Vivienda unifamiliar ecológica autónoma en un entorno urbano

Casa ecológica
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La Bioconstrucción apuesta por la eficiencia energética con el uso de energías renovables, por una ejecución minuciosa y por un ambiente sano para el entorno y para sus moradores.

En Vilafranca del Penedés (Barcelona) hay un claro ejemplo de ello: autonomía real en cuanto al agua y energía, construcción con materiales saludables y respetuosos con el medio ambiente.  

  • Se han cuidado todas las cuestiones medioambientales en las cuatro etapas del edificio 
  • Se recuperan aguas pluviales depurándolas por medios naturales después de su usotra.

 

Petra Jebens Por Petra Jebens–Zirkel  

Arquitecta Superior, especialista en Ecoarquitectura y consultora del Instituto de Bioconstrucción IBN de Alemania. Diplomada Superior en Ingeniería y Urbanismo. Presidenta IEB. Master Bioconstrucción Instituto Español de Baubiologie.
 

La Bioconstrucción o Biología del Hábitat estudia las relaciones globales del ser humano con su entorno edificado residencial y laboral. Se considera la edificación como un organismo vivo. El envolvente se aprecia como la tercera piel, después de la del cuerpo y la ropa. 

Estamos estrechamente interrelacionados con el entorno donde vivimos y dependemos de ello de formas muy diversas. La Bioconstrucción se define como el estudio de esa interrelación holística entre humanos y el medio donde viven. Se crean edificios que recogen los principios de la arquitectura ecológica mediante un planeamiento sutilmente apropiado y se apuesta por la eficiencia energética con el uso de energías renovables, una ejecución minuciosa, y por un ambiente sano tanto para el medio ambiente como para sus moradores.

La vivienda –con una oficina en semisótano– tiene autonomía en todo lo posible y con un impacto mínimo en el medio ambiente en cada una de sus fases, produciendo la energía eléctrica necesaria para todas las necesidades de la vivienda, incluso para calefacción y refrigeración, aunque la parcela se encuentra en una urbanización con todos los servicios establecidos. De esta manera se quiere manifestar la posibilidad y viabilidad de una vivienda urbana sostenible, en su sentido más estricto. Además, se realiza un circuito cerrado de agua que recupera las aguas pluviales para uso doméstico, las cuales, una vez depuradas, pueden reutilizarse en el regadío de la huerta y jardín.

 

Los componentes de actuación sostenible son:

  • Diseño orgánico adaptado al clima y necesidades humanas (ahorro energético y beneficia a la salud)
  • Máxima iluminación natural (ahorro de electricidad y beneficio para la salud)
  • Materiales de construcción naturales, no contaminantes como ladrillo, cal, madera, corcho natural, etc. (impacto mínimo al medio ambiente, así como buena traspiración y ambiente interior sano) 
  • Aislamiento térmico importante en suelos, paredes y cubiertas (ahorro energético).
  • Cubierta ajardinada en cisternas y garaje (almacenamiento de agua, absorción de partículas de polución, generación de oxigeno, sumidero de CO2) 
  • Invernadero adosado en fachada sur (ahorro energético por ganancia solar).
  • Necesidad de calefacción de 50% de casas semejantes (54 Kwh. por m2 calefactado por año)
  • Estufa de biomasa para calefacción (utilización de energía renovable)
  • Colectores solares para agua caliente (ahorro energético por ganancia solar).
  • Producción de electricidad propia por instalación eléctrica fotovoltaica  
  • Abastecimiento de agua exclusivamente por aguas pluviales, almacenadas en cisternas subterráneas y depuradas por medios naturales
  • Sistemas de inodoros secos sin consumo de agua y con la producción de compost (ahorro de agua de unos 91.250 litros al año)
  • Depuración propia de aguas grises en sistemas de estanque con plantas palustres

 

ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA 

El diseño es bioclimático, con el aprovechamiento de energía solar pasiva y activa. Se busca una orientación favorable hacia el sol, para captar sus rayos aportando calor para la casa en invierno, a través de acristalamientos grandes en la fachada sur, además del balcón-invernadero adosado. Este invernadero tiene importancia no sólo para el asoleado de las estancias durante el tiempo frío, sino que además funciona como calefacción en invierno, incluso durante las horas sin sol, debido a la acumulación de calor en la masa pesada de las paredes y suelo. Por las aberturas de ventanas y puertas el calor entra en invierno hacia dentro. Las previsiones anuales de ahorro de calefacción por el invernadero adosado serán notables.

El invernadero dispondrá de elementos móviles: en verano se podrán desmontar del todo las ventanas de la parte de arriba y se fijarán persianas flexibles en el techo, preferiblemente al exterior. Con las aberturas altas en la fachada norte y la creación de sombra y aberturas en el lado sur se aprovechará la ventilación natural para refrescar la casa. 

Se han buscado soluciones para un equilibrio saludable entre aislamiento térmico adecuado y la acumulación térmica correspondiente.

El diseño se efectúa por zonas, con las estancias de vida hacia el sur y los cuartos secundarios hacia el norte como tapón de clima.

La estructura de las terrazas y de las cubiertas son vigas de madera, que se apoyan encima del zuncho y de las vigas maestras.

 

BIOCONSTRUCCIÓN

Existen ya numerosos estudios sobre el grado de toxicidad de diversos productos en el mercado de la construcción: se habla desde hace tiempo del ‘síndrome del edificio enfermo’. 

Para realizar una vivienda saludable se han utilizado materiales nobles como ladrillos cerámicos, madera, corcho natural, fibra de cáñamo, cal etc. Se han cuidado todas las cuestiones medioambientales en las cuatro etapas del edificio: en el proyecto, durante la ejecución de la obra, durante la utilización del edificio y, finalmente, en futuras rehabilitaciones o derribos. Se han utilizado materiales que no son tóxicos tanto en su producción como en su instalación, ni después para los habitantes.

 

AUTONOMÍA EN AGUA Y ENERGÍAS

Sabemos de la urgente necesidad de valorar el recurso natural vital del agua y terminar con su derroche. En la casa se optó por valorar este bien, recuperando las aguas pluviales y depurándolas por medios naturales después de su uso, ahorrando en todos los sectores. Además se aprovecha la energía solar para producir electricidad y se utilizan sistemas y aparatos domésticos de poco consumo.

Colectores solares para agua caliente (ahorro energético por ganancia solar) y producción de electricidad propia por instalación eléctrica fotovoltaica.

 

SUPERFICIES

El edificio, de unos 325 m2 de superficie construida para la vivienda y 218 m2 para anexos y oficinas, está ubicado en el sur de la provincia de Barcelona. Se trata de un edificio compacto en dos plantas, más semisótano y buhardilla, que se adapta a la forma irregular de la estrecha parcela con los debidos retranqueos, según las necesidades específicas de esta familia.

Se han disminuido barreras arquitectónicas con puertas y pasillos suficientemente amplios para posibles accesos para sillas de ruedas. Además, está prevista la posibilidad de instalar en el futuro un ascensor en el medio de la escalera.

 

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN LIMPIOS

La estructura portante vertical del edificio se compone de paredes de carga de distintos tipos y algunos postes de madera. Las paredes exteriores de la planta semisótano son de contención de tierra y de hormigón armado de 30 cm. de espesor, trasdosándose interiormente con ladrillo térmico de 14 cm. los muros de la zona de vivienda calefactada para garantizar un clima más agradable.

Las paredes exteriores se han realizado con bloques de termoarcilla de 29 cm. de espesor trasdosadas interiormente con medio pie de  ladrillo macizo, tipo ‘gero’. Hay tres paredes interiores de carga, realizadas con ladrillo macizo, tipo ‘gero’.

La estructura horizontal es de forjados de hormigón en los primeros niveles; en el techo de la planta sótano, las bovedillas cerámicas serán de perfil curvo. El resto de los forjados y de las cubiertas se forman con vigas de madera, que apoyan encima de zunchos de hormigón armado que atan el edificio como un anillo en cada planta y que funcionan a su vez de dinteles para las aperturas.

 

FORJADOS Y CUBIERTAS DE MADERA

La estructura del resto de forjados es de vigas de madera de pino, cintas de corcho natural, ladrillo macizos tipo antiguo, papel kraft, capa de compresión de 3 cm., 10 cm. de arena y tarima de madera colocada sobre rastreles flotantes. En los baños sobre el papel Kraft se disponen 5 cm. de arena compactada, planchas de fibra de madera impermeabilizado ‘Gutex’, lámina de butilo como barrera antihumedad y baldosa de barro cocido colocada con mortero de cal.

La estructura de las terrazas y cubiertas son vigas de madera, que apoyan encima del zuncho y de las vigas maestras. Sobre esta estructura se colocó cintas de corcho natural, tarima y papel kraft. Encima se ha colocado tablas de 20 cm. de espesor perpendicular a los pares, y entre ellos se realizará el aislamiento térmico de una mezcla húmeda de granulado de corcho natural de 20 cm. de espesor. En la cubierta sobre esto se dispone una tela transpirante, doble enrastrelado y la teja cerámica plana color tierra. En las terrazas se colocó lamina de butilo EPDM y baldosas tipo gres con mortero de cal.

Los aleros tienen un metro de ancho al rededor del edificio y son de estructura de madera, fijado al zuncho de hormigón, tabla de madera, lámina de butilo, doble enrastrelado y teja cerámica plana. En el canto de todos los faldones se ha colocado un canalón de sección semicircular de plancha galvanizada lacada para la recogida de aguas pluviales.

El balcón se ha formado con tarima que se ha colocado encima de las vigas de madera, lámina de butilo EPDM, capa de compresión de biohormigón de 5 cm. de espesor, con mortero de cemento blanco y aligerado con perlita y malla de polietileno, y baldosa de gres recibida con mortero de cal.

Dos vistas de las habitaciones. En los dormitorios de la planta buhardilla el pavimento es tarima de madera de roble, encima de listones.

 

CARPINTERÍA DE MADERA, CRISTAL PROTECCIÓN

Las puertas  y ventanas, solaretes interiores y armarios empotrados son de madera maciza de pino melis. El acristalamiento en planta semisótano y baja es de tipo térmico (4+4)-14-4, mientras que el resto de acristalamientos será tipo térmico 4-14-4. La escalera con contrahuellas es de madera de haya. En los dormitorios de la planta buhardilla el pavimento es tarima de madera de roble, encima de listones. El tratamiento de toda la madera expuesta a la intemperie y la del cuarto del baño es de dos  manos de sal de bórax, una mano de aceite de linaza y otras dos de aceites naturales con resinas. La madera interior se acabó con cera de abeja.

 

CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN

La fuente principal de calefacción es la ganancia térmica por radiación solar pasiva de los acristalamientos hacia el sur, sobre todo el invernadero.

Para los días nublados y durante las noches más largas del invierno está instalado un sistema de calefacción con caldera de gas y de muro radiante con un porcentaje alto de calor de radiación, muy favorable para la salud. En la planta baja, en la zona delante de la escalera se prevé una parte de suelo radiante. La caldera mural estanca de acero inoxidable de baja temperatura y de condensación, con premezcla y regulación con alto rendimiento, tiene una potencia de 24.000 Kcal./h y entra en funcionamiento según termostatos para el calentamiento de agua sanitario y calefacción. 

Hay un apoyo por colectores solares y una chimenea céntrica en planta baja de biomasa.

Durante los días más calurosos del verano se refrigera la casa con agua fría que circule por los mismos muros radiantes. En la zona del norte las ventanas sirven en verano para refrescar la casa. Por la noche se abren las ventanas acristaladas, el aire caliente de dentro sale y con ello, por aperturas de ventanas y puertas hacia el exterior, el aire del interior también. 

Planta baja y planta primera.

ELECTRICIDAD, BLINDAJE  Y  TOMA DE TIERRA

Se ha instalado un sistema de placas fotovoltaicas con una potencia de 4.000 voltios en la vertiente sur de la planta segunda en una superficie de 35 m2. Por cuestiones económicas se vende la energía producida a la red pública y se gasta la energía necesaria de la red. Dado que la familia está muy concienciada, se necesitará el mínimo para el alumbrado nocturno y los aparatos electrodomésticos estrictamente necesarios y elegidos de bajo consumo.

Se conecta a la red pública con una potencia de 2,5 Kw. Todos los cables de la instalación eléctrica son libres de PVC u Halógenos y estarán dispuestos en forma de estrella, y los cables con corriente alterna serán blindados para evitar radiaciones eléctricas. Existe un desconector de red que desconecta el suministro interno una vez que se apaga el último aparato o lámpara y vuelve a conectarla en el momento de encenderlos. Toda la instalación eléctrica, al igual que las armaduras de los zunchos de hormigón y todas las pletinas y piezas metálicas, estará provista de tomas de tierra para una eficaz protección.

 

CIRCUITO CERRADO DE AGUA SIN CONEXIÓN A LA RED

Existen dos sistemas de recogida de agua: una de los tejados del edificio, para el uso directo de la familia, y otro de las corrientes superficiales de la parcela, para el uso secundario. Se ha construido dos aljibes de hormigón armado, enterrados con cubierta verde, en la zona delantera del edificio hacia la calle. Está toda la instalación necesaria para el perfecto funcionamiento del sistema: filtros generales de depuración, filtros específicos para el agua de la boca, bombas sumergibles etc. Además hay un depósito de 1.000 litros de emergencia en la planta segunda de polietileno reticulado.

Como ‘water’ se ha elegido un tipo de retrete seco, que no gasta agua y transforma la materia orgánica en compost. Utilizando este sistema, y dado que la familia actuará prudentemente con el gasto de agua, se cuenta con un consumo máximo de 80 litros por persona y día. Como la familia cuenta con 5 miembros, habrá una necesidad de agua al año de 146.000 litros, que en principio se quiere suministrar exclusivamente con la recogida de aguas pluviales. Se considera suficiente el almacenamiento del 50% de la necesidad anual, que son 73.000 litros. Para conseguir este almacenamiento, se multiplicará con el factor 1,20, teniendo en cuenta la limpieza de filtros y el sobrante del depósito. Esto supone una necesidad total de 87.600 litros.

Con una pluviometría de 526,2 litros por metro cuadrado al año (con la mayoría de las precipitaciones en septiembre y octubre), tal como informa la Generalitat de Catalunya (Institut Catalá de la Vinya i el Vi, en un resumen de 40 años entre 1.960–1.999), se necesitaría una superficie de captación de 166 m2 como mínimo. Los tejados del edificio solamente tendrán una superficie de aproximadamente 150 m2. Para conseguir la superficie mínima necesaria para recoger agua ‘limpia’, se quiere realizar un alero de 3 m de anchura en la fachada norte, a 3 m de altura encima de la rampa, que baja al semisótano.

La cisterna A1 tendrá la capacidad máxima de 46.270 litros, la cisterna A2 41.800 litros, en total el almacenamiento máximo se ascienda a 88.070 litros.

Para la recogida de aguas superficiales contamos con suficiente tamaño de la parcela. Debido a la inclinación natural, las corrientes llegan por propio peso a la zona delantera, donde se recogen en un canal de hormigón armado con un lecho de grava y mallas metálicas en las tuberías que conducen al depósito correspondiente. La cisterna B tiene la capacidad de 35.770 litros.

La depuración de aguas grises es por un estanque de plantas palustres en la zona trasera del edificio, reutilizando el agua depurada para el riego de la huerta y del jardín. 

El agua caliente se produce por cuatro colectores solares, con 10 m2 en total, colocados en la terraza de invierno. Alternativamente se calienta el agua por la caldera de gas. Se almacena el agua caliente en un depósito de acero inoxidable, instalado verticalmente, de 1.000 litros situado en la planta segunda.

Las tuberías interiores de agua fría y agua caliente son de polietileno reticulado. Los desagües de las aguas grises se canalizan a la depuración propia por tubería de polipropileno. 

 

INODORO SECO

Se utiliza un sistema, que inventó en los años 30 el sueco R. Lindstroem y que desde entonces está en funcionamiento -sobre todo en los países nórdicos y en los Estados Unidos-, con el nombre ‘Clivus Multrum’. El sistema funciona en seco; es decir, no se utiliza agua, por lo tanto no hay que depurar aguas. Se aprovecha un sistema natural donde se descomponen los excrementos en compost utilizable para el huerto, como han comprobado diversos estudios alemanes.

El retrete está compuesto por cuatro tazas con cuatro tubos anchos y rectos que van hacia un depósito, que se encontrará en la planta semisótano y que se limpiará desde el exterior. Los tubos se van estrechando hacia arriba para garantizar su utilización limpia.

El funcionamiento se basa en una buena ventilación, un aislamiento térmico suficiente del depósito y una inclinación de la base de éste. Los excrementos se descomponen en la parte alta del depósito. Se crea un ambiente ideal para las bacterias, debido a una buena ventilación continua por una abertura en la parte baja por delante del depósito, donde entra el aire y va por una chimenea hasta el tejado. Por el efecto chimenea -el aire caliente del depósito sube- y, con la ayuda de un ventilador, siempre hay corriente hacia arriba. De esta manera, no salen olores cuando se abre la tapa de la taza.

El depósito prefabricado de polipropileno se aísla bien; así se mantiene una temperatura elevada para un buen funcionamiento biológico interior. Debido a la inclinación de la base de unos 30º, el contenido baja poco a poco, de tal manera que únicamente la materia descompuesta llega a la zona delantera, que está protegida por un panel, y desde donde se recoge el compost. Se cuenta con 0,02 m3 de compost de cada persona al año.

Vista de los tubos conectados al inodoro secos

DEPURACIÓN DE AGUAS GRISES POR PLANTAS PALUSTRES

Existe un depósito de aguas grises de hormigón armado, similar a los aljibes en el semisótano desde donde se bombearán al estanque de depuración.

Este sistema de depuración por plantas palustres se realiza de distintos tipos desde el año 1973 en Alemania, tanto para pueblos enteros hasta 120.000 personas como para casas unifamiliares. Los estudios de la efectividad y la pureza de las aguas que salen de este tipo de depuración son más que satisfactorios. A principios de 1.995 el Ministerio del Medio Ambiente en Alemania terminó un estudio de funcionamiento de 20 distintos tipos y tamaños de depuraciones con plantas para aguas negras, que se visitaron durante ocho años. El resultado señaló que los efectos de depuración y las condiciones higiénicas son mucho mejores que en los tratamientos de aguas residuales tradicionales. La depuración de la materia orgánica era más de 95%, y la de las sustancias nutritivas, de hasta el 99%. La demanda bioquímica DBO5 era de  hasta 5 mg/l y la demanda química en oxígeno DQO era de 50 hasta 80 mg/l. Además, no existe el problema de los lodos.

La depuración se realiza por un conjunto de filtraciones de la grava, cambio de iones en la superficie del suelo, pero sobre todo la actividad de microorganismos dentro, especialmente las bacterias. Las plantas extraen los nutrientes disueltos en el agua con gran rapidez y su crecimiento es rápido. Además expulsan exudados ácidos por las raíces, que eliminan organismos patógenos de las aguas residuales. Como no se producirán aguas negras de wáteres, sino solamente tenemos que limpiar las aguas grises de los lavabos, fregaderos, bañeras y duchas, que será mucho más efectivo. 

Se cuenta con 5 m2 de superficie por habitante, así el estanque tiene 25 m2 de superficie. El agua depurada se utiliza el agua para el riego. 

 

ENFOSCADOS DE CAL

Se han revocado las fachadas interiores y exteriores con mortero de cal.

Los pavimentos son de baldosa de barro cocido tratados con aceite de linaza y cera de abeja. Las pinturas interiores y exteriores son naturales a base de silicato potásico.

 

CONCLUSIONES

Con las características explicadas se trata de un ejemplo de autonomía real en cuanto al agua y energía, en medio de un entorno urbano, además de la construcción con materiales saludables y respetuosos con el medio ambiente. 

 

Ficha Técnica

  • Proyecto: Casa autónoma en cuanto a energía y agua
  • Uso: Vivienda unifamiliar con despachos
  • Tipo de intervención: Obra nueva
  • Superficie construida:  vivienda 325 m2 + 218 m2 anexos
  • Año proyecto / obra: 2001 - 2005
  • Localización: Vilafranca del Penedes, Barcelona
  • Proyecto:  Petra Jebens-Zirkel
  • Aparejadores: Maria Neus Bertran Clua y Andreu Muñoz Granados
  • Arquitectas: Petra Jebens-Zirkel y Helena Pawlowsky
  • Certificación Energética: Juan Carlos Pericás, Ingeniero industrial, Zaragoza (antes del CTE)
  • Cálculo Estructural: Static Ingeniería S.A., Barcelona
  • Cliente: Antoni Mestres Bertran