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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 muro de fachada ideal

 

Un muro de fachada es una pared que separa el ambiente interior confortable de atmósfera exterior. Para ser ideal térmicamente, debe participar en el confort interior en cualquier época del año. Este último factor es crucial. El confort no se puede asegurar por igual en invierno, cuando la temperatura exterior es fría, y en verano, cuando hace calor, porque el clima es así por el hecho de que las variaciones diarias de temperaturas son muy diferentes.

El ideal térmicamente deberá, además, combinarse estrechamente con soluciones eficaces sobre los planos estructurales y financieros.

 

Funcionamiento de los muros exteriores en invierno

Durante los días de invierno, las diferencias de temperatura diarias exteriores, incluso entre el día y la noche, son relativamente bajas. Para mantener, diariamente, una temperatura interior confortable y prácticamente constante, es suficiente con prever muros cuya calidad de aislamiento térmico reduce la pérdida de calor que se puedan producir, en los días más fríos, por el sistema de calefacción.

 

En las casas pasivas calentadas por una red de doble flujo, los límites de calentamiento por el aire implican que la potencia de calentamiento no pueda exceder de 10Wu/m²Shab. Para no sobrepasar este límite físico, todas las paredes, por consiguiente los muros de fachada, serán optimizadas de manera conjunta.

 

Entre las propiedades térmicas de los materiales, es la calidad del aislante, definida por el coeficiente de conductividad λ y su espesor, los que permiten lograr este objetivo.

 

Funcionamiento de los muros exteriores en verano

Durante los días de verano, las diferencias en las temperaturas diarias exteriores pueden ser muy altas, mucho más que en invierno. El efecto de la luz directa del sol en los muros de los edificios puede causar altas temperaturas en su superficie que pueden superar los 70 ° C. Es, por ejemplo, el caso de las tejas que pueden alcanzar y superar los 85 ° C, a pleno sol, mientras que su temperatura puede bajar por debajo de 15 ° C en las noches sin nubes, durante las cuales, los tejados irradian toda su energía al exterior.

Incluso si se logra la compacidad de los edificios y la arquitectura con parasoles eficientes; si el aislamiento protege también en verano; si la ventilación de doble flujo reduce las entradas de aire caliente durante el día; si la ventilación natural funciona durante la noche, el riesgo de sobrecalentamiento es importante cuando la inercia térmica es muy baja.

La comprensión de la inercia térmica es esencial para asegurar el confort de verano y la estabilización de temperaturas diurnas y nocturnas. La producción continua de calor interno, dañino en esta época del año, implica una gran inercia por absorción[1] tanto de las partes internas de los muros de la fachada como de las otras paredes del edificio. El recalentamiento de los muros expuestos al sol requiere una gran inercia por transmisión.

 

El funcionamiento de los muros exteriores en cualquier época.

Proporcionar confort durante todo el año con un mínimo de energía, requiere muros de aislamiento optimizado para el invierno y muros con gran inercia por transmisión y absorción en el verano. El muro térmicamente ideal es aquella que mejor satisface todas estas características con la menor inversión posible.

El conocimiento de las cualidades térmicas comparadas de los materiales de construcción es esencial. Por encima de todo, es fundamental tener en cuenta, que no puede existir, físicamente, un material que tenga, conjuntamente, una gran inercia por transmisión y una gran inercia por absorción mientras que los muros de fachadas deben satisfacer simultáneamente ambos requisitos para participar en el confort de verano.

 

Los muros más eficaces no pueden, por consiguiente, formarse más que con dos materiales diferentes. Los materiales situados en el interior del edificio tendrán una máxima inercia por absorción para alisar las variaciones de temperaturas interiores no deseadas, incluyendo los picos de temperatura diurna. El del exterior tendrá que jugar el otro papel. Deberá tener una gran inercia por transmisión para ralentizar al máximo el flujo de paso del calor. Un aumento repentino de la temperatura debido a la luz solar será ralentizado en gran medida, y una parte de la energía se irá incluso hacia fuera cuando los rayos directos del sol han cambiado de dirección.

Reducir la velocidad de flujo de calor no es suficiente en invierno. Durante esta temporada, también es necesario reducir la cantidad de calor que pasa a través de los muros con el fin de lograr construcciones eficientes.

Al menos, uno de los dos materiales debe ser aislante. Para que un material interior tenga una buena inercia por absorción, y juega su papel de esponja térmica en los picos de temperatura, debe ser capaz de almacenar y liberar, rápida y fácilmente, cantidades significativas de calor. Debe ser conductor y voluminoso, como los materiales de albañilería tradicionales que puedan, además, proporcionar un papel estructura de apoyo. Esta característica térmica es contraria a la necesidad de aislamiento que debe ser proporcionado por el material exterior. Afortunadamente, las propiedades térmicas comparadas de los materiales muestran que estos son algunos de los mejores que tienen la mejor inercia por transmisión.

El muro de fachada ideal

La naturaleza nos impone su ley. Todas las características físicas del material se combinan para ofrecer lo mejor: el muro ideal está necesariamente compuesto por dos materiales: un muro interior de soporte con una gran inercia por absorción, y un aislante exterior con una gran inercia por transmisión, sin interés estructural pero que, además de su función térmica, protege el material interior de los choques térmicos.

Las propiedades térmicas comparadas de los materiales muestran que el aislamiento exterior ideal son las fibras de madera y que el muro interior de soporte más eficiente sería el cobre. Este muro es ideal sólo desde el punto de vista térmico. Desde el punto de vista tanto financiero como ecológico, es totalmente irreal. Un muro ecológico y térmicamente perfecto, especialmente para una casa pasiva, podría estar constituida de adobe en el lado interior con un aislamiento optimizado de fibras de madera en el lado exterior. Un revestimiento de madera clara ventilado permitiría mejorar aún más el resultado estival evitando el sobrecalentamiento de las caras soleadas.

 

Desde un punto de vista financiero, el muro ideal está rara vez por encima y la elección será necesariamente un compromiso precio/calidad permitiendo el cumplimiento de los presupuestos disponibles. Esta es la única condición en las que las casas pasivas puedan extenderse.

 

Los muros de fachada son sólo una parte de un edificio. Las conclusiones anteriores serían las mismas para el suelo que para el tejado. Al igual que con todas las otras características de una casa pasiva, el principio de compensación debe ser empleado. Una gran inercia por transmisión de las fachadas compensa, en parte, una baja inercia por absorción. Un suelo o tabiques con gran inercia por absorción pueden hacer lo mismo.

 

En resumen:

  • Un muro térmicamente eficiente esta necesariamente formada por dos materiales diferentes.
  • Un muro de carga con gran inercia por absorción debe estar ubicado en el interior.
  • Un aislamiento de gran inercia por transmisión debe estar situado en el exterior.
  • El espesor del aislamiento debe estar determinado y optimizado por cálculos térmicos.

 

Muro de fachada ideal - Madera Estructural

Muro de fachada ideal – Madera Estructural

 

 

[1] Cuando aumenta la temperatura interior, la pared absorbe calor hasta establecer una situación de equilibrio con el aire. Inversamente, cuando la temperatura interior baja, las paredes liberan el calor acumulado hasta obtener una nueva situación de equilibrio. Esto lo notamos en las bodegas subterráneas o en la planta baja de una casa antigua con mampostería de piedra.