Arreaza Rubin, Humberto

Universidad Politécnica de Cataluña
Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona
Departamento de Construcciones Arquitectónicas I
Máster oficial Arquitectura, Energía y Medio Ambiente
Balance físico-energético de emisiones de CO2
de una fachada de madera
Trabajo Conducente a la obtención del título de
Máster en Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Arq. Humberto Arreaza Rúbín
Tutor: Dr. Jaume Avellaneda Díaz Fuerte Arq.
Barcelona, 9 de septiembre de 2008
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Objetivo general:
Elaborar un balance de emisiones de CO2 de la madera como material de construcción de
fachadas considerando los aspectos de sumidero, procesos de transformación, transporte,
generación de residuos y mantenimiento requerido por la madera utilizada para conocer
su potencial de sostenibilidad como material de construcción.
Objetivos específicos:
Determinar el balance existente entre la capacidad de la madera como sumidero de CO2 y
las emisiones de ese gas de efecto invernadero producto de la transformación, generación
de residuos, transporte y mantenimiento de una fachada de madera.
Determinar valores parciales del balance en diversos momentos del ciclo de vida de la
fachada para conocer en mayor profundidad los aspectos generadores de
almacenamiento y emisiones de CO2 y sus magnitudes.
Observar la relación entre las prestaciones térmicas de la fachada y su masa y el ahorro
en emisiones de CO2 asociadas.
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
Barcelona 090908
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Paneles de madera contralaminada encolada:
Elaborados a medida según proyecto
Trasladados directamente de l planta a la
construcción
Diversos espesores disponibles
Resistencia estructural
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Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Ciclo resumido del carbono en un ecosistema forestal
Tomado de: (Masera et al, 2000)
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A
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Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Fuentes de CO2:
Balance de emisiones de CO2:
Residuos del
Procesamiento
de la madera
Balance Físico de Emisiones
B
Energía incorporada
a la transformación
C
Energía incorporada al
Transporte
Balance general: Físico - Energético
A
D
Mantenimiento
de la fachada
B
C
Estudio comparado de emisiones
transmitancia - masa
Conclusiones
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Etapa de Transformación
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Uso
uso
uso
estructural
%
lamas y rastreles
%
contralaminada
%
Bosque:
copas,ramas, follaje
Tocón sin incluir raices
Aserrín tala
Aserrío:
23
10
5
23
10
5
23
10
5
virutas, costeros, recortes
Aserrín y menudos
Pérdidas varias
Corteza
madera aserrada
totales
17
7.5
4
5.5
28
100
13.5
3
2
5.5
38
100
4
1.5
1.5
5.5
49.5
100
y destino del árbol
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Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
porción de madera aserrada
Uso de la madera
almacen total emisiones cuota emisiones
por 1 m3 de madera aserrada
almacen
cuota emisiones
kgCO2
kgCO2
kgCO2
kgCO2/m3
kgCO2/m3
estructural
224
364.00
202.67
800.00
723.81
lamas y rastreles
304
364.00
253.80
800.00
667.89
contralaminada
396
324.00
253.80
800.00
654.55
Emisiones de CO2/m3 de madera aserrada (residuos).
Emisiones de CO2 por residuos en el procesamiento:
• Directamente relacionadas con la cantidad de residuos
• A mayor aprovechamiento del fuste, menor cantidad de residuos
• A menor cantidad de residuos, menores emisiones de CO2
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Fuentes de CO2:
A
Balance de emisiones de CO2:
Residuos del
Procesamiento
de la madera
B
Energía incorporada
a la transformación
C
Energía incorporada al
Transporte
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Balance Físico de Emisiones
Balance general: Físico - Energético
A
D
Mantenimiento
de la fachada
B
C
Conclusiones
Estudio comparado de emisiones
transmitancia - masa
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fuente
energética
(tipo)
Fuel-Gas
Renovables
Carbón
Nuclear
Biomasa
Ciclo combi.
Otras
porcentaje
de participación
%
3,2
27,7
22,5
16,8
8,2
20,7
0,9
100,0
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
emisiones
lamas y rastreles
kgCO2/m3
emisiones
contralaminada
kgCO2/m3
26.59
66.00
Emisiones promedio de CO2/m3 por incorporación energía eléctrica
fuente
energética
(tipo)
Gasoleo
Gas
Carbón
Biomasa
porcentaje
de participación
%
6.0
80.0
6.0
8.0
100.0
emisiones
lamas y rastreles
kgCO2/m3
emisiones
contralaminada
kgCO2/m3
131,24
282.42
Emisiones promedio de CO2/m3 por incorporación energía térmica
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Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
total emisión
emisiones
por elemento
vol. /m2 pared
por superficie
kg CO2/m3
m3/m2
kg CO2/m2
lamas
157,83
0,05
rastreles
157,83
0,01
contralaminada
348.42
0,1
7,89
1,58
34.84
Totales:
679,98
0,16
45,90
Elemento
Emisiones de CO2 por energía
incorporada en el procesamiento:
• La energía empleada en labores térmicas
(secado, encolado, prensado) genera los
mayores consumos y emisiones casi 5 veces
• La madera contralaminada incorpora
mayor cantidad de energía porque duplica
los procesos térmicos.
• La madera contralaminada genera, hasta
la construcción, el 79% de las emisiones por
m2 de fachada por concepto de energía
incorporada en el procesamiento.
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Fuentes de CO2:
A
Balance de emisiones de CO2:
Residuos del
Procesamiento
de la madera
B
Energía incorporada
a la transformación
C
Energía incorporada al
Transporte
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Balance Físico de Emisiones
Balance general: Físico - Energético
A
D
Mantenimiento
de la fachada
B
C
Conclusiones
Estudio comparado de emisiones
transmitancia - masa
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Trayectos
(ida y vuelta)
distancia
terrestre
(km)
100
3800
250
Trayecto 1
Trayecto 2
Trayecto 3
Totales
ratio combustible
(diesel)
(l/km)
0.34
0.34
0.27
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
consumo
diesel
(l)
34
1292
66.5
1392.5
emisiones
diesel
kg CO2/l
2.66
2.66
2.66
emisiones
totales
kg CO2
90.44
3436.72
176.89
3704.05
volumen
madera
m3
25
40
10
emisiones
unitarias
kgCO2/m3
3.61
85.92
17.69
107.22
Cálculo de emisiones de CO2 por transporte. Caso lamas y montantes.
Trayectos
(ida y vuelta)
distancia
terrestre
(km)
100
3800
Trayecto 1
Trayecto 2
Totales
ratio combustible
(diesel)
(l/km)
0.34
0.34
consumo
diesel
(l)
34
1292
1226
emisiones
diesel
kg CO2/l
2.66
2.66
emisiones
totales
kg CO2
90.44
3436.72
3527.16
volumen
madera
m3
25
40
emisiones
unitarias
kgCO2/m3
3.61
85.92
89.53
Cálculo de emisiones de CO2 por transporte. Caso madera contralaminada.
Elemento
emisión
volumen
emisión por
unitaria
superficie
superficie
kgCO2/m3
m3/m2
kgCO2/m2
lamas de madera
107.22
0.05
5.36
rastreles de madera
107.22
0.005
0.54
contralaminado
89.53
0.1
8.95
total
14.85
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Fuentes de CO2:
A
Balance de emisiones de CO2:
Residuos del
Procesamiento
de la madera
B
Energía incorporada
a la transformación
C
Energía incorporada al
Transporte
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Balance Físico de Emisiones
Balance general: Físico - Energético
A
D
Mantenimiento
de la fachada
B
C
Conclusiones
Estudio comparado de emisiones
transmitancia - masa
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Residuos
kgCO2/m3
Energía
kgCO2/m3
Transporte
kgCO2/m3
Sumatoria
kgCO2/m3
volumen
unitario
m3/m2
lamas de madera
667.89
157.83
107.22
932.94
0.1
93.29
rastreles de madera
667.89
157.83
107.22
932.94
0.005
4.67
Elemento
emisiones/m2
kgCO2/m2
emisiones/m2
kgCO2/m2
fijación/m2
kgCO2/m2
balance
kgCO2/m2
lamas de madera
93.29
80.00
13.21
rastreles de madera
4.67
4.00
0.66
96.58
84.00
13.87
Elemento
TOTALES
Emisiones de CO2 y balance por mantenimiento
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Fuentes de CO2:
A
Balance de emisiones de CO2:
Residuos del
Procesamiento
de la madera
B
Energía incorporada
a la transformación
C
Energía incorporada al
Transporte
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Balance Físico de Emisiones
Balance general: Físico - Energético
A
D
Mantenimiento
de la fachada
B
C
Conclusiones
Estudio comparado de emisiones
transmitancia - masa
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Balance físico general
almacén
emisión
balance
Construcción
kgCO2/m2
kgCO2/m2
kgCO2/m2
residuos corte y aserrío lamas
-40
33.39
-6.61
residuos corte y aserrío rastreles
-4
3.34
-0.66
residuos corte y aserrío contralaminada
-80
65.49
-14.51
residuos corte y aserrío lamas
-80
66.79
-13.21
residuos corte y aserrío rastreles
-4
3.34
-0.66
Mantenimeinto
Total balance
-35.65
Balance físico general de emisiones de CO2
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Fuentes de CO2:
A
Balance de emisiones de CO2:
Residuos del
Procesamiento
de la madera
B
Energía incorporada
a la transformación
C
Energía incorporada al
Transporte
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Balance Físico de Emisiones
Balance general: Físico - Energético
A
D
Mantenimiento
de la fachada
B
C
Conclusiones
Estudio comparado de emisiones
transmitancia - masa
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Balance general físico-energético
almacén
Construcción
kgCO2/m2
residuos corte y aserrío lamas
-40
residuos corte y aserrío rastreles
-4
residuos corte y aserrío contralaminada
-8
energía lamas
0
energía rastreles
0
energía contralaminada
0
resinas contralaminada
0
transporte lamas
0
transporte rastreles
0
transporte contralaminada
0
Mantenimeinto
residuos corte y aserrío lamas
-80
residuos corte y aserrío rastreles
-4
energía lamas
0
energía rastreles
0
transporte lamas
0
transporte rastreles
0
Total balance
emisión
kgCO2/m2
33.39
3.34
6.55
7.89
0.79
34.84
1.57
5.36
0.54
0.90
balance
kgCO2/m2
-6.61
-0.66
-1.45
7.89
0.79
34.84
1.57
5.36
0.54
0.90
66.79
3.34
15.78
0.79
10.72
0.54
-13.21
-0.66
15.78
0.79
10.72
0.54
52.12
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
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UPC
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Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
evolución balances generales (kgCO2/m3)
60,00
momento
pre-construcción
construcción
vida útil
balance
kgCO2/m2
-21.78
30.11
52.12
Evolución de los balances generales
de emisiones de CO2
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
-10,00
pre-transformación
transformación
vida útil
-20,00
-30,00
evolución balances físicos (kgCO2/m2)
0
momento
árbol
pre-construcción
mantenimiento
balances físicos
kgCO2/m2
-43.28
-21.78
-13.87
Evolución de los balances físicos
de emisiones de CO2
-5
árbol
pre-construcción
mantenimiento
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
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Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
residuos
residuos
energía
energía
transporte
resinas
transporte
1%
11%
8%
17%
32%
59%
72%
Lamas y rastreles
Contralaminado
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Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
25
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Verano. Flujo energético ponderado
20
15
40000,00
35000,00
30000,00
25000,00
20000,00
15000,00
10000,00
5000,00
0,00
Tsex °C
10
Tsint °C
5
0
-5 0 3 6 9 12 15 18 21
Simulación de temperaturas superficiales
pared de madera
25,00
madera
ladrillo
Masa comparada de materiales (kg/m
20,00
15,00
Tsex °C
10,00
Tsint °C
5,00
350
0,00
300
0,00
0 3 6 9 12 15 18 21
250
Simulación de temperaturas superficiales
pared de ladrillo
-50000,00
200
150
25
-100000,00
100
20
50
-150000,00
15
0
-50 contrlaminado pared ladrillo
madera
-100
macizo
pared
hormigón
armado
-150
Emisiones por superficie asociadas
a la masa (kgCO2/m2)
Tsex °C
10
-200000,00
Tsint °C
5
Invierno. Flujo energético ponderado
0
0 3 6 9 12 15 18 21
Simulación de temperaturas superficiales
pared de hormigón
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Fuentes de CO2:
A
Balance de emisiones de CO2:
Residuos del
Procesamiento
de la madera
B
Energía incorporada
a la transformación
C
Energía incorporada al
Transporte
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Balance Físico de Emisiones
Balance general: Físico - Energético
A
D
Mantenimiento
de la fachada
B
C
Estudio comparado de emisiones
transmitancia - masa
Conclusiones
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Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera
Conclusiones:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
El carácter de sumidero neto de la madera es muy relativo y no se cumple en todo el CV
La capacidad de fijación de carbono de la madera es discreta y escapa a nuestro control
La cantidad de emisiones es controlable pero podría llegar a ser ilimitada
La mayor porción de emisiones de CO2 de la madera se debe a los residuos y no a la
energía incorporada.
Los residuos de corte y sus emisiones son limitadamente controlables.
Los residuos de aserrío y sus emisiones asociadas pueden llegar a ser my controlables.
La influencia del transporte sobre el balance de emisiones de CO2 de la madera es
relativo y puede tener poco peso relativo.
El mantenimiento de las fachadas por sustitución de piezas, aumenta las emisiones pero
su balance es mejor que el de la construcción pues no implica todas las piezas de la
fachada.
La presencia de elementos más durables disminuye las emisiones por mantenimiento.
Recomendaciones:
• Evolucionar la tecnología de corte y aserrío de madera para disminuir la producción de
residuos y su reciclaje.
• Avanzar en la incorporación de energías naturales a procesos de secado y prensado
• Favorecer el consumo de maderas locales o regionales en lugar de importadas lejanas.
• Favorecer el uso de maderas en formatos pequeños y unidos entre sí.
Balance de emisiones de CO2 de una fachada de madera. Humberto Arreaza. Tutor: Jaume Avellaneda.
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