Inèrcia Tèrmica i Confort: Guia d'Aïllament i Humitat

Inèrcia tèrmica

Fins ara hem comentat una particularitat dels tancaments dels edificis (parets exteriors i cobertes): el seu aïllament. Però des del punt de vista tèrmic, hi ha una altra característica, gairebé tan important, que també hem de tenir en compte: la seva inèrcia tèrmica.

Com el seu nom indica, la inèrcia tèrmica fa referència a la capacitat d'un element de mantenir la seva temperatura constant o, dit a l'inrevés, a la resistència que presenta un element a canviar de temperatura.

La inèrcia tèrmica d'un cos depèn de dos factors: del tipus de material del qual està fet i del seu pes (és a dir, de la qualitat i de la quantitat d'aquest material).

La propietat del material que té a veure amb aquest fenomen s'anomena calor específica i és un valor gairebé constant en els sòlids. Per això, en els edificis, la inèrcia tèrmica dels tancaments només varia en funció del seu pes, i és gairebé inapreciable entre dos elements que pesin igual i siguin de material diferent. Ara bé, hi ha un cas ben particular: l'aigua. Aquest líquid té una calor específica de l'ordre de tres a quatre vegades més gran que la dels sòlids emprats normalment en la construcció. És cert que l'aigua, per si sola, no és un material que configuri elements de construcció, però en forma d'humitat està present en molts d'ells: parets, sostres, elements de fusta, etc. Per tant, com més humit està un element, més inèrcia tèrmica té.

Com valorar la inèrcia tèrmica?

És bo que els edificis tinguin una inèrcia tèrmica elevada?

La resposta no és sempre la mateixa. En general, podem dir que si un edifici està fet de tancaments amb gran inèrcia tèrmica (als quals els costa canviar de temperatura), al seu interior també li costarà canviar de temperatura per culpa de canvis exteriors, ja que aquest interior no s'assabentarà dels canvis exteriors fins que els tancaments hagin canviat de temperatura, i això, ja hem dit, que és dificultós.

Contràriament, si els tancaments tenen poca inèrcia tèrmica, quan la temperatura exterior canviï, també canviaran ells de temperatura i l'interior de l'edifici notarà ràpidament el canvi de l'exterior.

En aquest sentit, un edifici d'ús continuat (un hospital, per exemple) agrairà tenir uns tancaments amb gran inèrcia tèrmica, ja que la temperatura interior ideal és sempre la mateixa, encara que a l'exterior hi hagi canvis tan grans com els que es produeixen durant la nit i el dia.

Un cas completament contrari és l'edifici d'ús esporàdic. Imaginem una masia antiga, de parets de pedra gruixudes, amb una gran inèrcia tèrmica, que només s'utilitza un cap de setmana al mes. Quan hi arribem, la temperatura de les parets és similar a la temperatura mitjana de l'exterior, ja que els costa canviar de temperatura, encara que la temperatura exterior canviï.

Si hi arribem a l'hivern, les parets estaran fredes, i encara que posem ràpidament la calefacció i escalfem l'aire de l'interior, les parets seguiran fredes molt de temps fins que arribin a un punt intermedi entre les temperatures interior i exterior. Això vol dir que durant molt de temps (de vegades més d'un dia) tindrem una sensació de fred desagradable quan ens acostem a aquestes parets, encara que la temperatura de l'aire interior sigui l'adequada. En aquest cas, ens hauria anat millor una edificació amb poca inèrcia tèrmica, ja que es posaria en règim de seguida. Seria el cas d'una caravana de càmping, per exemple, amb un pes molt lleuger.

Inèrcia tèrmica vs. aïllament tèrmic

La inèrcia tèrmica no s'ha de confondre mai amb l'aïllament tèrmic. Són dues característiques dels tancaments que es complementen l'una a l'altra. La inèrcia va lligada amb els canvis de temperatura; l'aïllament, amb el flux de calor al llarg del temps.

Per exemple, si baixa la temperatura exterior, en un primer moment, una inèrcia gran té un comportament molt semblant a un aïllament alt. Però quan ja s'ha arribat a la temperatura de règim, el que realment compta és l'aïllament a l'hora d'evitar el pas de la calor i estalviar energia, mentre que la inèrcia serveix per amortir els canvis ràpids de temperatura.

La inèrcia tèrmica de l'interior

Un cas particular és la inèrcia tèrmica de l'interior. Tots els objectes i parts de l'edifici que hi ha a l'interior (envans, sostres entre pisos, mobles, etc.) també tenen una inèrcia tèrmica. Així, si en un edifici hi entra el sol i escalfa l'interior, quan vingui la nit aquesta calor emmagatzemada servirà per mantenir la temperatura interior a un nivell superior que si es tractés d'un edifici buit, tal com passaria en un poliesportiu, per exemple.

En aquest sentit, de vegades es construeixen capes de grava subterrànies per on es fa circular l'aire, de manera que es recuperi la calor o la frescor d'aquesta capa emmagatzemada en un temps anterior.

Confort higrotèrmic

El diccionari ens diu que confort és el següent:

confort m. Absència de tot allò que pot constituir una molèstia o una incomoditat material; disposició de les coses adreçada a fornir un major benestar físic. Viure en un gran confort. El confort dels trens moderns. Hotel amb tot el confort.

Des del punt de vista més tècnic, podem afinar més. El benestar físic és apreciat per les persones a través dels sentits corporals: tacte, vista, oïda, olfacte i gust. D'aquests cinc sentits, només el gust no intervé en el confort que pot donar l'arquitectura. La vista, l'oïda i l'olfacte són fàcils de relacionar amb el confort: paisatges idíl·lics, soroll d'ocellets, olors de flors, etc. Però, què passa amb el tacte? Estem pensant a tocar les parets?

No, òbviament no. El tacte no es manifesta només amb les mans. El tacte és un sentit que es desenvolupa a través de totes les terminacions nervioses que hi ha a la pell, sigui a les mans, a la cara, als peus o a qualsevol altre punt.

I què noten aquestes terminacions nervioses? Pressió (textura), calor, fred, vent, radiació, humitat, etc.

Doncs bé, hi ha un tipus de confort que relaciona directament la calor i la humitat.

Quan estem asseguts a la terrassa d'un bar, a la fresca d'una nit d'estiu, i diem "Que bé que s'està aquí!", estem traduint en paraules una sensació de confort que ve definida, principalment, per aquests paràmetres:

• Temperatura adequada: en funció de la roba que portem, oscil·la entre els 20 i 25 °C aproximadament.
• Radiació agradable: solar, estufa, etc.
• Humitat adequada: ni massa alta, que provoca xafogor, ni massa baixa, que resseca les mucoses (nas, ulls, boca...).
• Moviment suau de l'aire: si hi ha massa corrent, a part de problemes de moviment de les coses, augmenta la sensació de frescor.

Aquesta combinació de factors relacionats amb la calor i la humitat de l'aire (i el seu moviment) creen un tipus de confort que anomenarem confort higrotèrmic.

En aquest tema estudiarem aquest tipus de confort i la forma en què els edificis col·laboren a preservar-lo o afavorir-lo. Veurem també que els mateixos edificis són afectats per la calor, la humitat i l'aigua. Els edificis no es queixen, però si les condicions que els envolten són desfavorables, acaben patint deformacions, ruptures, degradació, etc., és a dir, es veuen afectats en la seva durabilitat i, de retruc, també en surten afectats els usuaris.

Calor i temperatura

Els termes de calor i temperatura són utilitzats sovint en el vocabulari habitual de la gent. No obstant això, no sempre està clar quina és la veritable definició d'aquests mots i quina és la seva relació. Des del punt de vista científic, cal aclarir aquests significats per poder desenvolupar aquest tema.

Vegem què en diu el diccionari:

calor f. Manifestació de l'energia interna d'un sistema que es mesura per mitjà de la temperatura. Calor despresa en cremar-se un cos, condensar-se un vapor. Calor absorbida en fondre's un cos, en evaporar-se un líquid. Transmissió de la calor.

Sensació que experimenta el cos animal quan rep calor de l'exterior o quan augmenta la seva temperatura interior a causa d'un estat febril (oposat a fred). Tenir, sentir, calor. Les calors de l'estiu. Corrent he agafat calor.

Fixeu-vos com hi ha dues definicions, la primera més científica i la segona més col·loquial. A més a més, hi ha una altra distinció que apreciem en la definició següent:

fred m. (o f.) Sensació produïda per la pèrdua de calor. Tenir fred. Sentir fred.

El fred només té l'accepció de sensació; físicament no té cap significat, és senzillament la manca de calor.

Vegem també la definició de temperatura:

temperatura f. Magnitud termodinàmica que indica el grau de calor d'un cos mesurant-ne l'energia tèrmica en relació amb la d'un altre. Una temperatura alta, baixa. Una temperatura de 20 °C. La temperatura normal del cos humà.

Per tant, la calor és energia i es mesura en unitats d'energia (Joules, kWh, calories, etc.), mentre que la temperatura és una magnitud de comparació i es mesura en graus (absoluts o Kelvin, centígrads, Fahrenheit...). Els valors de temperatura oscil·len entre els 0 K (-273 °C) i l'infinit. El valor mínim absolut (0 K) fa referència a un cos els àtoms del qual no vibren en absolut. A mesura que augmenta l'estat de vibració, augmenta l'energia del cos i la seva temperatura mentre va canviant d'estat: sòlid, líquid, gas, plasma...

D'altra banda, les temperatures ambientals en les quals es mou l'home i la seva arquitectura es mouen en un rang aproximat de -50 °C a 50 °C.

El símil hidràulic

De vegades, és útil fer servir un símil per explicar un determinat fenomen. En aquest tema utilitzarem el símil hidràulic per explicar conceptes relacionats amb la calor. Imaginem que un cos és un dipòsit d'aigua. La quantitat d'aigua del dipòsit seria la calor del cos (la quantitat d'energia), mentre que el nivell de l'aigua seria la temperatura.

Aquest símil ens servirà, entre altres coses, per poder estudiar la transmissió de la calor entre els cossos.

Transmissió de la calor

Quan dos cossos tenen diferent temperatura, el que té més temperatura cedeix calor al que en té menys. D'aquesta forma, la temperatura del primer baixa, la del segon puja i s'equilibren al cap d'un cert temps. Aquest fenomen és ben evident en el símil hidràulic: el dipòsit que té el nivell més alt cedeix aigua al que té el nivell més baix fins que els nivells s'igualen. Fixem-nos que el dipòsit que cedeix aigua pot ser el que en té menys i el dipòsit que rep aigua, el que en té més.

Hi ha tres formes de transmetre la calor d'un cos a un altre:

• Radiació
• Conducció
• Convecció

Aquestes tres maneres les trobem en l'arquitectura i en l'estudi del confort dels usuaris d'aquesta arquitectura.

Radiació

radiació f. Emissió i transferència d'energia en forma d'ones electromagnètiques o partícules.

És la forma que té el sol d'escalfar la Terra. La calor de la nostra estrella es transmet al planeta a través de l'espai, sense necessitat de cap material intermedi, és a dir, es transmet en el buit. Aquestes ones electromagnètiques que emet el sol tenen freqüències diverses (espectre de freqüències). N'hi ha que són visibles (els colors), n'hi ha d'infraroges (per sota de l'espectre visible) que aporten gran quantitat de calor, i n'hi ha d'ultraviolades (per sobre de l'espectre visible) que aporten menys calor però que tenen gran importància en la degradació dels cossos, tant dels vius com dels materials.

Com més alta és la temperatura del cos, més gran és la quantitat d'energia emesa i més altes les freqüències d'aquestes ones, i viceversa.

La radiació infraroja, la que aporta més calor, travessa alguns materials (molt semblantment a com ho fa la radiació visible), com és el cas del vidre, però no travessa la majoria de materials opacs.

Aquesta és la forma en què ens escalfa una llar de foc quan seiem al seu davant.

Conducció

conducció f. (conducció tèrmica) Transmissió de la calor d'un punt a un altre d'una substància sense transport de matèria.

Quan dos cossos o dues substàncies (aire, aigua, sòlids...) estan en contacte, s'origina una transferència de calor del que té més temperatura al que en té menys. La rapidesa de la transferència de calor depèn de tres factors:

• La superfície de contacte: com més gran, més transferència de calor.
• La diferència de temperatura entre els dos elements: com més diferència, més rapidesa en la transmissió de la calor.
• El tipus de material: la propietat dels materials que determina aquesta rapidesa de transferència de calor s'anomena conductivitat tèrmica i el seu contrari, resistivitat tèrmica. De fet, però, en arquitectura parlem d'aïllament tèrmic i de materials aïllants tèrmics (alta resistivitat tèrmica).

La bossa d'aigua calenta als peus en un llit fred, o l'estoreta elèctrica que es posa la gent als ronyons quan té lumbàlgia, són exemples de transmissió de calor per conducció. En canvi, un bon anorac és un exemple d'un bon aïllament tèrmic.

Convecció

convecció f. Transport d'energia calorífica d'uns punts a uns altres d'un fluid per efecte del moviment d'aquest a causa de les diferències de densitat combinades amb l'acció de la gravetat.

Els corrents marins dels oceans o els moviments atmosfèrics són exemples visibles de la convecció, però en la majoria de locals amb calefacció s'estableixen corrents d'aire provocats per la convecció, de forma que s'uniformitza al màxim la temperatura de l'aire del local.

Aïllament tèrmic

Ja hem vist que en posar en contacte dos cossos o dos materials amb temperatures diferents s'estableix un flux de calor del cos amb més temperatura al cos amb menys. Hem vist també que el valor d'aquest flux depèn, entre altres coses, d'una propietat dels materials implicats que anomenem resistivitat tèrmica.

En arquitectura, els materials que tenen una alta resistivitat tèrmica s'anomenen aïllants tèrmics i s'utilitzen principalment per evitar la transmissió de calor per conducció.

Un dels materials amb més capacitat aïllant és l'aire. Hi ha un problema, però, i és que si l'aire es pot moure lliurement, per convecció facilita la transferència de calor i ja no es comporta com un bon aïllament tèrmic.

És per això que la gran majoria de materials aïllants tèrmics ho són pel fet de tenir gran quantitat d'aire al seu interior, sense que aquest aire es pugui moure, bé perquè està dins de petites cel·les (plàstics escumats, suro) o bé perquè està entre fibres (llana natural, llana mineral, fibra de vidre).

Podem concloure, també, que la majoria d'aïllants tèrmics tenen una densitat petita, moltes vegades inferior als 30 kg/m³, enfront de valors molt més grans com el del formigó (2500 kg/m³), l'acer (7850 kg/m³), una paret de maons (1500 kg/m³), etc. En general, com menys pesa un material, més bon aïllant és.

Un cas particular és el del vidre amb cambra d'aire, també anomenat doble vidre o, de vegades, usant un nom comercial, Climalit®. En aquest cas, la cambra d'aire entre els dos vidres no ha de ser massa gruixuda, ja que si fos així s'afavoriria la convecció entre els dos vidres i baixaria l'aïllament.

Un altre error conceptual típic consisteix a pensar que només hi ha dues possibilitats: que l'edifici tingui aïllament tèrmic o que no en tingui, és a dir, que estigui aïllat o que no ho estigui.

Això no és així. El valor real de l'aïllament tèrmic és proporcional al gruix del material aïllant. Per tant, un edifici amb aïllament tèrmic pot estar insuficientment aïllat.

És més, qualsevol edifici està aïllat, ja que tots els materials tenen resistivitat tèrmica i, si col·loquem prou gruix, l'aïllament total pot ser correcte. Aquest seria el cas d'una paret de pedra de 2 m de gruix, com és el cas d'edificis antics: castells, monestirs, etc.

Materials aïllants tèrmics

En la construcció actual utilitzem diversos materials aïllants tèrmics. Els més comuns són:

• Suro: un cop triturat, s'utilitza directament en forma granular per omplir espais o cambres, o bé és aglomerat i servit en forma de plafons de diversos gruixos.
• Plàstics escumats: són plàstics (resines sintètiques) als quals, en el procés de fabricació, se'ls ha incorporat aire mitjançant una forta expansió.
  • Poliestirè expandit: de color blanc, format per petites boletes de poliestirè que han augmentat de volum (igual que les crispetes que mengem).
  • Poliestirè extrudit: de diversos colors (verd, groc, rosa, gris, etc.) per raons comercials, de gran resistència mecànica i totalment hidròfug.
  • Poliuretà escumat: en forma de plafons o escumat in situ, de color groc.
• Fibres minerals:
  • Mantes de fibra de vidre o llana mineral.
  • Plafons rígids de fibra de vidre.
• Vidre escumat
• Argila expandida (Arlita®): en forma de petites boles soltes per omplir espais o barrejar amb el formigó.
• Silicats expandits (Perlita® i Vermiculita®)

Dilatacions

Els canvis de temperatura dels materials i elements de construcció, exactament igual com passa amb qualsevol altre material, comporten un canvi en el volum de l'element. Si augmenta la temperatura, l'element es dilata, mentre que si baixa la temperatura, l'element es contrau. El valor dL d'aquesta dilatació i contracció és directament proporcional a:

• dT: increment/decrement de la temperatura.
• L: dimensions de l'element.
• α: una característica pròpia del material que forma l'element, anomenada coeficient de dilatació tèrmica del material.

Així tenim que: dL = L · dT · α

Aquests canvis de dimensions en els edificis i en les seves parts són molt importants i cal tenir-los en compte. Si un edifici es dilata, augmenta de volum i empeny el que té al costat. Però aquest altre edifici segurament també s'ha dilatat i empeny el primer. Al final, si tots dos s'empenyen mútuament, cap d'ells es pot dilatar i l'edifici queda comprimit i pot trencar-se si aquesta compressió és massa gran.

El cas contrari encara és més interessant. Si un edifici es refreda i es vol contraure (a l'hivern), i és molt llarg, la seva connexió a terra, a través dels fonaments, impedeix que l'edifici es pugui contraure, ja que els fonaments no es mouen de lloc. Com que no es pot contraure, l'edifici queda traccionat. Generalment, la majoria dels elements de construcció no suporten bé les traccions i al final es trenquen, creant una fissura o una esquerda.

Juntes de dilatació

Si no es pren cap mesura, aquestes fissures o esquerdes surten a qualsevol lloc, donant una aparença desagradable i, el que és encara més important, creant obertures per on pot penetrar l'aire, la humitat o l'aigua de pluja. És per això que es construeixen les juntes de dilatació. Es tracta de crear una esquerda artificial prou ampla (i recta, per motius estètics principalment) que permeti el moviment de l'edifici, tant de dilatació com de contracció, sense generar cap esforç de compressió o de tracció. Òbviament, cal segellar aquestes juntes de dilatació perquè no hi entri l'aigua i l'aire, però cal fer-ho amb un material que sigui fàcilment deformable i estanc, com la silicona, el poliuretà elàstic, els polisulfurs, etc.

Les juntes de dilatació a les façanes i parets solen ser sempre verticals, ja que normalment els edificis, o les seves parts, es poden deformar verticalment sense cap impediment i, per tant, no cal cap junta de dilatació horitzontal. En canvi, en els sostres, si n'hi ha, per força seran horitzontals.

La separació entre juntes de dilatació depèn d'aquells factors que hem comentat abans: del material (el seu coeficient de dilatació) i dels canvis de temperatura. En aquest sentit, cal tenir en compte que la temperatura d'un element de construcció no és la mateixa que la de l'aire que l'envolta (la temperatura ambient), sinó que depèn en gran manera de la radiació solar directa i del color i textura del material. En un dia d'estiu molt calorós, amb una temperatura ambient de més de 40 °C, una coberta de pissarra de color negre, orientada a sud, pot arribar gairebé als 90 °C.

En edificis de formigó armat, la separació de les juntes verticals que afecten tot l'edifici (l'estructura) està al voltant dels 30 als 50 m, segons el clima. En canvi, en una façana de maons anem al voltant dels 9 o 10 m, i en una coberta plana (terrat) no hauríem de passar dels 6 o 7 m.

Aigua i humitat

L'aigua en la construcció

L'aigua és un element que s'utilitza en la construcció de molts edificis, la majoria dels que trobem en el nostre entorn mediterrani. De fet, aquest tipus de construcció s'anomena construcció humida per aquesta raó. L'aigua s'utilitza per barrejar-la amb els conglomerants i fer pastes, morters i formigó. Aquesta aigua reacciona químicament amb els conglomerants i, la que sobra, s'evapora.

Al llarg de la vida de l'edifici, tant en els de construcció seca com en els de construcció humida, l'aigua torna a aparèixer moltes vegades, i generalment de forma negativa, és a dir, donant problemes:

• El ferro i l'acer es rovellen i es corroeixen.
• L'aïllament tèrmic disminueix.
• La fusta es podreix.
• Apareixen taques (canvi de color o existència de fongs).

És per això que cal estudiar quina és la relació de l'aigua amb els edificis al llarg de la seva vida, i quines són les formes de protegir-los.

Hi ha diferents formes de presència o accés de l'aigua als edificis:

• Líquida:
  • Precipitacions: pluja, neu, pedra i calamarsa.
  • Capil·laritat: terra, lateral (soterrani).
  • Condensació: interior, exterior (rosada i gebre).
• Gas:
  • Vapor (difusió).

De totes elles caldrà protegir-nos si no volem que el nostre edifici pugui sofrir algun tipus d'agressió.

La humitat: absoluta i relativa

Així com per mesurar la calor utilitzem una magnitud anomenada temperatura, per mesurar la quantitat d'aigua (vapor) que hi ha en un lloc utilitzem la magnitud anomenada humitat.

Distingim dos tipus d'humitat: la humitat absoluta i la humitat relativa.

La humitat absoluta mesura la quantitat total, absoluta, d'aigua o vapor que hi ha en un lloc. Si es tractés d'una ampolla o un dipòsit, aquesta magnitud tindria un gran interès. Per exemple, una ampolla d'un litre, un dipòsit de 40.000 litres. En un edifici, però, no té massa utilitat. Dir que la humitat absoluta de les parets d'una casa és de 200 litres no ens dona gaire informació sobre si la casa està humida o no. El mateix podríem dir del vapor. Que en una habitació hi hagi 400 g d'aigua en forma de vapor tampoc no ens diu gaire cosa.

És evident que aquests valors, però, són importants per a certs càlculs tècnics, però hi ha una altra magnitud que ens és molt més útil: la humitat relativa. Tal com el seu nom indica, es tracta d'un valor de relació, no d'un valor absolut. La unitat habitual de mesura és el percentatge.

Quan diem que en una habitació l'aire està al 50% d'humitat relativa, o que un tauló de fusta té el 20% d'humitat relativa, estem assumint que:

• Hi ha una capacitat màxima d'aigua o vapor que pot existir en el contenidor que estem estudiant: aire, fusta, etc.
• En els sòlids, aquesta capacitat màxima és el conjunt de porus oberts i connectats que hi ha al seu interior, i que poden ser susceptibles de ser ocupats per l'aigua.
• En l'aire, que és una mescla de gasos (nitrogen i oxigen, principalment), la capacitat màxima de vapor d'aigua depèn de la temperatura d'aquest aire. No és com en els sòlids, on la capacitat màxima és pràcticament invariable, sinó que, a través de les relacions moleculars dels gasos, a partir d'una certa quantitat, l'aire no admet més vapor d'aigua.
• El valor de la humitat relativa és precisament la proporció entre la quantitat d'aigua o vapor existent i la capacitat màxima del contenidor.

Impermeabilitat

Impermeable és la qualitat dels elements que no permeten el pas d'un fluid a través seu. En els edificis, si no especifiquem res més, anomenem impermeables aquells elements que no permeten el pas de l'aigua a través seu. (No parlem del pas del vapor d'aigua. Aquest és un tema que tractarem posteriorment).

En la construcció dels edificis, hi ha certes parts que estan en contacte directe, de forma habitual, amb l'aigua, en qualsevol de les formes que hem comentat:

• Exteriors:
  • Coberta (pluja, neu, calamarsa, rosada, gebre, etc.).
  • Façanes (pluja, rarament els altres).
  • Contacte amb el terreny: terra de la planta baixa o de l'últim soterrani, parets dels soterranis (humitat per capil·laritat).

Si el soterrani penetra sota el nivell freàtic, el problema és molt més complicat, ja que no només hem d'impedir l'entrada de l'aigua, sinó que hem de suportar la pressió hidrostàtica d'aquesta aigua, per la qual cosa construir sota el nivell freàtic és quelcom poc desitjable i només aconsellable en situacions molt particulars.

• Interiors:
  • Parets, sostre i terra de la cuina i els banys i altres locals humits (piscines, vestidors esportius, etc.).

La impermeabilitat en els edificis

Per donar la propietat d'impermeable a aquests elements, podem fer-ho de dues formes:

1. Utilitzant materials de construcció normals que ja tenen la propietat de ser impermeables: vidre, xapes metàl·liques, etc.
2. Afegint una capa (de gruix prim, ja que no té cap altra missió) de material impermeable per sobre de l'element construït que no sigui impermeable. És el que sovint s'anomena una làmina impermeable.

Un cas molt particular i important de capa impermeable és la cambra d'aire vertical. Quan en el conjunt d'un element vertical (una façana, per exemple) hi ha una cambra d'aire vertical, el pas de l'aigua en forma líquida queda impedit per la mateixa gravetat. És un recurs senzill i barat al qual es recorre moltes vegades, tant en la construcció tradicional com en la més actual (façanes ventilades).

Làmines impermeables

Les capes impermeables, d'una forma o altra, han existit pràcticament sempre. En construccions tan tradicionals com la tàpia, que utilitza la terra del lloc per fer edificis, trobem capes de recobriment exterior amb materials "més bons", a base de calç, que donen una impermeabilitat a les parets que no tindrien per si soles. Aquesta impermeabilitat és important no només per evitar que l'aigua passi a l'interior, sinó per la mateixa estructura de la tàpia, que s'arribaria a desfer i caure si estigués massa humida.

No obstant això, ha estat el segle XX el que ha vist aparèixer la làmina impermeable per excel·lència.

Tipus de làmines impermeables

• In situ:
  • Pintures i imprimacions: polimèriques, asfàltiques, etc.
  • Morters: de ciment, amb additius hidrofugants, etc.
• Prefabricades:
  • Làmines asfàltiques i asfàltiques-polimèriques.
  • Làmines polimèriques (butíliques, PVC, PE, etc.).

Interrelació entre humitat i temperatura

Fins ara hem estudiat la humitat i la temperatura com a dos factors que afecten les persones i els edificis, però de forma separada. No obstant això, i a pesar que cadascun d'aquests factors té propietats inherents que no depenen de res més, no és menys cert que hi ha una interrelació molt important entre tots dos.

A nivell personal, aquesta interrelació s'anomena Confort Higrotèrmic. Quan diem que la temperatura d'un lloc és confortable, en realitat estem dient que el conjunt de tres factors combinats és confortable:

• Temperatura de l'aire que ens envolta.
• Humitat relativa d'aquest aire.
• Velocitat del moviment de l'aire.

Si ens trobem en un interior i no hi ha mecanismes (ventiladors, calefacció o refrigeració per aire, etc.) que moguin l'aire, aquests tres factors queden reduïts a dos: la temperatura i la humitat relativa de l'aire.

Evidentment, la temperatura és el factor més important, ja que pot assolir valors molt extrems que farien impossible la vida. No podem viure dins un forn a 300 °C ni submergir-nos en nitrogen líquid a -200 °C. Però, deixant de banda aquests extrems, la temperatura de l'aire del nostre país (i això que es troba a la zona temperada de la Terra) assoleix valors molt poc confortables, tant a l'hivern com a l'estiu.

Ara bé, tots sabem també que quan fa fred, si a més a més fa vent, el fred es torna més agut i incòmode. A l'estiu és a l'inrevés: una mica de brisa o airet ens ajuda a superar la calor, per això utilitzem els ventiladors.

També sabem que els dies d'estiu, quan hi ha molta humitat (tal com passa sovint a les zones properes al mar, als grans rius, llacs, etc.), la calor es torna pesada i enganxosa. Diem que fa molta xafogor.

Per poder entendre millor aquest confort higrotèrmic, cal entendre els fenòmens físics que es produeixen.

Temperatura i moviment de l'aire

Les persones, a través de la roba principalment, però també, en una petita proporció, a través dels pèls i la rugositat de la pell, mantenen adherida al nostre cos una capa molt fina d'aire. Aquesta capa d'aire té una temperatura intermèdia entre el nostre cos (al voltant dels 37 °C) i la temperatura de l'aire que ens envolta, generalment més baixa, excepte els dies de calor rigorosa d'alguns dies d'estiu.

Quan l'aire es mou (el vent és un cas extrem d'aquest moviment), la capa d'aire que ens envolta es renova i, per tant, augmenta la sensació de fred. Excepte aquells dies de calor extrema, quan oposadament augmenta la sensació de calor, encara que és molt poc habitual trobar un dia de moltíssima calor i vent al mateix temps.

Temperatura i humitat relativa

Quan fa molta calor, el cos utilitza alguns dels recursos homeostàtics de què disposa per intentar mantenir una temperatura constant. Un d'aquests recursos més habituals és la sudoració. La suor, aigua i sals que el cos treu de l'interior cap a la superfície de la pell, s'evapora i, en aquest procés de canvi d'estat, roba calor del cos (i també de l'aire que ens envolta), donant-nos una sensació de frescor i rebaixant de forma real la temperatura del nostre cos.

Ara bé, si la humitat relativa de l'aire que ens envolta és molt alta, aquesta evaporació es torna molt lenta, de forma que la suor queda acumulada sobre la pell, fent-la enganxosa, disminuint la sensació de frescor (xafogor) i rebaixant molt menys la temperatura del cos. És, doncs, un factor negatiu de confort.

Una forma d'augmentar l'evaporació, encara que la humitat relativa sigui alta, consisteix a moure l'aire (ventilador), de forma que amb aquest moviment es produeix una subpressió que augmenta la capacitat d'evaporació. Per això, a la vora del mar, a pesar d'haver-hi una humitat alta, la sensació de xafogor no es produeix quan hi ha brisa o ventet suau.

A l'hivern, una humitat alta també és molesta, ja que la capa d'aire que envolta el cos necessita "robar" més calor del cos per temperar-se, atès que la capacitat calorífica (calor necessària per canviar de temperatura) de l'aigua és molt més gran que la de l'aire. Quan entrem del carrer, un dia fred i humit, la roba triga a escalfar-se molt més que en un dia sec i fred.

Condensacions

Quan hem definit la humitat absoluta i relativa, hem comentat que la capacitat de l'aire de contenir vapor d'aigua variava en funció de la temperatura. Com més alta és la temperatura de l'aire, més vapor d'aigua pot contenir.

El punt de rosada

Aquesta relació, però, té una conseqüència molt important: la condensació.

Quan en una situació determinada, l'aire té una quantitat d'aigua (humitat absoluta) propera a la màxima capacitat (que depèn de la temperatura) i la temperatura de l'aire disminueix, sense haver variat la quantitat d'aigua, arribem a igualar la capacitat màxima. En aquest moment, la humitat relativa val el 100% i l'aire (amb el vapor d'aigua que conté) es troba en el punt de rosada.

Això significa que si disminueix una mica més la temperatura o augmenta, per la raó que sigui, la quantitat d'aigua que hi ha a l'aire, aquest aire no serà capaç d'admetre més vapor i la quantitat sobrant es transformarà en aigua líquida que, per gravetat, caurà a terra. S'ha produït la rosada, que no és res més que la condensació (pas de gas a líquid) de l'aigua que hi havia a l'aire en forma de vapor.

Aquest és un fenomen ben conegut de moltes nits d'hivern. L'aigua que hi ha a l'aire en forma de vapor durant el dia, quan arriba la nit i la temperatura baixa de forma important i s'acosta al punt de rosada, es produeix la boira, que és aquell punt on el vapor d'aigua (invisible) es comença a transformar en aigua (visible). Superada la capacitat màxima de l'aire de contenir vapor, apareix la condensació que precipita a terra. Si, a més a més, la temperatura està sota zero (de vegades només arran de terra), es gela en forma de gebre.

La condensació superficial

Una altra experiència quotidiana, a la qual estem tots acostumats, i que té a veure amb el tema que estem estudiant, és l'entelament dels vidres. Quan en un cotxe hi ha gent a dintre i fa molt fred a fora, els vidres s'entelen, és a dir, es recobreixen d'una fina pel·lícula d'aigua.

Passa el mateix amb els vidres de les finestres, sobretot en el cas de locals humits, i més si els vidres són senzills (vidres sense cambra d'aire).

Per què succeeix això? Doncs perquè la superfície del vidre està a una temperatura molt inferior a la de l'aire del local. I, per tant, l'aire que es troba tocant al vidre condensa la seva humitat sobre aquesta superfície freda. Passa el mateix quan, a l'estiu, un got de cervesa molt freda queda recobert d'aigua per l'exterior: no és que la cervesa travessi el got, és la humitat de l'aire que condensa i mulla el got per l'exterior.

Aquest fenomen rep el nom de condensació superficial i té gran importància en el comportament dels tancaments dels edificis.

De vegades, aquesta condensació sobre els vidres de les finestres regalima a la part inferior de la finestra, i fins i tot de tota la paret al voltant de la finestra, i pot fer pensar que hi ha filtracions de la pluja exterior, ja que els dies de pluja, a causa de l'elevat grau d'humitat relativa ambiental, les condensacions són més susceptibles de produir-se, sobretot a l'hivern.

Barrera de vapor

Problemes de la condensació superficial

Hi ha vegades que l'aigua que condensa en un tancament pot produir problemes. N'hi ha de dos tipus:

1. La quantitat d'aigua condensada és molt gran i regalima pel tancament. És el cas típic de les finestres de llocs humits: banys, piscines, etc. Aquesta aigua arriba a la part inferior i, si no s'ha previst algun element que la reculli (cosa que passa molt sovint), genera un toll a terra que pot afectar el paviment (moqueta, parquet, etc.) o tornar-lo perillós per les lliscades.
2. La paret és porosa i absorbeix l'aigua a mesura que es va condensant. No es veu que estigui mullada, però està humida. És el cas típic de les parets enguixades per l'interior. Si l'evaporació posterior d'aquesta aigua absorbida és difícil perquè no hi ha bona ventilació (com passa darrere els mobles, als racons, a les cantonades, etc.), aquesta paret humida constantment és un lloc ideal per al creixement de fongs, provocant les típiques taques grises, verdoses o negres sobre la paret.

És aconsellable, doncs, ventilar sempre molt bé els locals i les habitacions per tornar a evaporar les possibles humitats produïdes per la condensació superficial i absorbides per les parets.

La condensació intersticial

El problema, a més a més, pot ser més greu. És el cas de la paret porosa que, a causa de l'aïllament tèrmic, no té una superfície freda. En aquest cas, no es produeix condensació superficial. Però el vapor d'aigua penetra a través dels porus de la paret i intenta sortir a l'exterior, a causa de la pressió de vapor que hi ha a l'interior del local, que és més gran que la que hi ha a l'exterior.

En aquest curt viatge per dins del tancament, el vapor d'aigua pot arribar a una zona on la temperatura ja sigui prou freda per produir la condensació. Es tracta de l'anomenada condensació interior o condensació intersticial.

Aquest tipus de condensació pot resultar molt perillós si afecta materials que són susceptibles de fer-se malbé amb l'aigua. Les armadures metàl·liques del formigó es rovellen i s'expandeixen, trencant el material; la fusta, el suro o derivats es poden podrir; i els aïllaments tèrmics, que sempre tenen aire reclòs al seu interior, absorbeixen aquesta aigua condensada, perdent la seva capacitat aïllant i augmentant d'aquesta forma la fredor de la paret, agreujant encara més el problema de la condensació intersticial.

Com funciona la barrera de vapor?

Per tal d'evitar els problemes de la condensació intersticial, s'utilitzen les barreres de vapor. S'anomena barrera de vapor aquell element que no deixa passar el vapor d'aigua a través seu. Hi ha materials, com el vidre o les làmines metàl·liques, que són una barrera de vapor perfecta, i d'altres que no ho són gens, com les parets de maó, el formigó, els revestiments de guix, etc.

On cal posar una barrera de vapor? Evidentment, cal posar-la en una zona on el vapor encara no hagi condensat, ja que si ja ho ha fet no serviria de res. És més, encara seria pitjor, ja que no deixaria evaporar per un costat l'aigua condensada.

Així doncs, la barrera de vapor se situa pel costat calent de l'aïllament tèrmic (si n'hi ha). Evidentment, una manera fàcil és col·locar-la per sobre de la superfície interior. És el que s'ha fet durant anys, i es fa encara, a les parets i sostres de les cuines i banys quan els enrajolem amb ceràmica vidriada o els pintem amb esmalt. Tots dos materials són excel·lents barreres de vapor.

Altres vegades, per tal de no afectar la decoració del tancament per la part interior, la barrera de vapor es posa dins del mur, sempre, però, al costat calent de l'aïllament tèrmic. De fet, hi ha certs aïllaments tèrmics (algunes mantes de fibra de vidre o mineral) que ja porten la barrera de vapor incorporada, amb una làmina d'alumini o de plàstic.

Amb les barreres de vapor s'ha d'anar molt amb compte amb les unions, ja que si no estan ben segellades, el vapor s'escaparà tranquil·lament per aquestes unions, invalidant totalment la missió de la barrera de vapor.

Barrera de vapor i impermeabilitat

Hem vist que les solucions per a la impermeabilitat dels edificis són molt variades. Ara bé, una de les més utilitzades és la làmina impermeable asfàltica, polimèrica o combinada de totes dues. Totes aquestes làmines tenen la particularitat de ser al mateix temps barrera de vapor.

Un dels llocs típics d'utilització de les làmines impermeables és la coberta plana: els terrats. En aquests casos, com és lògic des del punt de vista de la impermeabilització, la làmina impermeable es col·loca el més exterior possible, fins i tot queda vista en alguns casos de cobertes no transitables. Això vol dir que hem col·locat, conscientment o inconscientment, una barrera de vapor a la part freda del tancament.

Quan el vapor d'aigua arribi a aquesta capa freda, condensarà i no podrà evaporar-se després, ja que la làmina impermeable ho impedeix. Mullarà tota la coberta, anul·larà la capacitat de l'aïllament tèrmic i, fins i tot, traspassarà fins a l'interior, fent creure que hi ha filtracions de la pluja davant de les taques produïdes per l'aigua condensada.

Per a aquest problema hi ha dos tipus de solucions:

1. Col·locar, a més a més, una barrera de vapor pel costat calent de l'aïllament tèrmic, impedint que el vapor pugui arribar a la làmina impermeable exterior. D'aquesta forma no es produirà cap condensació. En aquests casos, s'ha d'evitar utilitzar materials humits (formigó, per exemple) entre la barrera de vapor i la làmina impermeable, ja que no podrien assecar-se fàcilment.
2. Utilitzar materials d'última generació (encara poc coneguts i cars) que són làmina impermeable però no barrera de vapor. En aquests casos, la condensació es pot arribar a produir si la temperatura exterior és molt baixa o la quantitat de vapor és molt alta, però en qualsevol cas, després, l'aigua condensada es tornarà a evaporar a través de la làmina impermeable.

Ponts tèrmics

Què són els ponts tèrmics?

Els tancaments dels edificis rarament són completament uniformes o homogenis. Sempre hi ha punts on succeeixen coses: trobades, pas d'instal·lacions, interseccions, etc. Naturalment, si el tancament té heterogeneïtats, és molt possible que la capacitat d'aïllament tèrmic també sigui variable d'un punt a un altre.

Fins i tot en un element determinat, com és el cas d'una finestra, hi ha punts diferenciables: els marcs, les frontisses, les juntes, etc.

Anomenem pont tèrmic aquells punts d'un element que tenen un aïllament clarament inferior a la resta del conjunt. Així, en una finestra de marcs d'alumini i vidre doble amb cambra d'aire, els marcs són un pont tèrmic. Contràriament, en una finestra de marcs de fusta i vidre senzill, els vidres serien el pont tèrmic. És per això que actualment trobem al mercat marcs, sobretot d'alumini, amb ruptura de pont tèrmic. Es tracta d'uns marcs formats per dos elements metàl·lics units mitjançant un element plàstic que fa d'aïllament tèrmic.

En una façana ben aïllada tèrmicament, les finestres són un pont tèrmic. També ho solen ser els voltants de les obertures (llindes, brancals i ampits), ja que per motius de resistència han de suportar l'obertura i acostumen a ser massissos. Un altre punt típic és la trobada entre els sostres i les façanes, etc.

Problemes dels ponts tèrmics

L'existència de ponts tèrmics pot ser problemàtica si hi concorren alguna de les situacions següents:

• Que n'hi hagi molts. Si tenim un abric amb un petit forat, no notarem res, però si ens posem un abric foradat com un colador, com si fos una xarxa, poca escalfor notarem. Passa el mateix en un edifici. Si està ple de ponts tèrmics, l'aïllament de l'edifici és pràcticament nul.
• Que hi hagi perill de condensacions. Si ens trobem en un dels casos susceptibles de condensacions (humitat alta i fred a l'exterior), és possible que el tancament es comporti correctament perquè està ben aïllat tèrmicament però, en canvi, els ponts tèrmics, amb un aïllament menor, provoquin la condensació superficial o intersticial.

Molt sovint veiem zones fosques al voltant de les finestres, cantonades i racons entre sostre i parets, etc., que ens podrien fer pensar en algun tipus de filtració d'aigua de pluja i que no són res més que condensacions produïdes pels ponts tèrmics existents en aquestes zones.