Piel de Hormigón para Edificios de Energía Casi Nula

Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:

Autores

• Celia Zorzano, Arquitecto
• Pedro Pablo Zorzano, Arquitecto Técnico
• David Zorzano, Arquitecto

Resumen

Se analiza la envolvente con placa ligera de hormigón en una vivienda en construcción actualmente y sus soluciones constructivas. Proyectada esta con criterios de EECN, bajo el estándar Passivhaus, conjugando el diseño de una piel de hormigón como envolvente y su contribución a la proyección de EECN, con sencillez, coste reducido y ahorro de superficie útil, incidiendo de forma determinante en los puentes térmicos y contribuyendo a su erradicación. Produciendo confort, ambiente saludable y reducción de hipoteca energética. Mediante envolvente continua, aislamiento térmico, ausencia de puentes térmicos, hermeticidad, carpintería de alto nivel aislante, métodos pasivos y sistema de ventilación con recuperador de calor de alta eficiencia. Se diseña una piel exterior continua de placas ligeras de hormigón de espesor 5cm, evitando los puentes térmicos totalmente. Así la envolvente térmica y la línea de estanqueidad, no presentan interrupción, minimizando los costes en energía.

Introducción

Analizando el parque inmobiliario español y los costes energéticos para los usuarios de los edificios, cabe hacer dos preguntas, ¿cómo consumir menos energía? y ¿cómo construir para conseguirlo?

Si se estudia la dependencia energética de nuestro país y atendiendo hacia donde van las nuevas leyes en materia edificatoria se obtiene la respuesta de la primera pregunta, que para consumir menos energía deben construirse edificios de Consumo de Energía Casi Nulo (EECN). España igual que toda Europa es una zona de amplia dependencia energética del exterior, según la oficina estadística Eurostat la dependencia energética de la Unión Europea del exterior es el 53,8% y en España alcanza hasta el 76,4%. El 40% del consumo de energía final de la Unión Europea pertenece solamente a los edificios y en España asciende al 17% para el sector residencial.

Con estos datos se refuerza la idea de avanzar en el modo de construcción y buscar nuevos elementos constructivos, que además deberán ser utilizados para conseguir las directrices marcadas por la Directiva Europea, en su objetivo 20/20/20 sobre consumo energético en las edificaciones. Además en España la legislación ha empezado a adaptarse a estos requerimientos con el Real Decreto 235/2013, de 5 de Abril, por el que se aprueba el procedimiento básico para la certificación de la eficiencia energética de los edificios y donde se establece que todos los edificios de nueva construcción deberán ser de EECN para el 2020 y los edificios nuevos de titularidad y uso público, deberán serlo para el 2018. Podemos deducir con lo expuesto que la necesidad de implementar este tipo de construcción, si no es obligatoria por el momento, si lo es deseable.

Ya que tanto las preferencias del mercado, debido a la necesidad del ahorro energético y por ende económico y la búsqueda del usuario por nuevas prestaciones como son el confort y la salud, así como la dirección en la que se está legislando nos llevan a la búsqueda de construcciones que consuman menos energía, que necesiten menos energía para dotar el interior de un ambiente sano y confortable.

La respuesta a la segunda pregunta se obtiene de un análisis sobre los sistemas constructivos actuales, la profundización en la ausencia de puentes térmicos y continuidad del aislamiento térmico, la presencia de infiltraciones y la necesidad de un control sobre las renovaciones de aire. Por ello para realizar edificios más eficientes se debe  evolucionar  y buscar sistemas constructivos eficientes y controlar la ejecución minuciosamente.

Se plantea bajo las premisas indicadas realizar un edificio bajo el prisma de un EECN tomando como objetivo los parámetros del estándar Passivhaus. Para ello y analizando los materiales que se podían utilizar para la edificación bajo el estándar, se busca un material que a modo de piel recubriera el continente sin tocarlo, reduciendo todo lo posible el contacto entre la envolvente exterior y la estructura portante; es decir trabajar con una piel que no produjera puentes térmicos. Otro de los requisitos exigidos es buscar elementos con los que se consiguiera reducir al máximo el espesor del muro completo de cerramiento, ya que esta superficie en una promoción ya sea pequeña o grande  puede penalizar la superficie útil global con importantes consecuencias económicas ya que la cantidad de producto final sería menor, sobre todo en una promoción comercial. Se desarrolla por tanto un sistema constructivo mediante un “PIEL LIGERA DE HORMIGÓN” de espesores entre 3 y 5cm.

Proyecto Objeto del Análisis

Se aborda la descripción de un proyecto de vivienda unifamiliar en La Rioja, actualmente en construcción. El proyecto se plantea como un Edificio de Consumo de Energía Casi Nulo, mediante técnicas pasivas, bajo el estándar Passivhaus.

Valorando las premisas de partida a resolver:

• Técnicas
  • Aislamiento térmico.
  • Eliminación de puentes térmicos.
  • Hermeticidad a base de un estricto control de la estanqueidad.
  • Sistema de ventilación controlada con recuperador de calor de alta eficiencia.
• Económicas
  • Rapidez de ejecución.
  • Material accesible.
• Espaciales
  • Reducción de espesores de envolvente.

Se opta por un sistema de “PIEL LIGERA DE HORMIGÓN” mediante el uso de PLACA LIGERA DE HORMIGÓN_ZORZANO. Ya que en relación a las cuestiones técnicas resuelve la eliminación de puentes térmicos, garantiza el  aislamiento térmico continuo como se puede apreciar en las figuras 1 y 2 y colabora debido a su acabado final con pintura al silacato para exteriores, a la hermeticidad. La ejecución de la envolvente presenta múltiples ventajas en relación a un material tradicional (ver lista de Ventajas al final del documento),  el hormigón es un material de fácil acceso en proximidad y economía. Y finalmente los espesores de envolvente global permiten un ahorro considerable de superficie útil, tal como se explica en el apartado de Conclusiones.

La vivienda está situada en La Rioja con orientación norte-sur. Se han tomado en consideración métodos de proyección pasivos como son el uso de elementos móviles de protección solar, para originar sombras y adecuación de la posición de estancias buscando el mayor soleamiento al sur en zonas de día como son el salón y la cocina para obtener la mayor energía posible cedida por el sol y así obtener un aprovechamiento óptimo.

Resultados

En esta sección se analizan los resultados que estamos obteniendo en la fase de redacción de proyecto y dirección de obra.

Para construir un edificio de energía casi nula es muy importante tener bien definido el proyecto y saber sus futuras demandas energéticas antes de empezar la obra; y durante su construcción, realizar las pruebas necesarias para la corrección de posibles errores que se cometan.

Para conseguir estos objetivos hemos utilizado el estándar passivhaus. Durante la fase de redacción de proyecto este sistema permite introducir en un programa informático todos los datos referidos a la envolvente térmica, definición de huecos, ventilación controlada, orientación de las fachadas, clima donde se encuentra el edifico, etc. De tal forma una vez introducidos estos datos obtenemos resultados sobre  la demanda energética del edifico que tendrá una vez construido. Como se puede ver en la Imagen 3 esta vivienda tendrá una demanda de calefacción de 14 kWh/(m2a), lo que supone la séptima parte con respecto a las viviendas construidas con sistemas tradicionales.

Por otra parte el estándar passivhaus también exige realizar pruebas de estanqueidad al aire para evitar las pérdidas de calor por infiltraciones, poniendo como límite una tasa de 0,6 renovaciones. Como se puede ver en la Imagen 4 con una diferencia de presión de 50 Pascales entre interior y exterior  la tasa de renovación de esta vivienda es de 0,5, cumpliendo así con lo exigido por el estándar y reduciendo las infiltraciones de una vivienda actual en una sexta parte.

Aplicación de la Piel de Hormigón

Huecos

La solución constructiva de los huecos se realiza de tal manera que no existan puntes térmicos en el encuentro entra la caja de persiana y el interior, además las mochetas y dinteles ya vienen incorporados en el panel. Para ello una vez construido el muro con placa ligera de hormigón se coloca un premarco de madera que permitirá alojamiento de la caja de persiana externa.  El mecanismo de la persiana será eléctrico, de tal forma que se evitan infiltraciones a través del mecanismo de control de la persiana.

Encuentro de fachada con forjado inferior

Utilizando panel prefabricado de hormigón  de 3cm de espesor con 4cm de aislante en el intradós como sistema constructivo se evitan puentes térmicos con la estructura de una forma sencilla y económica; debido a que en su colocación se utilizan cuatro puntos de apoyo con anclajes, despreciables en los puentes térmicos. En esta imagen se aprecia la continuidad del aislante EPS colocado en el suelo con el aislante de algodón regenerado colocado en las fachadas.

Solución constructiva de fachada (sección horizontal)

Encuentro de fachada con forjado exterior

Como se ha citado anteriormente uno de los puntos claves para el diseño de edificios de energía casi nula es la eliminación de puentes térmicos, por eso la utilización de la placa ligera de hormigón es tan importante, ya que nos permite alejarnos de los cantos de forjado lo necesario para pasar por delante de ellos el aislante que necesitamos para asilar esta vivienda. De esta manera se consigue una continuidad perfecta de la envolvente térmica en todas las superficies de la construcción.

Conclusiones

El espesor de cerramiento global obtenido en la solución adoptada para la ejecución de la vivienda, con PLACA LIGERA DE HORMIGÓN_ZORZANO, es de 36 cm tal y como podemos observar en la Imagen 8 con un valor U de 0,121w/(m2k).

Se ha establecido una comparación con otros dos materiales para conformar la envolvente como son el sate y el ladrillo caravista. Analizando estas dos soluciones constructivas los datos obtenidos han sido:

1. para la solución con sate en la parte exterior de la conformación de la envolvente, se ha obtenido un espesor global de 39cm con un valor U de 0,152w/(m2k).
2. para la solución con ladrillo caravista en la parte exterior de la conformación de la envolvente, se ha obtenido un espesor global de 38,5cm con un valor U de 0,151w/(m2k).

En conclusión podemos establecer que es más ventajoso el uso de la solución con PLACA LIGERA DE HORMIGÓN_ZORZANO, ya que obtenemos con menor espesor de cerramiento y por tanto ahorro de superficie útil, un valor U de trasmitancia térmica menor, y por tanto con capacida para hacer la edificación más

Después de estudiar los diferentes tipos de materiales existentes  en el mercado y comparar los sistemas constructivos actuales, observamos que la PLACA LIGERA DE HORMIGÓN_ZORZANO  es la opción  más idónea a la hora de cumplir el estándar Passivhaus  debido a las importantes ventajas que aporta y se enumeran en la lista siguiente:

Ventajas

1. Anulación de puentes térmicos: El sistema planteado se ejecuta anclando la placa ligera de hormigón a los cantos de forjado mediante anclaje y soldadura de forma que se queda separado del canto de forjado permitiendo que por esta holgura pase el aislamiento térmico igual que en el resto del cerramiento de forma que se construye una envolvente con un aislamiento continuo que evita los puentes térmicos y sus consecuencias: puntos fríos, humedades, perdidas de eficiencia energética, etc.
2. Barrera impermeable y estanca: El sellado perfecto con masillas de poliuretano entre placas y en carpinterías además del acabado con pintura específica para exteriores, garantizan una perfecta barrera impermeable para el agua y estanca para el aire.
3. Aislamiento: La incorporación de aislante en la fabricación de nuestro panel de hormigón, nos da un valor añadido de aislamiento térmico que la mayoría de materiales no posee.
4. Ahorro de superficie: Al ser un sistema de envolvente con un espesor entorno a los cinco cm se ahorra considerablemente en superficie útil lo que se traduce inmediatamente en una mayor rentabilidad del espacio con el consecuente incremento de beneficios económicos, haciendo más viables las inversiones inmobiliarias y promociones.
5. Sostenibilidad: Es un producto reciclable al final de su vida útil, incluso reutilizable ya que puede ser desmontado y volver a utilizarse en otra construcción. No produce residuos en obra y al ser ejecutado con un proceso industrializado se controla al máximo el uso de la materia prima y recursos en su producción.
6. Puesta en obra: La colocación se realiza mediante aparatos de elevación de pequeño tamaño, aparatos de elevación convencional existentes en obra, como grúas torre. En ningún caso se necesitan grúas autopropulsadas debido a la ligereza del material. Esto permite que el montaje pueda realizarse sin interferir en el resto de las tareas de la obra, siendo compatible por la necesidad de medios y espacio. La sencillez de colocación permite que incluso con el edificio en funcionamiento puedan realizarse sustituciones o reparaciones del aplacado con la menor incidencia en la actividad habitual del edificio. En obras con problemas de acopio se puede hacer colocación directa del camión a fachada, sin necesidad de prever un espacio de reserva para el material de cerramiento.
7. Versatilidad geométrica: Un aspecto interesante en la forma de proyectar y de entender la arquitectura hoy en día es la geometría en los cerramientos, la búsqueda de nuevas volumetrías y topografías de las envolventes. Muchos de los materiales existentes, prácticamente todos de los denominados masivos implican limitaciones, ciñéndose a composiciones planas, despieces con modulación mimética, etc., sin embargo el material propuesto permite diversas posibilidades geométricas. Pudiendo modularse según las determinaciones del proyectista, admitiendo soluciones de paramentos inclinados, formas irregulares, etc.
8. Incremento de la seguridad: Debido a la sencillez y rapidez de montaje se reducen notablemente los riesgos en seguridad y salud en la ejecución de la envolvente. Ya que el número de operarios decrece en relación a la colocación de los materiales tradicionales, la obra se cierra con gran rapidez reduciendo los plazos de ejecución y por lo tanto los riesgos.  Además esto permite comenzar el resto de tareas evitando notablemente riesgos de caídas. En la formación del sistema completo se comienza por el montaje del panel ligero de hormigón. Este proceso de colocación se realiza desde el interior del edificio sin retirar la protección colectiva perimetral hasta finalizar la colocación del panel. Únicamente  en el sellado y pintado del panel es necesario trabajar desde el exterior, labor que se realiza en corto plazo con una máquina elevadora.
9. Ahorro de elementos constructivos: Debido al sistema de montaje se evita el uso de cargaderos y premarcos en la formación de huecos en fachada como son puertas, ventanas, huecos requeridos por una necesidad compositiva etc., esto implica un ahorro económico ya que prescindimos de algunos elementos necesarios en otros sistemas existentes.
10. Errores de desplome: En ocasiones ocurren desviaciones de desplome significativo en la ejecución de la estructura. Esto hace que los forjados planta a planta no estén aplomados, lo que ocasiona con sistemas tradicionales tener que implementar soluciones con subestructuras especiales de apoyo y anclaje, que obviamente encarecen el sistema. Sin embargo con el sistema propuesto y debido a su  subestructura de anclaje pueden absorberse estas incidencias sin alterar el coste y sin comprometer la seguridad del sistema.
11. Imagen cambiante: El acabado mediante pintura plástica permite la posibilidad,  con un coste económico muy bajo, modificar la imagen del edificio sustancialmente.

Bibliografía

• Tectónica 5, Hormigón (II) Ed. ATC Ediciones, S.L., Madrid, España.
• Tectónica 25, Hormigón (III) (2007) Ed. ATC Ediciones, S.L., Madrid, España.
• Ley 8/2013, de 26 de junio de Rehabilitación, Regeneración y Renovaciones Urbanas.
• Idae, Análisis del consume energético del sector residencial en España (2011).
• Programa de planificación Passivhaus (Passivhaus Institute).