MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN SALUDABLES
CONGRESO BIOARQUITECTURA Barcelona - 19 mayo 2010
• Consideración holística • Evolución histórica • Propiedades biológicas de los materiales
Consideración holística
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Integración biológica: perspectiva de conjunto y de interrelación Unidad del ser humano con el entorno, con la naturaleza Materiales de construcción: también componentes de la vida No da lo mismo cómo y con qué materiales se construye Edificio como un organismo de construcción, incluso sensible Sentido común razonable hacia un principio de cautela Reacción (fabricantes y legisladores) tras acumulación de efectos A quién hay que proteger: ¿al consumidor o a la industria? Efectos sobre la salud humana como criterio principal de homologación oficial de nuevos materiales de construcción
Consideración holística
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Los materiales y el entorno construido producen efectos Podemos percibir subjetiva u objetivamente muchos aspectos Influencia de los materiales de construcción en: el ambiente interior (humedad, temperatura superficies, aire) el electroclima (cargas electrostáticas y campos, ionización) las condiciones de luminosidad y color la composición del aire el olor las condiciones de toxicidad las condiciones acústicas los microorganismos
Evolución histórica •
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Formas originales de las construcciones humanas muy similares a las de los animales: naturalidad, sencillez, utilidad satisfacción necesidades básicas adaptación a la climatología y materiales del entorno
Evolución histórica
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Materiales de construcción, hasta mediados siglo XX: 60/70 % minerales (ladrillos, barro, cal,…) 30/40 % vegetales (madera, corcho, paja, junco,…) Materiales de construcción, hoy: 10/20 % minerales – 1/5 % vegetales 75/90 % artificiales o sintéticos Construcción convertida en un problema biológico y ecológico “Todos los productos fabricados artificialmente son cuerpos extraños” (Thürkauf – naturalista y filósofo suizo) Materiales simples y naturales, disponibles en todas partes a un precio asequible, caídos casi totalmente en el olvido Enfoque actual necesario: ecológico, bioconstructivo, social y sano, sin nostalgia del pasado
Propiedades biológicas de los materiales • •
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Características técnicas: físico-químicas, mecánicas, etc. Propiedades térmicas: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k)
Conductividad térmica: coeficiente de conductividad térmica λ (lambda) [W/mK = J/s mK] Resistencia a la conducción de calor (Resistencia térmica): R [m2K/W] Resistencia térmica superficial: Rsi interior, Rse exterior [m2K/W] Transmitancia térmica: U [W/m2K] Flujo de calor: q [W/m2] Temperatura superficial y en cada capa: Θsi, Θse, Θn [ºC] Calor específico: cp [J/kgK] Capacidad de acumulación de calor: coeficiente de acumulación de calor s [J/m3K] Cantidad de calor: Q [kJ] Efusividad térmica: b [J/m2 · K · s0,5] Difusividad térmica: a [cm2/s]
Higroscopicidad, humedad de los materiales y período de secado Difusión del vapor de agua, condensación Estanqueidad al viento y al aire, permeabilidad de las juntas Absorción, renovación, sustancias tóxicas, malos olores Propiedades eléctricas, magnéticas y de radiaciones Propiedades acústicas
Propiedades biológicas de los materiales
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Percepción sensorial
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No sólo aspectos visuales, estímulos a los cinco sentidos Espacios, formas y proporciones Sentido de la creatividad y la artesanía Sensaciones indefinibles y efectos psicosomáticos
Métodos de medición biofísicos
Medición de la resistencia cutánea – georritmogramas (Hartmann) Prueba de tolerancia celular (test de Erlangen con ciliados) Electroacupuntura Fotografía de Kirlian Electroencefalografía Electrocardiografía Determinación de flora bacteriana y evaluación de efectos tóxicos
25 reglas b谩sicas de la Bioconstrucci贸n 1. Materiales naturales y no adulterados
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25 reglas básicas de la Bioconstrucción
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1. Materiales naturales y no adulterados Ejemplos de contaminantes típicos en edificios antiguos Posibles fuentes • PVC - pavimentos • Asfaltos • Adhesivo negro bajo parquet •Sellado parquet • Alfombras •Masillas para juntas • Lana de vidrio y lana de roca • Pinturas sobre yeso o madera • Paneles de techo • Techos de madera • Pinturas viejas de pared • Pinturas aislantes / adhesivos alicatados • Fibra de vidrio • Fibrocemento
Contaminantes Asbestos, suavizantes HAP HAP, Asbesto Retardantes de llama Biocidas, retardantes de llama PCB Fibras sintéticas minerales PCB Metales pesados, HAP Conservantes de la madera, retardantes de llama Metales pesados HAP Retardantes de llama Asbesto, fibras sintéticas minerales
HAP = Hidrocarburos aromáticos policíclicos, PCB = Bifenoles policlorados
25 reglas b谩sicas de la Bioconstrucci贸n
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2. Materiales inodoros o de olor agradable que no emitan sustancias t贸xicas
25 reglas básicas de la Bioconstrucción
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2. Materiales inodoros o de olor agradable que no emitan sustancias tóxicas producto, fuente
posibles sustancias volátiles contenidas
pinturas de dispersión
glicoles, alcoholes
aceites aromáticos
terpenos (pineno, careno, limoneno), alcoholes
materiales de madera
fenol, terpenos, formaldehído
adhesivos
aromatizantes, ésteres, cetonas, disolventes alifáticos
corcho
fenol, aldehídos, formaldehído, furfural
barnices de resinas sintéticas
aromatizantes (tolueno, xileno, benceno), cetonas, ésteres, hidrocarburos alifáticos
linóleo
aldehídos, ácidos carboxílicos, aromatizantes (tolueno)
barnices a base de disolventes
éster, aromatizantes (tolueno, xileno, estireno), alcoholes
bolas antipolillas
aromatizantes (naftalina, 1,4-diclorobenceno)
muebles, barnices para muebles
entre otros, siloxanos, formaldehído
madera de coníferas
terpenos (pineno, careno, limoneno), formaldehídos
barnices naturales
terpenos (pineno, careno, limoneno), aldehídos, hidrocarburos alifáticos
revestimientos de PVC
alcoholes, plastificantes, (2-etil-1-hexaceno), cloruro de vinilo, cloruro de zinc
poliestireno
aromatizantes (estireno)
tapicerías
cetonas, aromatizantes (tolueno), hidrocarburos alifáticos, formaldehído
moquetas
aromatizantes (estireno, tolueno), aminas, plastificantes, hidrocarburos
barnices al agua
glicoles, cetonas, aldehídos, ésteres
humo de tabaco
entre otros aromatizantes, aminas, cetonas, formaldehído
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2. Materiales inodoros o de olor agradable que no emitan sustancias tóxicas producto, fuente
posibles componentes semivolátiles
producto, fuente
posibles componentes semivolátiles
Interior del automóvil
Plastificantes
Muebles
Productos ignifugantes
Electrodomésticos, viejos
PCB en los condensadores (hasta ~ 1989)
Espumas de montaje
Productos ignifugantes
Vaporizadores eléctricos
Insecticidas (permetrina)
Tubos fluorescentes viejos
PCB en condensadores (hasta ~ 1989)
Masillas para juntas
PCB
Suelos de PVC
Madera
Biocidas (productos de protección de la madera, HAP)
Plastificantes, compuestos organocincados
Tableros de aislamiento acústico
PCB (hasta ~1978)
Pinturas protectoras para madera
Biocidas
Humo de tabaco
Entre otros, HAP (biocidas)
Productos contra insectos
Insecticidas (por ejemplo, permetrina)
Papeles pintados, textiles
Productos ignifugantes
Chimenea, hogar
HAP
Papeles pintados, vinilo
Plastificantes
Plastificantes, productos ignifugantes
Moquetas de materias sintéticas
Plastificantes, ignifugantes
Plastificantes, productos ignifugantes
Alfombras de lana
Biocidas (plastificantes)
Cuero (ropa, muebles)
Biocidas, colorantes azoicos, cromo 6
HAP
Colchones
Productos ignifugantes, biocidas, plastificantes
Productos oleicos del alquitrán Textiles (ropa, muebles)
Biocidas, colorantes azoicos
Adhesivos, barnices, cuero sintético Productos artificiales en general
25 reglas básicas de la Bioconstrucción
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5. Regulación natural de la humedad atmosférica interior mediante el uso de materiales higroscópicos HIGROSCOPICIDAD • Por higroscopicidad se entiende la capacidad de un material para absorber humedad del aire que lo rodea, - o que esté presente en forma líquida -, y devolverla de nuevo regulando de este modo la humedad atmosférica. • Los materiales vegetales y pelo de animales (madera y sus derivados, celulosa, lino, cáñamo, lana de oveja, etc.) tienen un comportamiento regulador de la humedad especialmente bueno. Estos materiales emiten rápidamente humedad cuando la humedad atmosférica es demasiado baja y la absorben de nuevo cuando asciende excesivamente (al ducharse, cocinar, cuando se forman condensaciones, etc.). • El equilibrio de los niveles de humedad depende sobre todo de los primeros 2 cm de la superficie de un material. • Una buena higroscopicidad o capilaridad ayuda también a evitar las condensaciones y la consiguiente formación de moho y daños en la construcción, así como una humidificación permanente de los materiales, con el consiguiente deterioro de su capacidad aislante y la disminución de su temperatura superficial. • Los materiales de terraplenado y relleno de las fosas y excavaciones (por ejemplo, debajo del suelo del sótano), en cambio, no deben ser higroscópicos, sino hidrófugos.
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5. Regulación natural de la humedad atmosférica interior mediante el uso de materiales higroscópicos
Suelo laminado, Muebles de plástico, Pinturas de dispersión (puertas, ventanas, alfombras)
Superior: sin muebles, derivados del petróleo Centro: mobiliario económico
derivado del petróleo
Inferior: mobiliario gama media, procedentes de la cal
Piso completo muebles de madera, cojines de fibra natural, derivados de la cal
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Humedad atmosférica (absoluta) g/m3
5. Regulación natural de la humedad atmosférica interior mediante el uso de materiales higroscópicos Espacio A: sin amueblar, paredes y techo pintados con pintura grasa Espacio B: poco amueblado, paredes y techo pintados con pintura grasa Espacio C: amueblado normal, paredes y techos con pintura a base de cola Minutos
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5. Regulación natural de la humedad atmosférica interior mediante el uso de materiales higroscópicos Absorción de vapor de agua por distintos materiales en un periodo de 3 horas después de incrementar la humedad atmosférica del 40 al 80% Revoque de cal con Pintura oleosa Yeso en emulsión Pintura de látex Sin tratar Pintura a la cal
2 g/m 3 g/m2 9 g/m2 13 g/m2 15 g/m2
Pintura a base de cola (al temple)
17 g/m2
Alfombras y moquetas
Papel pintado (170 g/m2) Recubrimiento fibra cruda
34 g/m2 41 g/m2
Fibra sintética Lana Fibra de coco Tejido de pelo Pita
26 g/m2 52 g/m2 58 g/m2 61 g/m2 63 g/m2
Revestimientos de suelo PVC y poliéster Tablones de abeto rojo de
0–2 g/m2 33 g/m2
Barro Revoque de barro sin tratar ()
2
30 g/m2
Papeles pintados lavables 2–7 g/m2
Papeles pintados sobre Revoque de cal blanco Tablero de fibra dura Placa de cartón-yeso Tablero blando de fibra de madera
33 g/m2 44 g/m2 47 g/m2 80 g/m2
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6. Minimización y disipación rápida de la humedad de la obra nueva Ejemplo: pavimento de hormigón • Agua de mezcla 150 l/m3 • Agua de fraguado 45 l/m3 • Agua residual que permanece en obra 105 l/m3
Secado de espesor de pared de 30 cm. • Morter de cal 0,7 años • Ladrillo poroso 0,7 años • Hormigón celular 3,0 años • Horm. “pesado” 4,0 anys
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6. Minimización y disipación rápida de la humedad de la obra nueva Humedad y periodo de secado de los materiales (1)
•En una vivienda unifamiliar maciza se «incorporan» miles de litros de agua. •Cada material puede acumular cierta cantidad específica de agua y tiene un periodo de secado específico. Ejemplos: Pared de ladrillo de 30 cm = aprox. 252 días Pared de hormigón de 30 cm = aprox. 1.440 días •Los materiales de construcción húmedos tienen las siguientes desventajas: - menor aislamiento térmico, mayor peligro de condensaciones - menor temperatura superficial - frío causado por la evaporación - mayor consumo de energía de calefacción - en parte mayor resistencia a la difusión - causa de hongos, bacterias, malos olores y daños - causa de enfermedades y molestias: resfriados, dolores reumáticos, ciática, asma, etc.
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6. Minimización y disipación rápida de la humedad de la obra nueva Humedad y periodo de secado de los materiales (2) •Las barreras de vapor o frenos de evaporación, los materiales con una elevada resistencia a la difusión, los barnices y los papeles pintados de plástico pueden dificultar el secado en mayor o menor medida. •Posibles medidas: «incorporar» la menor cantidad de humedad posible mantener seca la obra bruta dejar secar la obra nueva por lo menos durante un invierno antes de ocupar la casa instalar secadores de obra (¡alto consumo de energía!) rehabilitación de edificios antiguos (por ejemplo, protección frente a la humedad capilar)
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7. Proporción equilibrada de aislamiento térmico y acumulación de calor Construcción maciza de piedra arenisca 50 cm. • U - 2,5 W/m2K • Acumulación de calor 1116 kJ/m2K
Construcción maciza de bloque aligerado 36,5 cm • U - 0,24 W/m2K • Acumulación de calor 201 kJ/m2K
Madera maciza 20 cm • U- 0,6 W/m2K • Acumulación de calor 252 kJ/m2K
Entramado ligero de madera 30 cm. • U- 0,20 W/m2K • Acumulación de calor 120 kJ/m2K
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7. Proporción equilibrada de aislamiento térmico y acumulación de calor
Ganancias y pérdidas energéticas anuales
Calefacción 12 % Ganancias solares
Cubierta 15 %
Fuentes de calor internas Paredes 15 % Suelo/sótano 10 %
Fugas / Ventilación 19 % Ventanas 30 %
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2,0
5
1,6
4
1,2
3
0,8
2
0,4
1
0,0
0
4
8
12
16
Grosor de la capa de aislamiento (cm)
20
0
Resistencia a la transmisión de calor R (m2K/ W)
Valor U (W/m2K)
7. Proporción equilibrada de aislamiento térmico y acumulación de calor Relación entre el valor U o R y el grosor de aislamiento con λ = 0,04 W/mK.
5 cm aislamiento → valor de U de 0,8 W/m2K 10 cm aislamiento → valor de U de 0,4 W/m2K 20 cm aislamiento → valor de U de 0,2 W/m2K 40 cm aislamiento → valor de U de 0,1 W/m2K El doble de aislamiento sólo proporciona la mitad de utilidad
25 reglas bรกsicas de la Bioconstrucciรณn
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8. Temperaturas รณptimas de las superficies y del aire ambiente Enfriamiento de un pie artificial Tiempo de calentamiento de 1 (31 ยบC) despuรฉs de 5 minutos y h, aumento de la temperatura medio del aire interior de 5 a 20 grados Calentamiento de la superficie: Baldosa cerรกmica Baldosa cerรกmica Aprox 24,0 ยบC
7ยบC
Parquet
Parquet
Aprox. 28ยบC
Parquet de corcho Aprox 29ยบC
12ยบC
Parquet de corcho 16ยบC
25 reglas bรกsicas de la Bioconstrucciรณn
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15. Materiales de construcciรณn procedentes, preferiblemente, de la regiรณn y que no favorezcan la explotaciรณn abusiva de materias primas escasas o peligrosas
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16. Prevención de problemas para el medio ambiente
Demanda de energía primaria para la producción de un m3 de material aislante (Demanda mínima y màxima)
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16. Prevención de problemas para el medio ambiente Material
Peso en kg/m3
Conductividad térmica en W/mK
Consumo de energía en kWh para fabricar 1 m3 de material aislante
Total
Número de meses para compensar la energía de producción con el ahorro energético
No renovable
Poliestireno
15 - 30
0,035 – 0,040
530 - 1050
530 - 1050
6 - 16
Poliuretano
30 - 35
0,020 – 0,035
1140 – 1330
1140 - 1330
7 - 18
Fibra mineral
20 - 140
0,035 – 0,045
100 -700
100 - 700
1,2 - 10
Perlita expandida
90 - 100
0,050
210 - 235
210 - 235
2-3
Fibra de coco
75 - 85
0,045
365 - 405
95
1,2 – 1,6
Planchas
90 - 100
0,045
360 - 440
35 - 65
0,4 – 1,2
Granulado
65 - 85
0,042 – 0,046
270 - 380
10 - 40
0,1 – 0,4
190 - 240
0,045 – 0,053
1510 - 1705
590 - 785
6 - 13
40 - 70
0,045
110 - 190
10 - 17
0,1 – 0,2
Corcho
Tablero blando de fibras de madera Celulosa
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16. Prevención de problemas para el medio ambiente Fitoquímica: Ciclo cerrado Producto natural
Petroquímica: ciclo abierto
Bajo consumo de energía
Degradación parcial
Residuos persistentes
Aplicación
Aplicación
Semielaborado Oxígeno
Microorganismos
Materia prima vegetal
Emisiones, contaminantes, residuo
Producto acabado
Semielaborados
Biodegradación
Dióxido de carbono Agua
Energía solar
Fotosíntesis
Hoja de la planta Minerales
Numerosos subproductos y desechos
Planta viva
Alto consumo de energía (carbón, petróleo, nuclear)
Productos químicos de base Productos químicos intermedios
Marea negra
Petróleo
Productos de descomposición
Refinería petroquímica
Buque petrolero
25 reglas básicas de la Bioconstrucción 17. Calidad óptima posible del agua potable Calidad de las aguas subterráneas y las fuentes Bombeo y abastecimiento de agua Pantanos y red de tuberías Instalación doméstica: Cobre +/Tubos acero galvanizado Tubos acero inoxidable + Tuberías de plomo-Tubos PE +/Ablandamiento / Filtración Revitalización / Desinfección Agua caliente sanitaria Legionella
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25 reglas b谩sicas de la Bioconstrucci贸n
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18. Respeto de dimensiones, proporciones y formas armoniosas
25 reglas b谩sicas de la Bioconstrucci贸n 19. Condiciones naturales de luz, alumbrado y colorido
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25 reglas b谩sicas de la Bioconstrucci贸n 19. Condiciones naturales de luz, alumbrado y colorido
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25 reglas b谩sicas de la Bioconstrucci贸n 19. Condiciones naturales de luz, alumbrado y colorido
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