Archivos para el mes de: septiembre, 2016

Con este post se sigue con el análisis de sándwiches con el propósito de cumplir con los valores orientativos de los parámetros característicos de la envolvente térmica (en este caso, una cubierta) para el pre dimensionado de soluciones constructivas en uso residencial. Dichos valores están en la tabla E.1 del apéndice E del Documento Básico HE Ahorro de energía del Código Técnico de la Edificación, publicado en el BOE el 12 de septiembre de 2013. Se analizarán, fundamentalmente, sándwiches de cubierta con el aislamiento por encima de la estructura portante.

Este post es un ejercicio teórico, ya que el aerogel tiene precios prohibitivos, pero ilustra las posibilidades del material.

En el Sándwich de aislamiento de aerogel + PIR, tenemos un doble aislamiento térmico y acústico: uno, térmico y acústico, de aerogel de sílice, que se basa en el Multitherm Aero de BASF; y otro, de PIR (poliisocianurato) rígido con un film de aluminio en la cara exterior, como aislamiento térmico y capa impermeabilizante. Ambos materiales se colocarán por el exterior de la estructura.

El coeficiente de conductividad térmica de la capa de aislamiento del aerogel es de 0,018 W/m°K. Entonces la resistencia térmica K es de 5,56 W/m²k para un espesor de 100 mm.

Las propiedades físicas del aislamiento del aerogel son:

 

Densidad (kg/m³) 230
Calor específico c (J/kg.K a 20°C) 950
Conductividad térmica λ (W/m°K) 0.018
Valor sd 5 m
Comportamiento al fuego según Euroclase A2 -s1, d0

 

El coeficiente de conductividad térmica de la capa de PIR es de 0,022 W/m°K. Entonces la resistencia térmica K es de 1,82 W/m²k para un espesor de 40 mm.

Las propiedades físicas de las fibras de madera son:

 

Densidad (kg/m³) 30
Calor específico c (J/kg.K a 20°C) 1.400
Conductividad térmica λ (W/m°K) 0,024
Valor sd 50-100 m
Comportamiento al fuego según Euroclase B s2, d0

 

El esquema de este sándwich es el siguiente:

1º.- Pares o correas como estructura portante.

2º.- Entarimado de pino Norte de 22 mm de espesor.

3º.- Una membrana de freno de vapor con un sd de 1.500.

4º.- Paneles de aislamiento térmico-acústico de aerogel de 100 mm de espesor. Con solapes de media madera. Colocados como piel continua.

5º.- Paneles de PIR de 30 mm de espesor. Con machihembrado. Con las juntas selladas con cintas adhesivas.

6º.- Rastreles verticales de 30 x 40 mm o más de pino tratado en profundidad en autoclave.

6ª.- Cobertura de teja o pizarra, sobre rastreles horizontales de pino tratado en profundidad en autoclave.

 

La segunda capa de aislamiento se coloca como una piel continua, sin puentes térmicos.

Sobre el segundo aislamiento, se atornillan los rastreles de 30 x 40 mm llegando hasta la estructura portante. Estos rastreles crean la cámara de ventilación. No obstante, el rastrel puede tener más altura si se desea una cámara más grande según los requisitos.

La transmitancia térmica U total de este sándwich es de 0,137 W/m²k, un valor inferior al límite de la zona E (0,19). También, es inferior al límite de 0,15, para cubiertas, según el estándar Passivhaus.

Haciendo la comprobación de condensaciones intersticiales con el programa WUFI (Wärme und Feuchte Instationär), no las hay. Se ha considerado una temperatura interior de 20° C, con una humedad relativa del 50 % del aire, y una exterior de -5° C, con una humedad relativa del 80 % del aire.

Con este sándwich se consigue un desfase térmico de 12 horas en cuanto a la protección contra el calor estival.

Desde el punto de vista del aislamiento, se muestran los pros y contras de cada uno de los aislamientos:

Del aerogel:

Pros:

  • Es el único material que ofrece tanto un funcionamiento hidrófugo como una buena transpiración.
  • Es fácil de colocar en obra (cortar, plegar, etc.).
  • Es ligero y flexible (se adapta a todas las superficies con fijaciones mecánicas o encoladas),
  • No es tóxico ni nocivo para la salud.
  • El mayor potencial es en las “modernizaciones prefabricadas” (prefab retrofits), es decir, elementos prefabricados para la rehabilitación de edificios. Lo cual simplifica la logística y los procesos de elaboración e instalación, con el consiguiente ahorro de tiempo.

Contras:

  • Es muy caro. En formato de panel de 30 mm de espesor, el precio es de unos 123 €/m² (según precios en Francia). En general, el coste es 10 veces superior al de un aislamiento convencional.
  • No es ecológico.

Del PIR.

Pros:

  • Este material tiene una buena resistencia mecánica.
  • Como es de células cerradas, la absorción de agua es despreciable y tiene una buena resistencia a la difusión del vapor de agua.
  • Muy buena estabilidad dimensional.
  • No contienen CFC’s ni HCFC’s.
  • Resistente al envejecimiento.
  • Excelente comportamiento ante el fuego: no funde ni gotea ante la llama directa. Es una de las principales ventajas frente a la espuma rígida de poliuretano (PU).

Contras:

  • No es ecológico, ya que demanda mucha energía en su fabricación.
  • Mal aislamiento acústico.
  • Es caro.

Finalmente, se exponen las ventajas e inconvenientes de este sándwich:

Ventajas:

  • Aislamiento térmico y acústico.
  • Ideal cuando se requiere un sándwich de cubierta de muy poco grosor o una ruptura de puente térmico de débil espesor.
  • Ejecución más sencilla respecto a otros aislantes de alto rendimiento, como los aislamientos por vacío.

Inconvenientes:

  • Muy caro.
  • El edificio requiere un sistema de ventilación mecánica, puesto que este sándwich no es permeable al vapor de agua.

 

 

Puede ver la simulación 3d clicando en este enlace:

https://skfb.ly/UqXt

Para manejar el dibujo 3D, he aquí unas sencillas instrucciones para manejarlo con el ratón:

  1. Pulsando continuamente el botón izquierdo y arrastrando, gira el dibujo en todas las direcciones,
  2. Pulsando continuamente el botón derecho y arrastrando, desplaza el dibujo en todas las direcciones,
  3. Moviendo la rueda del ratón hacia arriba o abajo, se hace zoom más o menos.

 

Un proyecto de ejemplo del uso del aislamiento de aerogel es la rehabilitación de las cubiertas de una iglesia en Belfast, Irlanda del Norte, con 20 mm de espesor.

Iglesia en Belfast

Iglesia en Belfast

Iglesia en Belfast

Iglesia en Belfast

Sabemos que en este país vamos hacia atrás en la cuestión de las energías renovables. Hace poco que hemos sabido que España es el país del mundo que más incrementó el consumo de carbón en el 2015 al elevar un 23,9 % la demanda frente a una caída del 1,9 % en el resto del planeta. Y encima la producción autóctona se derrumba un 24,5 %.

Aun así, podemos hacer algo, por ejemplo, en la cuestión del aislamiento en la edificación: optar por los aislantes ecológicos.

Existen muchos aislantes en el mercado y, cada cierto tiempo, se tiene noticia de la aparición de otro. El mercado es inmenso. Que destaque un aislante sobre otros es más una cuestión de marketing que de la bondad de sus propiedades físicas.

Pero, realmente, ¿cuál es el aislamiento más ecológico?

Considero que el aislante más ecológico y eficiente es:

  • Con una buena ratio CO2/Rt.
  • Y de producción nacional.

Los criterios para comparar los diferentes materiales aislantes son especialmente complejos. Para compararlos se debería obtener un ratio que relacione los kg de CO₂ por unidad de resistencia térmica (Rt). Este ratio se ha obtenido calculando, en primer lugar, la huella de CO2 en volumen y, luego, dividiendo el CO₂ en volumen entre la resistencia térmica.

Es decir, para el cáñamo:

Rt = 1 metro/0,04 = 25

-0,624 kgCO2 eq./KgMat. x 46 kg/m³ = -28,7

Ratio = -28,7 / 25 = -1,148 = -1,15

 

Aislante Cáñamo Celulosa Fibras de madera Aglomerado de corcho expandido Lana de oveja
Imagen  canamo  celulosa  sylvactis-40-fx  corcho  lana-de-oveja
Aplicación/formato Panel Insuflado Panel Panel Panel
Nombre comercial Thermo-chanvre Sylvactis 40 FX Wool4build Premium
Fabricante Thermo Natur Aislanat Actis Amorim Grupo Lederval
Composición 85-90 % de cánaño, un 8-10 % de ligantes (fibra termofusible de poliéster) y 2-5 % de carbonato de sodio como protección contra el fuego Papel reciclado y borax Fibras de madera, ligante termofusible y agente ignífugo 100 % corcho natural 85 % de lana y 15 % de fibra termofusible de poliéster
Densidad en kg/m³ 28-46 45 40 100/120 30
Conductividad térmica λ (W/m·K) 0,04 0,038 0,038 0,037/0,04 0,033
Resistencia térmica (m²·K/W). Para 100 mm de espesor. 2,5 2,63 2,63 2,7 3
Coeficiente de resistencia a la difusión de vapor, μ 1 a 2 <3,5 <2 7 a 14 1-2
Calor específico, en Kj/kg·C° 2,3 2 2,1 1,67 1
Clasificación contra el fuego E B-s2,d1 E E-s1,d0, y B2 con recubrimiento E
Precio indicativo, para  100 mm  de espesor <15€/m² 0,8 €/kg <13 €/m² <35 €/m² <10 €/m² (50 mm de espesor)
Huella de CO2V (kgCO2 eq./KgMat.) -0,624 0,056 0,0058 0,2 1,5
Ratio (CO2/Rt) -1,15 0,1 0,35 0,89 1,49

 

λ = cuanto menor, mejor aislamiento.

Rt = cuanto mayor, mejor resistencia térmica.

μ = cuanto más se aproxime 1 o 2, mejor permeabilidad al vapor de agua.

Ratio = cuanto menor, mejor. Se considera un 1 metro de espesor.

Cuanto más calor específico, mejor inercia térmica.

 

 

Los fabricantes de cáñamo son franceses y los de fibras de madera, franceses y alemanes. Desconozco que los haya españoles.

 

Para una vigueta de madera de forjado, ¿uso una de MLE (Madera Laminada Encolada) de abeto, MLE de eucalipto, MLE de haya, I-Joist , de LVL o de otro tipo?

Madera Estructural© les ofrece una orientación a la hora de escoger qué tipo de madera usar como vigueta en un forjado. Pero no deja de tener un interés en cuanto se comparan distintas clases de madera y tecnologías de maderas de ingeniería (EWP, Engineered Wood Product).

Se parte de un cálculo según el Eurocódigo 5 y con los siguientes presupuestos:

  • una luz de 4,5 m de longitud,
  • 100 mm de ancho en cada apoyo,
  • las viguetas tienen un intereje de 60 cm,
  • 120 kg/m² de cargas permanentes (aparte del peso propio de la viga),
  • 200 kg/m² de cargas de explotación, ya que se trata de una vivienda residencial, categoría A,
  • no se consideran cargas puntuales, ya que, en aras de la homogeneidad de la comparativa, en las tablas de los fabricantes, habitualmente, no las hay,
  • En la comprobación de estados límites de servicio, se consideran las siguientes flechas:
    • Winst,Q = 1/300,
    • Wnet,fin = 1/300,
    • Wfin = 1/300.
  • comprobación de vibraciones,
  • se trata de un tramo sobre dos apoyos: un apoyo fijo y otro libre con desplazamiento horizontal,
  • y el programa de cálculo está configurado con el Anexo Español de Eurocódigo 5.

Los resultados se muestran en una tabla, donde se especifican:

  • nombre comercial o designación de la resistencia a flexión de la madera,
  • clase de madera,
  • una imagen de la pieza,
  • resistencia característica a la flexión fm,k, en N/mm²,
  • densidad característica, en kg/m³,
  • módulo de elasticidad, E0,mean, en N/mm²,
  • sección resultante en mm (b x h),
  • nombre del fabricante y enlace,
  • y software utilizado en los cálculos.

 

 

Nombre comercial

Tipo de madera Imagen Resistencia característica a la flexión fm,k, en N/mm² Densidad característica, en kg/m³ Módulo de elasticidad, E0,mean, en N/mm² Resultado, en mm (b x h) Fabricante Software utilizado
C18 Madera maciza escuadrada de pino silvestre  madera-maciza-de-pino 18 320 9.000 140 x 240 Varios MdBat
C24 Madera maciza escuadrada de pino silvestre  c24-pino-silvestre 24 420 11.000 140 x 240 Varios MdBat
C30 Madera maciza escuadrada de pino laricio (Pinus nigra)  pino-laricio 30 570 12.000 140 x 220 Maderas Cuenca MdBat
GL24h Madera laminada encolada de abeto (Picea abies)  glulam-abeto 24 470 11.600 140 x 220 Varios MdBat
MLE de eucalipto Madera laminada de eucalipto (Eucaliptus globulus)  mle-eucalipto 83,6 840 20.200 100 x 180 Laminados Villapol Laminados Villapol/Universidad de Santiago de Compostela
BauBuche Madera microlaminada de haya (Fagus sylvatica)  baubuche-gl70 70 740 16.800 120 x 200 Pollmeier MdBat
Kerto S Madera microlaminada de epicea (LVL, Laminated Veneer Lumber)  kerto_s 48 480 11.600 90 x 240 Metsä Wood MdBat
CLT Madera contralaminada (Cross Laminated Timber)  cltjpg 550 160 L5s-2 Stora Enso CLT Engineer
Parallam Madera de hebras paralelas (PSL, Paralell Strand Lumber)  parallam-psl 42 750 13.800 89 x 241 (3½” x 9½”) Varios MdBat
Finnjoist I-joist, EWP (Engineered Wood Product)  finnjoist-i-beam 5,06 kg/m Flexural rigidity (mean values), en Nmm2 x 1012: 1.632 FJI 300-89-39 Metsä Wood Finnwood 2.4 FR
STEICOjoist I-joist, EWP (Engineered Wood Product)  steico-joist 5,6 kg/m Flexural rigidity EIy, mean, en Nmm² * 10m9 = 1.752 SJ90/300 STEICO MdBat
Inopanne Standard I-joist, EWP (Engineered Wood Product)  inpanne-std 7 kg/m Flexural rigidity (mean values), en Nmm2 x 109 = 1.211,6 h = 275 France Poutres MdBat
Lignatur – caison multiple Viga cajón, EWP (Engineered Wood Product)  lignatur 38 kg/m² h = 180 Lignatur Tablas de Lignatur
Kielsteg KSE Viga cajón, EWP (Engineered Wood Product)  kielsteg
48,4 kg/m² h = 228 Kielsteg Tablas de Kielsteg

 

Observaciones:

  • No se hicieron cálculos para los elementos Kielsteg de 228 mm de altura (es la menor altura que fabrican), ya que, de por sí según las tablas del fabricante, soporta más de 10 kN/m² de cargas permanentes y variables.
  • Tanto con la CLT como en los elementos Lignatur y Kielsteg, las características de sus materiales se refieren a las de las maderas que los componen.
  • La medida 140 x 220 mm en pino laricio no existe en stock.

 

 

Una guía práctica publicada por la asociación interprofesional para la promoción de la madera de la región francesa del País del Loira, Francia, con el concurso de Idéobois y la plataforma regional de innovación Bois HD.

Permitirá entender mejor el uso de la madera en fachadas, estructuras y diseño exterior.

La durabilidad y el envejecimiento de la madera al exterior son, de hecho, parte de las principales preocupaciones de los profesionales en el sector de la construcción en madera.

Así, el libro presenta el estado actual de los conocimientos sobre este tema y los muchos logros de la experiencia de numerosas realizaciones en el País del Loira.

 

Referencia bibliográfica:

VV.AA, Le bois, ex extérieur. Conception, durabilité, aspect, maintenance, Atlanbois, Francia, 2015, 120 p.

 

En:

http://www.atlanbois.com/actus/guide-precobois-derniere-partution-le-bois-en-exterieur/

http://www.kiosque21.com/construction-bois/2765-guide-le-bois-en-exterieur.html

 

Extracto:

http://www.atlanbois.com/wp-content/uploads/2016/09/extrait_guide_boisexterieur.pdf

Le bois en exterieur