Interconexión de Metodologías BIM y Passivhaus

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El estándar Passivhaus fue desarrollado en 1991 en el Norte de Europa por unos físicos alemanes que creían que se podía construir y mejorar la arquitectura ahorrando energéticamente y a un menor coste. El estándar Passivhaus fue desarrollado teniendo en cuenta las condiciones climatológicas que existía en Centro Europa, (clima templado predominante, clima frío sin sol, y con el objetivo de obtener el mayor índice de radiación solar).

Las viviendas con dicha certificación no tienen ningún coste energético, con excepción del motor del sistema de ventilación y la bomba de la aerotermia. Es más, el sistema de ventilación tiene una unidad de recuperación que puede llegar a recuperar hasta el 95% de la energía térmica de la vivienda a coste cero.

En el año 2008, el estándar Passivhaus llega a España dirigido especialmente a la vivienda unifamiliar. La distribución del sector residencial en España consta prácticamente en su totalidad de viviendas residenciales colectivas, aproximadamente un 70% y sólo un 6% pertenece a vivienda unifamiliar aislada, motivo que hizo que existieran otras razones que justificaran los beneficios de incorporar el estándar Passivhaus, en nuestro país. Además, la diversidad climatológica que existe en España es muy diferente a la de Centro Europa, puesto que contamos con hasta 10 zonas diferenciadas, motivo que ha provocado que durante muchos años haya aumentado el gasto energético en instalaciones de climatización, refrigeración, y mantenimiento produciendo situaciones de disconfort térmico.

El hecho de que en España el porcentaje de viviendas unifamiliares sea muy reducido ha impedido una mayor difusión y crecimiento que promueva el estudio y el desarrollo de edificios Passivhaus. Sin embargo, a día de hoy, disponemos de un entorno que favorece el desarrollo y la evolución al ser los segundos fabricantes nacionales especializados, después de Alemania, y contar, además, con el mayor número de sistemas y componentes certificados en carpinterías, que tienen como consecuencia, una mayor hermeticidad.

Una de las preguntas que podríamos hacernos es, por qué es tan importante el Passivhaus si ya contamos con una normativa CTE que nos regula la eficiencia y ahorro energético.

La normativa CTE se actualiza cada 5 años, mientras que la metodología estándar Passivhaus está consolidada, y permanece inalterable desde hace casi 30 años habiéndose contrastado en más de 120.000 m2 de superficie, y con una gran experiencia a nivel mundial.

La última actualización del DB HE fue publicado en el Real Decreto 732/2019, de 20 de diciembre (BOE 27-diciembre-2019) y establece una serie de cambios que aproximan a paso muy lento este DB al estándar Passivhaus.

El estándar Passivhaus tiene como objetivo acercarse, casi por completo, al consumo nulo. Tanto es así que garantiza un ahorro de hasta el 90 % frente a los edificios convencionales.

Las nuevas obligaciones que incluye el documento básico DB HE de Ahorro de Energía, para adaptarse a los requerimientos de los inminentes edificios de consumo casi nulo, se complementan a la perfección con muchas de las exigencias de Passivhaus.

La modificación propuesta para el DB HE del Código Técnico de la Edificación pretende adaptarse a la Directiva 2010/31/UE. Y en ella se establece una nueva obligatoriedad en cuanto a eficiencia energética y también a la revisión periódica de los edificios

El estándar Passivhaus recomienda cinco principios fundamentales que nos permiten edificar optimizando el gasto energético.

 

Los Cinco Principios de Passivhaus

 

  • Aislamiento continuo en la envolvente del edificio.
  • Ventanas y puertas de elevado aislamiento y altas prestaciones.
  • Ausencia de puentes térmicos.
  • Elevada hermeticidad al paso del aire
  • Ventilación con recuperación de calor

 

 

Aunque los últimos cambios del CTE se enfocan en incrementar las exigencias en materia de eficiencia energética en las viviendas, siguen existiendo grandes diferencias que hacen que el estándar Passivhaus sea la clara referencia de optimización de energía y consumo, y permanezca de manera incomparable, como el modelo de mayor eficiencia en nueva construcción, como para obras de reforma y rehabilitación.

El CTE todavía no exige la ventilación mecánica en las viviendas, principio básico del estándar que supone disponer de un sistema de ventilación mecánica con recuperación de calor, que controle y optimice el intercambio de aire del interior de la vivienda con el exterior, aunque ha comenzado a limitar la hermeticidad de la vivienda, todavía queda lejos de las exigencias del estándar alemán.

Y en cuanto a la aparición de puentes térmicos, presenta varias deficiencias en cuanto al cálculo y planificación de cada uno de ellos, y no se ha estipulado a día de hoy un valor de referencia de confort, que evite sobrecalentamiento en épocas estivales.

Por todo lo expuesto anteriormente, la certificación Passivhaus sigue siendo más relevante y exigente que el CTE, y es el marco de referencia de la eficiencia energética.

 

El estándar Passivhaus en España

 

En España, el estándar Passivhaus se ha puesto durante mucho tiempo en entredicho, ya que se pensaba que, en climas más suaves, no era necesario poner en práctica algunos de los principios del estándar Passivhaus más importantes como el aislamiento térmico, la ausencia de puentes térmicos y/o la estanqueidad, sin embargo estudios realizados han demostrado que con respecto al aislamiento térmico, los edificios Passivhaus reducen un 33% las pérdidas energéticas por transmisión a través de la envolvente del edificio, y  respecto a la hermeticidad, se produce una reducción de hasta un 72% en perdidas energéticas por infiltración de aire no deseada. 

Sin embargo, hace ya algunos años que se han construido edificios de viviendas Passivhaus en residenciales colectivos de vivienda libre, así como de vivienda protegida, estimando el Passivhaus Institute, un ratio del 14% aproximadamente.

Durante este pasado mes de Julio se inauguraron en Valencia 42 viviendas protegidas y 7.602 m2 construidos, un paso más en la edificación sostenible de nuestro país, y demostrando que se puede construir vivienda de protección pública cumpliendo con el estándar Passivhaus, viviendo mejor y reduciendo el consumo energético.

España ocupa el segundo puesto después de Alemania, en fabricantes nacionales especializados en el estándar Passivhaus y contamos, además, con el mayor número de sistemas y componentes certificados en carpinterías, por lo que disponemos de un entorno favorecedor que nos permite seguir desarrollando y trabajando exponencialmente con el estándar Passivhaus.

La normativa europea persigue edificios de consumo casi nulo para finales de este año 2020, siendo ya obligatorio desde diciembre de 2018 para edificios públicos. Dichos requisitos se marcan en los objetivos 20.20.20: 20% de ahorro, 20% de mejora en la eficiencia y empleo del 20% de energías renovables.

La penetración del estándar en nuestro país está cada vez más asentada, no solo por el aumento del número de edificios certificados, sino también por el aumento de las tipologías que incluye.

El Passivhaus institute alemán hace unos meses representaba la gráfica de la evolución del estándar Passivhaus tanto a nivel global y en la que podemos ver el crecimiento exponencial de España, cuyo ritmo de crecimiento anual se encuentra en un 57 %, en el año 2019. España cuenta con 136 edificios certificados, y una superficie de 120.000 m2. España es el país con mayor número de profesionales Passivhaus.

 

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En definitiva, el estándar Passivhaus ayuda no solo a resolver la adaptación de la arquitectura a la diferente climatología de España, de manera eficaz, sino que también es efectiva para acometer edificios residenciales o de grandes volúmenes, contrariamente a las equívocas creencias iniciales, que decían sólo ser eficientes, en viviendas unifamiliares.

 

BIM y Passivhaus

Todo este proceso resultaría mucho más complejo y laborioso, si no nos ayudásemos de las ventajas que nos proporciona la metodología BIM, evaluando y comprobando el impacto ambiental de un edificio desde su construcción hasta el fin de su vida útil, así como realizar un cómputo rápido y preciso de todos los volúmenes de materiales, que facilita el proceso y la elección de los materiales más adecuados para la obtención del certificado Passivhaus.

 

 

 

 

Las principales ventajas de la interconexión de trabajo de BIM con el estándar Passivhaus son el mayor control y la previsión de multitud de aspectos relacionados con la eficiencia y la sostenibilidad del edificio, y el aporte de numerosas ventajas calculando el tiempo de ejecución y el ciclo de vida de la construcción; permitiendo construir rápidamente edificios más eficientes energéticamente, económicamente asequibles, más sostenibles y más duraderos. Todos estos aspectos se trabajan simultáneamente a la hora de proyectar un edificio Passivhaus.

 

Ventajas de BIM + Passivhaus:

  • Facilidades a la hora de realizar mediciones para el PHPP:
  • Cómputo automatizado de puentes térmicos.
  • Posibilidad de realizar un estudio detallado del proyecto
  • Definición de los distintos materiales de la obra
  • Estudio detallado de pasos de instalaciones para adelantar la solución más sencilla de ejecutar, con posibilidad de realizar piezas prefabricadas que favorezcan la hermeticidad, proporcionando una mayor precisión y sencillez entre encuentros.
  • Posibilidad de despiece de aislamientos para los distintos encuentros.
  • Desarrollo de detalles de hermeticidad de los distintos encuentros.

 

Pero la funcionalidad de BIM, en este caso, no se limita al cómputo de materiales y el desglose de información. Para cumplir estándares relacionados con la Calidad del Ambiente Interior (CAI), la metodología BIM nos permite llevar a cabo una planificación adecuada de los sistemas de impulsión y extracción de aire reduciendo los focos de contaminación y mejorando el confort interno. BIM también permite, gracias a la cantidad de información que dispone de cada producto y al modelado detallado, comprobar la eficiencia energética del edificio e incluso la cantidad de iluminación natural que entra en cada estancia teniendo en cuenta, en ambos casos, las condiciones climáticas de la zona, la orientación del edificio y las obstrucciones existentes en el entorno.

Debido a la importancia de la implementación del proyecto en su lugar y su adaptación al medio ambiente, es valiosa la información que se obtiene de la evaluación energética del edificio. De esta forma, se generan desde las fases iniciales, comparativas de diferentes soluciones sostenibles, permitiéndonos seleccionar las más apropiadas desde el inicio, o la fase  conceptual. Para ello, utilizamos un modelo BIM que estudia la orientación óptima de las habitaciones, la cantidad de radiación solar y el menor impacto ambiental (6D), en caso necesario, también se puede exportar el modelo a herramientas específicas que complementen la información obtenida del modelo nativo.

Es desde hace unos años que se trabaja en la interconexión entre estas dos metodologías, el estándar Passivhaus y BIM, aumentando potencialmente las ventajas que producen cada una de ellas a nivel individual.

Es en proyectos de reforma donde se acredita su verdadero potencial, pudiendo obtener modelos adaptados a la certificación energética. En ellos resulta especialmente complicada la elección de materiales, que cumplan con las exigencias Passivhaus, ofreciendo las mejores condiciones de estanqueidad de los materiales seleccionados.

Existen proyectos donde podemos comprobar las ventajas que ha supuesto la aplicación de medidas de mejora energética utilizando BIM. Por ejemplo, en un proyecto de rehabilitación de un edificio, era necesario reflejar los vidrios que componían cada una de las ventanas del edificio respetando la codificación necesaria exigible por PHPP, programa utilizado para la certificación Passivhaus. La codificación de cada vidrio depende de su posición, de la ventana en la que se encuentra, del muro en el que se coloca, y esto puede resultar tedioso, sin embargo, gracias a la programación por módulos, utilizando Dynamo (gran potencia de BIM) se pudo automatizar este proceso ahorrando mucho tiempo y facilitando el trabajo al estudio energético que se desarrollaría más adelante.

Además, utilizando el motor de tablas de cuantificación, el motor del software BIM, preparado para diferentes parámetros, nos permite extraer dimensiones de todos y cada uno de los vidrios, y todo tipo de información adicional necesaria que facilite el trabajo para su certificación.

El hecho de no disponer hoy en día, de mucha información y/o detalles (planos actualizados, informes, estudios de calidad) que permitan la realización de obras de reforma o rehabilitación con un mayor nivel de calidad, provocan el reto de avanzar digitalmente, y es a través de esta interconexión, que podemos tener en cuenta unas condiciones energéticas que minimicen su consumo, una mayor optimización de recursos a través de una buena organización y un estudio óptimo de rendimientos.

A día de hoy la directiva europea nos exige mejorar enérgicamente todo el parque edificado ya existente, que se encuentra a un nivel energético muy pobre.

 

¿Qué es BIM4REN?

 

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Uno de los proyectos más importantes a día de hoy, es el gran proyecto europeo BIM4REN proyecto financiado por H2020 que involucra a 23 socios repartidos en 10 países para una serie de desarrollos de 4 años sobre la explotación del potencial BIM para la renovación energética de edificios existentes que requieren métodos y herramientas innovadores y adaptados a los profesionales de la construcción, especialmente las PYME, con ayuda de procesos eficientes y de colaboración en toda la cadena de valor de la construcción.

Existe una gran brecha digital entre las oportunidades teóricas y la realidad de nuestro sector, motivo por el cual este proyecto pretende definir flujos de trabajo de renovación digital que se adapten a las necesidades del sector de la construcción y elaborar un entorno BIM abierto y descentralizado como una base sólida e innovadora para los principales desarrollos.

El proyecto consiste en desarrollar metodologías, procesos y tecnologías duras para la recopilación de datos, la gestión y el propio diseño.

Finalmente, una plataforma de acceso único integrará todas las tecnologías como un único punto de entrada para todos los usuarios finales. El impacto se garantizará mediante actividades de estandarización, capacitación de Pymes y fabricantes y demostraciones sobre pilotos utilizados como laboratorios vivos.

 

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BIM es la pieza clave, aborda el desafío más importante de la lucha contra el cambio climático: la renovación del edificio existente, al compartir y permitir la colaboración de todos los agentes participantes de la construcción, ofreciendo las herramientas digitales adecuadas basadas en BIM para mejorar su eficiencia. Ofrece una plataforma de servicio independiente y colaborativa para comunicarse de manera eficiente y optimiza tareas de gestión y controles de calidad, durante la fase de preparación, la fase de ejecución y la posterior puesta en marcha y operación.

 Estas pruebas en tiempo real en las operaciones de renovación en curso permiten actuar como un ecosistema de innovación abierta centrado en el usuario con co-creación, exploración, experimentación y evaluación de las herramientas implementadas.

Estos proyectos piloto son fundamentales para la estrategia BIM4REN Open Inovation 2.0 (OI2) que facilitan el equilibrio entre la sociedad y el rendimiento del proyecto, y que permite obtener resultados a través de ciertos problemas y desafíos con los que nos encontremos, de los cuales obtendremos lecciones aprendidas.

 

Ventajas de BIM4REN:

  • Demostrar la calidad de las herramientas desarrolladas. Mediante la prueba de campo del marco, los flujos de trabajo, la plataforma y los kits de herramientas e implementando un proceso de renovación completo bajo diferentes esquemas y procedimientos de adquisición.
  • Proporcionar sitios de demostración abiertos para el sector de reacondicionamiento como método para la validación y ampliación de las actividades de investigación colaborativa al mercado.
  • Para crear, administrar y nutrir las actividades del Living Lab Una parte completa del proceso de innovación, especialmente por la integración de la participación de los habitantes en los sitios piloto.
  • Para complementar la plataforma One Stop Access plataforma de participación de las partes interesadas y punto de acceso técnico único para BIM4REN.

 

Entonces en medio de todo este proceso, surge el proyecto de rehabilitación como proyecto piloto en el que había  que realizar una rehabilitación al uso de un edificio en el barrio de Gros y en la que se tuvo una concesión de una subvención de la diputación de Guipúzcoa por el que se disponía de tiempo para profundizar en todas estas ventajas.

 

Proyecto Piloto en San Sebastián

 

El proyecto piloto consta del primer edificio protegido de San Sebastián, ubicado en Zurriola Hiribidea 22 cuyo proyecto es de rehabilitación energética con Aislamiento Térmico respetando la estética original del edificio.

Se trata de un edificio incluido en el Plan Especial de Protección del Patrimonio Urbanístico Catalogado del Plan General de Ordenación Urbana de Donostia-San Sebastián, concretamente dentro del Grado D.

La fachada mostraba patologías debidas a desprendimientos generados por la oxidación de las armaduras de los elementos de hormigón, así como un deterioro de los morteros y pintura de acabado. Además, se detectaron problemas de humedad en el interior de las viviendas.

Como solución óptima para mejorar la envolvente térmica y resolver los problemas de humedad, se propuso la rehabilitación energética integral con Sistema de Aislamiento Térmico Exterior SATE.

 

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    Imágenes extraídas de la página web de Kursaal ( antes y después del proyecto piloto)

 

En este proyecto se iban a estudiar fundamentalmente los flujos de trabajo. La complejidad de este tipo de proyectos es mayor, ya que en rehabilitación el punto de inicio, ó Kick Off del proyecto, puede originarse debido a cualquier circunstancia que haga necesaria la ejecución del proyecto, como por ejemplo la caída de un cascote, a diferencia de un proyecto de nueva construcción, marcado por inicio establecido con anterioridad.

Una de las premisas para trabajar en BIM es disponer de un buen flujo de trabajo, y es en este tipo de proyectos de rehabilitación que adquiere más importancia dada su complejidad, ya sea por el número de agentes participantes, o por las pequeñas partes en que se pueden dividir muchas de las tareas y sus responsables.

En este proyecto se realizó un primer flujo de trabajo, y dada su complejidad, se realizó un segundo tipo de flujo de trabajo en los que ya no solo bastaba con realizar un nivel de grandes etapas, si no también incluir un segundo nivel más detallado que explicase los pasos a seguir, con que herramientas se realizaba, como se efectuaba la comunicación entre las partes, etc…

El primer paso para poder realizar este gran proyecto europeo energético es ser conscientes de todos y cada uno de los pasos a seguir y digitalizar todo el proceso, para ser capaces de trabajar con la metodología BIM y que éste represente el objetivo final, y a través de ello conseguir el certificado Passivhaus.

La idea era trabajar en proyectos de rehabilitación de edificios donde pudieran converger ambas metodologías, trabajar con la metodología BIM pero intentando integrar el estándar Passivhaus, ya que es una herramienta que nos asegura una calificación energética realmente elevada, y permite del mismo modo, realizar una revisión completa de todo el proyecto.

 

 Los objetivos que se buscaban eran:

  • Menor margen de error en obra
  • Control de costes y tiempo
  • Agilidad en la elaboración de la documentación del proyecto
  • Mejorar la coordinación entre agentes del proyecto

 

Se decidió finalmente realizar este proyecto piloto en Passivhaus, para reducir consumos.

El Passivhaus se puede entender como un proceso de commissioning, proceso que asegura que todos los sistemas y componentes de un edificio o planta industrial están diseñados, instalados, probados, operados mantenidos de acuerdo con los requisitos operativos del propietario o cliente final.

Las ventajas que supuso trabajar con BIM en este proyecto de rehabilitación,  es el de jugar con los espesores de la envolvente de los edificios y en este proyecto al disponer de un clima oceánico templado, no necesitaba espesores de aislamiento superiores a unos 12-16 cm, sin embargo la verdadera  complejidad consistía en no quitar superficie útil a los balcones, por lo que había que contemplar la forma de compensarlo con otras zonas que no perjudicaran a los usuarios del edificio, y así se resolvió. Se podía trabajar fácilmente realizando cortes en el modelo y observar los puentes térmicos y el desarrollo del edificio en su totalidad, para poder tomar las decisiones más acertadas.

Otro de los criterios clave del certificado Passivhaus, es la existencia de puentes térmicos, y su pérdida de energía. El hecho de poder trabajar con BIM en este edificio repleto de molduras en fachada, permitía detectar fácilmente los puentes térmicos y valorar que molduras dependiendo de si se encontraban en antepechos o en petos, donde detrás no existía edificio, debían rehabilitarse y cuáles no. Al disponer de la información completa de fachadas, se permitió optimizar los costes de la fachada y facilitar su línea de fabricación.

Como conclusión, se puede establecer una metodología interesante para el diseño eficiente. Es complejo trabajar en proyectos de rehabilitación que queremos certificar como Passivhaus, pero no cabe duda que, aunando ambas metodologías, BIM y Passivhaus, y disponiendo de un buen repositorio y flujo de información, podemos optimizar nuestra forma de trabajar y obtener resultados mucho más satisfactorios que nos permitan obtener nuestros edificios de consumo casi nulo.

La metodología BIM tiene grandes beneficios para el diseño eficiente, energético y sostenible si tenemos modelos de los que podemos extraer la envolvente del edificio, todas sus características y asociar las propiedades físicas a esos materiales y definir los sistemas de climatización, ventilación, etc

Incluso podríamos llegar a una fase superior en la que podríamos optimizar energéticamente la fase de operación y mantenimiento del edificio, si pudiéramos tener incorporados sensores de humedad, de Temperatura interior, etc

Passivhaus tiene su propia herramienta de cálculo, PHPP y la forma de integrar ambas metodologías, son pasarelas que conectan Software BIM con PHPP.  Actualmente en el mercado existen estas dos:

  • BIM2PH creada por el PH Institute, herramienta que sigue en desarrollo y que lo que hace es exportar tu modelo a IFC y desde IFC exportar esos datos a PHPP
  • PassivLink , herramienta más rápida en la fase de diseño y que exporta desde Revit a PHPP.

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