Caso España:
Fuente: Domótica Viva
A través de la Historia las diferentes culturas han demostrado un entendimiento de materiales y recursos para adaptar la vivienda a su entorno natural, no tenían otro modo para protegerse contra las inclemencias por lluvia, frío, calor, viento, etc.
Las viviendas actuales se construyen de forma masiva buscando el rápido beneficio económico y sin considerar factores de entorno como el emplazamiento, orientación, materiales, aislamiento, etc. Las aglomeraciones de las ciudades, disposición de los edificios, superficies alquitranadas y polución crean un microclima que puede elevar la temperatura media entre 3 y 5 ºC.
La normativa actual sobre la vivienda es común para todas las regiones y las urbanizaciones actuales se ubican, abusando de los modernos sistemas climáticos, donde nuestros antepasados nunca lo hubieran hecho, es decir, en entornos habitables tan sólo por medios artificiales y no naturales.Para proporcionar condiciones de habitabilidad y confort se recurre a sistemas, equipos y aparatos eléctricos o combustibles de base fósil, que consumen grandes cantidades de energía y producen alta contaminación del medio ambiente: efecto invernadero, lluvia ácida, destrucción de la capa de ozono, contaminación...
Consideraciones arquitectónicas
En ausencia de arquitectura bioclimática, factores ambientales, máximos aislamientos... la domótica logra reducir enormemente el elevado consumo energético.
La arquitectura bioclimática intenta conseguir el confort térmico y lumínico por medios naturales. En ausencia de esta arquitectura, al no poder situar la vivienda en las mejores condiciones del entorno, la domótica permite aprovechar al máximo los aspectos beneficiosos del clima y minimizar los perjudiciales para reducir al mínimo el dimensionamiento de los equipos de apoyo (calderas, estufas, acondicionadores...) que proporcionan el confort térmico.
El confort térmico de una vivienda resulta ambivalente: se debe asegurar la calefacción en invierno y favorecer la refrigeración en verano.
En la arquitectura bioclimática, si se desea reducir el consumo energético, las características solares se han de definir en la primera fase de diseño de la vivienda, con domótica se puede dar vida a la vivienda para que se adapte a las mejores condiciones incluso después de su construcción. Mediante toldos y persianas accionados en forma inteligente se puede captar la máxima radiación solar en invierno e interceptar la radiación no deseada en verano.
Aislamiento: ahorro y confort
Un correcto nivel de aislamiento reduce las necesidades energéticas tanto en invierno como en verano. Las construcciones actuales se pueden suponer dotadas de suficiente aislante térmico en cuanto a su superficie exterior se refiere.
La efectividad térmica de un aislante depende de su conductividad térmica (pérdidas de calor por hora y por grado de diferencia de temperatura entre las dos caras de material aislante de 1 m de grosor y 1 m2 de superficie). El aislante de mejores prestaciones resulta ser el Poliestireno con una conductividad térmica de 0,03 Kcal/h.m.ºC.
Factores a tener en cuenta son: la instalación (no siendo posible, excepto por costosas reformas, su reparación), su duración, el deterioro sufrido por condensación (la humedad resulta ser su peor enemigo, la domótica puede controlar el grado de humedad deseado) y su comportamiento ante el fuego.
Centrándonos en las pérdidas de energía, los puntos con mayor problemas son las ventanas pues las pérdidas a través del acristalamiento son muy superiores a las que se producen por las paredes. Problema agravado con los diseños arquitectónicos actuales que tienden a grandes ventanales.
Aunque se instalen cristales dobles y triples, los cristales deben ser reflectantes o transparentes a la radiación solar dependiendo del factor que se persiga: acentuar o impedir la ganancia solar. Otra variable a tener en cuenta es el denominado factor solar (relación entre la radiación solar incidente en el cristal y la que es transmitida al interior). Si se pretende calentar naturalmente la vivienda la ganancia solar debe ser máxima y se aconseja que el factor solar del cristal sea del 80%. Pero debemos observar que si bien conseguir la máxima ganancia solar resulta interesante en invierno resulta perjudicial para el verano, tanto por cuestiones climáticas como por el deterioro del mobiliario a ser sometido a los rayos solares.
Por otra parte, puede resultar de interés aprovechar el descenso nocturno de temperatura del exterior para refrescar el interior de la vivienda en verano.
Debemos por tanto buscar, en una vivienda convencional, soluciones de compromiso. Un excesivo aislamiento de la vivienda puede desaprovechar las condiciones exteriores, siendo preciso acondicionar la vivienda siempre por medios artificiales. La domótica puede favorecer el aislamiento al tiempo que permite sacar el máximo provecho de las condiciones exteriores.
El control de toldos y persianas pueden ayudar al control climático, por ejemplo, al accionarse el toldo disminuye el factor solar en verano y replegados en invierno lo aumentan. De igual manera pueden actuar las persianas, y además, en verano, pueden echarse cuando el sol sea perjudicial durante el día o subir por la noche para aprovechar el descenso de temperatura nocturno; en invierno el proceso sería el contrario: abiertas durante el día, para captar la energía natural del sol, y cerradas por la noche para aumentar el aislamiento. Pero todo lo hace el sistema de forma inteligente y transparente para el usuario, aunque éste siempre podrá actuar a voluntad sobre toldos y persianas.
Gestión energética. El ahorro inteligente
El coeficiente de transmisión térmica (K) nos da idea de las pérdidas de calor en invierno (calorías) o las pérdidas de frío en verano (frigorías). En ventanas con cristales triples se encuentra cercano a K = 1,59 Kcal/m2.h * ºC
Si suponemos una superficie de 10 m2, una temperatura exterior de 5 ºC y otra en el interior de 21 ºC, este coeficiente de transmisión hace que se pierdan 254 Kcal cada hora lo que obliga a aportar cada hora dicha energía que se pierde si en el interior queremos mantener los 21ºC. Si cerramos una persiana, cuyas lamas estén rellenas de Poliestireno, la cámara de aire, formada entre la persiana y el cristal de la ventana, aumenta eficazmente el aislamiento térmico
El empleo de persianas, para aprovechar la energía natural, permite reducir el coeficiente de transmisión térmica a un valor cercano a la unidad, para el caso de ventanas con cristal triple.
En el ejemplo anterior se conseguirían reducir las pérdidas a tan solo 160 Kcal por hora
De la misma manera que utilizamos el Sol para calentar, le podemos utilizar para refrigerar. Mediante toldos, persianas y cortinas controladas, podemos reflejar la radiación solar antes de que incida sobre la vivienda.De igual manera, para refrigerar el interior de una vivienda, si suponemos una temperatura exterior de 30 ºC y deseamos una temperatura interior de 21 ºC, deberíamos consumir 143 Kcal cada hora para mantener dicha temperatura. En verano el efecto de la persiana además produciría una ventilación inducida que favorecería el descenso de temperatura en el cristal, por otra parte el toldo crearía un efecto sombra que reforzaría el ahorro energético. La combinación controlada de toldos y persianas permite reducir el valor de K a valores próximos a 0,67 Kcal/m2.h * ºC, en el ejemplo, las pérdidas pasarían a ser 60 Kcal por hora.
Pérdidas en:
acristalamiento triple, K = 1,59 Kcal/ m2.h * ºC, 10 m2 de superficie
Vivienda tradicional
Vivienda domótica
Verano (i. 21 ºC, e. 30 ºC)
143 Kcal/hora
60 Kcal/hora
Invierno (i. 21 ºC, e. 5 ºC)
254 Kcal/hora
160 Kcal/hora
El estudio anterior demuestra la eficiencia que permite la domótica en el control energético, combinando toldos y persianas en verano y tan sólo persianas en invierno. Al tomar vida la vivienda se consigue una arquitectura similar a la bioclimática.
Existe otro factor a tener en cuenta, el coeficiente de transmisión térmica del aluminio K = 175 Kcal/ m2.h * ºC, estas enormes pérdidas se aminoran apreciablemente por el efecto aislante de las persianas. En zonas muy frías se ha de considerar la utilización de cortinas aislantes para evitar las pérdidas energéticas, estas cortinas se pueden igualmente motorizar e integrar en el sistema junto a toldos y persianas.
Para evitar la radiación solar se pueden utilizar árboles, evitando en todo lo posible las superficies no vegetales alrededor de la casa como asfalto, aceras, etc. La vegetación además de evitar la radiación solar provoca un descenso de la temperatura al evaporar agua y protege de los vientos del invierno. La evaporación “roba” calor del aire circundante, el cambio de estado de agua a vapor provoca una absorción de calor (0,58 Kcal/cm3). La domótica vuelve a integrar confort y ahorro al poder controlar el sistema de riego, sin malgastar agua y regando tan sólo cuando sea preciso, además puede controlar climatizadores evaporativos de bajo consumo.
Otro componente a considerar para el control climático es la ventilación, que juega un papel fundamental en la reducción de temperatura al extraer el aire caliente de la vivienda al exterior. Una correcta ventilación acabaría con los denominados “edificios enfermos”, o con los problemas por exceso de CO2 o por fuga de gas. El sistema actuaría sobre ventiladores eléctricos de bajo consumo.
Por otra parte, y quizás la más importante, la domótica también interviene decididamente en el ahorro energético al gestionar de forma inteligente la climatización por zonas, acondicionando aquellas que se estén utilizando y dejando el resto a una temperatura de ahorro. Así por ejemplo, podremos mantener a 21 ºC las zonas habitadas y el resto a 16 ºC, suponiendo un correcto aislamiento de los muros de la vivienda podemos considerar una K de 0.42 Kcal/m2.h * ºC y ahorrar, por cada 10 m2 de fachada de estancia no utilizada, 21 Kcal/hora de pérdidas energéticas. El ahorro resulta ser muy superior si tenemos en cuenta el volumen de aire a climatizar.
Aunque desde 1979 existe una norma de edificación relativa a condiciones térmicas de edificios, que es de obligado cumplimiento (real decreto 2.429/79 NBE-CT-79), la realidad es que ésta se ignora casi siempre. La norma considera un coeficiente de transmisión térmica (Kg) global, que tiene en cuenta los diferentes cerramientos del edifico, de 0.45 Kcal/m2.h * ºC frente a las 0,14 Kcal/m2.h * ºC acostumbrados en los países avanzados de Europa.
Al poder gestionar y controlar la energía, la domótica obtiene el máximo beneficio del almacenamiento térmico de los materiales. La inercia térmica de estos materiales consiguen aminorar los cambios de temperatura durante las horas del día y de la noche. En invierno las máximas pérdidas tienen lugar durante la noche pudiendo llegar a 138 Kcal/m2 por cada hora, por tanto, y al contrario de lo acostumbrado, se debe proporcionar energía artificial durante la noche para que la vivienda se encuentre dispuesta en las mejores condiciones como para poder aprovechar al máximo la energía solar y, probablemente, sin aporte alguno de energía hasta la puesta del Sol.
Lo anterior está basado en la denominada radiación nocturna basada en que los cuerpos calientes ceden calor a los fríos.
Las oscilaciones, entorno a la temperatura deseada, debidas a la inercia térmica de los materiales justifica el por qué del control energético. Un termostato corta cuando se llega a su temperatura de consigna, la inercia térmica hace que la estancia se siga calentando innecesariamente (gasto y ausencia de confort), cuando la temperatura disminuye y se vuelve a la temperatura deseada, el termostato vuelve a ordenar al sistema de calefacción que aporte energía, en este caso la inercia térmica hará que la temperatura siga disminuyendo por lo que se produce un doble efecto: es precios mayor consumo energético al tener que remontar desde una temperatura inferior y una ausencia de confort por frío.
Como hemos comentado, la domótica aproxima a los edificios a la deseada arquitectura bioclimática, pero aunque ésta se pudiera conseguir la domótica seguiría mejorando el hábitat al gestionar de forma eficaz la energía. Si la temperatura proporcionada por el sol o la noche, teniendo en cuenta las fuentes internas como personas y equipos, no resulta suficiente para mantener unos mínimos de confort hay que recurrir a sistemas de climatización controlados y puestos en marcha tan sólo cuando sean necesarios, aprovechando al máximo los medios naturales, si este control lo tuvieran que ejercer las personas, de nuevo faltaría el confort.
Datos estadísticos
La radiación diaria que recibimos del Sol en España representa una media anual de :
En el Sur 1.533.380 Kcal/m2
En el Norte 1.021.680 Kcal/m2
En función del tipo del día tenemos las siguientes medias:
Día con sol brillante 860 Kcal/m2 cada hora.
Día claro 688 Kcal/m2 cada hora.
Día nublado 258 Kcal/m2 cada hora.
Día muy nublado 129 Kcal/m2 cada hora.
El porcentaje de energía primaria consumida en España en el sector residencial se sitúa entorno el 16% y su distribución es la siguiente:
Calefacción 38%
Agua caliente sanitaria 26%
Cocina 20%
Iluminación y aparatos eléctricos 16%
En España, dado su clima benigno, las necesidades de calefacción vienen a ser un 30% menores que en relación a otros países europeo lo que representa un ahorro de 1 millón de Toneladas Equivalentes de Petróleo.
Las necesidades energéticas en calefacción en el hogar son bastante elevadas en la mitad Norte de la Península, por término medio de 3.440.000 Kcal anuales (4.000 Kwh anuales) que se cubren mediante:
1.500 Kg de leña ó
4.000 KWh eléctricos ó
345 m3 de gas ó
22 bombonas de butano.
Estos datos se elevan por encima del triple para el caso de viviendas unifamiliares de una superficie inferior a 200 m2, aumentando considerablemente para superficies superiores.
La contaminación producida en España por consumo de energía se sitúa en las siguientes cifras:
4 millones de toneladas de carbono en CO2.
150.000 toneladas de SO2.
15.000 toneladas de NOx.
De los más de 17 millones de viviendas que existen en nuestro país sólo el 10% están convenientemente aisladas, por lo que un sistema domótico que gestionara eficazmente la energía significaría un ahorro considerable y evitaría el deterioro del medio ambiente. Con una inversión del 10% del coste total de la vivienda se podría considerar un período de amortización comprendido entre 4 y 7 años.
Si utilizamos como referencia informes oficiales de AEDENAT sobre ahorros, conseguidos mediante arquitectura bioclimática, la domótica puede ofrecer la siguiente tabla resumen:
Consumo familiar (Kwh)
Con domótica
Componentes del sistema (consumo)
Consumo final previsto (Kwh)
Calefacción
4.000
2.000
700
2.700
Estos resultados se han podido constatar, en su porcentaje, con experiencias realizadas por SIC en viviendas y por uno de nuestros socios tecnológicos en un edificio de oficinas en Sudamérica.
Estudios estadísticos realizados en USA reflejan un porcentaje de ahorro cercano entorno al 25%, algo inferior al por nosotros experimentado. La diferencia probablemente resida en la calidad de la construcción americana y por las estructuras en madera habitual en dicho país con mejores propiedades térmicas.
BibliografíaManual de aislamiento. ISOVER
Energía solar térmica. IDEA
La energía solar. ADAE
El habitat bioclimático. Roger/Camous/Donald Watson
European pasive solar handbook. CEC
Bases para el diseño solar pasivo. Instituto Eduardo Torroja
Energía para el mañana. AEDENAT
