El parc residencial europeu actual no compleix les especificacions tèrmiques mínimes. En concret, es calcula que més del 40% dels edificis es van construir abans de 1960 i la majoria d'ells encara es mantindran en peu al 2050. Això implica que fins a 110 milions d'edificis necessiten una reforma. Malauradament, s'estima que la taxa de renovació a tota la UE és molt baixa, al voltant de l'1% anual. En aquest context, hi ha diversos grups de recerca que asseguren que l’envolvent de l’edifici és l’element constructiu que té un impacte més gran en la demanda energètica comparat amb altres, ja que és la superfície amb major contacte amb l’ambient exterior.
És el cas del grup GRIC de la Universitat Politècnica de Catalunya que, en una recerca encapçalada per la professora i investigadora Blanca Tejedor han dissenyat un mètode de termografia quantitativa interna (QIRT) per a la determinació del comportament tèrmic de façanes en règim estacionari, independentment de la tipologia de la paret, l’any de construcció i possibles patologies. És la recerca que ha guanyat la darrera edició dels Premis Creativitat d’Enginyers Industrials de Catalunya. En una entrevista a Fulls d’Enginyeria, Blanca Tejedor, explica que d’aquesta manera s’ofereix una eina de diagnosi “in-situ, no invasiva, ràpida i de baix cost”.
Per impulsar aquesta recerca, la línia que lidera Tejedor parteix de la transmitància tèrmica (el valor U), l’indicador essencial per avaluar la qualitat construïda. L’enginyera explica que és un valor que permet optimitzar el disseny dels edificis, assegurar el confort tèrmic i estimar les necessitats energètiques de l’edifici en la seva fase operativa, preservar el patrimoni històric i facilitar la presa de decisions en termes de manteniment o rehabilitació d’edificis existents formats per materials ensamblats no homogenis. Però alerta que aquest indicador pot veure’s alterat per anomalies, com poden ser els ponts tèrmics, les humitats o cavitats d’aire, que són invisibles, de vegades, cosa que, segons explica Tejedor, condueix a “l’adopció incorrecta d’estratègies de gestió de l’edifici”. De fet, s’estima que del 5% al 39% de les pèrdues de calor en aïllaments poden ser atribuïbles a ponts tèrmics i no tots els països europeu en els seus estàndards tenen en compte la seva influència. És a dir, l’envelliment i la morfologia de l’exemplar, les dades higrotèrmiques locals o les patologies de l’edificació es solen descuidar en els procediments de càlcul reglamentari. Per això, els sistemes convencionals de monitorització in situ són essencials per a un projecte constructiu.
El mètode
El mètode de QIRT interna es basa en un algoritme o model numèric que té en compte els processos de transferència de calor per convecció i radiació. A partir de la monitorització del comportament de la paret (mitjançant un vídeo seqüencial amb una càmera IR) i les mesures de les temperatures internes i externes de l’aire ambient llegides per sensors, es pot determinar la transmitància tèrmica de l’envolvent en qüestió. Durant els últims anys, els resultats de la recerca han demostrat que el rang òptim de gradient tèrmic entre dins i fora de l’edifici es troba entre 7 i 16ºC, per la qual cosa ja és possible mesurar en pisos desocupats sense sistemes elèctrics o de calefacció instal·lats i en funcionament. A més a més, la desviació respecte els valors teòrics és de només 0.20-2% per a les parets d'una sola fulla i del 3-4% per a les parets multi-capa, aplicant un temps de mesura d’entre 2-3h. Per tant, es pot observar clarament les millores que tenim respecte a l’HFM, que s’ha implementat els darrers anys per determinar aquesta transmitància tèrmica però amb certes limitacions.
Estalvi i eficiència energètica
En un context on l’estalvi i l’eficiència energètica també ha anat prenent cada vegada més importància, Blanca Tejedor exemplifica perquè pot ser rellevant el mètode QIRT: Imaginem que estem a l’hivern i tenim la calefacció engegada. Si el valor U de la nostra paret exterior és alt, voldrà dir que aquell element constructiu té facilitat per deixar passar la calor i estaré tenint pèrdues energètiques. Serà més difícil mantenir les condicions de confort tèrmic, necessitaré consumir més energia, etc.
Tejedor destaca que el mètode proporciona informació sobre l'envolvent de l'edifici per a futures rehabilitacions d’edificis existents que no tenen les memòries dels projectes disponibles. En el cas d'edificis d’obra nova, el mètode permet comprovar el comportament tèrmic de les façanes segons els paràmetres de disseny projectats en un inici. A més a més, representa una millora significativa de la normativa actual, especialment per a parets amb valors U baixos (és a dir, parets de fulles múltiples) on l'ús de valors tabulats condueix a una sobreestimació dels valors de les transmissions tèrmiques. I de fet, també és possible la caracterització de nous materials destinats a “passive house”.
Reducció de costos
Pel que fa als costos, Tejedor també explica que computar un mapa de color 2D de valors U píxel per píxel pot ser “tot un repte” en termes de complexitat i temps, especialment per detectar i quantificar la distribució de la transmitància tèrmica de façanes les quals puguin presentar patologies. En una prova quantitativa de termografia, una imatge tèrmica amb una resolució de 320 x 240 píxels implica l’anàlisi de 76.800 elements amb una temperatura de paret diferent per a cada instant "t". Arran de l’automatització del mètode QIRT, s’ofereix per primera vegada una eina de post-processat píxel per píxel que permet proporcionar informació sobre el comportament tèrmic de façanes opaques al llarg de l'eix vertical i horitzontal (distribució de la U en tota l’àrea inspeccionada), determinar la geometria de l'element constructiu i les seves anomalies, quantificar la transmitància tèrmica en qualsevol punt de parets homogènies i heterogènies a diferència del mètode estandarditzat (heat flux meter –HFM-), i reduir la complexitat i el temps de computació de les metodologies actuals pel que fa a la gestió de dades, executant simultàniament diversos punts d'anàlisi i amb una pèrdua de qualitat d’imatge inferior al 6%. Pel que fa a la robustesa de l'equip, aquesta eina té un valor afegit, i és que redueix el cost i els errors de mesura relacionats amb la xarxa de sensors. El nombre de sensors per a parets heterogènies és només de 3 amb el mapa 2D de valor U en comparació amb estudis previs on la secció de mesura requeria entre 21 i 35 sensors locals.
La recerca
Les fases de disseny, implementació i millora del mètode han comptat amb la col·laboració d’onze institucions d’àmbit nacional i internacional. És una tecnologia que compleix, a més a més, amb els Objectius de Desenvolupament Sostenible: ODS 3 (benestar), ODS 9 (indústria, innovació i infrastructura), ODS 11 (ciutats i comunitats sostenibles).
Va ser desenvolupat i validat en l’entorn real construït, especialment en edificis residencials de protecció oficial i l’any 2021 es va procedir a l’automatització del mètode per a la quantificació de l’impacte de patologies en la distribució de la transmitància tèrmica. Al 2022, en col·laboració amb altres recercaires d’Espanya i Itàlia, es va realitzar un estudi per oferir una revisió exhaustiva sobre l’aplicabilitat de tècniques no destructives (NDT –termografia, heat flux meter –HFM-, fotogrametria, laser scanning-) i tecnologies avançades de modelització (building information modelling –HBIM-, artificial neural networks –ANN-) per al diagnòstic d’edificis patrimonials. Es va poder comprovar que hi ha una “absència de pràctiques de conservació preventiva enfocada a una solució integrada i sistemàtica”. Per aquest motiu, actualment, es volen plantejar futures línies de conservació del patrimoni històric basades en el mètode QIRT explicat. Tejedor destaca que la preservació històrica és una acció essencial per transmetre valors culturals a futures generacions i que es calcula que els edificis del patrimoni cultural de la UE representen el 30% del total del parc existent. Tejedor creu que les actuacions en matèria de rehabilitació necessiten un coneixement profund a partir del diagnòstic de la qualitat construïda. Per tant, resumeix l’enginyera que calen “estratègies de remodelació que assegurin la reducció del consum energètic i l’impacte ambiental sense malmetre les estructures.”
