¿Qué son los edificios NZEB?

En la transición hacia un modelo de socio-económico sostenible, nos encontramos redefiniendo lo que hasta ahora conocíamos como sociedad de consumo y que se sustenta en la generación de energía para alimentarnos, fabricar cosas o desplazarnos.

El sector de la construcción representa casi el 60% de las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel mundial y, por ello, el plantear un nuevo modelo de edificación basado en un ciclo de vida de emisiones cero va a ser un factor clave en la transformación energética y la gestión de recursos a nivel mundial.

Desde todos los sectores y organizaciones implicadas en la transformación, ya se da por hecho que la década de 2020 a 2030 en la que estamos inmersos va a ser el punto de inflexión en el que tenemos el gran reto de conseguir el cambio de modelo a gran escala en todos los sectores y en la que el sector de la construcción, por su carácter transversal e impacto en todos los sectores, juega un papel protagonista.

En este sentido, cada vez suena más fuerte el término NZEB, Nearly Zero Energy Buildings – o en español EECN – Edificios de Consumo de Energía Casi Nulo, un concepto que en mayor o menor medida ya está presente en prácticamente todas las normativas de construcción de los países de la Unión Europea.

¿Qué son los edificios NZEB?

Los edificios NZEB responden al desafío que supone el cambio del entorno construido y se definen como Nearly zero-energy buildings, es decir Edificio de Consumo de Energía Casi Nulo (EECN). [1]

La Comisión Europea, inició en el año 2014 la definición de este tipo de edificios como:

Sin embargo, los edificios NZEB son solo un inicio en un proceso que deberá tener en cuenta factores más allá de las emisiones de carbono, u objetivos más ambiciosos que substituyan este ‘Nearly’ por ‘Net’, es decir edificios de cero emisiones (Net zero-energy buildings).

De hecho, ya existe un nuevo concepto de edificio llamado NZIB que va un paso más allá al tener en cuenta el ciclo de vida completo del edificio. Se trata del llamado Nearly Zero Impact Building, o en español EICN – Edificio de Impacto Casi Nulo, que tiene en cuenta no solo la generación y consumo de energía sino las emisiones a lo largo de todo el ciclo de vida del edificio, así como la gestión del agua, materiales y residuos, factores imprescindibles a tener en cuenta según los principios de la economía circular en la arquitectura.

Mientras que el concepto NZEB se centra en los aspectos energéticos teniendo en cuenta los sistemas pasivos y activos para conseguir el confort de los ocupantes, NZIB pone el foco en el impacto del entorno construido teniendo en cuenta todo el ciclo de vida del edificio.

En un edificio NZEB, plantearemos en primer lugar sistemas pasivos en los que hacemos trabajar al edificio mediante estrategias de la arquitectura bioclimática. En invierno, captamos sol y lo almacenamos gracias a sistemas de inercia y un buen aislamiento; en verano, nos protegemos del sol y generamos ventilaciones cruzadas. Todo ello con el objetivo de conseguir un adecuado confort térmico y reduciendo al máximo la dependencia de sistemas activos de climatización que, en caso de ser necesarios debido a climas o ubicaciones adversas, se utilizarán, siempre que sea posible, con energía procedente de fuentes renovables.

Si bien, el concepto de edificio NZEB, pone el foco en el rendimiento energético del edificio y se define como una construcción de muy alta eficiencia con un consumo energético muy reducido y cuya demanda es cubierta con energías renovables, sí que es cierto que muchos marcos normativos de NZEB ya introducen conceptos enfocados al análisis de la vida útil del edificio y su impacto en el entorno, con el objetivo de iniciar la descarbonización del entorno construido.

Como el cómputo total de la huella de carbono de un edificio, deberá tener en cuenta en el cálculo del consumo de carbono del edificio todo su ciclo de vida desde su planteamiento, construcción, uso y final de su vida útil. Sin embargo, es cierto que muchas de las normativas que analizaremos más adelante ponen el foco en el rendimiento energético y la capacidad de autoconsumo del edificio, es decir de producir la propia energía que va a consumir con el objetivo de descarbonizar el entorno construido, que son factores muy enfocados a la vida útil del edificio. Por el contrario, en determinadas situaciones se hace referencia también al uso de materiales bajos en carbono y procesos de construcción.

Marco normativo UE

La regulación NZEB es muy reciente, pero de obligado cumplimiento en la mayoría de los países de la UE, en la que cada estado miembro ha adoptado marcos normativos distintos pero todos enfocados a la consecución de un entorno construido de consumo nulo.

Las primeras referencias a la eficiencia energética aparecen ya en el Tratado de París de 1951, en el que de los 194 países firmantes, 104 se comprometieron específicamente a fomentar la eficiencia energética del parque edificado para cumplir con los objetivos de mitigación del cambio climático. Sin embargo, en la actualidad, solo 62 estados miembros tienen códigos energéticos y normativa específica en materia de construcción. [2]

El 19 de mayo de 2010, entra en vigor una Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a la eficiencia energética de los edificios, bajo el título Energy Performance of Buildings Directive. [3]

En ella se presentan requisitos en relación a la metodología de cálculo de la eficiencia energética de los edificios, para más adelante aplicar requisitos mínimos de eficiencia de nuevas construcciones, reformas de edificios existentes, envolvente e instalaciones, así como certificaciones energéticas, inspecciones periódicas y sistemas de control.

Más concretamente, esta normativa establece una fecha límite con el requisito expreso de que todos los nuevos edificios que se construyan a partir del 31 diciembre 2020; y en el caso de que se trate de edificios públicos la normativa entra en vigor en el año 2018 con algunas excepciones para edificios protegidos, de culto o de uso esporádico.

Se trata de una directiva de carácter genérico que dicta la Unión Europea con el objetivo de que sea cada país quien concrete sus propios criterios e indicadores. Se establece un documento guía que pauta unos criterios comunes que cada estado miembro debe utilizar como base para redactar su propio plan nacional para implementar el modelo NZEB en su país y cumplir con la directiva. [4]

En 2016 la Comisión Europea presenta un nuevo paquete de medidas con el objetivo de proporcionar un marco legislativo estable que facilite la transición energética.

Con el objetivo de cumplir los compromisos del Acuerdo de París, las propuestas “Energía limpia para todos los europeos” tienen como finalidad ayudar al sector energético de la UE a ser más estable y competitivo. El paquete tiene tres objetivos principales: priorizar la eficiencia energética, conseguir un liderazgo mundial en energías renovables y ofrecer un trato justo para los consumidores. [5]

En 2018, el Consejo Europeo aprueba una nueva Directiva que revisa la de 2016, en la que pretende fomentar la rehabilitación, promoviendo los proyectos de rehabilitación económicamente rentables e insistiendo en el hecho de que los edificios no descarbonizados resultan altamente ineficientes. Propone un ritmo anual de rehabilitación del 3% sobre el parque construido existente, lo cual, permitiría llegar a la descarbonización total en el 2050.

Además, simplifica las inspecciones de los sistemas de calefacción y aire acondicionado e insiste en la necesidad de largo plazo y supervisión de su evolución mediante la implantación de indicadores de progreso, con objetivos medibles en 2030 y 2040, y la concreción de las estrategias nacionales.

Pero el punto más importante es que sienta las bases para la definición de edificios NZEB estableciendo hitos que todo plan nacional deberá incluir en función de sus condiciones nacionales, regionales o locales. Básicamente se trata de un indicador numérico del uso de energía primaria expresado en kWh/m² al año y unos objetivos intermedios para mejorar la eficiencia energética de los edificios nuevos. [6]

Además, la Comisión se compromete a publicar un informe sobre los avances efectuados por los Estados miembros cada tres años. El último ‘status report’ se publicó en 2018 y destaca a España como uno de los pocos países de la Unión Europea que todavía no ha incluido un documento legal sobre su aplicación de la definición de edificios NZEB. [7]

España finalmente publica la revisión del nuevo Código Técnico de la Edificación con retraso, a finales de 2019, que entra en vigor a mediados de 2020 con ciertas prórrogas debido al COVID.

Plan Nacional español

España establece un Plan Nacional en noviembre de 2014, que incluye un informe elaborado por la Dirección General de Arquitectura, Vivienda y Suelo que analiza la distribución de consumos del parque edificatorio residencial y no residencial.

En él no aparece todavía la definición de edificios NZEB con el indicador numérico requerido por la Unión Europea, alegando que está previsto que esa definición detallada se materialice en una fase posterior. [8]

En 2018 se redacta el denominado Plan Estatal de Vivienda 2018-2020, que estructura una serie de programas en materia de fomento del parque de vivienda en alquiler, ayudas para personas en situación de desahucio, accesibilidad, renovación rural, jóvenes y eficiencia energética y sostenibilidad.

Este programa de fomento de la mejora de la eficiencia energética y sostenibilidad en viviendas establece sencillamente que en España un edificio de consumo de energía casi nulo es aquel edificio, nuevo o existente, que cumple con las exigencias reglamentarias establecidas en el Documento Básico “DB HE Ahorro de Energía” del Código Técnico de la edificación, referente a la limitación de consumo energético para edificios de nueva construcción. Esta definición está ya recogida en el Real Decreto 732/2019, por el que se modifica el Código técnico de la edificación, aprobado por el Real Decreto 314/2006.

El programa de fomento no cuantifica una demanda anual máxima, sino que impone una reducción de la demanda energética anual global de calefacción y refrigeración de la vivienda  sobre la situación previa a las actuaciones que oscila entre el 20-35% en función de la zona climática en la que se encuentre. En caso de conseguir tal reducción, los propietarios podrán optar a una subvención que en ningún caso podrá superar los 12.000 € ni el 40 % de la inversión. [9]

La actualización de 2019 del El Código Técnico de la Edificación, incorpora la definición de la “Exigencia básica H0: Limitación del consumo energético”, que se define por primera vez como exigencia básica y se pone límite al consumo de energía primaria en los edificios que deberá proceder en gran medida de fuentes renovables.

Así, se hace referencia a dos parámetros distintos: el consumo de energía primaria no renovable y el consumo de energía primaria total. Ambos dependen de la zona climática en la que nos encontremos. Para el cálculo del consumo se tienen en consideración las solicitaciones exteriores, que son las acciones del clima, y las solicitaciones interiores, que son las cargas térmicas, junto con las condiciones operacionales de los diferentes recintos según su uso.

Si planteamos el caso de Barcelona, que se trataría de la zona climática B, tenemos un límite de 25 kWh/m² al año de energía primaria no renovable para edificios nuevos y ampliaciones y 56 kWh/m² al año en el caso de la energía primaria total, contando renovable y no renovable.

Si lo comparamos con el Sello Passivhaus, uno de los referentes mundiales en la medición y clasificación del nivel de pasividad de un edificio, estrechamente relacionado con su eficiencia energética, que establece tres limitaciones en materia de energía: la demanda de calefacción debe ser inferior a 15 kWh/m² al año, la demanda de refrigeración debe ser inferior a 15 kWh/m² al año y la demanda de energía primaria debe ser inferior a 120 kWh/m² al año. Este último valor es el que nos interesa, ya que incluye la energía que se destina a calefacción, refrigeración, agua caliente y electricidad.

Así, nos damos cuenta que el CTE establece valores muy inferiores al Sello Passivhaus para uso residencial privado, ya que en el peor de los casos en la zona climática de invierno más desfavorable y multiplicado por el coeficiente 1,15 al tratarse de territorio extrapeninsular, superaría escasamente los 130 kWh/m² al año.

Entre otras cosas, el CTE también se refiere a las condiciones de la envolvente térmica para limitar la necesidad de energía primaria y alcanzar el bienestar térmico, estableciendo un límite a la transmitancia térmica de los diferentes elementos de la envolvente mediante el llamado Coeficiente global de transmisión de calor a través de la envolvente térmica. Las exigencias para la cobertura de la demanda de agua caliente y electricidad se refieren a la generación mediante fuentes renovables, esta vez sin establecer ningún porcentaje obligatorio.  [10]

Estrategias de diseño de edificios NZEB

Hasta ahora hemos abordado los requisitos impuestos por las distintas normativas, pero ¿cómo se hace efectiva esta reducción de consumo en materia de diseño?

La idea principal es sencilla, reducimos demanda energética a través de estrategias arquitectónicas para alcanzar unos niveles de eficiencia energética altos, que nos permitan cubrir la reducida demanda restante mediante energías renovables.

Siguiendo los principios de la arquitectura bioclimática, a la hora de diseñar un edificio se deben analizar y tener en cuenta aspectos como la situación geográfica y las condiciones climáticas del entorno del edificio, el entorno cercano, la disponibilidad de recursos y el uso que se hará del edificio. [11]

Así, para reducir el consumo energético en los edificios podemos aplicar las siguientes estrategias de diseño:

A continuación, vamos a ordenar las distintas medidas de diseño en función de si se trata de medidas pasivas o activas. Describimos una medida pasiva como aquella que no requiere energía para funcionar y forma parte del propio diseño de la vivienda. En cambio, las medidas activas implican consumo de energía primaria para ser efectivas.

Medidas pasivas

Las estrategias pasivas están estrechamente ligadas a la construcción bioclimática, que consiste en diseñar y construir el edificio de forma que esté estrechamente ligado al clima del lugar donde se ubica, protegiéndose de las inclemencias y aprovechando las ventajas climáticas.

Preexistencias y orientación solar

La primera estrategia pasiva a aplicar para el diseño de un edificio NZEB es tener en cuenta el entorno en que se va a ubicar y su orientación, adaptándola al máximo al lugar. En este sentido es imprescindible tener en cuenta el principal factor: la orientación solar.

Una buena orientación solar nos permitirá captar calor y luz solar a lo largo del día, en el hemisferio norte priorizamos la orientación sur y en su defecto la orientación sur-este o sur-oeste, que es la que nos permite maximizar la captación a lo largo del día.

El sol aporta calor y luz en invierno, así que buscamos estrategias para generar aberturas en la fachada sur que nos permitan captar este calor con un acristalamiento bien aislado que no genere pérdidas térmicas.

En verano, nos interesará dejar entrar la luz solar pero no su calor, es por ello que buscaremos estrategias para conseguir protegernos del sol pero que permitan el paso de luz. Una opción es trabajar con porches o pérgolas que bloquean la incidencia del sol vertical de verano. Estas pérgolas pueden ser opacas o vegetales, una estrategia que mejora el confort térmico al incluir plantas que por el proceso de fotosíntesis y evaporación de agua roban calorías al ambiente.

Otras protecciones que podemos utilizar para bloquear el paso de asoleo directo pero no de luz son protecciones de lamas horizontales regulables, que se inclinan según las necesidades de la estancia dejando pasar más o menos luz al interior.

Aislamiento térmico

El grosor del aislamiento térmico siempre es mayor en el diseño de edificios que priorizan la eficiencia energética, como es el caso de los edificios NZEB. Por supuesto, dicho grosor se establece en función de la zona climática y va a estar estrechamente relacionado con el material que utilicemos, no es lo mismo un aislamiento de paja o fibra de madera que un aislamiento de poliestireno.

Es importante tener en cuenta también que cuando nos centramos únicamente en cuestiones de eficiencia, dejamos de lado el impacto ecológico de la construcción. Un aislamiento de poliestireno tiene una huella ecológica positiva muy elevada mientras que un aislamiento de fibra de madera o corcho suelen tener huella ecológica negativa, en el sentido de que su proceso de crecimiento y producción no solo no emite CO₂, sino que lo absorbe.

En este sentido, cabe remarcar de nuevo la importancia de combinar el término NZEB referido exclusivamente a la eficiencia de los edificios con el término NZIB referido a su impacto ecológico.

Ausencia de puentes térmicos

Un puente térmico es una discontinuidad en la envolvente térmica del edificio que comporta una minoración de la resistencia térmica respecto al resto del cerramiento. Se pueden producir puentes térmicos en el encuentro de los forjados con la fachada, de la fachada con la cubierta, de los pilares con la fachada o en el contorno de los huecos, entre otros. Es decir, cuando los detalles constructivos no están bien resueltos y hay un intercambio de temperatura directo entre interior y exterior debido a la ausencia de aislamiento.

Las normativas actuales de construcción tienden cada vez más a conseguir la hermeticidad en los edificios y el hecho de disponer de un punto no solucionado a través del que hay un intercambio térmico entre interior y exterior supone un grave inconveniente para garantizar el confort en el ambiente interior, no solo debido a la variación de temperatura no controlada a través del mismo, sino también debido a las patologías que se pueden generar.

Y es que un puente térmico puede provocar condensaciones debido a la diferencia de temperatura entre interior y exterior. Nuestros interiores suelen ser cálidos ya sea porque están climatizados de forma natural o artificial, y cuando en el exterior baja la temperatura cualquier superficie fría en un ambiente cálido puede generar condensación de la humedad ambiente. Puesto que el aire caliente tiene mucha más capacidad higroscopocida -es decir, que es capaz de disponer de más humedad que el aire frio- es fácil que la superficie fría condense en forma de pequeñas gotas esta humedad.

El peligro de estas condensaciones no es solo estético, ya que en muchos casos éstas se generan en el interior de los muros, en zonas no visibles y no ventiladas, por lo que esta humedad condensada se convierte en patologías internas que florecen como moho u hongos en muros o techos: un riesgo grave para la salud de los ocupantes ya que habitan un ambiente interior insalubre.

Inercia térmica

La inercia térmica es la capacidad de un material de almacenar calor para liberarlo cuando el ambiente exterior sea más frío en relación a la temperatura interior. Esta característica permite, a ciertos materiales de elevada densidad, captar y almacenar calor durante el día gracias a la radiación solar, y liberarla horas más tarde cuando la temperatura exterior disminuye.

Los materiales con inercia térmica suelen ser materiales con mucha densidad como el ladrillo, el bloque de tierra, el hormigón o la piedra. La inercia térmica dependerá de la densidad y espesor de dicho material, pero también de su relación con el aislamiento.

Tradicionalmente, el aislamiento se colocaba en el interior, dejando el muro de inercia que es el que es capaz de acumular calor, en el exterior. En una construcción NZEB, siguiendo los principios de la arquitectura pasiva, el aislamiento lo colocaremos por el exterior, es decir, el muro de inercia que acumula calor solar durante el día lo mantenemos en el interior y lo protegemos por fuera para mantener este calor durante muchas horas.

Por supuesto hay muchos sistemas constructivos distintos y en cada caso deberemos analizar la estrategia más conveniente, de hecho, hoy en día que proliferan las construcciones prefabricadas de entramado ligero ya sea en madera o acero – de nuevo deberíamos tener en cuenta el concepto NZIB en cuanto al impacto ecológico de ésta última- nos encontramos con que la inercia térmica queda comprometida en el sentido de que una estructura de madera o acero no tiene ninguna capacidad de almacenar calor.

En estos casos, la solución para incluir elementos que aporten inercia al conjunto como puede ser un pavimento o muro interior de elevada densidad.

Ventilación y hermeticidad

La ventilación natural de un edificio es un principio de la arquitectura tradicional básico para conseguir una buena calidad de aire interior.

Para asegurar la ventilación cruzada, es necesario plantear aberturas en distintas fachadas del edificio, preferiblemente norte-sur para propiciar la corriente de aire por diferencia de temperatura, y en caso necesario como en plantas muy compactas en las que no es posible generar estas ventilaciones efectivas, podemos introducir elementos como patios, atrios o retranqueos que permitan optimizar la ventilación de todas las estancias tanto de día como de noche.

La otra cara de la moneda es la hermeticidad, un concepto que ya aparece en las normativas más recientes de construcción a nivel nacional siguiendo las directivas europeas.

Apostar por una estrategia de ‘edificio termo’ implica tener muy presente los estándares mínimos de renovaciones de aire por hora. Para conseguir una buena estanquidad al aire hace falta crear una envolvente ininterrumpida que sea estanca al aire. Esto se consigue con una buena planificación de detalles constructivos, estricto control en obra y pruebas de hermeticidad al finalizar la obra.

Aun así, es importante tener en cuenta que los materiales estancos deben ser herméticos, pero a la vez transpirables, es decir, evitar el paso de aire pero permitir el paso del vapor de agua de forma controlada para permitir la transpiración de vapor y evitar condensaciones en el interior de los muros.

Así, un edificio NZEB deberá ser estanco para evitar las filtraciones de aire que alteren la temperatura de confort interior, pero a su vez respirar para asegurar un ambiente interior saludable. Para ello, es necesario garantizar la renovación de aire constante que la normativa ya requiere que sea automatizada, de forma que no dependa del buen comportamiento del usuario en sus prácticas de ventilación diaria.

Para asegurar la renovación de aire tenemos varias estrategias más o menos tecnificadas. Podemos delegar la renovación a una máquina de recuperación de calor que extrae el aire viciado e introduce aire fresco aprovechando el calor del aire interior para precalentar el aire de renovación.

Otra opción es a través de estrategias más relacionadas con la arquitectura bioclimática, como pueden ser galerías o patios que precalientan el aire de forma natural mediante efecto invernadero y lo introducen en el interior mediante sencillos sistemas de renovación, como aireadores conectados a un sensor de CO₂ o microventilación en puertas y ventanas.

Medidas activas

Las medidas activas consiguen aportar al edificio NZEB la energía primaria anual necesaria mediante sistemas que permitan mantener las condiciones interiores de confort y salud, priorizando el uso de energía renovable y el autoconsumo, que puede satisfacer la producción tanto de energía térmica como de energía eléctrica para el consumo en calefacción, ACS, iluminación y equipos eléctricos.

Generación de energía renovable

Existen diferentes fuentes de energía renovable: energía solar fotovoltaica, energía solar térmica, energía eólica, energía geotérmica, energía aerotérmica, energía de la biomasa y aprovechamiento de energías residuales.