Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- Bartomeu Alorda Ladaria, Universidad de las Illes Balears – Departamento de Física
- Joan Muñoz Gomila, Universidad de las Illes Balears – Departamento de Física
- Francisco Forteza Oliver, Universidad de las Illes Balears – Departamento de Física
- Gabriel Horrach Sastre, Universidad de las Illes Balears – Departamento de Física
Resumen
Se presenta y describe un sistema de construcción modular novedoso cuya potencia radica en el uso de paneles autoportantes sensorizados. El diseño y sistema de montaje permiten cumplir, mediante una técnica constructiva optimizada realizada mayoritariamente en taller (prefabricada) y muy respetuosa con el medio ambiente, con los requisitos básicos del Código Técnico de Edificación en relación con los documentos básicos DB-SE-M (Seguridad Estructural – Madera) y DB-HE1 (Ahorro de Energía – Limitación de demanda energética, en relación a la envolvente). Además, los paneles base utilizados para el cerramiento incorporan en su núcleo un sistema de sensorización para temperatura y humedad con emisión de datos sin hilos y conectividad con sistemas domóticos comerciales mediante el uso del protocolo de comunicaciones ZigBee.
Introducción
El uso de biomateriales tales como tablero OSB -tablero de fibras orientadas- como elemento de cerramiento base exterior e interior, celulosa o lana natural como núcleo de aislamiento térmico y madera laminada GL24h para la formación de elementos estructurales de unión machihembrados entre paneles y entre panel y enlace a forjados, junto con la ausencia o reducción a la mínima expresión de puentes térmicos lineales, aportan un valor de eficiencia energética a dos niveles, tanto en relación a la evaluación de niveles de CO2 embebido en la propia envolvente/estructura de las edificaciones construidas mediante este sistema, como en relación a la evaluación de la efectividad del sistema en relación al índice de flujo de calor por transmisión a través de la envolvente del edificio.
No existe limitación proyectual por la utilización del sistema más allá del módulo compositivo de 0,90m x 2,60m de medida de cada panel.
En cada caso, los proyectistas que utilicen este sistema, deberán diseñar la solución de cubierta y el acabado exterior e interior del edificio, ya que lo que se resuelve es la envolvente a nivel estructural (DB-SE-M) y de cerramientos (DB-HE1) para cumplir ya a ese nivel con los requisitos del CTE anteriormente mencionados.
Cabe destacar que el sistema descrito, y en concreto los paneles sensorizados, están protegidos por las patentes/modelos de utilidad U201131300 – U201330132 en favor de la Universitat de les Illes Balears.
Descripciones constructivas y estructurales
El módulo base utilizado para resolver el cerramiento a la vez que la estructura es el siguiente:
Las medidas totales del panel son de 260cm de altura, 90cm de anchura y 12cm de espesor, configurando una retícula compositiva en alzado de 90x260cm y de 90x12cm en planta.
Al estar dotados de un marco perimetral (hembra), la unión entre paneles se realiza en planta baja mediante la colocación de los mismos sobre una viga de madera (a modo de viga riostra) también con acabado superior machihembrado (hembra) y un listón de conexión para resolver mecánicamente la unión y eliminar/romper la junta que representaría un puente térmico lineal horizontal en la unión de la base de los paneles con la riostra.
Se conectan lateralmente y entre sí los módulos, y de la misma forma con la viga de madera superior (opuesta a la viga riostra) que actuaría como zuncho.
De esta forma, no existen juntas térmicas importantes, ya que la colocación de los listones entre conexiones machihembradas provoca la rotura de las mismas y aporta homogeneidad a la solución constructiva de la unión, que en función de la planificación de uso en el tiempo del edificio (permanente o efímero), podrá ser encolada o no.
A continuación las Figuras 4 y 5 se describen los detalles que dotan de solidez constructiva y estructural a las edificaciones ejecutadas con este sistema:
La Figura 4 nos aporta el detalle de unión de los paneles a viga riostra, y a su vez de la viga a los enanos de cimentación (madera laminada GL24h tratada) y la conexión final al sistema de cimentación, así como unión de forjado sanitario a viga riostra, donde podemos observar, sobre viguetas, espacio para configurar el tablero sobre el que ejecutar la solución de solado que se seleccione.
La Figura 5 muestra la unión intermedia (forjado techo planta baja) entre los paneles que configuran el cerramiento de planta baja, la viga de madera que actúa como zuncho, los paneles que configuran el cerramiento de planta piso y las viguetas del forjado. Puede observarse también la colocación de paneles sandwich para configurar el tablero sobre el que ejecutar el solado y el mismo sistema en relación a la última planta del edificio.
Así, el sistema permite configurar edificaciones de dos alturas con las secciones de panel estructural planteadas actualmente (aunque no existe limitación geométrica en número de plantas, siempre que se recalculen las secciones de panel necesarias a nivel estructural), mediante una distribución de cargas que pasa, en función de las áreas tributarias de los forjados, a viga riostra en el caso del forjado sanitario, y a zuncho en el caso de forjados de planta. Y aquí precisamente se pone de manifiesto una de las características principales del sistema, que es la transmisión de cargas a través de los pilares de madera laminada de 12x12cm que se generan mediante la unión machihembrada en los laterales de los paneles.
Para el sistema y secciones aquí presentadas, se ha comprobado el cumplimiento del CTE-DB-SE-M (Seguridad Estructural – Madera) para los estados límite último (ELU) y estados límite de servicio (ELS) en base a las acciones consideradas posibles y las hipótesis de combinación de las mismas. Para la resistencia a fuego la estructura debe protegerse en función del uso del edificio y las prestaciones necesarias en relación a dicho uso.
Envolvente. Consideraciones de eficiencia energética del cerramiento
El sistema de ensamblaje de los módulos minimiza la existencia de puentes térmicos lineales. Así, la efectividad de la envolvente aumenta ya que también se minimizan las pérdidas térmicas. Aunque la utilización de madera laminada en el perímetro de los paneles, que al ensamblarse forma los pilares, provoca una discontinuidad en la envolvente respecto de la superficie de panel resuelta mediante placa de tablero OSB-3 de 20mm + aislamiento térmico de 80mm + placa de tablero OSB de 20mm, podemos comparar la transmitancia térmica de ambos elementos para darnos cuenta de que la efectividad del pilar de madera, y de la misma forma de la viga riostra y zunchos perimetrales de madera, hagan que podamos optimizar a nivel de aislamiento la aplicación de aislamientos en los puentes térmicos lineales:
Cerramiento vertical . Zona Panel de cerramiento compuesto de:
- 2 cm de tablero OSB (densidad = 650 kg/m3) ; λ=0,13
- 8 cm de lana natural (20-80 kg/m3) ; λ=0,040
- 2 cm de tablero OSB (densidad = 650 kg/m3) ; λ=0,13
- Rt = 0,13 + (0,02/0,13) + (0,08/0,040) + (0,02/0,13) + 0,04 = 2,47 m2K/W
- U = 1 / Rt –. U = 1 / 2,47 = 0,40 W/m2K — Umáx1 = 0,74 W/m2K —- U < Umáx
Zona pilar, viga riostra y zuncho perimetral:
- 12 cm de madera laminada tipo GL24h ; λ=0,13
- Rt = 0,13 + (0,12/0,13) + 0,04 = 1,09 m2K/W
- U = 1/Rt U = 1/1,09 = 0,91 W/m2K — Umáx = 0,95 W/m2K — U < Umáx
Sensorización
Por último, los sensores incorporados en los paneles prefabricados de cerramiento son los que dotan de inteligencia activa al edificio. El sistema implementado contempla una fuente de alimentación externa para los sensores. Una vez garantizada la alimentación de los sensores, la ventaja del sistema radica en dos factores principales: el primero, la colocación interna del sensor a tres niveles de altura para la captación de datos, y el segundo, la emisión de los datos recopilados mediante tecnología sin cableado, y que pueden ser recopilados e interpretados para aportar información a sistemas domóticos instalados en el edificio.
En la Figura 7 puede observarse el esquema de colocación de los sensores en relación a la geometría de los módulos de cerramiento:
Cada sensor puede incorporar sólo una sonda (sensor) y, por tanto, estar configurado para medir únicamente una variable o, de manera alternativa, una pluralidad de sondas para medir diferentes variables. Cualquiera de las sondas puede estar preferentemente en contacto con el interior o el exterior de la edificación para proporcionar mayor rango de datos a las mediciones y que éstas puedan ser interpretadas de manera combinada entre valores de Temperatura y Humedad Relativa exterior, superficial exterior, interior del cerramiento, superficial interior, interior. Así, el propio elemento constructivo comprende medios de transmisión y tiene capacidad para transmitir dichas mediciones a una unidad de control mediante el uso del protocolo de comunicaciones ZigBee. Dicha unidad se encargará de ordenar las acciones de control climático correspondientes, que se anticipen a la inercia de los elementos de cerramiento, y que por tanto contribuyan a la eficiencia y al ahorro energético en el edificio.
Innovación y ventaja que aporta el sistema
La ventaja global del sistema es que se resuelve la parte estructural, de envolvente y de captación y control de datos de forma integrada, siendo compatibles con cualquier solución de acabado exterior o interior necesaria debido a exigencias estéticas o normativas. La envolvente/estructura ya garantiza un elevado porcentaje del nivel de aislamiento térmico requerido para la zona más desfavorable según CTE en España, y la red de sensores implementados en los elementos que configuran la propia envolvente/estructura monitorizan lo que sucede a nivel climático en el exterior e interior del edificio, contribuyendo a la toma de decisiones de control y dotando así de inteligencia climática al edificio.
Referencias
- AENOR, Asociación Española de Normalización y Certificación, 2011. UNE-EN ISO 14683. Puentes Térmicos en la Edificación.
- CTE, Código Técnico de Edificación, 2013.