Laura González Caballero
RECUPERACIÓN DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE LA ARQUITECTURA VERNÁCULA MEDIANTE PROPUESTAS DE REHABILITACIÓN DE FACHADAS EN EL MUNICIPIO DE MADRID
Tutor: Miguel Ángel Ajuriaguerra Escudero Trabajo de Fin de Grado 2021 | Universidad Rey Juan Carlos Doble Grado: Fundamentos de la Arquitectura y Diseño Integral y Gestión de la Imagen
1.1_ Motivación de la investigación
1.2_ Organización
1.3_ Objetivos
2.1_ Arquitectura vernácula
Evolución histórica conceptual
Interpretación empleada del término
Contexto medioambiental, cultural y social
Ventajas e inconvenientes de la aplicación de técnicas vernáculas en la arquitectura contemporánea
2.2_ Arquitectura vernácula madrileña
Factores de diseño Estrategias arquitectónicas Matriz resumen de las estrategias bioclimáticas
4.1_ Marco normativo 4.2_ Técnicas pasivas mediante inercia térmica en cerramientos verticales
Bloques de Tierra Comprimida - BTC
Materiales de Cambio de Fase - PCM
Muro Trombe
de Construcción Térmicamente ActivadosTABS
Sistemas
ÍNDICE 14 17 19 21 05 07 09 11 23 23 30 43 49 54 55 57 61 62 14 47 13 01 45
5.1_ Contexto sociocultural
6.1_ Barrio de Vista Alegre, Carabanchel
6.2_ Aspectos constructivos y energéticos vigentes
6.3_ Propuestas de rehabilitación
Incorporación de bloques de tierra comprimida - BTC Incorporación de materiales de cambio de fase - PCM Combinación de BTC y PCM
6.4_ Matriz resumen de estrategias
6.5_ Resultados principales
5.2_ Contexto medioambiental 71 73 75 75 79 81 83 85
8.1_ Webgrafía
8.2_ Imágenes
63 65 67 89 91 97 98 101
Imagen [1]. Arquitectura vernácula española. Casa de piedra, Valdemaqueda
Esta investigación introduce las concepciones etimológicas de la arquitectura vernácula para continuar con la interpretación personal del término que será empleada a lo largo del desa rrollo del trabajo. A partir de ello, se procede al estudio del com portamiento de la arquitectu ra vernácula de la Comunidad de Madrid ante las condiciones medioambientales a las que se enfrentaba en el momento de su construcción. Hace un repaso de la influencia de los diferen tes contextos – social, cultural y medioambiental – que la defi nen y destaca la elevada inercia térmica como principal sistema pasivo de climatización en dicha arquitectura. El funcionamiento de estos sistemas es recomen dable en climas con una brusca variación de temperaturas dia ria, como ocurre en Madrid, pues permite atenuar el desfase tér mico mediante la acumulación de calor y su posterior disipación a los espacios interiores durante las horas más frías.
Una vez desarrollada la base teó rica conceptual y el análisis de la arquitectura vernácula ma drileña, se repasan las limitacio nes energéticas establecidas por la normativa vigente, así como su cálculo, cuyo fin reside en el control del comportamiento de los elementos de la edificación contemporánea. Por otro lado, se
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investigan alternativas materiales y técnicas actuales que emplean un comportamiento inercial con el fin de renovar las opciones de construcción vernácula y reducir los bastos espesores que reque rían los cerramientos en ésta. Los bloques de tierra comprimida y los materiales de cambio de fase, además de algunas técni cas constructivas, se presentan como alternativas viables para garantizar un suave impacto so bre el medio ambiente durante la vida útil de los edificios, a la vez que adecúan la arquitectura vernácula a los contextos y nece sidades vigentes en el siglo XXI.
Finalmente, la investigación conduce a la elaboración de un caso práctico en el que se anali zan los contextos en los que está inmersa la arquitectura más ex tendida en la ciudad de Madrid. De ésta deriva la acotación del área de estudio al barrio de Vista Alegre de Carabanchel, que pre senta cualidades similares a las del 68% del parque residencial de la ciudad. Este apartado sirve como manifiesto del abandono que han sufrido las bases sobre las que se fundamenta la arqui tectura vernácula en lo referente a adaptación al entorno, hecho que se convierte en el princi pal causante de gran parte de la contaminación emitida por el sector de la edificación en esta localidad. La industrialización de
la ciudad potenció las migracio nes hacia la zona urbana y, con ellas, la necesidad de ampliar el parque residencial. La rápida ex tensión hacia el extrarradio se apoyó en los beneficios ofreci dos por la globalización, pues se extendieron por todo el planeta técnicas y materiales estandari zados, baratos y de fácil aplica ción, que resultaron intrusivos en los diferentes ambientes por ser ajenos a ellos.
Tras examinar las deficiencias energéticas de un sistema de fa chadas empleado en tal porcen taje de edificaciones, se propone una serie de estrategias de in tervención sobre dicho elemen to, empleando las alternativas materiales actuales, que preten de mejorar su comportamiento energético con el fin de reducir la demanda de energía y, en con secuencia, suavizar el impacto ambiental del parque residencial madrileño.
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ABSTRACT
This research adds into conside ration the etymologic concepts that appear in vernacular archi tecture and then continues with a personal interpretation of the concept throughout the essay. This, being the starting point of the essay, is followed by a study on how the Community of Ma drid’s meteorological conditions at the time of their construction, as well as the influence of various contexts – social, cultural and en vironmental – shaped the verna cular architecture in the region, resulting in the use of an elevated thermal inertia being the main passive system of climatization. The way this kind of climatization system works is recommended in regions with harsh variation between daytime and nightti me weather, as Madrid is, since it helps to offset temperatures by accumulating heat first and dissipating it throughout interior spaces during the coldest hours.
Once the theoretical conceptual basis and the analysis of Madrid’s vernacular architecture are de veloped, the essay takes on ener gy limitations imposed by the current building codes, as well as its calculations, whose goal is to standardize the behavior of con temporary architecture. There is also research on the possibility of incorporating some current ma terials and construction techni ques that are also based on the
0. Resumen 03
principle of thermal inertia with the intent of finding new options for vernacular architecture to re duce its vast dimensions. Com pressed earth blocks and Phase Change Materials, together with some construction techniques, are presented as plausible alter natives to make a softer environ mental impact during buildings’ estimated useful life while adap ting vernacular architecture to the 21st century’s needs and di verse contexts.
The essay concludes with a prac tical case which analyzes the va rious contexts in which most ar chitecture is immersed in the city of Madrid. This analysis leads to the chosen area of study, which is Vista Alegre, Carabanchel, where characteristics are similar to 68% of the city’s residential stock. This part serves as a manifesto about the abandonment of the funda mentals of vernacular architec ture in regard to adapting to its surrounding, which is the main cause for most of the pollution that comes from construction in this city. The industrialization of the city caused a surge in mi gration which, in turn, created a need for residential stock to be expanded. This rapid expansion towards the outskirts took advan tage of the benefits of globaliza tion like cheap material and easily applied standardized techniques which were intrusive to the va
rious environments since they were not originally from them.
After examining the energetic deficiencies of a façade system employed in such a percentage of the buildings, a series of in terventional alternatives on said structure is proposed pretending to better its energetic behavior with the objective of reducing energy demand and, conse quently, soften the environmen tal impact of the residential stock in the city of Madrid.
Abstract 04
Motivación de la investigación Organización Objetivos
Imagen [2]. Arquitectura vernácula española. Palloza de Balboa, León.
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La Revolución Industrial mejoró la calidad de vida tanto a nivel social, como a nivel económico y tecnológico. Desde el punto de vista social, introdujo mejoras en las condiciones de la clase obrera gracias a la aparición del sindica lismo o el socialismo. A nivel eco nómico se produjo una transición desde una economía agrícola y rural, a una comercial e industrial con mayor productividad y ren dimiento. En el panorama tecno lógico permitió sustituir la habi lidad humana y la fuerza animal por maquinaria y energía mecá nica. Desde esta perspectiva, la industrialización conllevó un salto evolutivo que, sobre todo, intro dujo innovaciones tecnológicas y secundó el crecimiento de las ciudades de desarrollo industrial frente al de las zonas rurales (Cal duch, 2006).
Al mismo tiempo, germinó el pro ceso de globalización, que hizo crecer la comunicación entre los diferentes países del mundo y ge neró entre ellos una interdepen dencia económica, social, tecno lógica, política y cultural (Mateus et al., 2002). Ésta influyó en todos los ámbitos de la vida de los ciu dadanos, pues ocasionó hechos como la liberalización del comer cio internacional de bienes y ser vicios, la difusión de la tecnología y las comunicaciones o la integra ción identitaria de países con cul turas muy distintas.
Todo este desarrollo, difícil de controlar, ha derivado en un es tado de complejidad como con secuencia de las numerosas crisis originadas: la crisis energética y el agotamiento progresivo de los recursos fósiles, el cambio climá tico, el incremento demográfico exponencial, o el aumento de la pobreza y los índices de desigual dad (Díaz Camacho, 2018).
En el campo de la arquitectura, las consecuencias de estos hitos históricos tuvieron gran relevan cia debido a la introducción de nuevos materiales y técnicas que derivaron en una construcción alejada de la artesana tradicional y una reducción de tiempo y cos tes de fabricación. Sin embargo, ambos procesos vinieron acom pañados de una producción en serie y una estandarización y ho mogeneización de la construc ción que no encajaban con las exigencias que debe demandar la arquitectura para adaptarse a su entorno y ser eficiente ener géticamente (Ruiz-Larrea et al., 2008). En ella confluyen factores como el clima, la cultura, la so ciedad o los recursos materiales, entre otros, que requieren una especificidad correspondiente a cada entorno, cada sociedad e, incluso, a cada individuo.
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1.1_ MOTIVACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
El interés acerca del tema que se trata en este trabajo radica en la búsqueda de una solución alternativa a una arquitectura que ha sido perjudicada por los fenómenos mencionados en párrafos anteriores y que ha derivado en una construcción carente de la identidad pro pia de la región a la que queda destinada. Este desarraigo identita rio de la arquitectura entraña consecuencias nefastas para el medio ambiente, pues tiene como punto de origen la degradación causada por la extracción, la producción y el transporte de los materiales de construcción ajenos al entorno en el que posteriormente se levantan. Asimismo, evidencia una inadaptabilidad al clima y a las condiciones del entorno que puede conllevar esfuerzos excesivos para lograr las condiciones de confort necesarias para su habitabilidad, sobre todo en cuestiones de climatización y mantenimiento. En consecuencia, se generan abundantes costes sociales y medioambientales.
Se propone el planteamiento de que la arquitectura, en este caso re sidencial, no debe imitar los productos industriales seriados que se elaboran independientemente del lugar en el que se van a emplear, pues, como decía Einstein,
“No podemos resolver problemas pensando de la misma manera que cuando los creamos.”
(Albert Einstein)
Por el contrario, se debe construir haciendo uso de las innovaciones desarrolladas hasta la actualidad, pero partiendo de los conocimientos previos de adaptación al medio y de aprovechamiento de los recursos,
1. Introducción 07
así como de las tendencias culturales y sociales que pueden encon trarse representadas a través de la arquitectura vernácula de las dife rentes regiones. De esta manera, se pretende elaborar un estudio que sirva de aliciente para integrar en la edificación las técnicas pasivas de ahorro de energía y sostenibilidad presentes en la arquitectura verná cula madrileña.
Este planteamiento se desarrolla en el área ocupada por el municipio de Madrid, donde finalmente se concretará la zona de estudio en el barrio de Vista Alegre de Carabanchel. Se escoge esta ciudad debido a que, dentro del territorio español, constituye una de las áreas que más han sufrido los fenómenos de industrialización y globalización, así como un crecimiento descontrolado de la ciudad durante parte de su evolución histórica [1]. Destacan en ella los notables cambios cul turales y sociales históricos y operaciones urbanísticas relevantes que responden tanto al crecimiento demográfico, económico e industrial madurado desde el pasado siglo, como a las vicisitudes derivadas de los diversos períodos de crisis y progreso.
Es una ciudad en la que no solo ha variado su configuración y contex to sociocultural, sino que también ha experimentado una evolución de sus parámetros climáticos. Consecuentemente, además de su clasifi cación como clima mediterráneo continentalizado, es una zona en la que predomina un clima urbano [2]. Por tanto, existe un interés añadido que consiste en comprobar la validez de los principios de la arquitec tura vernácula madrileña en su función de regular las condiciones de confort de los espacios interiores residenciales actuales.
[1] Durante los años que siguieron a la Guerra Civil española se produjeron enormes transformaciones sociales y culturales que convirtieron la ciudad en la sede del poder político, eco nómico y financiero del país. Estos cambios influyeron en su fisonomía a través del seguimiento de modelos de crecimiento metropolitano. Se propició el nacimiento de un eje de negocios y servi cios, y se anexionaron hasta 23 municipios dentro del área metropolitana (Otero Carvajal et al., 2010).
[2] La consideración de un clima como urbano sucede en las áreas metropolitanas en las que el clima difiere del de su entorno rural debi do a la alteración del terreno natural a través de la urba nización y edificación, y de la elevada emisión de gases producidos por actividades humanas.
Motivación de la
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investigación
El primer bloque del trabajo, el marco teórico, constituye la base que sustenta la concepción de la arquitectura vernácula como fuente de co nocimientos constructivos adaptados al entorno y de aprovechamiento de recursos materiales, así como proveedor de atributos de identidad social y cultural de cada lugar. Se incluye una interpretación personal de ésta basada en las diferentes concepciones que exponen diversos autores que servirá de pilar principal para estudiar los contextos en los que se construye la arquitectura vernácula madrileña y, así, entender las estrategias bioclimáticas que definen su relación con el entorno.
Para utilizarla como modelo inicial de una arquitectura en armonía con el medio ambiente, se clasifican las necesidades arquitectónicas derivadas de la climatología local de la época en la que fue levantada y se extraen los diferentes comportamientos de los elementos cons tructivos vernáculos empleados frente a estas condiciones climáticas.
Este apartado culmina con el hallazgo principal que sitúa la inercia tér mica como la estrategia bioclimática más determinante en la adecua ción de la arquitectura vernácula de Madrid a su entorno inmediato.
El siguiente capítulo, correspondiente al estado del arte, hace un re paso del marco normativo actual que ha derivado de la preocupa ción por la sostenibilidad de la arquitectura y de la problemática de su nefasta relación con el medio ambiente. Posteriormente, detalla las recientes aplicaciones de materiales y técnicas constructivas en determinados edificios que permiten adecuar su comportamiento a
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1.2_ ORGANIZACIÓN
1. Introducción
las exigencias energéticas establecidas por las directrices internacio nales y la normativa nacional de edificación.
El capítulo de la metodología desarrolla y precisa el proceso atravesa do por la ciudad de Madrid que ha conformado el contexto sociocul tural y medioambiental actual. Repasa las particularidades climáticas y materiales derivadas de las transformaciones acaecidas en la segun da mitad del siglo XX que han afectado a la superficie residencial ac tualmente en uso y estudia en detalle las inadecuadas condiciones energéticas de los cerramientos de gran parte de la edificación en el barrio de Vista Alegre, representante del parque residencial más con taminante del municipio. Con la finalidad de hallar soluciones más eficientes y viables en esta zona, se lleva a cabo una comparativa del comportamiento energético que podrían alcanzar las soluciones ma teriales contemporáneas frente a las improductivas y contaminantes soluciones aplicadas en el momento de su construcción, con respecto a las exigencias del Código Técnico de la Edificación y los valores reco mendables de inercia térmica en función de la considerable variación térmica diaria del emplazamiento.
Para finalizar, se extraen las conclusiones más relevantes con respecto al funcionamiento de la arquitectura vigente y las posibilidades que brinda la aproximación de ésta hacia una vernácula actualizada que fundamenta su comportamiento en la arquitectura vernácula tradi cional de la zona.
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Organización
1.3_ OBJETIVOS
A través del estudio de la arquitectura vernácula tradicional madrileña y su comportamiento de acuerdo con las condiciones de su entorno, especialmente, climáticas y de recursos materiales, se determinarán los principios que la constituyen y fomentan su relación con el medio. A partir de estos conocimientos, se propondrán modos de intervención en el parque residencial madrileño para afrontar las debilidades ener géticas generadas por los actuales sistemas de construcción y su inade cuación al entorno. A tal efecto, se establecen los siguientes objetivos:
• Valorizar el comportamiento de la arquitectura vernácula madri leña con su entorno inmediato.
• Exponer las estrategias predominantes de dicha arquitectura y estudiar su posible mejora y adecuación a las exigencias construc tivas contemporáneas.
• Emplear las estrategias vernáculas detectadas como base para la intervención energética sobre los edificios más ineficientes y con taminantes de Madrid.
• Confrontar los comportamientos energéticos de diversas solucio nes constructivas basadas en la arquitectura vernácula con respecto a soluciones vigentes originadas en el período de mayor industriali zación que ignoran la relación de los edificios con el medio.
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1. Introducción
12 Objetivos
Arquitectura vernácula Arquitectura vernácula madrileña
Este capítulo pretende abordar el término de la arquitectura verná cula entendida como recopilato rio de conocimientos arquitectó nicos evolucionados a lo largo de la historia en función de las ne cesidades del clima, los cambios sociales y culturales o los recur sos disponibles en las diferentes regiones del planeta. Establece la relación existente entre la socie dad que habitaba la Comunidad de Madrid y el medio sobre el que se levantaba su arquitectura para manifestar las estrategias que ar monizaban la convivencia del ser humano con el medio.
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Imagen [3]. Arquitectura vernácula española. Alhambra de Granada.
2.1_ ARQUITECTURA VERNÁCULA
La existencia de investigaciones acerca de la arquitectura vernácula ha permitido su consideración e integración en la normativa urbanística y patrimonial. No obstante, las definiciones aportadas en relación con su epistemología difieren entre sí y, generalmente, aluden a un concepto más ligado a la arquitectura tradicional que opta a ser considerada pa trimonio histórico, que a una arquitectura necesariamente en armonía con su entorno.
2.1.1_ Evolución histórica conceptual
La cabaña primitiva puede ser considerada como el primer ejemplo de arquitectura vernácula si se percibe su concepción desde el punto de vista que predominó durante la época preindustrial. En dicho con texto se la consideraba una arquitectura origen, nacida de los recursos disponibles en la era primitiva (Rykwert, 1974). Construida por mano de obra inexperta, era una arquitectura sin arquitectos formados [3] que empleaba los materiales existentes en el medio más próximo con el fin de dar una respuesta inmediata a la necesidad de habitación.
La llegada de la industrialización provocó que esta concepción de la arquitectura vernácula quedara relegada a un papel de arquitectura rural, pues se produce una categorización de la misma al emerger una urbana antagonista a ella (Pérez Gil, 2016). Se trataba de una distinción que no había existido hasta entonces debido a que no se había pro ducido una divergencia tan notable entre métodos de construcción como la que derivó de las innovaciones tecnológicas y la globalización.
Según este punto de vista, quedaba considerada como una arquitec tura inferior por emplear medios y técnicas menos avanzados, perte necientes al mundo rural y que no encajaban en el salto evolutivo que se estaba produciendo. Se contemplaba como el resultado de la an tigua construcción tradicional, como una arquitectura artesanal que estaba destinada a la decadencia debido a que paralelamente a ella, se iba produciendo un avance de las técnicas, la introducción de nue vos materiales y la evolución de la identidad de las regiones. Esta concepción limitaba su significado al de un vernáculo histórico cuyas obras habían cesado en su evolución al terminar la época en la que fueron concebidas y cuyos materiales y técnicas se habían estan cado en la era preindustrial.
[3] Término empleado por Rudofsky (1969) para referirse a una arquitectura construida por sus habitan tes que era insertada en su contexto natural, adaptán dose a los agentes climá ticos y los condicionantes topográficos.
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[4] Arquitectos entre los que se encuentra Vicente Lam pérez – quien en su escrito «La arquitectura española contemporánea. Tradiciona lismos y exotismos» defien de la creación de un estilo nuevo y nacional basado en las tradiciones de cada re gión adaptadas a la vida del momento –, Leonardo Ru cabado – considerado como el arquitecto que inició el regionalismo arquitectóni co montañés – o Teodoro Anasagasti – crítico, profesor y estudioso, que participó en el movimiento de revalo rización de la arquitectura popular sucedido entre 1920 y 1930 en España en el seno del regionalismo.
Por otro lado, existe una vertiente surgida en respuesta a la arquitec tura moderna del siglo XX que considera la arquitectura vernácula como pura y virtuosa, alejada de la pérdida de naturalidad que estaba experimentando la arquitectura urbana en ese momento. Sin embar go, es un planteamiento separado de la realidad de la vida rural y más cercano a la literatura de las corrientes culturales humanistas.
“[…] su apología partió precisamente del otro mundo, el de la cul tura urbana, y ello favoreció que, las más de las veces, la imagen recreada estuviese afectada por un idealismo que poco tenía que ver con la verdadera realidad del mundo rural […]”
(Pérez Gil, 2016, p.17)
El punto en común de estas dos apreciaciones radica en la falta de consideración de los principios inherentes de la arquitectura vernácu la, lo cual conduce a una pérdida de su valor de eficiencia energética, constructiva y cultural. En el primer caso se produce por desestimar la capacidad y posibilidad de evolución de una arquitectura que se entendía estanca en una época anterior; y en segundo lugar, por la desviación de la corriente lejos de su utilidad constructiva y su viven cia práctica.
No fue hasta la primera mitad del siglo XX cuando comenzó a cuestio narse la importancia de la arquitectura vernácula y la conservación de los fundamentos que le otorgaban su razón de ser. En las décadas de 1920 y 1930 comenzó un nuevo estudio, desde un punto de vista con temporáneo, de la manera en que fue concebida originariamente esta arquitectura a partir de las condiciones climáticas y geográficas de su entorno, así como de su contexto histórico, social y cultural. Así, se desarrolló un término vernáculo actual con obras que seguían la tra dición constructiva preindustrial al mismo tiempo que se adaptaban a la arquitectura contemporánea. En aquel momento, este estudio pretendía servir como punto de partida a varios arquitectos [4] para adaptar los estilos nacionales y tradicionales a la tendencia de imita ción de lo extranjero, una tendencia característica del panorama ar quitectónico de la época. Posteriormente, el estudio permitió asentar las bases que sirvieron para comprender una arquitectura adaptada al entorno y facilitó su transformación de manera que evolucionase con el tiempo sin perder sus características propias. Dentro de esta línea de concepción del término y entendida como una arquitectura enrai
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2. Marco téorico
zada en su ambiente, como una arquitectura popular, Anasagasti la define como simple y modesta:
“[…] varia en soluciones y acomodada a las necesidades, es la más humana. Producto climático, sometida al ambiente, adaptada to pográficamente al lugar, levantada con materiales de la región, es un producto natural y morfológico del medio.”
(Anasagasti, 1929, p.15)
Por su parte, Rapoport (1972) define la arquitectura como una expre sión cultural y entiende la arquitectura tradicional de las regiones como un método de acumulación de la identidad cultural de sus co munidades. Atribuye el término vernáculo a esta arquitectura tradi cional refiriéndose a las construcciones de cada contexto geográfico determinado, al uso que hacen de las técnicas y procesos de cons trucción locales, así como a los modelos tipológicos que surgen de su adaptación al medio.
Imagen [4]. Arquitectura vernácula española. Hórreo de Agirre, Guipúzcoa
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Arquitectura vernácula
2.1.2_ Interpretación empleada del término
Este trabajo determina a continuación la apreciación que utiliza del término de arquitectura vernácula tras examinar las diferentes acep ciones anteriores. A partir de ello, se podrá establecer una clasificación de los elementos contextuales climáticos y geográficos a los que se prestará atención para lograr los objetivos de la presente investigación.
La arquitectura vernácula surge de la necesidad de protección de los seres humanos ante las condiciones climáticas. Se fundó como una arquitectura sin arquitectos que se desarrollaba a través de la obser vación y el aprovechamiento del entorno. Está condicionada por el cli ma, la vegetación, la orografía, y los recursos y técnicas disponibles en el lugar. Es por esto por lo que recibe el nombre de vernácula, que deriva del término en latín vernacŭlus (RAE, 2019), referido a aquello que es nativo, propio del lugar.
Se trata de una arquitectura que evoluciona al mismo tiempo que lo hacen todos los aspectos que la definen: las condiciones climatológi cas, el terreno característico, la estructuración social, la cultura local, entre otros. Además, contiene información acerca de los métodos de optimización del rendimiento energético de sus edificios a través del uso de materiales y técnicas locales cuya eficacia ha sido constatada a lo largo de su evolución. Funciona gracias a los largos períodos his tóricos que han permitido estudiar su comportamiento y el del medio en el que se asienta a través de los conocimientos heredados y a base de prueba y error. Por tanto, consiste en una arquitectura que permite acoplar de forma equilibrada los recursos disponibles en una región y las necesidades de sus habitantes (Oliver, 2006).
Su carácter tradicional no la limita en su capacidad de evolucionar, por lo que se la pretende tratar en esta investigación como un recurso de partida sobre el que estudiar técnicas arquitectónicas contemporáneas para alcanzar su adecuación a las características contextuales presentes.
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2. Marco téorico
“Lo que nos ha enseñado la arquitectura vernácula es tanto la adaptación al clima y el lugar, como la forma de adaptar y ajustar sus condiciones según la estructura social de su período histórico. En la actualidad esas condiciones son irrepetibles. Las ciudades actuales y su arquitectura vernácula deberían buscar la conexión con las nuevas tendencias impuestas por la industrialización, y ajustarse a la nueva estructura social, los nuevos valores sociales y el sistema económico del presente.”
(González Díaz et al., 2008, p.9)
A partir de lo anterior, se propone la concepción de que la arquitec tura vernácula es aquella adaptada a su ambiente, por tanto, se debe considerar como arquitectura del presente y no solo del pasado, pues brinda la oportunidad de adecuarse a los nuevos contextos contem poráneos. Así, se estará creando una arquitectura en función del entor no en el que se erige, que tiene en cuenta tanto el recorrido histórico como el presente en el que vive. Los fundamentos de la arquitectura vernácula histórica pueden ser actualizados a las características im perantes en las diversas comunidades actuales y permitir lograr un aprovechamiento pleno de los conocimientos adquiridos con el tiem po gracias a la combinación de sus conocimientos históricos y el de sarrollo tecnológico, cultural, social y económico que se ha producido hasta la actualidad en las distintas regiones del planeta.
Imagen [5]. Arquitectura ver nácula española. Molinos de Consuegra, Toledo
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Arquitectura vernácula
2.1.3_ Contexto medioambiental, cultural y social
Dentro de la concepción a través de la que se expone la arquitectura vernácula en el desarrollo de este estudio, se distinguen los recursos naturales, los valores culturales, las creencias religiosas, la estructu ración social, los recursos económicos además de la ya mencionada adaptación al medio, como los factores más influyentes en su cons trucción. Al mismo tiempo, esta arquitectura ha intervenido en la de terminación y precisión de algunos de estos aspectos. Por tanto, existe una relación ineludible entre la arquitectura vernácula y el contexto sobre el que se erige (García et al., 2018). Esta correspondencia requie re atender al cometido de todos estos componentes para poder com prender de forma plena, y sin distorsión, la relación con su entorno:
En primer lugar, desde el punto de vista medioambiental, la principal característica de la arquitectura vernácula reside en su adaptación al entorno y las condiciones que éste ofrece. De esta manera, está defini da por los componentes medioambientales inmediatos a ella: el clima, el suelo, la geografía y geología, la vegetación. La falta de técnicas y desarrollo tecnológico en las épocas preindustriales acentuó la adecua ción de la arquitectura al medio con el fin de satisfacer la necesidad de refugio con un nivel de confort que garantizara la habitabilidad de los espacios. La orientación de las construcciones, las técnicas y sistemas constructivos, los materiales empleados, la forma de los espacios y el objetivo final de las obras de arquitectura vernácula están destinadas a aprovechar las propiedades del contexto en que se localizan. Por tanto, ésta proporciona una adaptación suficiente al medio para permitir el bienestar de sus habitantes en los espacios construidos y promover la acomodación de las construcciones en su propio entorno, de tal mane ra que crea una situación de equilibrio y armonía entre el medio y las comunidades que lo habitan (Narváez, 2015).
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2. Marco téorico
En segundo lugar, Rapoport presenta el escenario sociocultural como un factor determinante y más restrictivo que el físico en la constitu ción de la arquitectura vernácula. Este escenario sirve de filtro ante las posibilidades constructivas que brinda el medio:
“El entorno físico ofrece diversas posibilidades entre las que elegir de acuerdo con los tabúes, costumbres y formas tradicionales de la cultura. Incluso cuando las posibilidades físicas son numerosas, las opciones reales pueden ser muy limitadas por la matriz cultural” (Rapoport, 1972, p.47)
El marco cultural comprende la variación de las costumbres de la so ciedad en las distintas épocas históricas. Desde esta perspectiva, la arquitectura vernácula muestra las diversas y características formas de diseñar, construir y mantener los espacios construidos según los modos de vivir de sus habitantes. Este tipo de arquitectura se cons truye a partir de las técnicas aprendidas por herencia, así como por la observación del entorno y sus elementos. En ella se aprecia una evo lución constante de las prácticas y procedimientos utilizados para su construcción debido a que están basados tanto en la influencia de las tradiciones constructivas de la zona como en el avance técnico desa rrollado en cada momento histórico (Chaos Yeras, 2015).
A nivel social, está determinada por las distintas relaciones estableci das entre sus habitantes. La interacción social queda plasmada de for ma directa sobre la arquitectura a través de la separación y la estruc turación de los espacios, los usos a los que se destinan o los diferentes niveles de privacidad. Este contexto está vinculado con el anterior, ya que las normas sociales varían en función de la cultura de una comu nidad. Por consiguiente, la arquitectura vernácula constituye un mani fiesto de las costumbres tradicionales y define la identidad territorial gracias a la experiencia que reúne (Tillería González, 2006).
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Arquitectura vernácula
2.1.4_ Ventajas e inconvenientes de la aplicación de técnicas vernáculas en la arquitectura contemporánea
La relación expuesta en la comparativa permite visualizar los numero sos beneficios energéticos, materiales, medioambientales, económi cos o sociales derivados de la aplicación de los conocimientos verná culos, frente a sus inconvenientes, principalmente, teóricos.
VENTAJAS
No supone un consumo imponente de energía gracias a su adaptación a nivel urbano y edificatorio a las condiciones medioambientales de su entorno, lo que reduce la necesidad de uso de sistemas integrados de climatización.
Respeta y favorece las relaciones sociales entre sus habitantes al ser diseñada de acuerdo con las normas sociales y culturales de cada región
Genera una relación armónica a dos escalas: reduce el impacto del entorno en sus habitantes, donde la arquitectura funciona como sistema intermedio adaptado a ambos; y reduce el impacto de la arquitectura sobre el medio al precisar menos recursos energéticos y materiales ajenos a éste.
Es una manifestación de la identidad de las comunidades en las que se emplaza y permite exponer la evolución histórica constructiva de éstas hasta la actualidad.
Es capaz de evolucionar y adaptarse a las necesidades contemporáneas, lo que permite enriquecer los conocimientos constructivos aunando técnicas tradicionales y recursos tecnológicos actuales.
Permite un mayor aprovechamiento del espacio, materiales y recursos utilizados en su construcción, puesto que todos ellos tienen un papel esencial para alcanzar la utilidad sociocultural y la funcionalidad energética del conjunto arquitectónico.
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2. Marco téorico
INCONVENIENTES
La concepción del término puede dar lugar a equívoco y entenderse como una arquitectura desactualizada, antigua.
La existencia de ejemplos vernáculos construidos puede derivar en la imitación de las soluciones sin un análisis de adaptabilidad a las exigencias contemporáneas.
La sobreexplotación de los recursos locales puede originar su agotamiento, sobre todo, en las situaciones de crecimiento excesivo de las ciudades.
Su implantación requiere de estudios exhaustivos de los contextos actuales ambiental, cultural, social, entre otros, para ofrecer soluciones que realmente funcionen con su entorno.
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Arquitectura vernácula
[5] En aquellos emplaza mientos en los que el factor de la climatología es pareci do, la arquitectura verná cula comparte su finalidad funcional, es decir, hace frente a elementos similares que condicionan su forma final. Esto da lugar a que existan modelos arqui tectónicos semejantes en lugares diversos del planeta (Sánchez-Montañés, 2005).
[6] El espacio temporal de estudio de las condiciones climáticas se establece te niendo en consideración el estancamiento sufrido por la arquitectura vernácula a partir del impulso industrial que tomó el país desde me diados del siglo XX. Por tanto, la arquitectura que se analiza en este apartado correspon derá a las condiciones impe rantes en dicho período.
[7] Wladimir Köppen fue un geógrafo, climatólogo y meteorólogo alemán que desarrolló la Clasificación Climática de Köppen a principios del siglo XX. En ella catalogó los diferentes climas del planeta utilizando cinco categorías principales, caracterizadas por sus dis tintos valores de los elemen tos climáticos, divididas en varios niveles más concretos.
2.2_ ARQUITECTURA VERNÁCULA MADRILEÑA
La especificidad de la arquitectura vernácula limita su definición en el territorio. Para concretar los atributos que caracterizan a la propia de la Comunidad de Madrid, se exponen las condiciones de un entorno limi tado por diversos factores del medio que inciden en su comportamien to y son decisivos para su configuración.
2.2.1_ Factores de diseño
A partir de la anterior interpretación con la que se trata la arquitectura vernácula y los contextos a los que obedece para concretar su diseño, es posible realizar una distinción de los factores principales que han de terminado la forma y función de la arquitectura vernácula madrileña. El primero de ellos es el relacionado con el medio ambiente, que incluye la climatología y la geografía local; el segundo corresponde a los mate riales y recursos disponibles en el entorno más inmediato; y, en tercer lugar, aparecen la cultura y las técnicas constructivas, así como su evo lución y modernización.
El parámetro medioambiental es el más universal de todos ellos [5] y permite comprender de manera general la adaptación de la arqui tectura a su entorno geográfico y climatológico. Mientras, el factor cultural y el de recursos inciden en la singularidad de la arquitectura de cada región. Los materiales y capacidades tecnológicas de los que dispongan los habitantes, así como las distintas formas de vida deter minadas según cada cultura moldean los espacios, las necesidades a las que éstos atienden y las relaciones que se establecen entre ellos (Rapoport, 1972).
De esta manera, se da comienzo a una mayor aproximación a la ma teria objeto de este trabajo enfocada en el estudio de la arquitectura y su cometido con el entorno en distintos emplazamientos de la Comu nidad de Madrid. Por consiguiente, se estudian las condiciones climá ticas que afectaban a esta región durante la primera mitad del siglo XX [6] y los recursos materiales disponibles en la zona.
_Rasgos climáticos
Las características del clima mediterráneo continental predomi nante en la Meseta Sur de la Península Ibérica definen la situación climática general que afecta a la Comunidad de Madrid. Según la clasificación de Köppen [7] (2011) , España pertenece en casi la to talidad de su extensión a la zona climática C, propia de los climas templados con temperaturas entre -3 y 18ºC en el mes más frío y
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2. Marco téorico
superiores a 10ºC en el más cálido. Dentro del grupo C de climas templados, la va riedad clasificada como Csa o clima templado con vera nos secos y calurosos, en el que la mayor parte de las llu vias se acumulan en invier no o en las estaciones inter medias, es el predominante en el 40% de la superficie peninsular y, en concreto, se extiende por la mayor parte de la Comunidad de Madrid (AEMET e Instituto de Me teorología de Portugal, 2011).
No obstante, hasta alcan zar esta clasificación se su frieron modificaciones en cuanto a la extensión de cada categoría a lo largo de la segunda mitad del siglo XX y la primera década del XXI. La Figura [1] presenta de forma gráfica esta evolución de acuerdo con los análisis de Chazarra (2012). Las últi mas décadas del pasado si glo supusieron un aumento de alrededor de 0’6ºC/déca da de la temperatura media en la mayor parte del terri torio español peninsular, además del aumento de los valores de las temperaturas máximas y mínimas, de 1’62 y 1’49ºC, respectivamente. Por el contrario, las precipi taciones no muestran una
Dfc Dfb Dsc Dsb Cfb Cfa Csb Csa Bsk 1965
Dfc
Cfb
Dsc
24
2019
Dfb Dsc Dsb
Cfa Csb Csa Bsk Bsh Dfc Dfb
Dsb Cfb Cfa Csb Csa Bsk Bsh Figura [1]. Zonas climáticas del territorio español peninsular según la clasificación de Köppen. Elaboración propia
Arquitectura vernácula madrileña
[8] Datos de temperatura y precipitaciones recogidos en los análisis meteorológi cos desarrollados por Castro et al. (2005).
[9] Además de las variacio nes de los climas indicados, se produjo también una reducción en la superficie ocupada por climas menos trascendentales. Así, los climas fríos D disminuyeron del 2% de extensión al 0.8%, mientras que los polares o climas E, que en un principio ocupaban las cotas más altas de los Pirineos correspon dientes al 0’01% de la superfi cie del país, desaparecieron a partir de la década de 1990 (Castro et al., 2005).
[10] La definición climática concreta de los distintos mi croclimas de la Comunidad de Madrid precisa un análisis de los elementos geográfi cos de la zona tales como la latitud, altitud, factor de con tinentalidad, relieve y vegeta ción. Éstos pueden generar microclimas con condiciones atmosféricas muy diferentes de las generales (Simancas Yovane, 2003)
[11] El clima urbano del área metropolitana de la comuni dad se ve afectado por una notable cantidad de factores relacionados con el ser humano que lo alejan de las condiciones climáticas deter minadas por los elementos geográficos. Por esta razón, no debe tomarse como uno de los microclimas a los que se refiere este párrafo.
tendencia clara de cambio, siendo solo perceptible un ligero au mento en el norte y noreste peninsular y, de manera simultánea, una tenue disminución en la Meseta meridional [8]. En conse cuencia, estas variaciones supusieron la extensión de la superficie del territorio sobre la que actúa el clima seco clasificado como B, aunque sin superar el porcentaje de superficie de los climas tem plados C. Concretamente, hasta 1965 España contaba con un 6% de su territorio bajo la influencia del clima seco y un 70% bajo los climas templados. En 2019 estos valores se encontraban en el 12% y 66%, respectivamente [9]
La Comunidad de Madrid posee una gran diversidad microclimá tica que varía en función de numerosos elementos geográficos [10]. La latitud es prácticamente invariable en todo su territorio, con 40-41º de latitud norte que favorecen las condiciones propias de un clima templado. Por tanto, son la variación de la altura to pográfica y del relieve, además del grado de continentalidad a lo largo del territorio, los elementos geográficos que en mayor me dida condicionan los diferentes microclimas [11]. En primer lugar, la diferencia de cotas se sitúa en 2000 m., aproximadamente, co menzando desde la cota máxima de 2400 m. en la Sierra y des cendiendo casi gradualmente hasta los 490 m. del sureste de la comunidad. El relieve de esta región permite catalogar dos uni dades diferenciadas: la Sierra y la depresión del Tajo, que dan lu gar a la distinción de una tercera zona, la de transición entre am bas. Por último, su situación en el interior de la Península Ibérica supone un importante grado de continentalidad que ocasiona la estacionalidad de las temperaturas. No obstante, la existencia de una amplia red hidrográfica modifica los rasgos climáticos de las diferentes localizaciones en función de su proximidad a estas fuentes de agua (Consejería de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio de la Comunidad de Madrid, 2007).
En la primera mitad del siglo XX, en esta región podían distin guirse dos variaciones del clima mediterráneo continentalizado: el clima Csb, localizado en la Sierra madrileña, y el Csa, pertene ciente a las llanuras del Tajo. En ambos tipos de clima, se produce una época seca en los meses más cálidos, sin embargo, la dife renciación aparece en los valores térmicos que alcanzan. El pri mero se caracteriza por ser un clima templado con veranos secos y templados, cuya temperatura media en el mes más cálido es
25
2. Marco téorico
Arquitectura vernácula madrileña
inferior a 22ºC y durante más de 4 meses la temperatura media supera los 10ºC. Por su parte, la zona de la depresión se caracteri za por sufrir veranos calurosos en los que la temperatura media del mes más cálido es superior a 22ºC [12].
A partir de la década de los sesenta se inicia el, anteriormente citado, período de evolución de la clasificación climática que afectó a la Comunidad de Madrid de tal manera que introdujo el clima Bsk en el territorio.
Éste trajo consigo unas condiciones climáticas semiáridas en las que no hay excedente hídrico, pues las precipitaciones oscilan entre el 50 y el 100% de la evapotranspiración, y la temperatura media anual supera los 18ºC.
De forma genérica, el clima mediterráneo continentalizado de esta comunidad autónoma es templado, a excepción de algu nas zonas semiáridas existentes en la actualidad, con inviernos largos y fríos, y veranos cortos y cálidos. En su conjunto, destaca un intenso asoleo y bajos valores de precipitaciones, así como un fuerte contraste de temperaturas tanto anual como diario. Con secuentemente, la arquitectura en este tipo de climas precisa de sistemas flexibles que puedan satisfacer las variaciones bruscas de las condiciones climáticas, proponiendo técnicas que puedan actuar de un modo en invierno y de otro en verano (Serra, 1999).
_Disponibilidad de recursos materiales
El segundo factor indicado que determina parte de los aspec tos constructivos y funcionales que caracterizan la arquitectura vernácula de las diferentes regiones del planeta son los recur sos materiales existentes en el entorno más próximo. La utiliza ción de materiales regionales en la arquitectura vernácula evita la contaminación derivada de su transporte a emplazamientos lejanos y la sobreexplotación de las fuentes de recursos al desti narse éstos a las localidades de su entorno casi de manera exclu siva. Además, es una práctica que fomenta su integración en el medio tanto durante su uso como una vez alcanzado el fin de su vida útil, pues facilita la conservación y regeneración del territo rio (Torres Zárate, 2011).
[12] Datos extraídos de aná lisis elaborados por Colabo radores de Atlas Nacional de España (2020)
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[13] Estudio proporcionado por el Instituto Geológico y Minero de España (1988) a través de la colección de 15 mapas recogidos en el At las geocientífico del medio natural de la Comunidad de Madrid
El análisis de la litología de la Comunidad de Madrid [13] de la Fi gura [2a] destaca la presencia de dos familias de materiales que pueden ser empleadas en la construcción: la piedra, predomi nante en la Sierra, y la tierra, abundante en las llanuras del Tajo y la zona intermedia entre estas dos unidades del relieve, diferen ciadas en la Figura [2b].
Por un lado, la Sierra de Madrid está conformada por una gran variedad de rocas de distintos orígenes. Aparecen en cantidades relevantes rocas ígneas, sobre todo, graníticas, en la Sierra Ma drileña que comprende la de Guadarrama y la Sierra Sur, y rocas metamórficas, como los gneises o los esquistos, junto con piza rras en la Sierra Norte.
[14] Además de su aplica ción en elementos de tierra compactada, las arcosas son de utilidad en la construc ción, principalmente, para la elaboración de morteros y hormigones. Las arcillas son muy versátiles y sirven como materia prima de ele mentos prefabricados como ladrillos, tejas o adobes que pueden servir como ele mentos aislantes en función de su densidad (Domínguez Alonso, López Villarejo, 2013).
Por último, las calizas se pueden aprovechar para la producción de cal, que sirve como estabilizante de la tierra, y para elementos estructurales, pues son piedras muy resistentes en su estado natural.
La piedra como material de construcción se ha empleado tra dicionalmente en forma de sillares o mampostería en seco para elementos estructurales y de cerramiento. Confiere un excelen te aislamiento a las construcciones y disminuye las oscilaciones bruscas de temperatura en los espacios interiores debido a la elevada inercia térmica que le permite acumular el calor y ceder lo paulatinamente. Un inconveniente de este material en ciertos ambientes es que sufre las alteraciones ocasionadas por la ac ción del agua que, a su vez, sirve de vehículo para los contami nantes atmosféricos. En presencia de humedad, estas sustancias atacan los componentes de los materiales pétreos y aceleran su deterioro (Esbert et al., 1991).
Por otro lado, la zona de transición y las llanuras del Tajo poseen gran variedad de contrastes litológicos. La primera está predomi nantemente ocupada por arcosas, arenas, arcillas y limos, mien tras que, en la zona sureste de la comunidad se acentúa la exis tencia de calizas, yesos y depósitos fluviales [14]
La tierra es un material autóctono, abundante y accesible que se ha utilizado en la construcción desde las primeras civilizaciones. Las técnicas y sistemas constructivos empleados con este mate rial están ligados a las características climáticas del entorno, el tipo de suelo y las herramientas disponibles. Destaca por su bajo impacto ambiental, pues produce una cantidad mínima de resi duos en su extracción y manipulación, tiene un bajo coste ener gético, que en comparación con el ladrillo cocido o el hormigón armado representa un 1% de la energía de producción, transporte
27
2.
Marco téorico
y puesta en obra, y cuenta con un excelente comportamiento bioclimático. En este sentido, consiste en un material capaz de resolver la resistencia mecánica, la impermeabilidad y el confort térmico con técnicas sencillas, pues cuenta con una elevada iner cia térmica frente a su baja conductividad, por lo que funciona también como aislante térmico. No obstante, cuenta con aspec tos negativos puesto que precisa de estabilizadores para evitar la degradación ocasionada por el viento y el agua y requiere gran des espesores para funcionar como elemento climatizador de los espacios habitables (Hernández Pocero, 2016).
Arcosas, arenas, arcillas y limos
Sierra Madrileña
Sierra Norte
Rocas graníticas Rocas gnéisicas Esquistos Pizarras y cuarcitas
La Sagra Madrileña Lomas de Madrid Alcarria de Chinchón Campiña de Alcalá
Sierra Madrileña
Yesos y arcillas Calizas lacustres
Terrazas y depósitos fluviales
Figura [2a]. Mapa litológico de la Comunidad de Madrid en base a la colección de mapas del Instituto Geológico y Minero de España. Elaboración propia
Lomas de Madrid
La Sagra
Sierra Norte Alcarria Chinchón
Campiñade Alcalá
Figura [2b]. División comarcal de la Comunidad de Madrid. Elaboración propia
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Arquitectura vernácula madrileña
[15] La variación tipológi ca de la arquitectura es el aspecto más ligado de ésta a las características sociocul turales y económicas de la sociedad que la habita (Díaz Camacho, 2018, p. 79)
[16] Se recuerda que el período de investigación de este capítulo data de la primera mitad del siglo XX. Con la información obtenida se hará una interpretación de los beneficios de la arquitectura vernácula tras ladables al contexto actual, sin embargo, las caracterís ticas formales y tipológicas derivadas de la cultura de la época – centrada en la ga nadería y la agricultura – se ignoran en este trabajo de bido a que no corresponden con las vigentes en el siglo XXI, no ocurriendo lo mismo con los recursos materiales y las condiciones climáticas del lugar.
Existe una tercera familia de materiales influyente en el tipo de construcciones y sistemas constructivos vernáculos de la región de Madrid: la madera. La abundancia de agua de la sierra favore ce la presencia de vegetación arbórea, lo que contribuye a que su utilidad se extienda hacia el ámbito constructivo. Paralelamente, en las llanuras del Tajo que se extienden por la mayor parte de la comunidad hay una marcada existencia de matorrales y cultivos, reduciéndose las especies arbóreas a la vegetación de ribera ma yoritariamente, lo cual restringe su empleo a elementos esencia les (Sánchez-Guevara, 2020).
_Factor sociocultural y técnicas constructivas históricas
La cultura de una comunidad y las técnicas constructivas de sarrolladas en cada momento de su historia son el elemento que aporta mayor singularidad a la arquitectura vernácula de una determinada región o, dicho de otro modo, la arquitectura tradicional se considera:
“Una de las manifestaciones más relevantes de los modos de vida vinculados a la tradición de una localidad” (Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, 2015, p.19)
Pese a tratarse de un mismo emplazamiento con características climáticas y recursos materiales similares a los históricos, la arqui tectura vernácula de Madrid debo evolucionar al mismo tiempo que lo hace la sociedad que la habita, sus normas sociales, sus rasgos culturales y el desarrollo de las técnicas de construcción que emplean. Será éste el mayor factor diferenciador en las dis tintas épocas de la historia de la arquitectura vernácula madri leña. Debido al carácter medioambiental de este trabajo y a la considerable transformación de la sociedad y su modo de vida en el transcurso de los siglos XX y XXI hasta la actualidad, no se tendrán en cuenta las tipologías arquitectónicas derivadas del contexto cultural [15] de hace un siglo para equiparar las arqui tecturas de ambas épocas [16], pues la relación vigente arquitec tura-entorno sociocultural es plenamente diferente. No obstan te, sí se estima relevante para alcanzar los objetivos que ocupan esta investigación la observación de las diferentes técnicas y sis temas constructivos empleados en una época pasada, así como las innovaciones técnicas realizadas hasta la fecha.
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2. Marco téorico
Arquitectura vernácula madrileña
2.2.2_ Estrategias arquitectónicas
La puesta en común de las diferentes zonas climáticas y litológicas permite identificar tres áreas diferenciadas en el territorio de la Co munidad de Madrid. Por un lado, aparece el área ocupada por la sierra en la que se aprecia un clima templado Csb con veranos secos y sua ves donde destacan la piedra y la madera como principales materia les de su arquitectura vernácula. En segundo lugar, la zona central en la que aparece el clima templado Csa con veranos secos y calurosos utiliza los materiales arenosos y arcillosos como el adobe o el ladrillo y elementos como el tapial para componer sistemas constructivos que protegen a sus habitantes de las inclemencias medioambientales. Por su parte, la tercera zona está situada al sureste de la región donde es tas mismas características climáticas se afrontan con el uso del yeso, la cal, el ladrillo y la piedra caliza.
Con el fin de observar la influencia de ambos condicionantes – clima tológicos y de recursos materiales – sobre la arquitectura vernácula, a continuación, se analiza la función bioclimática de ésta y sus elemen tos de acuerdo con los valores climáticos dados durante los períodos anuales más extremos. Para conocer las necesidades arquitectónicas en función de dichos valores, se elabora una carta bioclimática [17] desarrollada por Givoni (1976) para dos de las zonas diferenciadas, ya que las pertenecientes a la meseta comparten valores climáticos y se aúnan en un mismo diagrama. En su gráfica, Givoni propone una re lación entre la temperatura seca y la cantidad de vapor en el aire que permite determinar las condiciones de bienestar que se producen en una persona a la sombra, con ropa ligera y en estado de baja actividad. De este modo, se distinguen zonas en las que las condiciones de con fort son alcanzables mediante distintas estrategias arquitectónicas que funcionan como medidas correctoras para restablecer el bienes tar dentro de las edificaciones.
Zona sierra clima Csb _ piedra y madera
Zona central clima Csa _ adobe/ladrillo y tapial
Zona meseta clima Csa _ yeso, cal, ladrillo y caliza
[17] Los diagramas que aparecen en las figuras [3a] y [3b] se han elaborado a partir de los datos extraídos del registro histórico de la Agencia Estatal de Meteo rología complementados con las cartas bioclimá ticas de Navarro (2004) y Sánchez-Guevara (2020). La primera gráfica corres ponde al área que abarca la Sierra Madrileña y cuenta con datos de las estaciones de Colmenar Viejo, Roble do de Chavela y Buitrago de Lozoya. Éstas han sido seleccionadas por situarse en las laderas del relieve, que caracterizan la mayoría de la superficie delimitada por el clima Csb, frente a una su perficie menor de aquellas situadas en alta montaña o en los valles serranos. En se gundo lugar, el climograma representativo del clima Csa que ocupaba el resto de la comunidad se origina a par tir de la explotación de los datos de las estaciones de Getafe y Torrejón de Ardoz. Ambas localizaciones cuen tan con el registro de datos más antiguo y cercano a la fecha del análisis desarrolla do en el presente apartado.
Figura [3]. Áreas diferen ciadas por climatología y litología de la Comunidad de Madrid.
Elaboración propia
30
2. Marco téorico
12 13 LADERA
40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 3
2
FEB DIC ENE MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV
14 5
8 4 7 6 10
11 9
30%
20%
10%
20
10
30 humedad específica (g/kg aire seco) 0
5
Zona de confort permisible Cargas internas
Calefacción solar pasiva e inercia térmica
6
8 4 7
Calefacción solar activa e inercia térmica Humidificación Calefacción convencional
Figura [4]. Diagrama de Givoni de la Sierra de la Comunidad de Madrid. Elaboración propia
10 11
9 2 12 13 14 31
Protección solar Refrigeración por alta masa térmica Enfriamiento por evaporación Refrigeración por alta masa térmica y ventilación nocturna Refrigeración por ventilación natural y mecánica Aire acondicionado Deshumidificación convencional
-5 0 5 10 15 20 25 temperatura de bulbo seco (ºC) 30 35 40 45 50
Zona de confort
1 3
Zona de sierra madrileña
La carta bioclimática correspondiente al clima serrano histórico permi te observar que la estación invernal era fría y húmeda y demandaba, mayoritariamente, un aporte calorífico a partir de calefacción solar ac tiva y alta masa térmica. En la temporada más próxima a la primavera o el otoño era posible regular el confort a través de la calefacción solar pasiva y la inercia térmica, reduciéndose la necesidad de calefacción convencional a los días más fríos de cada mes. La primavera era algo más templada, a pesar de no llegar a alcanzar la zona de confort. Las condiciones se moderaban a partir de la calefacción solar y la inercia térmica hasta la época más cercana al verano, momento en el que se hacía suficiente el calor procedente de cargas internas. La temporada estival se situaba, en su mayor parte, en la zona de confort en situacio nes de umbría. No obstante, las temperaturas nocturnas eran frescas y las horas del mediodía en los días más calurosos precisaban de refri geración por ventilación, alta masa térmica y enfriamiento evaporati vo. Por último, el otoño compartía durante el mes de septiembre las agradables condiciones veraniegas y se tornaba frío y húmedo con la llegada del invierno.
En conclusión, la regulación de las condiciones climáticas serranas a partir de estrategias arquitectónicas se basaba, principalmente, en el aporte de calor a partir de radiación solar y su mantenimiento gracias a la alta masa térmica durante la estación fría; y protección solar y ele vada inercia térmica en verano, acompañados de ventilación y evapo ración para equilibrar la temperatura. La tipología propia y más extendida de los pueblos serranos madrile ños está constituida por la casa de piedra con estructura de madera. Navajas (1983) [18] estudió la arquitectura vernácula de la región de Madrid y detalló las siguientes características de este modelo:
• Los elementos verticales de cerramiento, frecuentemente, se levantan en mampostería en seco de granito, aunque también se emplea el sillar o sillarejo para dinteles y refuerzos en esquinas. Es tos elementos de más de 50 cm. de espesor funcionan como muros de carga que soportan la estructura de la cubierta y permiten me jorar el comportamiento bioclimático del edificio. La elevada inercia térmica y grosor de la piedra posibilitan almacenar el calor absorbi do durante el día y liberarlo de manera paulatina durante la noche, haciendo funcionar al elemento como un mecanismo pasivo de cli matización (da Casa Martín, 2000, p.63).
[18] Navajas realizó una investigación por encargo del Servicio de Planificación Urbanística de la Diputación que recoge los análisis de tipologías y modelos de uso, así como el diseño de proto tipos de la arquitectura tra dicional madrileña con el fin de proponer una normativa arquitectónica y funcional para su recuperación.
32
vernácula madrileña
Arquitectura
[19] La teja árabe es el único material importado del ex terior de la zona. Este hecho sucede en todo el territorio ocupado por la Comunidad de Madrid.
• La estructura horizontal está básicamente constituida con ma dera. Ésta es empleada para vigas, cerchas de cubierta, durmientes, además de para las carpinterías, solados en las plantas superiores y escaleras. La baja conductividad de este material reduce la presencia de puentes térmicos, concediendo, de esta manera, unas pérdidas de calor mínimas.
• La cubierta, que suele ser a dos aguas con inclinaciones superiores a 25º para facilitar la evacuación, se resuelve con una cercha de ma dera y se cubre con teja árabe [19] que descansa sobre un entablado de madera clavado en la estructura mencionada. Su forma permite aprovechar el espacio bajo cubierta como almacén, lo cual dota al ele mento de un carácter aislante que varía en función del espesor de la capa acumulada (da Casa Martín, 2000, p.99).
• Los huecos son escasos y de reducidas dimensiones. Cuando la configuración de la edificación y la trama lo permiten, se sitúan en la fachada sur con el fin de captar la mayor radiación solar posible. Sin embargo, su capacidad de captación es muy inferior a la necesaria en la estación más fría para lograr una situación de confort. Por ello, apa rece como elemento indispensable de esta arquitectura la chimenea, que se situaba en el centro de la planta, sobre el hogar, para una me jor distribución de su calor. La escasez de huecos, a este respecto, es conveniente para reducir las pérdidas del calor producido por el hogar.
• Los acabados, tanto exteriores como interiores, también tienen un papel bioclimático esencial. La piedra de los cerramientos suele dejar se vista, pero en caso de aplicar un revoco, su color se aclara cuanto menor sea la altura topográfica del asentamiento. Así, las ganancias de calor disminuyen con el aumento de la temperatura media. Los pavimentos en la planta baja se suelen resolver con tierra arcillosa en durecida de color oscuro que facilita la acumulación de radiación calo rífica por su elevada inercia térmica. En la planta superior, se emplean un entablado de pino que funciona como aislante térmico y regulador de la humedad. Por último, las paredes interiores se blanquean con cal aprovechando la escasa iluminación natural que reciben los espacios de la vivienda.
• Otros elementos destacables de esta región son los emparrados que cobijan gran parte de la fachada sur y los huecos que se abren en ella de la radiación solar en verano, mientras que, en invierno, al ser caducos, permiten la incidencia de radiación sobre ellos.
33
2. Marco téorico
Arquitectura
Sillares en esquinas como refuerzo Vigas y viguetas de pino
Cubierta inclinada Entablado de madera en planta superior
Huecos reducidos en número y dimensiones Suelos oscuros en planta baja
Imagen [7].
Imagen
34
Imagen [6]. Estructura interior horizontal de madera, Valdemaqueda, 1940
[8]. Casa de piedra, Valdemaqueda, 1900
Casa de piedra, Paredes de Buitrago, 1920
Dinteles y jambas con sillares vernácula madrileña
Imagen [9]. Planta baja de vivienda y superior de almacén, Valdemaqueda, 1900
Imagen [10]. Muro de carga de piedra y planta superior con entramado de madera y adobe, Puebla de la Sierra, 1900
35
Imagen [11]. Horno y chimenea, La Acebeda, 1900
Imagen [12]. Emparrado en la fachada sur de casa de piedra, Valdemaqueda, 1940
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2. Marco téorico
12 13 CAMPIÑA
40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 3
1 3
14 5
30%
20%
2
FEB DIC ENE MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV
8 4 7 6 10
11 9
20
10%
30 humedad específica (g/kg aire seco) 0
10
Zona de confort permisible Cargas internas
Calefacción solar pasiva e inercia térmica
10 11
5
6
8 4 7
9 2 12 13 14
Calefacción solar activa e inercia térmica Humidificación Calefacción convencional
Protección solar Refrigeración por alta masa térmica Enfriamiento por evaporación Refrigeración por alta masa térmica y ventilación nocturna Refrigeración por ventilación natural y mecánica Aire acondicionado Deshumidificación convencional
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-5 0 5 10 15 20 25 temperatura de bulbo seco (ºC) 30 35 40 45 50
Zona de confort
Figura [5]. Diagrama de Givoni de la Meseta de la Comunidad de Madrid. Elaboración propia
Zona de meseta madrileña
El diagrama perteneciente a las Llanuras del Tajo y la zona intermedia del relieve de la comunidad muestra inviernos fríos y húmedos, muy similares a los acontecidos en la sierra, que reclamaban calefacción solar e inercia térmica para mejorar sus condiciones durante la mayor parte de la estación. En este caso, también se precisaba calefacción convencional para los días más fríos de enero, sin embargo, aparecían momentos en los que era posible regular las condiciones a través de cargas internas, exclusivamente. La primavera era trascendentalmen te más seca y templada y permitía alcanzar las condiciones de bienes tar durante algunos días de mayo. A lo largo del verano, las horas más moderadas del día se situaban en la zona de confort. No obstante, se alcanzaban con frecuencia temperaturas elevadas y valores de hume dad relativa muy reducidos que generaban la necesidad de refrigerar el ambiente mediante la renovación del aire de los espacios interiores, amortiguar las altas temperaturas a través de la elevada masa térmica de los cerramientos y aumentar la cantidad de vapor en el aire gracias a la evaporación. El otoño mantiene características climáticas simila res a las estivales en su inicio y experimenta una reducción de los valo res térmicos y un aumento del porcentaje de humedad con el avance de la estación.
En definitiva, es una región que demanda radiación solar y elevada inercia térmica durante el invierno y parte de la primavera y el otoño, acompañadas de otros aportes de calor puntuales en los momentos más fríos del invierno. Con el trascurso del año, experimenta un au mento generalizado de las temperaturas y una reducción de la hu medad relativa, haciendo que la protección solar, la masa térmica, la ventilación y el enfriamiento por evaporación cobren una relevancia esencial. Frente al anterior diagrama, aumenta la necesidad de pro tección en verano, mientras que la invernal se mantiene.
En esta zona, aparecen dos áreas que comparten las características cli máticas mostradas en el diagrama previo, pero que difieren en cuanto a los recursos materiales que aprovechan [20]. Mientras que la con figuración de la vivienda tradicional y la mayoría de los elementos y materiales arquitectónicos son comunes en ambos territorios, será en los cerramientos verticales donde se acentúe la disparidad que existe entre los materiales de cada zona.
[20] Navajas (1983) expone las propiedades de la casa de labor típica de los pue blos de la meseta, mientras que Jiménez (2008) destaca la diferenciación que existe en el empleo de los materia les y sistemas constructivos que la conforman según la zona, distinguiendo los de la Campiña de Alcalá y la Sagra madrileña, frente a los de la Alcarria de Chinchón al sureste de la comunidad.
38
Arquitectura vernácula madrileña
[21] El empleo de la piedra caliza formando sillerías se reservaba, habitualmente, para los edificios más nobles o para entornos de canteras (Navajas, 1983).
El tapial es la técnica predominante en la construcción de para mentos verticales en toda la zona de la meseta madrileña. Consiste en elaborar muros de tierra arcillosa húmeda, compactada a golpes hasta rellenar un encofrado con diferentes capas. El sistema estructu ral habitual de muros de carga consiste en la disposición de cimientos del grosor del tapial, unos 60 cm., levantados hasta 1 metro del suelo formando un zócalo que mantiene alejadas del muro las humedades del terreno. Sobre éste se erige el muro de tapial que soporta los for jados de las distintas plantas y la cubierta. Como refuerzo en esquinas se prolonga la mampostería que forma el zócalo a lo largo de toda la altura del edificio.
•
o En la Sagra madrileña y la Campiña de Alcalá destaca el uso del adobe y el ladrillo para su formación. Aparece el muro de tapial encintado que consta de un zócalo de mampostería sobre el que se apoyan varios cajones rectangulares de tapial o adobe. Éstos se separan entre sí verticalmente a través de machos o conjuntos de ladrillos y, horizontalmente, con verdugadas de dos ladrillos que permiten nivelar los cajones superiores. La disposición de las cajas o cajones suele consistir en una franja más alargada abajo y otra menor sobre ella, lo que favorece el refuerzo de los tramos mediante los machos de ladrillo. Figura [6a]
o En la Alcarria de Chinchón el tapial es de yeso con brencas o cajones en forma de media luna y los zócalos se componen de cantos rodados de piedra caliza [21] formando mamposterías mezcladas con barro o mortero de cal. Se erige de forma idéntica a la expuesta en la zona central de la comunidad, pero la dispo sición de las brencas puede variar, organizándose de forma alar gada o cuadrada, alineadas verticalmente o contrapeadas, con refuerzos horizontales y verticales, etc. Además, la casa popular en esta región tiende a estar encalada ya que el color blanco pro tege los espacios de las altas temperaturas en verano al reducir las ganancias de calor. Figura [6b]
Tanto el grosor de los muros como el propio material utilizado aportan a los cerramientos un excelente comportamiento térmico que opti miza las condiciones climáticas del interior de los edificios. Asimismo, impide condensaciones gracias a su capacidad de transpiración (Fer nández, 2020).
39
2. Marco téorico
Machos de ladrillo
Verdugadas de ladrillo
Brencas o cajones rectangulares
Figura [6a]. Esquema de cajones rectangulares en cerramiento vertical
Brencas o cajones de media luna
Zócalo de piedra
Figura [6b]. Esquema de cajones media luna en cerramiento vertical
Imagen [13]. Brencas de media luna, Casarrubuelos, 1935.
40
vernácula madrileña
Arquitectura
[22] El empleo de la madera se limita a elementos esen ciales como son la estructu ra del edificio y las carpinte rías (Navajas, 1983)
• La estructura horizontal de madera de los edificios se apoya en los muros a través de durmientes colocados en la superficie inte rior de dichos. Así, las vigas del forjado que descansan sobre ellos quedan protegidas de la humedad exterior. La madera también es empleada en puertas y ventanas, tanto en la carpintería como en los dinteles y jambas que refuerzan los huecos de los paramentos. De forma idéntica a lo que ocurre en las casas de piedra de la sierra, este material reduce los puentes térmicos en los distintos elemen tos en los que se emplea.
• La cubierta tiende a ser a dos aguas con una inclinación óptima de 15º, evitando las cubiertas planas. Su construcción es similar a la de la zona de la sierra, realizada con madera transportada desde dicha región [22]. La estructura se apoya en los muros y, sobre ella, se coloca un montaje de cañizo que soporta la teja curva árabe y favorece la ventilación del espacio, con la consecuente renovación de aire caliente acumulado en verano y de aire viciado en invierno. Comúnmente, esta casa cuenta con dos plantas y desván. La vivien da se desarrolla en la planta superior, quedando la baja destinada a cuadras y espacios de producción, y el desván bajo la cubierta como almacén. De esta manera, la zona de reposo queda protegida del ex terior por la capacidad aislante de los espacios de almacenamiento y trabajo, del mismo modo que ocurría en la casa típica serrana.
• La pieza principal de esta tipología residencial es el patio central que funciona como elemento de climatización, puesto que suaviza los cambios bruscos de temperatura que suceden en este clima. En invierno protege el interior de la vivienda del frío y de los vientos do minantes, y en verano resguarda de la radiación solar y aporta hume dad al aire. Por ello, los huecos suelen concentrarse en los paramen tos que dan al patio, favoreciendo, a su vez, la ventilación cruzada de los espacios interiores al brindar la posibilidad de enfrentar los hue cos abiertos en esta fachada con los que dan a la vía pública.
• Los acabados exteriores de los edificios sueles ir encalados, de tal manera que el color blanco refleje la radiación solar y evite su acu mulación en la época calurosa. Igualmente, es importante la pro tección superficial de los muros para mejorar su impermeabilidad y proteger su grosor, puesto que la tierra tiene una baja resistencia mecánica superficial (Maldonado Ramos et al., 1997, p.32).
41
2. Marco téorico
• En esta arquitectura es común también encontrar balcones en muchos de los huecos, sobre todo en los que se abren al patio, pues permiten regular e intensificar, según las necesidades de cada situa ción, la iluminación y ventilación de los espacios interiores.
Almacén sobre vivienda
Mayores huecos en fachada a patio
Balcones hacia patio central
Estructura horizontal de madera
Dinteles de madera de refuerzo
Planta superior de vivienda Planta baja de labor
Cubierta inclinada con teja curva
Menores huecos de fachada al exterior
Balcones hacia patio central
Encalado exterior
Zócalo de piedra
42
Imagen [15]. Casa de labor, Chinchón, 1900
vernácula madrileña
Imagen [14]. Patio interior en Chinchón, 1900
Arquitectura
ESTRATEGIAS
CALEFACCIÓN REFRIGERACIÓN
2.2.3_
Matriz resumen de las estrategias bioclimáticas
Cada una de las características de la arquitectura vernácula de la Co munidad de Madrid presenta un comportamiento bioclimático que suaviza los efectos medioambientales sobre sus habitantes. La relación directa de cada una de ellas se expone en las Figuras [7a] y [7b].
SIERRA
Muros de piedra de gran espesor Madera en carpinterías y forjados Almacenamiento bajo cubierta
Huecos escasos y de tamaño reducido Huecos orientados a sur Pavimentos oscuros de tierra Acabados exteriores más oscuros en zonas más altas Chimenea central
Muros de piedra de gran espesor Almacenamiento bajo cubierta
Huecos escasos y de reducido tamaño
Emparrados al sur Acabados exteriores más claros en zonas más bajas
Elevada inercia térmica Reducción de pérdidas de calor en puentes térmicos Aislamiento de espesor variable Reducción de pérdidas de calor Captación de radiación solar Acumulación calorífica interior
Mayor absorción de la radiación Calor fácilmente distribuido a toda la vivienda
Gran inercia térmica Aislamiento de espesor variable Reducción de captación solar Protección solar de fachada y huecos
Mayor reflexión de la radiación
43
2. Marco téorico
MESETA
Muros de tierra de gran espesor Madera en carpinterías Almacenamiento bajo cubierta Teja sobre cañizo Patio central
Elevada inercia térmica Reducción de pérdidas de calor en puentes térmicos Aislamiento de espesor variable Cubierta ventilada Protección frente a vientos dominantes
Muros de tierra de gran espesor Almacenamiento bajo cubierta Teja sobre cañizo Patio central Huecos abiertos al patio Acabados encalados Balcones
Gran inercia térmica Aislamiento de espesor variable Cubierta ventilada Protección solar y enfriamiento evaporativo Ventilación cruzada Mayor reflexión de la radiación Ventilación y protección solar
CALEFACCIÓN ESTRATEGIAS
REFRIGERACIÓN
Figuras [7a] y [7b]. Tablas resumen de las estrategias bioclimáticas de la arquiectura vernácula madrileña. Elaboración propia
44
Arquitectura vernácula madrileña
La recopilación de las técnicas vernáculas y el comportamiento con su entorno destaca el em pleo de materiales de gran espe sor que proporcionan un buen aislamiento e inercia térmica en toda la comunidad, favoreciendo el aprovechamiento de las cargas internas. Igualmente, existe nece sidad de calefacción activa y pasi va en todo el territorio durante la estación fría, pero resulta más no table en la sierra donde son nu merosas las estrategias de diseño arquitectónico que contrarrestan las bajas temperaturas del invier no. En cambio, la arquitectura vernácula de la meseta muestra cierta tendencia hacia las estra tegias de refrigeración para en frentar la época estival, aunque sin abandonar la ambivalencia de éstas durante el invierno.
La inercia y el aislamiento térmi co se muestran como recursos fundamentales en un clima ca racterizado por una considerable amplitud entre las temperaturas diurnas y nocturnas [23]. Esta medida pasiva permite reducir el consumo de calefacción y refri geración necesario para alcanzar las condiciones de confort en los espacios habitables, pues estabi liza la temperatura en ellos a lo largo del día.
La inercia térmica requiere mate riales con una conductividad alta que permita al calor penetrar en Imagen [16].
Arquitectura
45
vernácula española. Casa de piedra, Valdemaqueda
ellos, combinada con una densi dad y calor específicos también elevados para acumular la máxi ma cantidad de energía. El aisla miento térmico se consigue con valores de conductividad bajos en los materiales que reduzcan el flujo de calor en su interior. La conjunción de ambas exigencias, que no son complementarias en cuanto a los requisitos de con ductividad, se logra a través del aumento del espesor de los cerra mientos, que implica una mayor superficie a atravesar por la onda térmica, es decir, mayor amorti guación de la onda térmica [24] y un aumento del desfase térmico.
Históricamente, se ha aprove chado el comportamiento térmi co de los masivos muros pétreos y terrosos, caracterizados por su elevada capacidad calorífica y una reducida transmitancia tér
mica debida a sus grandes espe sores. La primera representa la cantidad de calor que almacena un material por unidad de masa, mientras que la transmitancia muestra el calor que fluye por unidad de tiempo y superficie entre las distintas caras de un material o sistema que separa dos espacios a diferente tempe ratura. Como resultado, acumu lan una amplia cantidad de calor exterior que fluye de forma len ta en el interior del elemento de fachada y ralentizan su cesión a los espacios interiores. Por tanto, su funcionamiento se basa en la inercia y el aislamiento térmico y logra atenuar los bruscos cam bios de temperatura en los es pacios interiores, aproximando la sensación térmica a la de confort durante más tiempo y reducien do gastos energéticos.
[23] La inercia es la resisten cia que opone un sistema o material ante posibles cam bios. La inercia térmica es la capacidad de una masa de conservar la energía térmica recibida y cederla progresi vamente. No se trata de una propiedad de los materiales directamente, sino de un fenómeno que amortigua la variación de temperaturas y provoca un retardo de la temperatura interior con respecto a la exterior.
El aislamiento térmico re duce la transmisión del calor en los materiales o elemen tos, evitando pérdidas de energía (Escalona Gelabert, 2007).
[24] La amortiguación de la onda térmica supone la atenuación de dicha onda al atravesar un cerramiento y representa la cantidad de calor que no logra atravesar el material.
El desfase térmico, me dido en horas, se refiere al tiempo que al energía calorífica tarda en atravesar un cerramiento.
EXT INT
amplitud térmica
baja inercia térmica
amplitud térmica
alta inercia térmica
Figura [8]. Comparativa de edificio sin inercia térmica y con inercia térmica. Elaboración propia
46
Marco normativo
Técnicas pasivas mediante inercia térmica en cerramientos verticales
Imagen [17]. Piscina municipal de Toro, Zamora. Vier Arquitectos, 2010.
47
Derivado del capítulo anterior, se deduce que, históricamente, la arquitectura vernácula se ha caracterizado, desde el punto de vista medioambiental, por su adecuación a las condiciones cli máticas a través de sistemas pa sivos que impactan de manera muy reducida en el entorno. En la Comunidad de Madrid destaca su adaptación al medio a través de la envolvente, que posibilita el control de la radiación solar y la ventilación, así como el apro vechamiento de su elevada iner cia térmica y capacidad aislante, eficiente energéticamente tanto en invierno como en verano. Sin embargo, tras las revoluciones industriales se perdieron los fun damentos que sustentaban esta arquitectura en favor de otra es tandarizada, más centrada en la producción en masa de los ma teriales y en su rápida construc
ción que en la adecuación climá tica (Guerrero Baca, 2010). Este modelo energético basado en la utilización de combustibles fósi les es responsable de gran parte del deterioro ambiental que cau sa el cambio climático. A raíz de ello, la Unión Europea acentúa la necesidad de mejorar la eficien cia energética de los edificios y obliga a que las nuevas edifi caciones tengan un consumo de energía casi nulo. Por consi guiente, este capítulo aborda, por un lado, las exigencias a nivel energético establecidas por el Código Técnico de la Edificación, y por otro, las actuales técnicas que emplean la inercia térmica como recurso pasivo de climati zación, centrándose en aquéllas aplicables a intervenciones en los cerramientos de edificios ya consolidados que suponen un elevado consumo de energía.
48
[25] El 25% de la contami nación emitida en países industrializados y el 50% de la energía consumida en el mundo está relacionada con la edificación (Celis d’Ami co, 2015). Los sistemas de climatización no industrial representan un 18.1% de las emisiones de óxidos de ni trógeno en ciudades como Madrid, ocupando el tercer puesto como sector cau sante de la contaminación atmosférica en la ciudad (Redacción Cibeles, 2019).
4.1_ MARCO NORMATIVO
El progreso de la edificación bioclimática se acentuó a partir de la dé cada de 1970 como fruto de investigaciones relativas a la conservación ambiental y el desarrollo sostenible en un contexto que se había visto afectado por el excepcional desarrollo tecnológico y crecimiento de mográfico derivados de las revoluciones industriales. Las innovacio nes tecnológicas habían permitido el acceso a una vivienda salubre a gran parte de la población, sin embargo, significaron un elevado cos te de los recursos naturales, enormes cantidades de contaminación ambiental y una crisis energética sin precedentes. De este modo, la arquitectura se convirtió en responsable de un elevado porcentaje de los impactos que, aún en la actualidad, ponen en riesgo la sostenibili dad del planeta [25].
Las investigaciones, en la búsqueda de una arquitectura de bajo con sumo energético, expusieron la inadecuación de ésta a las condicio nes de su entorno como principal motivo del uso masivo de sistemas de calefacción y refrigeración asociados al consumo de combustibles fósiles que causan emisiones de gases contaminantes a la atmósfera.
A raíz de ello, redescubrieron el potencial de los conocimientos am bientales plasmados en la construcción vernácula y propusieron una arquitectura de nuevo desde el punto de vista de adaptación al clima, la bioclimática.
“Las prácticas, experiencias e ideas vernáculas, que normalmente se han desarrollado a lo largo del tiempo en un proceso continuo a base de prueba y error y, como tal, se adaptan a los contextos climáticos y culturales locales, pueden ofrecer valiosas lecciones y precedentes a los académicos y profesionales involucrados en el desarrollo de una edificación sostenible.”
(Asquith, Vellinga, 2006, p.93)
Para afrontar las consecuencias de este hecho, en la actualidad, la arqui tectura bioclimática se ha desarrollado como evolución de la vernácula en materia de adaptación al clima. Su principal objetivo persigue el pro greso de las técnicas pasivas de edificación y urbanización para reducir el impacto en el medio ambiente a través de su estudio y adaptación a las condiciones climáticas a las que se expone. Simultáneamente, den tro del Marco sobre Cambio Climático de las Naciones Unidas de 2015 se firmó el Acuerdo de París que reconoce el medio ambiente como un derecho fundamental y cuya finalidad consiste en reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para limitar el calentamiento global. En
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4. Estado del arte
el ámbito de la arquitectura, el objetivo principal para la reducción de gases exige que los nuevos edificios construidos a partir de enero de 2021 tengan un consumo de energía casi nulo [26]. Por ello, los sistemas pasivos de climatización cobran gran importancia en el campo de la arquitectura. (González Cruz, 2019).
Para el cumplimiento de los objetivos propuestos por las Naciones Unidas, en España existe el DB-HE de Ahorro de Energía del Códi go Técnico de la Edificación actualizado en 2019 [27], que sirve como herramienta para exigir la mejora de la eficiencia energética de los edificios. Específicamente, en la sección HE 1 se establecen las carac terísticas de la envolvente térmica de los edificios que deben limitar las necesidades de energía primaria. La Figura [9], cuyos datos se han extraído de la Tabla 3.1.1.a de dicho documento, expone los valores lí mite de transmitancia térmica que no deben ser superados por cada elemento de la envolvente:
ZONA CLIMÁTICA DE INVIERNO
[26] “Edificio de consumo de energía casi nulo: edificio con un nivel de eficiencia energética muy alto […]. La cantidad casi nula o muy baja de energía requerida debería estar cubierta, en muy amplia medida, por energía procedente de fuentes renovables, inclui da energía procedente de fuentes renovables produ cida in situ o en el entorno” (Art.2, Directiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo y del Consejo).
α A B
Muros y suelos en contacto con el aire exterior (US, UM) Cubiertas en contacto con el aire exterior (UC)
Muros, suelos y cubiertas en contacto con espacios no habita bles o con el terreno (UT)
Medianerías o particiones interiores pertenecientes a la envolvente térmica (UMD)
Huecos (conjunto de marco, vidrio y, en su caso, cajón de persiana) (UH)*
Puertas con superficie semitrans parente igual o inferior al 50%
ELEMENTO C D E 0,33 0,59 1,8
0,70 0,50 0,80 2,7
0,56 0,44 0,75 2,3
0,80 0,55 0,90 3,2 5,7
0,49 0,40 0,70 2,1
0,41 0,35 0,65 1,8
0,37
[27] Regularmente se publican actualizaciones de los documentos que integran el CTE, en este caso en concreto, del referente a ahorro energético, puesto que la Directiva 2010/31/UE establece en su artículo 4 que “los requisitos mínimos de eficiencia energética se revisarán periódicamente a intervalos no superiores a cinco años”.
* Los huecos con uso de escaparate en unidades de uso con actividad comercial pueden incrementar el valor de UH en un 50%
Para diseñar constructivamente un cerramiento que limite la deman da energética en el interior de los edificios, es requisito fundamental conocer el valor de la transmitancia de los elementos de la envolvente, de acuerdo con la zona climática correspondiente a la ubicación del propio edificio.
50
Marco normativo
Figura [9]. Valores límite de transmitancia térmica, ULIM [ W/M2K]. Elaboración propia en función de la Tabla 3.1.1.a - HE1 del CTE
Transmitancia térmica, U [W/M2K]:
Resistencia térmica global, RT [m2K/W]
RT = RSi + R1 + R2 + ... + Rn + RSe
Donde:
RSi = Resistencia Térmica Superficial Interior (0’13 m2K/W)
RSe = Resistencia Térmica Superficial Exterior (0’04 m2K/W)
La inercia térmica no está contemplada en el documento anterior a pesar de su intervención fundamental en la climatización de los es pacios. Es posible realizar una comparativa de la capacidad de acu mulación de calor entre de los diferentes materiales mediante el pro ducto de su calor específico, espesor y densidad. Cuanto mayor sea cualquiera de estos parámetros, mayor será la capacidad calorífica del material (Lirola, 2018).
R1, R2, R3, Rn= Resistencia Térmica de cada capa, que se obtienen según:
R1, R2, R3, RN [m2K/W]:
R1, R2, R3, RN = e
Sin embargo, la ecuación sería poco realista debido a que es prácti camente imposible que toda la inercia térmica del cerramiento actúe de manera efectiva con el espacio interior. Su resolución consiste en asumir que solo la parte más interna del elemento funcionará como masa térmica. Por consiguiente, se considera solo el espesor efectivo del cerramiento medido desde el interior. Así, para el cálculo se emplea, o bien la mitad del espesor total del cerramiento o bien el espesor de las capas situadas entre el interior y el aislamiento (Ordóñez García, 2018).
Capacidad calorífica real, Ci [kJ/m3K]:
Capacidad calorífica real, Ci [kJ/m3K]:
Ci = · e’ · Ce
ρ = Densidad del material [kg/m3]
e' = Espesor efectivo [m]
Ce = Calor específico [J/kgK]
Los parámetros directamente relacionados con la inercia térmica que caracterizan el comportamiento de un cerramiento frente a las varia ciones de temperatura son la amortiguación de la amplitud de onda térmica y el desfase térmico. Para su obtención, existen fórmulas loga rítmicas que han sido desarrolladas por empresas e instituciones y han quedado simplificadas en programas de cálculo a partir de la introduc ción de los parámetros térmicos que caracterizan el cerramiento.
Cuanto mayor sea la energía calorífica amortiguada y más próximo a las 12 horas esté el valor de desfase, más estable se mantendrá la tem peratura de confort en el interior y se reducirá el consumo energético y las emisiones contaminantes. La elevada inercia térmica, que implica un desfase cercano a las 12 horas, en verano permite al material absor ber el calor durante el día, almacenarlo y disiparlo en las horas noctur nas mientras se combina con ventilación, y en invierno, almacenar el calor en horas diurnas y cederlo al interior cuando descienden las tem peraturas (Toro y Antúnez, 2019).
U = 1 RT
52
Marco normativo
2. Cesión de calor
1. Absorción de calor
1. Cámara con aire caliente
Figura [10]. Esquemas de funcionamiento de diversas técnicas pasivas de climati zación. Elaboración propia
1. Absorción de calor
1. Absorción de calor
2. Cesión de calor
BTC PCM
3. Aire caliente
4. Cesión de calor de noche 2. Aire frío
MURO TROMBE TABS
2. Cesión de calor
53
4. Estado del arte
4.2_ TÉCNICAS PASIVAS MEDIANTE INERCIA TÉRMICA EN CERRAMIENTOS
El considerable espesor de los muros que cerraban las construcciones vernáculas, sumado al elevado calor específico de los materiales em pleados, da como resultado una extraordinaria capacidad de acumu lar energía en la envolvente de estos edificios y aprovecharla para cli matizar los espacios interiores reduciendo posibles pérdidas hacia el exterior. Por otro lado, la mejora de la calidad ambiental de las ciuda des comienza por la intervención en aquellos edificios más contami nantes, reduciendo el consumo que suponen de combustibles fósiles. A tal efecto, es primordial la actuación sobre la superficie intermedia entre espacio interior y exterior, la envolvente. No obstante, el peso y el volumen de los sistemas utilizados en la arquitectura tradicional limita las posibilidades en la rehabilitación energética. Ante esto, el avance tecnológico ha permitido desarrollar técnicas pasivas para los cerramientos de los edificios que potencian su capacidad acumulado ra reduciendo su espesor. Así, enfrentan los inconvenientes de los ele mentos tradicionales que proporcionaban una elevada inercia térmica y resistividad, mientras facilitan la regulación del confort interior me diante el control de varios parámetros ambientales simultáneamente: la captación o protección solar y la acumulación y posterior disipación de energía calorífica. A continuación, quedan expuestos algunos sis temas pasivos modernos que es posible aplicar en los cerramientos verticales de los edificios para mejorar su comportamiento térmico, atendiendo a las posibilidades que la inercia térmica puede ofrecer en estos elementos [30]
[30] Esta investigación se enfocará en los próximos apartados en los materiales de construcción que cuen tan con comportamientos térmicos inerciales, pero sin ignorar la existencia de sistemas constructivos que también pueden funcionar aportando variados benefi cios térmicos.
54
Técnicas pasivas mediante inercia térmica en cerramientos
[31] El estabilizante emplea do en combinación con la tierra permite alcanzar com portamientos adicionales o mejorados de los bloques comprimidos. En suelos arenosos es apropiado el cemento añadido en seco que consigue incrementar la resistencia del muro a esfuerzos mecánicos y a la acción del agua. En los sue los arcillosos se emplea la cal para mejorar la resisten cia a compresión y reducir la absorción de agua. Por otro lado, las fibras vegetales re ducen la conductividad del material, por lo que mejoran su papel como aislante tér mico, además, permiten so portar esfuerzos a tracción y aligeran el peso del muro (Catalán Díez, 2018, p.13).
4.2.1_ Bloques de Tierra Comprimida - BTC
Los bloques de tierra comprimida son piezas formadas a partir de la compresión de tierra cruda, en ocasiones, con estabilizantes en pro porción variable según la mezcla [31]. Se pueden realizar sin necesidad de cocción y con facilidad a pie de obra, por lo que ahorra costes y contaminación derivados de su producción y transporte, en contra posición a lo que ocurre con el ladrillo tradicional. Además, durante su puesta en obra generan pocos residuos y al final de su vida útil son reutilizables. Estos bloques se benefician de las propiedades de la tierra como material, pues regulan las temperaturas interiores y, al ser transpirables, mantienen una humedad relativa constante en el inte rior, por lo que contribuyen a la eficiencia energética de los edificios (Arteaga et al., 2011).
En comparación con la tierra apisonada utilizada en la arquitectura vernácula, los bloques de tierra comprimida exigen técnicas de cons trucción más sencillas y limpias, simplificadas gracias a sus reducidas dimensiones. Con respecto a los bloques tradicionales de adobe, los BTC son más densos y tienen una forma regular, por lo que presentan mayor resistencia a la compresión y a la acción del agua.
La normalización del uso de los bloques de tierra comprimida en la edi ficación sucede a partir de su regularización en la norma UNE 41410 “Bloques de Tierra Comprimida (BTC) para muros y tabiques” en 2008. Ésta dispone todos los parámetros de fabricación de los bloques y vin cula las normas españolas que regulan las propiedades físicas y térmi cas exigibles para su puesta en obra. Atendiendo a estos documentos, los fabricantes deben declarar las características térmicas del BTC, que incluyen la conductividad térmica en seco y de diseño y la resistencia térmica, adhiriéndose a lo establecido en la Norma UNE-EN 1745:2020.
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Calor específico [KJ/kgK] Dimensiones [mm] BTC Densidad [kg/m3] Conductividad [ W/mK] Espesor [mm] 1’10 295 x 140 x 90 1700 0,58 YESO + PCM 0,03 - 0,015
TROMBE noche Aire frío Aire caliente 4. Estado del arte
Figura [11]. Datos técnicos del BTC. Elaboración propia Imagen [18]. Bloque de tierra comprimida
pasivas mediante inercia térmica en cerramientos
Escuela infantil en Santa Eulàlia de Ronçana, Barcelona. 2010
El bloque de tierra comprimida es empleado en los muros y cúpulas del edificio por su elevada inercia térmica y el bajo impacto medioam biental que supone no cocerlo durante su producción. Los muros varían entre los 15 cm de espesor en interiores y los 30 cm en las fachadas ex teriores del sur, este y oeste. En la fachada norte, sin embargo, alcanzan los 45 cm para mejorar el aislamiento acústico con respecto a la calle. Las cubiertas correspondientes a las aulas son cúpulas nubias elípticas ejecutadas por hiladas que generan una superficie irregular escalona da que proporciona un buen comportamiento acústico.
Además de utilizar la tierra como material para regular las condiciones de confort a través de la inercia térmica, en la fachada sur se combina con un muro Trombe por cada aula con el fin de captar la radiación solar y aprovechar su capacidad para climatizar el espacio interior de forma pasiva.
Con la aplicación de los bloques de tierra comprimida, el empleo de los muros Trombe, el uso de energías renovables, además de la correcta orientación y disposición formal del edificio, éste logra tener una califi cación energética A con menos de 50 kW/m2 de consumo energético anual (Barbeta et al., 2010).
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Imagen [19]. Escuela Infantil de Santa Eulàlia de Ronçana, Barcelona. Volta Arquitectura, 2010.
Técnicas
[32] El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de estado, man teniendo la temperatura hasta que se produzca este cambio de fase.
El calor sensible es aquel que provoca los cambios de temperatura de los cuerpos sin afectar a su estructura molecular y, por tanto, a su estado.
4.2.2_ Materiales de Cambio de Fase - PCM
Durante el presente siglo, se ha alzado también el interés por los mate riales de cambio de fase – PCM por sus siglas en inglés (Phase Change Materials) – como alternativa a los pesados materiales de masa térmi ca. Proporcionan almacenamiento térmico por calor latente con el que son capaces de almacenar y ceder cantidades de energía superiores a la energía acumulada en forma de calor sensible [32]. Mientras se pro duce el cambio de fase – ya sea de líquido a sólido o viceversa, general mente –, el material libera o absorbe energía, pero su temperatura se mantiene constante. Estas transformaciones contribuyen al desarrollo de soluciones constructivas en favor del medio ambiente gracias a que durante el día absorben la mayor cantidad de calor posible y por la no che lo disipan al bajar las temperaturas (Campos Maya, 2010, p.8).
Los productos de PCM se pueden combinar con materiales tradicio nales de construcción, como hormigón, tierra, ladrillo, y en acabados, ya sea en placas de yeso, enlucidos, paneles sándwich, tejas. Su inte gración puede realizarse recubriendo los elementos o como parte de su masa o de alguna de sus capas aplicándolos como cualquier otro árido, o incorporándolo en un componente mediante la macroencap sulación del PCM.
Entre las ventajas con respecto al uso tradicional de la inercia térmica, aparece la posibilidad de selección del rango de temperaturas en el que se almacena o libera el calor, evitando el sobrecalentamiento o la disminución de temperaturas por debajo de los niveles de confort. Asimismo, se requieren espesores menores para lograr un almacena miento térmico similar al de los muros de la arquitectura tradicional. (Rodríguez Ubiñas, 2015).
Como la presencia de aislamiento por el exterior es habitual y recomen dable para aprovechar la inercia térmica de los muros interiores, existe una gran resistencia térmica ejercida por el aislamiento a los flujos de calor del exterior por radiación, por tanto, resulta más eficiente colocar los PCM en las paredes interiores. Su forma de incorporación en la edifi cación más común es la que se realiza a través de su combinación con el yeso empleado en revestimientos interiores. Esta mezcla puede re sultar beneficiosa debido al bajo coste del yeso, la abundancia del mis mo en la Comunidad de Madrid, la facilidad de aplicación de la mezcla en los sistemas constructivos existentes en los edificios y la posibilidad que brinda esta capa de acabado de no reducir el espacio interior.
57
TROMBE noche Aire frío Aire caliente 4. Estado del arte
Los PCM se pueden clasificar según su origen en orgánicos, como las parafinas; inorgánicos, como las sales hidratadas; o mezclas eutécti cas de varios componentes. Entre ellos, las parafinas, aunque su coste económico es mayor, poseen las mejores características térmicas para su combinación con materiales como el yeso. Esta mezcla se puede realizar mediante la inmersión del yeso en las parafinas o sales fundi das, que son absorbidas por los poros del material y se mantienen en ellos al enfriarse. También es posible incorporar el PCM en polvo por microencapsulación, evitando las fugas del material y mejorando la transferencia de calor.
Con respecto al primer método de incorporación en el yeso, se comer cializan los PCM de Rubitherm RT21. Éstos cuentan con una tempera tura de fusión de 21ºC, una capacidad de almacenamiento de 190 kJ/ kg y una conductividad térmica de 0,2 W/mK. En combinación con el yeso, alcanzan una densidad de 1470 kg/m3. Su capacidad de acumu lación con 1,5 cm de espesor es comparable a la de un muro de hormi gón de 14 cm o uno de fábrica de ladrillo de 36,5 cm.
BTC
Dimensiones [mm]
Densidad [kg/m3]
Calor específico [KJ/kgK]
Conductividad [ W/mK]
295 x 140 x 90 1700 0,58 YESO + PCM
1’10
En relación a la microencapsulación, en Europa se comercializa el Mi cronal® PCM, un material de cambio de fase a base de parafina en forma de polvo que puede transformarse de sólido a líquido a tem peraturas definidas en 21, 23 o 26ºC almacenando gran cantidad de calor. Así, si se produce un aumento de temperatura mayor que la del umbral establecido, el material absorbe la energía del calor excesivo, la almacena en el cambio de fase y la libera cuando la temperatura se reduce (Arias Arranz, 2014).
En el presente estudio se empleará el primero de los métodos de in corporación, con el que se pueden obtener las propiedades mostradas en la Figura [12a]:
Espesor [mm]
Densidad [kg/m3]
Calor específico [KJ/kgK]
Conductividad [ W/mK]
1’612
Figura [12a]. Datos técnicos de los PCM. Elaboración propia Imagen [20]. Placa de yeso con PCM. National Gypsum, 2009
Dimensiones [mm]
0,03 - 0,015 1470 0,14 295 x 140 x 90
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Técnicas pasivas mediante inercia térmica en cerramientos
Proyecto 1_ Caracterización térmica de placas de yeso con material de cambio de fase incorporado
Oliver et al. (2010) evaluaron la capacidad de almacenamiento térmico de diferentes elementos constructivos y la compararon con los valores resultantes de placas de yeso que incorporaban PCM. Utilizaron una instalación experimental que simulaba las condiciones de contorno de una estancia que incluía estrategias pasivas de radiación y ventilación para reducir las necesidades de consumo energético en colaboración con los PCM. Ensayaron con varios materiales constructivos, como pla cas de yeso de 1,5 cm con 44,5% de PCM, fábrica de ladrillo o fábrica de termoarcilla, entre otros. Como resultado, comprobaron que:
“las placas de yeso con un 45% en peso de material de cambio de fase es capaz de almacenar en 1,5 cm de espesor, cinco veces la energía térmica de un panel de yeso laminado con el mismo espe sor, y la misma cantidad que ½ pie de ladrillo hueco sencillo” (Oliver et al., 2010, p.55)
Figura [13]. Evolución de la temperatura de entrada, de salida y superficial para una temperatura exterior de 35ºC, con placas de yeso + PCM. Oliver et al. (2010)
59
4. Estado del arte
Proyecto 2_ Yeso aditivado con materiales de cambio de fase
La empresa alemana Saint-Gobain Weber GmbH junto con BASF y el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar llevaron a cabo un proyecto para analizar el comportamiento térmico de los PCM. Para la investigación contaban con dos espacios de iguales dimensiones, pero cuya distinción se encontraba en los productos de su envolvente. El primero de ellos incorporaba yeso con PCM, mientras el otro hacía uso de yeso convencional. Como resultado, obtuvieron una diferencia de 4ºC entre las temperaturas máximas de ambas estancias, donde la más atenuada correspondía a la primera (Campos Maya, 2010).
Técnicas pasivas mediante inercia térmica en cerramientos
35
Temperatura de muro PCM / Referencia 09.09.03 - 19.09.03 35 35 35 35
10/09 00:00 12/09 00:00 14/09 00:00 16/09 00:00 18/09 00:00
Referencia muro común Muro PCM
Figura [14]. Comparativo de sistema con yeso común y yeso con PCM. Elaboración propia en base al Gráfico 2.2 de Campos Maya (2010, p.26)
60
[33] El efecto termosifón es producido en los fluidos que se calientan y, por tanto, disminuyen su densidad, as cendiendo sobre la parte del fluido a menor temperatura. Este efecto es responsable del intercambio de calor por convección y provoca la circulación natural del aire en los espacios interiores o en conductos y tuberías.
4.2.3_ Muro Trombe
Además de materiales de construcción, existen sistemas que aplican este criterio de aprovechamiento térmico inercial. Uno de ellos lo con forma el muro Trombe. Se trata de un elemento de gran inercia tér mica que, precedido por un vidrio que favorece el efecto invernadero, acumula la energía calorífica para cederla en las horas posteriores. Consta de aberturas en la parte superior e inferior que promueven los intercambios de aire entre el espacio interior y la cámara calentada por el sol. En invierno el vidrio se aísla para evitar pérdidas de calor y en verano se protege de la radiación para impedir el sobrecalentamiento.
Este sistema permite grosores de muro más reducidos que los tra dicionales – hasta un mínimo de 25 cm – ya que favorece el aprove chamiento de la energía tanto por inercia térmica, como por efecto termosifón [33]. El primero se beneficia de la energía emitida directa mente hacia el interior por el muro, y el segundo, de la que se refleja hacia el vidrio sin llegar a atravesarlo ya que se trata de energía con una longitud de onda larga.
Edificio residencial en Portugalete, Bizkaia. 2016
En el proyecto de los arquitectos Barrio y Tausz se prevé la reducción de la demanda energética a través del cerramiento vertical, principal mente. El edificio integra diversas medidas eficientes no convencio nales entre las que aparece el muro Trombe en la fachada suroeste que aprovecha la energía solar y el calentamiento del aire generado en la cámara situada entre el elemento captador y la masa térmica interior. El aire de dicha cámara, una vez calentado, se conduce hacia el sistema de ventilación mecánica del edificio y se introduce en las viviendas en invierno.
Esta medida en combinación con otras que también incorpora el edi ficio, como los paneles solares fotovoltaicos de la cubierta, la instala ción de suelo radiante o la caldera central de condensación de gas natural y la de cogeneración, logran una calificación energética A con un balance neto de energía primaria nulo y una demanda de calefac ción de 17’7 kWh/m2 (Hidalgo Betanzos et al., 2016).
61
TROMBE noche Aire frío Aire caliente 4. Estado del arte
4.2.4_ Sistemas de Construcción Térmicamente Activados - TABS
Los sistemas de construcción térmicamente activados – TABS por sus siglas en inglés (Thermal Active Building System)– tienen un gran po tencial de ahorro de energía. Buscan calentar o enfriar la propia es tructura de los edificios mediante la circulación de aire o agua. Pue den estar basados en la radiación solar o en la ventilación cruzada, pero también en la circulación forzada de agua por tubos embebidos en la estructura. Así, ésta actúa como fuente de calor gracias a su gran inercia térmica, mientras la temperatura se controla a través del flui do de su interior. Simultáneamente, posibilitan aprovechar la elevada inercia térmica del agua (Bartolomé Muñoz, Alarcón Barrio, 2020).
Existe una combinación posible con el sistema de termosifón que consiste en calentar agua en un colector solar pasivo exterior, que as cienda por pequeños conductos hasta el edificio al que cede su calor y, una vez se ha enfriado, devolverla al colector para reiniciar el ciclo.
Sede de IDOM, Madrid
El edificio está dotado de masa térmica de hormigón, con la peculiari dad de que su funcionamiento se origina en el núcleo de la estructura. El núcleo de la masa térmica se enfría o calienta mediante conductos incorporados en la estructura por los que se hace circular agua a tem peratura ambiente. De este modo, en los días calurosos, los forjados absorben la carga térmica durante el día y se enfrían a través de la cir culación del agua a menor temperatura durante la noche. En conse cuencia, ceden su calor y quedan dispuestos para captar energía con las nuevas horas diurnas. El consumo en refrigeración y ventilación en verano se reduce a 12 kWh/m2 año, aproximadamente, frente a los 120 kWh/m2 año de un edificio convencional (Villanueva, 2012).
Técnicas pasivas mediante inercia térmica en cerramientos
62
MURO TROMBE TABS 1. Cámara con aire caliente 4. Cesión de calor de noche 2. Aire frío 3. Aire caliente
Absorción
calor 2. Cesión
calor Aire frío Aire caliente
1.
de
de
Contexto sociocultural Contexto medioambiental
Imagen [21]. Panorámica de Madrid, 2021
63
Una vez expuestas las singulari dades de la arquitectura verná cula de la Comunidad de Madrid y las alternativas actualizadas que aprovechan la inercia térmi ca como medida pasiva de cli matización, la investigación con tinúa con la aplicación de estas últimas en los cerramientos de edificios contaminantes del mu nicipio de Madrid. En este capí tulo, se señalan las particularida des generales más extendidas en la época de mayor construcción de la ciudad, así como las condi ciones climáticas propias de la isla de calor urbana que afectan al municipio y las estrategias ar quitectónicas adecuadas para hacerles frente [34]. Este análisis es necesario para contextualizar la arquitectura resultante en la ciudad, que ha sufrido un pro ceso constructivo diferente al de sus alrededores rurales estudia dos previamente.
En la metodología se procede a delimitar la superficie de estu dio y los edificios anteriores a la existencia de normativa térmica dentro del barrio de Vista Ale gre de Carabanchel, considera do como un área representativa del parque residencial más con taminante del municipio. Segui damente, la definición de las ca racterísticas constructivas de los cerramientos verticales de dichos
edificios permitirá conocer cómo se comportan energéticamente con su entorno a través del cál culo de las propiedades térmi cas de las fachadas, que queda recogido en el Anexo I de este documento. A tal efecto, se em plearán las fórmulas indicadas en el DB-HE/1 del Código Técnico de la Edificación, en el caso de la transmitancia térmica, y la hoja de cálculo Dynamic Thermal Properties Calculator desarro llada por la firma de arquitectos, ingenieros y diseñadores Arup y distribuida por la empresa inves tigadora The Concrete Centre, que permite obtener los valores del amortiguamiento y desfa se térmicos que caracterizan la inercia térmica de los elementos de la envolvente.
Por último, se proponen diversas estrategias de actuación sobre la fachada de los inmuebles distin guidos aplicando las alternativas materiales actuales que funcio nan como sistemas pasivos me diante inercia térmica: los blo ques de tierra comprimida (BTC) y los materiales de cambio de fase (PCM). Haciendo uso de las herramientas mencionadas para el cálculo de los parámetros tér micos, se observará y confrontará la calidad energética que aportan estos sistemas con respecto a los vigentes en el barrio.
[34] Los datos climáticos de Madrid se extraen del portal de Datos Abiertos de la AEMET y se introducen en la carta bioclimática de Givoni para relacionarlos con las necesidades arquitectónicas que crean.
64
[35] El 68.46% del total de edificios de primera residen cia construidos en Madrid hasta 2001 se levantaron en tre 1941 y 1980 (Martín-Con suegra et al., 2016) como resultado de la aprobación del Plan Nacional de Vivien da en 1955 o el de Urgencia Social de Madrid en 1957, entre otros.
5.1_ CONTEXTO SOCIOCULTURAL
Entre 1940 y 1980 se sitúa el período de mayor construcción residen cial de Madrid [35], con la sucesión de distintos Planes de Vivienda para paliar el déficit de ésta derivado de la presión migratoria que se estaba produciendo. Fue en este momento cuando se experimentó un pequeño salto en la calidad de vida gracias al impulso de las tipo logías edificatorias en supermanzanas con edificios entre medianeras y un espacio libre central, así como grandes bloques abiertos (Neila et al., 2014). No obstante, esta mejoría de las condiciones para los habi tantes de la ciudad iba en detrimento de la preocupación por el medio ambiente y la adaptación de la arquitectura a él.
La inmensa mayoría de edificios construidos en este período emplean materiales baratos de escasa calidad y se consideran ineficientes ya que son previos a la entrada en vigor de la primera norma española NBE-CT-79 sobre condiciones térmicas de los edificios y, por lo tanto, no cuentan con ningún tipo de aislamiento térmico aplicado en sus cerramientos, ni consideran unos valores mínimos de transmitancia térmica en la envolvente. Además, éstos son más ligeros que los tra dicionales elementos masivos de la arquitectura vernácula madrile ña que tenían un comportamiento térmico inercial. En consecuencia, confían la regulación del bienestar interior a los sistemas convencio nales de climatización que consumen grandes cantidades de energía y se han convertido en los principales responsables de la contamina ción generada por los edificios durante su vida útil (Martín-Consuegra y Hernández Aja 2014).
65
5. Marco metodológico
<1940 1940 - 1980 >1980
<1940 1940 - 1980 >1980
Figura [15]. Crecimiento urbano en el municipio de Madrid. Elaboración propia
66
Contexto sociocultural
[36] Al aumentar las di mensiones de la metrópoli, crecieron también las edifi caciones que contaban con sistemas de climatización – calefacciones domésticas e industrias –. Del mismo modo, aumentó el tráfico rodado que constituye numerosos focos de conta minación difusos. Además, en el centro de la ciudad, al ralentizarse el tráfico, el índice de contaminación de cada foco es mayor (Fernán dez García et al., 2016).
5.2_ CONTEXTO MEDIOAMBIENTAL
La aglomeración urbana ha producido una variación de las tempe raturas con respecto a las que se experimentan en las zonas rurales de los alrededores del área metropolitana de Madrid. Este fenómeno es conocido como Isla de Calor Urbana y afecta de manera negativa al medio ambiente, pues la artificialización del suelo como resultado de la expansión urbana sin planificación hacia el extrarradio, provoca la transformación del paisaje natural y potencia el cambio climático. Por un lado, el aumento de los focos de emisión de gases contami nantes a la atmósfera [36] propicia el calentamiento atmosférico local y, por otro, la desaparición del terreno natural ocasiona escorrentías del agua de lluvia y reduce la evapotranspiración y, con ella, la tasa de refresco del aire (Fariña Tojo et al., 2013).
Las propiedades climáticas más destacables en esta región respon den a unos valores térmicos y de amplitud de las temperaturas supe riores a los históricos y a los que caracterizan las regiones de las afue ras, además del notable aumento del número de olas de calor anuales (Fernández García et al., 2016). Por otro lado, el cambio climático aca rrea la escasez del agua debido a la reducción de las precipitaciones que ha sufrido la zona y a que las altas temperaturas provocan mayor evaporación de sus recursos hídricos.
Con respecto a las exigencias arquitectónicas que surgen de la nece sidad de protección frente a las anteriores condiciones climáticas, la carta bioclimática de Givoni muestra de nuevo la exigencia de elemen tos con elevada inercia térmica durante gran parte del año Figura [15], pues la mayoría de los valores que no se encuentran dentro de la zona de confort aparecen en las áreas correspondientes a las estrategias 3, 4, 5, 9 y 11. La mayor parte de los días de primavera y otoño permiten acondicionar los espacios interiores a través del aprovechamiento de las cargas internas – estrategia 3 –. La estación invernal, así como los días más fríos de la primavera y el otoño requieren de inercia térmica junto con calefacción solar pasiva – estrategia 4 – o activa – estrategia 5 –. Durante el verano será necesaria la inercia térmica como medida de refrigeración combinada con la ventilación nocturna – estrategias 9 y 11, respectivamente –.
67
5. Marco metodológico
METROPOLITANA
12 13 ÁREA
40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 3
1 3
FEB
5
14 5
30%
20%
2
DIC ENE MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV
8 4 7 6 10
11 9
20
10%
30 humedad específica (g/kg aire seco) 0
10
6
Calefacción solar pasiva e inercia térmica
Calefacción solar activa e inercia térmica Humidificación
Calefacción convencional
10 11
8 4 7
9 2 12 13 14
Protección solar Refrigeración por alta masa térmica Enfriamiento por evaporación Refrigeración por alta masa térmica y ventilación nocturna Refrigeración por ventilación natural y mecánica Aire acondicionado Deshumidificación convencional
68
-5 0 5 10 15 20 25 temperatura de bulbo seco (ºC) 30 35 40 45 50
Zona de confort Zona de confort permisible Cargas internas
Contexto medioambiental
Figura [16]. Diagrama de Givoni de la Meseta de la Comunidad de Madrid. Ela boración propia
Barrio de Vista Alegre, Carabanchel
Aspectos constructivos y energéticos vigentes
Propuestas de rehabilitación Matriz resumen de estrategias Resultados principales
Imagen [22]. Casa vernácula del siglo XXI, Aragón. Edra arquitectura km0, 2014
Contar con mayor especifici dad en el estudio del compor tamiento energético de la edifi cación facilita la adecuación de las intervenciones que se lleven a cabo sobre ella. A tal efecto y en función de los contextos alu didos previamente, se delimita una zona dentro de la ciudad que reproduce las características más extendidas del parque resi dencial madrileño, se exponen las propiedades constructivas de los cerramientos verticales de sus edificios característicos y se analizan sus comportamientos energéticos referentes a la trans mitancia e inercia térmicas. En consecuencia, se muestran las debilidades que presentan es tos elementos de la envolvente, estableciéndose la base sobre la que se aplican las posteriores es trategias de intervención.
70
[37] Carabanchel se sitúa en la posición 17 de 21 en la gráfica de distritos de Ma drid con mayor renta media según Galera (2019)
6.1_ BARRIO DE VISTA ALEGRE, CARABANCHEL
La investigación se focaliza en aquellos edificios que se consideran más ineficientes energéticamente debido a las elevadas cantidades de gases de efecto invernadero que emiten, procedentes de una alta demanda energética, especialmente, por calefacción. Se dirige a barrios cuyo cre cimiento está registrado entre 1940 y 1980, período en el cual las tecnolo gías constructivas eran precarias, no consideraban su comportamiento en relación con el medio y se encuentran en un estado de sostenibilidad deficiente, por lo que cuentan con un gran potencial de mejora energé tica. La zona escogida como representativa de esta construcción es la periferia sur de Madrid – que constituye una de las áreas de extensión del parque residencial en el período mencionado – y, singularmente, el dis trito de Carabanchel. La escasa calidad de las edificaciones construidas en este emplazamiento junto con el bajo poder adquisitivo de sus ciuda danos [37] le otorgan prioridad en la intervención energética. Dentro de éste, el estudio se enfoca en el barrio de Vista Alegre por tratarse de un sector con elevados valores de demanda de climatización y una intensa vulnerabilidad energética, según el análisis desarrollado por Martín-Con suegra y Hernández Aja (2014).
Figura [17]. Localización del barrio de Vista Alegre en el municipio de Madrid. Como base, el parque residencial construido entre 1940 y 1980. Elaboración propia
71
6. Metodología
<1940 1940 - 1960 1960 - 1980 1980 - 2006 >2006
Barrio de Vista Alegre, Carabanchel
<1940 1940 - 1960 1960 - 1980 1980 - 2006 >2006
<1940 1940 - 1960 1960 - 1980 1980 - 2006 >2006
<1940 1940 - 1960 1960 - 1980 1980 - 2006 >2006
<1940 1940 - 1960 1960 - 1980 1980 - 2006 >2006
Figura [17]. Crecimiento urbano en el barrio de Vista Alegre, Carabanchel. Elabo ración propia
<1940 1940 - 1960 1960 - 1980 1980 - 2006 >2006
72
6. Metodología
6.2_ ASPECTOS CONSTRUCTIVOS Y ENERGÉTICOS VIGENTES
CA
LP: Ladrillo perforado
M: Mortero
CA: Cámara de aire
LH: Ladrillo hueco sencillo
Y: Enlucido de yeso
Figura [18]. Detalle de facha da genérica vigente en el barrio. Elaboración propia
EXT
[38] Se han escogido los valores de temperatura exterior correspondientes a un día tipo de junio, por tratarse del mes con la am plitud térmica más brusca de 2019, donde la tempera tura máxima media se da a las 15:30 horas con 30,3ºC y la mínima media de 16,4ºC sucede a las 05:00 horas.
LP: M: CA: LH: Y:
EXT
BTC Y INT
[39] En otras palabras, el 55% de la energía calorífica acumulada en el muro es cedida hacia el espacio a menor temperatura. En invierno traspasa el calor interior hacia el ambiente exterior, mientras que en verano es el calor exterior el que se transfiere a los inte riores a menor temperatura.
PCM LP M A INT 73
El barrio está edificado mayoritariamente mediante tecnologías cons tructivas precarias que obstaculizan el alcance de las condiciones de confort térmico en sus interiores, lo que supone un mayor coste ener gético y el incumplimiento de las exigencias energéticas de la nor mativa vigente. Dentro del margen temporal establecido previamen te entre 1940 y 1980, en la Figura [17] aparece una predominancia de aquellos edificios levantados a partir de 1960. La particularidad más destacable de éstos con respecto a aquellos más próximos a 1940 resi de en la incorporación de una cámara de aire en sus muros que, si bien no aproxima su rendimiento al de una capa de aislamiento térmico, sí conforma un elemento determinante en el avance de la construcción que divide ambas épocas. Así, los cerramientos verticales exteriores de los edificios construidos entre 1960 y 1980 se componen de ½ pie de ladrillo perforado, una cámara de aire intermedia y un trasdosado de ladrillo hueco sencillo como capas principales. En concreto, la sección constructiva es la mostrada en la Figura [18].
LP: M: A: Y:
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico Enlucido de yeso
A M Mortero Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Enlucido de yeso
Bloque de tierra comprimida BTC:
M: A: BTC: Y:
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico
M: A: BTC: PCM: BTC PCM
Mortero Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Yeso + Material cambio de fase
OPCION 3_ BTC ACTUAL OPCION 2_ BTC OPCION 8A_ PCM OPCION 1B_ BTC y PCM 0,375 m 0,26 m 0,245 m
LP
EXT
M
Ladrillo perforado Mortero Cámara de aire Ladrillo hueco sencillo Enlucido de yeso 0,245 m LH Y
INT
M Y LP A BTC INT EXT
LP: M: A:
Yeso + Material cambio de fase PCM: A M
La Figura [19] expone las propiedades térmicas del cerramiento ver tical que resultan en una transmitancia (U) de 1,45 W/m2K, valor que supera el exigido por el DB-HE/1 del Código Técnico de la Edificación, limitado a 0,41 W/m2K en los muros de la zona climática de invierno D correspondiente a Madrid. El comportamiento térmico inercial del elemento queda definido a través del amortiguamiento (A) y el des fase térmico (d). En la Figura [20], que aparece en la siguiente página, se observa que la amplitud de onda térmica se reduce en 6,26ºC en el espacio interior, con respecto a los 13,9ºC de amplitud del exterior, y que los valores extremos de temperatura en la superficie interior se alcanzan 6 horas después que en la opuesta [38]. Esto se traduce en que el 45% del total de la energía calorífica que incide sobre el muro, no logra atravesarlo [39], y que el menor pico de temperatura se alcan za en el interior a las 11:00 horas y el mayor, a las 21:30 horas.
e (m) ρ (kg/m3) Ce (KJ/kgK) λ (W/mK) Ri (m2K/W) Ci (kJ/m2K) U (W/m2K)
Aire exterior Rse
1/2 pie de ladrillo perforado (40-60 G)
Mortero cemento o cal 1000 < d < 1250 Cámara de aire 0,05
0,02
0,115 0,02
1125
1,22
0,04
1140 900
1,00
1012
1000
1,00 1,00
0,55
0,278
1,00
0,67 0,4
0,17
0,036
0,18
0,45
0,04 0,13
Tabique LH sencillo Enlucido yeso d < 1000 Aire interior Rsi 0,245 - - - 0,69 TOTAL
0,09 18
0,05
40 58 1,45
Figura [19]. Propiedades térmicas y resultados de capacidad calorífica real (Ci) y transmitancia térmica (U) en sistema de fachada actual. Elaboración propia
d = 6 h.
30
e = espesor de capa ρ = densidad Ce = Calor específico λ = Conductividad térmica Ri = Resistencia térmica Ci = Capacidad calorífica real U = Transmitancia térmica
d = 6 h.
30
20
10
40 Tª (ºC)
Zona de confort A = 0,45
20
Zona de confort A = 0,45
0 0 3 6 9 12 15 18 21 24
Tª int. actual Tª ext.
40 Tª (ºC)
10
Tiempo (h)
Tª int. actual Tª ext.
Figura [20]. Comportamien to inercial en sistema de fachada actual mediante su amortiguamiento (A) y desfase térmico (d). Elaboración propia 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
74
ACTUAL
Aspectos constructivos y energéticos vigentes
6.3_ PROPUESTAS DE REHABILITACIÓN
Los muros de la envolvente actualmente construidos consiguen alma cenar parte de la energía calorífica, pero su comportamiento no es óp timo para hacer frente a las condiciones climáticas de Madrid. El con sumo de energía para climatizar los espacios interiores se reducirá si se estabilizan las temperaturas en el interior del edificio. Para ello, se proponen diversas estrategias de intervención sobre los cerramientos opacos verticales empleando bloques de tierra comprimida, materiales de cambio de fase o combinando ambos elementos.
6.3.1_ Incorporación de bloques de tierra comprimida - BTC
LP
[40] El aislamiento consis te en paneles de fibra de madera que se fabrican aprovechando los restos de podas y del procesamiento de la madera. Es el tipo de aislante con la mayor inercia térmica y sus fibras regulan la humedad y dejan trans pirar al elemento masivo interior. En consecuencia, la composición de las fibras de madera con los bloques de tierra comprimida conforma un sistema que funciona en armonía EXT
Las dos primeras propuestas aprovechan los bloques de tierra com primida como principal elemento vinculante con la arquitectura ver nácula, tanto en un aspecto material, como por su comportamiento térmico inercial.
Para compensar las malas condiciones de aislamiento que presenta la tierra en espesores normales y debido a la intención de reducir los considerables espesores de los cerramientos vernáculos, se procura la utilización de una hoja de aislamiento [40] por el exterior de la fábrica de BTC.
M CA LH Y INT
LP: M: CA: LH: Y:
Ladrillo perforado Mortero Cámara de aire Ladrillo hueco sencillo Enlucido de yeso 0,245 m
Estrategia 01:
LP: M: A: Y:
Bloque de tierra comprimida BTC: EXT
A M
LP: Ladrillo perforado M: Mortero A: Aislante térmico BTC: Bloque tierra comprimida Y: Enlucido de yeso
BTC Y INT
Figura [21]. Detalle de facha da con BTC - Estrategia 01. Elaboración propia
M Y LP A BTC INT EXT
LP
M: A: BTC: Y:
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico Enlucido de yeso
Mortero Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Enlucido de yeso
Por un lado, se plantea la posibilidad de añadir una capa de BTC sin alterar por completo la fachada existente. El sistema constructivo que da compuesto por la fábrica de ladrillo perforado hacia el exterior y los BTC hacia el interior, introduciendo una capa de aislamiento térmico intermedia, Figura [21]. Las figuras [22] y [23] evidencian la mejora de las propiedades térmicas del muro, ya que se reduce la transmitancia térmica a 0,36 W/m2K y aumentan el desfase y el amortiguamiento térmicos. Por tanto, se reducen las pérdidas energéticas y se esta bilizan las temperaturas en los espacios interiores, disminuyendo la demanda de consumo de energía. El principal inconveniente de este sistema reside en el espesor total del muro. Aunque persigue el ob jetivo de disminuir los históricos espesores vernáculos, incrementa la anchura del cerramiento existente y reduce la superficie útil de los espacios interiores.
BTC
M A Yeso + Material cambio de fase PCM:
PCM OPCION 8A_ PCM
75
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico OPCION 3_ BTC
LP: M: A: ACTUAL OPCION 2_
0,375 m 0,26 m
6. Metodología
0,02 1125 1,00 0,55 0,036 0,14 1700 1,10 0,58 0,24 261,8 OPCION 3_ BTC
Propuestas de rehabilitación
e (m) ρ (kg/m3) Ce (KJ/kgK) λ (W/mK) Ri (m2K/W) Ci (kJ/m2K) U (W/m2K)
Mortero cemento o cal 1000 < d < 1250
Aire exterior Rse 0,04 0,13 Aire interior Rsi
Aislamiento de fibra de madera 0,08 160 2,10 0,038 2,10 279,8 0,36 0,375 - - - 2,77 TOTAL
0,02 900 1,00 0,4 0,05 18 Enlucido yeso d < 1000
1/2 pie de ladrillo perforado (40-60 G) 0,115 1140 1,00 0,67 0,17 0,13 2,08 221,8 1,09
Figura [22]. Propiedades térmicas y resultados de capacidad calorífica real (Ci) y transmitancia térmica (U) en sistema de fachada con BTC - Estrategia 01. Elaboración propia
d = 15,5 h.
30
e = espesor de capa ρ = densidad Ce = Calor específico λ = Conductividad térmica Ri = Resistencia térmica Ci = Capacidad calorífica real U = Transmitancia térmica
20
40 Tª (ºC)
Tiempo (h) 10 20 30 40 Tª (ºC)
d = 15,5 h.
10
Zona de confort A = 0,90
0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
Tª int. actual Tª int. estrategia 01 Tª ext.
Figura [23]. Comportamien to inercial en sistema de fa chada con BTC - Estrategia 01 - mediante su amortigua miento (A) y desfase térmico (d). Elaboración propia 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24
Tª int. actual
Tª int. estrategia 01 Tª ext.
76
BTC Bioterre
Zona de confort A = 0,90
0,375 m
BTC Y INT
LP: Ladrillo perforado M: Mortero A: Aislante térmico BTC: Bloque tierra comprimida Y: Enlucido de yeso
LP: M: A: Y:
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico Enlucido de yeso
Bloque de tierra comprimida BTC:
Estrategia 02:
OPCION 3_ BTC
Mortero
M: A: BTC: Y:
Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Enlucido de yeso
OPCION 2_ BTC
Por otro lado, la sustitución completa de la fachada, situando el ais lamiento térmico al exterior y la fábrica de BTC al interior, Figura [24], permite mantener un espesor de muro semejante al actual. Este sistema cumple con el valor de transmitancia limitado por el CTE y también se beneficia de las características de la tierra como almacén de energía. Logra aumentar el desfase térmico hasta las 11 horas y el amortiguamiento alcanzado modera en un 77% la amplitud de onda térmica con respecto a la exterior.
EXT
EXT
PCM LP M A INT
A M
0,26 m 0,245 m 0,255 m
LP: M: A:
Figura [24]. Detalle de facha da con BTC - Estrategia 02. Elaboración propia
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico
Yeso + Material cambio de fase PCM:
OPCION 8A_ PCM
M: A: BTC: PCM: BTC PCM
Mortero
Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Yeso + Material cambio de fase
OPCION 1B_ BTC y PCM
INT
77
EXT INT
EXT A M
6.
Metodología
205,7 OPCION 2_ BTC
Propuestas de rehabilitación
Mortero cemento o cal 1000 < d < 1250
Enlucido yeso d < 1000
Aire exterior Rse 0,04 0,13 Aire interior Rsi
0,02 1125 1,00 0,55 0,036 0,14 1700 1,10 0,58 0,24 18
Aislamiento de fibra de madera 0,08 160 2,10 0,038 2,10 223,7 0,38 0,26 2,60 TOTAL
e (m) ρ (kg/m3) Ce (KJ/kgK) λ (W/mK) Ri (m2K/W) Ci (kJ/m2K) U (W/m2K) 0,015 1,91 165,7 1,07
0,02 900 1,00 0,4 0,05
Figura [25]. Propiedades térmicas y resultados de capacidad calorífica real (Ci) y transmitancia térmica (U) en sistema de fachada con BTC - Estrategia 02. Elaboración propia
30
20
30
10
40 Tª (ºC)
e = espesor de capa ρ = densidad Ce = Calor específico λ = Conductividad térmica Ri = Resistencia térmica Ci = Capacidad calorífica real U = Transmitancia térmica
20
d = 11 h. A = 0,77
d = 11 h. A = 0,77
Zona de confort
Zona de confort
40 Tª (ºC)
0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
Tª int. estrategia 02 Tª ext.
Tª int. actual
10
Tª int. actual
Figura [26]. Comportamien to inercial en sistema de fachada con BTC - Estrategia 02 - mediante su amortigua miento (A) y desfase térmico (d). Elaboración propia 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
Tª int. estrategia 02 Tª ext.
78
BTC Bioterre
BTC
M: A: BTC: Y:
INT
EXT
PCM LP M A INT
EXT
Mortero Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Enlucido de yeso
6.3.2_ Incorporación de materiales de cambio de fase - PCM
OPCION 2_ BTC
La tercera propuesta emplea los materiales de cambio de fase mezcla dos con el material más utilizado en la arquitectura vernácula como acabado, el yeso.
Estrategia 03:
LP: M: A:
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico
Esta aplicación permite mantener inalterada la superficie exterior de la fachada, obteniéndose un sistema formado por una hoja exterior de fábrica de ladrillo, una intermedia de aislamiento y otra interior que conforma la masa térmica a través de la combinación del yeso con el PCM, Figura [27]. Esta estructura logra mejorar todas las propiedades térmicas del cerramiento y mantiene su espesor idéntico al existen te. Consigue retrasar 11 horas los picos de temperatura en el interior y equilibra la amplitud térmica un 71%.
A M
OPCION 8A_ PCM
LP: Ladrillo perforado M: Mortero A: Aislante térmico
PCM: Material cambio de fase
Figura [27]. Detalle de facha da con BTC - Estrategia 03. Elaboración propia
0,26 m 0,245 m 0,255 m
M: A: BTC: PCM: BTC PCM INT
Mortero Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Yeso + Material cambio de fase
Yeso + Material cambio de fase PCM: EXT
OPCION 1B_ BTC y PCM
79
EXT INT
A M
Y
m
0,375
6. Metodología
Propuestas de rehabilitación
1/2 pie de ladrillo perforado (40-60 G) 0,115 1140 1,00 0,67 0,17
Mortero cemento o cal 1000 < d < 1250 0,02 1125 1,00 0,55 0,036
Aislamiento de fibra de madera 0,08 160 2,10 0,038 2,10
Aire exterior Rse 0,04 0,13
Placa de yeso con PCM 0,03 1470 1,612 0,14 0,22 71,1 71,1 0,37 0,245 - - - 2,70 TOTAL
Aire interior Rsi
e (m) ρ (kg/m3) Ce (KJ/kgK) λ (W/mK) Ri (m2K/W) Ci (kJ/m2K) U (W/m2K) 2,01 13,1 1,08
Figura [28]. Propiedades térmicas y resultados de capacidad calorífica real (Ci) y transmitancia térmica (U) en sistema de fachada con PCM - Estrategia 03. Elaboración propia
30
20
30
10
40 Tª (ºC)
e = espesor de capa ρ = densidad Ce = Calor específico λ = Conductividad térmica Ri = Resistencia térmica Ci = Capacidad calorífica real U = Transmitancia térmica
20
d = 11 h. A = 0,71
d = 11 h. A = 0,71
Zona de confort
Zona de confort
40 Tª (ºC)
0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
Tª int. estrategia 03 Tª ext.
Tª int. actual
10
Tª int. actual
Figura [29]. Comportamiento inercial en sistema de fa chada con PCM - Estrategia 03 - mediante su amortigua miento (A) y desfase térmico (d). Elaboración propia 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
Tª int. estrategia 03 Tª ext.
80
OPCION 8A_ PCM
0,245 m 0,255 m
BTC PCM INT
M: Mortero A: Aislante térmico
BTC: Bloque tierra comprimida PCM: Material cambio de fase
Figura [30]. Detalle de facha da con BTC y PCM - Estrate gia 04. Elaboración propia
A:
Ladrillo perforado
Mortero
Aislante térmico
Yeso + Material cambio de fase PCM:
6.3.3_ Combinación de BTC y PCM
En último lugar, las mejoras introducidas por la aplicación de las es trategias previas y la compatibilidad de las capas conformadas por los materiales testados, inducen a comprobar el comportamiento deriva do de su combinación.
Mortero
M: A: BTC: PCM:
Aislante térmico
Estrategia 04:
Bloque de tierra comprimida
Yeso + Material cambio de fase
Esta última se trata de una estrategia similar a la segunda que incor pora en esa misma disposición los PCM a la capa interior de yeso, Fi gura [30]. En cuanto a los resultados, no existe una diferencia acusada entre ambas, que cuentan con la misma estimación de transmitancia térmica, 0,38 W/m2K, aunque sí es algo superior el desfase y el amor tiguamiento térmico al incorporar los PCM.
81
EXT INT
LP: M:
EXT PCM LP M A INT
A
EXT
M
OPCION
0,26 m
8A_ PCM OPCION 1B_ BTC y PCM
6. Metodología
Propuestas de rehabilitación
e (m) ρ (kg/m3) Ce (KJ/kgK) λ (W/mK) Ri (m2K/W) Ci (kJ/m2K) U (W/m2K)
Mortero cemento o cal 1000 < d < 1250
210,4 OPCION 1B_ BTC y PCM
Aislamiento de fibra de madera
BTC Bioterre
Placa de yeso con PCM
Aire exterior Rse Aire interior Rsi
0,02 1470
1125 1,612
1,00 0,14
0,55 0,10
0,04 0,13
0,036 0,14 1700 1,10 0,58 0,24 35,5
0,08 160 2,10 0,038 2,10 245,9 0,38 0,255 - - - 2,65
TOTAL 0,01 1,96 187,9 1,07
Figura [31]. Propiedades térmicas y resultados de capacidad calorífica real (Ci) y transmitancia térmica (U) en sistema de fachada con PCM - Estrategia 03. Elaboración propia
30
20
30
10
40 Tª (ºC)
e = espesor de capa ρ = densidad Ce = Calor específico λ = Conductividad térmica Ri = Resistencia térmica Ci = Capacidad calorífica real U = Transmitancia térmica
20
d = 11,7 h. A = 0,82
d = 11,7 h. A = 0,82
Zona de confort
Zona de confort
40 Tª (ºC)
0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
Tª int. estrategia 04 Tª ext.
Tª int. actual
10
Tª int. actual
Tª int. estrategia 04 Tª ext.
Figura [32]. Comportamiento inercial en sistema de fa chada con PCM - Estrategia 03 - mediante su amortigua miento (A) y desfase térmico (d). Elaboración propia 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
82
0,015
6.4_ MATRIZ RESUMEN DE ESTRATEGIAS
La puesta en común de los resultados da lugar a la figura [33] que sin tetiza las mejoras aportadas por cada una de las estrategias, así como su valoración con respecto al sistema de cerramientos verticales em pleados de forma genérica en gran parte del parque residencial de la ciudad de Madrid.
0,245 1,45 6 45 amortiguamiento térmico (%)
BTC Sistema existente espesor (m) 0,36 transmitancia térmica (W/m2K) 15,5 desfase térmico (horas) 90
Estrategia 01
0,375
Sección constructiva
83
6. Metodología
Estrategia 02 Estrategia 03 Estrategia 04 Matriz resumen de
BTC PCM BTC + PCM 0,38 0,37 0,38 11 11 11,7 77 71 82
estrategias
Figura [33]. Síntesis de las propiedades térmicas y compositivas del sistema de fachada vigente y las diferen tes estrategias propuestas. Elaboración propia
84
0,26 0,245 0,255
6.5_ RESULTADOS PRINCIPALES
La comparativa entre los cálculos del sistema de fachada vigente y de las distintas estrategias de intervención manifiesta la mejora in mediata en el comportamiento del cerramiento del edificio al aplicar cualquiera de estas últimas. Todas ellas cumplen con el valor límite de transmitancia, establecido en 0,41 W/m2K, y logran estabilizar las con diciones climáticas de los espacios interiores, manteniendo una varia ción térmica situada dentro de la zona de confort para el mes estudia do, Figura [34].
Zona de confort
30
20
10
40 Tª (ºC)
Tª int. estrategia 03
Tª int. estrategia 02
Tª int. estrategia 01
Tª int. actual Tª ext.
Tª int. estrategia 04 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Tiempo (h)
Figura [34]. Comparativa del comportamiento inercial de todas las secciones construc tivas mediante su amor tiguamiento (A) y desfase térmico (d). Elaboración propia
Tª int. estrategia 04
Tª int. estrategia 03
Tª int. estrategia 02
Tª int. estrategia 01
Tª int. actual Tª ext.
85
18 21 24
6. Metodología
Transmitancia térmica:
La incorporación de aislamiento térmico es determinante en la limita ción del flujo de calor o transmitancia térmica entre el espacio interior y el exterior. También, es considerable la actuación de los materiales de las demás capas del muro con respecto a dicho parámetro. Los blo ques de tierra comprimida presentan un valor levemente menor de conductividad que la fábrica de ladrillo, además de un mayor espesor. El conjunto de estas propiedades resulta en una resistencia térmica más elevada. El yeso mezclado con materiales de cambio de fase po see un espesor muy reducido, pero su relación con la escasa conduc tividad que ofrece deriva en un valor más alto de resistencia térmica. La baja transmitancia térmica de estas capas, que es inversamente proporcional a su alta resistencia, participa en la consecución de unas pérdidas de energía globales inferiores a las del sistema de cerramien to vertical actual del edificio.
Inercia térmica:
En cuanto a la inercia térmica, considerada a partir de los parámetros que miden el desfase y el amortiguamiento térmico, aumentará cuanto mayor sean el espesor, la densidad y el calor específico y al reducirse la conductividad de los materiales del muro. Estas condiciones elevan la capacidad calorífica de los materiales. A pesar de que la estructura existente procura una leve reducción de la brusca variación de tempe raturas en el interior y cierto desfase de los picos térmicos con respecto al exterior, los valores resultantes son insuficientes para estabilizar las condiciones térmicas y alcanzar el confort en el interior. Las propues tas de intervención presentan capacidades caloríficas superiores a la actual, aproximan el desfase térmico a las 12 horas y mitigan en gran des porcentajes la amplitud térmica en los espacios interiores. Ante esta circunstancia, se estabilizan las condiciones interiores y los picos de temperatura suceden cuando en el exterior se producen los opues tos, es decir, la temperatura mínima interior ocurre simultáneamente a la máxima exterior, y viceversa. En consecuencia, las demandas de energía de climatización se reducen y, con ellas, la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
86
Resultados principales
Contexto climático de invierno
Las gráficas que estudian los parámetros constituyentes de la inercia térmica se han analizado para temperaturas cálidas en el exterior, en concreto, para un día tipo del mes de junio. Sin embargo, en la tempo rada fría los conceptos ocurren de manera similar y es posible definirlos revirtiendo los supuestos. El amortiguamiento térmico del muro pro vocará que parte del calor acumulado procedente de la calefacción de los espacios interiores encuentre la salida de nuevo hacia el interior, en vez de disiparse hacia la atmósfera externa más fría. El desfase térmico ocasionará que la energía acumulada durante el día procedente de la calefacción y las cargas internas se disipe de nuevo hacia el interior du rante las horas nocturnas, cuando las temperaturas se hayan reducido.
Elección de estrategias
La elección entre las distintas estructuras propuestas dependerá de di versos factores. Si no existe posibilidad de alterar la totalidad de la fa chada existente, se puede recurrir a la primera y la tercera estrategia, que incorporan el aislante térmico entre la fábrica de ladrillo existente y el BTC o el yeso con PCM, respectivamente. Si se procura mantener un espesor del muro similar al existente, de 0'245 m, para no reducir la superficie útil del interior del edificio, la primera estrategia queda des cartada y destaca la tercera que mantiene las mismas medidas que el cerramiento actual. En caso de priorizar cuestiones económicas, el cos te de los BTC es considerablemente menor que el de los PCM, por tanto, serían más asequibles las dos primeras, del mismo modo que ocurre con la disponibilidad del material en la localidad, pues el yeso y la tierra son recursos propios del territorio, pero no ocurre lo mismo con los PCM. En función de las demandas de la intervención, varía la adecuación de las propuestas. No obstante, la segunda estrategia destaca por su adaptación a los principios de esta investigación, los cuales persiguen la obtención de un sistema de fachada cuya base se encuentre en la arquitectura vernácula y que se constituya a partir de los materiales y técnicas del lugar y el momento, procurando la resolución del inconve niente principal de los cerramientos vernáculos, su elevado espesor.
87
6. Metodología
Gran parte de la arquitectura con solidada y habitada en la actuali dad refleja el contexto sociocultu ral y medioambiental del período en el que fue construida, perte neciente a una sociedad impru dente en el empleo de los recur sos naturales y descuidada en los efectos de la actividad humana sobre el medio ambiente. Estas prácticas, combinadas con el ex cepcional crecimiento de las po blaciones urbanas en las últimas décadas del siglo XX, han resul tado en la masiva destrucción de ecosistemas y la acentuación del cambio climático. Sin embargo, la progresiva conciencia medioam biental desarrollada durante el presente siglo expone la necesi dad de su evolución hacia una ar quitectura bioclimática y, simul táneamente, su involución hacia la vinculación con el lugar pro pia de la arquitectura vernácula tradicional. Esto muestra que la población ha progresado dentro de una ciudad que se consolidó para una sociedad anterior que ha quedado obsoleta.
Los esfuerzos a favor de reducir los efectos del habitar sobre el medio ambiente deben priorizar la integración de la arquitectura en su entorno para lograr una re lación solidaria entre ambos que proporcione reducciones contun
89
Imagen [23]. Casa da Vinha, Portugal. Estudio blaanc, 2015
dentes del consumo energético y la emisión de gases contami nantes de los edificios. La arqui tectura vernácula histórica ejerce como referente para la adopción de medidas que funcionen de acuerdo con las condiciones de su entorno más inmediato. A raíz de su estudio en la Comunidad de Madrid, se establece la envol vente como principal elemento de regulación entre el espacio habitable y el medio, lo que la convierte en el objetivo principal de las rehabilitaciones energéti cas destinadas a la mejora de la eficiencia de los edificios en un clima con bruscas variaciones tér micas diarias y estacionales. El cálculo de las propiedades tér micas referentes a aislamiento e inercia térmica permite conocer y confrontar el comportamiento del sistema de fachada vigen te en gran cantidad de edificios excesivamente contaminantes de Madrid y de las distintas es trategias propuestas asociadas a los cerramientos vernáculos. Su resolución verifica la reducción de las pérdidas y la demanda de energía y, en consecuencia, el in cremento de la eficiencia ener gética de los cerramientos en edificios residenciales cuando éstos cumplen con los principios del conocimiento vernáculo.
El rendimiento de la aplicación de las estrategias de intervención se acentúa por la posibilidad de aso ciarlas con los retos establecidos por la Unión Europea en el marco sobre clima y energía para 2030 con el fin de cumplir sus com promisos con arreglo al Acuerdo de París. Entre sus objetivos, se pretenden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la eficiencia energéti ca de los edificios. Asimismo, en España el programa más recien te es el Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia pu blicado en 2021, que contempla la rehabilitación de la edificación y la regeneración urbana entre sus primeras inversiones para hacer más eficientes energéticamente las viviendas. Dentro de este mar co europeo y nacional, la presente investigación ofrece opciones de intervención en los cerramientos verticales de edificios ineficien tes a través de su transición hacia una arquitectura vernácula ac tualizada, adecuada a su entorno y a la sociedad del presente en la que se consolida. En ella, el princi pal objetivo consiste en alcanzar los retos de sostenibilidad vincu lados con la edificación a través de una correcta gestión ambien tal que mejore el bienestar de los ciudadanos y la salud de los espa cios que habitan.
90
Imagen [24]. Pabellón de Marruecos para la EXPO Dubai 2021 , OUALALOU + CHOI, 2021
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97
8. Referencias
IMÁGENES
Imagen [1] «Arquitectura vernácula española. Casa de piedra, Valdemaqueda». Elaboración propia
Imagen [2] «Arquitectura vernácula española. Palloza de Balboa, León». Elaboración propia
Imagen [3] «Arquitectura vernácula española. Alhambra de Granada». Elaboración propia
Imagen [4] «Arquitectura vernácula española. Hórreo de Agirre, Guipúzcoa». Gobierno Vasco, s. f., https://www.euskadi.eus/app/ ondarea/patrimonio-construido/horreo-de-agirre/horreo/bergara/agirre-auzoa-/fichaconsulta/32850.
Imagen [5] «Arquitectura vernácula española. Molinos de Consuegra, Toledo». C. Doncel, Unsplash, 2020, https://unsplash.com/photos/ rWc0RoYIMXE.
Imagen [6] «Estructura interior horizontal de madera, Valdemaqueda, 1940». Imagen propia
Imagen [7] «Casa de piedra, Paredes de Buitrago, 1920». Imagen propia Imagen [8] «Casa de piedra, Valdemaqueda, 1900». Imagen propia
Imagen [9] «Planta baja de vivienda y superior de almacén, Valdemaqueda, 1900». Imagen propia
Imagen [10] «Muro de carga de piedra y planta superior con entramado de madera y adobe, Puebla de la Sierra, 1900». Imagen propia
Imagen [11] «Horno y chimenea, La Acebeda, 1900». Imagen propia
Imagen [12] «Emparrado en la fachada sur de casa de piedra, Valdemaqueda, 1940». Imagen propia
Imagen [13] «Brencas de media luna, Casarrubuelos, 1935». Imagen propia
Imagen [14] «Patio interior en Chinchón, 1900». García, Elisabet. La gran escapada (blog), 18 de mayo de 2020. https://www.lagranescapada. com/que-ver-en-chinchon/.
Imagen [15] «Casa de labor, Chinchón, 1900». Imagen propia
Imagen [16] «Arquitectura vernácula española. Casa de piedra, Valdemaqueda». Imagen propia
98
Imagen [17] «Piscina municipal de Toro, Zamora. Vier Arquitectos, 2010». Fernández Santos-Díez, Héctor. Plataforma Arquitectura, 4 de abril de 2011. https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/02-82785/ piscina-interior-en-toro-vier-arquitectos.
Imagen [18] «Bloque de tierra comprimida». TierraTEC. Arquitectura de tierra, s. f. http://www.tierratec.com/productos/.
Imagen [19] Imagen [19]. «Escuela Infantil de Santa Eulàlia de Ronçana, Barcelona. Volta Arquitectura, 2010». Villarroya, Josep. Periódico digital. El9nou.cat, 8 de noviembre de 2018. https://el9nou.cat/valles-oriental/ actualitat/santa-eulalia-aprova-el-projecte-de-reparacio-de-la-fontdel-rieral/.
Imagen [20]. «Placa de yeso con PCM. National Gypsum, 2009». Selectechinc. SelecTech Inc., 27 de julio de 2011. https://selectechinc. wordpress.com/2011/07/27/highlight-on-national-gypsumsthermalcore/.
Imagen [21] «Panorámica de Madrid, 2021». Helio, Unsplash, 2021. https://unsplash.com/photos/9tzPJRULWTM
Imagen [22] «Casa vernácula del siglo XXI, Aragón. Edra arquitectura km0, 2014». Arquer, Xavier d’. Plataforma Arquitectura, s. f. https:// www.plataformaarquitectura.cl/cl/792766/casa-vernacula-del-sigloxxi-edra-arquitectura-km0/57a40b07e58ece54a500003a-casavernacula-del-siglo-xxi-edra-arquitectura-km0-foto.
Imagen [23] «Casa da Vinha, Portugal. Estudio blaanc, 2015». Morgado, João, 2 de abril de 2020. https://www.instagram.com/p/B-fEP5LnAu2/ ?epik=dj0yJnU9NDlSS3lYeUo4cGlqVDBhZzBIUW15MG5aZ2tGREl2bD MmcD0wJm49cE1PRGMxS01xTmk4YVFDSng3Z0xSZyZ0PUFBQUFB R0N1Y0ln.
Imagen [24] «Pabellón de Marruecos Para La EXPO Dubai 2021 , OUALALOU + CHOI, 2021». O+C | OUALALOU + CHOI, 2021. https://www. oplusc.com/dubai.
99
8. Referencias
100
Transmitancia térmica, U [W/M2K]: U = 1 RT Resistencia térmica global, RT [m2K/W]
Este apartado recoge los cálcu los ejecutados para la obtención de las propiedades térmicas de los sistemas de fachadas estu diados. Se emplean los valores propios de los materiales que componen cada capa y las ecua ciones ofrecidas por el CTE para obtener la transmitancia y resis tencia térmicas y por Ordóñez García (2018) para la capacidad calorífica.
RT = RSi + R1 + R2 + ... + Rn + RSe
Para el cálculo de la inercia tér mica se ha empleado la hoja de cálculo Dynamic Thermal Pro perties Calculator desarrollada por la firma de arquitectos, inge nieros y diseñadores Arup, como se menciona en el Capítulo 5. Marco Metodológico.
Resistencia térmica de cada capa, Ri [m2K/W]:
Transmitancia térmica, U [W/M2K]: U = 1 RT Resistencia térmica global, RT [m2K/W]
R1, R2, R3, RN = e
Resistencia térmica global, RT [m2K/W]:
Donde: RSi = Resistencia Térmica Superficial Interior (0’13 RSe = Resistencia Térmica Superficial Exterior (0’04 R1, R2, R3, Rn= Resistencia Térmica de cada capa, según: R1, R2, R3, RN [m2K/W]: Capacidad calorífica real, Ci [kJ/m3K]: Ci = · e’ · Ce
RT = RSi + R1 + R2 + ... + Rn + RSe
Donde:
Trasmitancia térmica, U [ W/M2K]:
Transmitancia térmica, U [W/M2K]: U = 1 RT
RSi = Resistencia Térmica Superficial Interior (0’13
RSe = Resistencia Térmica Superficial Exterior (0’04
Resistencia térmica global, RT [m2K/W]
Capacidad calorífica real, Ci [kJ/m3K]:
RT = RSi + R1 + R2 + ... + Rn + RSe
Transmitancia térmica, U [W/M2K]: U = 1 RT
Donde:
Resistencia térmica global, RT [m2K/W]
RSi = Resistencia Térmica Superficial Interior (0’13
R1, R2, R3, Rn= Resistencia Térmica de cada capa, según: R1, R2, R3, RN [m2K/W]: R1, R2, R3, RN = e
RT = RSi + R1 + R2 + ... + Rn + RSe
RSe = Resistencia Térmica Superficial Exterior (0’04
101
SISTEMA CONSTRUCTIVO VIGENTE
LP
EXT
M CA LH Y INT
LP: Ladrillo perforado M: Mortero CA: Cámara de aire LH: Ladrillo hueco sencillo Y: Enlucido de yeso
LP: M: CA: LH: Y:
Ladrillo perforado Mortero Cámara de aire Ladrillo hueco sencillo Enlucido de yeso 0,245 m
ACTUAL
Aire exterior
1/2 pie de LP
A M
EXT
TOTAL
0,02
M Y LP A BTC INT
0,375 m 0,26 m
0,05
Ci = · e’ · Ce* 1 RT
0,115 0,245
0,04
0,02
1125
1,22
LP: M: A: Y:
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico Enlucido de yeso
1140 900
1,00
Bloque de tierra comprimida BTC: EXT
1012
1000
BTC Y INT
1,00 1,00
0,55
0,278
1,00
0,67 0,4
ACTUAL 0,04 = 0,17 0,13
DATOS CÁLCULOS Mortero cemento / cal Cámara de aire Tabique LH sencillo Enlucido yeso Aire interior
OPCION 3_ BTC
M: A: BTC: Y:
Ri = [m2K/W] [kJ/m2K] U = [W/m2K] e 0,115 0,67 = 0,036 0,02 0,55 = 0,18 0,05 0,278 = 0,09 0,04 0,45 = 0,05 0,02 0,4
0,45 e [m] ρ [kg/m3] Ce [KJ/kgK]
Mortero Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Enlucido de yeso
1000 · 0,04 · 1 = 40 900 · 0,02 · 1 = 18
OPCION 2_ BTC
e [m] ρ [kg/m3] Ce [KJ/kgK] λ [W/mK] 40 + 18 = 58 = 1,45 1 0,69 RT = Ri = 0,69
*La capacidad calorífica real (Ci) se calcula teniendo en cuenta la mitad del espesor de la fachada o las capas interiores a partir del aislamiento, escogiendo el valor más restrictivo de ambos (e').
LP: M: A:
λ
102
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico PCM LP M A
[W/mK]
LP: Ladrillo perforado M: Mortero A: Aislante térmico BTC: Bloque tierra comprimida Y: Enlucido de yeso
EXT 0,245 m
CA: LH: Y:
INT LP: M: A: Y:
BTC: EXT
Aire exterior
1/2 pie de LP
0,115 0,02
0,14
1125
160
1700
1140 900
1,00
2,10
1,10
1,00 1,00
0,55
0,038
0,67 0,4 LP: M:
01 BTC 0,04 = 0,17 0,13
DATOS CÁLCULOS Mortero cemento / cal Aislamiento BTC Enlucido yeso
0,58
e [m] ρ [kg/m3] Ce [KJ/kgK] λ [W/mK] 0,375
TOTAL RT = Ri = 2,77
1 RT 1 2,77
Ri = [m2K/W] [kJ/m2K] U = [W/m2K] e 0,115 0,67 = 0,036 0,02 0,55 = 2,10 0,08 0,038 = 0,24 0,14 0,58 = 0,05 0,02 0,4
Ci = · e’ · Ce* 261,8 + 18 = 279,8 = 0,36
*La capacidad calorífica real (Ci) se calcula teniendo en cuenta la mitad del espesor de la fachada o las capas interiores a partir del aislamiento, escogiendo el valor más restrictivo de ambos (e').
0,375 m 0,26 m 0,245 m
1700 · 0,14 · 1.1 = 261,8 900 · 0,02 · 1 = 18
BTC Y INT LP: M: A: EXT
PCM LP M A INT
PCM:
M: A: BTC:
A M M: A: BTC: Y: PCM: BTC PCM
103
ESTRATEGIA 01 - BTC
Aire interior
0,08
0,02
M Y LP A BTC INT EXT A M
A: Y:
EXT INT
ESTRATEGIA 02 - BTC
A M
EXT
BTC Y INT
Aislante térmico Enlucido de yeso
Bloque de tierra comprimida BTC:
OPCION 3_ BTC
M: A: BTC: Y:
Mortero Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Enlucido de yeso
LP: Ladrillo perforado M: Mortero A: Aislante térmico BTC: Bloque tierra comprimida Y: Enlucido de yeso
EXT
OPCION 2_ BTC
Aire exterior
PCM LP M A INT
LP: M: A:
Ladrillo perforado Mortero Aislante térmico
Yeso + Material cambio de fase PCM:
OPCION 8A_ PCM
EXT
A M
0,375 m 0,26 m 0,245 m 0,255 m
e [m] ρ [kg/m3] Ce [KJ/kgK] λ [W/mK]
0,02 0,26
0,08 0,14
0,02
1125 900
160 1700
1,00 1,00
2,10 1,10
ACTUAL 0,04 0,13
M: A: BTC: PCM: BTC PCM INT
0,55 0,4
Mortero Aislante térmico Bloque de tierra comprimida Yeso + Material cambio de fase
0,038 0,58
DATOS CÁLCULOS Mortero cemento / cal Aislamiento BTC Enlucido yeso Aire interior
Ri = [m2K/W] [kJ/m2K] U = [W/m2K] e = 0,036 0,02 0,55 = 0,05 0,02 0,4
= 2,10 0,08 0,038 = 0,24 0,14 0,58
OPCION 1B_ BTC y PCM
1700 · 0,11 · 1.1 = 205,7
900 · 0,02 · 1 = 18
Ci = · e’ · Ce* 1 RT TOTAL
205,7 + 18 = 223,7 = 1,45 1 0,69 RT = Ri = 0,69
*La capacidad calorífica real (Ci) se calcula teniendo en cuenta la mitad del espesor de la fachada o las capas interiores a partir del aislamiento, escogiendo el valor más restrictivo de ambos (e').
104
LP: Ladrillo perforado M: Mortero A: Aislante térmico PCM: Material cambio de fase
EXT INT LP: M: A: EXT
PCM LP M A INT
A M
Aire exterior
= 0,17 0,115 0,67 1/2 pie de LP 0,115 1140 1,00 0,67
PCM: EXT
0,26 m 0,245 m 0,255 m
M: A: BTC: PCM: BTC PCM INT
0,02 0,245
0,03
PCM 0,04 0,13
DATOS CÁLCULOS Mortero cemento / cal Aislamiento Yeso + PCM Aire interior
1125 1470
1,00 1,612
= 2,10 0,08 0,038 0,08 160 2,10 0,038
e [m] ρ [kg/m3] Ce [KJ/kgK] λ [W/mK] 71,1 = 0,37 1 2,70 RT = Ri = 2,70
0,55 0,14
Ri = [m2K/W] [kJ/m2K] U = [W/m2K] e = 0,036 0,02 0,55 = 0,22 0,03 0,14
Ci = · e’ · Ce* 1 RT TOTAL
1470 · 0,03 · 1,612 = 71,1
*La capacidad calorífica real (Ci) se calcula teniendo en cuenta la mitad del espesor de la fachada o las capas interiores a partir del aislamiento, escogiendo el valor más restrictivo de ambos (e').
105
ESTRATEGIA 03 - PCM
EXT INT
ESTRATEGIA 04 - BTC Y PCM
A M
EXT
0,245 m 0,255 m
M: A: BTC: PCM: BTC PCM INT
Mortero
Aislante térmico Bloque de tierra comprimida
Yeso + Material cambio de fase
OPCION 1B_ BTC y PCM
M: Mortero A: Aislante térmico BTC: Bloque tierra comprimida PCM: Material cambio de fase
Aire exterior
DATOS CÁLCULOS Mortero cemento / cal Aislamiento Yeso + PCM
Aire interior
TOTAL
0,02 0,255
0,015
1125 1470
BTC Y PCM 0,04 0,13
Ci = · e’ · Ce* 1 RT
1,00 1,612
0,55 0,14
e [m] ρ [kg/m3] Ce [KJ/kgK] λ [W/mK] 245,9 = 0,38 1 2,65 RT = Ri = 2,65
Ri = [m2K/W] [kJ/m2K] U = [W/m2K] e = 0,036 0,02 0,55 = 0,10 0,015 0,14
= 2,10 0,08 0,038 0,08 160 2,10 0,038 1700 · 0,1125 · 1.1 = 210,4 = 0,24 0,14 0,58 BTC 0,14 1700 1,10 0,58
1470 · 0,015 · 1,612 = 35,5
*La capacidad calorífica real (Ci) se calcula teniendo en cuenta la mitad del espesor de la fachada o las capas interiores a partir del aislamiento, escogiendo el valor más restrictivo de ambos (e').
106
LAURA GONZÁLEZ CABALLERO
Recuperación del comportamiento térmico de la arquitectura vernácula mediante propuestas de rehabilitación de fachadas en el municipio de madrid junio 2021