Davant l’impacte ambiental del sector de la construcció- responsable d’un 40% de l’consum total d’energia primària de la Unió Europea- reduir tant l’energia embeguda dels materials en la fase de fabricació, com el consum energètic dels edificis en la seva fase d’ús- són tasques urgents. La fusta, els residus agrícoles, i els materials d’origen biològic, són recursos renovables locals que es poden aprofitar per fomentar l’economia circular i reduir l’impacte ambiental del sector de la construcció. El present article mostra un exemple d’un panell prefabricat estructural aïllant, fet amb materials d’origen biològic, per a edificis de nova construcció de consum gairebé nul.

Panell ISOBIO per edificis de nova construcció

El prototip del panell que es va monitoritzar mesura 1,95m x 1,95m, amb un gruix total de 33,2cm en 8 capes amb 9 materials diferents (Figura 1). Es compon d’un arrebossat exterior compost de calç i cànem de 25mm d’espessor, aplicat sobre un aïllament tèrmic rígid de cànem de 50mm, fixat mecànicament a l’estructura de fusta de pi roig de 145mm de gruix. Entre l’estructura hi ha aïllament de cànem, cotó, i lli, seguit per un tauler de OSB 3 de 12 mm. Sobre el OSB s’ha fixat una membrana hermètica i de control de vapor dinàmic, seguit per una càmera d’instal·lacions de 45mm de gruix amb aïllament tèrmic de cànem, cotó, i lli, entre llistons de fusta, girats a 90 º en relació a l’estructura per mitigar el pont tèrmic a través dels elements de fusta. La càmera es tanca amb un tauler de palla termo-comprimida de 40 mm de gruix, revocat a l’interior amb un compost d’argila i cànem, aplicat en 3 capes, de 15 mm de gruix.

Instal·lació i monitorizació als demostradors

La Figura 3 i la Figura 4 mostren la instal·lació dels panells en els demostradors a Wroughton i Sevilla. Es va instal·lar un sistema de monitorització amb una estació meteorològica registrant les condicions exteriors, una sonda de temperatura a la cara exterior del panell, un sensor de flux de calor i una sonda de temperatura a la cara interior, conforme la ISO 9869 [1]. Addicionalment, es van instal·lar sondes de temperatura i humitat relativa en 3 punts intersticials (Figura 2), per mesurar el comportament higrotèrmic dinàmic a l’interior del panell i comparar els resultats amb el model WUFI, d’acord l’EN 15026 [2]. Les dades es van mesurar en intervals de 5 minuts. La temperatura interior es va mantenir a una temperatura mitjana de 25,5ºC durant tot el període, amb un escalfador elèctric d’aire.

Resultats de monitorizació i validació dels models de càlcul

La Taula 1 mostra els resultats de càlcul de la U del panell ISOBIO conforme la ISO 6946 [3] en règim estacionari. Per a les conductivitats tèrmiques dels materials, es van prendre els valors mesurats en laboratori (per al material sec a 10ºC, amb un contingut d’aigua w = 0), i es van recalcular amb un model desenvolupat per la Universitat de Rennes 1, per al material a una humitat relativa del 50%, sent un contingut d’aigua més realista. Per a la comparativa amb les dades experimentals es va ignorar l’efecte tèrmic dels elements estructurals de fusta, ja que la seva incidència als mesuraments de flux de calor, temperatura i humitat relativa es van considerar despreciables.

Es presenten els resultats del període 2018.02.24 a 2018.03.14 al demostrador HIVE, Regne Unit, durant un total de 432 hores, o 18 dies, amb 5.184 punts de dades. La Taula 2 i la Figura 5 mostren els resultats de la transmitància tèrmica mesura in-situ conforme la ISO 9869, i la seva comparació amb el valor calculat en règim estacionari, conforme la ISO 6946. La Figura 6 mostra la transmitància tèrmica mesura in-situ , comparat amb el valor dinàmic calculat amb l’eina WUFI. La Figura 7, Figura 8 i Figura 9, mostren la temperatura i humitat relativa mesura i calculada amb WUFI, a l’interior del panell, a les 3 posicions indicades a la Figura 2.

Conclusions

El resultat de la transmitància tèrmica mitjana mesura in-situ (Figura 5), és un 7% més alt que el valor calculat en règim estacionari, sent una diferència mínima, dins el marge d’incertesa del mesurament. Els resultats indiquen un comportament fiable i una estreta correlació entre el calculat i mesurat. Posa en relleu la importància de prendre en compte un contingut d’humitat realista en els materials, a l’hora de realitzar un càlcul simplificat de transmitància tèrmica, en on l’únic paràmetre és la conductivitat tèrmica.

La transmitància tèrmica horària mesura in-situ i els valors calculats dinàmicament amb l’eina WUFI (Figura 6), mostren una correlació encara millor, amb una diferència del 4% entre la mitjana de la U mesura in-situ i la U calculada amb WUFI. Indica que el càlcul acoblat de transferència de calor i humitat de l’eina WUFI reflecteix amb precisió la transmitància tèrmica dinàmica per a un element constructiu d’aquest tipus, amb materials d’origen biològic.

Finalment, els resultats de la temperatura i HR mesura i modelada amb WUFI en les posicions 2, 3 i 4 (Figura 7, Figura 8 i Figura 9), mostren que les variacions dinàmiques de temperatura estan molt ben reflectides en el model. Les variacions a curt termini de la humitat relativa no es reflecteixen amb la mateixa precisió en el model, possiblement per la suposició que el contingut d’aigua en equilibri en els materials és instant, quan en realitat, hi ha una histèresi [4]. No obstant això, els resultats mostren una molt bona correlació entre el mesurat i el calculat, demostrant que els materials d’origen biològic en un panell compost d’aquest tipus, poden contribuir a la reducció dels consums d’energia d’un edifici en la seva fase d’operació, amb una mínima quantitat d’energia embeguda dels materials en la fase de la seva fabricació.

Agraïments

El projecte ISOBIO es va realitzar gràcies a la subvenció N° 636835 otorgada per la Unión Europea. http://isobioproject.com.

Basat en l’article de N. Reuge, F. Collet, S. Pretot, S. Moisette, M. Bart, O. Style, A. Shea, C. Lanos 2019, Hygrothermal transfers through a bio-based multilayered ISOBIO wall – Part I: Validation of a local kinetics model of sorption and simulations of the HIVE demonstrator. Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique, Axe Ecomatériaux pour la construction, Université de Rennes, 3 rue du Clos Courtel, BP 90422, 35704 Rennes, France.