Aislamiento térmico interior de muros macizos ¡Ojo con la humedad!

Para el análisis de riesgos higrotérmicos, cada caso se tiene que estudiar en detalle, tomando en cuenta las condiciones climáticas exteriores (sobre todo la exposición del muro a la lluvia), la higrometría interior, las infiltraciones/exfiltraciones de aire, y el elemento constructivo en cuestión con sus materiales. Las soluciones variarán conforme los criterios de análisis y las prestaciones requeridas, por lo que los resultados del presente estudio no son directamente trasladables a climatologías y elementos constructivos distintos.

Introducción

La rehabilitación energética de un edificio existente cambia fundamentalmente la respuesta higrotérmica de los cerramientos. Es importante que la instalación de nuevos aislamientos térmicos y barreras de aire y/o vapor, no provoquen patologías por humedad, ya sean intersticiales o superficiales, moho o condensación.

El aislamiento interior de muros de ladrillo macizo, sin revoco, expuestos a la lluvia, es delicado, ya que el aislamiento reduce la temperatura de la cara interior del muro (aislándolo del calor interior del espacio habitable en invierno), provocando un aumento de la humedad relativa. Aunque varía según el tipo de muro, el acabado exterior, el tipo de aislamiento, las infiltraciones de aire, y la clase de higrometría interior, si la humedad relativa en la interfaz entre el muro existente y el aislamiento interior se mantiene por encima del 95 % durante periodos prolongados, se pueden crear condiciones para el crecimiento de moho [2]. Si la humedad relativa llega al 100 %, lógicamente, ocurre una condensación. Para una rehabilitación energética de altas prestaciones, hay que evitar ambas situaciones. Con altos niveles de humedad, la conductividad térmica de muchos tipos de aislamientos aumenta y éstos se pueden degradar. A la vez, el consumo de energía por calefacción aumenta y empeora el confort, generando patologías que dañan la estructura y ponen en riesgo la salud de los usuarios.

Aislando al interior de muros de ladrillo macizo

¿Por qué puede haber un aumento en el nivel de humedad en la cara interior del muro, cuando colocamos un aislamiento allí? Vemos un ejemplo de cálculo dinámico con la herramienta WUFI, conforme la EN 15026 [3], que permite un análisis numérico horario tomando en cuenta la variación de las propiedades higrotérmicas de los materiales debido a su contenido de agua y temperatura, su capacidad higroscópica, la succión por capilaridad y la transferencia de humedad en forma de líquido y/o vapor de agua. La precisión de la herramienta se ha documentado en los informes publicados en la web de WUFI, y también en el artículo “ISOBIO: Cálculo higrotérmico y validación de un panel aislante estructural con materiales de origen biológico”, que compara los resultados de simulación con WUFI con datos medidos, dentro del proyecto de investigación Europeo ISOBIO. Los resultados del presente estudio no se han validado con datos medidos. No obstante, nos pueden orientar en cuanto a la seguridad higrotérmica de determinadas soluciones.

Simulaciones

Analizamos un caso en concreto: un muro de ladrillo macizo, sin revoco, de 29 cm de espesor. De los 29 cm de ladrillo macizo, se asume que un 80 % es ladrillo y un 20 % mortero de cal. La sección unidimensional se ha dividido para reflejar esta proporción ladrillo-mortero, conforme los datos del gráfico que se ve a continuación, siguiendo la metodología de Little et al [4].

Se han iniciado las simulaciones con el contenido de agua inicial de cada material a una humedad relativa del 80 % y una temperatura de 20 ºC, realizando las simulaciones para 10 años, en el clima de Burgos. Los resultados presentados son para el año 10. La higrometría (temperatura y humedad) interior se ha calculado conforme el fichero climático exterior, para una carga de humedad media, mostrado en la siguiente figura.

Se ha modelado el muro con una orientación Norte, siendo la orientación más desfavorable (la que recibe más lluvia y menor cantidad de radiación solar), conforme el resumen de datos del fichero climático mostrado en la siguiente gráfica.

Las demás condiciones de contorno se muestran en la siguiente tabla:

Seguimos con las propiedades higrotérmicas básicas de los materiales:

Se analiza el año 10, empezando en octubre, mostrando la temperatura y humedad relativa en la cara interior. Se han realizado 14 simulaciones, mostradas a continuación:

Resultados

La próxima imagen muestra la humedad relativa y temperatura en la cara interior del muro, en su estado original. Lógicamente, el muro tiene grandes pérdidas energéticas al no contar con ningún aislamiento térmico, con un comportamiento térmico totalmente inadecuado para un edificio hoy en día. No obstante, se muestran los resultados para establecer el caso base.

Seguimos con otra imagen que muestra la humedad relativa y temperatura en el mismo punto, con 5 cm de aislamiento exterior.

La próxima gráfica muestra la humedad relativa y temperatura en la cara interior del muro con 5 cm de aislamiento al interior.

La siguiente ilustración muestra los resultados con 10 cm de aislamiento al interior. En enero la temperatura mínima en la cara interior del muro baja a 0,4 ºC y la humedad relativa sube a 97 % y se mantiene allí desde el mes de diciembre hasta julio.

Y ahora, se muestran los resultados con 15 cm de aislamiento al interior. 

Soluciones

Existen varias soluciones para remediar esta situación. Se comparan dos alternativas, descritas a continuación:

1. Una lámina barrera de vapor con una resistencia a la difusión de vapor de agua sd = 20m, instalada en la cara caliente del aislamiento (entre aislamiento y placa de cartón yeso).
2. Una impregnación hidrorepelente incolora, a base de compuestos siloxánicos, aplicado a la cara exterior del ladrillo macizo (Figura 12), que reduce la cantidad de agua de la lluvia que penetra en el ladrillo, sin aumentar su resistencia al vapor de agua. Se ha modelado la impregnación con un coeficiente de absorción de agua de 0,00043 kg/m²√s, aplicado a una capa de 1cm en la cara exterior del ladrillo.

Se analiza cada solución individualmente y luego en combinación. Los resultados con la barrera de vapor se ven en las figuras a continuación.

Los resultados con impregnación hidrorepelente en la cara exterior del ladrillo se ven en las figuras mostradas a continuación.

Los resultados con la barrera de vapor e impregnación hidrorepelente en la cara exterior del ladrillo se ven en las figuras a continuación.

En el próximo vídeo podemos observar la transferencia de calor y humedad en el muro con 15 cm de aislamiento interior, en el mes de enero.

Finalmente, la próxima tabla muestra el resumen de los resultados de la humedad relativa en el año 10 (mínima, promedia, y máxima) en la cara interior del muro, para cada variante.

Discusión y conclusiones

Para el caso estudiado, de un muro de ladrillo macizo en el clima de Burgos con una carga media de humedad interior, los resultados de las 3 variantes con aislamiento térmico interior (sin impregnación hidrorepelente y/o barrera de vapor) indican que la humedad relativa en la cara interior del muro llega a niveles cada vez más altos conforme se aumente el espesor del aislamiento de 5cm a 15cm, creando condiciones potencialmente peligrosas para el crecimiento de moho.

Los resultados de los 3 casos con barrera de vapor, indican que la humedad relativa en la cara interior del muro se mantiene a un 99 % durante todo el año, empeorando la situación anterior. Aunque la barrera de vapor impide que la humedad generada al interior del edificio traspase el aislamiento y llega a la cara interior del muro, también impide que el muro se sece hacia el interior, mientras que la humedad que llega desde el exterior (tanto en forma líquida como en forma de vapor) se mantiene igual.

Los resultados de los 3 casos con la impregnación hidrorepelente aplicada a la cara exterior del ladrillo, indican que esta solución mejora las condiciones higrotérmicas en la cara interior del muro, ya la impregnación reduce la cantidad de agua de la lluvia que penetra en el ladrillo a continua hacia el interior. No obstante, con 10cm y 15 cm de aislamiento, la humedad relativa se mantiene en el 97 % durante 3 y 4 meses respectivamente.

Finalmente, los resultados de los 3 casos en donde se combina la impregnación hidrorepelente exterior con la barrera de vapor interior, indican que la humedad relativa en la cara interior de muro se mantiene < 75 %, aún con 15cm de aislamiento térmico. La impregnación hidrorepelente reduce la humedad que entra en el muro desde el exterior, y la barrera de vapor impide que la humedad generada al interior del edificio llegue a la cara interior del muro. De las variantes estudiadas, es la solución más segura en términos higrotérmicos.

Habrá que comprobar la robustez de esta solución, realizando otras simulaciones introduciendo el efecto de infiltraciones de agua y aire en diferentes puntos del muro, analizando (además de la temperatura y humedad relativa en la cara interior del muro) el contenido de agua de los materiales.

A efectos prácticos, sería importante asegurar que el efecto de la impregnación hidrorepelente sea durable, volviéndose a aplicar periódicamente conforme las indicaciones del fabricante. También, aún que esté fuera del alcance de este estudio, sería importante comprobar que el espesor de aislamiento interior no tenga el efecto de reducir la temperatura de la cara exterior del ladrillo en invierno a tal grado que provoque daños al ladrillo por los ciclos de congelación y descongelación.

Finalmente, es importante subrayar que los resultados del presente estudio no son directamente trasladables a otras climatologías y condiciones higrométricas interiores, o otros elementos constructivos y materiales. Si tienes dudas, consulta con un técnico. En el caso de la rehabilitación de muros de ladrillo macizo con aislamiento interior, se recomienda siempre realizar una medición in-situ para determinar el coeficiente de transporte líquido, ya que el comportamiento higrotérmico de ladrillos históricos es muy variable.

Este artículo ha sido editado y ampliado desde su primera publicación. El autor agradece las aportaciones al Comité Técnico de Afelma. 

Referencias

[1] WUFI, o Wärme Und Feuchte Instationär, programa de cálculo higrotérmico dinámico para el análisis de transferencia de calor y humedad en elementos constructivos, desarrollado por el Fraunhofer Institut, Alemania.

[2] WTA, 2009. Innendämmung nach WTA I: Planungsleitfaden / Inside insulation according to WTA I: Planary guide / Isolation thermique par l’intérieur selon WTA I: guide de planification. (WTA Merkblatt, 6-4).

[3] UNE-EN 15026:2007. Comportamiento higrotérmico de componentes de edificios y elementos constructivos. Evaluación de la transferencia de humedad mediante simulación numérica

[4] Joseph Little, Carolina Ferraro & Beñat Arregi 2015, “Assessing risks in insulation retrofits using hygrothermal software tools. Heat and moisture transport in internally insulated stone walls.” Historic Environment Scotland Technical Paper 15, Second Edition, 2015, Edinburgh, Scotland.