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Madera Estructural les da la bienvenida en este blog con la madera como protagonista. Quiero compartir con vosotros las noticias relevantes del sector, tecnologías, materiales, técnicas, diseño, software, literatura técnica, etc. que tengan relación con la construcción en madera.

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¿Está la construcción en madera en el buen camino, son sostenibles nuestros métodos de construcción en madera y el uso de la materia prima natural madera en su forma actual, no nos hemos desviado demasiado del camino ecológico y regional?” Se habla, además, de unas tendencias en la construcción en madera en Alemania, Austria y Suiza en el marco de una nueva frugalidad, y al final, de un proyecto de investigación, Einfach bauen, con Florian Nagler, en el que se trata de ‘construir simple’.

El artículo del arquitecto Johannes Kaufmann [el entrecomillado de la entradilla de este post es una declaración suya] en una serie de artículos, “Ressourcenschonend Bauen Mit Holzi, publicados en Bauen mit Holz, ha sido el punto de partida para un viaje por Europa donde empiezan a aflorar una visión frugal y regionalista de la construcción en madera.

Madera contralaminada, artesanía e industrialización

Según un informe de The Economist, “Mass Timber: wood is prominent in construction’s future, value for carbon removal to be determined.”ii:

En 2025, se espera que la madera en masa represente 1.400 millones de dólares del sector de la construcción mundial, que asciende a 14 billones de dólares. Teniendo en cuenta las tasas de crecimiento actuales, la madera en masa representará un 0,5% de los nuevos edificios urbanos en 2050. Sin embargo, con una inversión concertada en la capacidad de fabricación global y en proyectos de construcción para la madera en masa, su cuota en el mercado de la construcción podría aumentar exponencialmente para 2050, captando billones de dólares en valor.

Construcción en madera contralaminada

Volviendo a Kaufmann, se pregunta “A dónde pueden llevar la globalización y la industrialización monopolística, lo podemos ver en los acontecimientos actuales”.

Fijándonos en la historia reciente de la construcción en madera, las semillas se plantaron en los años 60 y 70. Desde entonces, los carpinteros, los ingenieros y los arquitectos se han beneficiado de la innovación constante de los fabricantes de productos del sector de la construcción en madera. En España, el primer boom vino con la prefabricación de las estructuras de madera gracias a las máquinas CNC como las Hundegger, pasada la mitad de los años 90. El segundo boom vino con la introducción de construcción en madera masiva gracias a la madera contralaminada (CLT), pasada la mitad de la primera década de este siglo.

La construcción con madera contralaminada tiene muchas ventajas: la más evidente es la seguridad que ofrece en caso de incendios, fácil de manejar, estáticamente muy eficiente, tolerante durante la ejecución, y la conexión entre el dibujo y la fabricación que permite el CLT es muy simple, se está muy cerca de hacer el edificio.

Siguiendo con Kauffmanniii, “en las dos últimas décadas se han caracterizado por un consumo excesivo de madera mediante el uso de determinados productos, no sólo en la construcción en madera, por cierto. La industria quiere hacernos creer que la madera, como materia prima, está disponible de forma infinita, lo que, por supuesto, es completamente erróneo en el contexto del actual auge de la construcción en madera”. “ Y “será necesario prestar más atención al ahorro de materiales para alcanzar los objetivos ecológicos fijados. Y es precisamente en este contexto en el que los productos industriales de construcción con adhesivos & Co [die industriellen Leimbauprodukte & Co] deben ser examinados críticamente y utilizados con mayor precisión. Vuelve la construcción de entramados ligeros de madera que ahorra materia prima, la artesanía de mayor valor añadido, más tabla y menos tablero. La construcción en madera pretende ser regional y ecológica, pero entonces también tiene que alejarse de su dependencia de la industria y demostrar que es precisamente la construcción en madera la que valora y utiliza las estructuras regionales y puede construir construcciones inteligentes”.

Y Kaufmann afirma:

También sostengo que la materia prima escaseará más pronto que tarde, también en el contexto de la muerte del abeto, la sequía y las plagas”.

Una vivienda con entramado ligero de madera

Las “estructuras regionales” suena bien pero suceden cosas paradójicas, como escribe Marc Frochaux en su artículo “Le « Circuit Court » court-circuitéiv:

Se dice que más del 40% de la madera utilizada en la construcción suiza es importada. La cooperativa La Forestière acoge la iniciativa de los promotores de poner sus recursos a disposición para promover la construcción con madera local. Pero se pregunta: “¿Cómo pueden hacerlo si ellos mismos no tienen suficiente madera?”. En el cantón de Vaud está prevista la construcción de una docena de proyectos en los próximos años con un volumen de madera en rollo de decenas de miles de m3. Sin embargo, la movilización de este recurso en pocos años alcanzaría o incluso superaría la capacidad de aprovechamiento, es decir, el volumen de madera que se puede recoger anualmente garantizando las cosechas futuras. El cortocircuito, por definición, contradice un flujo de producción del mercado global que no se detiene en las fronteras. No se puede descartar ninguna solución, [dice La Forestière]. En el origen de la madera, se necesitará flexibilidad. Una de las soluciones se sitúa necesariamente en el inicio del circuito, a través del proyecto de arquitectos e ingenieros. Sabiendo que el CLT y el Glulam utilizan demasiado material (y adhesivos), es hora de volver a la buena tectónica, de favorecer el entramado y un uso racional del material, de ir en la «dirección de la madera»”.

La artesanía de mayor valor añadido” es un concepto que me llamó la atención. En un artículo de Markus Klaura,Verliert die österreichische Holzbaukultur ihr wertvollstes Potenzial: das Handwerk?v [¿Está perdiendo la cultura de la construcción en madera de Austria su potencial más valioso: la artesanía?], dice que:

Las posibilidades estáticas y físico-estructurales de este material son tentadoras, a pesar de la elevada aportación de recursos, y permiten construcciones en las que los voladizos, los vanos y los pisos alcanzan nuevos ámbitos. Desgraciadamente, los arquitectos y los carpinteros utilizan con demasiada frecuencia estos paneles para fines banales.

En el transcurso de esta evolución, la cadena de valor que va del árbol al edificio, establecida durante muchas generaciones, también cambió. Con la transformación de sus tablas en paneles prefabricados industriales, la industria de aserraderos suministra ahora componentes de paredes y techos directamente a la obra. Los carpinteros se ponen al servicio de la industria adquiriendo proyectos, asumiendo la planificación de las obras, encargando y prefinanciando los componentes. Por último, pero no por ello menos importante, asumen la responsabilidad de los bienes adquiridos sin participar significativamente en la creación de valor.

Si esta evolución se sigue descontrolando, un oficio tradicional perderá valiosos conocimientos. Está en juego el mantenimiento de nuestros edificios históricos, la producción de delicadas estructuras de entramado, la relación con la madera cultivada y, por tanto, con la escala de la estética de los edificios de madera.

Los arquitectos y los carpinteros deberían decir adiós al uso irreflexivo de componentes prefabricados industrialmente y, en su lugar, activar su inteligencia constructiva y -de vuelta a las raíces- agitar los círculos de producción regionales. El cambio de equilibrio en la cadena de valor de la madera hacia la industria de aserraderos está siendo, por desgracia, irresponsablemente explotado por un puñado de industriales de la madera en competencia mundial a expensas de todos los demás.

La madera austriaca se exporta con un valor añadido mínimo pero con un beneficio máximo. Esto es extremadamente perjudicial para la economía nacional y debilita la construcción nacional en madera de forma sustancial y sostenible – cui bonovi?,

Los conceptos de artesanía e industrialización son claves en el futuro que se imagina Steve Webb en su artículo “Structural issues: the cost of material and the value of labour”vii. Actualmente el material (incluida la energía), está gravada con menos impuestos, y el trabajo, la mano de obra, está fuertemente gravado. Uno se inclinaría por minimizar la cantidad de trabajo que se utiliza en proporción al material. “me inclinaría por minimizar la cantidad de trabajo que utilizo en proporción al material […]. No sólo trataría de reducir la mano de obra en la obra, sino también la gestión y el diseño. Diseñaría cosas muy rápidamente, con una considerable racionalización para minimizar el trabajo de diseño. Diseñaría cosas que se pudieran construir con menos gente, utilizando los procesos brutos de las máquinas, favoreciendo la repetición y la estandarización. Como todo se diseña y construye para el peor de los casos, estas racionalizaciones generan naturalmente un uso excesivo de material”, dice Webb. Implica muchos residuos. “Es más que probable que el edificio sea un 30% más pesado de lo necesario debido a la racionalización del ahorro de mano de obra”, afirma Weeb.

En los edificios de hormigón, proliferan las “losas planas” pesadas, mientras que las cáscaras o las bovedillas son poco frecuentes. Los encofrados planos son más rápidos de fabricar. Las vigas pesadas de acero de sección “I” son habituales en lugar de las cerchas más ligeras porque el laminador es más barato que el soldador humano. Se prefieren las losas planas de CLT a la madera natural mecanizada a mano en la obra. Se vierten cientos de toneladas de hormigón en zapatas de hormigón en masa porque es más rápido cavar zanjas rectas con una excavadora que variar su anchura”, continúa Webb.

Luego Webb hace una defensa apasionada de las formas estructurales altamente eficientes que “utilizan una fracción del material de las estructuras convencionales. Aunque su diseño es mucho más largo y necesitan encofrados curvos, cuya construcción es mucho más laboriosa, en aquella época y lugar la mano de obra era barata y el material caro.”

Un ejemplo de que se puede construir racionalmente gracias a una geometría avanzada – Imagen de Steinar Hillersøy Dyvik y John Haddal Mork

Al final, Webb se imagina que “en este futuro podríamos trasladar la carga fiscal del trabajo al material. El coste del uso de materiales perezosos es ahora tan alto que el cliente se ve incentivado a elegir cuidadosamente y pagar honorarios más altos a los diseñadores con un historial de hacer más con menos. Ahora hay parámetros auditados que les ayudan a hacer su selección. Los diseñadores compiten en economía de materiales. Los equipos de diseño están ahora formados por ingenieros y arquitectos estrechamente integrados que han tenido que perfeccionar sus habilidades mediante una importante formación adicional. En el pasado, la aproximación en el diseño llevaba a los reguladores a exigir altos niveles de redundancia de resistencia o factores de seguridad en las estructuras para la seguridad pública. Esto era materialmente muy costoso. El perfeccionamiento de los profesionales, junto con un mayor margen de tiempo, conduce a una mayor precisión en el diseño, de modo que ahora algunas empresas que demuestran una mayor agudeza obtienen licencias para factores de seguridad mucho más bajos que antes. Los profesionales pueden trabajar juntos para idear formas audaces de hacer que un proyecto sea económico. La búsqueda de formas estáticas puede servir de base para cualquier diseño.

Y Webb concluye que “en este posible futuro, hay más puestos de trabajo pero la producción industrial disminuye. La sostenibilidad no ha significado menos economía o menos enriquecimiento: ha significado menos despilfarro. Ha significado menos explotación de materiales y energía a cambio de más actividad humana. Ha significado mejor empleo utilizando más habilidad e inteligencia en la forma de trabajar. En este posible futuro, los salarios son más altos, la contaminación y los niveles de dióxido de carbono disminuyen.”

Repensar la construcción en madera

Entonces, es necesario construir con menos y apostar por la economía circular. Ya vemos los esfuerzos que hace la industria del hormigón en conseguir un hormigón más sostenible, o la industria del acero. Pero Kaufmann afirma: “Me pregunto si la construcción en madera masiva no debería formar parte también de este desarrollo. Por ejemplo, la madera contralaminada no ha cambiado en absoluto desde que se encoló el primer panel en el año 2000 en comparación con la tecnología actual. El producto tendría mucho más potencial”.

Diversos estudios de arquitectura en Alemania, durante la escalada de precios de la maderaviii, empezaron a cuestionarse la idoneidad de materiales como la madera laminada y la madera contralaminada, según un artículo de la revista Bauen mit holzix. Stefan Krötsch, arquitecto y profesor de la HTWG Konstanz, “En un proyecto actual, estamos examinando dónde pueden sustituirse los materiales de madera, como el BSH [madera laminada], el BSP [madera contralaminada] o el material de tablero, por madera aserrada, que -procedente de pequeños aserraderos- aparentemente puede seguir obteniéndose a precios más razonables. Para la planificación, esto significa: más entablado diagonal en las paredes de entramados [Diagonalschalung auf tafelbauwänden], menos tableros tricacapa [Dreischichtplatten]”, dice Krötsch. Termina reivindicando que las “las viejas virtudes de la ingeniería y la artesanía, como el uso de materiales con la mayor moderación posible, deben volver a ponerse de moda: no sólo con hormigón y acero, sino también con madera. Porque la fijación del CO2 a través de la madera también funciona si se fija la misma cantidad de CO2 en dos casas en lugar de una, y así se sustituyen dos casas en lugar de una de hormigón. Un alto nivel arquitectónico debe ser siempre la base de la planificación, porque «una alta cultura de la construcción refuerza nuestro vínculo con el lugar»”.

Entablado diagonal en las paredes de entramado ligero

Krötsch, por último, participa en el el proyecto Recycling von Brettsperrholz-Produktionsabfällen (Reciclaje de residuos de producción de madera contralaminada). Durante la producción y el recorte de la madera contralaminada, se produce material residual, hay una gran cantidad de material residual procedente de los recortes de las ventanas y de las secciones de forma no rectangular (especialmente las superficies triangulares del hastial) que puede suponer hasta el 25 % del material original. Normalmente, los residuos se reciclan térmicamente. Sin embargo, una reutilización de este material de construcción de alto rendimiento tendría mucho más sentido desde el punto de vista económico y ecológico. En este proyecto de investigación, se está investigando cómo se pueden obtener componentes de construcción de alta calidad a partir de los residuos de producción mediante el bloqueo por fricción de las piezas sobrantes con capas de soporte en uno o ambos lados. De este modo, se pueden fabricar elementos de pared o forjado portantes a partir de restos de CLT, por ejemplo, elementos de forjado compuestos con una zona de compresión hecha de restos de CLT y una zona de tensión hecha de una capa de tablero continuo.

En un artículo de Baulinks, Baufritz setzt beim ökologischen Hausbau ressourcenschonend auf Holzständerbauweisex, se afirma que “a grandes rasgos, una casa unifamiliar en construcción de madera maciza utiliza el doble de madera que una casa unifamiliar de entramado ligero de madera (calculada con paredes exteriores e interiores de 9 cm de grosor y un techo de madera maciza de 14 cm).”

Hay arquitectos que ven un gran potencial para el uso de entramados ligeros de madera en la construcción de edificios de hasta seis plantas, y su ligereza es una ventaja importante, como afirma Stéphan Langevin, socio principal de STGM architects en un artículo de Cecoboisxi. Es muy interesante para suelos menos densos y con menor capacidad portante. En algunos casos, incluso se evita el uso de pilotes y puede representar miles de dólares de ahorro. Poca transformación de la materia prima, montaje con elementos bastante sencillos, recursos locales: todos los criterios que hacen que esta forma de construir sea muy “verde”. La prefabricación o el sistema de construcción modular son otras de las ventajas de la construcción de entramados ligeros, que reducen los residuos en la obra y agilizan la construcción.

Tanto Johannes Kaufmann como Markus Klura presentan tres proyectos que ejemplifican las ideas que transmiten en sus artículos. Las claves son: usar el sistema constructivo de los entramados ligeros de madera, usar tableros sólo donde sea imprescindible, madera sin adhesivos, aprovechar al máximo el tronco de cada abeto, uniones carpinteras en la medida de los posible (minimizando los conectores metálicos), las piezas de madera, como los cabrios, tienen longitudes estándar para su posible reutilización, etc.

Llaman la atención dos proyectos de Kaufmann:

  • La residencia de ancianos Gaißau en el Lago de Constanza, con construcción modular: “Los módulos de madera suelen estar construidos con seis paneles de madera contralaminada y atornillados entre sí. 10 m3 de madera contralaminada [BSP, Brettsperrholz] por módulo, es decir, unos 20 m3 de madera redonda o seis abetos de tamaño medio. Con un precio adicional de 300 €/m3 para la madera encolada [leimholz], hay un recargo de 3000 € – por lo que el producto módulo BSP deja de ser competitivo – ¡bastante sencillo! Sin más preámbulos, todo se cambió a la construcción de entramado de madera [Holzrahmenbau] y a la madera con espigas [Dübelholz]. Según los primeros cálculos, el ahorro de madera gracias al cambio de sistema para todo el proyecto es de aproximadamente un 40%, con los mismos costes en comparación con la construcción de madera contralaminada. Lo bueno es que en este caso la madera crece a 25 km de la obra, se corta en el aserradero vecino y se transforma en madera para espigas. Junto con los elementos de pared de estructura de madera con encofrado diagonal, se crean módulos listos para usar. También en las zonas generales sólo hay madera de espiga, vanos adecuados y elementos de entramado de madera”.
Detalle constructivo de residencia de ancianos de Gaißau
  • La torre de una pensión en Constanza, “originalmente planeado como una construcción de madera contralaminada pura, pudimos cambiar fácilmente la construcción a una construcción de entramado de madera con resistencia al fuego de 90 min. con un concepto innovador de protección contra el fuego. El elemento del suelo como elemento HBV, los muros divisorios de módulos (R0) en construcción de entramado de madera y los muros exteriores y centrales portantes (R90) también en construcción de entramado de madera. Hasta ahora, esto era difícilmente concebible, ya que la madera laminada cruzada era muy barata de comprar; ahora, esperemos que vuelva a llegar el momento en que a las empresas de construcción en madera les compense construir elementos para aumentar el valor añadido”.

Markus Klura, en el segundo y último artículoxii de la serie de Bauen mit Holz, presenta “tres ejemplos de nuestros proyectos más recientes de construcción en madera, queremos presentar edificios para diferentes usos, en los que se utilizan todos los recursos con moderación, según las circunstancias. La creación de valor regional es siempre una preocupación importante para nuestro equipo.



Construir de manera sencilla

Tal vez el enfoque más frugal de la construcción en madera masiva es la construcción simple que se explica en un artículo de la revista Zuschnitt de la asociación austríaca proHolz, “Einfach bauen”xiii. Y es, también, un ejemplo de cómo la madera contralaminada puede evolucionar, transformándose, en un producto con las funcionalidades más importantes: estructura y aislamientoxiv. La madera contralaminada dejará de ser un producto concreto, un simple panel con 3 o más capas cruzadas, a un producto genérico que, aunque siga teniendo capas cruzadas, presenta mecanizaciones o elementos que incorporen nuevas funcionalidades.

La construcción simple se considera un movimiento contrario a la creciente complejidad de la construcción de edificios. En un proyecto de investigación de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) en 2018, Einfach bauen, se comprobó la hipótesis de si los edificios con una construcción y tecnología de construcción simple y robusta son superiores a los edificios residenciales en la construcción estándar y de bajo consumo. La atención se centró en el impacto medioambiental y los costes del ciclo de vida durante un periodo de observación de cien años.


Se examinaron diferentes variantes de estancias en los métodos de construcción de hormigón ligero, mampostería altamente aislante y madera maciza. La decisión a favor de las construcciones monolíticas de paredes y techos ya se tomó en la fase de solicitud. La razón fue el deseo de reducir la complejidad de los edificios en la fase de planificación y construcción, pero también durante el mantenimiento y la deconstrucción, utilizando un método de construcción de una sola capa. Cada unión en el detalle, cada punto de transferencia de diferentes oficios en la obra conlleva el riesgo de errores. Con los elementos de construcción de varias capas, cada una de ellas asume requisitos especiales. Debido a la diferente durabilidad y vida útil de las capas de los componentes, es necesario separarlas de nuevo durante y también al final de la vida útil de un edificio”, dice Anne Niemann, la autora del artículo.

En el caso de la construcción en mampostería, se trata de una estructura de mampostería de una sola capa, altamente aislante, que está enlucida por dentro y por fuera (una capa de cal-cemento). En primer lugar, se determinó el tamaño óptimo de la habitación mediante simulaciones, se determinó la posición óptima de las ventanas y el tamaño perfecto de las mismas. El objetivo era conseguir pocas horas de sobrecalentamiento en verano y un bajo consumo energético en invierno con una iluminación óptima.

En el caso de la construcción en hormigón, se trata de un hormigón aislante, como el opus caementitium que ya utilizaban los antiguos romanos. No se utilizó el acero de refuerzo por su enorme energía gris. Pero esto tiene consecuencias constructivas. No puedo construir un dintel horizontal sin acero, de lo contrario se doblaría. Así que se resuelve con un arco. Entonces la estática sólo funciona con fuerzas de compresión. Para que la casa de hormigón aislado cumpla la normativa de ahorro energético, el grosor de las paredes es de unos 50 centímetros y el forjado y el tejado también deben estar un poco más aislados.

En el caso de la construcción en madera, esto significaba elegir como elemento de pared un tipo nuevo de madera contralaminada de 3 capas, una resistencia de 17 N/mm2, con poco adhesivo y utilizando el menor número de recursos posible. La capa central está compuesta de montantes verticales cuyas caras tienen ranuras fresadas conformando cámaras de aire, de forma similar a un ladrillo hueco. A la capa central se adhieren, en la parte delantera y trasera, sendas capas de tablas de recubrimiento transversales, que también están adheridas en los cantos. La capa media vertical y las capas superiores horizontales sólo se pegan en la transición a la siguiente capa. No hay encolado dentro de las capas. De este modo se crean paneles resistentes al cizallamiento (de la pared) que también son herméticos.

Ya existe un producto aprobado en el mercado y es el sistema de pared de madera maciza H.R.V de la empresa H.R.W. Vollholzwandsystem Obb.

La construcción está protegida por una fachada ventilada de abeto.

Estas cámaras de aire en la sección transversal permiten reducir la conductividad térmica a λ = 0,07 W/mK, lo que significa que ya se consigue un valor U de 0,22 W/m²K para elementos de muro con un grosor de 30 cm.

Aquí se puede ver el cajeado que formará el encofrado de borde para el techo de hormigón armado

Sin embargo, las simulaciones mostraron que sólo un edificio híbrido de madera es lo suficientemente robusto como para competir con los edificios de hormigón o mampostería en términos de masa térmica y economía. Por ello, para reducir el número de horas de sobrecalentamiento, se proyectó un forjado de hormigón de 30 cm. en la construcción de madera, proporcionando una masa de almacenamiento, que sólo se cubrió con una moqueta para aislar el sonido.

Las ventanas son un tanto inusuales porque sólo están atornilladas a la pared por la parte interior. Esto permite conseguir una profundidad máxima para el auto-sombreado. También es favorable para la curva isotérmica si la ventana está en el interior.

El estudio concluyó que, en circunstancias normales, las tres variantes de construcción simple se comportaban de forma aproximadamente comparable a la casa estándar y a la de bajo consumo en términos de impacto ambiental y costes. Sin embargo, si las condiciones límite cambian, los edificios sencillos muestran una mayor robustez tanto frente a comportamientos imprevistos de los usuarios como frente a condiciones meteorológicas extremas o sistemas de servicios del edificio que no funcionan. Si se parte de la base de que un edificio va a durar cien años o más, un uso algo mayor de materiales en la construcción compensa a largo plazo.

En la fase 2 del proyecto, se han construido tres edificios residenciales, de 8 vivienda cada uno, de investigación en Bad Aibling con un método de construcción sencillo. El consumo y el confort de la habitación se miden y evalúan en un proceso de supervisión. Esto forma parte del proyecto de investigación Einfach Bauen 2, que se prolongó hasta finales de 2020.

Hormigón – madera – mapostería
Interior del edificio en madera

En un artículoxv que cita al arquitecto Florian Nagler, uno de los líderes de este proyecto, el objetivo era reducir al máximo la complejidad constructiva de las casas. Las casas cada vez más aisladas y herméticas, cuyo interior debe ser ventilado de forma técnicamente compleja, son una aberración para Nagler. Por eso, en Bad Aibling se utilizaron simples radiadores estáticos y rejillas de ventilación en las ventanas para el mínimo intercambio de aire. Según Nagler, cada una de las casas de prueba “tiene un mejor balance energético gris a lo largo de una vida útil de 100 años que una casa de construcción convencional o un edificio de bajo consumo energético, aunque sólo cumplamos los requisitos actuales de la EnEV [Ordenanza de Ahorro de Energía alemana] con nuestras casas y no los superemos“.

Nagler insiste en que el aislamiento y el almacenamiento deben estar equilibrados, a pesar por la preferencia por el aislamiento en la actualidad. Los edificios cumplen todos los requisitos de la EnEV, el Passivhaus o Energie+ nunca fueron el objetivo.

El resultado no nos ha sorprendido realmente, sino que ha confirmado nuestra decisión de seguir por este camino: Independientemente de la materialidad, de las construcciones que rodean la habitación y también de la orientación de las mismas, en lo que respecta al consumo de energía de la calefacción, pero también al número de horas de sobrecalentamiento en verano, las habitaciones que mejor funcionaban eran las que tenían tres metros de ancho, seis metros de profundidad y más de tres metros de altura y contaban con una ventana convenientemente grande o pequeña, respectivamente, que pudiera garantizar un cociente de luz natural de al menos el dos por ciento en el centro de la habitación: Es decir, habitaciones que suelen encontrarse en los clásicos pisos antiguos“, dice Nagler.

Nagler se ocupó intensamente de la distribución de las habitaciones. Para conseguir el tamaño óptimo de las habitaciones se hicieron 2605 simulaciones, basándose en el cociente de luz natural requerido, para optimizar una habitación de 18 metros cuadrados en términos de pérdida de calor, radiación solar e iluminación, variando la profundidad, la anchura, la altura y la disposición de las ventanas. El resultado es un mayor volumen de aire y más espacio en las paredes, lo que beneficia la capacidad de almacenamiento y amortiguación. Y, lo que era importante, es más fácil manejar la ventana uno mismo. En definitiva, una ganancia de bienestar en una sala común que puede utilizarse de muchas maneras y que, por tanto, es versátil, un factor importante para la sostenibilidad y, por tanto, para la construcción de viviendas asequibles.

En una entrevista con Nagler en Das Haus, “Architektur-Professor Florian Nagler: „Wir verpulvern die Ressourcen unserer Welt!xvi (El profesor de arquitectura Florian Nagler: “¡Estamos despilfarrando los recursos de nuestro mundo!”), cuenta una anécdota curiosa sobre un instituto de enseñanza secundaria, el Gymnasium de Schmuttertal, un edificio premiado de alto rendimiento energético, codiseñado junto con Hermann Kaufmann. Para cumplir con todos los requisitos tiene 11 capas seguidas en los muros. Pasaron tres años antes de que los complicados servicios del edificio funcionaran bien. Inmediatamente después de la finalización, sólo el 75% había funcionado correctamente.

Como dijo en otra entrevistaxvii, en Bauwelt, el Gymnasium “Es la culminación de una evolución que yo había apoyado, acompañado y promovido: una pirámide de instalaciones técnicas, en la que un problema de innovación técnica es respondido por otro, y el conjunto alcanza una complejidad casi inabarcable. Mi conclusión: la dirección ya no es la correcta. Y: tenemos que pensar en lo que la arquitectura y la construcción pueden hacer.”

Volviendo a Bad Aibling, “La idea era construir una casa robusta y duradera con paredes simples y sólidas. Debe tener componentes climáticamente inertes con una gran masa de almacenamiento y el esfuerzo técnico para su funcionamiento debe ser lo más bajo posible. Además, queríamos tener habitaciones que pudieran utilizarse de forma flexible y que tuvieran un diseño de alta calidad”, dice Nagler.

Es en la entrevista en Bauwelt donde Nagler explica mejor su cambio de paradigma al reducir radicalmente la mejora mediante la tecnología de la construcción y confiar en la inteligencia de la construcción convencional. Nagler manifiesta: “Queremos hacerlo bien: ahorro de recursos, regeneración, construcción en madera, Energíe+. La tecnología está disponible. ¿Existen realmente límites? Los he visto; tenemos que dar una nueva mirada a los medios que utilizamos. Menos aparato técnico en la construcción, más inteligencia (técnica) en la planificación, la simulación, la investigación… y la inspiración”.

La máxima del proyecto de investigación en Bad Aibling es la durabilidad, interesa el balance energético gris de una casa de 100 años, conseguida con una tecnología lo más sencilla posible, otra palabra sería robusta. “En la ingeniería de procesos, este término es familiar, como especifica Thomas Auer: la robustez es una alternativa a los métodos de la tecnología convencional que se centra en un objetivo y excluye los efectos secundarios. En lugar de aspirar a un máximo con el mayor esfuerzo y un bajo impacto amplio, la robustez se centra en un óptimo con un esfuerzo asequible. […] Por tanto, no se trata de negar la tecnología, sino de que sea adecuada: clara, comprensible, manejable, reparable. La menor complejidad, interconexión y automatismo posible.

Se trata de construir como un todo, basado en la construcción y no sobrecargado de exigencias políticas, culturales o estéticas. El potencial que veo radica en gran medida en la propia construcción, y con cada finalización, ya sea un pequeño detalle o una gran forma, aprendemos, incluida la admisión de algunos errores. Esto nos lleva al vocabulario elemental que siempre ha proporcionado la arquitectura. También en este sentido, la arquitectura rural ha sido siempre una inspiración para mí. El hecho de que llegara a la arquitectura como carpintero fue ciertamente útil para mantener el ‘zeitgeist’ a distancia. Pero, por supuesto, también necesitaba tiempo para liberarme de falsas abstracciones. […] Después de todos estos años de práctica en la planificación y la enseñanza, tengo la sensación con el proyecto “Einfach bauen”: por primera vez tengo tierra bajo mis pies de nuevo, sé lo que cuenta; un lenguaje comprensible en términos de diseño es posible.”, dice Nagler.

En los tres edificios experimentales no existe la perfección, el culto material y el minimalismo. Para Nagler, “La concentración en el material y la conexión es ciertamente una cualidad; si se convierte en minimalismo con gran esfuerzo, se me ponen los pelos de punta. Quiero entender cómo algo va unido, cómo está estructurado. La superficie perfecta no es mi tema.”


Los tres edificios no son tan perfectos como un producto de Apple, “un milagro en su enigmática composición”, muestran rasgos de fabricación, ya que “Para mí es importante no ir demasiado lejos, permanecer casual, también podría decirse que sereno, contener el estrés de la perfección. Robusto significa: contar con los efectos secundarios, y estos son los residentes. No quieren que se les dé un sermón. La casa que quiero vive a través del uso, no debe ser dañada por éste y debe soportar el cambio”, concluye Nagler.

Próximente, en noviembre de 2021, Florian Nagler pubicará un libro, Einfach Bauen, con un análisis de los tres edificios de viviendas, se explican los métodos de construcción monolítica en madera, hormigón ligero y mampostería y se muestran los resultados de este proyecto de investigación interdisciplinar en la Universidad Técnica de Múnich.


Las declaraciones vertidas en este artículo no supone que las comparta el autor.


Referencias bibliográficas:

iKaufmann, Johannes. “Ressourcenschonend Bauen Mit Holz.” Holzabau Austria, 4 June 2021, www.holzbauaustria.at/architektur/2021/05/ressourcenschonend-bauen-mit-holz.html.

ii“Mass Timber: Wood Is Prominent in Construction’s Future, Value for Carbon Removal to Be Determined.” Carbon Removal Approaches, The Economist, carbonremoval.economist.com/mass-timber/.

iiiKaufmann, Johannes. “„Es Ist Nichts so Schlecht, Dass Es Nicht Für Etwas Gut Ist”. Aus Der Krise Eine Chance Machen.” Holzbau Austria, 2 June 2021, www.holzbauaustria.at/markt/2021/05/-es-ist-nichts-so-schlecht–dass-es-nicht-fuer-etwas-gut-ist-.html.

ivFrochaux, Marc. “Le « Circuit Court » court-circuité.” Tracés, Espazium – Les Éditions Pour La Culture Du Bâti, 14 May 2021, www.espazium.ch/fr/actualites/le-circuit-court-court-circuite.

vKlaura, Markus. “Verliert Die Österreichische Holzbaukultur Ihr Wertvollstes Potenzial: Das Handwerk? Eine Analyse Von Architekt Markus Klaura.” Holzbau Austria, 13 July 2021, www.holzbauaustria.at/news/2021/07/editorial-von-architekt-markus-klaura.html.

vi¿A quién beneficia?

viiWebb, Steve. “Structural Issues: the Cost of Material and the Value of Labour.” The Architectural Review, 15 June 2021, www.architectural-review.com/essays/structural-issues-the-cost-of-material-and-the-value-of-labour.

viiiLa disponibilidad y los costes de compra de la madera para la construcción estuvieron sujetos a considerables fluctuaciones, sobre todo desde finales de 2020 hasta principios del verano de este año. Aunque la crisis aún no ha terminado, la situación se está suavizando cada vez más, aunque seguramente no se volverá a alcanzar el nivel de precios del verano pasado.

ix“Statement: “Die Preisentwicklung erwischt die Holzbaubranche zur Unzeit”, Der Zimmermann, 2021, https://www.bauenmitholz.de/statement/150/83413/.

xBaufritz setzt beim ökologischen Hausbau ressourcenschonend auf Holzständerbauweise“, Baulinks, 9 julio 2021, https://www.baulinks.de/webplugin/2021/1055.php4.

xi“L’Ossature Légère : Une Diminution Significative Des Émissions De GES” Cecobois, 20 May 2021, https://cecobois.com/actualites/lossature-legere-une-diminution-significative-des-emissions-de-ges/?mc_cid=109d326f54cecobois.com/actualites/lossature-legere-une-diminution-significative-des-emissions-de-ges.

xiiKlura, Markus. “Ressourcenschonend Bauen Mit Holz. Teil 2 Der Aktuellen Holzbau Austria-Serie.” Holzbau Austria, 27 July 2021, www.holzbauaustria.at/architektur/2021/07/ressourcenschonend-bauen-mit-holz.html.

xiiiNiemann, Anne. “Einfach Bauen.” Zushcnitt, Sept. 2019, pp. 8–8, www.proholz.at/zuschnitt/75/einfach-bauen.

xivComo se ha visto en dos artículos anteriores en este blog: aquí y aquí.

xv“Holz, Beton Oder Ziegel? Drei Forschungshäuser Von Florian Nagler Architekten in Bad Aibling.” BauNetz, 26 June 2021, www.baunetz.de/meldungen/Meldungen-Drei_Forschungshaeuser_von_Florian_Nagler_Architekten_in_Bad_Aibling_7563859.html.

xvi“Architektur-Professor Florian Nagler: „Wir Verpulvern Die Ressourcen Unserer Welt!”.” Das Haus, 10 June 2020, www.haus.de/bauen/florian-nagler-einfach-bauen.

xviiAicher, Florian. “Ein Haus Funktioniert Nicht Wie Ein Smartphone.” Bauwelt, 16 June 2021, www.bauwelt.de/rubriken/interview/Einfaches-Bauen-Florian-Nagler-Interview-3617432.html.

A medida que el planeta se urbaniza más que nunca, los edificios altos seguirán siendo esenciales para proporcionar el nivel de vivienda, oficina y espacio comercial necesario para atender adecuadamente a las poblaciones densas. Pero si queremos reducir al mismo tiempo las importantes cantidades de carbono que la industria de la construcción libera a la atmósfera, estos edificios emergentes deben incorporar materiales que sean renovables y resistentes a partes iguales. La llegada de los productos de madera masiva ha brindado esta oportunidad, que promete reinventar los enfoques convencionales no sólo del diseño y la construcción de edificios altos, sino de la construcción de ciudades en su conjunto. Los artículos de este libro detallan algunas de las innovaciones de vanguardia en madera maciza en cuanto a eficiencia energética, mejoras estructurales, avances tecnológicos y actualizaciones de códigos y normas.

Referencia bibliográfica del libro:

Torem, Emily; Safarik, Daniel. Timber Rising: Global Perspectives on Mass Timber Advances for the Tall Building Industry. Editado por CTBUH, Chicago, 2021, 160 p, ISBN 978-0-939493-74-6.

En:

https://store.ctbuh.org/other-books/246-timber-rising.html

Más información en:

https://www.trada.co.uk/news/the-rise-of-mass-timber-tall-buildings-in-the-us/

Los paneles de madera contralaminada (CLT) son un elemento estructural, pero pueden ser, a la vez, estructura y aislamiento. Salmaan Craig y su equipo están investigando el Aislamiento Dinámico. Pero, en Alemania y Austria, están investigando con los paneles activados térmicamente con un fluido, sea aire o agua.

Primero, me gustaría definir el contexto en el que mejor se situarían estas nuevas tecnologías de paneles de CLT activados térmicamente o Aislamiento Dinámico.

Por qué hay que lograr que casi el 100 % de las emisiones de carbono sean carbono inicial, sin apenas carbono operativo.

El arquitecto y profesor Lloyd Alter publicó, el pasado día 29 de baril de 2021, un artículo, A primer on Reducing Embodied Carboni, muy esclarecedor sobre la importancia del concepto del carbono inicial (upfront, un término más aceptado que “incorporado”, embodied), pero concentrando la mirada sobre el aislamiento y haciendo referencia sobre un estudio del KPMB LAB, que analizó recientemente cuál era el mejor aislamiento para reducir el carbono inicial en un estudioii publicado en la revista Canadian Architect.

Sabemos lo que es la energía operativa (calefacción, refrigeración, iluminación, etc.) y la energía incorporada (fabricación y construcción del edificio). Se supone que “la energía incorporada era superada por la energía operativa en casi todos los tipos de edificios“. Pero como analizó John Ochesendorf, “a medida que los edificios se vuelven más eficientes, la energía incorporada adquiere una importancia mucho mayor. Con un edificio de alta eficiencia, pasan décadas antes de que la energía de funcionamiento acumulada sea mayor que la energía incorporada.” Le preocupaba más la energía incorporada desde el punto de vista del ciclo de vida completo.

Hay mucha gente que no distingue entre energía incorporada y el carbono incorporado. Pero, según el estudio del KPMB, son cuestiones fundamentalmente muy diferentes que requieren enfoques distintos. A Alter no le gusta el concepto de carbono incorporado porque “no está incorporado en nada: está en la atmósfera ahora.” Realmente, hay que hablar de emisiones de carbono iniciales o carbono inicial (upfront carbon), que es “el carbono emitido en la fabricación de productos de construcción“.

Hay distinciones sutiles pero importantes; algunas industrias insistirán en la definición del ciclo de vida completo del carbono incorporado porque sus materiales duran mucho tiempo. Pero como señaló el economista John Maynard Keynes, “a largo plazo todos estamos muertos”.
Según los términos del Acuerdo de París de 2015, tenemos un techo de presupuesto de carbono
[de unas 420 gigatoneladas de equivalentes de dióxido de carbono, C02e] y se supone que debemos reducir nuestras emisiones de carbono a casi la mitad para 2030 [ahora estamos bombeando 40 gigatoneladas al año]. Así que lo que importa son las emisiones que se producen ahora […]”, afirma Alter.

¿Cuál es el mejor aislamiento para reducir el carbono incorporado?

No es ésta la cuestión, Alter afirma que el “estudio [de KPMB] trata más de explicar cómo funciona que de comparar materiales. El aislamiento es relativamente sencillo y homogéneo, los datos sobre él son comparativamente fiables y su objetivo es reducir la energía de funcionamiento [a través de la envolvente del edificio], por lo que se pueden ver las compensaciones que se hacen.” Y el aislamiento tiene un impacto directo significativo en las emisiones operativas producidas por el edificio.

KPMB Lab modeló un escenario sencillo: un muro de mampostería portante sin aislamiento en el que un propietario quiere aumentar el nivel de aislamiento de R-4 [ o 0,7 en el SI] a R-24 [o 4,23 en el SI] en una casa calentada con gas natural. Calcularon el carbono incorporado de cada tipo de aislamiento para el mismo valor de aislamiento, y trazaron “el tiempo que tarda el ahorro operativo (reducción de las emisiones operativas [por la quema de gas natural]) en superar la inversión (carbono incorporado) en el aislamiento“.

Así, el XPS, o poliestireno extruido, tarda casi 16 años en que el ahorro acumulado de emisiones por la quema de gas natural sea realmente mayor que las emisiones de carbono iniciales por la fabricación del aislamiento de XPS. Y la celulosa soplada tarda unas seis semanas.


Análisis de recuperación de carbono escenario de calefacción de gas natural (0 – 16 años) – Imagen de KPMB Lab

Al final, KPMB cambia el sistema de calefacción de gas natural por una bomba de calor alimentada por la electricidad hidroeléctrica y nuclear de Ontario, que es muy baja en carbono.

Y Alter remata:

Dado que las emisiones de carbono de funcionamiento de la bomba de calor son insignificantes, las tres espumas XPS, incluidas dos de las nuevas de Global Warming Potential reducido, nunca llegan a salir de su agujero. De hecho, desde el punto de vista del carbono operativo, cuando se tiene una calefacción y una refrigeración tan bajas en carbono, el material de aislamiento es más importante que su cantidad.



[…] en realidad se emite menos CO2 volviendo a los niveles de aislamiento de 1960 que con estas espumas. Según este gráfico de KPMB, desde el punto de vista de las emisiones de carbono, sería mejor no aislar en absoluto, ya que estamos 200 kg por debajo de cero y nos quedamos ahí.


Sin embargo, no estarías muy cómodo, y la electricidad es mucho más cara que el gas; en Ontario
[…]. Las bombas de calor lo estiran mucho más, pero en combinación con tarifas más bajas fuera de las horas punta, sigue costando bastante más del doble. Por eso, el funcionamiento de la energía es un problema muy diferente del funcionamiento del carbono, por eso cada uno necesita su propia solución y por eso es tan importante la descarbonización de nuestra energía.


Las verdaderas lecciones
[son]:

  • Electrificar todo para reducir el carbono operativo.
  • Aislar todo para reducir la energía de funcionamiento.
  • Construir todo con materiales de bajo carbono inicial.
  • Medirlo todo, [con un buen análisis de ciclo de vida]

Por lo tanto, debemos construir edificios con cero emisiones de carbono. Y, ¿cómo se definen? Como ha anotado Lloyd Alter en otro artículo, What Exactly Is a Zero Carbon Building? There Is Finally a Definitioniii, el Consejo Canadiense de Construcción Verde (CaGBC) lo ha definido como:

Un edificio con cero emisiones de carbono es un edificio de alta eficiencia energética que produce in situ, o adquiere, energía renovable libre de carbono o compensaciones de carbono de alta calidad en una cantidad suficiente para compensar las emisiones anuales de carbono asociadas a los materiales y las operaciones del edificio“.

Las emisiones asociadas a los materiales de construcción son las emisiones de carbono iniciales.

Alter insiste mucho en “el momento de las emisiones de carbono: el hecho de que con un presupuesto de carbono que se agota rápidamente, las emisiones que ocurren ahora o en los próximos años son importantes.”


De nuevo, por eso es tan importante que, a medida que los edificios o cualquier producto se vuelven más eficientes, la gestión del carbono inicial se vuelve dominante. Por eso propuse mi regla del carbono […]: “A medida que electrifiquemos todo y descarbonicemos el suministro eléctrico, las emisiones de carbono inicial dominarán cada vez más y se acercarán al 100% de las emisiones“, dice Alter.



Los paneles de CLT activados térmicamente

¿Se podría minimizar el número de materiales o sistemas de un edificio para reducir, aún más, el carbono inicial?


Entonces, ¿porqué no diseñar edificios en los que su estructura se integren estructura y aislamiento, a la vez, en todas o ciertas zonas del edificio?

En un post anterior, El CLT como Aislamiento Dinámico. Aspirar a una radical integración: materiales estructurales que almacenan carbono y pueden aprovechar la energía ambiental, el ingeniero Salmaan Craig y su equipo proponen una solución, que se está investigando.

Pero hay investigaciones en marcha en Austria y Alemania en las universidades de Fachhochschule Salzburg con su proyecto “Aktiviertes Brettsperrholz” (o aHolz), en Austria, y en la de Universidad Técnica de Múnich, en Alemania, con su proyecto PhyTAB, que proponen otras soluciones.

¿Qué tienen en común estos proyectos?

La llamada activación del componente térmico es familiar en la construcción de hormigón, donde es una tecnología establecida para la climatización de habitaciones. En realidad, son los sistemas de calefacción radiante en la literatura. Las tuberías llenas de un fluido atraviesan paredes o, más frecuentemente, techos de hormigón. Cuando el fluido es calentado por una fuente externa, como una caldera, transfiere la temperatura a la habitación a través del hormigón, que también actúa como depósito de calor.

La superficie significativamente mayor en comparación con los radiadores convencionales tiene la ventaja de que se puede conseguir rápidamente una calefacción uniforme de la habitación con una temperatura inicial baja, ahorrando así energía y prescindiendo de los sistemas de aire acondicionado.

Los proyectos aHolz y PhyTAB estudian la activación térmica de los paneles de madera contralaminada (CLT).

Pero en el proyecto austriaco, el fluido es agua, y en el alemán, es aire.

El proyecto aHolz – aktiviertes Brettsperrholz

La UE estableció un marco para la reducción del consumo de energía y el uso de energía procedente de fuentes renovables, dirigiéndose especialmente al sector de la construcción. Así, el futuro sistema energético dependerá cada vez más de las fuentes de energía renovables. Como éstas son intermitentes y fluctuantes, el sistema energético debe ser flexible e inteligente. De ahí que el almacenamiento de energía desempeñe un papel importante para facilitar la integración de estas fuentes de energía.

Como se aboga por evitar el almacenamiento de electricidad y utilizar en su lugar tecnologías de almacenamiento térmico, ya que el almacenamiento de electricidad es mucho más caro que el almacenamiento térmico. En general, existen muchas tecnologías de Almacenamiento de Energía Térmica (TES) disponibles, y el uso de la masa térmica de los edificios como TES es una de ellas. Es una solución rentable, ya que no requiere costes de inversión adicionales. La capacidad térmica de la masa del edificio está disponible en todos los edificios sin coste alguno y sin alterar la estructura del edificio existente. La inercia térmica de los edificios puede contribuir a la flexibilización del sistema energético a nivel de edificios .

Los Sistemas de Edificios Térmicamente Activados (TABS) representan una tecnología específica para combinar la utilización activa y pasiva de la masa térmica de un edificio como TES. Sabemos que la emisión de calor tiene un alto impacto en el comportamiento dinámico y la utilización de la masa térmica. Los TABS se definen como un sistema de calefacción radiante integrado en componentes para edificios. Hay estudios que confirman que los TABS se identifican como una buena solución para mejorar el confort térmico y la eficiencia energética y muestran las siguientes ventajas y capacidades:

  • Potencial de desplazamiento de picos.
  • Uso de la masa del edificio como TES.
  • Calefacción a baja temperatura y refrigeración a alta temperatura cerca de la temperatura ambiente, lo que da lugar a una mayor eficiencia energética de las bombas de calor, los colectores solares y los intercambiadores de calor del suelo y permite la utilización de otras fuentes de calor a baja temperatura que de otro modo serían inutilizables.
  • Facilitar el acoplamiento de sectores a través de las tecnologías “power-to-heat”.

Dentro del actual cambio en la construcción hacia métodos de construcción más ecológicos, la madera está adquiriendo cada vez más importancia.

El proyecto aHolz, sobre la base de estudios de parámetros dentro de simulaciones en estado estacionario y transitorio, se investiga la funcionalidad y la utilización de TABS en estructuras de madera como almacenamiento térmico.

Para ello, los investigadores están utilizando especímenes hechos de madera contralaminada (CLT) de 16 centímetros de grosor en los que se insertan tubos de aluminio-plástico en los que circula un fluido: agua caliente. A continuación, los investigadores miden la temperatura, la curva de temperatura y la producción de calor en varios puntos definidos.

Les interesan especialmente las diferencias entre la madera y el hormigón. Por este motivo, se realizan las mismas mediciones en especímenes de ambos materiales. La madera tiene una mayor capacidad calorífica específica.


Especímenes de madera y hormigón – Imagen de Daniel Heidenthaler

Sin embargo, la densidad de la madera es significativamente menor, lo que significa que la capacidad total no puede competir con el hormigón. Además, la madera tiene una menor conductividad térmica. “Por eso, la propagación del calor es mucho más lenta con la madera“, afirma Thomas Schnabel, jefe de investigación del Departamento de Tecnología de la Madera y Construcción en Madera de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Salzburgo y diorector del proyecto.

Se utilizaron simulaciones por ordenador para determinar de antemano la profundidad óptima de las tuberías. Se demostró que es mejor colocarlos cerca de la superficie del lado que da a la habitación que se va a calentar. En cambio, con el hormigón, los tubos pueden colocarse a mayor profundidad en el material. Para conseguir un calentamiento uniforme, se seleccionó una distancia entre tubos de 30 centímetros, es decir, una red de tubos mucho más estrecha que la del hormigón.

El objetivo de este proyecto es investigar los fundamentos de la activación térmica de la madera maciza para posibles aplicaciones futuras. Para ello, se determinarán a escala de laboratorio los parámetros importantes del material (por ejemplo, los valores de conductividad térmica y la densidad aparente) de diferentes tipos de madera y otros materiales. A partir de estos resultados, se desarrollan posibles estructuras de los componentes del edificio que permitan una óptima propagación del calor. Los diferentes componentes se evalúan y desarrollan mediante simulaciones numéricas de los estados estables y transitorios. Además, se fabricará un prototipo a escala de laboratorio y se controlará en diferentes condiciones ambientales. Los valores empíricos del desarrollo se transmitirán a las empresas en forma de talleres.

Los investigadores también quieren examinar los posibles efectos a largo plazo de la circulación constante de calor en la madera.

Durante el año 2020, Heidenthaler et aliv presentaron un paper en la 6th International Conference on Smart Energy Systems en la que adelantan unas conclusiones.

Hay ventajas en comparación con la realización de TABS en estructuras de hormigón. Aunque la temperatura de calentamiento y enfriamiento del sistema dentro de las construcciones de hormigón está muy limitada debido a los criterios de confort, la temperatura puede variar mucho en las estructuras de madera. Otro factor importante en relación con el uso de masas de edificios como almacenamiento térmico es el comportamiento dinámico. Las simulaciones inestables indican que las estructuras de madera pueden almacenar energía térmica durante un largo periodo de tiempo y liberarla posteriormente.

Dado que los distintos tipos de madera tienen diferentes conductividades térmicas, también se está investigando si el uso de capas de madera dura puede mejorar el rendimiento térmico. Además, se está experimentando con diferentes orientaciones de la dirección de las fibras, ya que la conductividad térmica de la madera también depende de la dirección anatómica, es decir, de si la fibra corre paralela o transversal al tronco. La madera de abeto que se suele utilizar para estos paneles no se acerca a la densidad y, por tanto, a la capacidad de absorción de energía del hormigón, “pero el haya tiene valores algo superiores“, dice Schnabel, pensando en el uso de especies de madera alternativas. El problema, sin embargo, es la aplicación industrial a gran escala: por un lado, la especie arbórea predominante en los bosques austriacos seguirá siendo el abeto en un futuro previsible; por otro lado, la producción de madera laminada cruzada a partir de otras especies de madera requeriría conversiones técnicas de proceso, por ejemplo en el encolado.

A resultas de estas investigaciones, presentaron un paperv, Thermally activated building system – innovative application for beech, en el que presentan los resultados de un TABS en paneles de madera contralaminada con una capa interior de haya de 30-60 mm de grosor.

Los resultados de la simulación en estado estacionario muestran que la madera puede utilizarse para elementos de pared o techo activados térmicamente a pesar de su baja conductividad térmica. Una innovadora combinación de capas de madera blanda y dura da lugar a una mayor densidad de flujo térmico en comparación con los elementos de construcción de madera meramente blanda. Estos resultados demuestran el gran potencial de una madera dura como el haya como material que mejora la funcionalidad de los TABS.

Por último, independientemente del material utilizado, también se trata de integrar las tuberías, lo que es fácil de hacer en el laboratorio, pero ciertamente no es tan fácil a escala industrial“, afirma Schnabel. En cuanto a la conductividad térmica, factor clave en la activación térmica, el experto sólo ve pequeñas diferencias entre las especies de madera.

La investigacción de Heidenthaler et al.

Y en el mes de junio pasado, Heidenthaler et al han publicado un papervi revisado, Comparative analysis of thermally activated building systems in wooden and concrete structures regarding functionality and energy storage on a simulation-based approach, en la que se profundiza más en las investigaciones desarrolladas hasta ahora.

Este paper es importante. Resumiendo y ampliando la información cuando hace referencias a otros papers:

En el pasado se han realizado algunas investigaciones sobre TABS en estructuras de madera.

Wehsener et al.vii investigaron paneles de madera maciza de tres capas con diferentes estructuras de capa con respecto a su resistencia a la flexión y estabilidad dimensional en un clima diferencial. Se desarrollaron tableros de madera maciza que, además de funciones de carga, también asumen funciones de calefacción y refrigeración. El fluido era agua. Los elelemtos TABS pueden instalarse como calefacción/refrigeración de superficie principalmente en la zona de las paredes. Sin embargo, también pueden utilizarse en techos y suelos. En comparación con las muestras de referencia, se observó una disminución de la resistencia a la flexión y de la estabilidad dimensional. Se llevaron a cabo otras investigaciones para optimizar la transferencia de calor mediante pruebas higrotérmicas. Como resultado de las curvas de calentamiento y de las densidades de flujo térmico determinadas, se pudo determinar que los paneles con madera de haya, tanto en la capa intermedia como en la orientada hacia la habitación (de 4 mm de espesor), y con una colocación en espiral de las tuberías, una separación de los tubos de 80 mm, eran los óptimos.

Paneles de CLT con tuberías integradas

La capacidad de almacenamiento térmico de los TABS ha sido investigada por Kornadt et al.viii y Mindrupix. Llegaron a la conclusión de que los edificios de construcción extremadamente pesada pueden lograr una reducción anual de hasta el 9% en la demanda de energía de calefacción útil en comparación con los edificios de construcción extremadamente ligera. Además, en caso de que falten medidas constructivas de sombreado, la masa del edificio tiene el potencial de reducir el sobrecalentamiento en verano y aumentar el confort térmico. En cuanto a los TABS, se ha demostrado la viabilidad de los TABS basados en el aire en estructuras de madera mediante varios prototipos, pero no se han considerado los sistemas basados en el agua.

Kornadt et al., en referencia a prototipos en madera, resumen así:

La capacidad máxima de calefacción y refrigeración que puede alcanzar el prototipo B probado depende de la temperatura de alimentación y está limitada por el contenido de humedad de la madera. Los ensayos y las simulaciones han demostrado que es posible una capacidad de calentamiento de 47 vatios por m² de superficie del elemento de forma permanente a temperaturas del aire ambiente de 20 °C y 50 % de H.R. sin perjudicar los elementos de madera contralaminada. Para ello es necesario que la temperatura del flujo de aire del sistema sea como máximo de 45 °C. En climas ambientales extremadamente secos, con menos de un 30 % de h.r., la potencia calorífica permanentemente admisible debe reducirse para evitar grietas de contracción en la superficie del elemento.

En el modo de refrigeración, no debe superarse una potencia permanente del sistema de 24 vatios por m² de superficie del elemento para evitar contenidos de humedad de la madera superiores al 20 M-%.”

El prototipo B

Metodología

La investigación de Heidenthaler et al. trata de los TABS basados en agua en estructuras de madera en comparación con las estructuras de hormigón, investigando únicamente el flujo de calor alcanzable y las correspondientes temperaturas superficiales, así como el potencial relativo a la capacidad de almacenamiento de calor. La funcionalidad de los TABS en estructuras de madera en lo que respecta al rendimiento térmico y al potencial de almacenamiento de energía se evaluó mediante simulaciones en estado estacionario y transitorio. En total, se contemplaron cuatro variantes de madera (radial/tangencial de abeto, longitudinal de abeto, radial/tangencial de haya y longitudinal de haya), así como cinco combinaciones compuestas por las cuatro variantes básicas, y dos profundidades de montaje en el comportamiento tanto en estado estacionario como transitorio, y se compara con el TABS de hormigón. El abeto es una especie de madera blanda con una baja conductividad térmica, mientras que el haya es una especie de madera dura con una conductividad térmica relativamente alta.

La capacidad del TABS viene determinada por el intercambio de calor entre la superficie radiante y el aire de la sala (coeficiente de intercambio de calor convectivo y radiante), la conducción de calor entre las tuberías y la superficie radiante (conductividad térmica de los diferentes materiales, grosor de las capas y distancia entre las tuberías), el espaciado y profundidad de las tuberías, así como el intercambio de calor entre el fluido y las tuberías.

A grandes rasgos, la conductividad térmica longitudinal es dos veces mayor que la conductividad térmica radial/tangencial. Teniendo en cuenta esta información, las cuatro variantes básicas de madera mencionadas comprenden la mayoría de las propiedades térmicas posibles y razonables de las estructuras de madera.

Los tubos modelados son de PE-X (polietileno reticulado) con un diámetro exterior de 16 mm y un grosor de 2 mm. La profundidad de montaje, medida desde la parte inferior de la tubería, varía entre 3 cm y 6 cm en los modelos simulados.

Las estructuras de techo analizadas representan una madera maciza de abeto con una conductividad térmica de 0,130 W/(mK) (radial/tangencial), abeto con una conductividad térmica de 0,256 W/(mK) (longitudinal) y una densidad para el abeto de ρ = 500 kg/m3), haya con una conductividad térmica de 0 176 W/(mK) (radial/tangencial), haya con una conductividad térmica de 0,392 W/(mK) (longitudinal) y una densidad para el haya de ρ = 796 kg/m3), hormigón armado con una conductividad térmica de 2.300 W/(mK) y un grosor de la capa activada térmicamente de 16 cm, así como combinaciones de estas especies de madera.

Estructuras de techo de las variantes simuladas, combinaciones, todas las especificaciones están en centímetros.

En la literatura se pueden encontrar valores límite y recomendaciones para una diferencia máxima de temperatura entre la temperatura del aire de la habitación y la temperatura media de la superficie de las superficies de los cerramientos de la habitación para satisfacer los criterios de confort para la temperatura operativa. De acuerdo con lo anterior, con una temperatura ambiente supuesta de 20,0 °C y un valor límite de 4 K, la temperatura media de la superficie del TABS no puede superar los 24,0 °C.

Resultados y discusión

Los resultados demuestran que el flujo de calor alcanzable y la temperatura media de la superficie resultante dependen linealmente de la temperatura del fluido suministrado. La profundidad de montaje tiene un mayor efecto sobre el flujo térmico alcanzable en la madera que en el hormigón.

En cuanto a los criterios de confort, la temperatura media de la superficie no puede superar los 24 °C. Este valor límite ya se alcanza con una temperatura del fluido de 25,6 °C para el hormigón con una profundidad de montaje de 6 cm, mientras que para la madera con una profundidad de montaje de 6 cm se requieren temperaturas del fluido de 31,2 °C (haya, longitudinal), 34,8 °C (abeto, longitudinal), 39,5 °C (haya, radial/tangencial) y 45,0 °C (abeto, radial/tangencial). Para una profundidad de montaje de 3 cm, este límite se alcanza en el hormigón a una temperatura del fluido de 25,3 °C y en la madera a 29,0 °C (haya, longitudinal) 31,4 °C (abeto, longitudinal), 34,7 °C (haya, radial/tangencial) y 38,3 °C (abeto, radial/tangencial).

Una comparación de la densidad de flujo térmico alcanzable con los requisitos de la literatura demuestra que las densidades de flujo térmico para TABS en estructuras de madera, teniendo en cuenta los criterios de confort, son suficientes para edificios eficientes de bajo consumo energético según las normas europeas.

En varias normas para edificios de bajo consumo energético en Europa, los criterios relativos a la carga máxima para la calefacción de espacios, van desde 10 W/m2 hasta 20 W/m2. Dependiendo de los criterios de confort requeridos y del sistema individual, los edificios con características de carga máxima térmica aún más elevadas pueden calentarse suficientemente sólo con TABS en estructuras de madera. En este estudio, se alcanzan densidades de flujo térmico de hasta 114 W/m2 para TABS en estructuras de madera (longitudinal de haya, profundidad de montaje de 3 cm).

La distribución de la temperatura en el hormigón es casi homogénea, mientras que en las variantes de madera es muy poco homogénea.

Distribución de la temperatura inicial de las variantes simuladas, con las variantes básicas y combinaciones.

En total, la cantidad de energía térmica almacenada en las variantes básicas de madera a una profundidad de montaje de 6 cm supera a la almacenada en el hormigón en 280 Wh para el abeto radial/tangencial, 15 Wh para el abeto longitudinal, 368 Wh para el haya radial/tangencial y 49 Wh para el haya longitudinal. La comparación de las variantes con respecto a las diferentes profundidades de montaje revela que, en el hormigón, una variación de la profundidad de montaje apenas tiene efecto sobre la cantidad de energía almacenable, mientras que en la madera se observa una diferencia evidente entre las variantes de 3 cm y 6 cm.

Debido a la falta de homogeneidad de la madera y a las propiedades físicas divergentes según la especie de madera, se analizaron combinaciones de las variantes de madera.

En comparación con las variantes básicas, el flujo térmico alcanzable dentro de las combinaciones apenas aumentó. La combinación 4 parece ser un buen compromiso, consiguiendo una alta capacidad de almacenamiento y una buena relación de Q1 y Q2 al mismo tiempo. Además, la temperatura inicial del fluido es comparativamente baja, lo que supone una ventaja adicional.

En la literatura, se pueden encontrar muchos análisis de diferentes sistemas de TABS. Destaca el estudio de Kornadt et al. El fluido utilizado es el aire, a diferencia del agua en este estudio. En estado casi estacionario, el montaje experimental alcanza una densidad de flujo de calor media de aproximadamente 42 W/m2 a una temperatura del aire de suministro de 45 °C, aunque el flujo de calor medido fluctúa entre 37 W/m2 y 50 W/m2 debido a la variación de la temperatura y la humedad del aire ambiente.

Conclusiones de la investigación

Los resultados muestran que los TABS en estructuras de madera son fundamentalmente funcionales y pueden alcanzar densidades de flujo térmico adecuadas para la calefacción de edificios eficientes de bajo consumo energético, cumpliendo al mismo tiempo los requisitos de confort (por ejemplo, la temperatura de la superficie). Sin embargo, se requieren temperaturas de fluido significativamente más altas para que los TABS en estructuras de madera alcancen densidades de flujo térmico comparables que en el sistema bien establecido en estructuras de hormigón.

Una posibilidad de aumentar el flujo térmico es la reducción de la profundidad de montaje. Además, la mayor conductividad térmica de las especies de madera dura como el haya, así como de las diferentes especies de madera en dirección de la veta, resulta ventajosa en lo que respecta a las densidades de flujo térmico alcanzables. El flujo térmico más elevado se consigue en el caso de la haya, longitudinalmente, así como en la combinación 3 con una profundidad de montaje de 3 cm, que apenas difieren entre sí. Por lo tanto, estas variantes deberían considerarse en futuras aplicaciones de TABS en estructuras de madera.

Las investigaciones futuras en este campo, para conseguir un mayor flujo térmico manteniendo la eficiencia energética de estos sistemas debido a las bajas temperaturas, podrían incluir, por ejemplo, una utilización de las placas de difusión de calor habituales en los sistemas de calefacción por suelo radiante o una reducción de las distancias entre los centros.

El análisis del comportamiento dinámico revela que, suponiendo la misma potencia térmica en la parte inferior del techo activado, los TABS en estructuras de madera son igualmente eficaces como almacenamiento de energía térmica que los TABS en hormigón, aunque la cantidad de energía almacenable depende en gran medida de la profundidad de montaje, así como de las propiedades termofísicas de la especie de madera. Las especies de madera dura con una alta conductividad térmica y densidad, como el haya, demuestran ser ventajosas en lo que respecta a las capacidades de almacenamiento térmico más elevadas y deberían considerarse en otras aplicaciones, mientras que el cambio de la dirección de la veta dio lugar a una disminución de la capacidad de almacenamiento térmico para las variantes básicas. Una combinación de madera con baja conductividad térmica en la capa superior e inferior y madera con alta conductividad térmica cambiando la dirección del grano en el medio provoca un aumento con respecto a la capacidad de almacenamiento térmico (combinaciones 4 y 5 en comparación con las variantes básicas con abeto longitudinal y haya longitudinal). La opción antes mencionada de aumentar el rendimiento térmico reduciendo la profundidad de montaje es contraproducente con respecto a la capacidad de almacenamiento, ya que también provoca una disminución de la energía térmica almacenada. Además, el flujo de calor ascendente no intencionado en la madera no es despreciable. Para reducir el flujo de calor ascendente, debería considerarse en futuras investigaciones el impacto del relleno aislante del calor. Según los modelos de simulación considerados con una profundidad de montaje de 6 cm, se puede almacenar más energía en la mayoría de las variantes de madera que en el hormigón.

Por lo tanto, un aumento de la capacidad de almacenamiento térmico del sistema mediante el uso de otros tipos de madera con mayor capacidad de almacenamiento térmico y densidad puede contribuir a una mayor optimización del sistema.

En conclusión, la variante básica con haya longitudinal, así como la combinación 3 con una profundidad de montaje de 3 cm, alcanzan el mayor flujo térmico de todas las variantes simuladas, aunque tienen un bajo potencial de almacenamiento térmico. Debido al potencial de almacenamiento algo mayor de la variante básica, esta variante es ligeramente superior a la combinación 3. Centrándonos en el potencial de almacenamiento térmico, la variante básica con haya radial/tangencial, así como la combinación 2 para una profundidad de montaje de 6 cm, demuestran ser igualmente eficaces, aunque la variante básica requiere una temperatura inicial del fluido más baja y, por tanto, parece ser preferible. La combinación 4 parece ser un buen compromiso para ambas, la variante con 3 cm y 6 cm de profundidad de montaje respectivamente, que combina un potencial de almacenamiento comparativamente alto con una densidad de flujo de calor elevada.

Objetivo a largo plazo: refrigeración

De momento, los investigadores sólo se ocupan de la calefacción. Un objetivo deseado para futuros proyectos es investigar también el potencial de refrigeración. Esto se debe a que el principio de la activación de los componentes térmicos puede invertirse y, por tanto, utilizarse también para la refrigeración, lo que constituye el estado de la técnica en la construcción de hormigón. El calor ambiente es absorbido por el material, transferido al líquido y transportado por éste.

La activación térmica es adecuada para garantizar temperaturas agradables y constantes en una casa unifamiliar de madera en determinadas condiciones, dependiendo del diseño arquitectónico del edificio, entre otras cosas“, está convencido Schnabel.

El proyecto PhyTAB – Potenziale hygrothermisch aktivierter Bauteile (El potencial de los componentes de los edificios activados higrotérmicamente)

En el marco de un proyecto de investigación ya concluido en 2018, “Índice de capacidad de almacenamiento de calor“, en el marco de la Universidad Técnica de Múnich (TU Munich o TUM), Alemania, se desarrolló un índice de capacidad de almacenamiento de calorx para varios métodos de construcción. Por otro lado, se demostró hasta qué punto los componentes prefabricados y activados térmicamente hechos de madera contralaminada pueden garantizar la calefacción y la climatización de las habitaciones. Aquí, la activación térmica tiene lugar a través de canales fresados por los que fluye aire preacondicionado.

El proyecto de continuación “PhyTAB”, que comenzó en 2019, tiene como objetivo corroborar los resultados del proyecto anterior y mejorar aún más los potenciales.

PhyTAB se basa en simulaciones y mediciones en laboratorio y a escala real para arrojar luz sobre el funcionamiento óptimo de los elementos de madera masiva activados térmicamente (TAM), su integración en los servicios del edificio y su comportamiento higrotérmico. Además, se investigará hasta qué punto el edificio puede utilizarse como medio de almacenamiento más allá del puro almacenamiento de calor sensible, almacenando el calor latente mediante procesos higrotérmicos, con el fin de aliviar la red eléctrica con una gestión inteligente de la carga. Los resultados se validarán en pruebas a largo plazo en cubos de ensayo en condiciones reales. En el marco de “PhyTAB”, se está investigando el potencial de las superficies higroscópicamente activas (HAO) en particular, con el objetivo de aplicar este conocimiento al desarrollo posterior de componentes de madera sólida activados térmicamente (TAM).

Mediante el control de las superficies higroscópicas en el interior acondicionado periódicamente, se investigará hasta qué punto la masa higrotérmica de los materiales de las superficies permite ahorrar energía en la climatización de los edificios. Cuando la humedad del aire interior es baja y las temperaturas son más altas, por ejemplo durante el día debido a la irradiación solar, la humedad se desorbe de las superficies higrotérmicamente activas y, por lo tanto, tiene un efecto refrigerante. Por la noche, con temperaturas del aire más bajas y una mayor humedad relativa, la humedad del aire se adsorbe en la superficie del componente y su temperatura superficial aumenta.

Para ello, está previsto optimizar los componentes de madera maciza activados térmicamente (TAM) en lo que respecta a los procesos de fabricación, la geometría de las vías de circulación y la integración específica óptima de los componentes en los servicios del edificio. Se están creando bases de planificación para diversos escenarios de aplicación de la TAM y se están desarrollando los requisitos específicos de los productos desde su fabricación hasta su deconstrucción.

Pero, ¿cómo se comportan estos paneles de CLT activados térmicamente desde el punto de vista de la resistencia estructural?

Arnold et al., de la TU Munich, publicó un paper, Mechanical properties of innovative multifunctional cross laminated timberxi, donde muestran el resultado de su trabajo. Se investigaron la resistencia y rigidez a la compresión, la carga de pandeo, la resistencia y rigidez al corte en el plano y la rigidez a la torsión de los CLT multifuncionales mediante una amplia serie de ensayos mecánicos. Además, se analizará el comportamiento de la deformación del CLT multifuncional bajo cambios de humedad, así como el posible agrietamiento en las capas frontales.

Ensayos de flexión biaxial de un CLT multifuncional

Los principales resultados de esta investigación son:

  • La reducción del área de la sección transversal a través de los canales no tiene necesariamente una influencia significativa en la resistencia a la compresión y la rigidez de los elementos.
  • En lo que respecta a la determinación de la resistencia y rigidez a cortante en el plano, los canales provocan una ruptura de las capas funcionales y, como resultado, un fallo neto a cortante de la sección transversal restante. Sin embargo, debido a la alta calidad de las capas frontales encoladas en los bordes, la rigidez al cizallamiento de las secciones transversales multifuncionales completas está al mismo nivel o más alto que la del CLT convencional.
  • Las cargas de pandeo de los paneles multifuncionales son menores que las de la serie de referencia, entre otras cosas porque los canales provocan un cambio en el centro de gravedad de los elementos y, por tanto, una excentricidad. Con una carga de pandeo inicial media de 0,61 MN/m, las series multifuncionales demuestran ser lo suficientemente resistentes como para ser utilizadas como muros de carga. La carga de pandeo es muchas veces superior a la de las construcciones de entramado de madera de un grosor comparable.
  • Las extensas pruebas climáticas demuestran claramente que la calidad de la capa frontal es importancia decisiva para el comportamiento de la deformación y el patrón de grietas bajo térmico. Por lo tanto, es aconsejable utilizar paneles de madera maciza de alta calidad de una o tres capas para la capa exterior.

Se sigue avanzando en la investigación en lo que respecta a la resistencia al fuego y se desarrollará un catálogo de técnicas de conexión.

El ensayo de Klaus Mindrup

Es el ensayo de Klaus Mindrup, Raumklimatisierung durch thermisch aktivierte Massivholzelemente. Konzeptentwicklung, Leistungsbetrachtung und Ableitung von Auslegungswerkzeugenxii (Climatización de la habitación mediante elementos de madera maciza activados térmicamente. Desarrollo del concepto, consideración del rendimiento y derivación de las herramientas de diseño) el documento más interesante. Se explican los fundamentos técnicos y científicos necesarios para poder desarrollar un producto específico para el fabricante. El trabajo se caracteriza por su alto grado de interdisciplinariedad en los problemas a resolver. En este sentido, se centra en los campos de la física de la construcción termohíbrida, la construcción de madera estructural y la tecnología del clima interior. El concepto de “elementos de madera maciza activados térmicamente” se presenta y discute a nivel de componente, a nivel de habitación y a nivel de edificio.

A nivel de componentes, el sistema desarrollado se comparó con dos sistemas establecidos de calefacción y refrigeración de superficies. El elemento básico es un panel estandarizado de madera contralaminada (CLT). Mediante una activación térmica integrada, debería ser posible utilizar el panel de CLT con acabado industrial y superficie de madera visible en el lado de la habitación como sistema de calefacción y de refrigeración para la climatización de la habitación. Entonces, se fresan unas ranuras para colocar circuitos de fluidos, y deben integrarse en el panel de forma que se consiga un compromiso óptimo entre el rendimiento térmico del sistema y la protección contra el fuego, el sonido, la humedad y el calor y las propiedades estructurales de la madera contralaminada. La interfaz de servicios públicos entre el panel de CLT maciza activado térmicamente y la red de servicios públicos del edificio se desarrollará como un punto de conexión normalizado, en la estructura del suelo.

Estructura básica de los elementos de madera maciza activados térmicamente

La activación térmica se realiza mediante un circuito de aire del sistema cerrado. La interfaz en este ejemplo es una unidad de aire acondicionado con intercambiador de calor agua-aire. El aire del sistema se lleva a la temperatura requerida fuera del elemento de madera maciza y se hace circular mediante un ventilador. La disposición de los conductos en forma de arpa doble, equilibrada hidráulicamente y cercana a la superficie del lado de la habitación, garantiza un flujo uniforme a través de todo el elemento. Esto permite que las conexiones del sistema sean accesibles en el nivel de suministro de la estructura del suelo o del techo. Otra ventaja importante de esta disposición es que las diferencias de presión entre los conductos están prácticamente equilibradas desde el punto de vista aerodinámico, ya que todas las vías de flujo tienen aproximadamente la misma longitud.

Los resultados mostraron que los prototipos fabricados rinden aproximadamente el 65% del rendimiento térmico de los sistemas de referencia.

A nivel de habitación, los panel de CLT activados térmicamente pueden configurarse como elementos de suelo (más improbable), pared (más probable) o techo, dependiendo de diversos factores: accesibilidad, visibilidad, idoneidad de la zona y estandarización.

Sin embargo, los suelos activados térmicamente son muy adecuados para la calefacción desde un punto de vista físico y termofisiológico, pero sólo en una medida muy limitada para la refrigeración. En el caso de los techos ocurre exactamente lo contrario. Por el contrario, los elementos de pared son, como mínimo, poco críticos e incluso ventajosos en el modo de calefacción.

En este estudio, se decidió que los paneles activados térmicamente sean de pared, por dos razones: la accesibilidad y la visibilidad de la habitación.

Posibles configuraciones de paneles CLT activados térmicamente; izquierda: pared interior, en el centro: pared divisoria de zona/vivienda; derecha: pared exterior. La coloración rojiza sirve para indicar la ubicación de los circuitos de fluidos portadores de calor en cada caso

Según la carga de calefacción y refrigeración del espacio, los elementos de pared activados térmicamente necesarios se muestran en color marrón. Para el acondicionamiento climático interior de la oficina colectiva totalmente acristalada en un lado se necesitan un total de doce elementos de madera maciza activados térmicamente.

Oficina colectiva con unos 76 m² de superficie, fachada totalmente acristalada con protección solar exterior, doce elementos de madera maciza activados térmicamente

A nivel de edificio, dentro del límite de equilibrio de la energía útil, se contabilizan los flujos de calor que son decisivos para el clima térmico interior. Incluye, por un lado, las pérdidas de calor por transmisión (QT) y convección (QV) y, por otro, las ganancias de calor. En el caso de las ganancias, se distingue entre las ganancias pasivas, como la radiación solar penetrante (QS) y las fuentes de calor internas (QI), y las ganancias activas a través del sistema de calefacción (Qout). La tarea del control de la temperatura ambiente consiste en ajustar la potencia suministrada por el sistema de calefacción (Qout) de manera que compense las pérdidas menos las ganancias solares e internas y mantenga la temperatura ambiente en el nivel deseado.

Diagrama de flujo de energía de un edificio, que forman la interfaz de la frontera de balance de energía útil con el suministro de energía del edificio.

Fuera del límite del balance de energía útil, se equilibran todos los flujos de energía que deben gastarse dentro del edificio para transferir la energía útil (Qout) a su destino. En el caso de los elementos de madera maciza con aire y activados térmicamente con una unidad de aire acondicionado descentralizada, también se producen flujos de energía auxiliares (en gris) que deben tenerse en cuenta para el funcionamiento del ventilador.

Para que el funcionamiento de la refrigeración sea eficiente desde el punto de vista energético, es necesario optimizar la aerodinámica para reducir las pérdidas de presión en las vías de flujo de aire del panel.

Además de los diseños de elementos de madera maciza activados térmicamente que se describen aquí, son concebibles muchos otros escenarios de aplicación. Por ejemplo, una aplicación concebible en regiones con una elevada demanda de energía de refrigeración durante el día y elevadas diferencias de temperatura del aire entre el día y la noche se describiría como sigue. La activación térmica puede utilizarse para hacer circular aire fresco del exterior a través de los paneles durante la noche para preenfriarlos para el día siguiente. De este modo, pueden absorber mucho más calor durante el día y amortiguar eficazmente el sobrecalentamiento de las habitaciones efectivamente durante el día.

Conclusiones del ensayo

El sistema integrado en el componente del edificio permite crear unas condiciones climáticas interiores confortables durante todo el año, incluso si las superficies del lado de la habitación van a tener un acabado de madera vista.

El agua, como fluido de transferencia de calor, no se utiliza en este trabajo debido al alto riesgo de daños en las tuberías del elemento de madera laminada cruzada, por razones de fabricabilidad y con vistas a la separabilidad del material al final del ciclo de vida.

La configuración como elemento de pared resulta ventajosa, ya que puede utilizarse tanto para la calefacción como para la refrigeración. Además de la fisiología térmica, la transferencia de calor por convección en el elemento de la pared debe evaluarse positivamente en comparación con el suelo y el techo en ambos modos de funcionamiento. Otra ventaja de la configuración como panel de pared se revela por la normalización del tamaño de los elementos necesarios para el sistema.

En cuanto a la fabricación de los paneles activados térmicamente, se deben utilizar capas de tablero encoladas por el lado estrecho en todas las capas para aumentar la hermeticidad de los elementos y la resistencia mecánica durante el fresado.

La capacidad máxima de calefacción y refrigeración que pueden alcanzar los prototipos probados depende de la temperatura del flujo y de la profundidad de la posición de los conductos de aire. Está limitado por el contenido de humedad de la madera. Las pruebas y simulaciones demuestran que con los elementos de madera maciza activados térmicamente, fabricados con madera de abeto, es posible alcanzar permanentemente una capacidad de calentamiento de 47 vatios por m² de superficie del elemento, en condiciones de aire ambiente de 20 °C y 50 % de h.r., sin perjudicar los elementos de madera laminada transversalmente. En el prototipo B, esto se consigue con una sobretemperatura del medio de calentamiento de 23,5 K.

En climas extremadamente secos, con humedades relativas inferiores al 30 %, debe reducirse la potencia calorífica admisible de forma permanente para evitar los bajos contenidos de humedad de la madera y las grietas por contracción que se producen en la superficie del elemento. La capacidad de refrigeración específica de la superficie permitida también se determina por el criterio del punto de rocío. Esto se implementa en el sistema de control y evita las temperaturas del sistema a corto plazo por debajo del punto de rocío del aire de la habitación. En condiciones normales de aire ambiente de 20 °C y 50 % de h.r., la potencia frigorífica específica permanentemente admisible es de 24 W/m² para evitar valores de humedad de la madera u > 20 %. En el caso del prototipo B, esto se consigue con una subtemperatura del refrigerante de -12 K.

A nivel de sala, el sistema se prueba utilizando el modelo validado en un escenario de aplicación virtual y representativo. Se trata de una oficina doble con ventilación natural, con una fachada de ventanas orientadas al sur, con un 70% de acristalamiento y protección solar exterior. La simulación de la temperatura ambiente operativa muestra que la instalación de cuatro paneles de CLT activados térmicamente es suficiente para que la oficina garantice unas condiciones climáticas confortables durante todo el año.

Para conseguir un alto rendimiento térmico del sistema y un bajo aumento de la temperatura del aire del sistema, así como un bajo retraso en el encendido, se recomienda construir la capa de cobertura del lado de la habitación por encima de los conductos activados térmicamente lo más fina posible. Como capa de recubrimiento del lado de la habitación se puede utilizar un tablero de tres capas de aproximadamente 15 mm de grosor, opcionalmente del mismo tipo de madera.

Propuesta de un prototipo C (el grosor del aislamiento no está a escala)

Cuando se utilicen los elementos de madera maciza activados térmicamente en entornos muy húmedos, se deberá seguir investigando la sorción y desorción del vapor de agua en la superficie de la madera en función de la temperatura. De este modo, se podría aumentar el rendimiento térmico de los elementos, que está limitado debido al desarrollo de la humedad del material.

Conclusión

Más pronto que tarde, ocurrirá un cambio de paradigma en la calefacción y refrigeración de los edificios. Hay que cambiar de estrategia: menos sistemas y materiales, que vamos acumulando, y más soluciones elegantes que implementan una, cada vez mejor, comprensión de la termodinámica. Soluciones alimentadas, única y exclusivamente, por energía eléctrica descarbonizada. Es decir, repensar y deshacernos de tecnologías que parten de un punto de vista equivocado o superado.

Un ejemplo muy significativo es la “refrigeración radiante” que proponen Forrest Meggers y su equipo con su sistema Cold Tube. Véase aquí, aquí, aquí, aquí y aquí. El aire acondicionado ya no será lo que es hoy.

Por cierto, hay ciertas similitudes entre los paneles CLT activados térmicamente y el Aislamiento Dinámico, y el sistema Cold Tube …

Otras fuentes consideradas:

Lang, Raimund. “Mit Aktiviertem Brettsperrholz in Den Wänden Heizen.” Der Standard, 7 May 2021.

Loibner, Michael. “Eine Holzdecke, Die Wärme Speichert Und Wieder Abgibt.” Die Presse, 28 Apr. 2021.

Mindrup K., Winter S.: Thermal activation of solid timber elements for indoor climate control. Conference Paper, WCTE. Seoul, 2018.

Zukunft Bau_Potenziale Hygrothermisch Aktivierter Bauteile, Zukunft Bau, 2021, vimeo.com/510352077.

Indice de referencias:

iAlter, Lloyd. “A Primer on Reducing Embodied Carbon.” Treehugger, Dotdash, 29 Apr. 2021, http://www.treehugger.com/best-insulation-for-reducing-embodied-carbon-5181262

iiTurnbull, Geoffrey, et al. “Embodied Carbon Values in Common Insulation Materials.” KPMB Lab, KPMB Architects, May 2021, http://www.kpmb.com/lab/embodied-carbon-values-in-common-insulation-materials/

iiiAlter, Lloyd. “What Exactly Is a Zero Carbon Building? There Is Finally a Definition.” Treehugger, Dotdash, 16 June 2021, www.treehugger.com/what-is-a-zero-carbon-building-5189127.

ivHeidenthaler, D.; Leeb, M.; Reiter, T.; Lippert, M.; Huber, H.; Schnabel, T. (2020): Thermally activated building systems in wooden structures, 6th International Conference on Smart Energy Systems, (6. – 7. October 2020) Aalborg, Denmark.

vHuber, Hermann; Heidenthaler, Daniel; Lippert, Marcel; Leeb, Markus; Lesar, Boštjan; Reiter, Thomas; Alexander Petutschnigg, Alexander; Schnabel, Thomas. Thermally activated building system – innovative application for beech. Conference paper, 9th Hardwood Proceedings. Sopron, Hungary, 2020.

viHeidenthaler, Daniel & Leeb, Markus & Schnabel, Thomas & Huber, Hermann. (2021). Comparative analysis of thermally activated building systems in wooden and concrete structures regarding functionality and energy storage on a simulation-based approach. Energy. 233. 121138. 10.1016/j.energy.2021.121138.

viiJ. Wehsener, T. Schulz, J. Gecks, N. Bishara, D. Krug, R. Plagge, Untersuchungen zu mehrlagigen Massivholzplatten als Heiz- und Kühlelement, Bauphysik, 38 (3) (2016), pp. 129-134, 10.1002/bapi.201610015

viiiO. Kornadt, S. Carrigan, T. Schöndube, S. Winter, K. Mindrup, G. Knieriemen, et al. Dynamisch thermisch-hygrisches Verhalten von Massivbaukonstruktionen: Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude aus Mauerwerk und thermisch aktivierbare Massivholzelemente. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart (2019). Hay un una versión en inglés aquí.

ixMindrup, K. Raumklimatisierung durch thermisch aktivierte Massivholzelemente: Konzeptentwicklung, Leistungsbetrachtung und Ableitung von Auslegungswerkzeugen [Dissertation]. Technische Universität München, München (2019)

xKornadt et al.

xiArnold, Matthias & Dietsch, Philipp & Winter, Stefan. (2021). Mechanical Properties of Innovative Multifunctional Cross Laminated Timber. 10.14459/2021md1608914.

xiiMindrup, K.

Construir una estructura de madera implica garantizar su longevidad al tiempo que se asegura la seguridad y el confort de sus ocupantes. Para ello, es necesario respetar las reglas del arte de la acotación y la ejecución.

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Referencia bibliográfica del libro:

Brassy, Julien; Mabert, Mathieu; y Le Neve, Serge. Initiation à la charpente. Justification d’éléments simples aux eurocodes. Editado por FCBA, 2013, 187 pp, ISBN 978-2-85684-079-5.

En:

Un número reciente de la Revista de Arquitectura de Graz (GAM), publicada anualmente por la Facultad de Arquitectura de la Universidad Politécnica de Graz desde 2004, trata sobre la madera como material de construcción.

Como material de construcción orgánico, la madera es especialmente apreciada en tiempos de crisis climática. Integrado en ciclos de recursos respetuosos con el medio ambiente, su poder innovador se demuestra cuando, como material, se convierte en un componente de nuevos desarrollos tecnológicos y usos híbridos que pueden hacer frente a tareas arquitectónicas actuales y complejas. La nueva forma de concebir la madera como material de construcción del futuro, muy moderna y cambiante, no ha hecho más que empezar.
GAM.17 da una nueva mirada a la madera en su complejidad y potencial arquitectónico, presentando conceptos constructivos y de diseño que exploran el potencial del material para una construcción más respetuosa con el clima. Esto se complementa con un repaso a la historia de la construcción en madera y sus enredos ideológicos, que han obstaculizado durante mucho tiempo el desarrollo de este material de construcción.

Con contribuciones de:

Reyner Banham, Alan Crivellaro, Formafantasma, Don Fuchs, Urs Hirschberg, Anne Isopp, Tom Körner, Jens Ludloff, Flavio Ruffinatto, Laila Seewang, Kai Strehlke, Stephan Trüby, Anselm Wagner, Stefan Winter, Francesca Zanotto

Referencia bibliográfica del libro:

Banham, Reyner, et al. Wood. Rethinking Material. Edited by Tom Kaden, vol. 17, GAM, Jovis Berlag , 2021, 296 pp, ISBN 978-3-86859-663-2.

En:

https://www.jovis.de/en/books/details/product/gam-17.html

https://www.tugraz.at/en/fakultaeten/architecture/publications/graz-architecture-magazine-gam/gam17-wood-rethinking-material/

Descarga del índice:

https://www.tugraz.at/fileadmin/user_upload/Fakultaeten/Architektur/Bilder/GAM/GAM.17/Inhaltsverzeichnis_GAM.18.pdf