de la vivienda, que genera mucho vapor de agua.
Además, desconecta térmicamente el muro exterior, desaprovechando su masa térmica (capacidad de almacenamiento de calor).
Solo es recomendable en remodelaciones y en ambientes de uso discontinuo, ya que el tiempo de respuesta de la calefacción se reduce.
Por su complejidad las exigencias en la planificación y ejecución son muy altas. La correcta instalación sería tan costosa que se perdería una parte del atractivo de este tipo de aislación térmica.
Problema Certificación
Los Certificados propuestos por la Reglamentación Térmica, entregan para cada casa valores muy concretos de demanda energética. Estos valores carecen de un fundamento real, ya que los cálculos por ejemplo se basan en la zonificación mencionada anteriormente, y no toman en cuenta las pérdidas por los puentes térmicos ni las pérdidas por la ventilación correcta en caso de calefacción con estufa.
De esta forma la Certificación sugiere una exactitud de pronóstico que poco tiene que ver con la realidad.
El statu quo de la Reglamentación Térmica – por una Etapa 2.1
A 12 años de la entrada en vigencia de la Reglamentación Térmica, los objetivos formulados al inicio, están lejos de cumplirse: La población en su gran mayoría, incluyendo estratos sociales medio altos, viven en condiciones térmicas inadecuadas, con problemas de sobrecalentamiento en verano y de frío en invierno, con un alto grado de contaminación interior y la recurrente generación de condensación en la vivienda, que implica riesgos de formación de moho y de daños a la construcción. La contaminación del aire en las ciudades del sur solo recientemente recibe la atención correspondiente.
Solo los sectores productivos y académicos se desarrollaron, en parte, conforme a lo esperado. Pero aquí también se detectan deficiencias, especialmente en la capacitación de calidad de todos los involucrados en el proceso de la construcción, incluyendo la formación pregrado de profesionales. En cuanto a los materiales de construcción está pendiente, solo para mencionar dos ejemplos, un avance tecnológico en la oferta de ventanas de madera de eficiencia energética, y de ladrillos aislantes de arcilla.
En vista de los problemas detectados se hace necesario introducir, antes de avanzar con la Etapa 3 de Certificación, una Etapa 2.1 que debería incluir ajustes y mejoras a los requisitos de la segunda etapa de la Reglamentación vigente, específicamente se debería progresar en materias de requisitos de calidad de la envolvente y en requisitos para el uso pasivo de la energía solar.
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Envolvente térmica no tan térmica
Eficiencia energética v/s salud
“Un edificio térmico es el ambiente perfecto para hongos”: Se suma a la aislación térmica la hermeticidad de la envolvente, que está en plena contradicción con las necesidades de ventilación, especialmente en casas de alta ocupación y con calefacción con estufa a llama abierta.
Esto se manifiesta por ejemplo en la incompatibilidad de las recomendaciones de la Agencia Chilena de Eficiencia Energética (“Al calefaccionar una habitación, mantén cerradas puertas y ventanas”); versus las recomendaciones de especialistas en salud (“Cuando se use un artefacto de combustión las puertas o ventanas de la habitación deben estar abiertas”).
La priorización de la eficiencia energética en las políticas públicas, sin tomar en cuenta las características de la calefacción predominante en el país, requiere de forma urgente de una reconsideración.
Mito “Muro Trombe”
El “Muro Trombe” fue desarrollado hace más de medio siglo por un ingeniero francés. Consiste en una superficie vidriada sobre un muro macizo orientado hacia el sol, con el objetivo de calentar de forma indirecta los interiores por medio del calentamiento solar del muro. No obstante, en muchos casos el funcionamiento parece más bien el de un colector solar de aire.
Las desventajas del Muro Trombe son su limitada eficiencia, el alto costo, y que requiere de una buena protección solar en verano. Un estudio de la factibilidad realizado en la Universidad de Temuco, evidencia que el Muro Trombe hoy en día, a pesar de su asombrosa sobrevivencia en publicaciones chilenas, solo tiene un valor histórico, como antecesor de desarrollos más nuevos y eficientes, pero igualmente de alto costo, como es la aislación térmica transparente, que ya lleva 30 años, y una aislación traslúcida de última generación proveniente de Europa.
Entre las alternativas de calentar con el sol la masa térmica de un edificio por el lado exterior (Muro Trombe y aislación transparente) o bien de forma directa por el interior, tiene más lógica lo último. Esto corresponde al concepto de la “arquitectura solar pasiva”. Consiste en el apoyo a la calefacción de la vivienda, sin mayores costos, por medio de un diseño adecuado. El edificio preferentemente debe tener una forma compacta, las principales ventanas deben estar orientadas hacia el norte, y se debe incluir una aislación térmica apropiada.
Para los arquitectos e inmobiliarias esto representa todo un reto, debido a que los estilos arquitectónicos actualmente de moda difícilmente son compatibles con esta forma sencilla e inteligente de mejorar las condiciones térmicas interiores de las viviendas. En la arquitectura típica sí encontramos construcciones que se adecuan a estos principios.
Mito “Envolvente verde”
El enverdecimiento de la envolvente por medio de la vegetación tiene muchos beneficios, principalmente a nivel de microclima del lugar y de control de aguas lluvias.
Con frecuencia se lee en la publicidad que los techos verdes además “aíslan” los edificios.
Teniendo en cuenta que los suelos o sustratos que se utilizan en la construcción de los techos verdes, al menos durante el invierno, permanecen húmedos, está claro que no pueden tener un efecto de aislamiento térmico (cualquier material pierde su efecto aislante cuando se humedece). Significa que un techo verde no puede reemplazar a la aislación térmica de la cubierta.
Sí puede ayudar en verano a reducir el sobrecalentamiento por medio del efecto de la vegetación, tal como lo hacen las fachadas verdes.
En consideración al alto costo inicial y de mantenimiento de los sistemas industriales de última moda, solo queda por recomendar el uso de las técnicas tradicionales como enredaderas y parrones, y mejor aún la simple plantación de árboles.
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La envolvente térmica: un desafío
Beneficios y riesgos
Una envolvente térmica bien diseñada y bien ejecutada y bien usada:
- Reduce las pérdidas energéticas en invierno
- Reduce el sobrecalentamiento veraniego
- Potencia el uso solar pasivo
- Genera mayor confort térmico
En cambio, una envolvente térmica mal diseñada o mal ejecutada o mal usada significa:
- Alto costo
- Altos riesgos de daños a la construcción
- Altos riesgos de contaminación interior
¿Cómo avanzar en la eficiencia térmica de las viviendas?
La Reglamentación Térmica, en su primera etapa, y con una ejecución de calidad, logra reducir las pérdidas energéticas por las cubiertas. Con la segunda etapa se aumenta este efecto, además se reducen las pérdidas por los muros exteriores. Los efectos en las pérdidas por ventanas y pisos son marginales, y las pérdidas por puentes térmicos y la ventilación permanecen sin tocar. La tercera etapa no introduce un mayor estándar energético.
Para avanzar hacia una mayor reducción de la demanda energética, se requieren cambios sustanciales en la construcción, como la aislación térmica mejorada, instalaciones eficientes de calefacción, ventilación eficiente, y diseños mejorados que permiten ganancias solares en invierno.
Estándares altos como él de “Casa pasiva” hacen necesario avances tecnológicos que hoy en día parecen lejos de lo alcanzable para la vivienda chilena. Estos edificios que reducen la demanda energética para la calefacción a una décima parte, incluyen necesariamente instalaciones de ventilación mecánica con pre-temperación del aire en colectores de suelo y con recuperación del calor, además de instalaciones técnicas de alta eficiencia en general, entre otros, calefacción central por radiación con generación y distribución eficiente del calor.
Recomendaciones
Una envolvente de acuerdo a la Reglamentación Térmica vigente, considerando la realidad de calefacción del > 95 % de la población …
- posiblemente lleva a la generación de condensación y hongos en el interior, con la consecuente contaminación del aire y dañosa la construcción;
- posiblemente lleva la aislación térmica al interior del muro, desaprovechando la masa térmica de la construcción;
- probablemente está orientada de forma arbitraria, desaprovechando la energía solar térmica.
Una envolvente de alta calidad térmica, siguiendo el ejemplo de los altos estándares energéticos a nivel internacional, no es compatible con la realidad de calefacción del > 95 % de la población en Chile.
Las problemáticas mencionadas anteriormente dejan en claro que la envolvente térmica representa un desafío para todos los actores en la construcción y en el uso de los edificios.
En la práctica se puede recomendar aplicar la Reglamentación Térmica con énfasis en la construcción de calidad, minimizando los puntos críticos de la envolvente térmica, y aprovechando la energía solar por medio de los principios de la arquitectura solar pasiva.
Es la única forma de reducir la demanda de calefacción sin costo adicional y accesible para toda la población.