Prototipos de vivienda







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 PROTOTIPOS DE VIVIENDA DE BAJA HUELLA ECOLÓGICA Y ALTA EFICIENCIA ENERGÉTICA PARA SU APLICACIÓN EN MODELOS EDIFICATORIOS EN AMÉRICA LATINA

 

Velasco Roldan, Luis (PhD); Hevia Antuña, Angel; David Loza; Guerra, Juan Carlos;  Súarez López, Nelson Homero

ARTÍCULO CIENTÍFICO

 

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Prototipo ESPE II

Antecedentes

Desde Octubre de 2014 se ha llevado a cabo un intenso trabajo de planificación dentro del Grupo de Investigación de Energías Renovables y Eficiencia Energética del departamento de Energía y Mecánica de la Escuela Politécnica del Ejército. Durante este periodo se ha establecido una nueva línea de investigación en eficiencia energética dentro del grupo de investigación destinada a la eficiencia energética en edificación y dentro de esta, una sublínea en torno a sistemas constructivos aislantes basados en la biomasa, sobre la cual versa el presente artículo.

La concepción de esta estructura de investigación y el avance de dichos trabajos ha sido planteado en estrecha colaboración con el programa Prometeo del Senescyt así como con las carreras de Ingeniería Mecánica, Sistemas y Civil para el máximo aprovechamiento de los conocimientos y potenciales de cada dentro de un equipo multidisciplinar.

Introducción

El abandono de técnicas constructivas tradicionales y la sustitución de estas por materiales industrializados de bajas prestaciones ha sustituido en apenas unas décadas los conocimientos constructivos acumulados y mejorados durante siglos. Ello conlleva un peligro de aculturación constructiva que sustituya modelos perfectamente adaptados a la realidad climática, constructiva, económica y social por unos modelos de vivienda basada en bloques de hormigón y chapas de acero o fibrocemento. Estos modelos ocupan en la actualidad no solo áreas urbanas de nueva colonización, si no que sustituyen paulatinamente los modelos tradicionales de vivienda por construcciones con un dependencia total del suministro de materiales procedente de áreas industriales lejanas y de un altísimo consumo energético .

La realidad latinoamericana actual demuestra que gran parte de las construcciones situadas en climas templados presentan periodos de disconfort térmico fruto de incorrectos planteamientos constructivos que pudieran ser corregidos con correctas estrategias de eficiencia energética. En climas de mayor exigencia el resultado de la implantación del nuevo modelo fuerza al abandono de las viviendas y el retorno a la vivienda tradicional de tierra y paja, ya de por si ineficiente energéticamente e insalubre.

Es por ello imprescindible el desarrollo de sistemas constructivos basados en los recursos naturales accesibles, diseñados y construidos en base a los conocimientos acumulados durante siglos y analizados desde una perspectiva científica que permita proponer un modelo económico, social y energéticamente sustentable.

Si bien se han realizado estudios teóricos, en laboratorio, acerca de las posibilidades de aglomeración de la biomasa en bloques o paneles. No se ha realizado por el momento investigaciones centradas en torno a las posibilidades aislantes que supondría la introducción de grandes cantidades de residuo vegetal en una envolvente interior aislante, protegida de la radiación solar por una cubierta y fachada ventilada. Ello permitiría, dentro del contexto ecuatoriano. caracterizado por una altísima radiación solar y unas muy variables condiciones de viento, temperatura y humedad en el territorio, un modelo constructivo sustentable de bajo coste y alta eficiencia energética que pueda convertirse en alternativa a la insostenible inercia constructiva actual.

grupo 1Piedra pómez. Aislamiento e inercia térmica del forjado inferior

El factor clave del éxito de la investigación será su aplicabilidad a gran escala, por lo que es imprescindible abordar el problema desde una perspectiva integral. Por ello, no solo son necesarios amplios y precisos estudios científicos relacionados con el aislamiento térmico, sino que será imprescindible analizar la durabilidad de los composites, su posible exposición a ataques debidos a humedades excesivas, condensaciones o ataque de hongos y/o insectos, etc. Sólo de esta forma será posible testar bajo una situación real las pros y contras del sistema constructivo planteado.

Es igualmente imprescindible abordar la implantación de su uso a escala local, artesana y no industrializada, de forma que no comprometa la propia sostenibilidad de la explotación, sea consciente de las posibles inercias constructivas que dificulten su implantación, y atienda al control del coste de dichas soluciones así como el resto de factores energéticos, sociales y económicos que avalen la sustentabilidad de la propuesta.

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Objetivos

El objetivo de los tres proyectos es realizar una investigación integral sobre los elementos constructivos, materiales, tecnologías y sistemas que incrementen la eficiencia energética de la edificación dentro del ámbito ecuatoriano mediante la construcción de tres edificios habitables (ESPE I y ESPE), prefabricados desmontables y con la mínima huella ecológica posible que permitan los recursos y el grado de industrialización ecuatoriano. Tres laboratorios con la máxima autonomía en todos los  aspectos energéticos integrados en un sistema de control y gestión de la energía que permita la demostración feaciente de la eficiencia energética de las estrategias implementadas.

 

FullSizeRender Prototipo ESPE II

 

El objetivo es reducir las necesidades energéticas entre un 50 y un 70% con respecto a una edificación convencional, la evaluación de la huella ecológica del nuevo modelo, así como la evaluación económica del la nueva envolvente térmica cuya reducción estimada de costes con respecto a una edificación aislada convencional se estima en torno a un 30%.

 

Captura de pantalla 2015-01-14 a la(s) 09.14.55Planta prototipo ESPE II

 

Concretamente las investigaciones a desarrollar en la primera fase experimental son:

– Construcción, monitorización y comprobación de la eficiencia energética de un prototipo de vivienda campesina alternativa para zonas remotas de montaña de difícil acceso para los materiales convencionales

– Desarrollo y aplicación de sistemas constructivos aislantes naturales de bajo coste destinados a comunidades de climas fríos del páramo ecuatoriano

–  Desarrollo de sistema domótico para la automatización de la captación solar

–  Investigación, desarrollo, construcción y monitorización de cubierta vegetal de bajo coste y alta eficiencia energética

–  Análisis comparado de la huella de carbono de la edificación con respecto a una edificación convencional

–  Construcción y monitorización de sistema de captación de energía solar por efecto invernadero.

–  Monitorización comparada del consumo eléctrico  comparado con una edificación convencional

 

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Cubierta vegetal

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 Plantas prototipo ESPE I

 

El diseño y construcción del los módulos de vivienda se realiza de tal forma que estas pueda convertirse en el laboratorio de pruebas de cualquier experimento en el área de las energías renovables y la eficiencia energética desarrollado en el Laboratorio de Energías Renovables de la Escuela Politécnica del Ejército. De esta forma que el edificio pueda convertirse en laboratorio de pruebas y ensayos de tecnologías medioambientales de eficiencia energética que permitan la construcción de captadores de energía, almacenamiento y disipación adecuados al ámbito ecuatoriano y al desarrollo tecnológico local.

Para permitir una segunda fase o evolución, los pequeños edificios se han diseñado de forma que puedan ser desmontados para su desplazamiento, monitorización o exposición en distintas regiones climáticas del Ecuador, modificando sus equipos y configuración para obtener la máxima eficiencia energética en cualquier clima y aportando datos útiles a futuras investigaciones en múltiples emplazamientos.

 

Captura de pantalla 2015-01-14 a la(s) 09.58.23Sección prototipo ESPE I

 

 

Sistemas de gestión energética

El objetivo del sistema dómotico de gestión energética implementado es evaluar el potencial de ahorro y captación de energía de un sistema motorizado de contraventanas aisladas que permitan automatizar la captación solar cuando esta exista levantando la protección solar aislada o cerrándose cuando no existan posibilidades de captación y las ventanas supongan una pérdida de energía.

En climas cálidos el sistema se invierte para evitar cualquier entrada de radiación en la vivienda graduando la apertura de forma que exista la suficiente iluminación natural impidiendo la entrada de rayos solares.

El sistema será capaz de ajustar las estrategias al uso del edificio y a las necesidades del usuario, de forma que un algoritmo variable controlará la presencia de personas y ajustará las estrategias de captación o aislamiento en función de la posición de estas en el interior de la cas y sus necesidades de luz, visuales al exterior, etc.

Todo el sistema se desarrollará con instrumentación de bajo coste y software open source.

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Materiales

Se pretende alcanzar la mínima huella ecológica de la edificación mediante el estudio de los recursos materiales, los mínimos requerimientos energéticos y un desmontaje total que prácticamente elimine todo residuos de derribo. Con todo ello se demostrará posible la alternativa ecológica y sostenible dentro del ámbito climático Ecuatoriano con una huella ecológica prácticamente 0 comparándolo este con las emisiones de una edificación convencional .

 

DSCF9616Estructura de fachada. ESPE II

 

El módulo constará de una envolvente totalmente aislada con los materiales aislantes fruto de las investigaciones del Laboratorio de Energías Renovables en torno a las posibilidades de utilización de la biomasa como materia prima de aislamiento. Una serie de bastidores de madera confina la biomasa. Toda esta envolvente se reviste de una lámina impermeable pero permeable al vapor de agua para asegurar una buena difusión del vapor que asegure la conservación de la biomasa y la madera.

 

grupo 2 copiaFachada ventilada ESPE II y Sección constructiva ESPE III

 

Las biomasas ensayadas se seleccionarán entre aquellas existentes en los climas de posible implantación de una construcción de madera de este tipo que abarca climas fríos y cálidos. Se pondrá especial interés en las distintas posibilidades de aumento de la vida útil de la biomasa mediante productos preservantes de bajo impacto ambiental. De esta forma será posible evaluar su degradación o cambios en su comportamiento aislante producidos a lo largo del tiempo.

 

raquisRaquis de plama. Aislamiento térmico ESPE I

 

El edificio se cubrirá parcialmente con una cubierta ecológica (vegetal) . Dicha solución bioclimática permite reducir la temperatura superficial de las cubiertas al mediodía en más de 20º C (1) y las pérdidas de calor en invierno a un 20%. Su instalación hará posible evaluar comparativamente la eficiencia energética de esta solución comparada con la de una cubierta de chapa galvanizada o fibrocemento convencional. Ambas opciones de cubierta serán comparadas con la cubierta convencional de chapa evaluándose su incidencia en las temperaturas interiores resultantes.

 

Monitorización

La monitorización continua de datos permitirá una evaluación rápida y continua del “clima interior” de la vivienda, permitiendo evaluar rápidamente distintas estrategias de calefacción, comprobar la eficiencia de las mismas , corregir situaciones de disconfort o generarlas premeditadamente comprobando a posteriori la eficacia de distintos métodos de corrección.

El objetivo principal de la monitorización es demostrar la eficiencia energética conjunta de la serie de estrategias de acondicionamiento natural y artificial planteadas

Es por ello que no solo se pretende explorar el potencial de elementos de captación de baja tecnología o de sistemas de calefacción de baja temperatura. La monitorización del comportamiento térmico del prototipo es vital para su argumentación y difusión como modelo arquitectónico “alternativo” así como de criterios de intervención en el volumen ya edificado.

El análisis se basa de la toma continua de valores de temperatura del aire (interior y exterior) y humedad relativa, complementadas por una serie de mediciones de la temperatura radiante de los paramentos y velocidad/dirección del aire. Se trata de suponer y testar cualquier posible patrón de uso del edificio. La monitorización permitirá comparar los resultados obtenidos con las distintas teorías de confort vigentes y las expectativas de confort de los usuarios.

AGRADECIMIENTOS

La concepción del proyecto de investigación así como su desarrollo fue fueron generados gracias al apoyo institucional proporcionado por el Proyecto “Becas Prometeo” y a la Secretaría de  Educación  Superior,  Ciencia,  Tecnología  e  Innovación del Gobierno de Ecuador,  así como con las carreras de Ingeniería Mecánica, Ingeniería Mecatrónica e Ingeniería Civil del la Universidad de las Fuerzas Armadas (ESPE) para el máximo aprovechamiento de los conocimientos y potenciales de cada disciplina.

El financiamiento de la construcción del prototipo ESPE II ha sido realizado por el Dr. Luis Velasco, el Dr. Miguel Angel Bernabé y  su esposa Rosa Martínez. Todos ellos se encuentran en la actualidad colaborando con la  monitorización de este.

La Empresa CRYLAMIT ha colaborado desinteresadamente en la asistencia técnica y provisión de los vidrios del prototipo ESPE II.

La Universidad de las Fuerzas armadas ha colaborado mediante la cesión temporal del emplazamiento para la construcción, financiado las acometidas de las instalaciones y colaborado en la investigación con sus docentes, investigadores y laboratorios.

 


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