Estudio del comportamiento evaporativo de los edificios del patrimonio histórico mediante sistemas de monitorización higrotérmica

Resumen

Los edificios históricos se encuentran en equilibrio con el microclima que los rodea. Los materiales constructivos tradicionales que los conforman se caracterizan por ser porosos y carecen de sistemas de impermeabilización. Esto hace que, en contacto con el agua, se produzca un flujo de succión-evaporación a través de los muros. El agua evaporada pasa al ambiente interior, dónde la efectividad de la ventilación natural determina la capacidad de disipación de este vapor de agua al exterior. La acción combinada de succión-evaporación y disipación, se puede agrupar bajo la definición de comportamiento evaporativo del edificio. Para estudiar este fenómeno es necesario conocer todos los factores que lo determinan: materiales, climáticos y morfológicos. Estos parámetros intervienen de manera combinada en el comportamiento evaporativo del edificio, por lo que no se deben estudiar de manera independiente. Caracterizar el comportamiento evaporativo de un edificio histórico asegura un conocimiento preciso de las fluctuaciones higrotérmicas que se producen de manera natural tanto en el ambiente como a través de su envolvente. Esto resulta esencial para la conservación preventiva de este tipo de construcciones. Se han empleado frecuentemente los cálculos de succión-evaporación en muros para evaluar la afección de lesiones por humedad. Pero, acoplando el cálculo de la disipación de la humedad al ambiente se puede evaluar con precisión la eficacia de técnicas pasivas de ventilación natural que ayudaría así a prevenir las lesiones. El control eficiente de la ventilación natural previene este tipo de daños, si se consigue mantener el edificio en un estado de equilibrio dinámico adecuado. También la precisión en el cálculo de la ventilación natural es útil para el control ambiental en cuanto a la conservación de los bienes muebles y el confort térmico. Por tanto, teniendo en cuenta tanto el ambiente como la envolvente se puede obtener un cálculo más preciso de las condiciones higrotérmicas del interior que sea beneficioso tanto para los ocupantes, los bienes muebles y el propio edificio, que si sólo se monitorizan y registran las variables de ambiente. Otra de las capacidades del cálculo del comportamiento evaporativo es poder prever cómo los cambios climáticos afectan al edificio. Esto resulta fundamental para la conservación de su integridad material. Para el desarrollo de esta tesis, primero se ha llevado a cabo una revisión de las diferentes investigaciones existentes en cuanto al estudio del agua en relación con los parámetros climáticos y materiales de los edificios históricos. Estos trabajos se han agrupado en tres ramas: estudio del comportamiento del agua en los materiales y sistemas constructivos tradicionales, monitorización higrotérmica de los edificios históricos y, por último, simulaciones por ordenador realizadas en este tipo de edificios. Cada una de estas tres líneas ofrece un conocimiento muy amplio en su especialidad, pero se ha detectado que los trabajos que combinen las tres perspectivas y además aborden el estudio conjunto de variables materiales, morfológicas y ambientales sobre el edificio histórico son un número reducido del global. En el estudio de los antecedentes también se ha detectado que no existe un sistema unitario de acercamiento al estudio del edificio, ya que depende de cada una de las disciplinas científicas ynde los objetivos específicos con que se está estudiando. Dado que en arquitectura se estudia el edificio desde una perspectiva holística, se propone un método que combine las distintas herramientas (caracterización de materiales, monitorización higrotérmica y simulación por ordenador) que permitan obtener todos los parámetros (materiales, climáticos y morfológicos) para realizar los cálculos. De esta manera, se obtiene el conocimiento completo del comportamiento evaporativo del edificio. Para ello se han empleado: sistemas de monitorización higrotérmica, ensayos de caracterización de materiales y simulación por ordenador. El método empleado se basa en un sistema de trabajo organizado en fases que se interconectan entre sí. Se ha buscado que sea aplicable a casos prácticos, bajo condiciones reales del edificio y útil para el análisis de este tipo de construcciones, apoyándose siempre en los antecedentes de investigación existentes. Para la monitorización higrotérmica in-situ, se diseñó un protocolo estandarizado de colocación de aparatos. Los datos obtenidos aseguran el conocimiento del microclima exterior y el ambiente interior, y se emplean para realizar la simulación del edificio en condiciones de contorno reales. De los ensayos de laboratorio se obtienen los datos necesarios sobre los materiales para la simulación por ordenador. El cálculo computacional que se ha empleado combina: la simulación del movimiento del aire interior-exterior (CFD) con el cálculo de transferencia de temperatura y humedad a través de los muros. Para validar el método propuesto se ha puesto en práctica en tres diferentes casos de estudio: la Iglesia de Santiago de Peñalba (León), el Monasterio de Santa María de Conxo (Santiago de Compostela) y la ermita del Humilladero (Ávila). Todos los edificios estudiados presentan un conjunto de características comunes esenciales: edificios muy masivos, con grandes espesores de muro, pocos huecos, construidos en piedra, con su cimentación en contacto directo con el terreno, sin ningún tipo de impermeabilización y sin sistemas de calefacción. Esta tipología es común en la mayoría de edificios históricos como iglesias, monasterios, castillos o catedrales. Al mismo tiempo, cada edificio presenta ciertas particularidades, lo que ha permitido hacer algunas diferenciaciones en el método y observar cómo los resultados de comportamiento evaporativo cambian a condición de las particularidades de cada caso, por lo que éstas se han tenido en cuenta, adaptando el sistema de trabajo a cada caso particular. En este trabajo se detallan los cálculos realizados en los tres casos de estudio y se demuestra la utilidad del método. Además, se explican las dificultades que se han ido encontrado durante el desarrollo del trabajo en cada edificio. Algunas de estas dificultades son, sin duda, futuras líneas de investigación abiertas en relación directa con la investigación aquí presentada. Por otra parte, se discuten los resultados de los tres edificios, comentando las particularidades de cada caso y las tendencias comunes entre los tres edificios. El registro de estas tendencias que se pueden repetir en diferentes casos de estudio pueden resultar de utilidad a la hora de emprender nuevos trabajos en otros edificios.