Casa de bajo consumo energético

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Una casa de bajo consumo energético se caracteriza por un diseño energéticamente eficiente y características técnicas que le permiten proporcionar altos estándares de vida y confort con bajo consumo de energía y emisiones de carbono. Los sistemas tradicionales de calefacción y refrigeración activa están ausentes, o su uso es secundario. ^{[1] [2]} Los edificios de bajo consumo energético pueden considerarse ejemplos de arquitectura sostenible . Las casas de bajo consumo energético suelen tener un diseño y componentes solares activos y pasivos , que reducen el consumo de energía de la casa y tienen un impacto mínimo en el estilo de vida del residente. En todo el mundo, las empresas y las organizaciones sin fines de lucro proporcionan directrices y emiten certificaciones para garantizar el rendimiento energético de los edificios y sus procesos y materiales. Las certificaciones incluyen casa pasiva, BBC—Bâtiment Basse Consommation—Effinergie ( Francia ), casa de carbono cero ( Reino Unido ) y Minergie ( Suiza ). ^[3]

En 2008, los edificios por sí solos fueron responsables del 38% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) generadas por la actividad humana, de las cuales el 20% correspondió a edificios residenciales y el 18% a edificios comerciales. ^[4] Según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), los edificios son el sector que presenta las oportunidades más rentables para la reducción de GEI. ^[5]

Durante la década de 1970, se realizaron investigaciones sobre edificios de bajo consumo energético en Dinamarca , Suecia , Alemania , Canadá y Estados Unidos . La implementación de conceptos estandarizados de edificios de bajo consumo energético se desarrolló de manera diferente en cada país. ^[6]

A finales de los años 1970, la provincia de Saskatchewan contrató al Consejo de Investigación de Saskatchewan para diseñar y construir una casa solar pasiva adecuada para el clima extremo de las praderas canadienses , donde las temperaturas invernales pueden descender hasta los -40 grados Celsius (-40 °F). ^[7] El proyecto dio como resultado la construcción de la Casa de Conservación de Saskatchewan en Regina en 1977 por un equipo dirigido por el ingeniero Harold Orr . ^[8] El proyecto desarrolló un intercambiador de aire de recuperación de calor (HRV), recuperación de agua caliente y un aparato de puerta sopladora para medir la hermeticidad del edificio, técnicas que se volvieron comunes en los edificios de bajo consumo energético en otras partes del mundo. ^[9] Orr continuaría aplicando muchas de esas técnicas para modernizar los edificios existentes para mejorar la eficiencia energética. ^{[10] [11]}

En Alemania, la conservación de la energía se ha convertido en un tema cada vez más importante, desencadenado en la década de 1970 por la primera crisis energética y la creciente conciencia ambiental. ^[12] En 1977, se promulgó la primera norma de construcción relacionada con la energía del país. El Instituto Alemán de Casas Pasivas introdujo la primera casa pasiva certificada en 1990. El requisito de calefacción anual se introdujo como un parámetro importante mediante la tercera Ordenanza alemana de aislamiento térmico (1995). Sin embargo, en 2013 no existía un requisito legal claro para una norma de construcción de bajo consumo energético en Alemania. Según Maria Panagiotidou y Robert J. Fuller, las definiciones, políticas y actividad de construcción de edificios de energía cero deben ser claras. ^[13] La Directiva de Rendimiento Energético de la Unión Europea requiere que a partir de 2021, solo se puedan construir edificios de bajo consumo energético. ^[14]

Desde mayo de 2015 se han producido cambios en las políticas nacionales en el Reino Unido. Uno de los más significativos ha sido la retirada del Código para Viviendas Sostenibles (CfSH) como sistema para evaluar y fomentar mejoras en el diseño medioambiental de las viviendas. ^[15] Esto ha abandonado el esquema del código que proporcionaba un marco de niveles de logro y al que los diseñadores de bajo consumo energético podían aspirar a cumplir o superar. Aunque todavía existe legislación sobre conservación de energía en las normas de construcción , ^[16] hay una falta de normas adecuadas que excedan las normas básicas. Como resultado, el Estándar de Casa Pasiva puede ampliar su influencia e impacto en las casas energéticamente eficientes. ^[17]

El interés por los edificios de bajo consumo energético ha aumentado en Estados Unidos, principalmente debido al aumento de los precios de la energía, la disminución de los costos de los sistemas de energía renovable in situ y la creciente preocupación por el cambio climático. California exige que todas las nuevas construcciones residenciales sean de consumo energético neto cero para 2020. ^[1]

Las casas de bajo consumo energético tienen una definición amplia, pero generalmente se las conoce como casas con una demanda energética menor que los edificios comunes regulados por el código de construcción nacional. El término "casa de bajo consumo energético" se utiliza en algunos países para un tipo específico de edificio. ^[18]

Una casa de bajo consumo energético es una referencia que rara vez se concreta en valores reales (carga térmica o mínimo de calefacción). Una casa pasiva es una norma, con recomendaciones específicas para ahorrar energía de calefacción.

En un extremo del espectro se encuentran los edificios con un consumo de calefacción ultrabajo, que requieren niveles bajos de energía importada (incluso en invierno), lo que los acerca a un edificio autónomo . En el extremo opuesto se encuentran los edificios en los que se hacen pocos intentos por reducir su consumo de calefacción y que utilizan altos niveles de energía importada en invierno. Si bien esto puede compensarse con altos niveles de generación de energía renovable durante todo el año, impone mayores demandas a la infraestructura energética nacional durante el invierno.

El término "casas de bajo consumo energético" puede hacer referencia a las normas nacionales de construcción. ^[19] Estas normas a veces buscan limitar la energía utilizada para la calefacción de espacios , que es el mayor consumidor de energía en muchas zonas climáticas . También pueden regularse otros usos de la energía. La historia del diseño de edificios solares pasivos proporciona una visión internacional de una forma de desarrollo y normas de edificios de bajo consumo energético.

Las normas para los edificios de bajo consumo energético en Europa han evolucionado de forma diferente en cada país y no existe una certificación o legislación común para los edificios de bajo consumo energético válida en todos los estados miembros de la UE. Como medida para reducir el consumo de energía y las emisiones, en 2002 se publicó una legislación común sobre el rendimiento energético de los edificios, la Directiva sobre el rendimiento energético de los edificios (EPBD), que entró en vigor en enero de 2003. ^[20]

En la norma oficial preliminar NS 3700 se definen los edificios de bajo consumo energético. En cuanto al rendimiento energético de los edificios, se están discutiendo dos alternativas para calificar su consumo de energía primaria:

• Un límite a las emisiones anuales _de CO2 de un edificio , calculado multiplicando la energía anual suministrada por un factor de _CO2
• Un porcentaje de su demanda de calefacción debe cubrirse con energía renovable.

Las casas de bajo consumo energético se definen en el Reglamento Nacional de Edificación 08 y se dividen en dos clases. Se regulan en el capítulo 7.2.4 del reglamento: Bajo consumo energético.

Las casas de bajo consumo energético certificadas por RAL-GZ 965 tienen un 30 por ciento menos de pérdidas de calor que las reguladas en el EnEV, un código de construcción nacional. Otros criterios afectan al aislamiento , la hermeticidad y la ventilación . Los edificios de bajo consumo energético pueden estar certificados por RAL-GZ 965 para su planificación o construcción. ^[18]

Los edificios de bajo consumo energético pueden recibir la certificación Minergie , una "etiqueta de calidad para edificios nuevos y renovados". La norma Minergie exige que los edificios no superen el 75 por ciento del consumo energético medio de los edificios y que el consumo de combustibles fósiles no supere el 50 por ciento de la media. ^[21]

La directiva de la Unión Europea ha aclarado las casas de bajo consumo energético en Europa, y gran parte de los debates sobre los edificios de energía cero en América del Norte se derivan del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de Estados Unidos. ^[22]

El programa Energy Star es el mayor certificador de viviendas y productos de consumo de bajo consumo energético de los EE. UU. Aunque las viviendas certificadas Energy Star utilizan al menos un 15 por ciento menos de energía que las nuevas viviendas estándar construidas de acuerdo con el Código Residencial Internacional, suelen lograr un ahorro del 20 al 30 por ciento. ^[23] El Departamento de Energía de los Estados Unidos introdujo un programa en 2008 para distribuir viviendas de bajo consumo energético en todo el país. ^[24]

Los constructores canadienses pueden utilizar una variedad de normas, etiquetas y programas de certificación para demostrar un alto nivel de desempeño energético en un proyecto determinado. Entre ellos se incluyen:

• Certificaciones Net Zero Home y Net Zero Ready Home, administradas por la Asociación Canadiense de Constructores de Viviendas ^[25]
• Etiquetas Built Green, administradas por Built Green Canada ^[26]
• Energy Star para hogares, administrado por Recursos Naturales de Canadá ^[27]
• El estándar canadiense de casas pasivas, administrado por el Instituto Canadiense de Casas Pasivas ^[28]

En Columbia Británica, los programas mencionados anteriormente se alinean con el BC Energy Step Code , una regulación provincial para incentivar (o exigir) un nivel de eficiencia energética en las nuevas construcciones más allá del código de construcción básico. El código fue diseñado como una hoja de ruta técnica para ayudar a la provincia a alcanzar su objetivo de que todos los edificios nuevos estén preparados para el consumo de energía neta cero para 2032.

La vivienda energéticamente eficiente afecta la calidad del aire interior . Las casas herméticas atrapan los contaminantes en su interior, ya sea que se produzcan en el interior o en el exterior, y conducen a un aumento de la exposición humana y a posibles problemas de salud. ^{[29] [30]}

El diseño energéticamente eficiente suele depender de nuevas tecnologías y técnicas, que pueden crear obstáculos técnicos además de obstáculos sociales, culturales y económicos de carácter no técnico. ^[17]

Los edificios diseñados para una buena eficiencia energética no siempre cumplen con los objetivos de diseño; varias razones conducen a esta brecha de rendimiento .

El diseño de edificios de bajo consumo energético se considera importante para fomentar la eficiencia de los recursos y reducir el cambio climático global asociado con la quema de combustibles fósiles . El diseño implica dos estrategias generales: minimizar la necesidad de uso de energía en los edificios (especialmente para calefacción y refrigeración) a través de medidas de eficiencia energética (EEM) y adoptar energía renovable y otras tecnologías (RET) para satisfacer las necesidades energéticas restantes. Las EEM incluyen envolventes de edificios , condiciones internas y sistemas de servicios de edificios; las RET incluyen fotovoltaica o fotovoltaica integrada en edificios, turbinas eólicas , energía solar térmica (calentadores de agua solares), bombas de calor y calefacción y refrigeración urbanas . Los impactos incluyen costos del ciclo de vida, impactos ambientales y cuestiones de cambio climático y política social. ^[31] Los mejores diseños de bajo consumo energético ofrecen a los ocupantes un mejor ambiente y un confort térmico más estable y controlado, además de costos de energía reducidos.

Las emisiones de GEI asociadas a la construcción de edificios provienen principalmente de:

1. Fabricación de materiales (por ejemplo, hormigón)
2. Transporte de materiales
3. Transporte de residuos de demolición
4. Tratamiento de residuos de demolición

La construcción, renovación y deconstrucción de un edificio típico es responsable, en promedio, de emisiones de 1.000 a 1.500 kg de CO2e _/ m2 ^​​( alrededor de 500 kg de CO2e _/ m2 ^​​solo en el caso de la construcción).

Las estrategias adoptadas por los edificios bajos en carbono para reducir las emisiones de GEI durante la construcción incluyen:

1. Reducir la cantidad de materiales utilizados
2. Seleccionar materiales con bajos factores de emisiones asociados (por ejemplo, materiales reciclados)
3. Seleccionar proveedores de materiales lo más cercanos posible a la construcción.
4. Desviar los residuos de demolición al reciclaje en lugar de depositarlos en vertederos o incinerarlos

Reducir el consumo de energía es más ventajoso desde el punto de vista ambiental y económico que aumentar la producción in situ para alcanzar un objetivo de bajo consumo energético. Cuanto menos consume una vivienda, menor es el sistema de energía renovable que necesita para alcanzar el cero neto. La eficiencia energética siempre debe ser la principal estrategia de diseño de una vivienda de bajo consumo energético. ^[1]

El diseño de edificios solares pasivos y el paisajismo energéticamente eficiente respaldan la casa de bajo consumo de energía en la conservación y pueden integrarla en un vecindario y un entorno. Siguiendo las técnicas de construcción solar pasiva , donde los edificios son compactos en forma para reducir el área de superficie y las ventanas principales orientadas hacia el ecuador (sur en el hemisferio norte y norte en el hemisferio sur ) se maximiza la ganancia solar pasiva . Sin embargo, la ganancia solar (especialmente en climas templados ) es secundaria a la minimización de los requisitos generales de energía de la casa. En temperaturas altas, el exceso de calor puede crear condiciones interiores incómodas. Se ha demostrado que las alternativas pasivas a los sistemas de aire acondicionado, como la ventilación dependiente de la temperatura, son efectivas en regiones con necesidades de refrigeración. ^[32] Otras técnicas para reducir el exceso de calor solar incluyen brise-soleils , árboles , pérgolas adosadas con enredaderas , jardines verticales y techos verdes .

Aunque las casas de bajo consumo energético pueden construirse con materiales densos o ligeros, normalmente se incorpora una masa térmica interna para reducir las temperaturas máximas del verano, mantener estables las temperaturas invernales y evitar un posible sobrecalentamiento en primavera u otoño antes de que el mayor ángulo del sol "ensombrezca" la exposición de las paredes al mediodía y la penetración de las ventanas. El color de las paredes exteriores (cuando la superficie lo permite), la reflexión o absorción dependen de la temperatura exterior predominante durante todo el año. El uso de árboles de hoja caduca y enredaderas enrejadas (o autoadherentes) puede ayudar en climas templados.

Para minimizar el consumo total de energía primaria, la iluminación natural pasiva y activa son las primeras soluciones diurnas que se emplean. Para los días con poca luz, los espacios sin luz natural y la noche, se puede utilizar un diseño de iluminación sostenible con fuentes de bajo consumo energético (como lámparas fluorescentes compactas de voltaje estándar e iluminación de estado sólido con lámparas LED , OLED y diodos emisores de luz de polímero y bombillas incandescentes de bajo voltaje , lámparas compactas de halogenuros metálicos , de xenón y halógenas ).

La iluminación de exteriores y de paisajes alimentada por energía solar , con células solares en cada dispositivo o conectadas a un panel solar central , está disponible para jardines y necesidades al aire libre. Se pueden utilizar sistemas de bajo voltaje para una iluminación más controlada (o independiente), que consume menos electricidad que los dispositivos y lámparas convencionales. Los temporizadores, la detección de movimiento y los sensores de funcionamiento con luz natural reducen aún más el consumo de energía y la contaminación lumínica .

Los electrodomésticos que superan las pruebas independientes de eficiencia energética y que reciben las marcas de certificación Ecolabel por el consumo reducido de electricidad y gas natural, así como las etiquetas de emisiones de carbono en la fabricación de los productos, son los preferidos para las casas de bajo consumo energético. Energy Star y EKOenergy son otras marcas de certificación.

• Voss, Karsten y Musall, Eike. Edificios de energía neta cero - Proyectos internacionales de neutralidad de carbono en edificios . 2.ª edición, noviembre de 2012, Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, Múnich, ISBN 978-3-920034-80-5 . 
• Raad Z. Homod, Control inteligente de sistemas HVAC para una alta eficiencia energética en edificios . Lambert Academic Publishing (2014), ISBN 978-3-8473-0625-2 . 
• Per Krusche, Dirk Althaus, Ingo Gabriel, Maria Weig-Krusche: Ökologisches Bauen, Bauverlag Wiesbaden y Berlín, (1982), ISBN 3-7625-1412-7
• Peter Steiger, Conrad U. Brunner y otros: PLENAR - Planung, Energie, Architektur, Niggli-Verlag, Teufen (1975), ISBN 9978-3-7212-0078-2

• bigEE - Su guía sobre eficiencia energética en edificios
• Programa de investigación de la IEA "Edificios solares de energía neta cero"
• Programa de Conservación de Energía en Edificios y Sistemas Comunitarios de la IEA.
• Descripción general de Common Fire Foundation sobre edificios ecológicos e información sobre el edificio más ecológico de consumo de energía neta cero en el este de EE. UU.
• Artículo sobre viviendas de bajo consumo energético

• Mapa mundial de edificios de energía neta cero conocidos internacionalmente
• Construcción de viviendas de bajo consumo energético con encofrados de hormigón aislante