Comunicación presentada al VI Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autor
- Jose Veiga García, Director Gerente, EcoPaja Bioconstrucción Modular
Resumen
La construcción tradicional y sus materiales contaminantes no son una opción viable para el planeta. La construcción ‘tradicional’ es una de las industrias que más impacto genera en el medioambiente. A esto hay que sumar el altísimo consumo energético que precisan (se estima que demanda un 40% de la energía de un país, produce un 25% de las emisiones de CO2, genera un 50% de los residuos sólidos y contamina el aire en un 30%). Del mismo modo, un aislamiento inadecuado es responsable de gran parte del consumo energético demandado por los edificios (el 75% de las emisiones de CO2 que producen las ciudades se debe al mal aislamiento de los edificios y las necesidades que esto implica).
Se necesitan nuevas viviendas pasivas y una renovación a gran escala para reducir estas emisiones. Debemos construir con materiales que no supongan un lastre para el resultado final de la edificación. Su ciclo de vida, su huella ecológica o el CO2 que lleva impreso debe ser un factor determinante a la hora de seleccionarlos. El gran desafío es impulsar el desarrollo de materiales y sistemas constructivos totalmente renovables y que ahonden en la resiliencia necesaria para el mantenimiento de la vida y del sector.
Entre esos materiales, la madera como elemento constructivo ha sido la alternativa más utilizada. Ahora bien, hay otros como la paja cuyas características de aislamiento aportan valores sobresalientes y complementan a la madera. Sin embargo, esta fibra vegetal aún debe posicionarse y darse a conocer a gran escala.
Y no solo es una opción viable por su óptimo rendimiento aislador y acústico, sino por su disponibilidad y contribución a la economía circular que la UE exige impulsar a los estados. 1.000 edificios se construyen en paja cada año en Europa. El objetivo para este crecimiento es de 5,000 por año en 2020 y 50.000 por año en 2030 (previsiones de Up Straw).
Palabras clave
Vivienda Industrializada, Materiales Naturales, Construcción Carbono Negativo, Edificación Pasiva, Panel Prefabricado Certificado, Aislamiento Fibra Vegetal, Estructura de Madera
De la edificación de consumo energía casi nulo a la construcción carbono negativo
La Unión Europea está decidida a reducir el impacto medioambiental de la construcción y el mantenimiento de los edificios, ya que estima que el 40% de su energía consumida y el 36% de sus emisiones de gas efecto invernadero corresponden a este ámbito. Para reducir dichas emisiones (hasta un 20% desde 1990) y fomentar la utilización de energías renovables, entre otras medidas, la Directiva Europea 2010/31/UE introduce la definición de edificio de consumo de energía casi nulo o NZEB (Nearly Zero Energy Building), y pide su implementación a las instalaciones públicas el 31 de diciembre de 2018, mientras que se alarga hasta la misma fecha de 2020 para los edificios privados. La característica principal de los edificios de bajo consumo es que su energía demandada debe ser igual a su energía generada. Es decir, que logre producir la misma energía o más de la que va a consumir a lo largo de todo un año. Además, es necesario que la energía producida lo sea in situ o en el entorno más cercano, y mediante energías renovables.
Tal y como explica en su web la empresa argentina Henia (www.henia.ar) , la construcción ‘carbono neutral’ o ‘cero emisiones’ es la que usa materiales que no demandaron emisión de dióxido de carbono (CO2) durante el proceso de su fabricación, por lo que no dejan un impacto negativo en el medio ambiente. La Construcción ‘Carbono Negativo’ utiliza materiales que no sólo no demandaron emisión de CO2 durante su fabricación, sino que lo absorbieron durante su ciclo de vida.
La paja de cereal, al ser un material residual de las cosechas, si no es reutilizado se quema por toneladas de dos maneras: literalmente con fuego o metabólicamente, incorporándola al suelo; ambos métodos emiten CO2 durante su proceso. La Construcción Carbono Negativo consiste en el uso de este material renovable y de deshecho, contribuyendo a evitar importantes emisiones de CO2 a la atmósfera, uno de los principales causantes del calentamiento global. De esta forma, en el medioambiente la huella es mínima: no hay emisión de CO2, por el contrario, hay absorción ya que el dióxido de carbono queda retenido en la paja. Además, la cantidad de energía que se necesita para producir un metro cúbico de fardo es 70 veces menor que la utilizada para producir la misma cantidad de lana mineral, el aislante por excelencia en la construcción tradicional.
Madera como elemento estructural y fibra vegetal como aislamiento
La madera, el material constructivo del siglo XXI
Son muchas las razones esgrimidas para recurrir a madera procedente de bosques sostenibles: es un material renovable, puede reutilizarse, reciclarse y con su uso contrarrestamos el efecto invernadero. Además, los bosques donde la producimos mejoran el clima, la biodiversidad e incluso la temperatura. Como elemento constructivo tiene buenas propiedades acústicas y aislantes, y “puede ayudar a reducir el estrés”. Al menos, así lo afirman en Moelven, la empresa responsable de la instalación de la estructura de madera de Mjøstårnet. Esta compañía, con más de 120 años de vida, acaba de marcar su segundo récord mundial, puesto que el primero fue The Tree, que en diciembre de 2015 se convirtió en el mayor rascacielos del mundo, con 14 niveles y 51 metros. En España hay algún proyecto en estudio que trata de escalar hasta las nueve plantas, de momento el más elevado tiene siete alturas, es del estudio de arquitectura Ábaton y está en Madrid. Aunque si hay un proyecto ambicioso es la promoción con 65 viviendas protegidas y cinco alturas en Hondarribia-Fuenterrabía, la más grande construida en madera en España y el suroeste europeo, que se finalizó el pasado año. En solo tres meses se ejecutaron los cerramientos, estructura y cubierta.
Al margen de la altura, lo cierto es que el cambio climático y los acuerdos internacionales sobre el clima están potenciando el uso de materiales respetuosos con el medio ambiente. Y la madera tendrá un papel muy importante en los próximos años, cuando todos los edificios de obra nueva tengan que ser de consumo energético casi nulo (a partir de enero de 2021), y cuando se empiecen a fiscalizar las emisiones.
El principal valor añadido es que hacemos edificios pasivos o de consumo energético casi nulo, y que la madera nos aporta una reducción importante de las emisiones de CO2, aparte de la facilidad de manipulación y mecanización para poder industrializar en un grado muy alto, el menor peso, la construcción en seco, la ecología, la salud…
Una vez construido el edificio, la madera contribuye al ahorro de energía por sus cualidades como aislante térmico. Se considera que una pared de madera aísla 15 veces más que un muro de hormigón. Al final, se puede ahorrar hasta un 90% de energía respecto a un edificio convencional. Ahora bien, muy al contrario de lo que puede parecer, el coste de construcción con madera es más caro que con hormigón, pero los ahorros energéticos consiguen amortizar la inversión en un plazo de ocho a diez años. Además, de la inversión que supone en la salud de los habitantes de este tipo de viviendas, puesto que la madera no aporta elementos tóxicos a la construcción.
Los países nórdicos lideran este mercado, con el 98% de las viviendas realizadas con estructura de madera. En Alemania son cerca del 40% y en EE UU y Canadá rondan el 80%. España está a la cola, con una cuota del 2%. Datos que dibujan un mercado con todo el trabajo por hacer, pero también lleno de oportunidades.
La fibra vegetal, aislante natural de origen biológico
En este caso hablamos de la paja como material de construcción. Se denomina paja a los tallos largos y huecos que constituyen un residuo de la agricultura de cereales como trigo, cebada, avena o arroz. Se trata de un material de construcción altamente sostenible y muy abundante.
Con la aparición de los edificios de consumo casi nulo, los estándares de eficiencia energética como PassivHouse y demás exigencias de eficiencia energética (derivadas en muchos casos de medidas europeas), las principales marcas comerciales de aislamiento térmico ven un prometedor nicho de mercado al alza, ya que precisamente se trata de uno de los materiales más costosos en construcción. La paja puede es uno de los materiales que actualmente se están potenciando.
Podemos utilizar la paja para construir muros, suelos y cubiertas, todo depende del sistema constructivo aplicado. Su durabilidad puede verificarse en proyectos ejecutados por todo el mundo, por ejemplo, en Estados Unidos una de las edificaciones más antiguas construida mediante paja tiene cerca de 100 años. Entre sus bondades más destacadas se encuentran la rapidez de ejecución, la facilidad y sencillez de manipulación, un excelente comportamiento térmico y acústico, siendo un material transpirable, regulador de la humedad ambiente y, además, funciona muy bien con revestimientos de arcilla y cal.
Sus características técnicas comprobadas abalan el cumplimiento del CTE, alcanzando incluso estándares exigidos por el Passivhaus Institut. De hecho, el aislamiento de una bala de paja de unos 38 cm de espesor (medida estándar) es equivalente a:
- 18cm de poliuretano
- 25cm de lana de vidrio o roca
- 30cm de poliestireno expandido
- 75cm de madera ligera
- 100 cm de termo arcilla
- 140cm de madera pesada
- 660cm (6,6m) de bloques de hormigón
- 1080cm (10,8m) de hormigón
Referencias, ejemplos y estudios internacionales
Existen multitud de referencias a nivel internacional de construcciones utilizando este tipo de materiales. En los últimos años, la construcción con madera + fibra vegetal, ha tenido un desarrollo importante en países de Europa como Francia, Alemania, Austria y el Reino Unido. Y se han llevado a cabo importantes investigaciones para probar la viabilidad del material como elemento constructivo. Ejemplos recientes
- Francia, en el año 2011 la AQC, Agence Qualité Construction, aprobó las Reglas Profesionales de Construcción con Paja.
- Reino unido se llevó a cabo un extenso estudio del material mediante el proyecto de investigación europeo, EuroCell, financiado por EACI/EASME (Executive Agency for Small and Medium Size Enterprises) de la Comisión Europea. Liderado por el profesor Pete Walker de la Universidad de Bath, después de 4 años de ensayos ensayando los paneles ModCell. El trabajo de investigación confirmó que ModCell cumple con los estándares requeridos en la construcción convencional.
- ESBA european Straw building Association promueve, investiga y forma a profesionales para la expansión y construcción de este tipo de materiales
- Up Straw. El principal objetivo del proyecto es aumentar el uso de la paja en el sector de la construcción, para edificios nuevos y para la modernización de edificios antiguos. También permitirá la construcción de 5 edificios emblemáticos en paja (públicos y privados, renovación y construcción), abiertos al público en general y / o profesionales. El presupuesto total es de 6,3 millones. La Unión Europea financia el proyecto al 60%
A nivel estatal se construye principalmente edificación residencial, proyectos privados, de viviendas unifamiliares de hasta 3 alturas, pabellones relacionados con la explotación agrícola o ganadera… aunque se han ejecutado proyectos para administración de momento son los menos.
Propuesta de paneles industrializados EcoPaja con triple función; estructura, aislamiento y cerramiento
EcoPaja Bioconstruccion Modular nace en 2013 para aportar su enfoque técnico encaminada a la estandarización de la construcción con paja. Después de diferentes pruebas se desarrolla y lanza al mercado el primer prototipo de Módulos EcoPaja que se muestra con la ejecución de la primera vivienda del estado con este tipo de construcción modular, una vivienda y pabellón agrícola de 200 m en Zamudio Vizkaia.
Los “módulos EcoPaja” constituyen un sistema constructivo de gran formato para la construcción a base de madera maciza como elemento estructural y paja de trigo compactada como elemento aislante; con propiedades especialmente térmicas, acústicas y bioclimáticas.
Inicialmente se desarrolló para su utilización como cerramiento de fachada y muro de carga, Al estar compuesto exclusivamente por materiales naturales, es demandado por arquitectos y promotores con responsabilidad medioambiental, con el fin de diseñar/crear espacios habitables, confortables y más saludables, de gran calidad y durabilidad.
A nivel ecológico, la huella es mínima. Se considera dentro del grupo de Construcción de Carbono Negativo, ya que los materiales no demandan emisiones de CO2 durante su fabricación y por el contrario absorben dióxido de carbono durante su ciclo de vida, quedando retenido en la paja y la madera.
En su fabricación se utiliza exclusivamente paja de trigo con una humedad <15 % y se le somete a una compactación de 4 Tn consiguiendo densidades homogéneas de entre 150 y 185 kg/m³.
La paja está libre de nutrientes en tu tallo; esto, unido a la compactación y una humedad controlada, forman un ambiente no propicio para la formación de hongos y bacterias, y tampoco resulta atractivo para roedores y demás insectos y parásitos.
Para su producción hemos desarrollado una línea de fabricación semi-industrializada que asegura un ensamblaje estructural óptimo, con una mínima variación dimensional y una compactación controlada, consiguiendo, de esta manera, un producto estandarizado y homogéneo.
Gracias a su triple función de estructura, cerramiento y super-aislamiento, está orientado a la ejecución de construcciones altamente eficientes energéticamente. Ofrece muy buenas propiedades aislantes (conductividades desde λ = 0.048 a 0.068 W/m.K, consiguiendo valores propios para la Edificación de Consumo Casi Nulo (nZEB) y el exigente estándar aleman Passivhaus.
Además, la paja, al igual que otros materiales de origen vegetal como la madera, también cuenta con propiedades relacionadas con la inercia térmica, que crean un efecto de amortiguamiento de las temperaturas interiores. Esta característica es especialmente interesante en condiciones de verano, con temperaturas exteriores altas, sobre todo en superficies donde la radiación solar incide directamente.
“Desde nuestro inicio hemos asumido el proceso de certificación y acreditación de producto como un reto, realizando ensayos y pruebas en diferentes laboratorios de materiales de construcción, carga de fuego, acústica, térmica… con el objetivo de estandarizar el producto y ser capaces de ofertar un sistema constructivo, con unas garantías de calidad acreditadas por organismos oficiales independientes”.
Los paneles cuentan con características técnicas acreditadas por laboratorios avalados por la Entidad Nacional de Acreditación ENAC, Tecnalia, Ensatec, Laboratorio de Control de Calidad en la Edificación del Gobierno Vasco; consiguiendo certificación de resistencia al fuego (clasificación REI 120, duración de la prueba 150 min), resistencia a la carga horizontal (43 tn), resistencia a carga vertical (32 tn), aislamiento acústico al ruido aéreo (49 (0;-1 dB)), así como las propiedades aislantes mencionadas (λ = desde 0.048 hasta 0,068 W/m.K).
Desde nuestros inicios hemos perfeccionado el diseño y sistema productivo acumulando una amplia experiencia que nos permite actualmente ofrecer diferentes formatos de panelado para diferentes climatologías, usos, volúmenes constructivos y tipologías edificatorias. Se realiza el estudio específico de la difusión de vapor para cada ubicación y acabado seleccionado
En el caso del entramado EcoPaja de 24cm de espesor, se pueden prefabricar piezas en taller según proyecto, con posibilidad de fabricar tramos de fachada de hasta 2,45m de altura y 5,00m de largo.
Para el panel cubierta EcoPaja de 24 cm de espesor disponemos de longitudes de hasta 12 m x 2,34 m ancho aproximadamente.
Este sistema, es muy abierto a la difusión de vapor de agua, por lo que regula de forma óptima el paso de humedad a través del cerramiento y evita que se produzcan condensaciones. Por este motivo, es importante que los morteros, posibles revestimientos y pinturas sean libres de cemento y de componentes químicos para no alterar estas propiedades y sean compatibles; siendo los revestimientos de cal y arcillas muy apropiados, ya que se crean ambientes interiores muy sanos y agradables ayudando a mantener el aire limpio y regulando la humedad ambiental, gracias al empleo de materiales abiertos a la difusión de vapor, higroscópicos y libres de COVs (Compuestos Orgánicos Volátiles).
Caso práctico – vivienda unifamiliar en Dima Vizcaya
La vivienda unifamiliar aislada se diseña en base a los gustos y necesidades descritos por promotores; zonas comunes amplias y luminosas, abiertas al exterior, vistas a la montaña, aprovechamiento general de parcela, simplicidad en las formas, incorporación de elementos de la arquitectura tradicional del País Vasco. Y se proyecta condicionada a 3 conceptos:
- Arquitectura biopasiva, orientación de la parcela, estudio del soleamiento, regulación natural de la humedad y temperaturas de los ambientes
- Máxima eficiencia energética, eliminación de puentes térmicos, trabajando la hermeticidad en carpinterías poniendo especial atención en los encuentros constructivos.
- Materiales naturales, no tóxicos, de cercanía y sostenibles, con la mínima hueca ambiental en cuanto a su extracción y transformación, materiales de construcción carbono negativo
Pasos a destacar
- Geobiología: Antes de determinar la ubicación concreta de cada estancia, con la familia presente, solicitamos la ayuda y amplia experiencia de Kepa experto Geobiólogo y Radiestesista que acude con su amalgama de varillas, estacas, péndulos y elementos de medición, se estudia el terreno y prestamos especial atención a las zonas de descanso, camas, sofás y asignamos cada estancia para cada miembro de la familia.
- El proyecto arquitectónico: Se proyecta un edificio con uso principalmente en planta baja, con una estancia principal diáfana y espaciosa que invita a compartir la vida familiar en torno cocina-living room; con ayuda de grandes aberturas se consigue entrada de luz natural k a su vez permiten la comunicación fluida con el exterior. Las zonas privadas de descanso se mantienen retiradas al interior.
- Movimiento de tierras y cimentación: Lo primero que se ejecuta son las escolleras de retención de tierras. Se elige el sistema de colocación en seco con bolos de piedra caliza de tamaño de ½ a 1 m3, es un trabajo meticuloso que requiere mano de obra experta para seleccionar y posicionar cada bolo según el encaje con el anterior. La cimentación se realiza por medio de pozos de cimentación ciclópeo de los que arrancan pilares puntuales de altura variable que se elevan hasta la cota que ofrecía menor volumen de desmonte y relleno de tierra. Se rellena y compacta con tierras propias que elevan una plataforma. En este punto se coloca la primera barrera contra la posible humedad por ascensión capilar y eliminación de puente térmico que supone la losa en contacto con el terreno, XPS con fluencia para cargas de 50 años de duración, después se ejecuta una losa bidireccional aligerada con apoyo en vigas riostras perimetrales y transversales.
- Sistema modular industrializado: Los Paneles prefabricados EcoPaja/ Mientras en parcela se va ejecutando la cimentación, en taller se fabrican los paneles prefabricados según despiece y numeración deprendido de modelo 3D. El proceso de fabricación se realiza en las instalaciones de EcoPaja ubicadas en el polígono industrial de Jundiz, Vitoria-Gasteiz. Se desarrolló una línea de producción semi-industrializada que garantiza unos estándares de calidad y homogeneización de producto. De forma controlada se van armando las estructuras de madera en tres dimensiones, con una precisión dimensional optima de +-1mm/u., y se introduce la fibra vegetal insertándola a una presión media de 4 a 6 TN consiguiendo densidades de entre 140 y 185 Kg/m3, dependiendo de formatos: modulo estándar vertical u horizontal, módulo poste de unión en esquina, módulo dintel, hastial, etc.
- Montaje en obra: Una vez fabricados, marcados según plano 3D y fletados todos los paneles ya estamos preparados para acudir de nuevo a obra. El trabajo duro ya está hecho en fabrica, en obra solo queda disfrutar, de lo rápido que crece la vivienda y ver cómo van encajando todas las piezas como si de un lego se tratase. El montaje de los paneles, forjados y cubierta se desarrolla en el transcurso de 7 días, en Agosto 2017.
- La Cubierta: Para la estructura de cubierta se han seleccionado vigas laminadas de madera por la longitud de las luces entre vanos y por su estabilidad dimensional ante dilataciones y contracciones. Le aportan un aspecto cálido, natural y rustico propio de la tipología edificatoria de la zona. Se han trabajado en taller los encuentros constructivos con uniones en cola de milano que facilitan y agilizan enormemente el montaje en obra. El paquete de cubierta se conforma por tarima pino machihembrada, lamina de freno de vapor, aislamiento rígido fibra de madera de 14 cm, lamina impermeable transpirable, rastrel y contrarastrel de 3×4 cm en autoclave, teja mixta anclada mecánicamente a rastreles.
- Tabiquería interior y trasdosados: Tabiquería interior se realizó en seco mediante entramado ligero con montantes de madera aserrada de pino, tablero soporte de fibra de madera alta densidad. Se revisten con una mano de mortero de arcilla base más otra de mortero de arcilla fino. Esta composición permite dar continuidad y coherencia con la estructura de fachada y una industrialización y rapidez de montaje en obra. Para el revestimiento de los paneles EcoPaja se seleccionó un trasdosado interior en seco mediante tablero de fibro-yeso natural; logrando una simplicidad en las formas obteniendo el carácter de líneas rectas y minimalista deseado por
- Acabados, terminaciones: El revestimiento exterior se realiza mediante mortero de cal proyectado en dos capas. El revestimiento de los baños se realizó con plaqueta de gres convencional y a media altura se aplicó un estuco de cal con aspecto marmoleo semipulido, que aporta impermeabilidad, transpirabilidad y un acabado suave al tacto. Las pinturas interiores y exteriores van en base a cal y silicatos permitiendo transpirabilidad del conjunto.
- Carpinterías: De madera maciza, con contra-ventanas al interior, procedente de bosques autóctonos y gestionados sosteniblemente con la certificación PEFC.
- Iluminación: Para la iluminación de espacios se ha optado por utilizar luminarias led ocultas con foseados en falso techo creando una cómoda luz indirecta y focos empotrados direccionales en falso techo, ayudando a la reducción del consumo eléctrico.
- Bomba aerotérmica para ACS, calefacción y climatización: Se selecciona una bomba de calor para abastecer el agua caliente sanitaria (ACS) y el del suelo radiante. Resulta la opción más ventajosa en cuanto a comodidad y consumo. Es un sistema altamente eficiente, la más alta clasificación energética posible A++, ya que es capaz de transformar cada vatio que consume de energía eléctrica en 4 vatios de energía calorífica.
- Aire limpio: A la regulación natural de la humedad ambiental que ya ofrece el mortero de arcilla, le acompaña la mejora de la calidad del aire y la alta eficiencia energética que ofrece el recuperador de calor de doble flujo. Permite una renovación constante del aire viciado de las estancias cediendo parte de la energía contenida en el aire de extracción al de impulsión. Se consigue un ahorro de energía térmica tanto en invierno como en verano.
Agradecimientos
Especialmente a todos los que han participado en algún momento en el arduo proceso de ensayos y pruebas de certificación de producto y que con su ayuda y colaboración han hecho posible nuestros pequeños logros.