Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Roberto Higuero Artigas, Arquitecto Técnico, Socio, in.Genium Arquitectura S.L.P.
- Emilio de la Red Belvis, Ingeniero Industrial, Gerente, EcoHaus S.L.
Resumen
Construcción de edificios EECN con estructura de muros de carga de hormigón mediante paneles de encofrado perdido aislante de viruta de madera reciclada aglomerada con cemento. Diseño, ejecución y contraste entre el estudio teórico y los datos adquiridos en la monitorización del edificio.
Introducción
Partiendo del estudio del proyecto Europeo PASSIV-ON (2005-2007) para la aplicación de estándares pasivo a climas del sur de Europa como marco de estrategias de diseño pasivo así como de un estudio de las experiencias realizadas de EECN en España, se planteó el siguiente árbol de objetivos.
La expansión de los edificios pasivos y los cambios normativos hacia el horizonte 20-20-20, marcan el futuro de los EECN. Las pocas experiencias realizadas en España y más concretamente en la C.A de Aragón, se han establecido en su mayoría, en sistemas constructivos prefabricados bajo el modelo del estándar pasivo del norte de Europa. Pese a que estas experiencias están obteniendo resultados satisfactorios, se presentan otras cuestiones como objetivo del presente proyecto:
- La compatibilidad del diseño EECN manteniendo estrategias tradicionales de diseño (inercia térmica y flexibilidad en la estanqueidad).
- Integrar materiales y técnicas constructivas de proximidad como estrategia de ACV-LCA, manteniendo la competitividad del sistema, especialmente en coste y tiempo de ejecución.
- Mejorar el control de ejecución especialmente de la envolvente.
- Maximizar el confort interior (térmico acústicos).
- Maximizar la durabilidad y potencial de rehabilitación futura.
- Contribuir a una economía local con sistemas fácilmente integrables en la estructura productiva.
- Sistema compatible con la ejecución de edificio EECN con alto grado de libertad en el diseño.
El proyecto planteado se enmarca dentro de una experiencia real de construcción de una vivienda unifamiliar en la que se busca completar los objetivos planteados y validarlos mediante mediciones in-situ a través de un sistema de monitorización horaria de las constantes principales del edificio, así como encuestas periódicas a los usuarios.
El proyecto
Proyecto de construcción de vivienda unifamiliar situada en Alcañiz (Teruel) de consumo de energía casi nulo mediante sistema de paneles de encofrado perdido aislante de VIRUTA DE MADERA RECICLADA AGLOMERADA CON CEMENTO. Superficie construida: 199,31 m2. Superficie útil a climatizar: 162,30 m2.
Clima del emplazamiento
Tipo D3 (CTE2013). Clima Köppen BSk – Estepario seco. Las precipitaciones están entre un 50% y un 100% de la temperatura media anual multiplicada por veinticuatro. Bajo estas condiciones la vegetación es escasa. Este clima es conocido en algunas regiones como mediterráneo seco pues es, en muchas ocasiones, un clima de transición entre el Csa (mediterráneo) y el BW (desértico).
Estrategias de diseño pasivo del edificio
Orientación sur. Captación solar directa. Alta inercia térmica. Protecciones solares de huecos sur y oeste. Alto nivel de aislamiento de la envolvente (Uglobal<0,25 w/m2k). Tratamiento de puentes térmicos. Carpintería de mixta con vidrios triples de baja emisividad. Sistema de ventilación mecánica controlada con recuperador de calor. Nivel de estanqueidad al aire de 1 ren/h. Ventilación cruzada nocturna. Refrescamiento evaporativo mediante la incorporación de una lámina de aguan en la dirección de los vientos predominantes nocturnos.
Características técnicas
Descripción constructiva de los cerramientos opacos: Fachadas en todas las orientaciones: Mortero de cal hidrófugo de 2 cm, tablero aglomerado de virutas de madera y cemento (CMC) 3,5 cm, aislamiento EPS de 20 cm, CMC 3,5 cm, Yeso 1,5 cm. Espesor total: 41,5 cm. U: 0,162 W/(m2K). Cubierta: CMC 3,5 cm, forjado unidireccional de EPS 20+5 EPS, aislamiento XPS 15 cm, hormigón con arlita formación de pendientes 7 cm, lámina de impermeabilización tipo EPDM, fieltro geotextil de fibra de PP, capa de grava lavada blanca de 10 cm. Espesor total: 45 cm. U: 0,190 W/(m2K). Terraza: CMC 3,5 cm, forjado unidireccional de EPS 20+5 EPS, aislamiento XPS 15 cm, hormigón con arlita formación de pendientes 7 cm, lámina de impermeabilización tipo EPDM, fieltro geotextil de fibra de PP, tarima de madera exterior. Espesor total: 41,5 cm. U: 0,19 W/(m2K). Soleras con el terreno: Encachado de piedra de 10 cm, solera de hormigón armado de 15 cm, aislamiento XPS 4 cm, recrecido de mortero de cemento 4 cm, solado de tarima de madera. Espesor total: 29 cm. U: 0,62 W/(m2K). Forjado en contacto con exterior: Aislamiento XPS de 15 cm, CMC de 3,5 cm, forjado unidireccional de EPS 20+5 EPS, recrecido de mortero de cemento 4 cm, solado de tarima de madera. Espesor total: 39 cm. U: 0,260 W/(m2K). Los huecos o ventanas exteriores: formadas por carpintería exterior mixta madera y aluminio de la marca UNI-ONE serie COMPLANARE. Vidrio triple bajo emisivo y con vidrio laminado según la posición. Factor solar g: 0,58.
Nivel global de aislamiento de la envolvente: Transmitancia térmica media de los huecos: 1,28 W/(m2K). Transmitancia global de la envolvente: 0,282 W/(m2K). Factor de pérdidas total 185,2 W/K- La ventilación aporta 22,9 W/K (un 12% del total). Los puentes térmicos suponen un 3% de las pérdidas de la envolvente.
Sistema de ventilación mecánica controlada (VMC): Sistema de Ventilación Controlada (VMC) de doble flujo con recuperador de calor de la marca SIBER modelo EXCELENT 400+ homologado para vivienda pasivo. Caudal máximo 300 m3/h. Potencia máxima absorbida 98 W. Filtros tipo G3.
Sistema de climatización: Sistema de climatización para cubrir demanda pico de calor y frío y producción de ACS. Equipo generador mediante bomba de calor aerotérmica marca DE DIETRICH modelo ALEZIO AWHP 8MR-3. Depósito acumulación de ACS de 200l. Depósito de inercia frío/calor de 100l. Regulación mediante termostato por planta y electroválvula automática.
Materiales y método
La principal novedad en este proyecto radica en el sistema constructivo de la envolvente opaca. El sistema se conforma de forma muy sencilla mediante tres tipos de paneles de CMC.
- Panel de CMC de 2,5 y 3,5 cm de espesor como encofrado perdido en el interior de los muros de la envolvente.
- Panel de CMC de 3,5 cm con aislamiento. El nivel de aislamiento es variable en función de las necesidades del emplazamiento.
- Panel de CMC de 5 cm. Para la formación de jambas en huecos de puertas y ventanas.
El sistema se complementa con broches o separadores de acero protegidos ante la corrosión para facilitar el montaje en seco.
Los tableros cuentas con las fichas técnicas correspondientes para la caracterización de medidas, densidad, resistencia térmica, factor de difusión de vapor, rigidez mecánica, así como informe de inocuidad para la salud e higiene de los trabajadores. Igualmente posee una clasificación de protección frente al fuego como revestimiento B-s1, d0. En su composición con los paneles aislantes y el relleno de hormigón sus características térmicas son las siguientes:
Sistema de montaje
El sistema comienza con la colocación del panel exterior aplomado y nivelado sobre la solera. A continuación se colocará el panel interior mediante la ayuda de los broches o distanciadores metálicos. Procederemos a realizar la primera hilada de forma completa respetando los huecos. Después se procederá a incluir el acero necesario según cálculo, incluidos refuerzos estructurales necesarios. La ejecución se realizará mediante la superposición de dos hiladas completas.
Posteriormente se procede a la realización de las jambas de huecos para puertas y ventanas mediante paneles de 5 cm de CMC. En este punto es importante trata el puente térmico de las jambas de las ventanas mediante la adición de aislamiento térmico en función de las necesidades del emplazamiento. Igualmente se tendrá en cuenta este efecto en el cálculo de los dinteles de huecos. Posteriormente se procederá al hormigonado del espacio según el espesor de cálculo (para vivienda unifamiliar 11 cm), conforme a las especificaciones de la normativa vigente (EHE 2008). En el caso de construcción e edificio EECN, se recomienda la integración de los premarcos en los paneles de las jambas para minimizar la superficie de PT ligado a jambas y dinteles.
Posteriormente una vez alcanzada la cota de forjado se procede al montaje del mismo conforme al método elegido. El sistema es compatible con la ejecución de forjados unidireccionales y reticulares en todos sus formatos y materiales, así como con forjados de madera, prefabricados o semi-prefabricados. Igualmente, el sistema perímete generar vuelos a modo de balcones, terrazas o aleros de protección solar integrados en la estructura integrando el tratamiento del puente térmico correspondiente.
Resultados
Relativos al sistema constructivo
Tiempo de ejecución. El tiempo de ejecución de la estructura se reduce un 70% conforme a un sistema convencional. En el ejemplo real la estructura está terminada en 9 semanas estando lista para la instalación de la carpintería exterior y los revestimientos.
Mano de obra y economía local. La mano de obra ha sido en un 82,3% mano de obra local o de menos de 100 km desde el emplazamiento del edificio. Lo que ha repercutido en una economía local del 90,87%.
Coste. El coste de la estructura es de 270 €/m2 para un coste total de construcción de 1.031 €/m2.
Factores medioambientales. En el sistema se ha utilizado un 12,74% menos de hormigón que en un sistema convencional, así como un 60,45% menos de acero. Esto supone una reducción de un 37,2% de emisiones de CO2 en la ejecución de la estructura.
Control de calidad. Se ha realizado un sistema de control de calidad de la envolvente adicional al control normal que ha supuesto visitas semanales al emplazamiento para la verificación del estándar de calidad para edificios EECN en los que se ha comprobado:
Protección frente el fuego y aislamiento acústico. El CMC tiene una clasificación frente al fuego B-s1, d0 lo que unido al velo de hormigón aporta una resistencia al fuego superior a 180 minutos. El índice de la insonoconductividad por el aire del muro circunferencial del sistema constructivo descrito es de Rw = 51 dB.
Factores energéticos. Adaptación a la construcción de edificio EECN. Envolvente, estanqueidad y demandas de energía en calefacción y refrigeración. Demanda de energía primaria.
Modelos informáticos. Simulación energética.
Modelos informáticos realizados: Se ha trabajado en dos modelos informáticos. Mediante la aplicación PHPP del Passivehaus Institut alemán y mediante un modelo en la plataforma DesignBuilder con el motor de cálculo EnergyPlus, Incluyendo la modelización detallada de las instalaciones activas incluidas en el edificio. Se han generado simulaciones anuales horarias del comportamiento pasivo y activo del edificio estableciendo datos acerca del balance energético del edificio, consumo de energía. Análisis detallado de los puentes térmicos mediante THERM®.
Resultados – PHPP2007 – Resultados – DESIGNBUILDER
Puentes térmicos en el edificio
El edificio se encuentra exento de puentes térmicos a excepción de un encuentro de un voladizo con un muro exterior que se caracteriza con un factor Ψ: 0,55 W/(mK) y el alero de protección solar sur que se caracteriza con Ψ: 0,50 W/(mK).
Validación del funcionamiento de la vivienda
Fase de validación de los modelos informáticos análisis de datos experimentales reales con los modelos informáticos de diseño. Se ha procedido a la instalación de un sistema de monitorización mediante sondas y un data-logger en el edificio para estudiar las siguientes variables con outputs de datos cada 10 segundos:
- Variables climáticas – desviaciones respecto al modelo informático (temperatura, humedad relativa, velocidad de viento y dirección del viento).
- Perfiles de temperatura interior en las diferentes zonas.
- Rendimiento del sistema de recuperación de calor en la ventilación, mediante 4 sondas de temperatura en cada una de las tomas y salidas de aire del sistema.
- Rendimiento de las instalaciones térmicas activas (bomba de calor). Se monitoriza el consumo energético de la bomba de calor, discretizando la producción de ACS para establecer de forma horaria el rendimiento de la máquina.
El espectro de análisis de datos reales a comenzado a finales del mes de marzo de 2016. A continuación se muestran las gráficas de las variables medidas por el logger para 3 días del mes de Abril:
Discusiones y conclusiones
Objetivos alcanzados
- Se ha mejorado el tiempo de ejecución de la estructura lo que repercute en una reducción de un 50% del tiempo respecto a un sistema convencional.
- Se ha alcanzado una tasa de más del 90% en mano de obra de economía local.
- Se ha desarrollado un método para el control de calidad del sistema.
- Se ha desarrollado un sistema de monitorización de variables térmicas.
- Se ha reducido un 40% las emisiones de CO2 en fase de estructuras manteniendo la compatibilidad del Sistema con métodos de bioconstrucción.
- Mejoran considerablemente la calidad acústica.
- Aumento de las prestaciones de la estructura en su Resistencia contra el fuego.
Objetivos no alcanzados
- No se ha conseguido mejorar los ratios de coste de construcción en comparación a los sistemas de EECN ya constrastados. Trabajo futuro estudio de reducción de costes.
Reconocimientos
A Eduardo García y María Velázquez por permitirnos hacer realidad este proyecto, con su tenacidad y entrega. A la empresa KINTECH ENGEREERING S.L. y en particular a su gerente Íñigo Vázquez y Daniel, que nos ha dado acceso a los materiales y software necesarios para la monitorización del edificio. Al equipo de in.Genium Arquitectura, en especial a Jesús Álvarez, diseñador de la vivienda y persona fundamental en el seguimiento de obra y la toma de datos.
Referencias
- Directiva 2010/31/UE del 19 de Mayo de 2010 relativa la eficiencia energética de los edificios.
- CTE DB.HE Ahorro de energía.
- Estudio BPIE. Principles for nearly Zero-Energy Buildings (2011)
- Documentos formativos estándar Pasive-Haus. Conferencias y manual del software PHPP 2007.
- Manual DesigBUilder versión 4.0.