Andreu Muñoz - Biología de los materiales

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

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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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