Análisis higrotérmico según DB HE1 – Condensaciones

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09/03/2020

El análisis higrotérmico según el DB HE1 o las condensaciones son temas que suscitan diversas cuestiones entre los profesionales de sector. De hecho, en la última versión del Documento Básico de Ahorro de energía DB HE  del nuevo CTE, se establecen unos requerimientos relacionados con el comportamiento higro-térmico (transferencia simultanea de calor y humedad) de los cerramientos.

DB HE1 sobre condensaciones

Concretamente en la Sección HE1 “Condiciones para el control de la demanda energética” se indica:

En el apartado 2 “Caracterizaciones de la exigencia” en el punto 4:

Se limitarán los riesgos debidos a procesos que produzcan una merma significativa de las prestaciones térmicas o de la vida útil de los elementos que componen la envolvente térmica, tales como las condensaciones

Y en el apartado 3.3 “Limitación de condensaciones en la envolvente térmica”:

1. En el caso de que se produzcan condensaciones intersticiales en la envolvente térmica del edificio, estas serán tales que no produzcan una merma significativa en sus prestaciones térmicas o supongan un riesgo de degradación o pérdida de su vida útil. En ningún caso, la máxima condensación acumulada en cada periodo anual podrá superar la cantidad de evaporación posible en el mismo periodo

Ambos redactados son poco claros y ambiguos al no precisar qué tipo de riesgos son susceptibles de provocar mermas significativas de las prestaciones o de la vida útil, solo menciona como posible causa las condensaciones, y el texto no ofrece ninguna cuantificación de los valores límite que se pueden considerar admisibles o no admisibles ni tampoco ninguna metodología para efectuar la evaluación.

La falta de precisión en el redactado y el hecho de estar integrada esta condición en las herramientas de justificación del DB (por ej HULC) provoca que, con frecuencia, “se olvide” este requerimiento.

Las condensaciones como origen de patologías

La condensación es un fenómeno físico que se produce cuando a cierta temperatura el contenido de vapor de agua alcanza a la saturación y si sigue aumentando el exceso debe transformarse en agua líquida.

Si en un punto de elemento constructivo (en su superficie o en su interior) se produce agua líquida en un primer paso las gotas de agua se mantendrán adheridas (por tensión superficial) sin provocar más que un “empañamiento” de la superficie a continuación si la condensación persiste se provocará o un transporte de agua hacia las capas adyacentes (si los materiales son capilares) o se provocara una cierta escorrentía de agua hacia otros puntos del cerramiento, en estas últimas circunstancias es de esperar que tarde o temprano el agua acumulada acabe generando algún tipo de patología ( infiltraciones / formación de eflorescencias / hielo/…).

Obviamente la formación de agua líquida en cantidad suficiente para ser transportada (por capilaridad o por gravedad) y posteriormente acumulada  en los elementos de construcción es causa de otras patologías y debería evitarse.

Sin embargo la formación de agua líquida es una situación extrema y bastante “antes” de la formación de agua líquida ya existen fenómenos relacionados con el contenido de humedad que son causa de otras patologías, basta con que la humedad relativa sea suficientemente elevada (sin llegar a la saturación) para que en condiciones favorables de temperatura y sustrato nutritivo se produzcan fenómenos de formación de moho o proliferación bacteriana o corrosión o … que deben evitarse y que no precisa que se llegue al fenómeno de formación de condensaciones.

En contra de lo que parece que sugiere el DB HE1 la formación de condensaciones no son pues el fenómeno “más crítico” a evaluar ya que con toda seguridad antes se habrán producido otros fenómenos con un elevado potencial patológico.

Cálculos higro-térmicos estacionarios (método de Glasser)

Tradicionalmente se ha usado el método de Glasser basado en el trazado de los perfiles de las presiones de saturación y de vapor en régimen estacionario para analizar el riesgo de formación de condensaciones (o para determinar la humedad relativa en cada punto del cerramiento).

trazado-perfiles-presion

Esta metodología de cálculo tiene evidentes limitaciones tales como:

  • Considera que los productos presentan propiedades constantes e independientes de la temperatura y humedad.
  • No toma en consideración la capacidad de acumular y restituir calor que puedan tener las diferentes capas de un cerramiento.
  • No toma en consideración las variaciones de temperatura y humedad en espacios cortos de tiempo (por ej las oscilaciones de temperatura día-noche dentro de los días de un mes).
  • Los valores medios mensuales no permiten evaluar con precisión riesgos puntuales de corta duración (por ejemplo la formación de hielo).
  • No considera los efectos que puede tener la radiación solar sobre las superficies exteriores expuestas.
  • No toma en consideración los efectos de la lluvia o eventualmente infiltraciones de agua provenientes del exterior.
  • No toma en consideración efectos bidimensionales (presencia de entramados de madera o de metal) o las intersecciones entre elementos constructivos (por ej: encuentro entre fachada y forjado)

A pesar de las limitaciones antes mencionadas por su sencillez se ha usado clásicamente para evaluar el comportamiento higro-térmico de cerramientos ya que:

  1. Los materiales habituales en la construcción más tradicional (ladrillo / mortero / hormigón/…) son poco sensibles a la humedad.
  2. Los elementos constructivos estaban constituidos por una sola capa o las diferentes capas presentaban prestaciones higro-térmicas bastante parecidas entre sí. (evolución casi lineal de las temperaturas en relación al espesor)

ejemplo-trazado-perfiles-temperatura

3. La presencia de aislantes era reducida lo que provocaba unos perfiles de temperatura y humedad equilibrados entre sí.(perfiles de temperaturas quebrados en relación al espesor)

perfiles-temperatura-cerramiento-con-sin-aislante

Actualmente las condiciones anteriores distan mucho de ser habituales ya que cada vez más:

  • los elementos constructivos contienen materiales de origen “orgánico” tales como madera / fibras vegetales/… mucho más susceptibles de ser caldo de cultivo para mohos / bacterias/… o que contiene cavidades de aire (fábricas huecas o alveoladas) también susceptibles de facilitar la proliferación de microorganismos
  • las cantidades de aislamiento imprescindible para la protección térmica y el ahorro de energía provoca que la evolución de temperaturas y presiones de vapor se no este uniformemente distribuida dentro del espesor de los cerramientos.
  • cada vez más nos encontramos con elementos constructivos que contiene entramados (de madera / metálicos) que provocan distorsiones localizadas de las temperaturas y presiones de vapor dentro de los cerramientos.

ejemplo-distorsion-temperaturas

Por todo ello hay que ir pensando en substituir los viejos métodos de cálculo “clásicos” por modelizaciones más avanzadas que permitan obtener no solo resultados útiles para la evaluación del riesgo de condensaciones sino que también nos puedan servir para diagnosticar el potencial patológico que pueda contener el diseño de un cerramiento.

Cálculos higo-térmicos en régimen dinámico

Existen numerosos programas informático (por ej WUFI)  que realizan los cálculos “precisos” del comportamiento higro-térmico de los cerramientos.

Estos programas permiten modelizar los elementos constructivos en capas (los materiales) y subcapas (dentro de cada capa) para obtener una información detallada de la temperatura y la humedad relativa en cada punto que se desee evaluar dentro de un cerramiento.

programas-calculo-higrotermico

Los cálculos se realizan en régimen dinámico obteniendo como resultados las evoluciones en el tiempo de temperaturas / humedades relativas / contenidos de humedad.

ejemplo-condiciones-iniciales-calculo

ejemplo-condiciones-momento-dado

ejemplo-condiciones-finales

En caso de identificar zonas con riesgo de formación de condensaciones (humedad próxima al 100%) se debe verificar que esta condensación es lo suficientemente baja (colocando una capa de 0,01 cm de espesor del material traduciendo el contenido de humedad en kg/m3 a kg/m2 multiplicando por el espesor de 0,01 m).

Evaluación de la condensación en superficies «críticas»

ejemplo-condiciones-condenacion-criticas

Como norma general los cálculos deben efectuarse para varias anualidades para analizar si el elemento constructivo y cada una de sus capas presentan tasas de contenido de humedad estables o decrecientes a lo largo del tiempo (si la tasa fuese creciente fatalmente el cerramiento acabará siendo “patológico”)

contenido-humedad-estabilizado-primer-ano

ejemplo-humedad-crecient-tiempo

Una vez realizados los cálculos y efectuada la verificación previa que el cerramiento no irá acumulando humedad de forma progresiva los resultados se pueden analizar en relación a las condiciones de temperatura y humedad favorables a la proliferación de microrganismos para asegurarse que el cerramiento se aparta de este riesgo.

condiciones-temperatura-humedad

temperatura-humedad-calculo-monitorizado

comparacion-temperatura-humedades

Existen post procesadores que permiten evaluar el riesgo microbiológico importando directamente los resultados de temperatura y humedad del punto a monitorizar.

riesgo-proliferacion-microbiana

Finalmente, en elementos de tipo “orgánico” (madera / fibras vegetales/ …) se deberá verificar que el contenido de humedad es lo suficientemente bajo como para que el elemento no sufra los procesos de putrefacción.

ejemplo-resultado-contenido-porcentaje

Resumen de criterios de «aceptabilidad»

  • Si existen planos de condensación (humedad relativa del 100%) verificar que la cantidad condensada es inferior a 200 g/m2
  • La cantidad de humedad en el conjunto del cerramiento y en cada una de sus capas no debe ser creciente a lo largo del tiempo
  • La combinación de humedad relativa y temperatura (en función de la “sensibilidad” de cada material) no debe ser tal que favorezca la proliferación de microorganismos (como norma general no debe superarse el 70 u 80% de humedad relativa).
  • En los materiales orgánicos el contenido de humedad en masa no debe superar un determinado valor (del orden del 20 % ) durante periodos prolongados de tiempo (7 u 8 semanas) ni superar un valor límite (del orden del 30%) en periodos cortos de tiempo.

Conclusión

  • El contenido del DB HE1 por lo que hace referencia a análisis higro-térmico de los cerramientos es muy insuficiente para evaluar el riesgo de aparición de patologías en los cerramientos.
  • El método de cálculo sugerido en el Documento de apoyo es también insuficiente para un análisis del comportamiento higro-térmico preciso (en ocasiones será “demasiado exigente” y en ocasiones “demasiado permisivo”).
  • Solo un análisis higro-térmico detallado y profundo en régimen dinámico permitirá evaluar bien el “potencial patológico” del diseño de los diferentes diseños de elementos constructivos y adaptarlos a las condiciones climáticas precisas de cada emplazamiento.

Nota del autor: de modo análogo a las herramientas informáticas unidimensionales existen herramientas bidimensionales (p.e. WUFI2D) que permite evaluar también el potencial “patológico” de los puntos singulares que puedan existir en el diseño de un edifico.

 

 

 

 

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