Criterios y objetivos de la evaluación de puentes térmicos
Los puentes térmicos deben evitarse en la medida de lo posible, pero algunos de ellos serán casi inevitables (por ejemplo balcones, los alfeizares de las ventanas, voladizos, etc.).
Por tanto es lógico limitar el efecto desfavorable de las pérdidas de calor y el riesgo de condensaciones a límites aceptables.
Ciertos puentes térmicos pueden evitarse en la fase de diseño de los edificios, ya sean de nueva planta u obras de restauración.
Aquellos que sean inevitables o los que ya existan en edificios existentes, deben construirse o tratarse de la siguiente manera:
que el impacto de energía sea bajo, es decir, que el valor global de U del elemento constructivo (incluido el efecto del puente térmico) sea menor que un cierto valor máximo (exigido por ejemplo por la normativa nacional) y/o que el efecto del puente térmico no suponga más de un porcentaje dado del total de la pérdida de calor a través del elemento constructivo;
que el riesgo de condensaciones sea mínimo, es decir, que el factor de temperatura sea superior al valor crítico (éste valor debería determinarse a nivel nacional) Por tanto, el primer objetivo de la evaluación de puentes térmicos es determinar la evolución de la temperatura en el elemento edificatorio y, más específicamente, la temperatura superficial en la cara interna del elemento, que controla el riesgo de condensaciones superficiales y la formación de moho.
Secundariamente, se evaluará también para la pérdida de calor extra que produce la existencia de puentes térmicos en el elemento edificatorio. Este se realiza mediante el cálculo de la transmitancia térmica lineal (Ψ para elementos del edificio bidimensionales) o transmitancia térmica puntual (χ para elementos del edificio tridimensionales), que evalúan la pérdida de calor a través del elemento, incluyendo el efecto de puente térmico, menos la pérdida de calor sin el efecto de puente térmico.
Evaluación experimental de puentes térmicos
Ensayos de laboratorio
La evaluación de la pérdida de calor y la determinación de la transmitancia térmica lineal o puntual del puente térmico, puede ser ensayada experimentalmente en laboratorio. Esto puede hacerse usando métodos de ensayos normalizados en dos elementos del edificio idénticos, uno con y otro sin puente térmico.
Está claro que la aplicación del método está limitada a aquellos elementos del edificio que puedan ser ensayados bajo estas circunstancias -con o sin un puente térmico-, como por ejemplo perforaciones metálicas en paredes térmicamente aisladas.
La evaluación del factor de temperatura es posible en condiciones de laboratorio mediante la medición de la temperatura ambiente y de las temperaturas superficiales en ambas caras del cerramiento en condiciones de estado fijas. El grado de precisión, sin embargo, es bastante incierto porque los valores de hi y he, que tienen un efecto importante en el resultado final, no son conocidos.
Ensayos in situ
Los ensayos in situ pueden evaluar solamente la temperatura ambiente y las temperaturas de la superficie de las dos caras del elemento edificatorio. Sin embargo a causa de la evolución del clima interior y exterior (temperatura, humedad, aire o velocidad del viento), las temperaturas fluctuarán. Bajo estas circunstancias, sólo se pueden obtener resultados significativos a partir de medidas tomadas a largo plazo, en las cuales el factor de temperatura húmeda obtenido tiene que ser interpretado con cuidado.
Para una correcta interpretación de los resultados deberían seguirse las siguientes líneas que se resumen a continuación:
clima exterior: la temperatura y el grado de humedad del ambiente exterior se deben medir durante periodos mínimos de un mes; si no se toman medidas in situ, se pueden tomar como datos de entrada la temperatura exterior y la humedad relativa de la estación climática más próxima;
clima interior: las mediciones y cálculos relativos al clima interior son los siguientes:
o una medición continua de la temperatura y la humedad relativa por un periodo mínimo de un mes durante la estación de calefacción (preferentemente otoño);
o un cálculo de la temperatura interior húmeda diaria, semanal y mensual y de la diferencia entre las presiones interior y exterior.
factor de temperatura: al igual que las temperaturas interiores y exteriores, la temperatura superficial debe medirse en algunos puntos críticos y relevantes de la superficie interior durante un periodo mínimo de al menos dos semanas; si esta medida no fuera posible, el cálculo por ordenador puede dar los resultados necesarios.
Métodos disponibles y precisión esperada para el cálculo de Ψ
La evaluación experimental de los puentes térmicos (en laboratorio o in situ) es costoso y laborioso y sólo se aplica a proyectos importantes o para validar cálculos informáticos de simulación. Las investigaciones han revelado además que para detalles constructivos sin cavidades, las diferencias entre los resultados de los cálculos numéricos y los ensayos es insignificante.
Por tanto, la evaluación de puentes térmicos puede realizarse con la ayuda de métodos numéricos basados en cálculos bi-dimensionales o tri-dimensionales de transferencia de calor, que en los últimos años ha evolucionado enormemente.
Cuando se selecciona un método particular, su precisión deberá reflejar la exactitud requerida para el cálculo de la pérdida de calor total, teniendo en cuenta las longitudes de los puentes térmicos lineales.
Se podrían establecer los siguientes métodos con sus respectivos márgenes de error:
método numérico (5%)
catálogo de soluciones aceptadas (20%)
manual de cálculo (20%)
valores por defecto (0%-50%)
Cuando los detalles no están aún diseñados pero está definido el tamaño y la forma principal de edificio, de tal forma que las áreas de los diferentes elementos de la envolvente edificatoria, tales como cubiertas, paredes, suelos, son conocidos sólo se puede hacer una estimación grosera de las contribuciones de los puentes térmicos sobre el total de la pérdida de calor. Esta estimación burda se puede realizar utilizando los valores por defecto de transmitacia térmica lineal Ψ.
Cuando en un estado posterior se llegan a conocer a grandes rasgos los detalles, los valores Ψ se podrán obtener con mayor exactitud para cada puente térmico lineal al comparar el particular detalle con la solución aceptada del catálogo que mejor se adapte.
Cuando se conozcan todos los detalles, podrán utilizarse todos los métodos para determinar Ψ, incluyendo los cálculos numéricos los cuales dan valores más precisos para Ψ.
Catálogos de puentes térmicos
Las soluciones constructivas de los catálogos de puentes térmicos se determinan a partir de unos parámetros fijos (por ejemplo materiales y dimensiones) por lo que son menos precisos que los cálculos numéricos.
En general, los ejemplos que se dan en estos catálogos no son exactamente igual que el detalle real a considerar, y así al aplicar el valor de Ψ específico del detalle del catálogo, introducimos una exactitud con relación al detalle real. No obstante, se puede utilizar el valor de Ψ dado por el catálogo siempre que las dimensiones y las propiedades térmicas del ejemplo del catálogo bien sean similares o menos favorables que a las del detalle considerado.
El catálogo deberá contener:
a) guía clara de cómo los valores de Ψ derivan de los valores dados por el catálogo;
b) dimensiones del detalle y valores de la transmitancia térmica de las partes térmicamente homogéneas del detalle;
c) las resistencias de la superficie interna y externa que se utilizan para los cálculos de los valores dados en el catálogo.
Figura 9. Ejemplo de catálogo, soluciones constructivas de dinteles de ventana en función de la situación del aislante en el cerramiento (Catálogo británico “Limiting thermal bridging and air leakage: Robust construction details for dwellings and similar buildings” Departament for Environment, Food&Rural Affairs DEFRA, Transport Local Govermente Regions DTLR)
Cuando los detalles del puente térmico aún no están plenamente realizados, los catálogos aportan ejemplos útiles para diseñarlos. No obstante, los catálogos más flexibles utilizan bases de datos, donde se pueden variar las dimensiones y los materiales. En estos catálogos la exactitud dependerá del cálculo numérico.
El catálogo debería suministrar preferentemente información de las variaciones de la transmitancia térmica lineal en función de las conductividades térmicas o de las dimensiones de los componentes del puente térmico. Esto podría hacerse mediante coeficientes tabulados.
Manual de cálculos
Existe una gran variedad de manuales de métodos de cálculo, con la intención de ser utilizados en calculadoras manuales o en un programa de ordenador. Sin embargo no se puede dar una indicación general de exactitud para estos métodos porque la mayoría de los métodos de cálculo se aplican solamente para un tipo específico de puente térmico (por ejemplo, construcciones con placas metálicas). Así pues, para un caso específico, un manual de cálculo en particular puede ser muy exacto pero fuera de este caso puede ser muy inexacto.
El manual de cálculo deberá contener:
a) detalles de los tipos de construcción a los cuales se aplica;
b) límites dimensionales para los cuales el método es válido;
c) límites de la conductividad térmica de los materiales utilizados;
d) valores de la resistencia superficial para ser utilizada;
e) estimación de la exactitud (por ejemplo, error máximo).
Valores por defecto de acuerdo con la norma EN ISO 14683
Este capítulo contiene valores por defecto de para unos 50 puentes térmicos lineales, algunos de ellos se encuentran muy fácilmente en edificación. Estos valores pueden utilizarse o bien cuando no hay detalles disponibles para el puente térmico en particular, o cuando no se requiere de un valor exacto para la evaluación total de la pérdida de calor y es suficiente con una estimación aproximada. Estos valores por defecto se han obtenido con la ayuda de cálculos numéricos y se basan en el modelo numérico bidimensional de acuerdo con la norma EN ISO 10211-2. Están estimados prudentemente a partir de parámetros que están siempre al lado de la seguridad.
Estas tablas se presentan con una serie de dibujos esquemáticos del puente térmico y su valor de Ψ. Para cada tipo de puente térmico se simulan cuatro situaciones, dependiendo de la situación del aislante térmico, la capa con mayor resistencia térmica:
en la capa exterior,
en la cara interior,
en el interior del cerramiento
La cuarta hipótesis se refiere al caso sin la capa de aislamiento típica, sino en la que el cerramiento en su totalidad está construido con un material de ciertas propiedades aislantes, como la albañilería ligera (hormigón celular, por ejemplo).
Líneas de trabajo
La presencia de los puentes térmicos es habitual en cualquier edificio. Sin embargo la escasa bibliografía refleja un desconocimiento general o poco interés por el tema tratado. Es ahora en los últimos años, debido a la preocupación medioambiental y la concienciación de ahorro energético y bienestar higrotérmico cuando se empiezan a estudiar y reglamentar sus efectos.
En una configuración habitual de unas fachadas, empleando técnicas constructivas convencionales, a través de los puentes térmicos se produce una pérdida de calor del 20% de la energía total que pierde el edificio5. Esta cantidad, que es realmente importante, se traduce inexorablemente en un incremento del gasto en acondicionamiento en un porcentaje equivalente.
Teniendo en cuenta que constructivamente eliminar algunos tipos de puente térmico en ocasiones es imposible o puede suponer un coste muy elevado, previamente conviene saber en qué casos su efecto es realmente negativo o cuando su influencia es menor o nula.
Una línea de investigación podría enfocarse hacia el estudio, análisis y cuantificación de los efectos dañinos de los puentes térmicos, adaptado a las diferentes climatologías españolas y a la forma de construir de cada zona.
Los parámetros a controlar serían Ψ, fRsi en función de la zona climática donde se ubique el edificio.
Habría que estudiar la mejora o incorporación de técnicas de aislamiento adecuadas y valorar su coste, tanto si hablamos de rehabilitación como edificios de nueva planta -no olvidemos que ciertos puentes térmicos pueden evitarse en la fase de diseño-.
Una manera interesante de abordar este estudio sería mediante la metodología de las “robust details”, definida en las normativas inglesas. Se entiende por “solución robusta” aquella solución habitual, realizada con materiales y productos comunes y duraderos, basada en las técnicas y práctica industrial existente, concebida de tal forma que minimiza el riesgo de condensaciones, el riesgo de penetración al agua, las pérdidas extra de calor, exceso de infiltraciones, etc. Por tanto una solución constructiva es “robusta” cuando incorpora otros requisitos adecuados a la habitabilidad de los edificios y no sólo atiende a aspectos higrotérmicos. La compatibilidad con otros requerimientos, que en el caso español podrían encontrarse en el Código Técnico de la Edificación, es fundamental para asegurar que el diseño constructivo de los elementos sea, a priori, factible y por tanto pueda hacerse realidad.
La tipología edificatoria, y por consiguiente el diseño constructivo de la envolvente edificatoria, está íntimamente ligada al uso del edificio, e incluso, en algunos casos, al área geográfica y/o climatológica.
En el caso concreto de un país como España podría establecerse como primera clasificación las siguientes tipologías:
a) Viviendas unifamiliares aisladas
b) Viviendas unifamiliares adosadas
c) Viviendas plurifamiliares aisladas
d) Viviendas plurifamiliares entre medianeras
e) Oficinas
f) Otros
El objetivo final de este estudio previo es analizar el porcentaje de puentes térmicos, y por tanto de pérdidas de calor y de área “crítica” respecto el total de cerramientos, y que sin duda está íntimamente relacionado con la tipología y construcción de la envolvente edificatoria.
El comportamiento frente a las condensaciones obligaría a considerar la cantidad de producción de vapor de agua del espacio donde se encuentre el elemento constructivo.
Una primera clasificación podría establecer tres niveles, en vez de los cinco que establece la norma UNE EN ISO 13788: 2002:
1) espacios en los que se prevea una gran producción de humedad, tales como lavanderías y piscinas;
2) espacios en los que se prevea una alta producción de humedad, tales como cocinas industriales, duchas colectivas, restaurantes, pabellones deportivos u otros de uso similar;
3) espacios en los que no se prevea una alta producción de humedad. Se incluyen en esta categoría el resto de los espacios excepto los indicados anteriormente.
La diversidad de puentes térmicos, debido a su ubicación en el propio edificio, la composición de los distintos elementos constructivos, etc. nos obligaría a “agrupar” o relacionar la casuística de los posibles puentes térmicos que nos encontremos en una edificación.
Esta posible “agrupación en familias” podría plantearse:
• en relación con un tipo de fachada;
• en función de la posición del aislamiento:
o por el exterior
o Por el interior
o Intermedio
o Distribuido
Todas estas premisas deberían constituir un punto de partida a la hora de realizar un estudio higrotérmico de puentes térmicos, en función de la zona climática y tipología constructiva, con el fin de disminuir el efecto desfavorable de las pérdidas de calor y el riesgo de condensaciones a límites aceptables.
MARÍA INÉS DÍAZ REGODÓN y JOSÉ ANTONIO TENORIO RÍOS
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