MUROS (CERRAMIENTOS AISLANTES)

Primeramente destacar la necesidad de utilización de materiales con un bajo impacto ambiental, es aquí donde mayor presencia tienen los elementos considerados como inertes, fundamentalmente pétreos y cerámicos. En la construcción actual se incorporan metales, maderas y vidrios, pero con porcentajes en peso y volumen muy inferiores.

La primera consideración que se debe realizar, es la imperiosa necesidad de aislar de manera eficiente el muro, entendiendo los cerramientos del edificio como nuestra tercera piel (después de la piel corporal y de la ropa) y por lo tanto es donde se va a producir la transferencia energética con el exterior. Su correcto aislamiento incidirá de manera decisiva en la reducción del consumo energético.

Recordando que en este campo existe una gran variedad de productos, y que es preciso acudir a aquellos que representan los menores costes ambientales, es tarea vital remarcar el compromiso que debe adquirir la conformación de los cerramientos en sus sucesivas capas con las estrategias pasivas de acondicionamiento ambiental. Si el análisis que se ha efectuado requiere de la implantación de inercia térmica en el interior de nuestro hábitat, de modo que la energía solar incidente traspase los vidrios, se aloje en el muro, guarde el calor y luego lo devuelva, debemos preparar el muro para que esto se realice de la forma más directa y sencilla posible, facilitando ese movimiento. Además, si la edificación tiene un carácter residencial, se obtendrá un beneficio considerable en cuanto a la estabilidad térmica del ambiente interior.

Si observamos una sección tipo de un cerramiento común, está constituido, del exterior al interior, por una fábrica de ladrillo cerámico (de medio pie), aislamiento térmico y/o cámara de aire y una hoja interior de tabique o tabicón de ladrillo hueco sobre la que va un guarnecido de yeso. El aislamiento térmico divide el muro en dos partes que sitúan la mayor masa y por lo tanto el volumen mayor de almacenaje térmico, en el exterior, lo que no permite aprovechar al máximo este aporte, quedando la hoja colocada con una escasa capacidad de almacenamiento energético en el interior.

En el caso de muros trombe, invernaderos o muros radiantes será recomendable la utilización de fábricas de ladrillo macizo (cara vista y perforado). El ladrillo perforado es el que tiene un uso más generalizado a la hora de realizar una fábrica cara vista, se trata de un ladrillo con perforaciones de volumen superior al 10%, principalmente utilizado para cerramientos. En el caso de los ladrillos para cara vista su particularidad es que una de las caras no va revestida.

Para lograr nuestro objetivo sería preciso darle la vuelta a esta disposición, dejando que los elementos que tengan mayor masa térmica se conviertan en la hoja interior, en contacto directo con el ambiente a acondicionar, y el aislamiento térmico se sitúe sobre el haz exterior de esta hoja, impidiendo la transmisión energética. Lo que constructivamente suceda de aquí hacia fuera, puede depender de muchos factores, entre otros de la configuración estética del edificio. Es el fundamento de las fachadas ventiladas donde toda la masa se concentra hacia el interior, el aislante térmico resguarda y protege la posibilidad de perder la energía almacenada por el muro, y la hoja exterior, confeccionada con fábrica cerámica, pétrea, madera, metal o vidrio, sirve de cierre a este sistema.

Esta disposición permite optimizar otro de los recursos a tener en cuenta, sobre todo en construcciones de poca altura: el doble papel que pueden ejercer las fábricas como piel (cerramiento del volumen habitable) y esqueleto (estructura portante). El razonamiento es muy sencillo: si tenemos un elemento imprescindible que nos sirve para evitar las fugas de calor y la entrada de agua, pero que además tiene una cierta capacidad portante, simplemente utilicémoslo. Bien es verdad que son estructuras menos flexibles en las que no se pueden abrir todos los huecos deseables, pero pueden responder perfectamente a exigencias de todo orden, incluyendo las compositivas.

Las características que determinan el comportamiento de las fábricas de cara vista son la absorción y la succión. Es necesaria una correcta ejecución de la juntas (llagas y tendeles) para evitar que la humedad provoque patologías en este tipo de soluciones constructivas. Para solucionar estos inconvenientes en fachadas de ladrillo cara vista se puede optar por una solución de fachada ventilada, basada en el sistema “Cavity Wall” inglés, o muro de dos hojas con cámara ventilada.

Warland cavity wall

Imagen: Grabado de construcción moderna de Warland (1947). Fuente: Detalles Constructivos

Para ejecutar una fachada con independencia de los valores de Absorción / Succión de los ladrillos, hay que recurrir a la fachada de dos hojas con cámara ventilada correctamente ejecutada, es decir, apoyando la hoja exterior sobre una base impermeable que recoja y evacue el agua que la atraviese, para ello deberá disponer de llagas sin rellenar en su base y su coronación. La hoja exterior no está enfoscada en su parte interior, ya que se construye después de la hoja interior. Para conseguir la estabilidad adecuada, deberá estar atada con llaves a la hoja interior. La capa de aislante ha de estar adosada a la hoja interior.

Se emplea habitualmente en aparejos con llagas convencionales, en torno a 1cm o 1,5cm, quedando asegurada la resistencia y la estanqueidad, al penetrar el mortero en las perforaciones y conseguir una adherencia perfecta entre ambos materiales.

Cuando hablamos de arquitectura biosostenible y nos basamos en criterios de sostenibilidad en la elección de materiales de construcción, se puede afirmar que no es un proceso reglado con una solución clara sobre las demás. En la elección de materiales debemos tener en cuenta varios factores para decidir un material u otro. En ésta investigación se valora principalmente la respuesta de los materiales respecto a sus propiedades térmicas, sin olvidar otros aspectos como:

  • Finalidad de la construcción. Uso que se le va a dar al material

 

  • Vida útil. Tiempo que va a durar el uso de un material hasta su reemplazamiento o desecho. Hay que tener en cuenta la vida útil del sistema constructivo del que forma parte así como de la edificación que forma parte.

 

  • Huella de Carbono. Emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), cuantificadas en emisiones de CO2 equivalentes, que son liberadas a la atmosfera a lo largo del ciclo de vida del producto.

 

  • Reciclado. Capacidad del tratamiento de un desecho que permite reaprovecharlo y utilizarlo como materia prima para la creación de otros productos o materiales.

 

  • Agua consumida. Cantidad de agua consumida para procesar, transportar y aplicar una cantidad de material.

 

  • Energía embebida. Es la energía necesaria para procesar un producto embalarlo y distribuirlo hasta su utilización final, teniendo en cuenta todos los procesos que sufre este material.

 

  • Rendimiento del material en función del uso. Cantidad de material necesaria para soportar la función deseada.

 

Hemos hablado de la posibilidad de darle la vuelta a la habitual configuración del muro y así explotar térmicamente toda la masa que vuelca al interior. Pero pudiera acontecer que la masa térmica fuera perjudicial a nuestros intereses. Si disponemos de un sistema de captación solar directa, el tiempo requerido para la restitución energética puede ser de varias horas con lo que o contamos con sistemas de apoyo convencionales o disponemos sistemas de aportes rápidos encaminados sobre todo al calentamiento del aire. Para ello recurrimos a los sistemas de trasdosados de paneles o bloques con los que se procure que el muro no incorpore la más mínima cantidad de energía calorífica. Puede ser el caso de usos en el sector terciario, donde necesitamos de aportes rápidos en horarios determinados, espacios que no necesitan ser calentados durante el resto de la jornada.

Esta situación, donde como veremos es muy posible la existencia de suelos técnicos y falsos techos (baja inercia térmica), puede requerir la confección de fachadas con paneles ligeros que son coherentes con la distribución general de inercia en el edificio en cuestión.

La utilización de elementos modulares prefabricados pesados en fachadas o forjados puede responder a patrones de comportamiento que hayan sido diseñados al efecto y que requieren de tiempos de respuesta medidos y previstos en fase de proyecto.

A continuación se aportan diferentes soluciones de materiales que se ajustan principalmente a las características de aislamiento y eficiencia térmica que se pretende, sin obviar todos éstos condicionantes, claves en este tipo de arquitectura.

El bloque de arcilla aligerado, marca comercial “Termoarcilla”, están compuestos por una mezcla de arcilla y tienen un sistema de fabricación similar al del resto de materiales cerámicos, son bloques de baja densidad aunque con gran resistencia mecánica, la única diferencia con los materiales cerámicos tradicionales es la adición de elementos granulares que tras su proceso de cocción se volatilizan y son los que le otorgan una porosidad uniforme y repartida en toda la masa del bloque.

Entre sus principales características destacaría su buen comportamiento mecánico y un buen grado de aislamiento térmico (U= 0,87 w/m²K) y acústico. Ya sea para su aplicación en fachadas ventiladas o no, se obtiene un mayor aprovechamiento de la inercia térmica del material mejorando el confort y ahorro energético. En cuanto a su aislamiento térmico y debido a su gran tamaño disminuyen los puentes térmicos al reducir las juntas de mortero. Se aplicará en los muros exteriores, que en inverno eviten la pérdida de calor interior. Esta propiedad nos la indica la conductividad térmica, entendiéndola como la cantidad de calor que atraviesa en la unidad de tiempo una pared de 1m de espesor y 1 m de superficie, cuando entre las dos hay una diferencia de 1°C.

Coef trans termica comparativa

Imagen: Ejemplo coeficiente de transmisión térmica  según tipo de cerramiento. Fuente: Ceramicasampedro

 

En el caso de las fábricas de ladrillo, los muros exteriores se resuelven, tal y como se explica anteriormente, con muros multicapa con una cámara de aire interior con o sin aislamiento, sin embargo, con la termoarcilla se consigue el mismo aislamiento térmico con una sola capa. Esto es debido a que las numerosas perforaciones en el sentido de la transmisión del calor crean celdas de aire que aumentan el aislamiento térmico, además de los pequeños poros y la ejecución de una junta vertical seca. Analizando el coeficiente de transmisión térmica, entendido como el flujo de calor que atraviesa el muro, por unidad de superficie y por grado de diferencia de temperatura entre los dos ambientes y considerando los diferentes componentes del muro. Además, todo proyecto reflejará el coeficiente de transmisión térmica global del edificio en el que se debe tener en cuenta las ventanas, forjados y demás partes que componen la envolvente, más adelante analizaremos la respuesta de estos elementos constructivos.

Continuando con los materiales cerámicos, entre los distintos materiales encontramos los bloques alternativos:

El Bioblock es un material constructivo que realizado en arcilla natural, está diseñado de tal manera que consigue una alta resistencia a compresión. Este bloque cerámico unido al granulado de corcho consigue un alto coeficiente aislante (0,60 Kcal/h°Cm²).

Bioblock 20

Imagen: Bloque bioblock 20.Fuente: Ladrilleriasantaclara.com

Podemos encontrar algunas variaciones por ejemplo en la forma de este tipo de bloques y en las que varía también su composición, es el caso del Airblock (0,53 Kcal/h°Cm²), se trata de un bloque de estructura porosa de arcilla expandida y cemento.

Entre las distintas soluciones que pueden ser interesantes desde el punto de vista sostenible, considerando todos estos materiales como materiales “ecológicos”, es recomendable la utilización de bloques de encofrado perdido de virutas de madera conglomeradas con cemento Portland, conocido como Climablock.

Climablock

Imagen: Bloque HD 30/15+7 grafito Climablock y características térmicas. Fuente: climablock.com

 

Otro sistema que destaca por su rapidez de ejecución y su origen natural y respetuoso con el medio ambiente es de Steko bloque, está compuesto por bloques de madera, destacan por su rápida ejecución y porque no requiere de ninguna argamasa para su unión, pudiéndose rellenar de celulosa.

Stekoblock

Imagen: Steko Block. Fuente: econohome-int.com

Existe una gran variedad de materiales de diferente índole que según la zona en la que se vaya a realizar la edificación nos ofrecerán una mejor o peor respuesta a nuestras necesidades, una solución más extendida es la utilización de Hormigón Celular Ytong (0,50 Kcal/h°Cm²), material mineral que se obtiene a base de arena de sílice, cemento, cal y un agente de expansión, éste último es el que le otorga el aspecto micro-alveolar que se genera durante su fabricación, es un material mucho más ligero que el hormigón convencional, sus características higrométricas aportan un gran confort climático además se caracteriza por un elevado aislamiento térmico lo que reduce considerablemente el consumo energético.

Ytong

Imagen: Puesta en obra Bloque Ytong. Fuente: ytong.com

El hormigón celular está constituido por millones de micro-poros distribuidos de forma homogénea, pueden alcanzar hasta el 80% del volumen total. Tal y como se aprecia en la imagen se utiliza una fina capa de mortero cola como adhesivo.

Comparativa Trans termica

Imagen: Comparativa transmitancia térmica de diferentes tipos de cerramientos. Fuente: Ytong.com

MUROS DE CARGA (MASA TÉRMICA)

La principal ventaja de la utilización de adobe es el bajo coste en cualquier lugar, ya que son materiales muy comunes, se puede utilizar incluso el propio material resultante de la excavación del lugar donde se va a realizar la edificación, es imprescindible resaltar el considerable volumen de suelo excedente que producen las excavaciones, pudiendo en ocasiones revertir en la propia obra si se organizaran por ejemplo ritmos de obra y espacios de acopio adecuados, o simplemente utilizar esas mismas tierras como materiales de nuestra edificación. El ejemplo de la Casa Rauch del Arquitecto Robert Boltshauser elaborada en un 89% con materiales provenientes del propio lugar, es una muestra de experimentación con este material y aprovechamiento de los recursos más inmediatos.

Casa Rauch

Imagen: Casa Rauch, arquitecto Robert Boltshauser. Fuente: Tectónica

La finalidad de utilizar la tierra (arcilla y arena) en ocasiones se le añade paja o cal y secada al sol, es lograr un aislamiento natural mediante la utilización de muros de adobe o tapial, capaces de absorber energía solar durante el día y transferirla a la vivienda en un lapso de tiempo que coincide con las necesidades de calentamiento nocturnas, por tanto es una solución ideal para climas fríos. Es una solución tradicional un tanto rudimentaria para lograr un aislamiento térmico natural, en la que además de su rapidez y fácil ejecución destaca la maleabilidad que posee al estar compuesta de materiales básicos con los que se pueden obtener diferentes tipos de formas y adaptarse a las necesidades, así como modificarse en cualquier momento. Éstos pueden ser algunos de los puntos a favor para la elección de este sistema constructivo en particular. Cabe destacar su textura, ya que al tratarse de muros de tierra apisonada en sucesivas capas, genera un aspecto distinto a los acabados de las construcciones más comunes.

Entre sus desventajas cabe destacar sus apreciables imperfecciones y defectos, debido principalmente a la simplicidad de los materiales que lo componen, así como su baja resistencia a inclemencias externas. Queda descartada su utilización para construcciones de gran altura debido a su considerable peso, además se debe evitar este tipo de construcciones en zonas con peligros sísmicos y al tratarse de un material higrófilo, es decir, que tiende a absorber la humedad atmosférica se deberá evitar su utilización en las zonas que podamos encontrar un clima muy húmedo.

Inst deportivas Sihlhölzli

Imagen: Edificios auxiliares para Instalaciones Deportivas en Sihlhölzli. Fuente: Tectónica

Debido a esta serie de inconvenientes, es aconsejable la utilización de este sistema constructivo para determinados aspectos puntuales de la edificación, como se puede apreciar en la imagen anterior los muros de adobe en combinación con el hormigón de los forjados otorgando la resistencia que necesitamos mediante la utilización del hormigón, así como la climatización natural que se busca en la arquitectura bioclimática. Es decir, focalizar la utilización de los materiales en aspectos puntuales de nuestra edificación.

La solución de grandes muros de piedra, tal y como hemos explicado anteriormente también debe ser contemplada ya que puede ser una solución para este tipo de muros con una gran masa térmica siempre y cuando sea igual o superior a 50cm de espesor, aunque con un coste mayor de ejecución, si se realiza en áreas donde este material sea común sigue siendo una solución excelente, debido a su gran durabilidad. Este tipo de muros tienen una respuesta estructural muy buena además de conseguir la climatización natural que se pretende. Entre las desventajas de este tipo de material podríamos destacar su lenta ejecución y el riesgo de deterioro de la fábrica por la humedad.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Para plantear correctamente el diseño de los componentes constructivos de una edificación se requiere, no solo de consideraciones estéticas, acústicas, estructurales o económicas, entre otras, sino también de consideraciones térmicas. Las características termo-físicas de los materiales a utilizar para disminuir la carga térmica en los climas cálidos y lograr condiciones de confort, así como el régimen de ventilación de una casa, deben ser decididas siempre en relación al contexto micro-climático y en función del uso que se le va a dar a la edificación.

En una edificación concretamente en un local, en general la temperatura interior es la resultante del equilibrio entre los aportes y las pérdidas de calor del mismo. En ausencia de un sistema de climatización, la evolución de la temperatura interna depende, en buena medida, de los flujos de calor que por conducción son transferidos a través de los paramentos (techos, paredes y suelo). La conductividad térmica y el calor específico volumétrico de los materiales, además de las características superficiales de los cerramientos, determinan la ganancia de calor en el interior del recinto a través de ellos. La edificación está sometida al efecto periódico de la radiación solar incidente y de la temperatura exterior. Bajo estas condiciones exteriores variables, los materiales utilizados regulan la entrada y la salida de calor de acuerdo con dos parámetros de cierta complejidad que determinan las características de todo material: la difusividad y efusividad térmica.

Su comprensión resulta de gran importancia para conocer el comportamiento térmico de cada material, especialmente, bajo un enfoque bioclimático, cuando se busca obtener el máximo rendimiento de la envolvente del edificio.

 

Actualmente entre las recomendaciones relativas a los distintos tipos de materiales a utilizar en la edificación, dependiendo siempre del tipo de clima, únicamente se hace referencia a una de sus características térmicas. Se recomienda la utilización de materiales aislantes, livianos o pesados, de alta o baja capacidad térmica, son algunas de las características más utilizadas. Estas referencias no deben ser únicamente respecto a una de sus propiedades térmicas, de forma independiente, ya que todo material posee esas propiedades y éstas están interrelacionadas. Un material aislante que tiene baja conductividad térmica, tiene también determinados valores de densidad y de calor específico, que lo pueden diferenciar de otro material con las mismas características aislantes o similares respecto a su conductividad térmica; basta que la densidad de ambos materiales sea distinta para que el comportamiento de ambos materiales con semejante conductividad sea diferente. Por esta razón, es necesario ser más preciso cuando se recomienda el uso de un determinado material, teniendo en cuenta el global de sus características técnicas. La correlación entre difusividad y efusividad térmica de los distintos materiales puede ser una herramienta de ayuda para la selección de los materiales durante la fase de proyecto.

COGENERACIÓN

La cogeneración es un sistema de producción de energía basado en el aprovechamiento del calor generado durante un proceso, el principio de su funcionamiento es básico; La generación de energía convencional tiene una eficiencia del 35% mientras que se pierde el 65% de la energía en forma de calor residual. Actualmente mediante la generación de ciclo combinado se puede lograr un 55% de eficiencia teniendo en cuenta las pérdidas por transmisión y distribución de la electricidad. La cogeneración reduce estas pérdidas utilizando el calor residual generado por edificaciones industriales, comerciales y los sistemas de calefacción y refrigeración de los edificios de uso residencial. Por lo tanto, la cogeneración consiste en la generación simultánea de calor y energía térmica (vapor, agua caliente, agua fría para refrigeración, etc.), en los que ambos son aprovechados. Abarca un amplio abanico de sistemas, siempre incluyendo la electricidad como generadora de energía y un sistema de recuperación de calor.

De modo que un sistema de cogeneración va ligado a un centro consumidor de la energía térmica que se produce. Gracias a la reducción de las pérdidas, la cogeneración consigue mejorar la eficiencia energética de los sistemas, así como reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Al producir energía junto al punto en el que será consumida supone una reducción de la perdida energética que pueda suponer el transporte (“Efecto Joule”, aprox. 25 y 30%).

Estos sistemas generalmente son utilizados a gran escala en forma de plantas de cogeneración pero tienen otro tipo de aplicaciones principalmente industriales y en edificaciones de grandes dimensiones en los que se emplean aprovechando el calor para el calentamiento de agua sanitaria, calefacción o refrigeración (sistemas de absorción).

Se aprovecha mucho más la energía en grandes volúmenes que en su aplicación en viviendas residenciales de menor tamaño. Sin embargo, en algunos países del norte de Europa su uso es más generalizado mediante sistemas de micro-cogeneración.

Estos sistemas se pueden aplicar en:

  •        Dimensionamiento ACS
  •        Dimensionamiento ACS + Calefacción
  •        Enfriadora absorción (Frío solar)

 

Por lo tanto, este sistema es capaz de desempeñar simultáneamente funciones de generación de energía eléctrica y energía térmica en forma de vapor o para calentar agua, si además se utiliza para la producción de frio se denomina trigeneración.

No debemos olvidar que este tipo de sistemas a diferencia de los anteriores, durante su uso general aplicado a sistemas de energía convencionales, siguen produciendo emisiones de CO₂, aunque se reduzcan. Debido a que no se trata de un sistema independiente en sí, esto quiere decir que requiere de otro sistema que lo alimente, éstas emisiones pueden ser eliminadas si se combina con otras instalaciones basadas en fuentes de energía renovables, como es el caso de motores de biomasa o biogás.

Cogeneración

Imagen: Planta de cogeneración con biomasa en Vizacaya. Fuente: energías-renovables.com

Dicho esto, la cogeneración es compatible con:

  •        Fotovoltaica
  •        Eólica
  •        Geotermia
  •        Biomasa
  •        Enfriadora por absorción – trigeneración

Es incompatible con:

  •        Solar térmica

Dimensionar la cogeneración para cubrir ACS maximizando el número de horas de funcionamiento, cargas bajas y acumulación energética. Si se quiere incrementar su uso, calefacción + trigeneración.