Análisis numérico de un nuevo ladrillo. Influencia en la demanda térmica de edificios.

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1 PREMIOS DE INVESTIGACIÓN FUNDACIÓN ESCUELA DE LA EDIFICACIÓN V EDICIÓN 2013 a) Premio de Investigación Fundación Escuela de la Edificación patrocinado por Gas Natural Análisis numérico de un nuevo ladrillo. Influencia en la demanda térmica de edificios. En este trabajo se presenta una metodología nueva para la obtención de los parámetros térmicos relevantes de las piezas de ladrillos de arcilla cocida, que predicen el comportamiento térmico tanto en régimen transitorio como estacionario: la conductividad térmica (que define la capacidad de aislamiento térmico) y el calor específico (que define la inercia térmica del material). De esta forma, es posible realizar nuevos diseños modificando la disposición, tamaño y / o morfología de las perforaciones y optimizar su comportamiento térmico sin necesidad de realizar un estudio experimental, mucho más lento y costoso. La metodología propuesta consiste en la utilización del método de los elementos finitos, que permite la resolución de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales de forma numérica, previa validación mediante otros estudios analíticos o numéricos. La optimización del diseño de dichas piezas puede realizarse mediante barridos en los que se varían los parámetros de diseño (disposición y morfología de las perforaciones transversales) para obtener soluciones más eficientes desde el punto de vista térmico. Asimismo, la herramienta de simulación desarrollada permitiría el estudio y diseño de otros materiales de construcción de similares características morfológicas, aunque sus materiales constitutivos fueran diferentes (bloques de hormigón, termoarcillas, etc.), así como del efecto de la variación de los materiales empleados para su fabricación (mezcla de arcillas, aditivos, porosidad, etc.). Los resultados obtenidos con esta simulación se han validado con resultados experimentales de piezas fabricadas realmente por la Fundación Innovarcilla con dos diseños geométricos diferentes y una combinación de diferentes composiciones de material, a las que se han realizado los ensayos térmicos correspondientes con paramentos de ladrillo reales. 1

2 La importancia que este estudio puede tener para el sector radica en que la optimización de las propiedades térmicas de materiales de uso tradicional en España, como la fábrica de ladrillo, tiene importancia para el cumplimiento de las exigencias del Código Técnico de la Edificación, que ha originado una cierta predilección por el uso de materiales diferentes, tales como los entramados autoportantes, con el lógico impacto en el sector de la manufactura de ladrillos. Este impacto es aún más importante ahora, si cabe, debido a la introducción de mayores exigencias de aislamiento térmico en el Documento Básico DB-HE, con el fin de contribuir a una mayor eficiencia energética y una disminución de la demanda. Por otro lado, desde el punto de vista del sector de la edificación, el conocimiento de las propiedades técnicas de los materiales de fábrica de ladrillo permite un mejor diseño y predicción del aislamiento térmico de una solución constructiva, al no tener que recurrir a los valores estándar de las tablas incluidas en el catálogo de elementos constructivos u otros documentos reconocidos por el CTE. La optimización de estas propiedades ofrece una mayor flexibilidad en la elección de los materiales y soluciones constructivas, con la consiguiente mejora económica. Por último, el trabajo presentado incluye un ejemplo sencillo de simulación de cargas térmicas en edificios con objeto de determinar la influencia del uso del nuevo ladrillo en la demanda energética total del edificio, utilizando el programa de cálculo EnergyPlus, software de libre distribución, implementado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos. Es de señalar que los parámetros efectivos obtenidos mediante la simulación numérica y su identificación con un modelo unidimensional equivalente son de aplicación directa para el cálculo de la demanda energética y, por ello, de utilidad en la certificación energética de edificios que incorporen estos materiales. D. Sergio Nava Igual Ingeniero Industrial por la Universidad de Málaga Los profesores tutores del trabajo de investigación han sido: D. Juan Ignacio Ramos Sobrados D. José Manuel Cejudo López D. Vicente Estival Moreno Delegado de Nueva Edificación y Gran Consumo de Gas Natural en Madrid 2

3 b) Premio de Investigación Fundación Escuela de la Edificación patrocinado por el Colegio Oficial de Aparejadores, Arquitectos Técnicos e Ingenieros de Edificación de Madrid Proyecto EDEA El trabajo desarrollado ha estado enfocado al estudio de las estrategias sostenibles que implican ahorro energético, mejora de confort y disminución de emisiones de C02. Este proyecto está cofinanciado por el programa europeo LIFE de la Comisión Europea y por distintos organismos públicos y privados, entre los que destaca en primer lugar el papel de la Consejería de Fomento, Vivienda, Ordenación del Territorio y Turismo, del Gobierno de Extremadura y el resto de los socios: GOP Oficina de Proyectos, Valladares Ingeniería, INTROMAC Instituto Tecnológico de Rocas Ornamentales y Materiales de Construcción, y la Agencia Extremeña de la Energía, que en la medida de sus posibilidades, han aportado el 50% de los fondos del proyecto. Han colaborado también en el proyecto: CIEMAT Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidad de Extremadura. Asimismo cabe destacar que en el mismo se han involucrado un gran número de empresas extremeñas, nacionales e internacionales, de diferente índole y vinculadas al sector de la construcción y la energía. El Proyecto EDEA ha finalizado, pero el trabajo iniciado continuará con el Proyecto EDEA RENOV, cofinanciado también por el programa LIFE+09, que ha permitido ampliar los objetivos del proyecto EDEA abordando la rehabilitación energética en los barrios. Con el fin de alcanzar las metas propuestas en el proyecto, se han construido los Demostradores Experimentales de Energía y Arquitectura (EDEA) ubicados en el polígono de Capellanías en Cáceres, anexos al Laboratorio de Control de Calidad de la Construcción de la Consejería de Fomento, Vivienda, Ordenación del territorio y Turismo, como una infraestructura para ensayar medidas de eficiencia energética en edificación en tiempo y a escala real. Estos demostradores han sido concebidos y desarrollados siendo un reflejo de la tipología de vivienda social extremeña, pudiendo adaptarse a vivienda adosada o en bloque para que los resultados y conocimientos adquiridos puedan extrapolarse a un mayor número de casos. Los demostradores están constituidos por: dos viviendas (patrón y experimental), construidas a escala real. Una campa donde se ubican las instalaciones y energías renovables. Un espacio destinado a ubicar la energía solar y la energía eólica. Un centro de interpretación y divulgación de estrategias habilitado para ser una exposición permanente de sistemas constructivos, productos o equipos para edificaciones sostenibles que permita difundir las prácticas tecnológicas de este proyecto. 3

4 Se han realizado más de simulaciones térmicas a partir de la definición y modelado del edificio virtual, desarrollado según las características de las viviendas EDEA para esta zona, y se ha resuelto de modo que se han alcanzado los estándares básicos señalados en la normativa vigente. Este modelo de simulación es una representación abstracta de la realidad que ha permitido predecir el comportamiento energético; además, se han valorado desde un punto de vista energético, las diferentes posibilidades constructivas del edificio bajo las condiciones climáticas del año meteorológico, y se ha evaluado el ahorro energético que suponen las estrategias pasivas o activas que han resultado de interés. Los demostradores están dotados de suficientes equipos de medida y control (240 sensores distribuidos en los dos edificios) que permiten el análisis dinámico, en tiempo real, de los datos obtenidos de las estrategias activas y pasivas que se están ensayando. En todos los ensayos realizados se han comparado las dos viviendas (patrón y experimental), con el objetivo de medir las mejoras efectivas que supone cada una de las estrategias estudiadas. Estos datos están al alcance de cualquier persona, empresa o personal investigador; la disponibilidad de los demostradores experimentales permite que se puedan desarrollar estudios eminentemente prácticos, encaminados a lograr un avance en la innovación y el desarrollo de materiales, soluciones constructivas e instalaciones. D. Eduardo Montero Fernández de Bobadilla D. Jesús Paños Arroyo Presidente del Colegio Oficial de Aparejadores, Arquitectos Técnicos e Ingenieros de Edificación de Madrid 4

5 c) Accésit de Investigación Fundación Escuela de la Edificación Análisis de la viabilidad del yeso con adiciones de residuo cerámico para aplicación en edificación. Este estudio analiza la viabilidad de incorporar residuo cerámico, procedente de la industria de la fabricación de ladrillo, en una matriz de escayola E-30. Los resultados de los ensayos sobre el comportamiento mecánico, de las distintas mezclas de Escayola E-30 con adiciones de chamota, son inferiores al de escayola sin adiciones, en todos los casos. No obstante, la incorporación de hasta un 50% de árido grueso en la matriz de yeso resulta viable dado que mantiene unas resistencias de rotura a flexión y compresión muy próximas a las de referencia. Además incrementa la dureza superficial, disminuye la absorción de agua por capilaridad y aumenta su adherencia al paramento cerámico. Todo ello favorece a que el nuevo material se pueda aplicar no sólo para la ejecución de prefabricados de yeso, sino también para revestimiento de interiores. A partir de este material viable con la sustitución de un 50% de la escayola por árido grueso procedente de residuos cerámicos, se establece una metodología que se basa en el estudio comparativo de ensayos de laboratorio y su simulación virtual por el método de los elementos finitos. Finalmente, la relación obtenida entre la fuerza de rotura a flexión y la resistencia a tracción, se verifica a través de la comparación de resultados entre el ensayo en laboratorio de una pieza de análisis complejo y los valores obtenidos en su simulación por elementos finitos. D. Mariano González Cortina Doctor Arquitecto por la UPM D a. Mercedes del Río Merino Doctora en Arquitectura por la UPM D. Jaime Santa Cruz Astorqui Arquitecto D a. Rocío Santos Jiménez D. Pablo Urbano López de Meneses e Ingeniero de Edificación D. Vicente Estival Moreno Delegado de Nueva Edificación y Gran Consumo de Gas Natural en Madrid 5