MODELO NUMÉRICO DE SIMULACIÓN

En  la  actualidad,  los  análisis  numéricos  de  simulación  en  los  edificios  son  realizados  mayoritariamente con herramientas energéticas. Sin embargo, estos programas de simulación  energética normalmente  tratan  el  intercambio de  humedad  de una forma  simplificada  (Delgado et al, 2010). Dado que el estudio se centra en la contribución que la humedad realiza  al  comportamiento  higrotérmico  y  como  consecuencia  al  consumo  de  energía,  se  ha  considerado necesario utilizar una herramienta de simulación higrotérmica, que valorase la  contribución  con  este  enfoque.  Estos  programas  informáticos  facilitan  enormemente  la  realización de los cálculos de los modelos matemáticos desarrollados.  

El estudio de los modelos HAM (calor, humedad y aire) para los edificios empezó en los años  30. En 1958, Glaser desarrolló un método de cálculo que combinaba la difusión de vapor con la  conducción de calor en estado estacionario. Entre los años 50 y 60, se publicaron modelos que  incluían la difusión de vapor, transporte de agua por capilaridad, humedad inicial, calor latente  de evaporación y condiciones transitorias. 

En  la  actualidad  existen  multitud  de  modelos  de  simulación  higrotérmica  para  los  cerramientos. Delgado et al, publicó en 2010 catorce modelos higrotérmicos disponibles de  tipo 1‐D para el público en general, que están recogidos en la tabla III.5. Como se observa, no  todos los programas necesitan las mismas propiedades para incorporarlos al cálculo.  

Según Ojanen et al, (1995) la complejidad de los modelos se incrementa en términos del  número de procesos tenidos en cuenta de transporte, de modelado de las interacciones y la  dependencia de las propiedades de los materiales. Ojanen argumenta que fundamentalmente  la diferencia entre modelos se encuentra en la forma en la que se modela los intercambios de  calor en las cavidades y los espacios de aire, en la que se modela el calor, aire, vapor y el flujo  de agua líquida, y en la que se asignan las condiciones del ambiente interior y exterior 

Según Straube J y Burnett E, (2009) para elegir el modelo adecuado de comportamiento  higrotérmico, se evalúan los factores siguientes:  

1.  Las dimensiones en el transporte de humedad: una, dos o tres dimensiones  2.  Tipo de flujo: estado estacionario, estado cuasi estacionario, o dinámico  3. Cualidad y disponibilidad de la información 

4. Naturaleza estocástica (de naturaleza aleatoria en el tiempo) de cada conjunto  de  datos  (por  ejemplo: propiedades del material, tiempo,  calidad de  la  construcción) 

5. El grado en el cual estos factores son tenidos en consideración es la medida de  sofisticación del modelo. 

6. En  las  propiedades  de  los  materiales,  los  modelos  detallados requieren  permeabilidad al agua y al vapor de agua, difusividad de la humedad y valor de  conductividad térmica, todas como función de la temperatura, contenido de  humedad y edad. 

Tabla III.5: Información de los softwares de modelos higrotérmicos comerciales (Delgado et al, 2010) 

Para someter a la fachada a condiciones de uso, se pueden aplicar modelos de análisis  higrotérmico simples y más complejos. El modelo más simple y comúnmente utilizado es el 

método Glaser (1958). En España, este método se recoge en la norma UNE EN 13788:2002 de 

actual obligado cumplimiento e indicado por el C.T.E. Existe un documento de apoyo para su  correcta aplicación. Este modelo asume que la envolvente de la edificación es de una  dimensión y que todo el transporte de humedad es dirigido por la difusión de vapor. Asume  unas condiciones estacionarias y unas propiedades del material invariables.  

Este método no tiene en cuenta la humedad en el material o la del agua de lluvia absorbida  durante la construcción. Mientras  que  es  útil para  comparar  el comportamiento entre  diferentes elementos, no proporciona una predicción precisa de las condiciones de humedad  dentro de las condiciones de servicio del elemento. La evaluación por el método de Glaser no  es apropiada cuando se presentan materiales higroscópicos y donde hay lluvia y capilares  abiertos.  

Browne, (2012), entre otros autores, expone las limitaciones de este método: 

“a) La conductividad térmica depende del  contenido  de  humedad y el calor es 

liberado/absorbido por la condensación/evaporación. Esto cambia la distribución de la 

temperatura  y  los  valores  de  saturación  y  afecta  a  la  cantidad  de 

condensación/evaporación. 

c) En muchos materiales existe succión capilar y transferencia líquida de humedad y  esto podría cambiar la distribución de humedad. 

d) Los movimientos o fugas de aire en las cámaras podrían cambiar la distribución de 

humedad por la convección de humedad. La lluvia o la nieve fundida pueden afectar 

también las condiciones de humedad. 

e) En la realidad, las condiciones límite no son constantes a lo largo de un mes. 

f) La mayoría de los materiales son más o menos higroscópicos (tienen cierta capacidad  de absorber vapor de agua). 

g) Se presupone una transferencia de humedad unidimensional. 

h) Se desprecian los efectos de radiaciones solares y de onda larga. En elementos de 

construcción con flujos de aire a través o dentro del elemento, los resultados calculados 

pueden ser extremadamente irreales y se deberá tener mucho cuidado cuando se 

interpreten los resultados.” 

Como solución a estas limitaciones del modelo simple, y queriendo predecir con más exactitud  el comportamiento, se  utilizan  modelos  más complejos. Bajo el  título  Comportamiento 

higrotérmico  de  componentes  de  edificios  y  elementos  constructivos.  Evaluación  de  la 

transferencia de humedad mediante simulación numérica la norma EN 15026:2007 es utilizada 

para evaluar el comportamiento higrotérmico y en estado transitorio las condiciones de  humedad y calor en el cerramiento multicapa y sujeto a condiciones climáticas no constantes  en cada lado. 

Los  modelos  transitorios  cubiertos  por  este  estándar  toman  en  consideración  el 

almacenamiento del calor y la humedad, los efectos del calor latente, y el transporte líquido y  convectivo  bajo  condiciones  reales  e  iniciales.  Situación  más  similar  a  la  realidad.  El  procedimiento seguido para el análisis higrotérmico bajo este estándar es mostrado en la  norma bajo un diagrama de toma de decisiones donde se especifica cada una de las fases.  En  este  procedimiento se necesitan  incorporar en general datos sobre las  condiciones  climáticas externas e internas, las propiedades hídricas y térmicas de los materiales que  forman el cerramiento. Propiedades que además varían según la herramienta de simulación  del modelo matemático elegido. 

Además, la simulación higrotérmica es menos costosa que la extracción de datos in‐situ y  ayuda a la predicción. En la situación concreta del edificio, existe una elevada humedad  relativa, altas precipitaciones y riesgos continuos de puntos de rocío y condensaciones (agua  en todos sus estados) en las condiciones ambientales. En este caso, y dado que el edificio lleva  20 años en uso (1996‐2016), este procedimiento será de gran ayuda para ver cuál ha sido el  comportamiento higrotérmico que ha sufrido en la fachada y poder contrastarlo con medidas  que se hayan tomado de la realidad.  

Se ha decidido, pues, que para el estudio del comportamiento higrotérmico de la fachada  norte del edificio de departamentos de la E.T.S.A.C. de la Universidad de A Coruña se utilice  también este tipo de métodos.