Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autoras
- Elena Santiago Monedero, Secretaria General, Consorcio Termoarcilla
- Ana Ribas Sangüesa, Asesor Técnico, Consorcio Termoarcilla
Resumen
La búsqueda de soluciones constructivas pasivas para el diseño de EECN, promueve el uso de materiales con una gran masa térmica que colaboran en la estabilidad de la temperatura interior del edificio dentro de los márgenes de confort. El bloque Termoarcilla es un material sostenible con una elevada inercia térmica. Los fabricantes han desarrollado la gama de bloques ECO, con una geometría interior que optimiza sus prestaciones térmicas, y también la gama de bloques rectificados, que se colocan con junta delgada, un montaje prácticamente en seco, más industrializado, que mejora el aislamiento térmico del muro. El software del Buscador de Termoarcilla permite conocer las prestaciones térmicas de las soluciones con bloques particulares de Termoarcilla. Actualmente se está llevando a cabo el proyecto de la primera Casa Taller Laboratorio Passivhaus Premium de la Península Ibérica con cerramientos de bloque Termoarcilla.
Palabras clave
Eficiencia Energética, Inercia Térmica, Bloque Cerámico Termoarcilla, Machihembrado, Rectificado, Passivhaus
Introducción
El uso del bloque Termoarcilla es habitual en obras bioclimáticas y para el cumplimiento de los estándares de Passivhaus, siendo un material polivalente, empleado para la construcción de muros de carga y de cerramiento en todo tipo de edificios (viviendas unifamiliares y plurifamiliares, equipamientos, edificios comerciales y de oficinas, etc.). Además, hay que destacar que se trata de un producto enmarcado desde hace tiempo dentro de los materiales de construcción sostenible, siendo esta construcción una práctica rentable desde todos los puntos de vista: económico, energético y medioambiental.
El aumento de las exigencias térmicas del Código Técnico de la Edificación (CTE) para adaptarse al cumplimiento del objetivo de conseguir edificios de consumo energético casi cero en el año 2020, ha supuesto una invitación a los materiales de construcción para su evolución hacia mejores productos y sistemas de altas prestaciones técnicas que satisfagan los nuevos requerimientos. En este escenario, el Consorcio Termoarcilla, partiendo del bloque cerámico aligerado Termoarcilla tradicional, ha desarrollado nuevas geometrías interiores y montajes que mejoran las prestaciones térmicas del bloque tradicional, manteniendo el resto de sus cualidades. Este desarrollo permite reducir la necesidad de aislamiento térmico adicional a incorporar en las soluciones mediante sistemas SATE o con trasdosados interiores, e incluso, el uso de soluciones de Termoarcilla sin aislamiento, con el consiguiente ahorro económico.
Factores influyentes en las prestaciones térmicas de los muros con bloques cerámicos
El comportamiento térmico de un muro de bloque cerámico depende tanto de la pieza considerada, de su geometría interior y de la conductividad térmica de sus arcillas, como del montaje empleado para la ejecución del muro, del tipo de junta y del material de agarre.
La mezcla de arcillas empleada para la fabricación de los bloques es distinta en función de la cantera de la que el fabricante extraiga sus arcillas. Cada arcilla presenta una conductividad térmica propia. Uno de los procedimientos más efectivos para reducir la conductividad térmica natural de la arcilla cocida, es la introducción de materiales aligerantes durante el proceso de fabricación con el fin de aumentar la microporosidad de la pieza, reduciendo con ello su densidad aparente. En los bloques Termoarcilla, se utilizan cada vez más como aditivos residuos de otros sistemas (pasta de papel, hueso de aceituna, etc.) que a su vez, contribuyen al ahorro energético en el proceso de producción. El aligeramiento la arcilla para la mejora de las prestaciones térmicas se debe realizar manteniendo un equilibrio con otras prestaciones técnicas del bloque como es su resistencia mecánica.
El aislamiento térmico del bloque se basa en gran medida en la capacidad aislante del aire ocluido en el interior de sus celdillas. La geometría interior del bloque, definida por la disposición de las celdillas y el espesor de los tabiquillos, es uno de los factores de mayor relevancia en el comportamiento térmico del mismo. El diseño de estos parámetros para la mejora de las prestaciones térmicas de los bloques debe tener en cuenta las limitaciones técnicas debidas a las exigencias de las etapas de extrusión, cocción y secado del proceso de fabricación.
Ambos parámetros se han optimizado en el bloque Termoarcilla, dando lugar a una gama de bloques denominada Termoarcilla ECO, con unas prestaciones térmicas por encima de los estándares de calidad habituales [1]. En estos bloques el espesor de los tabiquillos se ha reducido lo máximo posible para disminuir la transmisión de calor a través de los mismos. Asimismo, la dimensión y forma de las celdillas se ha diseñado a partir de un profundo análisis de los fenómenos de transmisión del calor que tienen lugar en el interior del bloque, con el objetivo de minimizar el flujo de calor que se produce a través de las celdillas por conducción, convección y radiación. Dicho análisis ha dado lugar a tres tipos de bloques diferentes en cuanto a la disposición de celdillas interiores:
- Termoarcilla ECO 1: Esta geometría está basada en celdas rectangulares alineadas. La disposición y tamaño de las celdillas rectangulares ha sido dimensionada y optimizada para conseguir la máxima capacidad aislante posible. Además, aunque la disposición de celdas alineadas crea columnas verticales que implican el paso directo del flujo de calor, esta geometría se ha dimensionado para aumentar la longitud de las celdillas y así disminuir el número de columnas verticales sobre los que se transmite el flujo de calor.
- Termoarcilla ECO2: Esta geometría está basada en celdas rectangulares dispuestas al tresbolillo que evitan las columnas verticales, por lo que esta geometría difumina los pasos directos de flujo de calor.
- Termoarcilla ECO 3: Esta geometría está basada en celdas romboidales dispuestas al tresbolillo. La forma romboidal de la celdilla está optimizada de manera que se minimiza la conductividad del aire interior. Además, la disposición de celdas al tresbolillo evita las columnas verticales, por lo que esta geometría difumina los pasos directos de flujo de calor. De esta forma, esta geometría consigue una optimización global de la conductividad térmica del aire y del esqueleto de arcilla.
En cuanto a su diseño exterior, los bloques Termoarcilla presentan en su testa un machihembrado vertical que permite su colocación mediante encaje con junta vertical seca, requiriendo únicamente del uso de material de agarre para la junta horizontal. En función del tipo de junta horizontal y del material de agarre, se pueden distinguir los siguientes montajes:
- Montaje 1: Junta horizontal de mortero continua.
- Montaje 2: Junta horizontal de mortero interrumpida por un hueco de 30 mm de espesor.
- Montaje 3: Junta horizontal de mortero interrumpida por un hueco de 30 mm de espesor relleno con material aislante.
- Montaje 4: Junta horizontal delgada. (Sólo para uso con bloques rectificados).
Considerando la misma pieza y el mismo tipo de mortero, cada uno de los montajes propuestos tienen un aislamiento térmico superior al anterior.
La conductividad y el espesor del material de agarre empleado para el montaje del muro, influye considerablemente en la transmitancia térmica del muro. El empleo de morteros aislantes mejora la trasmitancia térmica del muro con respecto a la misma solución empleando mortero convencional.
En el caso de ejecución de muro con junta de mortero de agarre interrumpida por banda de material aislante de 30 mm de espesor, esta banda puede ser de espuma de poliuretano flexible o de algodón reciclado.
El montaje con junta delgada consiste en la aplicación de una capa de mortero cola de 1 mm de espesor. La eliminación del mortero tradicional del montaje reduce significativamente la transmitancia térmica del muro. Este tipo de ejecución sólo puede emplearse con bloques rectificados, piezas que han sido sometidas a un tratamiento durante el proceso de fabricación para obtener una planeidad perfecta en su tabla. Este montaje no sólo presenta ventajas desde el punto de vista térmico, sino que también supone un montaje prácticamente en seco, más industrializado, con un mayor rendimiento en obra y un ahorro en materiales. Esta tecnología se emplea desde hace tiempo en otros países de Europa como Alemania, Francia o Reino Unido.
Buscador de soluciones térmicas de bloque Termoarcilla
El abanico de soluciones con bloque Termoarcilla es muy amplio, pudiendo emplearse en muros de una sola hoja, o en soluciones multicapa en las que la fábrica de Termoarcilla sea sólo una parte, como por ejemplo, muros de doble hoja o muros con revestimiento exterior aislante (SATE). Por otro lado, tal y como se ha visto anteriormente, la prestación térmica de la fábrica de Termoarcilla depende varios factores (tipo de pieza, montaje, material de agarre, etc.).
Con el fin de proporcionar una herramienta de ayuda al proyectista a la hora de encontrar la solución de Termoarcilla más adecuada para su proyecto, se ha desarrollado la aplicación “Buscador de Soluciones Térmicas de Termoarcilla”, disponible en www.termoarcilla.com. Esta aplicación permite determinar las soluciones de fábrica de Termoarcilla con bloques particulares de los fabricantes que cumplen el requerimiento de transmitancia térmica definido por el usuario, adecuándose a los criterios de búsqueda establecidos por el mismo, en cuanto a tipo de bloque, espesor, revestimientos, aislamiento térmico adicional, etc.
Para cada una de las tipologías de muro se genera un informe que incluye todos los datos técnicos de la solución y los datos del fabricante del producto.
Los valores de transmitancia térmica U (W/m2·K) utilizados en el Buscador de Soluciones Termoarcilla han sido facilitados por los fabricantes del Consorcio Termoarcilla y provienen de los datos recogidos en la ficha de la marca N y del marcado CE, procedentes de valores de referencia conservadores oficiales o calculados conforme a la norma UNE 136021:2016 Método de cálculo por elementos finitos para determinar la transmitancia térmica de muros de fábrica de piezas de arcilla cocida.
Inercia térmica y eficiencia energética
Frecuentemente, los cerramientos se caracterizan térmicamente mediante transmitancia térmica del muro considerando un régimen de estático. Sin embargo, los cerramientos están sometidos a condiciones climáticas dinámicas debido a las oscilaciones de la temperatura exterior y a la radiación solar. En un cerramiento expuesto a las condiciones ambientales se establece una transferencia de energía en régimen dinámico entre el exterior y el interior del edificio. La amplitud de la onda térmica que atraviesa el muro se va amortiguando, produciéndose además un desfase de las temperaturas máximas. A mayor inercia del cerramiento, mayor es el amortiguamiento y el desfase de la onda térmica.
En verano, en edificios con muros con una elevada inercia térmica, el amortiguamiento y el desfase de la onda térmica evita que en las horas centrales del día la temperatura en el interior del edificio se dispare, manteniendo el confort interior sin necesidad de emplear sistemas de acondicionamiento adicionales. En invierno, en edificios con calefacción intermitente, estos muros acumulan calor durante las horas centrales del día y lo distribuyen a lo largo del mismo, reduciendo las necesidades de calefacción y evitando el enfriamiento nocturno.
Los materiales densos, de mayor espesor, baja conductividad y alto calor específico como el bloque Termoarcilla presentan una elevada inercia térmica [2]. Para cuantificar el fenómeno de la inercia térmica se emplea el concepto de la impedancia térmica y del desfase. Así, de acuerdo con los ensayos realizados por CIDEMCO para el DAU de Termoarcilla, los muros de Termoarcilla de 24 cm con junta interrumpida presentan una impedancia térmica de 3,5 m2 °C/W y un desfase de 8,1 h, y los muros de Termoarcilla 29 cm con junta interrumpida presentan una impedancia térmica de 5,2 m2 °C/W y un desfase de 10,3 h.
Por otro lado, según los estudios realizados en el Centro Politécnico Superior de Zaragoza [2], se puede afirmar que en condiciones climáticas similares, el amortiguamiento de la onda térmica de un muro de Termoarcilla de elevada masa térmica comparado con el de una solución de muro de doble hoja de menor masa térmica puede ser un 27% superior, y el desfase de la onda térmica de 1,7 h más.
La inercia térmica es fundamental a la hora de plantearse la mejora de las condiciones de habitabilidad interiores. El aprovechamiento de la inercia térmica se ha venido haciendo desde la antigüedad y es un recurso habitual en las edificaciones bioclimáticas. La forma más sencilla de emplear la energía natural emitida por el sol es mediante el uso de sistemas pasivos, es decir, aquellos sistemas que utilizan los elementos propios del edificio para su funcionamiento: los huecos para la captación de la energía solar, y los muros y particiones interiores para su acumulación y distribución a lo largo del día. Estos sistemas pasivos son muy económicos y suponen un importante ahorro energético, requiriendo únicamente de un adecuado diseño de los espacios y materiales del edificio.
Por otro lado, es posible utilizar soluciones técnicas para activar la inercia térmica de los cerramientos, haciendo que en verano se favorezca la evacuación de calor del muro mediante sistemas de ventilación, o que en invierno se favorezca su calentamiento mediante galerías acristaladas.
Casa taller laboratorio Passivhaus
Actualmente el Consorcio Termoarcilla está colaborando con Passivhaus Consultores en el proyecto de la primera Casa Taller Laboratorio Pasivhauss Premium de la Península Ibérica. La Casa Taller Laboratorio Passivhaus tendrá una superficie de 160 m2 y se construirá en un terreno de 1000 m2 en Robledo del Buey (Toledo). El interior estará dividido en tres zonas:
- Zona Passivhaus: sala principal (80 %) con capacidad para 25 personas.
- Zona Passivhaus: espacio privado habitable para alojamiento de 4 personas.
- Espacio Código Técnico de la Edificación (CTE), formalmente integrado pero arquitectónicamente separado, construido según las exigencias del CTE.
La Casa Taller Laboratorio Pasivhauss será un centro para la formación continua y comunicación a profesionales en un entorno real y monitorizable. Al disponer de dos zonas claramente diferencias, zona Passivhaus y espacio CTE, el usuario percibirá la diferencia entre un edificio convencional, según el CTE y otro Passivhaus. Su diseño permitirá comprobar in situ el rendimiento de los materiales, elementos constructivos y sistemas mecánicos que forman la construcción Passivhaus.La Casa Taller Laboratorio Passivhaus presenta una fachada y medianería de muro de carga de bloque Termoarcilla de 24 cm. En la zona Passivhaus el cerramiento está compuesto por un muro de bloque Termoarcilla con un sistema de aislamiento térmico por el exterior (SATE) de 25 cm de espesor. En el espacio CTE el cerramiento está compuesto por un muro de bloque Termoarcilla con un revestimiento exterior de enfoscado de mortero y un enlucido de yeso al interior.
En los muros de la zona Passivhauss está previsto el empleo de bloques Termoarcilla rectificados y sin rectificar con el fin de analizar el comportamiento térmico de ambos montajes.
La Casa Taller Laboratorio Passivhaus se encuentra actualmente en fase de ejecución. Los resultados de las monitorizaciones se presentarán en próximas ediciones del Congreso.
Conclusiones
La gama de bloques Termoarcilla ECO es la conclusión de un periodo de investigación largo y denso, cuyo objetivo era conseguir un producto con una geometría interior optimizada para la mejora de sus prestaciones térmicas. Los nuevos diseños de bloques unidos a nuevas formas de montaje más industrializadas, permiten obtener soluciones adaptadas a las exigencias que demanda la arquitectura moderna, con unos estándares de eficiencia energética y sostenibilidad cada vez más elevados. El diseño de obras como la Casa Taller Laboratorio Passivhaus empleando muros de bloque Termoarcilla, pone de manifiesto el que se trata de un material idóneo para la construcción de EECN.