28.12.12

PÉRDIDAS DE CALOR EN LOS PUENTES TÉRMICOS

1. Definición y clasificación de puente térmico
1.1. Definición
Un puente térmico es una parte del cerramiento de un edificio donde la resistencia térmica normalmente uniforme cambia significativamente debido a:
􀂃 penetraciones completas o parciales en el cerramiento de un edificio, de materiales de diferente conductividad térmica; y/o
􀂃 un cambio en el espesor de la fábrica; y/o
􀂃 una diferencia entre áreas interiores y exteriores, tales como intersecciones de paredes, suelos o techos.
Al disminuir la resistencia térmica respecto al resto de los cerramientos, los puentes térmicos se convierten en partes sensibles de los edificios donde aumenta la posibilidad de producción de condensaciones superficiales, en la situación de invierno o épocas frías.
Además de los problemas de condensación y formación de moho, degradación de los elementos constructivos y el peligro para la salud de los ocupantes, los puentes térmicos llevan también a un incremento de pérdidas de calor, que llegan a ser relativamente más importantes, cuanto más aislados estén el resto de cerramientos.
Así pues, los aspectos a considerar son los siguientes:
􀂃 un eventual incremento de pérdidas de calor cuando se calculen las cargas, necesidades energéticas y niveles de aislamiento del edificio;
􀂃 un eventual riesgo de condensaciones y producción de moho resultante de la temperatura superficial interior de la zona del puente térmico.
1.2. Clasificación
Los puentes térmicos más comunes son de dos dimensiones y son conocidos como puentes térmicos lineales, los cuales se forman como uniones de dos o más elementos edificatorios (por ejemplo una ventana en una pared o la intersección de dos cerramientos) o son los lugares donde la composición estructural de un elemento edificatorio está cambiando (por ejemplo un pilar o una columna embebido en un cerramiento).
Esto conlleva un cambio del flujo de calor y por tanto de la temperatura superficial en la cara interior de un elemento constructivo.
La figura 1 muestra la localización típica de estos tipos de puentes térmicos bidimensionales.
Los puentes térmicos más comunes en la edificación y que se tendrán en cuenta en el análisis, podrían clasificarse en:
a) puentes térmicos integrados en los cerramientos:
i) pilares integrados en los cerramientos de las fachadas;
ii) contorno de huecos y lucernarios;
iii) cajas de persianas;
iv) otros puentes térmicos integrados;
b) puentes térmicos formados por encuentro de cerramientos:
i) frentes de forjado en las fachadas;
ii) uniones de cubiertas con fachadas;
− cubiertas con pretil;
− cubiertas sin pretil;
iii) uniones de fachadas con cerramientos en contacto con el terreno;
− unión de fachada con losa o solera;
− unión de fachada con muro enterrado o pantalla;
iv) esquinas o encuentros de fachadas, dependiendo de la posición del ambiente exterior respecto del interior, que se subdividen en:
− esquinas entrantes;
− esquinas salientes;
c) encuentros de voladizos con fachadas;
d) encuentros de tabiquería interior con fachadas.


Además de los puentes térmicos lineales, existen también los puentes térmicos tridimensionales o puntuales, los cuales se forman cuando un cerramiento aislado térmicamente es perforado por otro elemento con una alta conductividad térmica (punto de puente térmico) o la intersección de tres esquinas.


2. Pérdidas de energía debido a los puentes térmicos
2.1. Modelización térmica de un edificio
La distribución de temperaturas y el flujo de calor a través de una construcción pueden ser calculados si se conocen las condiciones de contorno y los detalles constructivos. Con este objetivo, se divide el modelo geométrico (el edificio) en un número de elementos teniendo en cuenta cada conductividad térmica homogénea.
El modelado de un edificio completo no es posible utilizando un modelo geométrico único. En la mayor parte de los casos el edificio puede ser compartimentado en varias partes (incluyendo el terreno si se considera adecuado) utilizando planos de corte. Esta partición se realizará cuidadosamente, con el fin de evitar cualquier diferencia entre los resultados del edificio compartimentado y el edificio considerado como conjunto. La elección de los planos de corte es de considerable importancia a los efectos de la partición en modelos geométricos idóneos. Los planos de corte se consideran adiabáticos (flujo térmico cero).
El modelo geométrico consta del elemento o elementos centrales, los elementos de flanco y a veces el terreno.
Dividido el modelo geométrico en un número de células, cada una de ellas posee un punto característico denominado nudo. Aplicando la ley de la conservación de la energía (div q= 0) y la ley de Fourier (q= -λgradθ, con las condiciones de contorno, se obtiene un sistema de ecuaciones que son función de las temperaturas en los nudos. La solución de este sistema, ya sea por una técnica directa o por método iterativo, proporciona la temperatura de los nudos. La distribución de temperaturas dentro de cada célula de material se calculará por interpolación entre las temperaturas del nudo. A partir de la distribución de temperatura, se pueden calcular los flujos térmicos aplicando la ley de Fourier.


2.2. Transferencia de calor en elementos constructivos homogéneos
El estudio de transferencia de calor en edificios se puede conseguir subdividiendo la estructura en distintos cerramientos (muros de fachada, huecos, suelos y cubiertas), para que así puedan calcularse separadamente las pérdidas de calor.
Este tipo de cálculo está normalmente basado en un modelo unidimensional, que asume que las fachadas son térmicamente homogéneas y están compuestas de un número de capas paralelas al flujo de calor, como muestra la figura 4.
La transferencia de calor se describe, en régimen estacionario y tomando algunas simplificaciones, mediante la transmitancia térmica del cerramiento (U). Este valor da la pérdida de calor a través del elemento de construcción por unidad de superficie y diferencia de temperatura de los medios situados a cada lado del elemento que se considera (W/m2 K).


La transmitancia térmica U (W/m2 K) viene dada por la siguiente expresión:
U = 1/RT
siendo
RT la resistencia térmica total del componente constructivo [m2 K/ W].
La resistencia térmica total RT de un componente constituido por capas térmicamente homogéneas debe calcularse mediante la expresión:
RT = Rsi + R1 + R2 + ... + Rn + Rse
siendo
R1, R2...Rn las resistencias térmicas de cada capa [m2 K/W];
Rsi y Rse las resistencias térmicas superficiales correspondientes al aire interior y exterior respectivamente, de acuerdo a la posición del cerramiento, dirección del flujo de calor y su situación en el edificio [m2 K/W].
La resistencia térmica de una capa térmicamente homogénea viene definida por la expresión:
R = e/λ
siendo
e el espesor de la capa [m].
En caso de una capa de espesor variable se considerará el espesor medio.
λ la conductividad térmica de diseño2 del material que compone la capa, calculada a partir de valores térmicos declarados2 según la norma UNE EN ISO 10 456:2001 o tomada de documentos oficialmente reconocidos, [W/m K].
Por lo tanto, la cantidad de calor transferido (= a la pérdida de calor transmitido φt) vienevdada por:
φt = U⋅ A ⋅ (θi − θe)
siendo
A el área de la superficie del elemento de construcción [m2];
θi-θe la diferencia de temperatura entre el interior y el ambiente exterior[K].

MARÍA INÉS DÍAZ REGODÓN y JOSÉ ANTONIO TENORIO RÍOS