FACULTAD DE ARQUITECTURA URBANISMO Y DISEÑO CONSTRUCCIONES I “B”

LAS ENVOLVENTES HIGROTERMIA

ARQ. RICARDO HUMBERTO CODINA PROFESOR TITULAR-CONSTRUCCIONES I “B”

El término “higrotermia” se refiere tanto al aislamiento

térmico y a las variaciones de la humedad a través de los

cerramientos como a las condiciones ideales de temperatura

y humedad relativa, para la obtención del debido confort

ambiental

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Indice Pág.

1 Introducción 2

2 El filtro ambiental 3

3 La arquitectura y su relación con el sitio 4

4 Envolventes simples y complejas 5

5 La tradición y la innovación 6

6 Presentando los actores 9

7 Las envolventes 11

8 Parámetros del medio ambiente 12

9 Las estrategias 13

10 La transmitancia térmica 16

11 No solo el calor se difunde a través de los materiales 21

12 Que materiales son retardadores de difusión del vapor 24

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3 Introducción Uno de los objetivos de la arquitectura es lograr ambientes “confortables”.

El hombre se halla inmerso en un entorno determinado con el cual mantiene todo tipo de

relaciones y que son básicamente intercambios energéticos debido a que el cuerpo humano

tiende a mantener unas condiciones interiores estables frente a un entorno cambiante.1

Para lograr esta estabilidad de las condiciones interiores, fenómeno llamado “homeostásis” ,

necesita de un complejo mecanismo en el que intervienen órganos específicos que actúan

como reguladores de las respuestas del cuerpo frente a las cargas ambientales, que pueden

ser climáticas, acústicas e incluso psicológicas.

En este escrito vamos a analizar especialmente el confort térmico, es decir aquel que tiene

que ver con el intercambio de calor con el medio ambiente y fundamentalmente el papel de las

envolventes como reguladoras de estas.

Estas condiciones que aspiramos a lograr constituyen lo que denominamos el confort térmico,

o bienestar térmico.

Según la clásica definición de ASHRAE entendemos por confort térmico o bienestar térmico:

La definición hace hincapié en la importancia de los aspectos subjetivos en toda definición del

confort ya que este variará en consonancia a las características fisiológicas, mentales, de

edad, de los grupos encuestados.

Son procesos de regulación conscientes o inconscientes, pero siempre con la finalidad de

adaptarse a las condiciones externas. Pese a estos mecanismos, la capacidad el ser humano

para adaptarse a las condiciones variables de su entorno son relativamente escasas por lo que

debe apelar a su inteligencia construyendo albergues y capas protectoras que le permitan

sobrevivir en un rango mayor de temperatura que la que le permite el cuerpo humano.

Este escrito es una reflexión sobre la relación entre arquitectura y el clima. Relación que es

muy fácil leer en las óbras llamadas vernáculas2 y muchas veces olvidadas en aquellas

pretendidamente inteligentes.

1 “Arquitectura y energía natural”, Rafael Serra Florensa y Helena Couch Roura.

2 Vernáculo: específico, nativo, propio, doméstico, indígena, peculiar, comarcal, regional

Según “ ASHRAE, (standard 55)” (1)

“ el bienestar térmico es aquel estado de la mente que expresa satisfacción

con el ambiente térmico, evaluado en forma subjetiva”

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4 El filtro ambiental Geofrey Broadbent en una magistral síntesis, enunció las cinco condiciones que tiene la arquitectura, definiendo al edificio como “....un contenedor de actividades; … filtro ambiental; …símbolo cultural y lenguaje;… impacto urbano y ambiental y como inversión de capital y tecnología producto de factibilidad, mercado y gestión......”3 Nos interesa observar la envolvente como filtro ambiental Por que “filtro”? Según el diccionario de la RAE4 un filtro es un sistema de selección en un proceso según criterios previamente establecidos. Cuando filtramos algo queremos permitir el paso de algunos elementos del medio ambiente e impedir o demorar el de otras que consideramos perjudicial. Cuando decimos “ambiental” nos estamos refiriendo al medio ambiente es decir a “ un conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y sociales capaces de, en un plazo corto o largo, causar efectos adversos directos o indirectos sobre los seres vivos y las actividades humanas”5

3 BROADBENT, Geoffrey “Consulta internacional” en Revista a/ambiente Nº 24, febrero de 1981, CEPA, La Plata

4 Real Academia Española

5 Wikipedia.

Si unimos los dos significados tenemos que un filtro ambiental deja pasar o impide el paso, según sea la necesidad, de aquellos factores que puedan alterar las condiciones del medio volviendolo inadecuados para los seres humanos. En nuestro caso vamos a centrarnos a ver como funcionan las

envolventes frente al paso del calor y la resistencia que oponen al paso del mismo.

Ilustración 1

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5

Ilustración 2

La arquitectura y su relación con el sitio Si aceptamos que el medio ambiente natural influye en las decisiones que se toman en el habitat, nos debemos preguntar ¿ De que modo podemos reconocer esa influencia? Existen, en una primera instancia, por lo menos dos formas en que el medio natural influye en las decisiones que tomamos:

1. En la elección de los materiales

2. En las características del clima6

Podemos decir que en general la historia va descartando o promoviendo el uso de determinados materiales mediante los datos que la experiencias sucesivas del desempeño en periodos largos de tiempo va aportando y en consecuencia generando un acervo de conocimientos que en algunos casos podemos rastrear hasta 5000 años.

6 Clima es, según IRAM, “estado medio de la atmósfera, representado por el conjunto de los elementos y fenómenos

meteorológicos referidos a un periodo de 10 años como mínimo, y por las variaciones periódicas y aperiódicas en el transcurso del año”. Microclima es, según IRAM, “expresiones mas localizadas del clima en que se ven modificadas las relaciones de las variables componentes del mismo, y cuyo conocimiento permite un mejor diseño”

1. Los materiales que utilizamos en su gran mayoría son aquellos que constituyen el acervo tecnológico propio del sitio y que han sido adoptados mediante un largo proceso de prueba y error, a través de múltiples circunstancias históricas y sociales. El desarrollo de la industria, la capacidad tecnológica, las circunstancias económicas, las ideologías etc. determinan la disponibilidad de los recursos tanto materiales como tecnológicos con que se cuenta.

2. Las características del clima no solo incide en la elección de los materiales sino inclusive sobre la morfología; como es el caso del iglú utilizado por los esquimales que es una construcción totalmente adaptada al clima y a los

recursos que el medio brinda.

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6 Envolventes simple y complejas La arquitectura se desarrolló a través de la historia como una construcción homogénea, con la utilización de uno o muy pocos materiales que daban respuesta a todas las exigencias

que el medio le imponía. Con 5000 años de práctica la técnica constructiva maciza y pesada, predominó en la delimitación de los espacios habitables la pared de una hoja, es decir la pared de una capa, con capacidad portante y aislante climática. Desde fines del S. XIX se produjo, con este tipo de técnica, un gran salto tecnológico en la construcción; los edificios en altura se resolvían con una estructura de esqueleto resistente y las paredes exteriores sin función portante. Este cambio afectó directamente a los cerramientos de fachadas, dejando atrás los muros portantes de un solo material, identificados como “fachadas de mampostería pesada o sillería”, para dar lugar a paredes de escaso espesor.7

En los últimos cién o doscientos años el desarrollo tecnológico, la mejora en los medios de análisis, el desarrollo industrial etc. han permitido desarrollar materiales especializados que pueden combinarse formando envolventes heterogéneas compuesto de distintos materiales cada uno con una característica necesaria para lograr el funcionamiento buscado del conjunto. Cada material tiene distintos formas de comportamiento, en algunos casos pocos conocidos, frente a la acción de medio. Ilustración 3 Ilustración 4

Las imágenes superiores son ejemplos ubicados en un mismo sitio pero de épocas sustancialmente distintas. En el ejemplo (izquierdo) un solo elemento, el ladrillo, es la estructura sostén y el cerramiento o envolvente que tiene como misión regular el intercambio con el medio ambiente. Su espesor y su masa ayudan en controlar los agentes climáticos, proveyendo una resistencia suficiente al paso de los mismos. Aún frente al agua, aún sin el uso de revestimientos como los revoques, los ladrillos tienen una capacidad de absorción que debido a su gran espesor demora el paso de la humedad y permite el secado por evaporación del mismo. Podemos denominar a estas envolventes como simples u homogéneas enfatizando la presencia de un material dominante. Con respecto al calor por efecto de su masa se retrasa el paso del calor hasta que cambie la dirección del calor y cese la ganancia de calor.

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7

La tradición y la innovación Si observamos la imagen al pié, podemos ubicar a que lugar pertenece?. Podemos deducir que es una construcción en un clima árido, seco con grandes contrastes entre el día y la noche. Con un lenguaje neo-regionalista sus características vienen determinadas por el clima del desierto mediante estas estrategias

1. Materiales con gran masa térmica como la piedra y el barro

2. Uso de la disposición típica de las casa del desierto , el uso del patio sombreado y los

dos niveles, con distinto uso si se trata del día, locales de PB o de noche, locales de

PA.

3. Uso de elementos de control térmico tradicionales como celosías de madera

(masharabiyas), trampas de viento, domo y bóvedas como cubiertas

4. El color de los muros para favorecer la reflexión y evitar la excesiva ganancia de

calor.

Ilustración 5

En el segundo ejemplo (Imagen derecha) el cerramiento está constituido por un conjunto de capas de materiales especialmente diseñados para cumplir una función determinada. En el ejemplo es posible distinguir tres capas, 1-un revestimiento cerámico,2- capas aislantes térmicas y barreras reguladoras de vapor y 3- un sostén constituido con un tabique de hormigón armado. La envolvente simple, ha pasado a convertirse en fachada compleja. Las fachadas complejas implican el uso de materiales distintos, que deben trabajar en consonancia por lo que la elección de los materiales de las distintas capas debe realizarse mediante un análisis de las características de cada capa y su compatibilidad con las demás. La aparición de cerramientos mas livianos también respondió a la necesidad de disminuir el peso en estructuras independientres en los cuales la estructura de HºAº reemplaza en su función al muro portante.

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8 Si queremos averiguar en que lugar se encuentra la siguiente obra de Franck Gehry, podríamos saberlo mirando su arquitectura?. Que nos dice del clima en que se encuentra. Todas las orientaciones son iguales, ¿?.

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. Ilustración 6

En cercanías de Cambridge, en Boston, prácticamente en la misma ubicación podemos ver un edificio proyectado por el Arq. J.L. Sert (Josep Lluís Sert López (1902 -

1983)) 8 en el que tiene en cuenta el sitio y por lo menos el soleamiento, del mismo, a

través del tratamiento de las envolventes manifiesta una preocupación por la excesiva ganancia de calor. El uso de los parasoles se constituye en el lenguaje principal de la fachada, sombreando los ventanales amplios a su vez, necesarios para ganar luz. Ilustración 7

BU Library, Josep Lluis Sert. Boston

Stata Center (2005) Arquitecto: Frank Gehry

Ciudad: Cambridge (Massachusetts) País: EEUU, América

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9 Las características del clima de Cambridge en donde se construyeron ambos ejemplos son : veranos generalmente cálidos y húmedos, e inviernos fríos y con viento y nieve. El mes más caluroso es julio, con una temperatura media máxima de 28 °C y mínima de 19 °C, con condiciones húmedas. El mes más frío, por su parte, es enero, con temperaturas medias máximas de 2 °C y mínimas de -6 °C. En la obra de Gehry es difícil encontrar una característica que responda al clima de la región. Perfectamente podría estar en otra localidad, son edificios “sin sitio”. El uso de distintos materiales combinados entre sí muchos de ellos nuevos, se constituyen en una característica de Gehry, que en sus obras debe resolver encuentros muy complicados no sólo entre materiales iguales sino inclusive con materiales distintos con distintos comportamiento en cuanto a los movimientos. No podemos diseñar sin tener en cuenta el clima. La necesidad de conformar un hábitat racional, económico es una exigencia en relación al agotamiento de las fuentes de energía . La primer preocupación a la hora de iniciar el proceso de diseño en un sitio, es como podemos aprovechar las posibilidades que ese clima aporta y los problemas que tienen que ver con el clima ¿Cómo es el clima?, además de otras dudas como: ¿cuáles son las variables climáticas intervinientes?, ¿cómo interactúan entre ellas y sobre las construcciones?

La percepción del ambiente térmico no depende únicamente de los parámetros ambientales, sino que es un fenómeno que incluye muchos más factores del entorno interior y exterior, del sujeto que percibe estos parámetros. Incluso factores culturales y sociales que influyen en su sensación de bienestar, y las condiciones que debía reunir el ambiente para que una persona se sienta cómoda desde el punto de vista del confort térmico. “La crisis ambiental es el resultado de una crisis humana y por ello de orden espiritual y cultural. Se trata de una relación de enfrentamiento y dominio mal entendido, del hombre sobre la naturaleza cuyo resultado es que el hombre aparentemente gana pero en realidad pierde. La consideración del mundo natural como el hábito necesario para el desarrollo de la vida humana nos pone ante la responsabilidad de legar, a las generaciones futuras, un medio que todavía esté en condiciones de hacer posible la vida de los hombres”9 Se entiende por diseño bioclimático al diseño urbano y arquitectónico orientado a crear entre las edificaciones y el clima una interacción energética natural que dé como resultado espacios térmicamente confortables y/o de nula –o mínima– necesidad de sistemas activos de climatización. La transferencia energética se da entre los espacios de las edificaciones y el exterior a través de la envolvente. La temperatura interior de un local es la resultante del equilibrio entre las pérdidas y ganancias de calor. En ausencia de un sistema de climatización artificial la evolución de la temperatura interior depende de los flujos de calor que por conducción son transferidos a través de los cerramientos opacos. La conductividad térmica y otras características del material determinan la ganancia de calor en el interior. El fenómeno es complejos en si mismo por lo que las normas que se aplican a cada caso han desarrollado sistemas mas simples para no complejizar su estudio y aplicación

9 Uso racional de la energía, Tomás C.F. Gutierrez, Edafólogo – Aislación termoacustica II, AFLARA

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10 Presentando los actores

Pero…. Que es el calor? …. Definimos el calor como la energía que se produce cuando entre dos cuerpos hay un diferencial de temperatura . Es una energía en tránsito de forma que sólo tiene sentido mientras está transfiriéndose de un sistema a otro. También lo podemos definir como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo.

Ilustración 8

Y ….. Que es la temperatura?

La temperatura es la medida de la cantidad de energía térmica poseída por un objeto.

Ilustración 9

Algunos principios básicos: Todo cuerpo con una determinada cantidad de calor, tiene la propiedad de cederlo a otro cuerpo, siempre que éste se encuentre a menor temperatura. Es decir, existe un flujo térmico que consiste en la cesión del calor de los puntos de mayor temperatura HACIA LOS PUNTOS DE MENOR TEMPERATURA. De esa manera, entonces, la energía térmica se transfiere del nivel térmico o temperatura más alto al más bajo, hasta alcanzar un estado de equilibrio o igual temperatura.

El calor es una expresión del movimiento

(energía cinética) de las partículas que

componen un cuerpo. En el estado gaseoso

las partículas se mueven rápidamente, tienen

mucha energía cinética; por el contrario en el

estado sólido se mueven muy lentamente.

Por otra parte, la temperatura es la medida

del calor.

Se utilizan los termómetros para medir la

temperatura

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11 Recordemos: El flujo del calor es siempre desde el mas caliente al menos caliente. Cualquier cuerpo a cualquier temperatura emite radiación, pero también absorbe calor

que radia el medio ambiente. Este balance entre calor emitido y calor recibido determina la radiación neta emitida.

Para que un cuerpo no emita calor por radiación su temperatura debe ser la del cero absoluto (-273ºC).

En mayor o menor medida todos los materiales oponen resistencia al paso del calor a través de ellos.

La energía no desaparece, se transforma Temperatura es la propiedad que determina si un objeto está o no en equilibrio térmico con otros objetos. Dos objetos en equilibrio térmico entre sí están a la misma temperatura. Inversamente si dos objetos tienen distintas temperaturas, no se encuentran en equilibrio térmico uno con otro. La energía intercambiada entre objetos gracias a una diferencia en su temperatura recibe el nombre de calor. El equlibrio térmico es una situación en la que dos objetos en contacto térmico uno con otro dejan de tener cualquier intercambio de calor.

Ilustración 10

Como se transporta el flujo del calor?

Transporte de energía:

CONDUCCIÓN :Transporte molecular de la energía, el mecanismo básico es el movimiento molecular del medio. Actúa en sólidos y fluidos.

Ilustración 11

CONVECCIÓN : Transporte de energía, debido al movimiento del seno del fluido.

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12 Ilustración 12

RADIACIÓN : Transporte radiactivo, no requiere un medio material de transporte.

Ilustración 13

Las envolventes La finalidad de los estudios higrotérmicos de los cerramientos de los edificios, es el conseguir un ahorro de energía, mejorar el confort térmico interior y el análisis de las posibilidades de la formación de condensaciones interiores en las diferentes capas u hojas que configuran el elemento constructivo.

Ilustración 14

Invierno, perdemos

calor

Verano ganamos calor

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13 Parámetros del medio ambiente “Los parámetros ambientales del confort son manifestaciones energéticas, que expresan las

características físicas y ambientales de un espacio habitable, independientemente del uso del

espacio y de sus ocupantes”10

Las características ambientales son originadas por una multiplicidad de factores que podemos

conocer:

Factores

geográficos

Latitud, hidrografía, relación tierra-, agua, topografía, altura

sobre el nivel del mar relativa y absoluta, morfología del

entorno y del terreno, temperaturas del aire, humedad relativa

ambiente, vientos, etc.

Factores biológicos Flora ( vegetación de todo tipo, arbolado, desierto etc.) fauna

Factores

tecnológicos

Industria, edificación, vías de comunicación.

Sin embargo resulta muy laborioso el manejo de grandes cantidades de datos que surgen Los indicadores y mediciones aportados por las variables no siempre están disponibles o tienen una continuidad histórica de valores corta en el tiempo, lleva a simplificar el análisis del clima circunscribiendo a unas pocas variables que por su incidencia y la disponibilidad de información de largos periodos puedan aplicarse. En general se considera que en el intercambio de energía entre el cuerpo humano y el medio ambiente influyen de manera decisiva los siguientes parámetros11:

temperatura del aire el cuerpo está rodeado del aire con el cual intercambia energía

por conducción, convección y por respiración

temperatura de radiación es la radiación media ponderada de las superficies que

envuelven al cuerpo, y que influye en los intercambios radiantes

Humedad relativa del aire regula la velocidad de las pérdidas por evaporación de

transpiración y la humedad cedida con la respiración

Velocidad del aire respecto al cuerpo influye en la disipación por convección y en

la velocidad de evaporación de la transpiración

Mediante estos parámetros se han intentado determinar zonas de confort, calculada

estadísticamente. La mas conocida y utilizada es la gráfica de Victor Olgyay, utilizada para

realizar análisis del medio exterior teniendo presente dos parámetros de confort térmico, la

temperatura del aire y la humedad relativa.i

10

“Arquitectura y energía natural”, Rafael Serra Florensa, Helena Coch Roura. 11

Op. citada

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14

Las estrategias Si comparamos las curvas horarias correspondientes a las temperaturas medias del aire al exterior a lo largo de 24hs con las curvas de la temperatura del aire interior se observa un ciclo que con variaciones estacionales se repite cada 24 hs y que están representadas en la gráfica anexa. Observamos que la variación de la temperatura de aire al exterior ( línea mas gruesa en el gráfico) y la temperatura interior ( línea mas fina, en el gráfico) experimentan un comportamiento en un lapso de 24 hs, en el cual se pueden detectar máximos y mínimos. La curva de temperaturas del aire exterior ( línea gruesa) alcanza la mínima temperatura en las primeras horas del día, 6/7hs y la máxima alrededor de las 16hs. que luego va disminuyendo hasta un mínimo para luego reiniciar el ciclo. Similar comportamiento se puede observar en la curva que representan las temperaturas del aire interior ( línea fina) Al superponer ambas (curvas sinusoidales con máximos y mínimos ) se puede apreciar el corrimiento de los máximos y los mínimos de temperatura que en el gráfico se lo denomina como retardo.

Podemos observar dos fenómenos:

o Una menor, amplitud térmica por parte de la variación en el interior con respecto

al exterior y al que denominamos “AMORTIGUAMIENTO” .

o Un corrimiento de los momentos en que se produce el pico de temperatura que

se conoce como “RETARDO”, haciendo que las máximas no coincidan.

Ilustración 15

Las magnitudes de las variaciones en el ciclo de 24 horas ( desfases) son el resultado de la

resistencia que las envolventes oponen al paso del calor. Hay que recordar que no existe un

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15 aislante térmico absoluto No existe el material aislante térmico perfecto, todos los cuerpos son

transmisores de calor.

Por ende lo que podemos hacer es colocar materiales que opongan resistencia al paso

del calor, demorando y amortiguando el paso de la energía calórica.

Ilustración 16

.

La estrategia básica en el control del flujo del calor reside en oponer al paso del mismo una resistencia que desplaze retarde y amortigue la onda calórica ( recordar que no existe el aislante térmico absoluto, es decir que no deje pasar el calor) la estrategia consiste que en el momento en que se produce la máxima temperatura exterior en el interior no se manifieste sino después de un tiempo en donde la temperatura exterior va perdiendo poder de calentamiento.

Como efecto combinado y simultáneo de numerosas variables tanto naturales como arquitectónicas entre el interior y el exterior se produce una dinámica caracterizada por flujos energéticos que en todo momento son ganados o perdidos por el edificio y que determinan un balance térmico global entre la energía o calor que gana y el que pierde El modo de controlar adecuadamente estas ganancia y pérdidas es la base conceptual del aprovechamiento de las envolventes para la climatización natural de los edificios. La naturaleza física de la envolvente determina en gran manera como se va a comportar en cuanto a la energía térmica que recibe

.

De acuerdo a las característica de los

materiales que componen las envolventes,

distinto será el comportamiento de la misma

frente a la radiación solar.

Principalmente depende si el cuerpo es opaco

o transparente. Si es transparente deja pasar

las ondas infrarrojas (ondas cortas) de la

radiación solar en un proceso que

denominamos “transmisión”, pero es

absoluamente opaco a los rayos de onda larga,

que emiten todos los demás cuerpos lo que

explica el efecto invernadero.

En todos los casos existe un fenómeno de

acumulación, absorción de calor, de acuerdo a

la capacidad térmica de cada una de los

componentes materiales.

Los cuerpos que han absorbido el calor luego

vuelven a emitir generando en el aire interior

procesos de convección que permite difundir

el calor que emiten los objetos

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16 Nuestra arquitectura, regionalmente hablando se ha conformado básicamente utilizando l vía

húmeda, siendo la mas difundida la mampostería como cerramiento que tiene a su cargo no

solo la estructura portante sino en el sistema de control de los agentes climáticos

especialmente de la capacidad que tenga la envolvente como aislante hidrófuga, térmica,

acústica, seguridad etc.

En su gran mayoría la totalidad de las edificiaciones de construyó sin tener en cuenta las

normativa actual, en algunos casos por que son construcciones anteriores a la vigencia de los

reglamentos y otras veces por desconocimiento de su existencia.

Valorar algo significa comparar un modelo teórico con el modelo real y ver si el ejemplo

analizado cumple determinadas valores normativos. En nuestro país el ente que establece las

normas es el IRAM12 que sobre el particular ha publicado especificaciones referidas a la

transmisión del calor, a los riesgos de condensación etc.

El diseño de un cerramiento equivale a la cuidadosa selección de materiales, técnicas y

geometrías que permitan el intercambio justo de materia y energía entre ambos lados de

la envolvente.

no se puede entender el diseño de la envolvente sin la comprensión previa de los

fenómenos que sucederán simultáneamente a ambos lados de la misma. La optimización

estará enfocada a lograr que estas propiedades se puedan obtener económicamente, con el

menor gasto energético posible y minimizando las presiones ambientales que ocasionará el

transporte, la manufactura, el mantenimiento, la operación y reciclado del cerramiento y sus

elementos constitutivos.

No podemos en este trabajo introductorio a la temática profundizar sobre las normas y su

verificación que se pueden consultar en la literatura especializada.

Sí queremos aportar a la discusión sobre como debe ser la envolvente de nuestros proyectos

para que no sólo se cumplan normas ( son obligatorias de aplicación en la ciudad de Córdoba

12

Instituto Argentino de Normalización y Certificación. Normas 11549, 11601(Cálculo de la resistencia térmica total. Base de datos), 11603

(verificación del asoleamiento. Base de datos parámetros asoleamiento) 11604(Valores máximos admisibles de pérdidas volumétricas),

11605(Valores máximos admisibles de transmitancia térmica), 11625(Verificación condiciones higrotérmicas, paños centrales. Ausencia de

condensaciones), 11630(Verificación condiciones higrotérmicas, puntos simgulares), 11900 (Clasificación según la transmitancia térmica de la envolvente)

Según el IRAM, mas de 1/3 de la energía producida en nuestro país es consumida en y para el desenvolvimiento de los edificios. Si queremos disminuir el consumo de energía, bajar las emisiones de gases tóxicos, debemos preocuparnos sobre como se comporta la envolvente frente al paso del calor Otros usos

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17 por ordenanza municipal) sino para que comencemos a colaborar en detener el deterioro

ambiental y lograr mejores condiciones de habitabilidad.

Vamos a considerar la transmitancia térmica y el riesgo de condensación:

La transmitancia térmica El país, por su extensión, ha sido dividido en 6 zonas bioclimáticas ( norma 11603)

Para cada zona en particular la norma establece valores para condiciones de verano e invierno,

aclarando que se deben verificar para los dos momentos del año

13

Ilustración 17

Que se mide en las normas?

Se mide la velocidad con que pasa el calor. A partir de que no existe el aislante térmico

perfecto podemos decir que todos los cuerpos transmiten el calor, pero no todos lo hacen

con la misma velocidad.

La cantidad de calor transmitida en un tiempo dado es función y directamente proporcional a

1. un coeficiente que es propio de cada material que varía con la humedad, temperatura

etc. que se llama “coeficiente de conductividad térmica” obtenido bajo ensayo, marca el

valor en watios que cada cuerpo deja pasar en la misma unidad de tiempo, a la

13

TEC (Temperatura Efectiva Corregida): Índice empírico de confort que tiene en cuenta el efecto combinado de la

temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo (temperatura radiante media y la velocidad del aire. Por lo tanto, es una medida de la temperatura operativa.

La ciudad de Córdoba se encuentra en la zona bioambiental IIIa, corresponde a la clasificación de un clima templado cálido con amplia amplitud térmica. La zonificación e abarcan amplias zonas incluyendo regiones muy diferentes entre sí. Están en proceso de revisión y completamiento. La clasificación se ha desarrollado teniendo en cuenta los índices de confort de la temperatura efectiva corregida (TEC), correlacionada con otras variables desarrollados para las zonas cálidas. La evaluación de las zonas frías se realizó con los grados días para las necesidades de calefacción.

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18 diferencia de temperatura ENTRE LAS DOS CARAS ( cuanto mayor sea esa diferencia

más rápido pasa el el calor).

2. Es directamente proporcional al área que emite el calor

3. Y es inversamente proporcional al espesor ( cuanto mayos es el espesor mas tarda el

calor en pasar en la misma unidad de tiempo, por ende pasa menos)

La norma simplifica el procedimiento y hace depender la cantidad de calor que pasa de dos

variables unicamente:

1. La conductividad térmica del material. = λ ( w/mkº)

2. El espesor del mismo = e (m)

Que es la conductividad térmica Una de las formas de manifestarse el calor es la conducción, es decir ala transmisión del calor mediante un medio material. La conducción en la unidad de tiempo, por la unidad de superficie por la unidad de tiempo se denomina conductividad y es un valor propio de cada material y que se obtiene por ensayos en los laboratorios especializados. La “conductividad”: según IRAM Nº 11549, es el flujo de calor transmitido a través de un material de espesor unitario por unidad de superficie cuando el gradiente de temperatura en dirección normal es unitario se mide en W/m.k ( vatios/ metros, grado kelvin). Es decir que mide la facilidad con que deja pasar el calor de un material en la unidad de tiempo. Se identifica con la letra griega lambda “λ” La norma IRAM 11601 lista la conductividad térmica de los materiales mas habituales.

Estos valores son conseguidos en laboratorios mediante ensayos.

Mas claro que un número es comparar estos valores para establecer relaciones. Si comparamos la facilidad con que deja pasar el calor entre varios materiales. El cociente (e/λ, espesor / coeficiente de conductividad térmica), es la resistencia que el material opone al paso del calor. La inversa de esa resistencia (1/Rt) es el coeficiente de transmitancia térmica (K) Cuando la envolvente está compuesto de varios materiales, se calcula de cada uno de ellos la resistencia térmica y se suman los resultados, obteniendo entonces la resistencia total del conjunto. La inversa del mismo es el coeficiente de transmitancia térmica o “K”.

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19 La norma IRAM 11605 especifica, según la zona climática que se considere, el valor máximo que puede tener el coeficiente de transmitancia térmica “K” calculado para las distintas orientaciones de muros y para los techos

.

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20 IRAM 11601, establece el mecanismo de cálculo que se debe aplicar para obtener el

coeficiente de transmitancia térmica “K”. Todos los elementos que componen la

envolvente exterior del edificio, deberán presentar coeficientes de transmitancia térmica

(K), inferiores a los valores máximos admisibles para el nivel higrotérmico “C” o mínimo,

para la situación de verano e invierno establecidos de acuerdo a la zona bioclimática.

La norma 11605, establece tres niveles diferentes, los cuales corresponden en grado

decreciente a condiciones de confort higrotérmico.

NIVEL A: RECOMENDADO NIVEL B: MEDIO NIVEL C: MÍNIMO

La verificación del cumplimiento de los valores máximos deberá realizarse para las condiciones de invierno y verano, salvo en las zonas V y VI en las cuales se exige la verificación únicamente de la condición de invierno..

Para la condición de invierno es necesario conocer la temperatura exterior de

diseño ( para Córdoba es 3.1ºC ) y se utiliza la tabla anexa para leer los valores

correspondientes:

Los valores de las normas corresponden a cerramientos cuya superficie exterior presenta un coeficiente de absorción de la radiación solar de 0.7 + - 0.1 , para coeficientes menores a 0.60 se puede incrementar los valores de transmitancia térmica máximos admisibles

En la ciudad de Córdoba, siendo que la temperatura de diseño es > a 3.1ºC los valores

admisibles son los resaltados de la tabla

Para condición de verano los valores a verificar

Zona

bioambiental

Nivel A Nivel B Nivel C

Muros Techos Muros Techos Muros Techos

III 0.50 0.19 1.25 0.48 2.00 0.76

Para condición de invierno

Temp de

diseño

Nivel A Nivel B Nivel C

Muros Techos Muros Techos Muros Techos

>0ºC 0.38 0.32 1.00 0.83 1.85 1.00

Con esta información podemos analizar uno de las variables que indican el comportamiento del

muro frente al paso del calor.

La otra condición para evaluar las envolventes es medir el riesgo de condensación del mismo.

Para lo cual es necesario entender que norman las ordenanzas IRAM 11625 y 11630

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22 No sólo el calor se difunde a través de los materiales Los edificios sufren los efectos de cinco tipos de humedades de origen totalmente distinto unas

de otras. Ellas son:

Humedad de construcción Humedad del suelo Humedad causada por las lluvias Humedades accidentales Humedad causada por condensación

La humedad por condensación se relaciona con la calidad térmica de la envolvente es la

humedad producida por la condensación del vapor de agua que forma parte de nuestra

atmósfera.

El vapor de agua producido en el interior de un local aumenta la presión de vapor del aire

ambiente y esto ocasiona una diferencia de presión de vapor entre los ambientes interno y

externo en virtud de la cual se produce un proceso de difusión de vapor, generalmente del

interior hacia el ambiente con menos presión de vapor, generalmente el exterior.

En este fenómeno de transporte de vapor a través del cerramiento, sí en algún punto de su

interior la presión de vapor es superior a la de saturación en ese punto, o dicho de otra forma,

si la temperatura en ese punto es inferior a la del rocío del vapor en el mismo se producirá

condensación de vapor de agua

La condensación es el proceso por el cual el agua cambia de fase, de vapor o gas a estado líquido. la condensación es responsable de la formación de las nubes. algunos ejemplos comunes de la condensación son: el rocío que se forma en la hierba en horas de la madrugada, los vidrios de los lentes que se empañan cuando entras en un edificio caliente en un dia de invierno, o las gotas que se forman en un vaso con con una bebida fría en un día caliente de verano.

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23 Para que se produzca la evaporación del agua es necesaria una aportación de calor, por

ejemplo para evaporar 1 litro de agua son necesarios 600 kcal 14aproximadamente

El agua contenido en forma de vapor genera una presión sobre la masa del aire y sobre los

objetos que están en contacto con ese aire y esto produce la difusión de vapor atravesando por

los poros a la mayoría de los materiales, especialmente los mas porosos.

El vapor de agua producido en el interior de un local aumenta la presión de vapor del aire

ambiente y esto ocasiona una difusión de vapor a través del elemento separador.

Existen factores que elevan la cantidad de vapor de agua del aire, lo que genera una mayor presión de vapor agua sobre las envolventes y que por ende puede producirse el fenómeno de la condensación

Ventilación escasa o deficiente

Climas con inviernos prolongados

Ambientes de dimensiones reducidas

Hacinamiento

Actividades que generan vapor ( baños y cocinas)

Grandes diferencias entre temperatura interior y exterior.

14

Kcal: La caloría es la unidad convencional definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura

de 1kg. De agua entre 14,5ºC y 15ºC. El prefijo “Kilo” es un múltiplo de la unidad y significa que se trata de 1000

calorías.

La permeabilidad,

indica la cantidad de

vapor de agua que pasa

por unidad de tiempo a

través de la unidad de

superficie de un

material o elemento

constructivo, de caras

plano paralelas y de

espesor unitario,

cuando la diferencia de

presiones entre sus

caras es la unidad

Al aumentar la presión del vapor de agua el vapor encuentra la fuerza necesaria para atravesar los materiales de la envolvente. Este vapor de agua saturado cuando atraviesa las envolventes puede encontrar un plano que esté mas frío, con una temperatura menor que la temperatura del punto del rocío, (es decir la temperatura a la cual el vapor de agua condensa

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24 Esta condensación puede ser superficial y genera una patología fácilmente controlable ya que

la ventilación del local puede solucionar gran parte de los sucesos

Puede ser que la condensación se produzca en el interior del muro lo que va a ocasionar una condensación intersticial muy peligrosa.

La condensación intersticial es esencialmente peligrosa ya que permanece oculta deteriorando progresivamente no sólo la aislación térmica sino el resto de los materiales. Como se elimina el peligro de condensación? Puede ser adoptando algunas de estas medidas: Reducir el contenido de humedad del aire interior, que se puede lograr ventilando los

ambientes Colocar una barrera de vapor en el lado mas cálido de la zona de punto de rocío, y

evitar que el vapor de agua recalentado toque las capas de frío de la envolvente. Una “barreras de vapor”, (es mas correcto decir retardadores de difusión del vapor VDR), es un material que reduce la velocidad a que el vapor de agua puede moverse por dentro de un material. Considerando que todo material permite que parte del vapor de agua se difunda por él en cierta medida, el término “retardador de difusión del vapor” es mas preciso que denominarlo “barrera de vapor” que implica que el material detiene por completo la transferencia de la humedad. EL problema de la condensación se agravó por la aparición de los aislantes térmicos muy efectivos como el poliestireno expandido etc., que generan una caída de temperatura muy acentuada lo que aumenta el riesgo de condensación. En décadas pasadas, no era necesario limitar la circulación de la humedad, porque cuando las cavidades se humedecían, se secaban también con rapidez debido a las construcciones no herméticas, que permitían el libre intercambio del aire por la envolvente de la vivienda.

La condensación puede ser superficial, como

el de la foto, o intersticial como en el gráfico

al pié.

Significa un deterioro del revestimiento y la

aparición de hongos.

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25 No vamos a exponer en este trabajo la forma de verificar el riesgo de condensación ya que forma parte de la materia de Instalaciones que lo trata en profundidad. Si nos interesa desde el punto de vista de que forma parte de las precauciones que debemos tomar cuando mejoramos loa capacidad aislante de los cerramientos.

Que materiales son retardadores de difusión del vapor Los retardadores son materiales delgados y flexibles en su gran mayoría, aunque también pueden

presentarse como láminas mas gruesas. Los materiales como los plásticos reforzados, el

aluminio, el acero inxidable, los vidrios son relativamente resistentes a la difusión del vapor.

Estos elementos deben estar correctamente sellados y tomados de la estructura.

Las membranas mas delgadas y livianas vienen en rollo e integrados a determinados materiales

de construcción, como por ejemplo en los fieltros de lana de vidrio que pueden tener en una de

sus caras un revestimiento de aluminio o papel tipo kraft. El polietileno se constituye también

como un material muy utilizado.

Las pinturas, por ejemplo las asfálticas, son eficaces para limitar la mayor parte de la difusión

del vapor de agua en las zonas de clima templado. En general cualquier pintura o revestimiento

pueden ser eficaces.

En general las cámaras de aire no aportan resistencia térmica importante pero son eficientes para

eliminar rápidamente las condensaciones intersticiales. Estas cámaras no deben ser de gran

espesor ya que su capacidad aislante que ha sido creciente al ir aumentando su espesor cuando

pasa de un ancho de 5 cm no mejora.

En nuestro medio el riesgo de condensación es en la época de invierno cuando la temperatura

exterior baja y el peligro de condensación aumenta ya que la necesidad de calentar el aire

implica el uso de estufas y las aberturas limitan la difusión del aire.

En base a lo dicho la ubicación de la VDR debe limitar la cantidad de vapor que llega a la zona

fría en donde se puede producir la condensación.

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26 Verificación de los muros de albañilería comunes portantes usuales

Como se puede leer, del reducido número de ladrillos aptos para ser portantes en nuestra zona ninguno puede satisfacer a las normas. ( la norma exige que no sólo verifique el K sino que además no condense. Si no podemos solucionar con envolventes simples como son las mamposterias tradicionales debemos apelar a soluciones en donde intervengan distintos materiales, algunos

Muro de 0.30m, ladrillo común o de campo. Verificado con las normas nos da un K ( transmitancia térmica) igual a 1.962 Verificando con la norma 112625 y 11630 se verifica que tiene riesgo de condensación

Condición de verano

Nivel A Nivel B Nivel C

0.50 No verifica

1.25 No Verifica

2.00 Verifica

Condición de invierno

Nivel A Nivel B Nivel C

0.38 No verifica

1.00 No Verifica

1.85 No Verifica

Bloque cerámico portante de 0.20m de 18x19x33 Verificado con las normas nos da un K ( transmitancia térmica) igual a 1.54 Verificando con la norma 112625 y 11630 se verifica que tiene riesgo de condensación

Condición de verano

Nivel A Nivel B Nivel C

0.50 No verifica

1.25 No Verifica

2.00 Verifica

Condición de invierno

Nivel A Nivel B Nivel C

0.38 No verifica

1.00 No Verifica

1.85 Verifica

Bloque cementicio portante de 0.20m de 19x19x39 Verificado con las normas nos da un K ( transmitancia térmica) igual a 2.33 Verificando con la norma 112625 y 11630 se verifica que tiene riesgo de condensación

Condición de verano

Nivel A Nivel B Nivel C

0.50 No verifica

1.25 No Verifica

2.00 No Verifica

Condición de invierno

Nivel A Nivel B Nivel C

0.38 No verifica

1.00 No Verifica

1.85 No Verifica

0.315

0.20

0.20

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27 especializados que cumplan funciones específicas. Este es el concepto de las envolventes complejas

Condición de verano

Nivel A Nivel B Nivel C

0.50 No verifica

1.25 Verifica

2.00 Verifica

Condición de invierno

Nivel A Nivel B Nivel C

0.38 No verifica

1.00 Verifica

1.85 Verifica

El cálculo del K nos dá: 0.59

No condensa

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