A comienzos del 2021 recibí el encargo de un proyecto de la casa del tejado hasta el suelo en un pueblo de Avila. Por fin podria llegar a ver materializada la idea!.
La parcela era de 1000 m2. con una pendiente bastante pronunciada. La calle se situaba al norte de la parcela, en la zona mas alta. El desnivel entre la calle y el punto mas bajo era de unos 6 m. La zona mas cercana al acceso tenía un 23% de inclinación y el resto un 11%. Las vistas mejores se sitúan al sur.
La idea de casa era de un tamaño contenido pero resolutivo, 3 dormitorios, dos baños, salón-comedor-cocina en un único espacio y espacio para lavandería e instalaciones. Lo que es la vivienda extrictamente, superficies útiles (116 m2.) mas ocupación de tabiques y muros perimetrales finalmente se quedó en 151 m2. construidos. Superficie de porches computables 45 m2.
La casa se integra en el entorno con materiales naturales , filita en cubierta de colores rojizos y ocres oxidados, taco de cuarcita o piedra de musgo rubia en paredes, cuarcita dorada en suelos, madera en tono roble en entramados y cristal, e interiormente se proyectan líneas modernas, paredes blanqueadas sin elementos de una rusticidad clásica.
Hay que tener en cuenta desde el principio de proyecto las limitaciones urbanísticas. La ocupación, edificabilidad, alturas permitidas y retranqueos, rellenos.. y el criterio de medición que la norma local establece para ellos. Por desgracia estos criterios son diferentes de un ayuntamiento a otro, no hay un criterio unificado. Para mas desgracia, la cosa se complica porque cada técnico de ayuntamiento hace una interpretación particular de lo escrito, llegando a situaciones delirantes y sangrantes donde un hermoso proyecto fue rechazado por absurdos razonamientos, imponiendo criterios irracionales bajo el paraguas todopoderoso de que «ese es el espiritu de la norma». Con la iglesia hemos dado Sancho.
Dadas las pecualiridades de este proyecto con un porche al sur (con una pasiva y bioclimática cristalera amplia amparada por un gran vuelo de unos 3 m. y el porche al este, el trabajo inicial fue dibujar la sección tranversal oeste-este. Al ser de una planta, el porche este podía quedar muy bajo y hubo que hacer el ajuste preciso de la idea para darle suficiente altura.
Con tanto porche al sur y al este, la ocupación que desarrolla la casa puede ser un problema y en ocasiones hace inviable el cumplimiento de la normativa urbanística. Por ello vuelvo a insistir en la conveniencia de hacer un estudio detallado de la parcela, su normativa y los criterios de medición incluso el «espiritu interpretativo» del técnico local, antes de comprar un terreno.
El presupuesto de los propietarios era contenido y el primer problema era saber que tamaño de casa se podia llegar a hacer. Lo que hicimos fue dar un proyecto ya completo con características constructivas similiares a dos constructores locales y que lo prespuestaran. Uno de ellos llegó muy detallado, con precios unitarios y para sorpresa nuestra la repercusión fue de 950 €/m2. En Madrid, en ese momento, otros estaban prespuestando en torno a los 1350-1500 €/m2. De esta forma pudimos dimensionar con confianza el tamaño de la casa sin salirse del limite prespuestario.
Tejado llegando hasta casi el suelo. Filita en rama oxidada de colores rojizos y ocres. Canalón de chapa de acero corten de 20×20 cm. y 2 mm. de gruesa.
Sección por el estar-comedor-cocina y porche este. El estar es con la cubierta vista, siendo el pulmón espacial de la casa. Con este trazado de la cubierta se puede crear un porche al este mas protegido del sol que el orientado al sur. Observe el lector las dimensiones del porche a la derecha (al este), tan cercano, acogedor, tan tocable con la mano, a escala humana.
En este plano de emplazamiento se puede ver la solución proyectada, teniendo en cuenta la orientación, las vistas, la topografía, la posición de la calle de acceso a la parcela, asi como la busqueda de la intimidad visual.
El proyecto busca abrir una gran cristalera al sur, de forma que queden al interior los espacios de día, estar, comedor y cocina*, y al exterior, un gran porche cubierto. Con las premisas dadas de esta parcela, calle al norte, excelentes vistas al sur y topografía con su punto mas bajo también a sur, la distribución de los espacios interiores venía encarrilada: Un espacio con cubierta vista para el estar, comedor y cocina, el mas alegre y alto de la casa, bañado por la luminosidad del sol de mediodía y con muy buenas vistas al jardín y al lejano horizonte tras la transparente cristalera, desde la que se accede al porche, y desde el que disfrutar en el exterior del jardín y del bello paisaje. De esta manera, la propia casa se interpone entre la calle y la terraza-porche, dando a ambos espacios, estar y porche, la intimidad deseada.
* En ocasiones si es posible, también el dormitorio principal
Jardineras en acero corten de 2 mm., valla con varilla de acero corrugado oxidado de diámetro 16 mm. y piedra de granito rubia con junta aspera aclarada.
A continuación se muestran el diseño constructivo de este y otros proyectos de cara a las condiciones térmicas de los elementos que configuran la envolvente material de la vivienda.
Introducción:
A lo largo de la historia, los materiales empleados para formar los muros exteriores, suelos y techos han variado enormemente. A través de ellos, el hombre ha tratado de protegerse del exterior, del frio o el calor, del viento, del agua, de la humedad, de la intromisión, del ruido, de las vistas ajenas y hacerlo con unos medios determinados y a un costo posible.
La evolución va desde muros exclusívamente de piedra* de importantes grosores, muros de ladrillo o madera, muros con cámara de aire a muros aislados con materiales térmicamente muy efectivos. Las normativas han ido evolucionando grandemente. La tendencia ha sido ir disminuyendo el espesor de los cerramientos, aligerarlos, así como dotarlos de mayor aislamiento térmico. Las soluciones de estos cierres han tenido mejor o peor fortuna, no siempre solucionando adecuadamente los problemas o solucionando unos y creando otros.
Venimos de muros poco aislados térmicamente, – el lastre de viviendas mal aisladas es enorme-, de acristalamientos con poca resistencia térmica, de construcciones con un gran costo económico de calentar o enfriar que se ha multiplicado con la subida del petróleo, la electricidad, el gas o el carbón, del uso de energías no renovables que agotan los recursos limitados de la tierra, de los problemas de filtraciones de aire o hermeticidad insuficiente, de condensaciones en los muros, de espacios mal ventilados, de diseños constructivos con zonas mal aisladas (llamados puentes térmicos)
En el momento y en el lugar que nos encontramos, la normativa, CTE (Código Técnico de la Edificación español) exige que el diseño cumpla determinadas condiciones orientadas al consumo casi nulo. El código CTE, cada vez mas exigente en sus sucesivas revisiones, es sensible al costo de la energía para calentar o enfriar un espacio interior, la calidad del aire interior, a la fuga del calor o el frio por las paredes, compacidad, los cristales o puentes térmicos.. y acota mejor o peor todos estos factores.
El Código español mira a un futuro en el que la demanda de energía que necesita una vivienda para calentarse o enfriarse sea menor, a un consumo energético muy reducido, que se alimente de energias renovables como el sol, el calor y el frio del aire o la tierra. El diseño con criterios Passivhaus añade un mayor grado de exigencia aunque no penaliza el empleo de materiales derivados del petróleo, aluminio … o la energía directa o indirecta para producir bienes y servicios (EI) altos, por lo que si se emplean poliestirenos, usuales en los Sistemas de Aislamiento Térmicos Exteriores (SATE) lanas minerales, ventanas de aluminio o Pvc actuales, la huella de carbono es mayor. Por ello, tanto el Código CTE como el criterio passivhaus no contemplan ni resuelve la paradoja que en ocasiones se produce al reducir la energía consumida pero aumentar la energía de producción de materiales. En este sentido ver un estudio analítico descargar aquí realizado en sus tesis por Claudia N. Quispe Gamboa de la Escuela Técnico Superior de Arquitectura de Barcelona.
En los proyectos que aparecen en estas páginas, aparte de emplear conceptos pasivos y bioclimáticos, se procura el empleo de materiales naturales por su belleza además de que su uso reduce tanto la energía de producción de materiales como la de consumo a un costo aceptable buscando un equilibrio no siempre fácil de conseguir.
En la imagen superior* una esquemática comparativa entre distintos cerramientos. Solo unos pocos números redondeados para que el lector comprenda la diferente cantidad de energía que atraviesa (y se pierde) en estos distintos muros. Se puede observar que el Cerramiento 1 (a la izquierda) pierde 14 veces mas que el número 6. Osea, 14 veces mas gasto, y comparado con el cerramiento 7, 18 veces mas gastos. Obsérvese el grosor del material aislante eficiente en azul y su evolución en los distintos casos.
(Nota 1: el cerramiento 7 está compuesto en su capa interior por una fábrica de bloques de hormigón curado en autoclave tipo Ytong o muro de termoarcilla relleno de material aislante tipo Porotón)
Nota 2: Los cerramientos exteriores representan en una vivienda aislada entre un 30 y un 50% usuálmente de toda la envolvente de la construcción). Un análisis de la evolución de las cubiertas y suelos así como de la variación de los acristalamientos completarían esta visión comparativa de la transformación del aislamiento térmico en la envolvente de las viviendas.
Extrapolando estos datos ( tener en cuenta que la energia perdida por los acristalamientos mas eficientes actuales son unas 6 a 8 veces mas aislantes, se explica como de una vivienda unifamiliar aislada antigua con un consumo de 500 €/mes se pase a facturas por consumo de 35 €/mes* en una casa pasiva actual. Datos en año 2020. *( El costo del término de potencia contratada no es reducible salvo una desconexión total de la red) ( No se ha supuesto en este número gordo que la casa pasivas cuente con placas fotovoltaicas que llevaría a anular prácticamente este concepto de la factura eléctrica)
*(No se ha pretendido hacer un análisis exhaustivo de la evolución de los muros en distintas zonas geográficas de España. Solo es un botón de muestra mas propio de zonas templadas-frias)
Para hacer mas gráfica la comparación, tener en cuenta un jersey de lana de 5 mm. de grosor de conductividad 0,03 w/m.K. Pues bien, la energía que pierde es 300 manteniendo la forma de la unidad comparativa del gráfico superior. Las soluciones 6 y 7, es como poner a la vivienda 15 y 20 jerseys respectivamente. Ver enlace relacionado.
En el diseño constructivo superior de este proyecto se puede ver como se soluciona el muro de cerramiento exterior. Por el lado interior se coloca un muro de 1 pie de fabrica de ladrillo, a continuación el aislamiento térmico de celulosa, un medio pie que sirve para crear la cámara donde se insufla este aislante y sirve de muro al que adosar la piedra de fachada. Como se puede observar, la continuidad de la envolvente térmica entre el aislamiento del muro y el del suelo se realiza con una hilada de hormigón curado en autoclave, de gran resistencia térmica que evita el puente térmico y crea una envolvente continua de aislamiento impidiendo de esta manera la existencia de condensaciones superficiales y formación de mohos.
Sobre este texto, una modelización del detalle constructivo* superior donde se analiza el puente térmico con el programa Therm. Con el se calcula por la teoría de los elementos finitos y comprueba que con esta pieza de hormigón aligerado curado en autoclave, el puente térmico desaparece y no hay riesgo de condensaciones superficiales. De esta forma, se crea una envolvente continua de aislante. (La unión de los forjados con los muros exteriores ha venido siendo un clásico lugar de puentes térmicos** con las consiguientes perdidas de calor o frio de la construcción y condesaciones superficiales y solo la normativa reciente ha puesto el foco sobre ellos de forma mas exigente)
*Se ha simplificado la solera y el encachado exterior, asemejándolo a terreno
**Algunos autores indican que las pérdidas por puentes térmicos pueden llegar al 30% de las totales, cantidad nada despreciable.
Detalle de diseño de la unión del cerramiento exterior y la cubierta inclinada. Observese la continuidad del aislamiento térmico en la envolvente de la vivienda por lo que no hay puente térmico.
Con el nivel de aislamientos en muros, suelo, cubierta y acristalamientos, la inexistencia de puentes térmicos, las ganancias solares de la cristalera al sur de esta vivienda (ver aquí estudio de soleamiento de la vivienda) y cuidando la ejecución para que la hermeticidad de la casa esté por debajo de 0.60 renovaciones/hora, esta vivienda tiene una calificación energetica «A» con una demanda según Ce3x (1) de unos 40 kwh/m2.año. Siendo la superficie útil de 116 m2, y con una máquina de aerotérmia con un rendimiento de 420%, el consumo es por tanto de 1.105 kwh/año. Con un coste promedio de energía eléctrica de 0.17 €/kwh (2) , el gasto anual es de 188 €, equivalente a 16 € repartidos en 12 meses o 32 € en los 6 meses de invierno.
(1) Cálculo realizado con el programa Ce3x v.2.3
(Tener en cuenta que los Certificados de Eficiencia Energética dan el dato del Consumo de Energía Primaria no Renovable. Para pasar de esta a Energia Final, que es la que se abona, hay que dividirla por el Factor de paso correspondiente aprobado por el Ministerio y que en la actualidad para la electricidad peninsular es 1,954.)
(2) Coste del kwh consumido de una factura real en septiembre de 2.021, sin incluir coste por potencia contratada, tasas e impuestos, haciendo el promedio de horas punta, valle y llano. Nota* el 23 de diciembre de 2021. Después de la subida enorme de la luz, hay comercializadoras al día de hoy que tienen tarifas fijas de 0.1846 €/kwh.
(3) Espero poder realizar en breve la demanda energética con el programa PHPP que es el autorizado para certificar viviendas pasivas según el estandar Pasivhaus y ofrecer el dato calculado.
La demanda enérgetica de refrigeración sería nula, dada la alta inercia térmica que se dota a la construcción, la protección solar del porche sur y la altitud en la que se encuentra la vivienda.
Cabría la posibilidad de instalar un recuperador de calor (5) que posiblemente reduciría el consumo a los niveles mínimos de una casa Passivhaus (coste de la máquina (≈1800-2.000€), conductos y mano de obra unos 5.000 €) pero como puede deducir el lector, dado el bajo consumo que ya tiene la casa sin recuperador, el periódo de amortización de la instalación sería algo largo. La demanda en este caso sería como máximo 15 kwh/m2.año (Límite de demanda para ser certificada como pasiva). El consumo: 15*116*/4,20=414 kwh.año, que a 0,18 €/kwh son 74 €/año, 12 € en cada uno de los 6 meses de invierno o 6 € repartidos entre los 12 meses de año.
Añadir un recuperador de calor para el clima de Avila en Peguerinos, a igualdad del resto de condiciones, puede suponer una reducción de la demanda de unos 20-25 kwh/m2.año. Habría que tener además en cuenta el costo anual del consumo del recuperador de calor, que estimatívamente puede ser en este clima frio de unos 83-186 €/año (4). (Ver un artículo de interés con mediciones reales de una casa pasiva aquí para una vivienda en Collsuspina, Barcelona) .
(4) El consumo indicado en la ficha técnica de recuperador de calor Siber DF EVO 2 para una casa de 100 m2 en clima frio como es el de Avila a 1.400 m. es de 893 kwh.año. ( Para este caso, 893 x 1,16 x 0,18*0,75=139 €)
(4) El consumo indicado del Soler&Palau del modelo Altair es de 53w.h. Con un funcionamiento permanente de 8.760 horas al año, el consumo sería 53 wh x8760 h. /1000 x 0,18 €/kwh*0,75=62 €/año
(Se ha supuesto un 75% de tiempo de funcionamiento del recuperador)
Un aspecto a reseñar en este proyecto es el voladizo sur, que tal y como está en las imágenes de esta página es de 3 m. La decisión de cuanto vuelo darle es una situación de compromiso y renuncia entre el clima local, la eficiencia energértica deseada y la estética de cada uno. No hay rosas sin espinas. Un voladizo escaso puede perjudicar el comportamiento en verano al incidir la radiación sobre el ventanal, poco tolerable en zonas con veranos calurosos. Un voladizo grande reduce en parte las ganancias térmicas en invierno. Personalmente prefiero voladizos generosos, – es el elemento que junto a la caída del tejado hasta el suelo le da el caracter a este proyecto-. Con la herramienta de cálculo Design PH para SketchUp, se obtienen con precisión fácilmente los denominados «Factores de reducción adicional para sombreamiento en invierno y en verano» para introducir en el programa PHHP comentado mas arriba y se puede jugar a hacer pruebas si es ese el afán que prima en el cliente. He estado haciendo ensayos y de un vuelo escaso a uno generoso puede haber unos 6 kwh/m2.año de diferencia a mas en la demanda final de calefacción. Esto representa unos 28 € mas de costo al año en el recibo de la luz que dependiendo de la zona climática puede quedar compensado con el ahorro de medidas activas de refrigeración.
(5) Un recuperador de calor es una máquina que antes de expulsar al exterior el aire caliente, (por el que se perdería calor) se lo cede al aire exterior que se ha introducido para ventilar la vivienda.
En caso de no poner recuperador de calor, por motivos de higiene, sería necesario un sistema de simple flujo, solo de extracción, sin filtrado de aire.
Cuadro con transmitancias térmicas limites de los elementos constructivos de la envolvente térmica prescritos por el Código Técnico CTE 2019 HE1, los valores recomedados en el Anejo E y los del proyecto. Se aporta el dato de la transmitancia térmica periódica y del desfase de onda térmica, magnitudes muy importantes. El desfase mide el tiempo que tarda la onda térmica en atravesar el elemento constructivo. Cuando es alto, permite que el calor almacenado durante el día en la cubierta y/o en los muros exteriores se disipe al exterior por la noche y no llegue a entrar en el interior, evitando el sobrecalentamiento en verano.
Estos conceptos son muy interesantes y bonitos de entender.
Tenemos la experiencia de ir a cojer un cazo caliente de cocina con un paño. Según la naturaleza del paño, grosor…, hace que lo caliente del cazo nos llegue en mayor o menor medida. Eso se llama amortiguación. El tiempo que tarda en llegar el calor amortiguado a nuestra mano se llama desfase.
El fuego es el sol, el cazo caliente es la cubrición, teja, pizarra… El paño es el aislamiento térmico, nuestra mano es la sensibilidad al confort en el interior de una vivienda. Dependiendo de las características del paño, grosor, composición, material y del tiempo que sujetemos el cazo al fuego, nos podemos llegar a quemar o no.
Si apagamos la cocina, el paño se irá enfriando, irá perdiendo calor pues lo cederá al ambiente.
Con una cubierta o un muro en verano ocurre de manera semejante. La cubierta se calienta por la radiación solar y por transmisión del aire caliente exterior. Si los materiales con los que está hecha tienen inercia térmica, el calor que absorbe no se trasmitirá inmediatamente al interior sino que permanecerá almacenado en su interior. Al anochecer, el exterior baja de temperatura y la cubierta cede su calor hacia el exterior.
Las caracteristicas de los materiales de construcción empleados nos darán la medida de cuanto desfase y amortiguación tienen. Estas son el espesor, la conductividad, el calor especifico y la densidad. Estos cuatro parámetros determinan la inercia térmica. En climas especialmente calurosos interesa que tengan mucha inercia. Conviene que sea mucha pues de esta manera el calor exterior tardará tanto en llegar al interior que cuando empiece a llegar, refrecará, el ambiente exterior «tirará» de él y no nos llegará su calor. Lamentablemente no todos los materiales aislantes empleados hoy día tienen mucha inercia. Los derivados del petroleo, poliuretano, Eps, Pex… tienen poca. Aislan, si, pero lo poco que dejan pasar, lo dejan pasar rápido. Sin embargo, los materiales como la celulosa, la fibra de madera o el corcho se comportan excelentente en este sentido, y nos dan un gran desfase, tiempo precioso y valioso para que llegue la noche y el calor se retire de nuestra cubierta o muros al exterior, no dando lugar a que toda la «onda» de calor sobrecaliente el interior. La gran inercia es también la que explica por qué las edificaciones antiguas de gruesos muros son frescas en verano.
La poca inercia con la que se construyen muchas obras (Sate de Pex por ejemplo) hoy día es la responsable del sufrido sobrecalentamiento que muchas edificaciones nos dan y la causa de tener que recurrir a medidas no pasivas de acondicionamiento como el aire acondicionado o los suelos refrescantes junto también al diseño de grandes ventanales sin protección solar (los cerramientos acristalados no tienen apenas inercia térmica).
Si separamos algo el cazo del fuego, ( la teja del aislamiento), eso se llama cubierta ventilada y es otra medida interesante para reducir la intensidad de la onda de calor hacia el interior.
Prueba 004. Prueba de color para la combinación de madera y piedra
Casa del tejado hasta el suelo de una planta. Prueba 03
Casa del tejado hasta el suelo de una planta. Prueba 04
Casa del tejado hasta el suelo de una planta. Prueba 05
Casa del tejado hasta el suelo de una planta. Prueba 06
Consultadas las tarifas profesionales de paneles «Integral» de fibra de madera Steico a partir del 1 de enero de 2.022 para valorar el coste de incrementar el grueso del aislamiento térmico de cubierta se obtienen estos precios:
Dos paneles de 80 mm. (160 mm.)……………….2 x 23,02 €/m2 = 46,04 €/m2
Dos paneles de 100 mm. (200 mm.)……………….2 x 28,78 €/m2 = 57,60 €/m2
La cubierta aislada tiene una superfcie de 157 m2. El costo de mejorar el aislamiento sería 157×11,56=1.815 € (No se supone incremento por mano de obra)
Con los dos paneles de 80 mm. se conseguiría una transmitancia de la cubierta de 0,184 w/m2ºK y con dos de 100 una U=0,155 w/m2ºK.
En el cuadro inferior aparecen 3 casos con el estudio amortización. Se ha supuesto el aislamiento de partida y sucesivos incrementos a 20, 28 y 32 cm. Se ha supuesto una inflación del coste de la electricidad de un 8% anual. Se ha calculado la demanda para los distintos grosores de aislamiento de cubierta. Lo que hemos obtenido son los años para amortizar la inversión. Juzge el lector lo que le resulta mas interesante.
En el cuadro superior, un estudio de la demanda anual de calefacción en función del soleamiento que produce la dimensión del vuelo en el porche sur. (Con recuperador de calor) Observar como a medida que se reduce el vuelo, a igualdad del resto de condiciones, disminuye la demanda de calefacción para la provincia de Avila, zona E1. La decisión del vuelo puede llegar a ser un compromiso entre la estética, y el ahorro en calefacción así como el sobrecalentamiento en verano. (Este último pendiente de valorar). Desde el punto de vista exclusivamente energético, la longitud del alero es un compromiso entre las ventajosas ganancias de calor que se producen en invierno con poco vuelo y el sobrecalentamiento que esto provoca en verano.
(Estudio realizado con el programa Design PH 2.0.09 ,herramienta para el cálculo de edificios de bajo consumo energético del Passive House Institute.)
Render de la casa del tejado hasta el suelo
Render del perfil vista desde el sur
Una persona interesada me pregunta cual es la parcela mínima para poder hacer esta casa.
Adjunto dos esquemas. Si es en dos plantas la vivienda puede ocupar algo menos y liberar espacio para el jardín. El de la izquierda es con entreplantas como puede ver en la sección. El de la derecha es de una sola planta. Aproximádamente la parcela mínima creo que puede ser de unos 550 m2..
En una sola planta con unos 150 m2. construidos, con 3 dormitorios y dos baños, sería mejor algo mas grande para dejar al sur algo mas de jardín delantero. La calle sería mas conveniente que esté situada al este o al sur.
Habría que confirmar en el ayuntamiento correspondiente que las zonas bajas que se meten en la zona de retranqueo (usuálmente de 3-4 m.) no lo computan como ocupación. En varios ayuntamientos me lo han permitido al estar por debajo de 1.50 m..