Protección solar activa en edificios escolares

La recientemente formada Asociación Española de Empresas de Sombreado y Control Solar Dinámico (AESSO) ha encargado a la Universidad del País Vasco un estudio objetivo para demostrar los beneficios de contar con sistemas de sombreamiento en los edificios escolares.

El estudio, que ha llevado a cabo en el Departamento de Ingeniería Energética de la Universidad del País Vasco, dirigido por Juan María Hidalgo Betanzos, se divide en dos fases. Una primera, ya finalizada, empírica, que ha estudiado un caso hipotético de dos institutos en Madrid, y una segunda fase que se basará en el estudio real de los resultados al aplicar sistemas de protección solar móviles en una ikastola del País Vasco.

AESSO se organizó para que la administración, arquitectos e ingenieros tomaran conciencia sobre las ventajas de la protección solar activa, no sólo porque es un elemento que mejora la gestión energética del edificio, sino por los importantes beneficios que aporta en relación al confort y la salud. En el caso de la arquitectura escolar esto es especialmente relevante porque en un aula se llegan a superar los 35º en días de junio, en los que los propios alumnos actúan como radiadores emisores de calor, todo lo cual produce unos niveles muy altos de CO2 que afecta de manera directa al rendimiento. Por lo tanto, ya no es una cuestión de tener un certificado de buena gestión energética o de un nivel de confort sobresaliente, sino de cuidar la salud de nuestros hijos.

Gymnasium del Colegio Alemán de Bilbao por Gurtubay Arquitectos y Asociados. Fotografía: Aitor Ortiz.

María José Moya Cadena, Secretaria General de AESSO, señalaba en la presentación de la primera fase del estudio, cómo la protección solar es el elemento de construcción que afecta a un mayor número de componentes que determinan el nivel de confort, además del confort térmico que se obtiene, se suma de manera directa el confort visual, rebajando la luminosidad excesiva y los reflejos, pero también puede servir para una mejora acústica, al aislar el interior de los ruidos provenientes del exterior, e incluso teniendo cuidado con los materiales seleccionados para las soluciones de protección interior se evita la presencia componentes volátiles dañinos para la salud.

Para llevar a cabo el estudio se ha elegido dos tipos de edificios, un instituto existente y un instituto construido de acuerdo con el CTE, ambos con orientación sur y este para medir las condiciones en las horas en las que hay actividad escolar.

El umbral de confort para el cuerpo humano en un interior, con poca actividad física, está en los 26º, y la sensación o severidad del calentamiento se calcula en grados /hora, es decir, 1 hora soportando 27º daría como resultado +1, que sería la métrica de disconfort.

A continuación compartimos este estudio, pero antes anunciamos una noticia que visibiliza la sensibilidad de la administración hacia este tema: se ha incorporado en la nueva versión de la Herramienta Unificada para verificación del DB-HE 2019 –HULC– el cálculo de la reducción de la demanda energética debido a la protección solar (UNE-EN ISO 52022-1:2017). Esta nueva funcionalidad permite elegir cómo realizar el cálculo anual de las sombras móviles, bien como hasta ahora con cálculo estacional a través de unos factores fijos, bien mediante el cálculo dinámico de las sombras móviles en función de un umbral de activación definido por el usuario (manual, automática o reducida).

Reforma y ampliación del edificio Dorleta en el campus de Eskoriatza de beSTe Arkitektura Agentzia Bat. Fotografía: Saxun.

Estudio del potencial del sombreado solar en edificios educativos

Este estudio permite conocer los potenciales de los dispositivos de sombreamiento para la mejora del confort interior en colegios de secundaria.

La metodología consiste en la definición de un aula tipo, ajustada a unas dimensiones, ocupación, actividad y horarios habituales en los centros escolares en España. Para los cálculos energéticos se ha utilizado CYPETHERM HE plus, un programa oficial reconocido por el Ministerio de Fomento para la certificación de la eficiencia energética de edificios y para la justificación normativa del CTE (DB HE1 y DB HE4). Este programa genera resultados detallados que han ayudado a comprender qué aportan los sombreamientos.

El estudio ha calculado 16 casos en el clima de Madrid. Se analizan cómo funcionan las protecciones solares aplicadas tanto en edificios nuevos EECN que cumplan la normativa de CTE DB-HE de 2019, así como en edificios existentes de los años 80 basados en la NBE CT-79. Se han evaluado los efectos en aulas con orientaciones Sur y Este, ya que el horario escolar es sobre todo de mañanas.

Se han analizado 4 niveles de protecciones solares, partiendo de un caso base sin protecciones solares. A este supuesto se incorporan protecciones solares interiores automatizadas o protecciones exteriores automatizadas con eficiencia media o mayor, siendo estos persianas enrollables, toldos y persianas graduables. Las prestaciones energéticas dependen entre otros del color del tejido en el caso de toldos, del porcentaje de extensión de una persiana y de la inclinación de las lamas en el caso de persianas graduables.

Los modelos se han definido siguiendo el funcionamiento habitual en los institutos de secundaria. Esto incluye un horario intensivo de mañanas, las cargas internas e iluminación según normativa (CTE, RITE y ASHRAE) y ventilación. En el edificio existente se han estimado un caudal básico de 1 ren/h, por no tener ventilación mecánica, y en el edificio nuevo se aplican los caudales del RITE. En ambos casos se añade una ventilación natural adicional por ventanas en periodo cálido, lo que se ha estimado en 30min antes de clases, 10 min entre clases, 30 min en patio y 2 h a la salida. Las infiltraciones son de 0,3 ACH ó ren/h en los dos casos.

Ejemplo de resultados horarios del caso CTE2019-Este con persiana automática:

Resultados principales

-Reducción del sobrecalentamiento, bajan un 36% los grados·hora por encima de 26 ºC, entre 17-52% por sombreamiento, casos y orientación.

-Bajan las temperaturas máximas pico, unos 2 ºC menos el día más caluroso, entre 1-4 ºC según sombreamiento, casos y orientaciones.

-Ahorro de un 47% de la demanda de refrigeración, entre 24-65%.

Los periodos con temperaturas altas se reducen en torno a un 23% con DS interiores, un 40% con DS ext1 y un 44% con DS ext2. Hay diferencias ±10% para edificios nuevos o existentes y según su orientación.

Las temperaturas máximas en estos espacios se producen en junio y septiembre, donde se observa una correspondencia por su orientación. La reducción de la temperatura pico se reduce en torno a 2 - 4 ºC en aulas al este y 0,5 - 1 ºC al sur.

Detalles adicionales y ejemplos

Sin protecciones solares, los modelos presentan un elevado número de horas por encima de 28 ºC, en torno a un tercio del total de horas lectivas, con variaciones según la antigüedad del edificio y su orientación. Al introducir sistemas de sombreamiento, la mejora promedio es un 36%, siendo de hasta el 52% para institutos de los años 80 Este, con sombreamientos exteriores automáticos de alta eficiencia, DS ext2.

Para medir la severidad de las temperaturas elevadas, se ha utilizado el parámetro Grados·hora por encima de 26 ºC. Abajo, los resultados de diferentes protecciones solares en un Edificio existente años 80 - este.

Así mismo, se ha confirmado la reducción de las ganancias térmicas por las ventanas, ver gráfico inferior.

Conclusiones

Se ha observado que los sombreamientos aportan mejoras significativas en todos los casos analizados, tanto con sombreamientos interiores como exteriores.

Hay una reducción del sobrecalentamiento generalizada, con una bajada media del 36% en los grados·hora a 26 ºC. Esta mejora es entre 17-52%, según los casos y sombreamientos analizados.

Se puede conseguir un ahorro de la mitad de la refrigeración, con una reducción media del 47% en la demanda de frío. Los ahorros oscilan entre 24-65%, según los casos y sombreamientos analizados.

Las protecciones solares bajan las temperaturas máximas unos 2 ºC de media en verano sin aire acondicionado. Aportan mayor adaptabilidad a las temperaturas altas, y varía entre 1-4 ºC, según los casos y sombreamientos analizados.

Estas prestaciones de los dispositivos de control solar dinámico, junto con un uso adecuado de los espacios y la ventilación mecánica o natural, mejoran el confort interior notablemente y reducen el riesgo de sobrecalentamiento en periodos cálidos.

Laboratorio de control de Calidad en la Edificación / Departamento de Vivienda y Agenda Urbana del País Vasco.

Departamento de Ingeniería Energética de la Universidad del País Vasco

AESSO