Evaluación de la eficiencia energética de las cubiertas vegetales mediante CE3X

¿Sabes que puedes introducir cubiertas vegetales en CE3X? Como sabes, cuando se certifica un edificio se introducen todos los elementos de la envolvente térmica del mismo. Una opción para mejorar el comportamiento térmico del edificio puede ser incorporar una cubierta vegetal por todos sus beneficios. CE3X dispone de un tipo de cubierta ajardinada en su biblioteca y si no te convence también la puedes definir con propiedades conocidas. En este post analizamos la influencia de una cubierta vegetal en el comportamiento térmico de un local, y por lo tanto en su eficiencia energética ¿Mejora o empeora? ¿De qué depende? ¿Se puede valorar de manera aislada o hay que considerar otros aspectos? Participa con tus comentarios.

eficiencia energética cubiertas vegetales

Imagen: commons.bcit.ca. Why green roofs? Benefits?

14-02-2017

Antes de empezar con el análisis de la eficiencia energética de las cubiertas vegetales vamos a definir qué tipos de cubiertas vegetales existen.

1. Tipos de cubiertas vegetales

Las cubiertas vegetales se clasifican básicamente según su necesidad de mantenimiento y tipo de plantación. Para ellos distinguimos entre:

1.1 Cubiertas vegetales intensivas o ajardinadas

Son cubiertas tipo parque, accesibles y por lo tanto transitables, que se pueden destinar a actividades humanas: jardín, zona de recreo, pistas deportivas, cafeterías, etc.. En este tipo de cubiertas vegetales el substrato tiene un espesor considerable, ya que en ellos se cultivan especies vegetales de tamaño grande, por lo que la cantidad de trabajo de mantenimiento que requiere, es importante: riego, abono, etc.

cubiertas vegetales intensiva green roof

Imagen: ZinCo. Green Roof

cubiertas vegetales intensiva edificio eficiente

La vegetación en este tipo de cubiertas puede incluir desde plantas aromáticas, hasta arbustivas y/o árboles.

5 Cubiertas verdes espectaculares

1.2 Cubiertas vegetales extensivas o ecológicas

Se caracterizan por su escasa necesidad de mantenimiento, de ahí que se denomine cubierta ecológica. Su uso o accesibilidad es exclusivo para llevar a cabo tareas de escasa periodicidad para su mantenimiento. En las cubiertas vegetales extensivas el espesor del substrato es mucho menor en comparación con las intensivas.

La vegetación en este tipo de cubierta suele ser de tipo tapizante, y se utiliza como protección adicional ecológica. El musgo y el sedum pueden ser una vegetación factible en este tipo de cubiertas. No podemos olvidar la importancia de consumir el agua de manera responsable. Utilizar una cubierta ecológica con especies vegetales autóctonas que apenas requieran riego o que no lo necesite, es una estrategia sostenible de diseño que todo arquitecto debería incorporar en sus proyectos.

cubiertas vegetales extensiva sedum ecologica

Imagen: Jardines y cubiertas vegetales. Cubierta ecológica de mantas de sedum

cubiertas vegetales sedum ecologica

Fuente: Cubierta de bajo mantenimiento de sedum y crasas en Villamarxant. Urbanolismo

Las cubiertas vegetales pueden ser instaladas en techos horizontales y en techos inclinados. El mercado ofrece soluciones específicas para este tipo de cubiertas.

Por último es importante recordar que las cubiertas verdes influyen en el diseño y cálculo de la estructura del edificio debido fundamentalmente a su peso propio, y especialmente en el caso de las cubiertas intensivas. Así que ojo en el cómputo total de las cargas! 

2. Introducción de cubierta vegetal en CE3X mediante librería de cerramientos

Ahora que ya sabemos los tipos de cubiertas vegetales disponibles, vamos a analizar su eficiencia energética. En primer lugar vamos a definir una cubierta vegetal introduciendo los elementos que la componen con propiedades conocidas y utilizando la librería de CE3X. Posteriormente la introduciremos como si fuera la cubierta en contacto con el aire de la envolvente térmica de un edificio.

1 ce3x cubiertas vegetales extensiva ecologica

2.1 Definición de los elementos que componen la cubierta ajardinada

Si no disponemos de los datos conocidos de Transmitancia térmica (W/m²K) y Masa/m2 (Kg/m²) de la cubierta vegetal elegida, podemos definir dicha cubierta seleccionando elementos de la librería de CE3X.

En este ejemplo, elegimos una cubierta ajardinada extensiva (ecológica) invertida bicapa adherida, cuya composición hemos extraído a través de la web de texsa, para zona B de invierno del CTE, y cuya composición de abajo hacia arriba es:

cubiertas vegetales ajardinada extensiva ecologica

1. Soporte: forjado y formación de pendientes con hormigón celular medio de 5 cm.

2. Imprimación: capa de mortero de 3 cm de espesor e imprimación asfáltica (500 gr/m²).

3. Doble lámina impermeabilizante: membrana impermeabilizante bicapa formada por lámina inferior de betún plastomérico APP con armadura de film de polietileno (PE), lámina superior similar con tratamiento antirraíces y armadura de fieltro de poliéster (FP). No es EPDM

4. Capa separadora de polipropileno-polietileno con resistencia a la perforación 525N

5. Aislante térmico de poliestireno extruído de 50 mm de espesor y 3kp/cm² de resistencia a compresión ¿Podrías ser un material aislante natural?

6. Capa drenante compuesta por membrana de nódulos de poliestireno perforado, y geotextil de polipropileno. No es HDPE.

7. Substrato y vegetación sedum.

2.2 Introducción en CE3X de la cubierta ajardinada extensiva elegida

Como ya se ha comentado se va a introducir en CE3X cada elemento que compone la cubierta vegetal con propiedades térmicas conocidas. Para ello nos servimos de la librería de cerramientos para su definición.

introduccion cubiertas vegetales ce3x

NOTA: El programa CE3X no incluye en su librería, los materiales exactos especificados anteriormente, por lo que los materiales seleccionados han sido: tierra vegetal (d<2050); subcapa, fieltro; XPS expandido con dióxido de carbono; sucapa, fieltro; Betún fieltro o lámina; mortero de áridos ligeros; hormigón celular; y FU entrevigado de hormigón de 250 mm.

La resistencia térmica obtenida es elevada: 2,69 m²K/W, y la transmitancia térmica por tanto es de 0,35 W/m²K. Comparando este valor de transmitancia térmica, con los valores tabulados en el CTE DB HE1 para cubierta en contacto con el exterior, en cada una de las zona climáticas de invierno, comprobamos que cumple con los valores límite de todas ellas.

cubiertas vegetales valores transmitancia cubierta cte db he1Esta tabla es de aplicación en edificios de uso residencial privado para obra nueva o ampliación de existentes (limitación de descompensaciones), así como en determinados casos de obras de reforma en edificios existentes (párrafo 3 del apartado 2.2.2.1 Limitación de la  demanda energética del edificio, 2.2.2 Intervenciones en edificios existentes).

CE3X también da la opción de definir la cubierta ajardinada mediante propiedades térmicas estimadas, y seleccionando en Clase de cubierta, cubierta ajardinada. Lo veremos posteriormente.

3. Nueva calificación energética introduciendo cubierta vegetal en CE3X

A continuación proponemos la instalación de la cubierta vegetal anterior, en un local cuya envolvente térmica incluye una cubierta plana horizontal de 53 m². Dicho local, ya se utilizó en un post anterior para el cálculo de patrón de sombras sobre la cubierta.

3.1 Tipo de inmueble

Se trata de un local en planta baja, tal y como muestra la imagen inferior, que se encuentra en zona climática B3 (CTE, según DB-HE-1).

cubiertas vegetales patron sombra ce3x

La cubierta del local, está formada por forjado unidireccional con bovedillas cerámicas, y no dispone de aislamiento térmico.

cubiertas vegetales cubierta convencional ce3x

La calificación energética del local es baja, al considerar el resto de la envolvente y las instalaciones térmicas existentes. Las calificaciones de las demandas de calefacción y de refrigeración son las que aparecen en la imagen inferior.

cubiertas vegetales calificacion energetica ce3x

3.2 Resultados de la nueva calificación energética obtenida mediante propiedades térmicas conocidas

Proponemos la instalación de cubierta vegetal, definida en el apartado de Introducción en CE3X de cubierta vegetal extensiva, y observamos los resultados. Para ello volvemos a definir la envolvente térmica. Recuperamos la cubierta vegetal extensiva o ecológica definida y la cargamos al proyecto.

cubiertas vegetales extensiva ce3x

Modificamos la cubierta existente, sustituyéndola por la cubierta vegetal extensiva, definida mediante propiedades térmicas conocidas. Su valor de transmitancia térmica es de 0,35 W/m²K.

envolvente termica cubiertas vegetales ce3x

La calificación obtenida con esta modificación muestra la variación de los indicadores de demanda de calefacción y refrigeración y de las emisiones de CO2 asociadas.

cubiertas vegetales mejora calificacion ce3x

La demanda de calefacción se ha reducido en 7%, y por tanto ha mejorado. Sin embargo, la demanda de refrigeración ha empeorado al aumentar en 37%, respecto de la situación de partida. El indicador global ha mejorado ligeramente a pesar del empeoramiento.

¿Cuál es la explicación lógica? ¿Está relacionada con la zona climática B3? ¿Con el comportamiento térmico de los edificios en verano en este clima mediterráneo? ¿Con el programa utilizado?

3.3 Resultados de la calificación energética obtenida mediante propiedades térmicas estimadas

Esta vez seleccionamos propiedades térmicas estimadas, y elegimos la opción de cubierta ajardinada en Clase de cubierta

cubiertas vegetales ajardinada ce3x propiedades estimadas

Su valor de transmitancia térmica es de 1,14 W/m²K, tres veces superior al valor anterior de 0,35 W/m²K. Calificamos de nuevo el local y observamos los resultados obtenidos:

cubiertas vegetales calificacion cubierta ajardinada ce3x

La demanda de calefacción se ha reducido en 6% -un 7% en el caso anterior-, y por tanto ha mejorado. Sin embargo, la demanda de refrigeración también ha empeorado como en el caso anterior, aunque sólo en un 17%. El indicador global ha mejorado ligeramente a pesar del empeoramiento.

4. Conclusiones

En este ejemplo, hemos observado que la instalación de una cubierta vegetal reduce la demanda de calefacción por un lado, pero en cambio, empeora el comportamiento térmico del edificio respecto de la demanda de refrigeración por otro. Desde mi punto de vista, interpreto que la mejora de la calificación energética de un edificio responde a un conjunto de medidas, más que a una medida aislada. Me planteo cual sería el resultado, si a la instalación de cubierta vegetal se acompañan otras medidas complementarias, teniendo en cuenta el clima donde se ubica el local:

Ventilación nocturna  durante la época estival para disipar el calor, como complemento a  elementos de inercia térmica en el interior que acumulen el exceso de calor durante el día.

Reducción de ganancias solares en las estaciones más calurosas a través de huecos mediante protección solar y/o vidrios con protección solar.

Otro tipo de cubierta (cubierta fría con materiales claros y altamente reflectantes).

Teniendo en cuenta las particularidades propias del local calificado en este ejemplo ¿Qué opinas al respecto? ¿Cuáles son tus conclusiones? Participa con tus comentarios

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2 pensamientos en “Evaluación de la eficiencia energética de las cubiertas vegetales mediante CE3X

  1. Paula Serrano Yuste Autor

    Nos gustaría conocer vuestra opinión y experiencia respecto del uso de las cubiertas verdes. Os animamos a que participéis. Un saludo!

    Responder
  2. Germán Campos

    Buenas Paula, buen repaso sobre los tipos de cubiertas verdes y una interesante prueba la de intentar modelizar una en CE3X.

    Lamentablemente, ni CE3X ni la equiparación de una cubierta verde a un cerramiento estándar permiten representar y calcular adecuadamente este tipo de soluciones. Podemos recoger la componente aislante e inercial de la cubierta, pero perdemos fenómenos como la evapotranspiración o la modificación del albedo que repercuten en el comportamiento térmico de este tipo de cubiertas.

    En mi opinión, es necesario utilizar otras herramientas de simulación para poder estudiar este tipo de soluciones.

    Un saludo y enhorabuena por el blog.

    Responder

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