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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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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

Se trata de diseñar edificios más sostenibles y resistentes al clima. La construcción moderna incorporan muchos sistemas complejos cuya producción y funcionamiento consumen mucha energía. Tras recientes investigaciones, el ingeniero Salmaan Craig propone convertir un material de construcción biogénico como el CLT, como masa térmica interna, en un intercambiador de calor que puede controlar la temperatura interior y la ventilación de forma pasiva. De este modo, los edificios podrían aprovechar mejor la energía del entorno, a la vez que se bloquea el carbono para los siglos venideros. Estos nuevos edificios sugieren un nuevo camino para la arquitectura sostenible.

Breathing buildings

El primer conocimiento que tuve de estas investigaciones de Salmaan Craig (que ha ayudado a construir y diseñar edificios como el Louvre de Abu Dhabi, el Masdar Institute, el Campus Apple y las oficinas de Bloomberg en Londres) fue un artículo escrito por Kiel Moe en Archpaper, “Op-ed: There’s more to timber building than treesi (de lectura muy recomendable). Dice:

[…] el ingeniero Salmaan Craig está perfeccionando un enfoque de los edificios de madera masiva sin aislamiento y de una sola capa que se ajusta a los estándares de Passivhaus. Estructura, cerramiento, lo que los arquitectos llaman aislamiento y materiales de acabado, todo en una concepción radicalmente integrada de la madera en masa. En el enfoque de Craig, los agujeros calibrados en la pared de madera maciza convierten el panel estructural en un intercambiador de calor. La conducción del calor interior a través de la madera masiva sólida calienta el aire de ventilación entrante, impulsado por la flotabilidad. Este enfoque elimina no sólo el aislamiento, sino también los intercambiadores de calor mecánicos y otros equipos. Aliviar a los futuros generaciones de edificios de las capas de construcción y los sistemas mecánicos, intensivos en carbono y de origen aleatorio, contribuye en gran medida a generar un impacto medioambiental positivo a través del diseño.

El hito más importante de las investigaciones de Salmaan Craig con el equipo de investigación del proyecto Breathing Wall Mass Timber, con Anna Halepaska, Katherine Ferguson, Preston Rains, Jacob Elbrecht, David Kennedy y Andrew Freear de Rural Studio, y Kiel Moe de la Universidad McGill, ha sido la publicación oficial de su trabajo. El artículo de investigación original, “The Design of Mass Timber Panels as Heat-Exchangers (Dynamic Insulation)ii se publicó en la revista Frontiers in Built Environment. El artículo, que es la culminación de dos años de investigación y experimentación, muestra cómo optimizar los paneles de madera maciza como intercambiadores de calor y sugiere cómo combinar los paneles con la ventilación por flotación (buoyancy).

Este proyecto forma parte de un proyecto de investigación más amplio para investigar un sistema de construcción más responsable, que reduzca el impacto ambiental y el uso de energía mediante un diseño holístico. Las prácticas de construcción actuales tienden a separar los sistemas y los materiales en categorías discretas: la envoltura del edificio de los sistemas de ventilación y los materiales de los costes energéticos. Como resultado, los costes energéticos incorporados, desde la minería hasta la fabricación y el transporte, se pasan por alto, y los sistemas de construcción no necesariamente funcionan bien juntos.

El reto es integrar estas preocupaciones en un sistema global. Esta investigación combina el cerramiento con la ventilación, lo que permite un uso más moderado de la energía en el día a día. Utilizando madera en masa -un recurso local y renovable- se reducirán los costes energéticos incorporados, ya que permite que el cerramiento funcione como estructura, aislamiento y acabado. Al reducir tanto el uso diario de energía como la energía incorporada de los materiales ylos datos conseguidos se a los procesos de construcción, se espera contribuir a la conversación sobre cómo el diseño holístico puede minimizar el impacto medioambiental de un edificio.

La Teoría del Ajuste Óptimo

En marzo de este año hubo una conferencia, disponible en Youtubeiii, organizada por MODX. No obstante, hay un videoiv donde hay una exposición más completa por parte de Salmaan Craig. Sintetiza en poco tiempo las investigaciones de Salmaan Craig y sus colaboradores hasta ahora, pero centrándose en la madera. A partir del año 2020 han elegido la madera como material de masa térmica. Ya tienen clara la dirección y la investigación empieza a ser parte de un plan más global.

Salmaan Craig propone repensar las envolventes de los edificios y esto, a su vez, está alineado en cómo se trata el carbono a lo largo del ciclo de vida de los edificios. Ha estado investigando, en los últimos 10 años, en cómo considerar las envolventes no como aislantes térmicos sino como intercambiadores de calor, y cuáles son las oportunidades de integración radical, en formas integradas de biomasa para construir con menos materiales. No basta con sustituir unos materiales por otros, es construir con monomateriales biogénicos. En otras palabras, diseñar y construir edificios con una térmica diferente desarrollando biomateriales integrados y cadenas de suministro de valor añadido que puedan evitar las emisiones de carbono relacionadas con la construcción a escala de gigatoneladas.

Integración radical

Es la integración radical de estas funciones y, para ello, se necesita diseñar arquitecturas de materiales a diferentes escalas, orquestando el calor y los flujos de masa a diferentes escalas.

Craig usa un ejemplo de la naturaleza, los montículos de termitas, como analogía para ilustrar cómo funcionarían térmicamente los edificios de madera objeto de las investigaciones mencionadas anteriormente, aunque no significa que estos edificios tengan forma de montículo.

Pero, antes, hay que entender qué es la ventilación por flotabilidad, porque es la clave para aprovechar el calor ambiental. Hay unos vídeosv que demuestran cómo funciona.

La ventilación por flotabilidad (buoyancy), también denominada “efecto chimenea”, es decir, es la ventilación natural impulsada por la diferencia de densidad del aire exterior e interior resultante de la diferencia de temperatura y humedad. Utiliza el ciclo de ventilación natural de ascenso de aire caliente y descenso de aire frío para suministrar aire a un espacio sin necesidad de sistemas mecánicos.

Cuando se piensa en ventilación natural, la gente piensa en el viento. El viento está bien, pero puede ser muy poco fiable, sobre todo en las zonas urbanas. La ventilación por flotación aprovecha el calor de las personas, los ordenadores, las fotocopiadoras, las luces y todo lo demás, y utiliza esa energía interna para impulsar un flujo constante de ventilación. Así se garantiza que se obtiene la cantidad de aire fresco que se necesita, pero también se puede regular y equilibrar la temperatura.

Cómo los montículos de termitas aprovechan la energía libre del ambiente para su aire acondicionado se explica en un artículo suyo publicado en Massive Scincevi. En pocas palabras:

“ … la temperatura exterior, que sube y baja a lo largo del día, activa térmicamente el montículo, impulsando la ventilación. […] durante el día, la masa periférica se calienta, mientras que la masa central se mantiene fría. Esto establece un gradiente de temperatura. El aire, que llena el circuito interior de chimeneas y cámaras, responde al gradiente de temperatura; sube en la periferia, baja en el núcleo. Por la noche, el gradiente de temperatura se invierte. Por tanto, también lo hace el ciclo de ventilación.

El dióxido de carbono, producido en las cámaras subterráneas, es arrastrado por la cinta transportadora de ventilación y sale a través del material de la base y la punta del montículo, donde los poros permiten su difusión. El oxígeno entra por los mismos lugares. No se escapa mucha humedad.

El montículo está formado por gránulos de tierra, unidos por la saliva de las termitas, de forma firme o suelta, según la colocación. El material, distribuido por el montículo, amortigua la onda de temperatura cuando va de la periferia al núcleo.”

Es la masa térmica de la tierra del montículo, acoplada con la ventilación por flotabilidad, la que regula la temperatura, la humedad y la ventilación en un ciclo de retroalimentación natural, arriba durante la noche y abajo durante el día.

El ciclo de retroalimentación natural

Craig asevera que la ventilación del montículo sigue funcionando en un día nublado, es decir, la energía solar no es importante.

La cuestión es simple, se trata de obtener las proporciones correctas del material que actúa como masa térmica, como la madera y, prácticamente, cualquier material de construcción. Así que Craig definió unas reglas de escalado en un paper, The optimal tuning, within carbon limits, of thermal mass in naturally ventilated buildingsvii, publicado en el año 2019 para sincronizar de forma óptima el acoplamiento de la masa térmica interna y la ventilación por flotación. Son relaciones matemáticas que permiten a los equipos de diseño optimizar la masa térmica interna según los objetivos elegidos para la temperatura interior y la tasa de ventilación por flotación en modo de funcionamiento libre y comparar de forma significativa la huella material de las propuestas de diseño.

En la siguiente imagen se muestra un mapa de contorno que representa el espacio de diseño de todas las posibles arquitecturas de masa térmica interna, todas las posibles proporciones y todos los posibles materiales y tasas de ventilación y amortiguación de la temperatura. Y la línea azul muestra el diseño en el que la masa térmica y los intercambios de ventilación están perfectamente sincronizados y equilibrados, de modo que se obtiene el mayor trabajo termodinámico por unidad de material de masa térmica.

Reglas de escalado térmico

El rendimiento del edificio se define por la relación entre dos parámetros F/λ (la relación entre la transferencia de calor por ventilación y la transferencia de calor por superficie) y Ω (la relación entre el almacenamiento térmico y la transferencia de calor por superficie). Cuando se convierten en valores óptimos, estos parámetros representan relaciones ideales para ajustar la forma y la masa del edificio.

Craig ofrece unos enlaces donde se pueden descargar, gratuitamente, un aplicaciónviii y una definición en Grasshopperix. Se introducen: el material de la masa térmica, la amortiguación de la temperatura y la ratio de la ventilación por flotabilidad y, como resultado, da el grosor y el área de la superficie de la masa térmica.

La madera puede funcionar “casi tan bien” como el hormigón. Sólo es cuestión de ajustar correctamente las proporciones de la masa del edificio. Craig ofrece los resultados de una comparativa con tres tamaños de edificios en madera y en hormigón que para preguntarnos en qué punto la madera de los paneles de CLT como los de la casa Haus Gables, de Jennifer Bonner, empieza a hacer el mismo trabajo termodinámico que una masa térmica de hormigón. Se define el tamaño del edificio no tanto como superficie de suelo sino por cuánta ventilacion produce la masa y a cuántas personas serviría esta tasa de ventilacion.

Las masas producen suficiente ventilación para 10 personas, a 10 litros por segundo por persona, que es una tasa estándar para los edificios no residenciales.

En el edificio pequeño se necesita un 80 % más de superficie con madera, que con un tejado a dos aguas se podría conseguir fácilmente.

Igualmente ocurre para el edificio mediano, la madera necesita un 80 % más de superficie que el edificio de hormigón. El factor de multiplicación cambiará dependiendo de la amortiguación de la temperatura que se busque. Aquí hay una amortiguación de la temperatura del 70 por ciento, pero, básicamente, más amortiguación significa más superficie.

Con el edificio grande, hay que fijarse con el error asociado con el área de superficie. El área de la superficie exacta que se necesita es desconocida, va a estar en torno a los 2.000 metros cuadrados, y va a variar en un cierto porcentaje. Esto es porque aquí se está usando propiedades térmicas genéricas, se podría usar propiedades térmicas más específicas y ese rango de error se reduciría.

Es importante decir que todos estos edificios tienen el mismo rendimiento equivalente, la misma temperatura de funcionamiento libre y la misma tasa de producción de ventilación. Y esto es importante porque Craig concede mucha importancia a que, en un análisis del ciclo de vida y la contabilidad del carbono, no se puede hacer una comparación justa a menos que se tenga una unidad funcional bien definida.

La superficie extra necesaria para que la madera funcione tan bien como el hormigón

Actualmente, Salmaan Craig y sus colaboradores están trabajando con los investigadores de Rural Studio para probar estas reglas de escalado en la vida real construyendo dos edificios de prueba. Ya han confirmado que el acoplamiento entre la masa térmica y la ventilación por flotación funciona como se esperaba. Como se muestra en el siguiente gráfico, la oscilación de la ventilación por flotabilidad producida por la masa térmica de madera, que sube durante la noche cuando las masas están calientes y en relación con el exterior, y baja durante el día, por lo que es una corriente descendente natural. Es predecible como un reloj.

Cómo diseñar un edificio de madera para que funcione como un termitero

El equipo de Rural Studio presentó la Teoría del Ajuste Óptimo. La Teoría del Ajuste Óptimo teoriza que un espacio puede ser ventilado, calentado y enfriado de forma cómoda y pasiva mediante el acoplamiento de una Masa Térmica interna con la Ventilación por Flotabilidad. Si estos sistemas se sincronizan o se “sintonizan de forma óptima”, los arquitectos y constructores podrán utilizar la antigua práctica de la construcción con masa térmica de forma más predictiva. El problema típico de los edificios con masa térmica es que ésta nunca es capaz de liberar todo el calor que ha absorbido durante el día, por lo que el ciclo no vuelve a empezar al día siguiente y el sistema pasivo no funciona de forma eficiente. Si se mantiene la masa térmica en el interior, a la sombra del sol y aislada, y se utiliza la ventilación por flotación para extraer el calor de acceso o suministrar calor del aire, el sistema puede reiniciarse para el día siguiente. La teoría de la sintonía óptima es el quid del proyecto de investigación sobre la masa térmica y la ventilación por flotación.

Para ello, los investigadores están aplicando reglas matemáticas de escalado, utilizando una aplicación para optimizar el diseño. Las reglas de escalado optimizan el grosor y la superficie de la masa térmica interna para alcanzar un objetivo de temperatura y ventilación. Las proporciones resultantes de masa térmica y ventilación pueden ser un punto de partida para el diseño, ya que las reglas de escalado tienen en cuenta elementos esquemáticos como la altura del edificio y la carga de ocupantes. Así, los edificios podrían ventilarse de forma pasiva, sin necesidad de sistemas mecánicos de calefacción y refrigeración.

Este proyecto de Rural Studio tiene dos fases: uno de licenciatura, en la que se hicieron experimentos que validaron las reglas de escalado y se compararon el hormigón y la madera como materiales de masa térmica interna, y una fase de posgrado, se aplicarán al diseño de edificios a escala real. De hecho, el equipo está construyendo dos edificios de prueba habitables, uno con hormigón y otro con madera.

Los que conocemos la madera, sabemos que ésta es un material anisotrópico. Entonces, su anatomía afecta al modo en que absorbe, transfiere y descarga el calor. Con la variedad de condiciones que son posibles dentro del mismo árbol, es importante considerar cómo se corta y orienta el material. Esto también es importante debido a las direcciones de las fibras presentes en la madera. Al igual que el agua fluye a través del árbol por las vías celulares, el calor seguirá la fibra de la madera. Por lo tanto, el corte de la madera debe seleccionarse de forma que la fibra esté en la misma dirección que la transferencia de calor preferido. El equipo de Rural Studio descubrió que diferentes cortes de madera podían producir diferentes direcciones de fibra. La dirección de la fibra más eficaz para los paneles sería que la fibra fuera perpendicular a la cara ancha de las tablas y que el aserrado en cuartos producirá las tablas más favorables con el menor desperdicio. Más información en este post, Wood wisex.

Cómo la orientación de la fibra afecta a la transferencia de calor
Maquetas de los dos edificios de Rural Studio

Pero habrá situaciones en los que duplicar la cantidad de superficie de masa térmica no sea práctico. Así que Salmaan Craig ha estado buscando la manera de optimizar los patrones de superficie para aumentar la tasa de transferencia de calor en la superficie. Junto con Jared Friedmanxi, en un proyecto final sobre cómo traducir la teoría del diseño del disipador de calor a los paneles de hormigón, descubrieron no se pueden ajustar los patrones de superficie de forma arbitraria. No se puede simplemente aumentar la superficie como se desee a cualquier patrón. Hay reglas estrictas de escalado térmico que seguir. Si éstas se respetan, se puede aumentar la transferencia de calor de la superficie de 2 a 4 veces dependiendo de la conductividad del material en cuestión.

Craig está buscando geometrías de superficie que funcionen para la madera (como las producidas con un mecanizado mediante un fresa tipo finger-joint) y otros materiales biogénicos. Los resultados iniciales sugieren que se podría duplicar la transferencia de calor de la superficie con características superficiales delgadas.

En teoría, podría ser posible producir paneles de masa térmica biogénica que funcionen tan bien como el hormigón y que no necesitan el 80 por ciento de paneles extra.

Las envolventes de los edificios como intercambiadores de calor. ¿Un nuevo paradigma para la madera en masa?

Salmaan Craig y sus colaboradores están trabajando en un proyecto de desarrollo tecnológico a largo plazo. Se trata de una forma radical de diseñar las envolventes de los edificios como intercambiadores de calor.

Una breve introducción.

Pensemos en cómo están diseñados los edificios modernos: se aísla la envoltura, se hacen super herméticos y disponen de un sistema de distribución de aire que traiga aire fresco y expulse el aire viciado. Y en algún sitio dentro del edificio, en la unidad de tratamiento de aire hay un intercambiador de calor. El aire fresco y frío entrante se pone en contacto con el aire viciado saliente sin mezclarse, pero sólo están poniendo en contacto térmico y para que el aire fresco y frío se precaliente con el aire viciado saliente.

Pero, ¿y si podemos aplicar ese principio de intercambio de calor a la envoltura misma del edificio?

Envoltura del edificio con material poroso optimizado para intercambiar calor con el aire entrante

¿Cómo funcionaría? Se puede ver el calor que se mueve desde el interior hacia el exterior por conducción a través de la envolvente térmica. La corriente de aire, fresca y fría, entra por los poros está siendo obligada a precalentarse a cierta temperatura antes de entrar en el interior. Así que parte del calor de conducción está siendo redirigido a esa corriente de aire.

Así que se podría optimizar el tamaño de los poros y el espaciamiento entre ellos para que se pudiera equilibrar el flujo de entrada de convección con el flujo de salida de conducción, ajustando el flujo de material para equilibrar esas dos corrientes térmicas y recuperar la mayor cantidad de calor de la envolvente que, de otro modo, se perdería en el medio ambiente.

La teoría.

La base teórica de este proyecto, hasta el año 2019, lo exponen mejor Salmaan Craig y Jonathan Grinham en un capítulo, “Wood Enclosures Engineered as Heat Exchangers”, que han escrito para el libro Wood Urbanismxii.

Los cerramientos de los modernos edificios se diseñan como aislantes, con muros compuestos de varias capas de distintos materiales con distintas funciones.

Muro de un edificio moderno

Pero podría ser mejor diseñarlos como como intercambiadores de calor, utilizando un material base que pueda desempeñar varias funciones.

Una pared puede diseñarse como un intercambiador de calor en lugar de un aislante. Optimizando la porosidad de un material, el aire entrante puede recuperar el calor saliente

Y ese material es la madera, ya que es un material con una combinación única de propiedades térmicas, higroscópicas, mecánicas y ecológicas.

La idea de construir muros con intercambio de calor no es nueva, su desarrollo ha sido fragmentario y periférico. En las décadas en torno al año 2000, los ingenieros aplicaron el concepto de aislamiento dinámico, muros con materiales de aislamiento porosos, en edificios residenciales, oficinas e instalaciones deportivas.

Sin embargo, mientras que los experimentos iniciales mostraron una buena concordancia con la teoría, los experimentos posteriores dieron resultados no concluyentes que sugerían algunas limitaciones serias del sistema. Con cantidades crecientes de aire fresco, la temperatura de la superficie interior tendía a bajar, al igual que la porción de calor recuperado y la temperatura radiante del interior.

Siguieron investigaciones centradas en el intercambio de calor sin materiales porosos, transferencia de calor a microescala, filtración de aire y el uso de la flotabilidad para sustituir a los ventiladores. Hay un renovado interés, pero los diseños actuales siguen teniendo problemas dos cuestiones: primera, la decisión de usar aislantes habituales en el mercado, lo que implica materiales adicionales para completar un determinado diseño de envolvente, y segunda, la incorporación de una cavidad de mezcla de aire para cubrir la superficie interior, que parece que sólo disminuye el impacto de la temperatura superficial fluctuante en lugar de resolver el problema de forma concluyente.

Desde el punto de vista técnico, el aislamiento dinámico es un tipo de intercambiador de calor. Conducen el calor de un medio que fluye a otro manteniendo los medios separados; el medio puede ser cualquier fluido o gas. Un material aislante puede utilizarse como intercambiador de calor si tiene una red abierta de poros. Pero antes de que el material pueda transferir calor a algo que fluye a través de él, primero debe recibir calor de otra cosa en otro lugar.

En una configuración de aislamiento dinámico, ¿cómo recibe el material poroso el calor de la habitación? Las fuentes de calor son los calentadores, las personas, las luces, etc. Transmiten su calor por radiación o convección. La radiación dominará la transferencia de calor a la pared si la fuente de calor principal es grande y tiene una vista sin obstáculos de la pared. En caso contrario, el calor sólo puede llegar a la pared por convección. En este caso, la rapidez, la lentitud, la debilidad o la intensidad con que la pared recibe el calor depende de la dinámica de los fluidos de la habitación.

Pero el aire que entra en la habitación a través de los poros influye en la dinámica de los fluidos de la habitación cerca de la pared, tal como se comprobó en un experimentoxiii. Se constató que el aire que entra por los poros empuja el aire de la habitación lejos de la pared y lo mantiene allí. Esta acción disminuirá el contacto térmico entre la pared y las fuentes de calor de la habitación -o incluso lo cortará por completo-, lo que explicaría el escaso rendimiento que aparece en la literatura. En el experimento se descubrió que surgían numerosos estados posibles de flujo de aire a partir de la competencia entre la convección “natural” (calentada en la superficie) y la “forzada” (soplada) en la superficie. En un momento determinado, la convección “natural” y la “forzada” se anulan mutuamente. Cuando esto ocurre, no hay transferencia de calor por convección entre la sala y la superficie.

Hay dos formas de evitar este problema: calentando la superficie de forma radiante desde lejos, o calentando la superficie por contacto directo. En ambos casos, la superficie calentada templaría el aire fresco entrante por conducción y calentaría a los ocupantes por radiación. En el experimento se diseñó un panel milifluídico, como un circuito de agua para calentar o enfriar directamente la superficie de la pared, y un ventilador. En un edificio real, las esteras de tubos capilares estándar podrían funcionar igual de bien, y el efecto chimenea, diseñado en consecuencia, podría arrastrar el aire.

El panel milifuídico del experimento

Entonces, los paneles de madera del experimento se calientan directamente en la superficie interior y no se requiere mucho calentamiento: en torno a U1 = 2 (W/m2 * K), que está en el rango de la calefacción por suelo radiante estándar.

Los intercambiadores de calor desvinculan el flujo de calor del flujo de masa. Integrados en paredes, techos o suelos, podrían, en principio, proporcionar aislamiento térmico al tiempo que facilitan el intercambio de aire. Las tecnologías de calefacción o refrigeración que utilizan grandes superficies de intercambio dentro de las habitaciones se denominan sistemas radiantes o superficies térmicamente activas (TAS), siendo preferibles los que utilizan circuitos hidrónicos.

Lo que implica que no sea necesario sellar una habitación para retener el calor. Este concepto choca con la idea moderna de una envoltura eficiente, con un aislamiento grueso y prácticamente impermeable al aire.

Ya conocemos las instalaciones con intercambiadores de calor en en los sistemas de calefacción o refrigeración, son pequeños, físicamente alejados de las estancias a regular térmicamente y funcionar a temperaturas muy altas o bajas, consumiendo energía. Pero si los intercambiadores de calor fueran más grandes y estuvieran más integrados en los espacios que regulan térmicamente, bastaría con un fluido de control a una temperatura tibia. Así se sería más fácil aprovechar las fuentes de calor renovables: geotermia, solar, etc.

¿Se pueden integrar las funciones de HVAC en las envolventes monomateriales que funcionan como intercambiadores de calor? La ventilación natural desempeña un papel esencial en la minimización de la infraestructura de HVAC. Se han hecho avances significativos en la comprensión de la mecánica de fluidos de la ventilación por flotación, que es impulsada por el calor, no por el viento. Uno importante es cuando caracterizaron un mecanismo automático de recuperación de calor conocido como “mezcla natural”xiv. Cuando el aire caliente sube y sale, el aire fresco lo sustituye, cayendo por la misma abertura. El aire saliente precalienta el aire entrante en un estado de equilibrio dinámico. Algunos investigadores han examinado la posibilidad de acoplar el Aislamiento Dinámico (DI) con la ventilación natural. El acoplamiento puede mejorarse mediante el uso de envolturas monomateriales que intercambian calor. Aprovechando el efecto de flotación, todos los intercambios de calor y aire pueden ser controlados por la superficie hidrónica integrada. La siguiente figura muestra dos posibilidades.

Esquemas especulativos que sugieren cómo acoplar las “paredes respiratorias” con la ventilación por flotación. (Izquierda) La flotabilidad impulsa la ventilación, pero no hay recuperación de calor en el extractor. (Derecha) Hipótesis sobre cómo recuperar la ventilación en el extractor utilizando una doble envoltura.

Craig afirma que es factible acoplar las paredes de respiración con la ventilación por flotación en circunstancias idealizadas.

Queda el problema del diseño de los materiales porosos.

En un estudioxv Kim, Lorente y Bejan, se investigó para encontrar la porosidad óptima de los materiales en aplicaciones de intercambio de calor “a contracorriente”. Se empezó con una geometría sencilla: canales paralelos en un panel y se preguntaron: ¿Cuál sería el tamaño y la separación óptimas de los canales, teniendo en cuenta todas las variables principales? Las variables incluían el diseño del panel (el tamaño, el grosor y la elección del material), la presión que empuja el fluido o el gas, las propiedades del fluido o el gas y el calor impuesto en una cara del panel. Los patrocinadores de la investigación eran de la industria aeroespacial. En realidad, la investigación iba sobre la optimización de la porosidad de los álabes de las turbinas de los motores a reacción.

Kim, Lorente y Bejan desarrollaron una ecuación que predice, del calor total que se intercambia, cuánto calor pasa a través del panel y cuánto se redirige al aire o al fluido que fluye por los canales en dirección opuesta. Otra ecuación, que contiene el mismo conjunto de variables, encuentra el tamaño y la separación óptimos de los canales.

Parece extraño usar estas ecuaciones de la industria aerospacial para diseñar las paredes de intercambio de calor en los edificios. Es cuestión de saber cómo se escalan las cosas.

Para medir el rendimiento de cualquier diseño posible, Kim, Lorente y Bejan compararon el intercambio de calor total con un valor de referencia: el calor que se conduciría a través del panel dado cuando no fluyera aire por los canales. Esta relación dio un parámetro de rendimiento global. Otras relaciones normalizaban el efecto de las variables “locales”: la presión de conducción comparada con las propiedades del fluido y la longitud del canal; las propiedades térmicas del material frente a las del fluido o el gas; y la porosidad, es decir, la proporción de espacio en el panel, que por lo demás es sólido. Estas proporciones se reunieron en una ecuación con exponentes que definían la importancia relativa de cada una.

La porosidad

Kim, Lorente y Bejan correlacionaron la ecuación mediante simulaciones por ordenador. Pero nadie había hecho experimentos físicos. ¿Se podría aplicar a las envolturas de los edificios?. Las presiones y las diferencias de temperatura en un edificio son mucho menores que las que experimentan los álabes de las turbinas. Así que Craig y Grinham diseñaron un experimento de laboratorio para ver si la correlación se trasladaba al diseño de edificiosxvi.

Se constató que sí se puede diseñar para cualquier eficiencia de intercambio de calor y utilizar cualquier material de base. En el caso de un intercambiador de calor de un edificio, los poros de los canales se optimizan para recuperar el calor en función de la conductividad térmica del material base, las dimensiones del panel y la diferencia de presión a través del panel. El aire fresco es aspirado a través de los canales-poros por un ventilador o una chimenea, mientras que un circuito de agua integrado en la superficie interior del panel controla la temperatura. El espacio interior se atempera de forma radiante mientras el aire fresco entrante se precalienta o se preenfría. Y cuanto mayor sea la superficie de intercambio en comparación con el local, más fácil será evitar el uso de combustibles fósiles para proporcionar la calefacción o la refrigeración necesarias.

Y aquí entra la elección del material, ¿La madera como intercambiador de calor?

Craig y Grinham esbozan, en su paperxvii de investigación original, algunas cuestiones al reflexionar sobre el uso de la madera. Se reformuló la correlación de Kim, Lorente y Bejan para que se aplicara con mayor precisión al diseño de la envolvente del edificio. Esto significaba reordenar la correlación para encontrar: (1) la eficiencia global de intercambio de calor; (2) el coeficiente efectivo de pérdida de calor (un valor U “dinámico”); y (3) la superficie de intercambio de calor necesaria para satisfacer los requisitos de ventilación del espacio. Estas tres relaciones dependen de la conductividad térmica del material de la envolvente. La madera tiene una baja conductividad térmica en comparación con la de otros materiales de construcción. Y la madera puede utilizarse para diseñar intercambiadores de calor eficientes a partir de paneles finos que cubran grandes superficies.

El balance energético de este tipo de intercambiadores es bastante sencillo: el calor que conduce el material debe equilibrarse con la capacidad de transporte de calor del aire entrante. Algunos materiales conducen más calor que otros, y los edificios sólo necesitan una cantidad determinada de ventilación. Por tanto, cuanto más conductivo sea el material, más pequeño y más poroso deberá ser el panel para equilibrar los dos flujos (conducción a través del material y convección a través de los canales-poros). En otras palabras, para una presión determinada, los materiales de mayor conductividad hacen el mismo trabajo en una superficie menor. Pero hay un problema: el panel en ese caso debe ser grueso. De lo contrario, los canales no serán lo suficientemente largos para que el aire redirija el calor saliente. Por otro lado, la madera sólo puede transferir una cantidad de calor. Y recuperar una pequeña cantidad de calor es más fácil que recuperar una gran cantidad. Por eso, si se utiliza madera, bastará con paneles relativamente finos. Por ejemplo, un panel de madera laminada cruzada (CLT) de 3 capas, de 6 cm de grosor, puede alcanzar un coeficiente de pérdida de calor de 0,15 W/m2*K en modo de recuperación de calor. Esto equivale al estándar Passivhaus para las paredes, pero sin el aislamiento extra grueso (~40 cm). Y los paneles serían taladrados con agujeros de 2 o 5 mm, espaciados 10 cm entre ellos. Las tasas de flujo de ventilación son de unos 10 litros por segundo por m2 de paneles.

En las opciones diseñadas para paneles CLT de 3, 5 y 7 capas (6, 10 y 14 cm de grosor, respectivamente), todos los paneles cumplen la misma eficiencia de intercambio de calor: ~95% con un valor U efectivo de 0,15 W/m2*K. Los canales están optimizados (diámetro, D; espaciado, H; porosidad, φ) para cumplir este objetivo, suponiendo una presión de diseño de 4 pascales, y pueden perforarse con máquinas de CN.

La imagen siguiente es un diagrama de Sankeyxviii que compara el intercambio de calor constante de dos paneles, uno de madera y otro de hormigón. Ambos son óptimos y están diseñados para la misma tasa relativa de intercambio de calor. Sin embargo, el panel de hormigón no es viable porque los requisitos de calefacción absolutos y las pérdidas térmicas son demasiado elevados. La razón es la conductividad térmica del hormigón, que es 10 veces mayor que la de la madera.

Diagrama de Sankey

En el último paper de Craigxix, el análisis y los experimentos sugieren que es posible lograr una baja pérdida de calor 0,1 < U1 < 0,3 W/m2 * K sin aislamiento externo. Para conseguir estos bajos valores U “dinámicos” con madera, se requieren eficiencias de intercambio de calor relativamente altas (ε > 0,6), lo que a su vez requiere tasas de ventilación relativamente altas (5 < u < 20 l/s).

Craig ofrece una aplicaciónxx, gratuitamente, para optimizar el tamaño y la separación de los canales de aire en un panel de madera masiva, para que funcione como un intercambiador de calor, un aislamiento dinámico. Se puede ver rápidamente cómo la conductividad térmica, la presión de diseño, el flujo de calor interior y el valor U objetivo influyen en la eficiencia del intercambio de calor y en la tasa de ventilación, así como en el grosor del panel y en el tamaño y la separación de los canales.

Se muestra un esquema arquitectónico sencillo de un edificio con una chimenea y un patio. Utilizando la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, la chimenea produce la presión que aspira el aire fresco a través de los canales-poros.

Dimensionamiento de los paneles de madera contralaminada para que funcionen como intercambiadores de calor

Este edificio tiene un patio para permitir incluir un voladizo o un porche que proteja los muros de la lluvia y el viento, sino sería necesaria una pantalla exterior o una fachada de protección para protegerla de las inclemencias atmosféricas. Éstas tienen que diseñarse siguiendo los principios de igualación de la presión, para reducir o eliminar los efectos nocivos de las sacudidas o de la succión a favor del viento en la recuperación global del calor.

La superficie (A) no corresponde aquí a la capacidad estructural, sino a las demandas de ventilación del espacio. En este caso, se asume un flujo de aire que sirve a 20 personas a un ritmo de 10 litros por segundo. Una de las ventajas de una mayor superficie es que ofrece más posibilidades de calentar el espacio por radiación. ¿Por qué la superficie necesaria aumenta con el grosor del panel? Los canales son más largos, lo que ofrece más resistencia al flujo de aire, por lo que para una unidad de superficie, a una presión determinada, entra menos aire fresco.

Sabemos que la madera tiene una porosidad natural, pero sus poros tienen un diámetro de 60-240 µm. En cambio, el diámetro de los canales-poros es del orden de los milímetros. La filtración de aire a través de los poros naturales es insignificante y no afecta al balance de calor sensible. Por lo tanto, el material de la madera puede tratarse como si tuviera una conductividad térmica a granel, incluso si está laminado en capas. Y al igual que el tamaño de los poros entre especies, la conductividad térmica de la madera no varía considerablemente.

Sin embargo, la porosidad natural desempeña un papel importante en la transferencia de vapor. Los materiales porosos propuestos en este estudio están, por defecto, bien ventilados, y también tienen una superficie interior que se calienta activamente. Juntas, estas dos características pueden facilitar un secado más rápido y eficaz tras periodos de alta humedad.

Como la madera tiene una capacidad natural de absorber la humedad, un muro intercambiador de calor de madera puede cumplir una función de amortiguación de la humedad. Ésta se produce cuando un material poroso, en efecto neto, absorbe la humedad, lo que lleva a estabilizar la temperatura del material y a reducir la humedad relativa dentro de una habitación. Los paneles de madera pueden pueden protegerse de la degradación al tiempo que conservan sus propiedades de amortiguación de la humedad con tratamientos a base de cera que repelen el agua al tiempo que permiten el paso del vaporxxi.

Conclusión

Ahora, en una etapa actual de teoría y experimentación, Craig tiene la validación básica de que la teoría funciona con la madera y otros materiales biogénicos. La investigación real empieza ahora. Se trata de explorar el paradigma de diseño, estudiando la arquitectura, el rendimiento térmico y el ciclo de carbono a largo plazo de los edificios biogénicos diseñados como intercambiadores de calor.

En el artículo de Massive Science citado, Salmaan Craig hace unas interesantes aseveraciones:

[…] demuestra que nunca hemos comprendido del todo el potencial de un método ancestral de control del clima interior: la modelación de la masa y el espacio. Debemos intentar retomar el camino del desarrollo allí donde el aire acondicionado comercial lo cerró. Imaginemos que sólo se necesitan formas masivas, sintonizadas con las oscilaciones de la temperatura exterior, para controlar la ventilación, la temperatura y la humedad.”

Craig advierte de que hay que asumir que en estos edificios existen unos gradientes de temperatura. No es necesario que todas las habitaciones de todos los edificios tengan la misma temperatura de consigna. Las comunidades híbridas son las que tolerarían los gradientes de temperatura dentro de un edificio, donde las actividades se programan en función de las necesidades térmicas “Habrá que conciliar diferentes modelos de vida, trabajo y vivienda bajo techos compartidos.”

Y como colofón, “para desenchufarse de los motores de combustión, puede que los edificios tengan que convertirse en motores en sí mismos: un tipo de motor térmico simple, que funcione con pequeños gradientes de temperatura fluctuantes. En este nuevo paradigma, la termodinámica manda, y la forma y la masa importan”.

Aquíxxii hay una entrevista con Salmann Craig, de lectura muy recomendable, publicada en Pioneer Works, donde se esclarece algo más en la cuestión sobre la retroalimentación entre el comportamiento de la gente y el uso en tanto en cuanto es una consecuencia del diseño de los edificios objeto de las investigaciones de Craig.

Investigaciones futuras

El trasfondo de estas investigaciones es cómo elegir los materiales primarios para que tengan el mínimo impacto ambiental y, al mismo tiempo, integrar en ellos el mayor número posible de funciones, es decir, un material para que integre la estructura, la masa térmica y la ventilación por flotación.

Actualmente se está gestando una plataforma o red de investigación, Building Architecture Research Node (BARN), en la universidad de McGill, Canadá, entre cuyos socios está Rural Studio, sobre cómo los futuros proyectos de construcción podrían utilizar la madera como parte de un intercambio dinámico con los bosques cercanos. Una de las claves es la construcción de una instalación de investigación de 19 millones de dólares, donde, entre otras funciones, será un banco de pruebas para todas las técnicas mencionadas por Salmaan Craig.

Representación artística del BARN

Siguiendo con el artículo de Pioneer Works:

Hemos conseguido una subvenciónxxiii xxiv para construir un nuevo centro de investigación. Y hemos reunido una red interdisciplinar que abarca desde ecologistas forestales hasta urbanistas, pasando por ingenieros y arquitectos, científicos de la madera y científicos forestales, centrados en [preguntar y responder] dos cuestiones fundamentales: la primera es cómo podemos aprovechar la madera de los bosques gestionados de forma que aumente el secuestro de carbono de esos bosques de forma segura y fiable.

Se plantea la cuestión de cómo diseñar los bosques de manera que la perturbación ecológica de la acción vigorice realmente el crecimiento de los árboles y beneficie a la ecología.

¿cuáles son las tasas sostenibles de aprovechamiento de la madera? El equilibrio clave es diseñar estructuras de madera que duren más que el ciclo del árbol. Tienen que durar, digamos, 100 años y hacer varias cosas al mismo tiempo. Los edificios no sólo proporcionan una estructura, sino que proporcionan la envoltura térmica para producir ventilación. Si se puede hacer esto, entonces, naturalmente, se podría simplificar radicalmente la arquitectura y los ensamblajes de edificios y alejarse de estos conjuntos de múltiples materiales y capas, y construir plantillas que sean más apropiadas para los enfoques regionales. Para que estén más ligados a un bosque concreto, coordinando los intercambios de carbono entre el bosque y esos conjuntos de edificios.

Tenemos que sincronizar las actividades de construcción con las actividades forestales, y [esto] tiene que estar regulado durante un milenio. Tenemos que comprender los límites ecológicos de nuestros bosques.

Conseguir que un material sea un monomaterial sostenible, que cumpla con las principales funciones de estructura, aislamiento y ventilación, y biogénico es el nuevo Santo Grial de la construcción. Y la madera es la candidata perfecta para ello. Pero no olvidemos que otros materiales, como el hormigónxxv, aspiran a ello.

Para saber más:

  • Craig, Salmaan, “Breathing walls”, Insulating modernism: isolated and non-isolated thermodinamics in architecture, edited by Kiel Moe, Birkhäuser, 2014, 320 pp, ISBN: 9783038215394.
  • HOLFORD, J., & WOODS, A. (2007). On the thermal buffering of naturally ventilated buildings through internal thermal mass. Journal of Fluid Mechanics, 580, 3-29. doi:10.1017/S0022112007005320

Índice de citas

i Moe, Kiel (2021, March 24). Op-ed: There’s more to timber building than trees. Retrieved from https://www.archpaper.com/2021/03/op-ed-more-to-timber-building-than-trees/

ii Craig, Salmaan & Halepaska, Anna & Ferguson, Katherine & Rains, Preston & Elbrecht, Jacob & Freear, Andrew & Kennedy, David & Moe, Kiel. (2021). The Design of Mass Timber Panels as Heat-Exchangers (Dynamic Insulation). Frontiers in Built Environment. 6. 10.3389/fbuil.2020.606258.

iii Video en Youtube: Descarbonizing buildings, https://www.youtube.com/watch?v=MBl4Ysk3-JM, 17 de marzo de 2021.

iv Video en Youtube: ITA on Biogenic Buildings with Salmaan Craig, https://www.youtube.com/watch?v=u-gSJhige2Y. 22 de noviembre de 2020.

vFontin, R. & Osborne, P. & Craig, S. & Moe, K. & Jemtrud, M; 2020; “Water bath demonstration of two buoyancy ventilation modes: displacement vs. Mixig; https://doi.org/10.5683/SP2/G5ALEH, Scholars Portal Dataverse.

vi Craig, S. (2017, December 04). Can termites teach us to build environmentally friendly communities? Retrieved from https://massivesci.com/articles/termite-mound-arcology-climate-control/

vii Craig, Salmaan. (2019). The optimal tuning, within carbon limits, of thermal mass in naturally ventilated buildings. Building and Environment. 165. 106373. 10.1016/j.buildenv.2019.106373.

viiiCraig, Salmaan, and Remy Fortin. “How to Design a Building so It Works Like a Termite Mound.”, WOLFRAM Demonstrations Project, 3 junio 2020, https://demonstrations.wolfram.com/HowToDesignABuildingSoItWorksLikeATermiteMound/

ixCraig, Salmaan, and Remy Fortin. “Synchronizing Thermal Mass with Buoyancy Ventilation.” Food4Rhino, 31 Aug. 2020, www.food4rhino.com/resource/synchronizing-thermal-mass-buoyancy-ventilation.

x “Wood Wise.” Rural Studio, 22 May 2020, ruralstudio.org/wood-wise/.

xiFriedman, Jared. “Working Matter: Optimizing Material Distribution for Thermal Performance.Havard University Graduate School od Design, 2015.

xii Craig, Salmaan & Grinham, Jonathan; “Wood enclosures engineered as heat exchangers” en: “Wood Urbanism: From the molecular to the territorial”, K. Moe, J. Hutton, D. Ibañez (Eds.), Actar, noviembre 2019, 488 pp, ISBN: English 9781945150814.

xiii Craig, Salmaan & Grinham, Jonathan. (2017). Breathing Walls: The Design of Porous Materials for Heat Exchange and Decentralized Ventilation. Energy and Buildings. 149. 10.1016/j.enbuild.2017.05.036.

xivWoods, A. W., Fitzgerald, S., and Livermore, S. (2009). A comparison of winter pre-heating requirements for natural displacement and natural mixing ventilation. Energy Build. 41, 1306–1312. doi: 10.1016/j.enbuild.2009.07.030

xv Kim, S., S. Lorente, and A. Bejan. “Vascularized Materials with Heating from One Side and Coolant Forced from the Other Side.” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 50, no. 17, pp. 3498–506, 2007.

xvi Craig & Grinham 2017.

xviiIbid.

xviiiCraig et al. 2021.

xixIbid.

xxCraig, Salmaan, and Remy Fortin. “The Design of Mass Timber Panels as Heat-Exchangers (Dynamic Insulation)”, WOLFRAM Demonstrations Project, julio 2020, https://demonstrations.wolfram.com/DesignOfMassTimberPanelsAsHeatExchangers/

xxi Alina Lozhechnikova, Katja Vahtikari, Mark Hughes, Monika Österberg, Toward energy efficiency through an optimized use of wood: The development of natural hydrophobic coatings that retain moisture-buffering ability, Energy and Buildings, Volume 105, 2015, Pages 37-42, ISSN 0378-7788, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.07.052.

xxii C. Kaye Rawlings and Dan Samorodnitsky. (n.d.). Breathing Buildings. Retrieved from https://pioneerworks.org/broadcast/breathing-buildings/

xxiiiThurston, Meaghan. “$110M For Nine Innovative McGill Research Projects.” McGill Reporter, 9 Mar. 2021, reporter.mcgill.ca/110m-for-nine-innovative-mcgill-research-projects/?utm_medium=email&utm_campaign=wn_Mar10_unknown&utm_source=whatsnewstaff&utm_term=Innovative-McGill-research-pro.

xxivCanadian Architect. “McGill Research into De-Carbonizing Buildings Attracts $19 M in Support.” Canadian Architect, 25 Mar. 2021, www.canadianarchitect.com/the-government-of-canada-invests-in-mcgill-research-project/.

xxvKardoudi, Omar. “Este nuevo tipo de hormigón puede calentar edificios enteros.” El Confidencial, El Confidencial, 21 Apr. 2021, www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2021-04-21/nuevo-hormigon-calienta-edificios_3044963/.

Este libro teje una narrativa muy necesaria y transformadora sobre la realización de la arquitectura prestando especial atención a la madera contralaminada como material de hoy. El material se convierte en el lugar de la experimentación, la innovación y la investigación en busca de significados específicos de la madera contralaminada en la arquitectura a varias escalas, seleccionando el “espacio en blanco de madera contralaminada” como unidad de construcción. La estructura del libro reúne trabajos y textos de un grupo diverso de teóricos y profesionales, que hacen del material el centro de su investigación, para sugerir enfoques de diseño que amplíen el significado cultural, espacial y tecnológico para la arquitectura, la educación, la ingeniería y la industria.

El resultado se centra en la materialidad a través de rápidos deslizamientos entre el arte, la arquitectura y la ciencia, que esperamos vigoricen y amplíen un nuevo discurso que actúe como antídoto a las actuales conversaciones sobre el material, que se fijan en su fabricación y producción en masa, retratándolo decepcionantemente como un producto soso y sin vida, una noción de la que queremos alejarnos en lugar de buscar áreas que sentimos que aún no han sido conceptualizadas o teorizadas. El potencial para ver las propiedades espaciales de su uso y el tipo de mundo que podría sugerir se muestra en el libro, con materiales visuales llamativos seleccionados, para reposicionar su arquitectura a través de nuevas formas de representación y respuestas que siguen en contacto con la pragmática. La estética del CLT en relación con la madera y la práctica artística es un hilo conductor del libro.


Aquí hay una muy interesante entrevista con la arquitecta Jennifer Bonner y el ingeniero Hanif Kara, autores del libro.

Las ideas o declaraciones más importantes emanadas de la entrevista son:

“… Bonner y Kara temen que si los arquitectos ceden la madera masiva al control de la industria, perderán la oportunidad de crear una nueva arquitectura capaz de satisfacer las exigencias del siglo XXI.”

“… al limitarnos al espacio en blanco fuéramos capaces de conceptualizar y teorizar su potencial más allá de la narrativa de la sostenibilidad que domina la madera masiva en general.”

“ … creo que siempre que se introduce un nuevo material hay una “conspiración” que se forma a su alrededor con respecto a los retos del momento. Cuando se observan otros materiales innovadores del pasado, lo que se ve es una prisa por parte de ciertos actores de la industria para dirigir ese material hacia un solo fin. Esta es la conspiración, y excluye efectivamente a los actores no industriales y a los innovadores, así como las oportunidades de intelectualizar ese material. Esta ha sido la situación de la madera masiva hasta hace muy poco. Como el reto de nuestro tiempo es sin duda la [construcción] ecológica, la madera en masa se ha orientado hacia un fin: la absorción de carbono.”

Hanif siempre decía que existe el peligro de que el diseño se pierda en la narrativa de la sostenibilidad. Siempre empujaba las cuestiones de diseño hacia el centro.”

“… si no lleva estas preguntas a la [comunidad] de diseño en general, como lo hablamos, los ingenieros y la industria se harán cargo. Y si eso sucede, nunca veremos realmente ninguna arquitectura.”

[En referencia al proyecto Haus Gables]

Haus Gables

Con la casa, cortamos los espacios en blanco en 87 paneles individuales para racionalizar la forma. Al final, sólo se utilizaron algunos espacios en blanco en su totalidad. Así que, pensando en ello más tarde, le pregunté a Hanif: “¿Y si empezamos primero con los espacios en blanco y vemos qué tipo de arquitectura conseguimos?”. “Para mí, el espacio en blanco te empuja hacia procedimientos de dibujo y corte. Al ser un material en forma de lámina, la pieza en bruto tiene una cualidad de estar ya hecha. También colapsa, o aplana, la arquitectura y la estructura: ¡con la pieza en blanco lo tenemos todo en uno! También hay una estética de la planitud que viene con ella. […] Pero la planitud se convierte rápidamente en volumen, dependiendo de cómo se junte, ¿no? Hay mucho potencial ahí.”

Hanif creó este diagrama de la Maison Dom-Ino que ilustra lo que hace el espacio en blanco. Lo que ocurre en ese diagrama es que estamos eliminando las columnas y metiendo espacios en blanco de CLT entre los pisos.”

Es la clásica cuestión de la geometría: ¿estás esculpiendo el espacio o creando espacio? […] ¿Pero qué pasaría si no se pudiera liberar la piel del sistema estructural (que es de lo que trata el diagrama de Dom-Ino)? […] Para nosotros, la disponibilidad del espacio en blanco nos obliga absolutamente a repensar la arquitectura.”

[Los estudiantes del GSD Mass Timber Studio desarrollaron nuevos tipos de viviendas utilizando solo una hoja de madera laminada cruzada de 9 pies por 50 pies, que Bonner y Kara llaman un espacio en blanco]

“ … es lo fenomenal del espacio en blanco: su capacidad para saltar de escala.”

[Cuando el periodista pregunta sobre la posibilidad de que la construcción con CLT acabe con los conjuntos de dibujos, con planos de nesting]

Lo que están mostrando son los espacios en blanco. No hay nada anidado [nested] dentro de nada. Es toda la longitud de la cama CNC. Y que estos se convierten en una especie de figura-fondo.”

El periodista:

“Cuando se dibuja el hormigón y el acero, hay una forma particular de dibujarlo que es muy detallada y muy basada en elementos, pero no obstante, es abstracta.”

Hanif Kara:

Pero cuando se dibuja el CLT, se está como tres pasos más cerca de hacer el edificio. En efecto, en ese momento sólo se está ampliando el dibujo. Esa es una de las razones por las que realizamos estos análisis en las torres de estudiantes. Puedes ver que si haces estos análisis lo suficientemente grandes, harás el edificio. No se puede hacer eso con ningún otro material. Lo que intentamos mostrar con esos diagramas de tensiones es que el material, al estar panelizado, permite la redundancia. El verdadero problema, entonces, es alrededor de las juntas. Ahora bien, hay gente que dirá que la conexión entre el dibujo y la fabricación que permite el CLT es demasiado simple y que en cierto modo estamos retrocediendo. Pero a mí me gusta pensar que se coordina por sí mismo y, por eso, estamos avanzando.”

Referencia bibliográfica del libro:

Bonner, Jennifer & Kara, Hanif; Blank: Speculations on CLT; octubre 2021, 240 pp., ISBN-13: 978-1-954081-02-4.

Aquí se puede hacer una reserva del libro.

Jennifer Bonner

El libro Mass Timber Building Science Primer del Dr. Ted Kesik está dirigido a los profesionales del diseño y la construcción. Asume que los lectores están poco o nada familiarizados con la tecnología de la construcción con madera en masa. Esta publicación ha sido posible gracias a la generosa puesta en común de la sabiduría colectiva de los líderes de la industria de la madera en masa.

El desarrollo de esta cartilla comenzó poco después del lanzamiento del Instituto de Madera en Masa (MTI) centrado en la Universidad de Toronto. La financiación de esta publicación fue generosamente proporcionada por el Ministerio de Recursos Naturales y Bosques de Ontario. Aunque numerosas jurisdicciones han establecido guías de diseño para edificios altos de madera en masa, los arquitectos e ingenieros a menudo no son conscientes de los conocimientos especializados de la ciencia de la construcción necesarios para realizar proyectos de buen rendimiento. El MTI ha trabajado en colaboración con la industria, los profesionales del diseño, el mundo académico, los investigadores y los expertos en códigos para desarrollar el alcance y el contenido de este manual de ciencias de la construcción con madera en masa.

Un gran número de proyectos ejemplares de construcción con madera en masa en todo el mundo demuestran que el uso innovador de la madera para una diversidad de tipologías de edificios puede ser implementado por arquitectos, ingenieros y constructores. Sin embargo, los conocimientos especializados de la ciencia de la construcción necesarios para conseguir edificios de madera en masa de alto rendimiento están limitados a un grupo relativamente pequeño de expertos. La revolución de la madera en masa necesita muchos más nuevos reclutas en muchos campos, mientras que la industria de la construcción existente debe formarse y educarse para aprovechar todo el potencial de los edificios de madera de ingeniería.

Una de las razones más importantes por las que se elaboró esta publicación fue la de identificar las lagunas en los conocimientos de la ciencia de la construcción relacionados con los edificios de madera en masa, de modo que la industria, el gobierno y el mundo académico puedan trabajar juntos para abordar estas lagunas con programas pertinentes de investigación, desarrollo y demostración. El sector de los edificios de madera en masa en Canadá sigue siendo una colección de plántulas que continúan creciendo y, como tal, merecen la tutela de los mejores conocimientos disponibles en materia de ciencias de la construcción para mantenerlas hasta que se conviertan en un bosque que pueda valerse por sí mismo.

Esta cartilla ofrece un resumen conciso del tema en cuestión y sirve como guía de “mapeo de conocimientos” que permite a los usuarios descargar recursos de un archivo curado de documentos de revistas, informes, manuales y artículos. Aunque todos los recursos descargables son documentos disponibles en línea de forma gratuita, los usuarios de esta cartilla se han ahorrado las incontables horas de búsqueda y selección entre el vasto y creciente cuerpo de información sobre la madera en masa.



Referencia bibliográfica del libro:

Kesik, Ted & Martin, Rosemary; Mass timber building science primer; Mass Timber Institute, Universidad de Toronto; octubre 2021, 67 pp., ISBN-10: 1954081022.

Se puede descargar aquí.

En el prólogo, Michael Green escribe:

En Tomorrow’s Timber se exploran las nuevas innovaciones de la madera, incluyendo los materiales, productos, elementos y sistemas completos de construcción, proporcionando un contexto para este cambio emergente en el diseño y la construcción. Los inspiradores estudios de casos de todo el mundo demuestran que la revolución de la madera en masa se está produciendo mientras hablamos. Tomorrow’s Timber contextualiza los retos y cómo los bosques y la madera en masa pueden ayudar a resolver nuestros problemas globales, mitigando el cambio climático y apoyando el paso a una economía circular de base biológica menos dependiente de los recursos. Por último, el libro aborda las oportunidades y los retos reales del diseño de la madera en masa en el ámbito de la construcción y la obra, antes de ofrecer una perspectiva prometedora hacia el futuro.

Tomorrow’s Timber es un recurso informativo e importante para aquellos comprometidos con el restablecimiento de nuestro equilibrio con el planeta, a la vez que satisface las necesidades de la humanidad.

Referencia bibliográfica del libro:

van der Lugt, Pablo & Harsta, Atto; Tomorrow’s timber. Towards the next revolution; Jeroen van Oostveen, septiembre 2020, 192 pp., ISBN-13: 978-90-82755-2-3-7.

Aquí está la web del libro.