Cálculo higrotérmico de un muro de entramado con materiales naturales

Cálculo higrotérmico de un muro de entramado con materiales naturales Frente al impacto ambiental del sector de la construcción- responsable de un 40 % del consumo total de energía primaria de la Unión Europea- reducir tanto la energía embebida de los materiales en la fase de fabricación, como el consumo energético de los edificios en …

Cálculo higrotérmico de un muro de entramado con materiales naturales

Frente al impacto ambiental del sector de la construcción- responsable de un 40 % del consumo total de energía primaria de la Unión Europea- reducir tanto la energía embebida de los materiales en la fase de fabricación, como el consumo energético de los edificios en su fase de uso- son tareas urgentes. La madera, los residuos agrícolas, y los materiales lignocelulósicos, son recursos renovables locales que se pueden aprovechar para fomentar la economía circular y reducir el impacto ambiental del sector. El presente artículo muestra un ejemplo de un panel prefabricado estructural aislante, hecho con materiales de origen biológico, para edificios de nueva construcción de consumo casi nulo.

Panel ISOBIO para edifcios de nueva construcción

El prototipo del panel que se monitorizó mide 1,95m x 1,95m, con un espesor total de 33,2cm en 8 capas con 9 materiales diferentes (Figura 1). Se compone de un revoco exterior compuesto de cal y cáñamo de 25mm de espesor, aplicado sobre un aislamiento térmico rígido de cáñamo de 50mm, fijado mecánicamente a la estructura de madera de pino rojo de 145mm de espesor. Entre la estructura hay aislamiento de cáñamo, algodón, y lino, seguido por un tablero de OSB 3 de 12 mm. Sobre el OSB se ha fijado una membrana hermética y de control de vapor dinámico, seguido por una cámara de instalaciones de 45mm de espesor con aislamiento térmico de cáñamo, algodón, y lino, entre rastreles de madera, girados a 90º en relación a la estructura para reducir el puente térmico a través de los elementos de madera. La cámara se cierra con un tablero de paja termo-comprimida de 40mm de espesor, revocado al interior con un compuesto de arcilla y cáñamo aplicado en 3 capas, de 15mm de espesor.

Figura 1: Secciones y composición de panel ISOBIO
Figura 2: Ubicación y tipo de sensores isntalados en el panel
Figura 3: Instalación de los paneles en el demostrador HIVE, Wroughton, Reino Unido

Instalación y monitorización en los demostradores

La Figura 3 muestra la instalación de los paneles en el demostrador HIVE en Wroughton, Reino Unido. Se instaló un sistema de monitorización con una estación meteorológica registrando las condiciones climáticas exteriores: temperatura del aire seco, humedad relativa, radiación solar, velocidad del viento, dirección del viento, precipitación y presión barométrica. Se instaló una sonda de temperatura en la cara exterior del panel, un sensor de flujo de calor y una sonda de temperatura en la cara interior, para medir la transmitancia térmica conforme la ISO 9869 [1]. Adicionalmente, se instalaron sondas de temperatura y humedad relativa en 3 puntos intersticiales (Figura 2), para medir el comportamiento higrotérmico dinámico al interior del panel y comparar los resultados con simulaciones dinámicas realizadas con la herramienta WUFI Pro, según la EN 15026 [2]. WUFI Pro 1D es una herramienta desarrollada por el Instituto Fraunhofer en Alemania para evaluar el rendimiento higrotérmico de elementos constructivos unidimensionales, teniendo en cuenta el contenido de humedad de los materiales, su comportamiento higrotérmico dinámico, el transporte capilar, y la condensación de verano, con condiciones climáticas exteriores horarios. La versión de software utilizada fue WUFI Pro v. 6.2.1.2210

Los datos se midieron a un intervalo de 5 minutos, para el periodo 24/02/2018 a 14/03/2018 en el demostrador HIVE, Reino Unido, durante un total de 432 horas, o 18 días, con 5.184 puntos de datos.  La temperatura interior se mantuvo a una temperatura media de 25,5ºC durante todo el periodo con un calentador eléctrico de aire.   

Resultados de monitorización y validación

Figura 4 muestra una sección transversal del panel modelado, con la ubicación de los sensores. La Figura 5 muestra el modelo WUFI del panel y las ubicaciones de los sensores correspondientes.

Figura 4: Sección del panel y ubicación de los sensores
Figura 5: Sección del modelo de calculo en WUFI y ubicación de los sensores

La Figura 6 muestra la temperatura medida y modelada y la humedad relativa en la posición 2 (entre el aislamiento rígido CAVAC y el aislamiento Biofib Trio). Las variaciones dinámicas de temperatura se reflejan bien en el modelo. Las variaciones dinámicas de humedad relativa menos. No obstante, el modelo muestra una correlación muy estrecha con los resultados medidos.

Figura 6: Temperatura & humedad relativa medida vs. modelada con WUFI, Posición 2

La Figura 7 muestra los valores medidos y simulados en la posición 3 (entre el aislamiento Biofib Trio y la placa OSB). Las variaciones dinámicas de temperatura se reflejan bien en el modelo, aunque menos con la humedad relativa.

Figura 7: Temperatura & humedad relativa medida vs. modelada con WUFI, Posición 3

Figura 8 muestra los valores medidos y simulados en la posición 4 (entre la membrana Intello y el aislamiento Biofib Trio). Las variaciones dinámicas tanto de la temperatura como de la humedad relativa se reflejan bien en el modelo.

Figura 8: Temepratura & humedad relativa medida vs. modelada con WUFi, Posición 4

Figura 9 muestra el flujo de calor medido, en comparación con las simulaciones en WUFI. Los resultados muestran una muy buena correlación.

Figura 9: Flujo de calor medido vs. modelado con WUFI

Conclusiones

Los resultados de la temperatura y humedad relativa medidas y modeladas muestran una buena correlación, con variaciones dinámicas de temperatura reflejadas con precisión en el modelo. Las variaciones a corto plazo de la humedad relativa no se reflejan con la misma precisión en las simulaciones con WUFI, posiblemente debido a la suposición que el contenido de agua en equilibrio de los materiales es instantáneo, cuando en realidad hay histéresis [3]. Los datos de transmitancia térmica modelados y medidos muestran una muy buena correlación, con una diferencia de solo un 4% durante el período de monitorización.

Los resultados indican que los materiales de origen biológico combinados en un panel estructural aislante de este tipo, pueden ofrecer un rendimiento higrotérmico predecible y fiable para su uso en edificios de consumo casi nulo.

Referencias

  • ISO 9869-1:2014 Thermal Insulation – Building elements – in-situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance. (Aislamiento térmica – elementos constructivos – medición in-situ de la resistencia térmica y transmitancia térmica)
  • UNE-EN 15026:2007, Comportamiento higrotérmico de componentes de edificios y elementos constructivos. Evaluación de la transferencia de humedad mediante simulación numérica.(Ratificada por AENOR en junio de 2010.)
  • N. Reuge, F. Collet, S. Pretot, S. Moisette, M. Bart, O. Style, A. Shea, C. Lanos 2019, Hygrothermal transfers through a bio-based multilayered ISOBIO wall – Part I: Validation of a local kinetics model of sorption and simulations of the HIVE demonstrator. Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique, Axe Ecomatériaux pour la construction, Université de Rennes, 3 rue du Clos Courtel, BP 90422, 35704 Rennes, France.

Artículo completo

Puedes leer más sobre ISOBIO: Cálculo higrotérmico y validación de un panel aislante estructural con materiales de origen biológico en el portal Caloryfrio.com, de donde hemos extractado este artículo.

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