Archivos para el mes de: junio, 2017

El fin de este post es mostrar que se puede construir una casa de madera con aislamientos y materiales sostenibles de producción local en España y baja huella de carbono.

Toda nueva edificación, a partir del 31 de diciembre de 2020, deberá cumplir los parámetros de un Edificio de Consumo de Energía Casi Nulo (EECN, o Net Zero Energy Building). En España, el CTE (Código Técnico de Edificación) introdujo en 2013 modificaciones en su apartado de ahorro energético. Lo cierto es que todavía no hay un marco definido a nivel estatal de lo que significa una vivienda de consumo casi nulo, es decir, cada país comunitario debe regularlo. Al amparo de esta normativa han surgido diferentes certificados de calidad, la mayoría de organismos europeos. En estos momentos, el estándar más extendido en Europa es el Passivhaus alemán, de iniciativa privada.

Como se considera que, por muy restrictivo que fuera finalmente el estándar fijado en España para un ECCN, los edificios Passivhaus lo cumplirían con creces.

Por tanto, en este post analizaremos la eficiencia de un sándwich para muros con aislantes como corcho, paja y arcilla cumpliendo con los valores del estándar Passivhaus.

Se parte de la premisa que se considerará un sistema constructivo en forma de cajones de madera con capacidad estructural, con relleno de paja como aislante, y que aislará por el exterior de dichos cajones con un sistema SATE (Sistema de Aislamiento por el Exterior) de corcho negro, y que las superficies interiores se enlucirán con arcilla sobre un empanelado, también de arcilla, que deja una cavidad para las instalaciones técnicas de electricidad y fontanería. Se busca una construcción lo más seca posible.

El Sándwich para muros de corcho + paja + arcilla, se compone de dos partes principales:

  • un aislamiento térmico-acústico en tres capas: una semirrígida de corcho negro expandido de alta densidad de 160 kg/m³, la paja de cereal, comprimida, de unos 120-130 kg/m³, y las diferentes capas de arcilla como enlucido y acabado.
  • y cajones de madera autoportantes como elemento estructural.

El corcho:

El coeficiente de conductividad térmica del corcho negro expandido es de 0,040-0,42 W/m°K. Entonces la resistencia térmica K es de 1,5 W/m²k para un espesor de 60 mm. Se presenta en forma de panel semirrígido y los cantos son a media madera.

Las propiedades físicas del corcho expandido son:

 

Densidad (kg/m³) 100-120
Calor específico c (J/kg.K a 20°C) 1670
Conductividad térmica λ (W/m°K) 0,40-0,042
Resistencia a la difusión del vapor de agua, μ 7 a 14
Comportamiento al fuego según Euroclase E-s1,d0
Energía gris para la fabricación, en MJ/Kg, para un espesor de 100 mm >45,50
Emisiones KgCO2e/Kg 16,50

Corcho negro expandido

La paja:

El coeficiente de conductividad térmica de la paja de cereal es de 0,052 W/m°K. Entonces la resistencia térmica K es de 7,6923 W/m²k para un espesor de 400 mm. Se presenta en un formato de bala o paca de paja.

Las propiedades físicas de la lana de oveja son:

 

Densidad (kg/m³)
Calor específico c (J/kg.K a 20°C) 1500
Conductividad térmica λ (W/m°K) 0.052
Resistencia a la difusión del vapor de agua, μ 1-2
Comportamiento al fuego según Euroclase B-s1, d0
Energía gris para la fabricación, en kWh/m2 De -26 a -39
Emisiones KgCO2e/m2 5-7

Bala de paja

 

La arcilla:

Las propiedades físicas del panel de arcilla (con una composición de arcilla, arena, paja picada y fibra de vidrio) y del enlucido de arcilla son:

 

Densidad (kg/m³) 1300/1800
Calor específico c (J/kg.K a 20°C) 1000/1000
Conductividad térmica λ (W/m°K) 0.47/0.91
Resistencia a la difusión del vapor de agua, μ 5-7
Comportamiento al fuego según Euroclase A1

 

Esquema constructivo:

El esquema de este sándwich es el siguiente, del exterior al interior:

1º.- Revestimiento en madera de 22 mm de espesor.

2º.- Cámara de aire creada por los rastreles verticales.

3º.- Una primera capa de aislamiento con paneles de corcho expandido de 60 mm de espesor. Los paneles tienen los cantos a media madera.

4º.- Membrana impermeable, traspirable y cortavientos, con un Sd variable (higrovariable).

5º.- Cajones estructurales con montantes de madera maciza de pino/abeto dimensionados según cálculo de estructuras, y tablero inferior de OSB de 15 mm y superior de MDF de 15 mm de espesor, con un formato de 1200 x 2500/3000 x 400/450 mm.

6º.- Relleno de los cajones con un aislamiento de paja de cereal (mejor trigo, aunque el centeno destaca por su flexibilidad, y el arroz, por su resistencia a la humedad)) comprimida.

7º.- Tablero de MDF de 15 mm de espesor, permeable al vapor de agua y de 550 kg/m3 de densidad.

7ª.- Lámina reguladora de vapor con un Sd variable.

8º.- Cavidad creada por los rastreles verticales para las instalaciones técnicas de electricidad y fontanería.

9ª.- Panel de arcilla de 22 mm de grosor.

10º.- Instalados estos paneles, se rejuntan con malla de yute y 2-3 mm de mortero de arcilla base. Como acabado, un enlucido final con arcilla fina de unos 2-3 mm.

La primera capa de aislamiento se coloca como una piel continua, sin puentes térmicos. Y sobre ella se atornillan los rastreles verticales llegando hasta los montantes de los cajones. Estos rastreles crean la cámara de ventilación. No obstante, el rastrel puede tener más altura si se desea una cámara más gruesa según los requisitos. En climas cálidos es de hasta 6 cm.

La transmitancia térmica U total de este sándwich es de 0,109 W/m²k, un valor inferior al límite de 0,15 para muros de fachadas del estándar Passivhaus.

Haciendo la comprobación de condensaciones intersticiales con el programa WUFI (Wärme und Feuchte Instationär), no hay condensaciones intersticiales.

En la gestión del vapor de agua en las paredes aisladas con paja, se deben considerar unas reglas generales en cuanto a los valores de espesor de aire equivalente para la difusión del vapor (Sd) en el interior y en el exterior que deben respetar las caras exteriores e interiores estancas al aire. En esta pared en cuestión, revestimiento de madera ventilado y paneles interiores y exteriores, la regla a observar es:

SdExt < SdInt/5

Con este sándwich se consigue un desfase térmico de unas 25 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 aglomerado de corcho negro expandido.

Pros:

  • Muy poco higroscópico, poco hidrófilo y poco capilar.
  • Buena estabilidad dimensional y resistencia a la compresión.
  • Muy buen compromiso entre aislamiento térmico (caliente/frío) y acústico (tanto a los ruidos aéreos, atenuación de los ruidos aéreos de 30 dB con 30 mm de espesor, como de impacto). Es un aislante antivibratorio.
  • Tiene un grado de impermeabilidad relativamente alto a la penetración del aire y agua.
  • Es difícilmente combustible, actúa como un ralentizador del fuego y no desprende gases tóxicos.
  • No le atacan los insectos y los roedores.
  • Gran durabilidad.
  • El corcho negro es el corcho más ecológico. En su fabricación no se añaden aditivos químicos. Resumiendo, su proceso de fabricación: triturado, secado, aglomerado en autoclave con vapor de agua recalentado (el aglutinante es la suberina, una resina natural del corcho), enfriamiento con agua, secado, escuadrado y corte en paneles.
  • Gran resistencia a los agentes químicos.
  • Es renovable y totalmente reciclable.
  • Débil costo energético.

Contras:

  • Es caro.
  • Como el turno de descorche del alcornoque varía entre 9 y 14 años, durante 150 años, es un material de producción lenta.

De la paja:

Pros:

  • Excelente aislamiento acústico. Para una pared de paja de 356 mm y enlucidos en las dos caras, resulta un índice de amortiguación acústica en laboratorio de Rw,P = 45 dB.
  • Es muy permeable al vapor de agua.
  • Es reciclable y renovable.
  • Débil energía gris.
  • Ligereza y facilidad de instalación.
  • Tiene una huella de carbono mínima.
  • Subproducto de la agricultura abundante.
  • La paja es un aislante que presenta una toxicidad al nivel de los COV excelente.
  • En Alemania y Austria existe una bala de paja certificada.
  • Es el aislante más barato, se le paga al agricultor 1 euro por bala. Para una casa se necesitan entre 200 y 300 pacas. O mejor dicho, bastan la cosecha de trigo de 3 hectáreas.
  • Resistente a los roedores y a las termitas. Las pruebas de Estados Unidos han demostrado que las termitas prefieren los marcos de las carpinterías de huecos y las puertas a la paja. Frente a los roedores: la paja tiene que estar exenta de semillas.
  • Resiste el fuego, ya que la compresión de las pacas expulsa el aire de su interior. En un test realizado en Francia, cuando la temperatura del fuego llegaba a los 600° C en el tejado, los sensores introducidos dentro de la paja indicaban una temperatura de 23° C. Al desmontar el tejado, se observó que sólo se quemó la paja superficial del lado interior de las pacas.

Test de incendio

Contras:

  • La ausencia de visibilidad y de seguridad en el aprovisionamiento es un freno al desarrollo de la construcción con paja. Está el problema de que los agricultores trabajan con grandes pacas, redondas o cuadradas, de 200 a 400 kg, no adaptadas a la construcción.
  • La paja es industrialmente explotada por los agricultores, raramente bio, utilizando semillas pretratadas y una cantidad de pesticidas, fungicidas, insecticidas y otros productos fitosanitarios, cuyos riesgos para la salud humana son conocidos hoy en día. Sin embrago, es mejor que la paja bio regrese a la tierra y que la no bio sea almacenada en los edificios.
  • Si está fresca, la paja es utilizable inmediatamente, sin embargo, no se puede volver a utilizar la paja como aislante al final de su vida útil. Ciertamente, se puede usar en una segunda vida como abono o camas para animales o biomasa para calefacción. Si se han aplicados enlucidos encima, no es fácil separarlos.
  • Disponibilidad aleatoria de la paja: hay que encontrar paja de calidad (de trigo o triticale -cebada, centeno, avena-), de hebras largas no rotas), bio, las posibilidades del calibrado de las pacas (anchura y altura constantes – 35 x 45 cm – y longitud correcta – entre 60 y 120 cm -), la estación de producción (más o menos los primeros cereales) y las condiciones meteorológicas para conseguir la paja más seca.

 

De la arcilla:

Sus características se analizarán en un próximo post sobre muros de adobe o tierra comprimida.

 

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

Ventajas:

  • La fabricación y el relleno de los cajones se hace en el taller, con las ventajas de la industrialización.
  • Entre las diferentes variaciones de un cajón estándar está el que tiene incorporadas unas riostras de madera. Así, no es necesario usar tableros o paneles para el arriostramiento de la edificación.
  • Si no se desea el revestimiento exterior de madera, la capa de corcho sirve de soporte para un enlucido exterior adecuado (y permeable).
  • Se puede montar una casa de 100 metros cuadrados en tres días.
  • Dada la importancia de revestir la paja, en lado interior se usan materiales naturales y permeables al vapor de agua, como la cal o la arcilla, porque sirven de protección frente al fuego y la humedad y proporcionan la inercia térmica necesaria. Además, los enlucidos de arcilla son un excelente regulador de la humedad.
  • Por la sencillez del sistema constructivo, se presta a la autoconstrucción. Hay cursos para ello[1].

Inconvenientes:

  • Es uno de los sándwiches con aislantes de origen biológico con mayor grosor en casas pasivas. En este caso, el muro tiene unos 59 cm de espesor.
  • El peor enemigo de la paja es el agua, lo cual obliga a una cuidadosa resolución de los detalles constructivos. Especial relevancia tienen el detalle del encuentro entre el cimiento y el muro para evitar la humedad capilar del subsuelo.
  • Siguiendo con el agua, la fase de construcción en obra es arriesgada, ya que la paja no puede tener más de un 20 % de humedad.
  • Si no se opta por la autoconstrucción, el coste de las pocas constructoras especializadas que hay en España es comparable al de las convencionales, e incluso superior, ya que hay pocos profesionales en este tipo de construcciones con paja.

Imagen de Ecococon – Observen los paneles de arriostramiento en las esquinas

Resumiendo, es uno de los sándwiches para muros más ecológicos, con materiales locales y de probada eficacia.

La paja tiene futuro como aislante. Un ejemplo revelador es el edificio Jules Ferry construido en la localidad francesa de Saint Dié des Vosges, de 7 plantas, en 2011. Es un edificio Passivhaus con una estructura de paneles CLT pero aislado con cajones prefabricados de madera rellenados de paja.

Imágenes de Prana House Sàrl – Edificio Jules Ferry

Imagen de Prana House Sàrl – Ampliación en Zürich – alerce en el exterior y enlucido de arcilla en el interior

Un libro interesante sobre la construcción con paja es “Regles professionnelles de construction en paille”, editado por Réseau français de la construction paille.

Puede ver la simulación 3d clicando en este enlace:

https://skfb.ly/68QXz

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.

 

[1] Consúltese en Red de construcción con paja.

El autor, Christian Fanguin (director de la escuela de construcción en madera Bois Pôle Egletons o Bois PE), ha escrito esta guía “Para los profesionales y por los profesionales, responde a las preguntas que las empresas demandaron durante nuestros entrenamientos”. El libro anticipa la futura norma francesa DTU 31.2, prevista para 2018. Además del marco regulatorio y normativo, esta guía se refiere a la protección de la madera, resistencia al fuego, acústica, ventilación. Propone un método para realizar los planes de ejecución y ejercicios con las soluciones para asegurarse de que todo ha sido asimilado. Esta guía también tiene en cuenta las evoluciones y las técnicas innovadoras, con materiales transversales tales como la colocación de duchas sobre pisos de madera, paredes de piedra, cartón-yeso colocado sobre soporte de madera …

Una de las principales manzanas de la discordia en la revisión de la DTU 31.2 consiste en la cuestión de la integración o no del enfoque transpirable alemán.

En Alemania, hace 10 años el mercado se ha movido a un proceso que reemplaza el para-vapor por una sucesión de capas cuya permeabilidad al vapor de agua es cada vez mayor, de acuerdo con ciertas reglas.

En Francia, el DTU 31.2 provisional instituyó, por el contrario, el uso de una barrera de vapor en la cara interior de la estructura de madera. Por otra parte, Alemania favorece arriostramiento en el interior, lo que permite aprovechar, de forma inteligente, de las propiedades de barrera de vapor de algunos paneles de arriostramiento.

Hay dos escuelas. El nuevo DTU 31.2 ha establecido, finalmente, las reglas de la técnica para el uso de dispositivos con o sin una barrera de vapor, para ambas soluciones:  arriostramiento en el interior, y con arriostramiento en el exterior.

Referencia bibliográfica:

Fanguin, Christian, y Jerôme Grivet, L’Ossature bois. Conception technique & mise en oeuvre. Edición de CNDB y Bois PE, Francia, 2017. 304 pp.

En:

http://www.boispe.fr/shop/L-ossature-bois-Conception-technique-et-mise-en-oeuvre_p4.html

 

Una termografía de la envolvente

Tanto o más importante que la estructura de un edificio es la consecución del bienestar de sus ocupantes y la eficiencia energética. Para ello, se necesita entender cómo se comportan los edificios en cuanto a diversas cuestiones: la humedad, el aislamiento, la estanqueidad al agua y al aire, los puentes térmicos, la protección solar, la ventilación, la calefacción, etc. Esto es, la física de la construcción.

La física del edificio es una disciplina increíblemente importante en el diseño y operación de todos los edificios sostenibles. Tener una comprensión básica de los principios y la teoría detrás de esta disciplina es esencial para cualquier persona que sea parte del equipo de diseño, equipo del cliente o equipo de operaciones.

Al comprender las leyes naturales de la física, los profesionales de la construcción pueden desarrollar y operar edificios que consumen menos energía y funcionen mejor. Un buen diseño depende en gran medida de la aplicación de los principios de física al entorno construido. También está detrás de muchas de las métricas de rendimiento energético ahora obligatorias.

Madera Estructural comparte con Uds. recursos para aprender sobre la Física de la Construcción dentro del marco de la construcción en madera. Son:

  • La compañía de Joseph Lstibureck, Building Science Corporation, ofrece muchísima información gratuita.
  • Green Building Advisor ofrece valiosos artículos, contestar preguntas y responder a comentarios. El problema es que es de pago.
  • Unirse a los grupos RESNET BPI y Building Science Community para mantenerse al tanto de los temas candentes, aprender de tus compañeros y entablar grandes discusiones con gente de todo el mundo.
  • BuildingGreen, de Alex Wilson, es un gran recurso para la información de la construcción verde, especialmente en productos. Si quieres saber más sobre un producto concreto o recibir las últimas noticias sobre el LEED, éste es tu lugar.
  • El blog de Energy Vanguard de Allison Bailes.
  • RDH Building Science Laboratories, de John Straube, hace investigación de laboratorio, investigación de campo y mucho más.
  • Dentro del estándar Passivhaus, hay varios recursos interesantes (aparte de las webs como Passipedia y de las oficiales en cada país):
    • PassivAct, un excelente recurso para popularizar el conocimiento de las casas pasivas y su funcionamiento.
    • 475 High Performance Building Supply, con su blog, ofrece interesante información sobre la construcción pasiva.
    • Certificados Energéticos, aunque se enfoca en los certificados en España, tiene artículos de interés.
    • Passive House+, editores de la revista de igual nombre, el enfoque se extiende más allá de la eficiencia energética para captar la calidad del aire interior, el uso del agua y el impacto ambiental de los materiales.
    • Ecological Building Systems tiene un blog con post muy buenos sobre la estanqueidad (airtightness).
    • La AECB, Association for Environment Conscious Building, en su sección Library publica artículos sobre la construcción sostenible.
  • Web del Departamento de Energía, de EE.UU., el enlace lleva a su página en edificios residenciales.
  • Standard Work Specifications del NREL (National Renewable Energy Laboratory) de EE.UU., es un sito con información muy práctica, por ejemplo, cómo aislar la vivienda del garaje. La principal limitación aquí es que todo es texto. Sin embrago, no son accesibles al público en general.
  • WAPTAC, acrónimo de Weatherization Assistance Program Technical Assistance Center del Departamento de Energía de EE.UU. Con muchísima información. Una página interesante para los enseñantes es su página Curriculum resources.
  • Home Energy Pros y Home Energy Magazine. Home Energy Pro es como el grupo RESNET BPI en LinkedIN, pero con fotos y videos (interesante es el grupo de discusión Best Practices Residential). Home Energy Magazine es la revista que los auditores, analistas, etc. de la construcción más a menudo se suscriben.
  • Applied Building Technology Group, con su página Technical Resources, es una empresa de ingeniería que ofrece interesante información.
  • El blog del arquitecto Daniel Overbey con post de variados temas sobre la construcción sostenible desde una amplia perspectiva.
  • GreenSpec es el principal recurso sobre Green Building en el Reino Unido. En su página Building Physics ofrece los conceptos claves de la Física de la construcción.
  • JCLonline, en su sección How To, ofrece una práctica información clasificada en apartados (foundations, framing, roofing, insulation, HVAC, etc.) con su JLC Digital Field Guide.
  • Pro Trade Craft ofrece artículos de su sección Jobsite Handbook, clasificada en apartados. Es uno de los recursos más valiosos para los framers (constructores de casas de entramado) puesto que hay abundantes gráficos y unos videos muy ilustrativos.
  • Y, por último, The Building Enclosure, de la consultoría Built Environments, de M. Steven Doggett y Robert F. Brunjes. The Building Enclosure es un blog, un recurso educativo, y una defensa del diseño resiliente del edificio.