Estudio de Distintos Sistemas de Cerramiento de Edificios, y su Comportamiento en el Clima de Galicia
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Abstract: En este trabajo se realiza una caracterización de elementos constructivos, que forman el cierre de la envolvente térmica del edificio. Se han obtenido los parámetros globales de los mismos a partir de las características de sus distintos componentes, incluyendo aspectos físicos, higrotérmicos, acústicos, de demanda de energía acumulada y de emisión de CO2 , y se ha analizado su comportamiento higrométrico en cuatro climas característicos de Galicia, previamente definidos. Palabras clave: Sistemas constructivos,
Comportamiento higrotérmico, Consumo energético.
1.INTRODUCIÓN
3.1.-Reconocimiento de la necesidad.
En la práctica profesional cotidiana, nos enfrentamos a la necesidad de conocer las características de una gran cantidad de materiales y disposiciones de estos en los distintos elementos constructivos.
En Bioconstrucción es especialmente importante conocer todos los datos de cada elemento constructivo y de cada material, para poder decidir la opción más adecuada en cada lugar y circunstancia.
Existen catálogos de elementos constructivos publicados, que facilitan esta tarea a los profesionales, (como el publicado para el CTE por el Instituto Eduardo Torroja de ciencias de la construcción con la colaboración de CEPCO y
AICIA en el 2010) [1] pero, en ellos aparecen materiales convencionales y no se encuentra muchos materiales sanos y de escaso impacto ambiental, preferentes en bioconstrucción.
También existen algunas publicaciones en las que aparecen listados de materiales por sectores (como el publicado en la revista ECOHABITAR nº 30) [2] que incluyen materiales sanos y aptos para la bioconstrucción, que dan una completa información de estos. Pero no se integran en elementos constructivos completos.
Es necesario por lo tanto hacer un esfuerzo en estudiar cada uno de los elementos constructivos que se proponen en cada caso, en cada trabajo, partiendo desde cero. Esto conlleva a una limitación de las soluciones empleadas, a un gran esfuerzo si se quiere hacer un estudio comparativo de distintas opciones, o simplemente a no conocer con detalle el funcionamiento térmico, acústico o de consumo de las soluciones constructivas finalmente elegidas y empleadas.
Además de estas dificultades generales para el mundo de la bioconstrucción, en Galicia se da otra dificultad, que viene dada por la climatología propia de la región, bastante diferente al resto de la península ibérica.
3.2.-Objetivo del trabajo.
El objetivo por tanto de este trabajo es facilitar la tarea de profesionales, oficios y usuarios para poder definir los elementos constructivos idóneos en cada caso en el cerramiento de los edificios.
En la práctica, se rata de dotar a los técnicos y profesionales e interesados en general, de un pequeño catálogo de soluciones constructivas. Y finalmente, el resultado del trabajo, es un conjunto de fichas de diferentes elementos constructivos, en los que se aportan datos higrotérmicos, acústicos, de demanda de energía y de emisiones de CO2.
No es un trabajo cerrado, sino que tiene una vocación de perfectibilidad. Es decir, el catálogo de las soluciones constructivas podrá irse completando con nuevas fichas. Estas fichas podrán ser también complementadas con nuevos datos, que se vea necesario incorporar. Los elementos constructivos podrán ser modificados con mejoras por la incorporación de otros criterios, o incluso la modificación de algunos de estos datos por tener estos alguna deficiencia o incorrección.
Finalmente, será necesario, para que el trabajo sea útil, que este catálogo se difunda en los foros especializados y que sea de fácil acceso. Esto tiene dos motivos, el primero, más obvio de que pueda ser utilizado por profesionales y usuarios; y el segundo para propiciar la continua actualización de este.
2.METODOLOGÍA
2.1.-Definición de climas.
Primeramente se estudia el clima de Galicia. Dada la variedad de climas existentes, se hace necesario la definición de varios climas característicos (optamos por definir 4 climas) para la adaptación de los distintos elementos constructivos.
Para la elección de los climas, partimos de la división de Galicia en los distintos climas según la clasificación de Papadakis que aparece en "Bioclimatologia de Galicia" [3]. Papadakis divide Galicia en 8 zonas de diferentes tipos climáticos. Para simplificar el trabajo, y dado que las diferencias no son tan importantes, reducimos estos a 4 climas "figura 1":
- Oceánico
- Templado húmedo
- Pirenaico húmedo
- Mediterráneo templado
De cada una de estas zonas extraemos los datos climáticos.: para ello elegimos una estación meteorológica de cada una de ellas, que represente sus condiciones, y que tienda a diferenciar al máximo posible los datos entre las distintas localizaciones. Los datos de estas estaciones meteorológicas se obtienen de Meteogalicia, de sus red de estaciones meteorológicas, que se encuentran disponibles en el web. [4].
2.2.Definición de elementos constructivos
Se han definido elementos constructivos para cerramientos, tanto los verticales (fachadas o paredes que separan la zona habitable de otras que no lo son), las cubiertas, y los cerramientos horizontales de separación con el terreno o con espacios no habitables. (Suelos y forjados).
Se ha optado pos elementos no muy complicados, de fácil construcción, que por lo tanto puedan ser de uso común, pero utilizando materiales sanos, de poco impacto ambiental; es decir aceptables en la bioconstrucción.
La definición de cada elemento, se ha caracterizado por la elección de cada uno de los materiales utilizados, describiendo sus espesores y parámetros físicos (ver punto 3.1.1.) y de consumo.
Los datos de las características físicas de cada material se han obtenido de las fichas técnicas de los propios fabricantes en su caso, y en su defecto de las definidas en el CTE para materiales genéricos [1].
2.3.-Cálculos higrotérmicos.
Para cada uno de los elemento se realiza un estudio de los principales parámetros higrotérmicos para poder entender el funcionamiento de los mismos [5].
Se han calculado:
· La transmitancia térmica del elemento
· El desfase térmico
· La amortiguación térmica
· La capacidad de acumulación de calor
· Las condensaciones superficiales e intersticiales
Para el cálculo de estos parámetros se ha configurado una hoja de cálculo electrónica, que sistematiza el proceso, y facilita la introducción de diferentes materiales y la comprobación de los parámetros con distintos espesores de los materiales, especialmente útil para los aislantes térmicos.
Para el cálculo de las condensaciones se ha seguido el procedimiento definido en el CTE, DB-HE, Apéndice G, [6]. en función de las presión de vapor y de la presión de saturación del vapor en el interior del cerramiento para las condensaciones intersticiales y del factor de temperatura interior y mínimo para las condensaciones superficiales .
Se han considerado las siguientes condiciones interiores:
Temperatura: 20ºC
Humedad relativa: 55%
Y para cada uno de los climas estudiados, las temperaturas medias mensuales mínimas y las humedades relativas medias mensuales máximas más desfavorables, que normalmente se dan en enero o febrero, y que son los siguientes: "tabla 1"
Tabla 1. Condiciones exteriores consideradas para cada clima en el cálculo de condensaciones.
Temperatura considerada ºC
|
Humedad relativa considerada %
| |||||
CLIMA OCEÁNICO
|
5,23
|
96,14%
| ||||
Estación de Mariñas-Vigo 2 (Pontevedra)
| ||||||
Zona Climática C1
| ||||||
CLIMA TEMPLADO HÚMEDO
|
4,90
|
95,70%
| ||||
Estación de EOAS-Santiago (A Coruña)
| ||||||
Zona Climática D1
| ||||||
CLIMA PIRENAICO HUMEDO
|
-3,23
|
97,67%
| ||||
Estación de Fontaneira-Baleira (Lugo)
| ||||||
Zona Climática E1
| ||||||
CLIMA MEDITERRÁNEO TEMPLADO
|
2,00
|
91,50%
| ||||
Estación de As Petarelas-Rubiá (Ourense)
| ||||||
Zona Climática D2
| ||||||
2.4.-Cálculos acústicos.
Para el cálculo del índice global de reducción acústica ponderado A de cada elemento constructivo (RA) se recurre a la ley de masas, que determinan el aislamiento en función de la masa.
2.5.-Cálculo de la demanda de energía y emisiones de CO2.
Se ha hecho un cálculo de la demanda de energía acumulada y de las emisiones de CO2 en la producción y colocación de cada uno de los cerramientos analizados.
Para este cálculo se han utilizado datos de consumo energético y de emisión de CO2 del IBO (Osterreichisches Institut für Baubiologie und Okologie), que publica en su página Web valores de referencia para materiales de construcción, entre los que se encuentran estos[7]. Subsidiariamente se utilizan los valores que el ITEC (Instituto de tecnología de la Construcción de Cataluña), publica sobre consumo energético y emisión de CO2, que son accesibles desde su página Web[8].
2.6.-Costes económicos de la solución.
No se ha llegado a un estudio económico de cada uno de los cerramientos.
2.7.-Ficha técnica de elemento.
Finalmente se ha elaborado una ficha técnica de cada elemento.
Esta ficha incluye los siguientes contenidos:
1. Descripción del cerramiento. Con la definición de capas con sus características y un dibujo en sección.
2. Parámetros globales del cerramiento.
3. Prestaciones, condiciones de uso y recomendaciones.
4. Comportamiento higrotérmico del cerramiento en los diferentes climas, indicando las posibles condensaciones superficiales e intersticiales, y las temperaturas interiores en cada una de las capas del cerramiento.
3.DESARROLLO
3.1.-Parámetros estudiados
3.1.1.Características de los materiales empleados
Para cada uno de los materiales se han recogido los siguientes datos:
· Conductividad térmica.
Designación: l
Unidades: W/ mºC (Kcal/mºC)
· Resistencia térmica.
Designación: R
Unidades: mºC / W (mºC /Kcal)
· Densidad.
Designación: r
Unidades: Kg/m3
· Calor específico.
Designación: Ce
Unidades: J/ KgºC
· Coeficiente de acumulación de calor
Designación: s
Unidades: J/m3ºC
· Difusividad térmica
Designación: a
Unidades: (m2/s)x10-6
· Efusividad térmica.
Designación: b
Unidades: s 1/2 W/m2ºC
· Factor de resistencia al vapor de agua.
Designación: m
· Demanda de energía.
· Emisiones de CO2
3.1.2.Parámetros calculados de los elementos de cerramiento analizados.
Para cada uno de los elementos de cerramiento analizados sea han calculado los siguientes parámetros
· Transmitancia Térmica.
Designación: U
Unidades: W/ m2ºK (Kcal/m2ºK)
· Espesor de aire equivalente a la difusión del vapor de agua. (del cerramiento en su conjunto)
Designación: Sd
Unidades: m
· Desfase térmico.
Designación: t (df)
Unidades: h (horas)
· Amortiguación térmica.
Designación: amortiguación
Unidades: tanto por uno
· Capacidad de acumulación de calor:
Designación: Qsp
Unidades: J/m2ºC
· Condensaciones.
· Índice global de reducción acústica ponderado.
Designación: RA
Unidades: dbA (decibelios A)
· Demanda de energía.
Designación: CED (Cumulative Energy Demand)
Unidades: MJ
· Emisiones de CO2
Designación: CO2
Unidades: Kg de CO2 equivalente
3.2.-Climas de referencia.
Los climas definidos para Galicia son los siguientes
- Oceánico: Estación Mariñas -Vigo (Pontevedra)
- Templado húmedo: Estación EOAS-Santiago de Compostela (A Coruña).
- Pirenaico húmedo: Estación de Fontaneira-Baleira (Lugo)
- Mediterráneo templado: Estación de As Petarelas-Rubiá (Ourense)
Cada una de las estaciones de referencia esta en una provincia.
3.3.-Cerramientos analizados.
Los cerramientos analizados son los que conforman la envolvente del edificio, Estos incluyen fachadas, cubiertas, y suelos y forjados.
3.3.1.Cerramientos verticales
· M01-Fachada 01. Muro de piedra existente con un trasdosado interior aislado.
Capa 1: Perpiaño de granito: Piedra de granito de entre 2400-2700Kg/m3
Capa 2: Cámara de aire ligeramente ventilada de 5cm de espesor
Capa 3: Lana de oveja de 8cm entre rastreles de madera. Con un intereje de 55cm y rastreles de 5cm de alto.
Capa 4: Placa de cartón-yeso de 13mm de espesor
· M02-Fachada 02. Muro de piedra existente enfoscado por ambas caras
Capa 1: Enfoscado de mortero de cal aérea con viruta de corcho de 4cm de espesor.
Capa 2: Hoja existente de mampostería de granito de espesor medio de 20cm.
Capa 3: Relleno existente de barro y piedra menuda de espesor medio de 25cm.
Capa 4: Hoja existente de mampostería de granito de espesor medio de 20cm.
Capa 5: Enfoscado de mortero de cal aérea con viruta de corcho de 4cm de espesor.
· M03-Fachada 03. Muro de dos hojas, de ladrillo y termoarcilla con cámara de aire aislada.
Capa 1: Revestimiento de mortero de cal aérea de 2cm de espesor.
Capa 2: Fábrica de ladrillo perforado de 1/2 pie.
Capa 3: Cámara de aire ligeramente ventilada de 5cm de espesor.
Capa 4 Planchas de aislamiento de corcho natural de 8cm de espesor
Capa 5: Fábrica de bloque de arcilla aligerada de 19cm de espesor.
Capa 6: Revestimiento de mortero de cal aérea de 2cm de espesor.
· M04-Fachada 04. Muro de balas de paja revestido de cal y barro.
Capa 1: Revestimiento de mortero de cal aérea de 3cm de espesor.
Capa 2: Fábrica de balas de paja de 45cm de espesor
Capa 3: Revestimiento de barro de 4cm de espesor.
· M05-Fachada 05. Pared de madera contralaminada aislada por el exterior.
Capa 1: Revestimiento de mortero de cal aérea de 1'5cm de espesor.
Capa 2: Planchas de aislamiento de corcho natural de 10cm de espesor
Capa 3: Tablón de madera contralaminada de 10cm de espesor
Capa 4: Cámara de aire de 3cm de espesor
Capa 5: Panel de cartón-yeso de 13mm sobre entramado de madera 3x3
3.3.2.Cubiertas
· C01-Cubierta 01. Cubierta de teja con aislamiento sobre madera
Capa 1: Teja cerámica curva.
Capa 2: Doble enrrastrelado de madera de pino
Capa 3: Lamina impermeable-transpirable de PP
Capa 4: Planchas de aislamiento de corcho natural de 12cm de espesor.
Capa 5: Entablado de madera de pino de 2cm de espesor.
· C02-Cubierta 02. Cubierta vegetal caliente sobre tablero de madera.
Capa 1: Sustrato de tierra vegetal de 5cm
Capa 2: Arcilla expandida de 10cm de espesor
Capa 3: Fieltro antiraices de polipropileno
Capa 4: Lamina impermeable de EPDM
Capa 5: Planchas de aislamiento de corcho natural de 12cm de espesor.
Capa 5: Barrera de vapor de papel.
Capa 6: Entablado de madera de pino de 2cm
3.3.3.Suelos
· S01-Suelo 01. Forjado sanitario cerámico aislado sobre tabiquillos.
Capa 1: Tablero de cerámica formado por bardos de 4cm de espesor.
Capa 2: Capa de compresión a base de mortero de cal y arena con virutas de corcho
Capa 3: Planchas de aislamiento de corcho natural de 6 cm de espesor
Capa 4: Recrecido de mortero de cal y arena
Capa 5: Cámara de aire de 4cm entre rastreles de madera.
Capa 6: Tarima maciza de madera de frondosa de 2cm
· S02-Forjado 01. Forjado de madera aislado (sobre espacio no calefactado).
Capa 1: Entablado de madera de pino de 2cm de espesor.
Capa 2: Planchas de aislamiento de corcho natural de 8 cm de espesor
Capa 3: Cámara de aire de 4cm entre rastreles de madera.
Capa 4: Tarima maciza de madera de frondosa de 2cm
· S03-Forjado 02 Forjado de madera aislado (sobre espacio no calefactado o exterior).
Capa 1: Entablado de madera de pino de 2cm de espesor.
Capa 2: Planchas de aislamiento de corcho natural de 12 cm de espesor
Capa 3: Cámara de aire de 4cm entre rastreles de madera.
Capa 4: Tarima maciza de madera de frondosa de 2cm
· S04-Suelo 02. Forjado sanitario de madera contralaminada aislado.
Capa 1: Tablero de madera contralaminada de 10cm
Capa 2: Planchas de aislamiento de fibras de madera 10 cm de espesor.
Capa 3: Recrecido de mortero de cal y arena.
Capa 4: Solado cerámico tomado con cola.
4.CONCLUSIONES
Como conclusiones, nos podemos remitir a las fichas de los cerramientos. Además, se recogen en unos cuadros comparativo de alguno de los parámetros estudiados, de las fachadas "tabla 2", de las cubiertas "tabla 3" y de los suelos "tabla 4".
Tabla 2. Comparativa de Fachadas
d
|
P
|
U
|
t
|
A
|
Sd
|
QSP
| |||
m
|
kg
|
W/
m2ºC
|
h
|
%
|
m
|
KJ/
m2ºC
| |||
M_01
|
0,39
|
422,38
|
0,60
|
7,78
|
0,87
|
2500,38
|
423,88
| ||
M_02
|
0,73
|
1614,60
|
0,63
|
18,49
|
0,99
|
4750,48
|
1937,43
| ||
M_03
|
0,47
|
369,46
|
0,36
|
13,54
|
0,97
|
3,33
|
387,25
| ||
M_04
|
0,52
|
157,50
|
0,10
|
1,69
|
0,36
|
0,95
|
77,64
| ||
M_05
|
0,27
|
128,99
|
0,31
|
7,16
|
0,85
|
2,48
|
178,96
| ||
Aislamiento acústico: RA
|
Demanda de Energía
|
Emisiones de CO2
| |||||||
dBA
|
MJ/m2
|
Kg/m2
| |||||||
M_01
|
57,60
|
352,50
|
18,50
| ||||||
M_02
|
78,92
|
247,87
|
30,31
| ||||||
M_03
|
78,92
|
944,65
|
529,75
| ||||||
M_04
|
41,92
|
139,16
|
-54,06
| ||||||
M_05
|
40,04
|
690,74
|
-70,74
| ||||||
Tabla 3. Comparativa de cubiertas
d
|
P
|
U
|
t
|
A
|
Sd
|
QSP
| |||
m
|
kg
|
W/
m2ºC
|
h
|
%
|
m
|
KJ/
m2ºC
| |||
C_01
|
0,25
|
79,47
|
0,34
|
9,71
|
0,92
|
0,86
|
108,19
| ||
C_02
|
0,29
|
160,83
|
0,28
|
18,49
|
0,99
|
4750,48
|
1937,43
| ||
Aislamiento acústico: RA
|
Demanda de energía
|
Emisiones de CO2
| |||||||
dBA
|
MJ/m2
|
Kg/m2
| |||||||
C_01
|
36,54
|
472,95
|
-26,57
| ||||||
C_02
|
78,92
|
468,76
|
-13,95
| ||||||
Tabla 4. Comparativa de suelos
d
|
P
|
U
|
t
|
A
|
Sd
|
QSP
| ||||
m
|
kg
|
W/
m2ºC
|
h
|
%
|
m
|
KJ/
m2ºC
| ||||
S_01
|
0,25
|
145,65
|
0,41
|
8,59
|
0,89
|
3,20
|
170,66
| |||
S_02
|
0,16
|
41,05
|
0,44
|
1,96
|
0,40
|
1,52
|
61,64
| |||
S_03
|
0,20
|
48,25
|
0,34
|
1,96
|
0,40
|
1,56
|
75,18
| |||
S_04
|
0,24
|
84,26
|
0,35
|
5,52
|
0,76
|
2,59
|
125,38
| |||
Aislamiento acústico: RA
|
Demanda de Energía
|
Emisiones de CO2
| ||||||||
dBA
|
MJ/m2
|
Kg/m2
| ||||||||
S_01
|
40,91
|
533,51
|
1,94
| |||||||
S_02
|
31,78
|
610,87
|
-19,59
| |||||||
S_03
|
32,95
|
660,98
|
-28,40
| |||||||
S_04
|
36,97
|
968,64
|
-45,43
| |||||||
Obviamente las recomendaciones que se recogen en cada una de las fichas de los cerramientos, tienen carácter general, y no pueden entenderse como prescripciones. En cada caso se deberá optar por la solución más favorable, teniendo en cuenta los parámetros que aquí se tiene en cuenta, y muchos otros. La localización concreta del edificio, las necesidades y gustos de los usuarios, etc... son condiciones de partida tan importantes o más que el clima o los demás parámetros que se han tenido en cuenta aquí. También se debe tener en cuenta la interrelación entre los distintos cerramientos del edificio y la manera de economizar al emplear los mismos materiales en los distintos elementos de la envolvente.
5.BIBLIOGRAFIA
[1] Instituto Eduardo Torroja de ciencias de la construcción con la colaboración de CEPCO y
AICIA, "Catálogo de elementos constructivos del CTE", Año 2010
[2] Frederic Hanner, Nolwenn Weiler, "Aislamientos ecológicos", Ecohabitar nº30, Año 2011 pp. 22-31
[3] Alejo Carballeira, César Devesa, Rubén Retuerto, Enrique Santillán, Fernando Ucieda. "Bioclimatología de Galicia" Fundación Pedro Barrie de la Maza , Año 1983.
[4] Meteogalicia,año 2013
[5] IBN-IEB Curso a distancia de Bioconstrucción. Modulo 7.
[6] "CTE-DB-HE1, Apendice G" Año 2006.
[8] http://www.itec.es/nouBedec.e/bedec.aspxEste es el trabajo final del Master de Biocosntrucción del Instituto Español de Baubiologie.
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