tesis para optar al grado de magÍster en...
TRANSCRIPT
1
UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍO FACULTAD DE ARQUITECTURA, CONSTRUCCIÓN Y DISEÑO
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DEL PUENTE TÉRMICO, FRENTE DE ENTREPISO, PARA SOLUCIÓN DE AISLACION POR CARA INTERIOR EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO.
Evaluación experimental con método de cámara térmica e incidencia a través de simulación TAS.
TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN HÁBITAT SUSTENTABLE Y EFICIENCIA ENERGÉTICA
AUTOR: NELSON ARIAS JIMENEZ
PROFESOR GUÍA: ARIEL BOBADILLA MORENO
Ingeniero Civil Mecánico Máster en Ciencias Aplicadas
Univ. Católica de Lovaina, Bélgica
CONCEPCION, 2012
2
ÍNDICE GENERAL:
Resumen: 4
Abstract: 5
Capitulo 1. Introducción
1.1 Preliminares (Generalidades) 6
1.2 Referencia a trabajos anteriores 8
1.3 Objetivos de la investigación
1.3.1 Objetivo general 10
1.3.2 Objetivos Específicos 10
Capitulo 2. Marco teórico
2.1 Puentes térmicos 11
2.1.1 Definiciones y fundamentos básicos 11
2.1.2 Tratamiento (análisis según régimen) 14
2.1.3 Clasificación de modelos de flujo de calor y sus transmitancias. 14
2.1.4 Tipologías 20
2.1.5 Efectos de los puentes térmicos 21
2.1.6 Métodos habituales de evaluación de puentes térmicos 24
2.2 Definición caso tipo (puente térmico frente entrepiso) 35
2.2.1 Factores de origen 36
2.2.2 Efectos particulares 39
3
Capitulo 3. Metodología
3.1 Planteamiento metodológico 40
3.2 Evaluación experimental, ensayo mediante cámara térmica de guarda. 43
3.2.1 Diseño y elaboración probeta 43
3.2.2 Cámara térmica de guarda 45
3.2.3 Ensayos 47
3.3 Incorporación valores U resultantes de ensayo experimental
a un caso de estudio 57
3.3.1 Resultados de valores integrados (U ponderados) 60
3.4 Integración de puentes térmicos al programa de simulación TAS 61
3.4.1 Programa de simulación TAS 61
3.4.2 Datos de entrada 62
3.4.3 Procedimiento. 62
3.4.4 Resultados modelación TAS. 64
3.5 Análisis de resultados
3.5.1 Análisis resultados ensayo experimental 69
3.5.2 Análisis resultados simulación caso de estudio 73
Capitulo 4. Conclusiones y futuras líneas de investigación:
4.1 Conclusiones: 77
4.2 Futuras líneas de investigación: 84
5 Bibliografía 85
6 Anexos 87
4
Resumen:
La actual necesidad de mejorar la calidad térmica de la envolvente, específicamente en el
complejo de muros, ya sea en edificaciones nuevas como existentes, implica optar por
una solución de aislación que puede estar ubicada por la cara interior o bien por la cara
exterior del muro, si se trata de hormigón armado (material predominante en la
construcción de viviendas en altura en Chile).
Teniendo en cuenta que cada una de las opciones tiene sus fortalezas y debilidades la
opción de aislación por la cara interior del muro, a diferencia de la aislación por la cara
exterior, trae consigo la interrupción del material aislante en el encuentro de la losa de
entrepiso y los muros perimetrales. Esto genera un puente térmico conocido como frente
de entrepiso, el que puede acarrear efectos como pérdidas del calor interior y riesgo de
condensaciones superficiales e intersticiales para la zona afectada.
Conocer el impacto global de dicho puente ayudaría en la toma de decisión respecto a la
solución de aislación. Para ello la presente tesis pretende, a partir de las características
generales de los puentes térmicos, decantar en las propiedades particulares del puente
térmico “frente de entrepiso”, evaluar su comportamiento como singularidad mediante
ensayos experimentales (cámara térmica) y su posterior incidencia en el comportamiento
energético global de una edificación a través de la integración de resultados a la
simulación de un caso de estudio, modelado mediante un software de cálculo de
demandas energéticas (TAS).
Palabras claves:
Puente térmico, frente de entrepiso, aislación, hormigón armado, vivienda en altura.
5
Abstract:
The present need of improving the thermal quality of the built envelope, specifically of the
walls complex, whether in new and existing buildings, means opting for an insulation
solution which can be placed on the inner face or the outer face of the wall, if it is the case
of reinforced concrete [most popular material in the construction of high-rise housing in
Chile].
Although each option has its strengths and weaknesses, opting for the insulation on the
inside of the wall, unlike to the one installed on the outside of the wall, interrupts the
continuity of the insulating material where the mezzanine slab and the perimeter walls
meet. This generates a thermal bridge known as mezzanine front, which can produce
effects such as interior heat losses and risk of surface and interstitial condensation to the
affected area.
Awareness of the global impact of the mentioned thermal bridge would help in the design
decisions regarding the insulation solution. For that means, this thesis aims, from the
general characteristics of the thermal bridges, to define the singular properties of the
bridge under study, evaluate its behaviour through experimental tests [thermal chamber]
and its subsequent incidence on the overall energetic behaviour of a building through the
integration of results to the simulation of a case of study in a Thermal Analysis Simulation
software [TAS].
Key words:
Thermal bridge, mezzanine front, insulation, reinforced concrete, high-rise housing.
6
1 Introducción 1.1 Preliminares (Generalidades)
El consumo energético referido al ítem habitabilidad se ha transformado en una
preocupación global cuya problemática convoca desde el ciudadano común hasta el
mundo empresarial y las autoridades de los respectivos gobiernos.
Dicho conflicto se torna más evidente en la medida que se contraponen la escasez de
combustibles fósiles, el deterioro del medio ambiente y las demandas requeridas para
asegurar los estándares de confortabilidad adquiridos por las cada vez más pobladas
naciones a la hora de enfrentar las inclemencias climáticas.
Frente a esto la respuesta de muchos países, principalmente la comunidad europea, ha
sido agudizar sus políticas frente al ahorro energético, forjando un respaldo normativo
(fruto de investigación) que no solo incentiva la mejora en la calidad térmica de las
edificaciones si no que también induce a sus ocupantes a un mejor uso de ellas.
En el caso de Chile a contar de marzo del año 2000 se pone en vigencia la primera etapa
del programa de Reglamentación sobre Acondicionamiento Térmico de Viviendas,
“Aislación de techumbre”, establecido por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU)
y paso seguido la puesta en vigor de la segunda etapa “Aislación de muros, ventanas y
pisos ventilados” en enero del 2007, quedando pendiente una tercera etapa “Certificación
energética de las edificaciones”.
Dicha normativa pone en evidencia el interés por parte de las autoridades de priorizar una
política de ahorro energético basado en el concepto de incorporación de aislación térmica
7
en la envolvente de las edificaciones, como lo es el complejo de techumbre, muros
exteriores, ventanas y pisos.
Si bien en la práctica todos los proyectos de viviendas recepcionados a partir del año
2007 incorporan soluciones de envolvente, según titulo 4, capitulo1 de la Ordenanza
General de Urbanismo y Construcciones (OGUC), queda un alto porcentaje del total de
viviendas operativas sin ninguna solución de aislamiento térmico. “representadas por un
74% de viviendas que no se encuentran acogidas a ninguna exigencia térmica, las
viviendas construidas antes del año 2000, y un 19% que sólo se encuentra acogida a la
Primera Etapa de la Reglamentación Térmica, es decir, sólo cuentan con aislación de
techumbre, correspondiente a las viviendas construidas entre los períodos marzo de 2000
y febrero de 2007” [1 p.21]
Quedando como consiguiente un gran número de viviendas abiertas a proyectos de
Reacondicionamiento térmico impulsados por la tendencia a mejorar sus condiciones de
confort térmico como respuesta al escenario energético ya mencionado.
Para el caso específico del mejoramiento térmico del complejo de muros, tanto en el caso
de proyectos nuevos (que impliquen sumar capas en su superficie) como en el
reacondicionamiento térmico para viviendas ya construidas, implica tomar la opción de
proyectar aislación por la cara exterior de muros o bien por la cara interior, decisión que
será dictada por variables como el uso de los recintos y sus necesidades en la respuesta
8
de la calefacción, restricciones constructivas, imposibilidad de sumar dimensiones (tanto
al interior como al exterior del paramento), por nombrar las más importantes.
Si consideráramos el hormigón armado como materialidad predominante en las
construcciones en altura y si la opción de envolvente térmica fuera por la cara interior del
muro, estaremos ante un potencial puente térmico, producido por la interrupción del
material aislante en el encuentro de la losa de entrepiso y los muros perimetrales.
Interrupción de la capa de aislación que no ocurre cuando tomamos la opción de aislar
por la cara exterior del muro.
Por lo tanto conocer el comportamiento del puente térmico antes descrito, no solo a nivel
de su implicancia en las perdidas del calor interior, sino también frente a los riesgos de
condensación superficiales e intersticiales que este podría acarrear, se torna información
de peso a la hora de tomar partido por la ubicación del material aislante y por defecto la
solución de la envolvente térmica.
1.2 Referencia a trabajos anteriores:
Cabe señalar que en relación a las definiciones de conceptos básicos como también
tipologías generales se tomó como fuente alguna de las normativas existentes tanto
Chilena como española, las que irán debidamente citadas.
En [1] Reacondicionamiento térmico de viviendas en uso, se presenta el panorama
nacional (Chile) respecto a la baja cobertura del mejoramiento térmico de las viviendas
9
construidas antes de la entrada en vigor de la reglamentación térmica. Planteando
soluciones de aislación para el caso de los muros tanto por el exterior de estos como por
el interior.
Respecto a [5] Garcia, “Modelado de puentes térmicos en la simulación térmica de
edificios”, el autor realiza a partir de una completa recopilación teórica sobre puentes
térmicos un barrido por diferentes métodos de análisis para estos últimos, profundizando
en los métodos de simulación a través de software, ante la hipótesis de que en el
mercado no existe el programa que realice simultáneamente el análisis singular de
pérdidas a través de puentes y la integración a un modelo global de demanda energética,
llegando a encontrar la combinación optima entre los programas que le permiten dicho
procedimiento.
En [6] Regodon, “Pérdidas de calor y formación de condensaciones en los puentes
térmicos de los edificios”. La publicación se enfoca en los problemas derivados de la
presencia de puentes térmicos, como son las pérdidas de energía, condensaciones tanto
superficiales como intersticiales y la formación de mohos. Sin detenerse en un puente en
particular.
10
1.3 Objetivos de la investigación
1.3.1 Objetivo general:
Cualificar y cuantificar la incidencia del puente térmico “frente de entrepiso” para
soluciones de aislamiento por la cara interior en edificaciones de hormigón armado.
Evaluando experimentalmente, las distintas posibilidades de aislación para dicho punto
constructivo. Y en base a los resultados entregados (valores U y temperaturas
superficiales) establecer el impacto del puente analizado en función de los riesgos de
condensación y el aporte a las pérdidas energéticas globales de una edificación.
1.3.2 Objetivos Específicos:
1.3.2.1 Comparar en relación a las pérdidas de energía el desempeño de la aislación
por la cara exterior y el interior del muro: a través de resultados cuantificables
arrojados por ensayo experimental y evaluación de su incidencia en la demanda global de
una edificación tanto en calefacción como de refrigeración a través de simulación en
software TAS.
1.3.2.2 Comparar las temperaturas superficiales interiores en la zona del encuentro
entre losa y muro, con el fin de establecer su comportamiento frente a potenciales riesgos
de condensación.
1.3.2.3 Proponer soluciones constructivas que disipen el puente térmico, disminuyendo
su impacto en las perdidas de energía y estabilizando sus temperaturas superficiales.
11
2 Marco teórico
En este capítulo se exponen los conocimientos teóricos básicos sobre puentes térmicos,
como fenómeno general, partiendo por su definición que considera desde los factores que
lo originan constructivamente hasta conceptos elementales de termodinámica que
permiten familiarizarnos con su tratamiento, tipología, efectos y métodos de evaluación.
Una vez aportados las definiciones generales se da paso a la selección y definición del
caso de estudio.
2.1 Puentes térmicos
2.1.1 Definiciones y fundamentos básicos:
Puente térmico: Según la NCh 3136/1 Of2008 [2], denomina puente térmico a parte de la
envolvente de una edificación que experimenta la disminución de su resistencia térmica.
Modificación que puede originarse por:
- Penetración total o parcial de la envolvente del edifico por materiales con una
conductividad térmica distinta; y/o
- Un cambio en el espesor del revestimiento; y/o
- Una diferencia entre las áreas internas y externa, como intersecciones de paredes,
suelos o techos.
Los puentes térmicos dan lugar a cambios en los valores de flujos de calor y las
temperaturas de las superficies, comparados con la estructura sin puentes. Trayendo
como consecuencia directa no solo zonas de pérdida del calor interior si no que
representan factor de riesgo de condensaciones superficiales e intersticiales.
12
Envolvente térmica Esta compuesta por todos los cerramientos que limitan el espacio
exterior de los recintos habitables de una edificación, separando de esta manera las
condiciones climatológicas del exterior con las condiciones de confort térmico interior.
Flujo de calor (ϕ) es la cantidad de calor por unidad de tiempo que pasa a través de una
superficie. El flujo de calor se produce cuando existe una diferencia de temperatura entre
distintos cuerpos o bien entre distintas zonas dentro de un mismo cuerpo, generándose la
transferencia de el cuerpo o zona de mayor temperatura al de menor temperatura,
mediante mecanismos de conducción, convección y radiación.
ϕ =
(Ec. 2.1)
Donde:
ϕ = flujo de calor [W]
= cantidad de calor [J]
t = tiempo [s]
Transmitancia termica: Como definición genérica se define como flujo de calor dividido
por una unidad de medida (que represente la zona de paso del flujo) y por la diferencia de
temperaturas entre los dos ambientes separados por dicho elemento. (esta definición se
precisa con los contenidos del punto 2.1.3 clasificación de los modelos del flujo calor y sus
transmitancias)
13
Puente térmico lineal: Puente térmico con una sección en cruz uniforme en una
dirección. Según UNE-EN ISO 14683:1999 [3]
Se manifiestan a lo largo de una determinada longitud, por ejemplo, entre la intersección
de dos cerramientos verticales exteriores que forman una esquina. (figura 2.1)
Figura 2.1 Esquema puente térmico lineal
Puente térmico puntual: Puente térmico con sección en cruz no uniforme en cualquier
dirección. (figura 2.2 )
Este tipo de puentes se forman cuando un cerramiento aislado térmicamente es perforado
por otro elemento con una alta conductividada térmica o en la intersección de tres planos
(fachada-fachada- losa).
14
Figura 2.2 Esquema puente térmico puntual
2.1.2 Tratamiento (análisis según régimen)
En el análisis del fenómeno de transmisión de calor se pueden considerar dos variables,
una opción es considerar un estado o régimen permanente, que implica asumir un
comportamiento estacionario, (estático o puntual en el tiempo) ignorando el concepto de
inercia térmica de los materiales ante las solicitudes térmicas del entorno, concepto que si
aborda un análisis en régimen transitorio ya que representa un estudio dinámico del
fenómeno, donde el flujo y la temperatura varían con el tiempo.
2.1.3 Clasificación de modelos de flujo de calor y sus transmitancias.
Según Castro [4] en el Modelo unidimensional (figura 2.3) se considera el flujo de calor
de forma perpendicular al cerramiento, teniendo un comportamiento uniforme,
unidireccionalmente en la medida que no cambiemos la continuidad del material que
15
conforman las capas, por lo tanto se trabajara con medidas de superficie para
cuantificarlo.
Figura 2.3 (modelo unidimensional)
A este tipo de cerramiento asociamos el concepto de transmitancia térmica (U), definida
como el flujo de calor, en régimen estacionario, que pasa por unidad de superficie del
elemento y por grado de diferencia de temperaturas entre los dos ambientes separados
por dicho elemento.
Se expresa en W/( m² x K). Quedando definido también en función de su inverso:
U =
(Ec. 2.3)
Donde:
U = transmitancia térmica superficial de todo el elemento constructivo [W/(m² x K)]
RT = resistencia térmica total del elemento constructivo [(m² x K)/W]
16
La resistencia térmica total (RT) del elemento constructivo constituido por capas térmica-
mente homogénea, se determina según la siguiente expresión.
RT = Rsi+ R1+ R2+ R3+ RN+ Rse (Ec. 2.4)
Donde:
R1,… Rn = resistencia térmica de cada capa térmicamente homogénea [(m² x K)/W]
Rsi, Rse = resistencia térmica superficiales correspondientes al aire interior y exterior respectivamente, de
acuerdo a la posición del cerramiento, dirección del flujo de calor [(m² x K)/W].
Valores disponibles en tabla 2 NCh 853 Of91
La resistencia térmica de una capa térmicamente homogénea viene definida por la
siguiente expresión.
R =
(Ec. 2.5)
Donde:
e = espesor de la capa [m]
λ = conductividad térmica, [W / m K)], valores disponibles en documentos oficialmente reconocidos.
El Modelo Bidimensional, considera el flujo de calor transcurriendo en dos direcciones,
(figura 2.4) como es el caso de un tramo en el muro en que se rompe la homogeneidad
del paramento lo que impide analizar el comportamiento del flujo de calor como un
fenómeno unidireccional en toda la superficie sino más bien se utilizan unidades de
longitud para abarcarlo.
17
La transmitancia térmica lineal (Ψ), asociada a los puentes térmicos lineales queda
definida como el valor del flujo de calor en estado estacionario dividido por la longuitud y
por la diferencia de temperatura entre los ambientes situados a cada lado del puente
térmico.
Se expresa en W/( m x K).
Figura 2.4 (modelo bidimensional)
En el Modelo tridimensional, las líneas de flujo de calor pueden ir en cualquiera de las
tres direcciones, (fig. 2.5) modelo asociado directamente al concepto de puentes
térmicos puntuales. Debiendo analizarse cada elemento de forma individual ya que no
podrá hacerse extensible de forma generalizada, por lo tanto no se expresará en unidades
de superficie ni de longitud.
18
Figura 2.5 (modelo tridimensional)
La transmitancia térmica puntual (לא) es el valor del flujo de calor en estado estacionario
dividido por la diferencia de temperatura entre los ambientes situados a cada lado del
puente térmico, se expresa en W/ K.
El coeficiente de acoplamiento térmico (L) Según UNE-EN ISO 14683:1999 [3] está
dado por el flujo de calor dividido por la diferencia de temperatura entre dos ambientes los
cuales están conectados térmicamente por medio del elemento de cierre en estudio.
L =
(Ec. 2.6)
Donde:
ϕ = flujo de calor [W]
t1-t2 = temperatura interior y temperatura exterior respectivamente [K]
19
Cuando se calcula el coeficiente de acoplamiento térmico de la envoltura del edificio (L),
es necesario añadir las transmitancias térmicas los elementos unidimensionales,
bidimensionales y tridimensionales que constituyen el cerramiento, lo que incluye la
transmitancia superficial puntual y lineal.
De esta manera el coeficiente de acoplamiento térmico multiplicado por el valor de las
dimensiones del espacio a considerar, nos dará una idea de la magnitud del flujo de calor
que atraviesa la envolvente estudiada.
L = ∑ Ui A i+ ∑ Ψ j ℓ j + ∑ לא k (Ec. 2.7)
Donde:
L = es el coeficiente de acoplamiento térmico
Ui = es la transmitancia termica de la parte i de la envolvente, el cálculo se realiza de forma unidimensional
Ai = es la area sobre la cual se aplica el valor de Ui
Ψj = es la transmitancia termica lineal del puente térmico lineal j
ℓ j = es la longuitud sobre la cual se aplica el valor Ψj
La sumatoria del producto de estos 2 últimos factores representa las pérdidas producidas en los puentes
térmicos lineales que están definidos por un modelo geométrico bidimensional.
k = es la transmitancia termica puntual del puente térmico puntual k לא
Este valor representa el valor de los puentes térmicos puntuales, definido a partir de la transmitancia térmica
puntual que implica.
Generalmente la influencia de los puentes térmicos puntuales (en cuanto resultan de la intersección de los
puentes térmicos lineales) pueden despreciarse y así el término de corrección que comprende los puentes
térmicos puntuales puede omitirse de la ecuación (2.7)
20
2.1.4 Tipologías
Si tomamos como referencia la UNE-EN ISO 14683:1999 [3], la cual cataloga los puentes
térmicos, según su localización (figura 2.7) asignándoles una nomenclatura que logra
convención en programas de simulación como Lider o EuroKobra, como también la
posibilidad de diferenciarlos de manera versátil, cuando estos se presentan de manera
simultánea en un modelo.
- Cubiertas (puentes térmicos tipo “R”)
- Balcones (puentes térmicos tipo “B”)
- Esquinas (puentes térmicos tipo “C”)
- Suelos (puentes térmicos tipo “F”)
- Paredes internas (puentes térmicos tipo “IW”)
- Pilares (puentes térmicos tipo “P”)
- Vanos de puertas y ventanas (puentes térmicos tipo “W”)
Figura 2.7 Esquema que muestra en una edificación la localización y el tipo de puente.
21
2.1.5 Efectos de los puentes térmicos
Como ya planteábamos en la definición de puente térmico el efecto de estos, no solo
cobra incidencia en el cambio del índice de flujo de calor, sino también la influencia en el
cambio que experimentan las temperaturas superficiales y con esto el aumento de los
riesgos de condensación tanto a nivel superficial como intersticial.
Las pérdidas de calor por transmisión asignada a los puentes térmicos “representan del
orden del 15% del total (incluso fácilmente podrían aumentar según la complejidad del
edificio” [5 p.20] traduciéndose, de no ser resueltos, en un incremento de la potencia de
los sistemas de climatización, disminuyendo el retorno de la inversión tras la aislación de
la envolvente.
El otro efecto mencionado es la disminución de la resistencia térmica que acarrean los
puentes térmicos con directa influencia en los valores de las temperaturas superficiales,
creando zonas frías dentro de un cerramiento relativamente caliente, aumentando con
esto el riesgo de condensaciones tanto a nivel de las superficies internas de la envolvente
como en el interior de ésta, produciendo el fenómeno conocido como condensación
intersticial.
La condensación superficial Según Regodon [6] se presenta como una patología
directa y evidente ya que esta acarrea generalmente la formación de mohos (fig.2.8),
agente indeseable en los edificios, los que traen como consecuencia:
22
- Impacto estético, ya que irrumpe la homogeneidad de las terminaciones interiores.
- Deterioro de los materiales orgánicos en los que crece, tales como pinturas, siliconas,
acabados, papeles, telas, etc.;
- Puede producir reacciones alérgicas a los ocupantes (por ejemplo, dolores de cabeza,
irritaciones nasales y del sistema digestivo, asma) debido a la inhalación de componentes
volátiles y esporas que abundantemente se presentan en el ambiente;
- Si el cuerpo humano lo absorbe (por ejemplo por vía digestiva) causa enfermedades
debidas a la formación de sustancias cancerígenas y venenosas.
Figura 2.8 Aparición de colonias de hongos en esquinas de la edificación
23
A pesar que la transferencia de vapor es un proceso muy complejo de manera general
podemos plantear que la condensación se da cuando la temperatura superficial del
elemento de cierre es inferior o igual al punto de rocío del aire que está en contacto con
dicha superficie. Siendo el punto de rocío o temperatura de rocío, la temperatura a la que
empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire.
La normativa UNE EN ISO 13788:2002 [3] establece que además del clima exterior
(humedad y temperatura del aire) tres parámetros determinan el riesgo de condensación
superficial y la formación de mohos:
a) la calidad térmica de cada cerramiento exterior del edificio, representada por la
resistencia térmica, sus puentes térmicos, su geometría y su resistencia superficial
interior. La calidad térmica puede caracterizarse por el factor de superficie interior fRsi :
b) el incremento de humedad interior (que influye en el punto de rocío del aire).
c) la temperatura del ambiente interior y el sistema de calefacción.
Para que ocurra la formación y el crecimiento de mohos la humedad relativa en las
superficies deberá superar el 0,8 durante varios días.
Por lo tanto la humedad en el ambiente es condición imperante, por ejemplo en baños y
cocinas, pero también está presente en dormitorios donde la producción de humedad por
parte de sus ocupantes es significativa, sumada a la falta de hábito respecto a la
ventilación.
24
En razón a lo último, se tiene que ¨”El moho a menudo comienza en las esquinas,
porque, entre otras razones, son lugares que, debido a la mínima circulación de aire, la
condensación absorbida no puede secarse fácilmente” [6 p.7]
La condensación intersticial corresponde a las condensaciones producidas en el interior
del cerramiento, producto del fenómeno de difusión de vapor desde el interior al exterior,
causado por un desequilibrio de presiones internas-externas (o diferencia de presiones)
de esta manera puede ocurrir que el vapor que va atravesando el cerramiento se
encuentre con una capa cuya temperatura sea igual o menor a la temperatura de rocío.
Siendo la continuidad del aislamiento térmico una medida base para evitar el descenso de
la resistencia térmica y con ello evitar la caída de la temperatura interior del cerramiento.
Los efectos generados a raíz de la condensación intersticial no solo alcanza la calidad
estructural de la edificación debido a la degradación de los materiales que conforman el
cerramiento sino que también su calidad térmica, ya que la condensación de vapor de
agua en los materiales aislantes implica una baja o bien la perdida de sus propiedades de
aislación, aumentando su conductividad.
2.1.6 Métodos habituales de evaluación de puentes térmicos
Según Regodon [6] ante la necesidad de manejar con anticipación la mayor cantidad de
información sobre el impacto en la edificación de los puentes térmicos, es que se
recomienda realizar una evaluación de este fenómeno en la etapa de proyecto a partir de
25
los métodos disponibles, inversión que cobra sentido si consideramos que una vez que la
obra esté construida es muy difícil remediar este tipo de anomalías.
Poseer dicha información nos permitirá tomar decisiones sobre el dimensionado de
equipos de climatización, estimación de la capas de aislación o bien la correcta ubicación
de estas últimas en virtud del uso proyectado, por nombrar algunas.
Este punto no pretende profundizar en la operatoria de cada uno de los métodos, pero si
describir de manera general, su manera de abarcar la problemática de los puentes
térmicos, cabe destacar que todo los métodos expuestos se enfocan en la evaluación
puntual de puentes térmicos y no en la integración de estos valores al calculo energético
global de una edificación.
Evaluación experimental de puentes térmicos
Dentro de esta metodología encontramos los ensayos de laboratorio que nos permiten la
determinación de las propiedades de transmisión y resistencia térmica de los elementos
de edificación.
La NCh 851 Of2008 [7] establece dos métodos alternativos: el método de cámara térmica
de guarda (CTG) y el método de cámara térmica calibrada (CTC). Ambas cámaras están
previstas para las condiciones de contorno entre fluidos, normalmente el aire atmosférico,
cada uno a temperatura uniforme. La probeta se ubica entre una cámara caliente y una
fría en las que se conocen y controlan las temperaturas del ambiente.
26
Las mediciones se realizan en estado estacionario en cuanto a temperatura del aire,
temperatura superficial y potencia de entrada por el lado caliente de la cámara. A partir de
estas mediciones, se calculan las propiedades térmicas de la probeta.
Figura 2.9 Cámara térmica de guarda
Métodos generales de cálculo a partir de un modelo geométrico9
La NCh 3136/1 Of2008 [2] establece las especificaciones de un modelo geométrico
tridimensional (3-D) y bidimensional (2-D) de un puente térmico para el cálculo numérico,
asumiendo un estado estacionario, tanto en los flujos de calor que permiten evaluar las
pérdidas de calor como en las temperaturas mínimas superficiales para evaluar el riesgo
de condensación.
27
Bajo el principio de que la distribución de temperatura en un flujo de calor a través de una
edificación se puede calcular si se conocen las condiciones de los limites y los detalles de
construcción. En función de este propósito el modelo geométrico se divide en una
cantidad de celdas de materiales adyacentes, cada uno con una conductividad térmica
homogénea.
Figura 2.10 Planos de simetría utilizados como planos de punto límite (dimensión en milímetros).
En la mayoría de los casos, la construcción se puede dividir en varias partes (incluyendo
el subsuelo, cuando sea apropiado), mediante el uso de planos de punto límite, los que se
deberán escoger adecuadamente.de esta manera el modelo geométrico constará del
elemento o elementos centrales, los elementos de flanco y a veces el terreno. El modelo
geométrico quedará delimitado por los planos de corte, estos últimos se deberán ubicar
en un plano de simetría (figura 2.10) si está a menos de 1 m del elemento central o al
menos a 1 m del elemento central si no hay un plano de simetría cerca.
28
Para la determinación de los coeficientes de acoplamiento y el flujo térmico para más de
dos entornos con temperaturas diferentes (por ejemplo, temperaturas internas diferentes o
temperaturas externas diferentes), donde el índice total de flujo de calor ϕ de la habitación
o edificación se puede calcular a partir de:
ϕ = ∑ { Li,j (θi - θj) } (Ec. 2.8)
Donde:
ϕ = índice de flujo de calor [W]
θi = temperatura entorno i
θj = temperatura entorno j
Li,j = coeficiente totales de acoplamiento entre cada par de ambientes.
Donde si la habitación o edificación se particiona, el valor de Li,j (coeficientes totales de
acoplamiento) se establece a partir de la ecuación 2.9
29
Figura 2.11 Planos de corte de una envolvente térmica (extraído de NCh 3136/1).
Métodos simplificados y valores por defectos
Según UNE EN ISO 13788:2002 [3] para puentes térmicos lineales cabe la posibilidad de
utilizar métodos simplificados para obtener una estimación de su transmitancia térmica
lineal. Para ello se presenta la norma UNE EN ISO 14683:1999 la cual propone un
catálogo de valores por defectos para los parámetros principales como son el coeficiente
térmico de acoplamiento lineal (L2D) y la transmitancia térmica lineal (Ψ) respecto al
puente analizado.
30
Parámetros que son considerados a partir de régimen estacionario y cuyo campo de
aplicación se orienta a puentes térmicos lineales discretos (número finito) que tienen lugar
en las uniones de los elementos de las edificaciones, no aplicable para puentes asociados
a ventanas, marcos de las puertas o muros cortina.
La norma considera valores para 7 puentes térmicos descritos en 2.1.4 Tipologías donde
Para cada tipo de puente térmico y localización de la capa aislante principal la tabla 2
(incluida en la norma) da un perfil del diseño de cada detalle, el coeficiente de
acoplamiento térmico lineal bi-dimensional L2D, y tres valore de Ψ. (figura 2.12)
- Ψi basado en las dimensiones internas;
- Ψoi basado para todas las dimensiones internas;
- Ψe basado para las dimensiones externas.
Figura 2.12 Extracto de tabla 2 valores por defecto de transmitancia lineal para puentes tipo F.
31
En el anexo B incluido en la norma se expone un ejemplo para la utilización de estos
valores por defecto de Ψ cuando se calcula las pérdidas de calor por transmisión
Evaluación a través de software
Dentro del recurso de análisis de puentes térmicos a través de programas informáticos
existe una gran variedad, desde programas que solo abarcan el análisis de la
transferencia de calor bidimensional en régimen permanente hasta los que lo logran en
régimen transitorio incluyendo la posibilidad de simular puentes térmicos en dos o tres
dimensiones.
“Sin embargo, ni unos ni otros ofrecen la posibilidad de estudiar el comportamiento global
de edificio, esto es, acoplando los balances de carga de la envolvente con el resto de
cargas, ganancias y técnicas de control que forman el modelo completo, con lo que el
problema quedaría resuelto”. [5 p.9]
A pesar de este último dato es interesante ver el espectro que cubren estos software con
sus debilidades y fortalezas, si consideramos el bajo costo que significan en relación al
costo de un ensayo de laboratorio o a la simplificación en la operativa frente al cálculo
numérico.
Para ello haremos una descripción general de algunos de estos programas.
Kobra
El programa Kobra contiene un atlas de puentes térmicos bidimensionales, resueltos en
estado permanente. Donde cada página de dicho atlas contiene varias opciones de
32
detalles de construcción, cuando se selecciona un detalle, aparece un informe con un
análisis de puente térmico, es decir, información relevante sobre el riesgo de
condensación y el efecto de la pérdida de calor (La resistencia superficial interior, las
pérdidas de calor, los valores de U, coeficiente de acoplamiento (L2D) y la Transmitancia
térmica del puente. Ver figura 2.13
Dentro de las características del programa se encuentra en los hechos de que los datos
se pueden editar: medidas, materiales y condiciones de contorno se puede modificar
fácilmente, y que posteriormente el campo de la temperatura se vuelve a calcular
utilizando la técnica de balance de energía precisa. Por lo tanto, las isotermas y las líneas
de flujo de calor puede ser representado de una manera clara.
Figura 2.13 Pantalla de resultado, izquierda: detalle de construcción y a la derecha: resultados.
33
Una de las grandes limitaciones que posee el programa es que funciona a través del
sistema operativo MS-DOS generando errores en las versiones de Windows superiores a
95/98 y Windows NT/2000.
Therm
Therm es un programa de cálculo de calor en 2 dimensiones en régimen estacionario por
lo que resulta especialmente útil para los cálculos de las características térmicas de los
puentes térmicos de edificaciones. Con una interface bastante amigable, permite exportar
archivos dxf, como trazado base para el dibujo que dará cuerpo al detalle a analizar.
Para la incorporación de los datos de materiales se puede acudir tanto a su librería o bien
ser modificados por el usuario y tras introducir las condiciones de contorno pertinentes, el
programa devolverá la distribución de temperaturas (con lo que es identificable el punto
de mínima temperatura superficial interior) y el valor de las transmitancias. Lo que podrá
ser complementado con graficas de isotermas, líneas de flujos térmicos o diagramas de
colores. (figura 2.14)
Fig 2.14 diagramas de flujos y líneas isotérmicas entregado por Therm.
34
Heat 3
Este es un programa de análisis en tres dimensiones de conducción de calor transitoria y
de estado estacionario. Cuenta con un sistema integrado de pre-procesador que recoge
los datos de entrada, las condiciones de frontera y las propiedades de los materiales
pueden ser fácilmente editadas o bien añadidas por el usuario, poseyendo para estas
últimas una extensa lista de materiales por defecto.
El post-procesador muestra la geometría, materiales, malla numérica, las condiciones de
frontera, la temperatura y los campos de flujo de calor. La figura de tres dimensiones se
puede girar en el espacio, y los detalles de especial interés se pueden ampliar. (fig. 2.15)
Fig 2.15 interface Heat 3, en el lado izquierdo el pre-procesador y en la parte inferior derecha el post-
procesador entregando la modelación 3D.
35
2.2 Definición caso tipo (puente térmico frente entrepiso)
Fig 2.16 Fotomontaje que recrea la interrupción del aislamiento por parte de la losa de entrepiso
Tras la introducción teórica a la problemática general de los puentes térmicos, se plantea
hacer foco en un puente en particular, el puente térmico frente de entrepiso (figura 2.16).
La elección proviene ante a su potencial presencia en las soluciones de envolventes
térmicas cuando estas contemplan la capa de aislamiento por la cara interior del
paramento perimetral.
Situación que se presenta en el caso de las construcciones de hormigón armado (material
predominante en las viviendas en altura en chile) que debido a su condición monolítica
implica ubicar la capa de aislación para sus muros en la cara exterior o bien por la cara
36
interior, esta última opción rrtrae consigo la interrupción de la continuidad del aislamiento
térmico por la losa de entrepiso en su encuentro con el muro perimetral, provocando el
puente térmico antes mencionado.
Si bien la opción de ubicar la capa aislante por el exterior cumple el objetivo de generar
una envolvente continua ya que no presenta interrupciones, nos encontraremos con
distintos factores que nos obligarán o bien nos harán optar por una solución de aislación
por la cara interior.
Decisión que cobra vigencia tomando en consideración el escenario nacional referente al
bajo porcentaje de viviendas operativas que cuentan con soluciones de aislación,
particularmente en lo que refiere el caso de aislación de muros, generando como
consecuencia un amplio porcentaje de viviendas abiertas a proyectos de
reacondicionamiento térmico.
2.2.1 Factores de origen
Los factores que determinan la ubicación de la aislación por el interior del cerramiento y
por consiguiente la formación del puente térmico definido para estudio, tienen distintos
orígenes, a continuación se presentan los más recurrentes.
Conservación de fachada exterior, esto ocurre generalmente en rehabilitación térmica
de edificios patrimoniales donde las fachadas cuentan con ornamentos que harían muy
complejo llevar a cabo una solución de aislación por el exterior del paramento, quedando
la aislación por interior como la opción más viable. (figura 2.17 – 2.18)
37
Fig 2.17 Proyecto de restauración y ampliación donde se requería conservar fachada exterior
Fig 2.18 Detalles constructivos de solución de aislación por interior de muros perimetrales en función
de la conservación de la fachada exterior, para el caso del proyecto figura 2.17.
38
Incapacidad de coordinar a todos los propietarios (vivienda colectiva) para una
solución de aislación por la cara exterior del muro, este caso se genera cuando la
iniciativa de aislar la envolvente de un bloque o edificio de departamentos se encuentra
con la dificultad de la coordinación de todos los propietarios para una solución integral de
aislación por la cara exterior, dejando como alternativa soluciones individuales que
implica la aislación por la cara interior del muro de las unidades habitacionales
interesadas.
Aislación interior en función del tiempo de respuesta del sistema de climatización,
si una edificación o bien buena parte de sus recintos tendrán uso intermitente por parte de
sus ocupantes, es recomendable el aislamiento por el interior ya que de esta manera al
separar el espacio habitado de la masa térmica de los muros se reduce el tiempo de
respuesta como también la energía que demandaran los equipos de climatización para
lograr el nivel de confort deseado en un tiempo determinado. A diferencia de colocar la
aislación por el exterior del muro, la respuesta para el usuario será más lenta ya que el
equipo deberá no solo calentar el aire sino deberá entregar energía a la masa expuesta
del muro, lo que se traducirá en una perdida más lenta del calor o el frio entregado una
vez apagado el equipo de climatización debido al aporte de la inercia térmica que posee la
masa del muro.
39
2.2.2 Efectos particulares
Tomando en cuenta lo expuesto en el punto “2.1.5 Efectos de los puentes térmicos”, se
deben sumar los efectos particulares del puente térmico en estudio, siendo el más
relevante el componente geométrico de este nudo constructivo, ya que si consideramos la
caída de las temperaturas superficiales (punto frio) en la zona del puente térmico y le
agregamos la mala ventilación de esta area debido al ángulo recto generado por el
encuentro de la losa y el paramento de muro, se consigue que la condensación generada
no pueda secarse fácilmente, potenciando la proliferación de moho. (figura 2.19)
Fig 2.19 Esquema de la mala ventilación en zona de puente térmico (factor geométrico del nudo)
40
3 Metodología
Tras la exposición en el capítulo anterior del estado actual del conocimiento, respecto a la
definición y problemática general de los puentes térmicos, sus habituales métodos de
cálculo y finalmente la definición de un caso particular de estudio. Es que se desarrolla en
el presente capítulo la metodología que permitirá llevar a cabo los objetivos planteados en
esta tesis de investigación.
Para guiar este proceso, se presentará la estructura a seguir, en que se detallarán los
métodos tanto a nivel de la evaluación experimental, como la integración de resultados en
un caso de estudio y el posterior análisis mediante un software de simulación del
comportamiento térmico global de edificaciones.
3.1 Planteamiento metodológico.
-Evaluación experimental, ensayo mediante cámara térmica de guarda:
A partir del puente térmico en estudio (frente de entrepiso) y con el propósito de evaluar el
comportamiento de dicho nudo ante distintas posibilidades de aislamiento, se establecen
4 casos de análisis, los que serán materializados a partir de una probeta de hormigón
armado y ensayado a través del método experimental en cámara térmica de guarda.
Caso 1: sin aislación
Caso 2: con solución de aislación por el exterior del muro.
Caso 3: con solución de aislación por el interior del muro (puente térmico)
Caso 4: con solución de aislación por el interior del muro (con ruptura de puente térmico)
41
De estos ensayos se podrá obtener un levantamiento de las temperaturas superficiales en
distintos puntos del nudo como también los valores U para cada solución.
-Incorporación valores U resultantes de los ensayos experimentales a un caso de estudio:
Si bien el ensayo experimental nos entrega información contundente en termino del
comportamiento de las temperaturas superficiales, relevantes a la hora evaluar riesgos de
condensación, es en el caso de las perdidas energéticas que el valor entregado (valor U
de cada solución) debe ser integrado a un modelo que evalúe el comportamiento global
de una edificación para así establecer la real incidencia del puente térmico en las
demandas energéticas totales.
Como se tiene el valor U (arrojado por ensayos) de la solución constructiva con o sin
puente solo basta tener el valor U del resto de las superficies del muro para sumárselas a
los valores de cada ensayo y obtener un valor “U ponderado” que se pueda ingresar al
programa de simulación.
-Simulación a través del software TAS para evaluar la incidencia del puente térmico:
Obtenidos los valores U ponderados (valores que incluyen la solución con y sin puente
térmico) serán incorporados en la simulación generada mediante el software TAS del caso
de estudio, lo que permitirá conocer la demanda energética, paso seguido comparar los
resultados de cada caso y finalmente lograr establecer el aporte del puente térmico en las
pérdidas globales.
43
3.2 Evaluación experimental, ensayo mediante cámara térmica de guarda.
3.2.1 Diseño y elaboración probeta:
El diseño de la probeta replica el nudo analizado (encuentro losa de entrepiso con muro
perimetral). En este caso estará dado por una porción de muro de hormigón armado que
en su centro proyecta un voladizo que recrea la losa en su encuentro con el paramento
vertical.
A nivel de superficies se contemplaron las dimensiones necesarias para disponer las
capas de aislación tanto en muros como losas, según lo requerido por los casos de
análisis proyectados.
Se considero 15 cm. de espesor en muro y losa para representar la dimensión común en
muros en obra gruesa para esta materialidad en edificios habitacionales, el resto de las
medidas responden a los requerimientos de la cámara térmica de guarda.
Figura 3.1 Corte y elevación frontal dimensionadas de la probeta de frente de entrepiso.
44
Confección probeta:
Material probeta: Hormigón armado H-25, espesor 15 cm. tanto para muro como para losa.
Material aislación muro: poliestireno expandido, espesor 5 cm. densidad 20 Kg/M3
Material aislación losa (solución): poliestireno expandido, espesor 1 cm. densidad 30 Kg/M3
Fig 3.2 Estructura, moldaje y elaboración de probeta hormigón armado.
45
3.2.2 Cámara térmica de guarda:
Tomando en consideración lo expuesto en el punto 2.1.6 “Evaluación experimental de
puentes térmicos” sobre lo que dicta la NCh 851 Of2008 [7] respecto al método de
cámara térmica de guarda (CTG), se debe agregar que esta se encuentra diseñada para
probetas de proporción vertical (ensayos de muros) que van montadas en un anillo entre
una cámara caliente y una fría, que representan las temperaturas interior y exterior
respectivamente. Por esta razón se debió solucionar la cabida de la probeta a ensayar
(frente de entrepiso), agregando un segundo anillo que permita generar la distancia
necesaria para el volado que representa la losa. (figura 3.3)
Figura 3.3 Esquema en planta de la cámara térmica de guarda en la primera imagen de izquierda a derecha
se muestra el procedimiento para el ensayo de una probeta de muro, en la segunda imagen se aprecia la
adaptación que se realizo para dar cabida a la probeta de frente de entrepiso.
46
Fig. 3.4 Imagen superior: cámara térmica de guarda dispuesta para recibir anillo (soporte para probeta)
Imagen intermedia: esquema disposición probeta en anillos 1 y 2.
Imagen inferior: Anillo 1 y 2 fijados y sellados, instalados en cámara térmica de guarda..
47
3.2.3 Ensayos:
Una vez montada la probeta los anillos, se realizan las revisiones de sellado para evitar
pérdidas térmicas por flancos, paso seguido se distribuyen las termocuplas (sensores de
temperatura). Para este caso se consideran 8 termocuplas de medición de aire en el lado
caliente y 8 por el lado frio, para el caso de las termocuplas de medición de la temperatura
superficial de la probeta se fueron agregando en la medida que se iban incorporando o
bien modificando las capas de aislación (ver disposición según cada caso de ensayo) con
el objeto de tener el registro de la temperatura, no solo en la capa superficial del aislante
sino también en la superficie del paramento de hormigón.
En el caso particular de la losa, se dispusieron termocuplas a partir del ángulo de
encuentro entre la losa y el muro a 8 cm, 18 cm y 28 cm. y así evaluar la caída de la
temperatura conforme se aproxima al punto de discontinuidad de la capa de aislamiento.
Fig 3.5 Disposición termocuplas de medición tanto de aire como de superficie
en lado frio (izquierda) y lado caliente (derecha).
48
Respecto a la sección de la losa que queda expuesta de la probeta con el propósito de
controlar y evitar las ganancias de temperatura por dicha superficie, se agrego una capa
de aislación de poliestireno expandido de densidad 30 kg/m3 y 1 cm de espesor para
todos los ensayos. (Ver fig 3.5)
Tanto las condiciones de ensayo como los periodos de medición, se realizaron conforme
a lo que dicta la NCh 851 Of2008 [7]. Para este caso se produjo un período de
estabilización de 3 días, dando inicio a las mediciones a un ritmo de dos horas en
períodos desde las 8 de la mañana hasta las 20 horas, de 2 a 3 días por cada caso de
estudio.
Los resultados se pasaron a una planilla que contiene el flujo de calor entregado, las
temperaturas del aire y de las superficies de la probeta, tanto en el lado frío como en lado
caliente de la cámara. Se confecciona un registro con la fecha y hora en que las
condiciones de estabilidad responden a lo establecido en la norma antes citada (el detalle
de los resultados se encuentra en el anexo A).
Los resultados considerados en el informe por caso son:
- El valor U para cada solución.
- Las temperaturas del aire tanto para el lado frio como para el lado caliente.
- Las temperaturas superficiales tanto del lado interior como del lado exterior de la
probeta.
49
Caso 1 Encuentro de losa de entrepiso con muro exterior, sin aislación
Material: Muro Hormigón armado 15 cm.
Figura 3.6 Disposición de termocuplas para registro de temperaturas superficiales para el caso 1
TERMOCUPLAS 1, 2, 3, 4
TERMOCUPLAS 1e, 2e, 3e, 4e, 5e
TERMOCUPLAS 1e, 2e, 3e, 4e, 5e
50
Resultados temperaturas superficiales y temperatura del aire en (°C) lado frío y caliente.
Valor U en (W/m2K) caso 1.
Fig. 3.7 Esquema resultado, para ensayo caso 1
51
Caso 2 Encuentro de losa de entrepiso con muro exterior, con aislación
por la cara externa del muro.
Material: Muro Hormigón armado 15 cm.
Aislación muro: Poliestireno expandido dens. 20 kg/m³, Esp. 5 cm
Fig. 3.8 Disposición de termocuplas para registro de temperaturas superficiales para el caso 2
TERMOCUPLAS 1e, 2e, 3e, 4e, 5e
TERMOCUPLAS 7e, 8e, 18e, 20e
TERMOCUPLAS 1, 2, 3, 4
52
Resultados temperaturas superficiales y temperatura del aire en (°C) lado frío y caliente.
Valor U en (W/m2K), caso 2.
Fig. 3.9 Esquema resultado, para ensayo caso 2
53
Caso 3
Encuentro de losa de entrepiso con muro exterior, con aislación
por la cara interior del muro.
Material: Muro Hormigón armado 15 cm.
Aislación muro: Poliestireno expandido dens. 20 kg/m³, Esp. 5 cm
Fig. 3.10 Disposición de termocuplas para registro de temperaturas superficiales para el caso 3
TERMOCUPLAS 1e, 2e, 3e, 4e, 5e
TERMOCUPLAS 17, 2, 3, 4
TERMOCUPLAS 5, 6, 7, 18
54
Resultados temperaturas superficiales y temperatura del aire en (°C) lado frío y caliente.
Valor U en (W/m2K), caso 3.
Fig. 3.11 Esquema resultado, para ensayo caso 3
55
Caso 4
Encuentro de losa de entrepiso con muro exterior, con aislación
por la cara interior del muro, con solución de puente a través de
aislación en losa.
Material: Muro Hormigón armado 15 cm.
Aislación muro: Poliestireno expandido dens. 20 kg/m³, Esp. 5 cm
Aislación losa: Poliestireno expandido dens. 30 kg/m³, Esp. 1 cm.
Fig. 3.12 Disposición de termocuplas para registro de temperaturas superficiales para el caso 4
TERMOCUPLAS 1e, 2e, 3e, 4e, 5e
TERMOCUPLAS 17, 19, 20, 21
TERMOCUPLAS 5, 6, 7, 18
56
Resultados temperaturas superficiales y temperatura del aire en (°C) lado frío y caliente.
Valor U en (W/m2K), caso 4.
Fig. 3.13 Esquema resultado, para ensayo caso 4
57
3.3 Incorporación valores U resultantes de ensayo experimental a un caso de
estudio.
Con el fin de evaluar la incidencia del puente térmico analizado en las perdidas de energía
de un recinto o bien de una edificación, se incorporaran los valores U resultantes del
ensayo en cámara térmica (UEC) al cálculo global de un caso de estudio.
El objeto de estudio de las demandas energéticas es el departamento tipo A-A1 (57,74
M2) ubicado en el tercer piso del bloque A, del condominio de edificios Los Encinos en la
ciudad de Chillan. (ver figura 3.14 - 3.15)
Fig. 3.14 planta ubicación departamento 301 (caso estudio) en bloque A
Fig. 3.15 ubicación en fachada, departamento 301 (caso estudio) en bloque A
58
Como se tiene el valor U, arrojado por ensayo (UEC) de la solución constructiva con o sin
puente, que abarca no solo el encuentro de la losa con el muro sino también un
porcentaje de este ultimo respecto a la totalidad del paramento por lo tanto solo basta
tener el valor U del resto de las superficies del muro (UM), sumarlo a los valores de cada
ensayo y obtener un valor “U ponderado” (UP), este ultimo será incorporado como valor
único por cada caso en el programa de simulación.
El valor (UM) será calculado de forma manual a partir de la NCh 853.Of91 [8]
En la figura 3.17 y 3.18, se grafica y detalla, la proporción que abarca el valor (UEC) y
(UM) en la totalidad de las superficies de la envolvente. (detalle calculo completo por cada
caso, anexo B)
En el caso 1, para el encuentro de losa de entrepiso con muro exterior sin aislación. Valor U zona encuentro muro perimetral y losa (ensayo cámara): 3.72 W/m2 K (UEC) Valor U zona muro perimetral (calculo manual, NCh 853 Of: 91): 3.816 W/m2 K (UM)
Fig. 3.16 Esquema en planta de los muros de la envolvente del departamento comprometidos en el cálculo,
primero se grafican los muros en el sentido longitudinal al bloque A, luego en el sentido transversal.
59
SM1 X (UEC) = UM1
SM2 X (UM) = UM2 SM3 X (UEC) = UM3 2.99 X 3.72 = 11.12 4.41 X 3.816 = 16.82 5.15 X 3.72 = 19.15
Fig.3.17, Esquema en corte de la superficie que abarcan los valores (UEC) y (UM) en muros longitudinales.
SM4 X (UEC) = UM4 SM5 X (UM) = UM5 SM6 X (UEC) = UM6
(4.14 + 0.47) X 3.72 = 17.14 (6.95 + 0.79) X 3.84 = 29.74 (4.14 + 0.47) X 3.72 = 17.14
Fig. 3.18 , Esquema en corte de la superficie que abarcan los valores (UEC) y (UM) en muros transversales.
El valor U resultante (UP) debe estar en función del porcentaje de superficie que
representa tanto el valor (UEC) como (UM) dentro de la totalidad de los muros de la
envolvente a analizar, para ello se utilizara la fórmula del U ponderado.
(UM1 + UM2 + UM3 + UM4 + UM5 + UM6) / SME sumatoria (superficie muros envolvente) = UP
(11.12 + 16.93 + 19.15 + 17.14 + 29.74 + 17.14) / 29.51 = 3.76 W/m2 K
60
3.3.1 Resultados de valores integrados (U ponderados): Caso 1 Encuentro de losa de entrepiso con muro exterior, sin aislación
Material: Muro Hormigón armado 15 cm.
Valor U zona encuentro muro perimetral y losa (resultado ensayo): 3.72 W/m2 K (UEC) Valor U zona muro perimetral (calculo manual, NCh 853 Of: 91): 3.816 W/m2 K (UM)
Valor U ponderado caso 1: 3.75 W/m2 K
Caso 2 Encuentro de losa de entrepiso con muro exterior, con aislación por cara externa del muro. Material: Muro Hormigón armado 15 cm. Aislación muro: Poliestireno expandido dens. 20 kg/m³, Esp. 5 cm
Valor U zona encuentro muro perimetral y losa (resultado ensayo): 0.86 W/m2 K (UEC) Valor U zona muro perimetral (calculo manual, NCh 853 Of: 91): 0.639 W/m2 K (UM)
Valor U ponderado caso 2: 0.76 W/m2 K
Caso 3 Encuentro de losa de entrepiso con muro exterior, con aislación por cara interior del muro. Material: Muro Hormigón armado 15 cm. Aislación muro: Poliestireno expandido dens. 20 kg/m³, Esp. 5 cm
. Valor U zona encuentro muro perimetral y losa (resultado ensayo): 0.90 W/m2 K (UEC) Valor U zona muro perimetral (calculo manual, NCh 853 Of: 91): 0.639 W/m2 K (UM)
Valor U ponderado caso 3: 0.79 W/m2 K
Caso 4 Encuentro de losa de entrepiso con muro exterior, con aislación por interior del muro con solución de puente a través de aislación en losa. Material: Muro Hormigón armado 15 cm Aislación muro Poliestireno expandido dens. 20 kg/m³, Esp. 5 cm Aislación losa Poliestireno expandido dens. 30 kg/m³, Esp. 1 cm.
Valor U zona encuentro muro perimetral y losa (resultado ensayo): 0.69 W/m2 K (UEC) Valor U zona muro perimetral (calculo manual, NCh 853 Of: 91): 0.639 W/m2 K (UM)
Valor U ponderado caso 4: 0.66 W/m2 K
61
3.4 Integración de puentes térmicos al programa de simulación TAS
Como se mencionaba en puntos anteriores, con el objeto de poder evaluar la incidencia
de los puentes térmicos en las perdidas energéticas para el caso de estudio
(departamento) y ya establecidos los valores U ponderados para cada una de las 4
variaciones de aislación del nudo analizado se ingresaran los valores a simulaciones
realizadas en un software de análisis de comportamiento térmico global para
edificaciones..
3.4.1 Programa de simulación (TAS)
Como se mencionaba en el punto 2.1.6 “Evaluación a través de software”, ninguno de los
programas específicos para el cálculo de puentes térmicos ofrece la posibilidad de
integrarlos de manera automática al estudio global de un edificio.
Para ello se utilizara Tas que es un programa que simula el comportamiento térmico de
los edificios (Global), donde se incorporan los valores obtenidos a través de ensayos.
Dentro de las principales aplicaciones del programa son la evaluación del desempeño
ambiental, la predicción del consumo de energía, el análisis de las opciones de ahorro y el
impacto de energía según su orientación.
El enfoque fundamental adoptado por A Tas es la simulación dinámica, esta técnica sigue
el estado térmico del edificio a través de una serie de registro cada hora, proporcionando
al usuario una imagen detallada de la forma en que el edificio se comportara
térmicamente, no sólo en condiciones extremas de diseño, sino a lo largo de un año
típico.
62
3.4.2 Datos de entrada
Programa: TAS V9.2.1.3
Base Climática correspondiente a la ciudad de Chillán: Fuente Meteonorm 6.0
Recinto de estudio: Depto 301
Bloque: A
Orientacion: Nor-Oriente
Zonificación: Una única zona de estudio correspondiente al depto 301.
Rango de T°: 20-25
Infiltraciones de aire: 1ach las 24 hrs.
Aportes internos (I,O,E): 6.7w/m2 las 24 hrs (Valor que comprende aportes por
iluminación, ocupación y equipamiento)
Propiedad de materiales obtenidas de la NCh 853.Of91 [8]
3.4.3 Procedimiento.
Por no ser TAS un programa de evaluación de puentes térmicos, se ingresa en la opción
que permite modificar los valores U para la envolvente comprometida en el cálculo, los U
ponderados (UP) resultantes de la integración en el punto 3.3.1.
-Caso 1 valor U ponderado: 3.75 W/m2 K, para el encuentro de losa en muros sin
aislación.
-Caso 2 valor U ponderado: 0.76 W/m2 K, para el encuentro de losa en muros con
aislación por el exterior.
63
-Caso 3 valor U ponderado: 0.79 W/m2 K, para el encuentro de losa en muros con
aislación por el interior, presencia de puente térmico.
-Caso 4 valor U ponderado: 0.66 W/m2 K, para el encuentro de losa en muros con
aislación por el interior, con solución de puente térmico, compuesta por una franja de
poliestireno expandido de 40 cm. sobre y bajo la losa, partiendo del muro.
Los valores que se mantendrán fijos para las cuatro simulaciones, serán:
-Valor U de ventanas: 5,75 W/m2 K
-Valor U de los muros colindantes con otras unidades: 3.42 W/m2 K
-Valor U tabiques interiores: 0,77 W/m2 K
-Valor U losa de entre piso: 3,27 W/m2 K (flujo vertical ascendente)
2,24 W/m2 K (flujo vertical descendente)
De esta manera se realizan cuatro simulaciones a partir de los valores expuestos,
teniendo la posibilidad de comparar la demanda energética de la solución sin puente
térmico con la solución con puente térmico.
64
Figura.3.19, Modelación en TAS del bloque A,
3.4.4 Resultados modelación TAS:
Se presentaran por cada caso el grafico de demanda energética anual y la tabla de
valores mensuales. Gráficos y tablas anuales, mensuales y diarias en (Anexo C)
65
Valor en kW·h
Mes Calefaccion Enfriamiento Ganancia solar Aportes internos (I,O,E)
1 0,00 98,47 524,73 249,71
2 2,39 58,62 434,37 225,54
3 40,89 5,99 448,35 249,71
4 352,77 0,00 336,87 241,65
5 863,75 0,00 203,91 249,71
6 1185,11 0,00 176,04 241,65
7 1255,18 0,00 187,73 249,71
8 1037,88 0,00 267,44 249,71
9 731,71 0,00 348,94 241,65
10 348,42 0,00 458,62 249,71
11 88,85 0,00 489,01 241,65
12 4,08 19,38 479,85 249,71
Total 5911,04 182,45 4355,87 2940,11
Peak 3,28 1,01 3,35 0,34
Dia 159 3 235 1
Hora 8 16 11 1
Peaks
calefaccion
Dia 159, hora 8
Peaks
enfriamiento
Dia 3, hora 16
Peaks ganancia
solar
dia 235, hora 11
Peaks
aportes internos (I,O,E)
Dia 1, hora 1
CASO 1 Correspondiente al encuentro de losa en muros sin aislación., se tiene una
demanda anual de 5911.04 Kw/hora en calefacción.(ver fig. 3.20 – 3.21)
Fig. 3.20 Grafico demanda energética anual para el caso 1
Fig. 3.21 Tabla con el detalle mensual de las demandas energéticas para el caso 1
66
Valor en kW·h
Mes Calefaccion Enfriamiento Ganancia solar Aportes internos (I,O,E)
1 0,00 146,86 524,73 249,71
2 0,00 81,69 434,37 225,54
3 2,94 9,13 448,35 249,71
4 184,11 0,00 336,87 241,65
5 541,16 0,00 203,91 249,71
6 764,56 0,00 176,04 241,65
7 813,39 0,00 187,73 249,71
8 660,08 0,00 267,44 249,71
9 436,06 0,00 348,94 241,65
10 171,61 0,00 458,62 249,71
11 26,22 0,00 489,01 241,65
12 0,00 43,18 479,85 249,71
Total 3600,12 280,86 4355,87 2940,11
Peak 2,33 0,92 3,35 0,34
Dia 195 3 235 1
Hora 8 15 11 1
Peaks
calefaccion
Dia 195, hora 8
Peaks
enfriamiento
Dia 3, hora 15
Peaks
ganancia Solar
Dia 235, hora 11
Peaks
aportes internos (I,O,E)
Dia 1, hora 1
CASO 2 Correspondiente al encuentro de losa en muros con aislación por el exterior, se
tiene una demanda anual de 3600.12 Kw/hora en calefacción. (ver fig. 3.22 – 3.23)
Fig. 3.22 Grafico demanda energética anual para el caso 2
Fig. 3.23 Tabla con el detalle mensual de las demandas energéticas para el caso 2
67
Valor en kW·h
Mes Calefaccion Enfriamiento Ganancia solar Aportes internos (I,O,E)
1 0,00 155,04 524,73 249,71
2 0,00 89,31 434,37 225,54
3 6,20 10,44 448,35 249,71
4 191,05 0,00 336,87 241,65
5 544,00 0,00 203,91 249,71
6 769,45 0,00 176,04 241,65
7 814,76 0,00 187,73 249,71
8 661,52 0,00 267,44 249,71
9 440,12 0,00 348,94 241,65
10 174,34 0,00 458,62 249,71
11 26,90 0,21 489,01 241,65
12 0,00 50,53 479,85 249,71
Total 3628,34 305,53 4355,87 2940,11
Peak 2,38 1,00 3,35 0,34
Dia 195 3 235 1
Hora 8 15 11 1
Peaks
calefaccion
Dia 195, hora 8
Peaks
enfriamiento
Dia 3, hora 15
Peaks ganancia
solar
Dia 235, hora 11
Peaks
aportes internos (I,O,E)
Dia 1, hora 1
CASO 3 Correspondiente al encuentro de losa en muros con aislación por el interior,
presencia de puente térmico, se tiene una demanda anual de 3628.34 Kw/hora en
calefacción. (ver fig. 3.24 – 3.25)
Fig. 3.24 Grafico demanda energética anual para el caso 3
Fig. 3. 25 Tabla con el detalle mensual de las demandas energéticas para el caso 3
68
Valor en kW·h
Mes Calefaccion Enfriamiento Ganancia solar Aportes internos (I,O,E)
1 0,00 159,32 524,73 249,71
2 0,00 91,86 434,37 225,54
3 5,28 10,93 448,35 249,71
4 184,05 0,00 336,87 241,65
5 529,23 0,00 203,91 249,71
6 750,60 0,00 176,04 241,65
7 794,61 0,00 187,73 249,71
8 644,49 0,00 267,44 249,71
9 427,22 0,00 348,94 241,65
10 167,14 0,00 458,62 249,71
11 25,15 0,35 489,01 241,65
12 0,00 53,70 479,85 249,71
Total 3527,76 316,16 4355,87 2940,11
Peak 2,35 1,01 3,35 0,34
Dia 195 3 235 1
hora 8 15 11 1
Peaks
calefaccion
Dia 195, hora 8
Peaks
enfriamiento
Dia 3, hora 15
Peaks
ganancia solar
Dia 235, Hora 11
Peaks
aportes internos (I,O,E)
Dia1, hora 1
CASO 4 Correspondiente al encuentro de losa en muros con aislación por el interior, con
solución de puente térmico, se tiene una demanda anual de 3527.76 Kw/hora en
calefacción.(ver fig. 3.26 – 3.27)
Fig. 3.26 Grafico demanda energética anual para el caso 4
Fig. 3.27 Tabla con el detalle mensual de las demandas energéticas para el caso 4
69
3.5 Análisis de resultados:
3.5.1 Análisis resultados ensayo experimental:
Temperaturas superficiales, registradas en la superficie de la probeta a través de
termocuplas, estas se intensifican en la losa a partir del ángulo de encuentro con el muro
para poder evaluar la caída de la temperatura conforme se acercan al punto de
interrupcion de la capa de aislamiento, para el caso del puente térmico.
Para poder comparar las temperaturas críticas entre casos (probetas) considerando que
cada ensayo fue desarrollado a temperaturas interiores y exteriores distintas, tomaremos
el factor de temperatura de la superficie interior, como factor comparativo ya que este
trabaja en función de la diferencia de temperaturas interior y exterior.
- Factor de temperatura de la superficie interior (fRsi): Cociente entre la diferencia de
temperatura superficial interior y la del ambiente exterior y la diferencia de temperaturas
del ambiente interior y exterior.
f Rsi =
(Ec. 3.1)
Además la calidad térmica del cerramiento exterior puede caracterizarse por dicho factor,
el que no deberá ser inferior a un factor de temperatura mínimo (calculado por formula o
bien referenciado por tabla, NCh 1973 of 2008) el que está asociado a parámetros de
humedad relativa y finalmente actúa como criterio de no condensación
Se tomará como área de análisis las superficies del lado interior sobre la losa.
70
Para el caso 1 muro exterior sin aislación.
- Temperatura del aire medida, Interior de 27.90 °C y
exterior de 6.43°C exterior.
- La caída de la t° en la superficie de losa, entre el punto
de medición 2 (22.56°C), más cercano al muro y el 4
(25.57°C) más lejano, es de 3.01 °C, y una temperatura
del muro 1 de 21.24°C.
- Con un f Rsi (punto 2) = 0.75,
- Con un f Rsi (punto 4) = 0.89
- Con un f Rsi (punto 1) = 0.68
Para este caso la temperatura superficial y f Rsi más baja,
se da en el muro (punto 1), debido a su proximidad al
exterior y la baja resistencia térmica de este, dejando a la
losa en una situación más favorable.(fig. 3.28)
Para el caso 2 muro con aislación por exterior.
- Temperatura del aire medida, Interior de 33.73°C y
exterior de 7.33°C exterior.
- La caída de la t° en la superficie de losa, entre el punto
de medición 2 (31.62°C), más cercano al muro y el 4
(32.71°C) más lejano, es de 1.09 °C, para una
temperatura del muro 1 de 30.97°C.
- Con un f Rsi (punto 2) = 0.92
- Con un f Rsi (punto 4) = 0.96
- Con un f Rsi (punto 1) = 0.89
Para este caso la temperatura superficial y f Rsi son más
altos y similares entre sí, debido al aporte de la aislación
y la continuidad de esta, dándose el valor más bajo en el
muro (punto 1) debido su proximidad con el exterior
(fig 3.29)
Fig. 3.28 Sección interior caso 1
Fig. 3.29 Sección interior caso 2
71
Para el caso 3 muro con aislación por interior.
- Temperatura del aire medida, Interior de 33.73 °C y
exterior de 6.83°C exterior.
- La caída de la t° en la superficie de losa, entre el punto
de medición 2 (26.48°C), más cercano al muro y el 4
(31.47°C) más lejano, es de 4.99 °C, para una
temperatura del muro 17 de 30.69°C.
- Con un f Rsi (punto 2) = 0.73
- Con un f Rsi (punto 4) = 0.91
- Con un f Rsi (punto 17) = 0.88
Para este caso la temperatura superficial y f Rsi más baja,
se da en la losa (punto 2), debido a ser el punto más
próximo a la interrupción del material aislante y el
exterior, generándose mayor diferencia con los otros
puntos de medición. (fig. 3.30)
Para el caso 4 muro con aislación por interior
(solucion).
- Temperatura del aire medida, Interior de 34.81°C y
exterior de 6.74°C exterior.
- La caída de la t° en la superficie de losa, entre el punto
de medición 19 (31.09°C), más cercano al muro y el 21
(33.27°C) más lejano, es de 2.18°C, para una
temperatura del muro 17 de 31.88°C.
- Con un f Rsi (punto 19) = 0.86
- Con un f Rsi (punto 21) = 0.94
- Con un f Rsi (punto 17) = 0.89
Para este caso la temperatura superficial y f Rsi más baja,
se da en la losa (punto 19), debido a ser el punto más
próximo a la interrupción del material aislante y el
exterior, con la diferencia que al estar la losa con una
barrera de aislación se disminuye la diferencia con los
otros puntos de medición. (fig. 3.31)
Fig. 3.31 Sección interior caso 4
Fig. 3.30 Sección interior caso 3
72
Al comparar el factor de temperatura de la superficie interior por caso, específicamente el
punto de medición superficial de la losa más cercano al ángulo de encuentro con el muro,
Caso 1: f Rsi (punto 2) = 0.75
Caso 2: f Rsi (punto 2) = 0.92
Caso 3: f Rsi (punto 2) = 0.73
Caso 4: f Rsi (punto 19) = 0.86
Tenemos que el valor más bajo se encuentra en el caso 3 (presencia de puente térmico),
poseyendo la mayor diferencia con los otros puntos de medición registrados dentro de la
misma solución.
En el caso 4 al disipar el puente térmico por medio de la capa de aislación incorporada a
la losa no solo se sube el valor del factor de análisis, sino que se acerca este último al
resto de los valores registrados de la solución.
Para el caso 1 y 2 el valor de la temperatura y el factor en el punto de medición analizado,
resulta no ser el más bajo dentro cada solución, (ya que el valor menor se encuentra en
muros) siendo la diferencia entre casos el alza global del valor de los factores debido a la
incorporación de aislación en el caso 2.
El caso 3 se presenta como la solución más desfavorable. Si consideramos que el
encuentro losa–muro posee dificultad para la ventilación y concentrar en este lugar el
punto más frio de la solución potenciaría el riesgo de condensación, ante el escenario de
que se presenten factores, como la baja de temperatura del ambiente o el incremento de
la humedad interior.
73
Valores U, respecto a estos la mayor diferencia se genera para el caso 1 debido a la
ausencia de aislación, mientras que entre el caso 2 y 3 que representan la solución de
aislación por el exterior e interior del muro respectivamente, la diferencia es mínima.
Siendo el caso 4 que logra una variación mayor, poniéndose por encima del caso 2, al
presentar un valor más bajo de transmitancia térmica.
Caso 1: valor U ensayo cámara = 3.72 W/m2 K
Caso 2: valor U ensayo cámara = 0.86 W/m2 K
Caso 3: valor U ensayo cámara = 0.90 W/m2 K
Caso 4: valor U ensayo cámara = 0.69 W/m2 K
Se debe recordar que estos resultados representar el valor para el área puntual que
abarca la probeta por lo cual conforme a lo expuesto en el capítulo de metodología para
conocer su incidencia en las pérdidas globales de una edificación, se integraran al cálculo
de las demandas energéticas de un caso de estudio.
3.5.2 Análisis resultados simulación caso de estudio:
La demanda arrojada tras la simulación en el programa computacional TAS, para el
departamento 301, Bloque A (57,74 m2), Condominio Los Encinos, Chillan.
Caso 1: Resultado demanda anual en calefacción: 5911,04 kWh
Resultado demanda anual en refrigeración: 182,45 Kwh
Desempeño energético
Demanda energía calefacción: 102,37 kWh/m2 año
Demanda energía refrigeracion: 3,15 kWh/m2 año
74
Caso 2: Resultado demanda anual en calefacción: 3600,12 Kwh
Resultado demanda anual en refrigeración: 280,85 Kwh
Desempeño energético
Demanda energía calefacción: 62,35 kWh/m2 año
Demanda energía refrigeración: 4,86 kWh/m2 año
Caso 3: Resultado demanda anual en calefacción: 3628,34 Kwh
Resultado demanda anual en refrigeración: 305,52 Kwh
Desempeño energético
Demanda energía calefacción: 62.83 kWh/m2 año
Demanda energía refrigeración: 5.29 kWh/m2 año
Caso 4: Resultado demanda anual en calefacción de 3527,76 Kwh
Resultado demanda anual en refrigeración: 316,16 Kwh
Desempeño energético
Demanda energía calefacción: 61,09 kWh/m2 año
Demanda energía refrigeracion: 5.47 kWh/m2 año
Conocida la demanda global energética que incluyo la integración de los valores de las
singularidades analizada (resultados de ensayo) tenemos que:
75
Tomando como referencia el caso 2 (aislación por cara exterior del muro), ya que
representa la solución aislada sin presencia de puentes térmicos.
Para efectos de la demanda anual de calefacción:
Fig. 3.32 Grafico comparativo por caso, de la demanda energética anual de calefacción
Al comparar el caso 2 con el caso 3 (aislación por cara interior, presencia de puente
térmico) se tiene que el caso 3 requiere 28, 22 kWh extra, sobre la demanda anual de
calefacción arrojada por el caso 2, lo que se traduce en que el impacto del puente térmico
en las perdidas de calor sea de un 0.77%.
El caso 4 (aislación por cara interior con solución de puente térmico), tiene un consumo
menor en 72.36 KWh (2%) comparado con el caso 2.
El caso 1 (solución desprovista de aislación) demuestra 2310.92 KWh, un 39.09% de
demanda extra en comparación al caso 2. (fig. 3.32)
76
Para efectos de la demanda anual de refrigeración:
Fig. 3.33 Grafico comparativo por caso, de la demanda energética anual de refrigeración.
Tomando también como referencia el caso 2, se tiene que el caso 3 (aislación por cara
interior, con presencia de puente térmico) requiere 24,67 KWh un 8.07% extra de
energía para lograr la T° de confort establecida.
El caso 4 (aislación por cara interior con solución de puente térmico), requiere 35.31 KWh
un 11.16% extra, sobre la que arrojó el caso 2.
Finalmente para el caso 1 (solución desprovista de aislación) implica 98.4 KWh un
35.03% de energía menos que lo arrojado como demanda por el caso 2. (fig. 3.33)
77
4 Conclusiones y futuras líneas de investigación:
4.1 Conclusiones:
En relación al nudo en análisis “frente de entrepiso”, tras la comparación de las demandas
anuales de energía en calefacción, entre la solución con aislación por cara exterior del
muro y la solución por la cara interior (presencia de puente térmico), podemos concluir la
baja incidencia de dicho puente, representado por un a diferencia de un 0.77%.
(fig. 3.34).
Fig. 3.34 Grafico de la demanda energética anual de calefacción donde se compara la
diferencia entre el caso 2 (aislación por cara exterior del muro) y el caso 3 (aislación por cara
interior del muro, con presencia de puente térmico).
78
Si bien el impacto para efecto de calefacción al ubicar la aislación por la cara interior del
muro es mínimo, sí tiene un impacto de mayor relevancia en las demandas de
refrigeración. Ya que en relación al caso 2, el caso 3 presenta un 8.07% de consumo
extra, mientras que el caso 4 aumenta en un 11.16%. (fig. 3.35).
Fig. 3.35 Grafico de la demanda energética anual de refrigeración donde se visualiza el
incremento de energía, al incorporar aislación por la cara interior tanto del muro (caso 3) como
del muro y la losa (caso 4), en comparación con la solución de aislación por la cara exterior del
muro. (caso 2).
79
Siendo el punto más relevante el comportamiento de las temperaturas superficiales,
ya que estas presentaron diferencias significativas para el caso del puente térmico, donde
se genero una diferencia de 4.99°C entre el punto de la losa más próximo al muro y el
punto más lejano de medición. (fig. 3.36).
Fig. 3.36 levantamiento de las temperaturas superficiales para
el caso 3 (aislación por la cara interior del muro, presencia de
puente térmico). Donde se aprecia la diferencia de temperatura
entre el punto más cercano al punto interrupción del material
aislante y el más lejano.
Diferencia de temperaturas en la superficie que cobra valor ante un posible descenso de
las temperaturas del recinto o el aumento de la humedad interior, trayendo consigo riesgo
de condensación para la superficie más fría.
80
A lo que sumamos el factor geométrico propio de la zona afectada por el puente, (ángulo
recto en encuentro muro- losa) que implica dificultad para la circulación de aire y con ello
el deficiente secado de condensaciones superficiales. Lo que no solo expone la
mencionada zona a la formación de mohos sino también al riesgo de saturación de
humedad intersticial en el material aislante, bajando su resistencia térmica y con ello
potenciales pérdidas de calor. (fig. 3.37).
Fig. 3.37 Esquema de la dificultad de ventilación en
zona de puente térmico (factor geométrico del nudo).
81
Por lo tanto después de evaluar el comportamiento de las temperaturas superficiales en
un puente térmico lineal y en consideración de la dificultad de ventilación con la que
cuentan producto de su geometría se reafirman la necesidad de tratar los puentes
térmicos puntuales (rincones) con mayor atención, respecto al riesgo de
condensación ya que al ser el encuentro de tres planos este último se potencia. Dicho lo
anterior en consideración que para efectos de cálculo de pérdida de calor, muchas veces
se desprecian por tratarse de la intersección de puentes térmicos lineales, no siendo
evaluados como singularidad. (fig. 3.38).
Fig. 3.38 Esquema puente térmico puntual.
82
Respecto a la solución propuesta para disipar el puente térmico, (capa de aislación sobre
la losa) no solo logra subir las temperaturas superficiales sino que esencialmente
disminuye considerablemente la diferencia entre ellas, evitando un punto particularmente
frio en la zona de baja ventilación (rincón), (fig. 3.39).
Fig. 3.39 levantamiento de las temperaturas superficiales del caso 3, aislación por la cara interior del muro
con presencia de puente térmico (izquierda) y el caso 4, aislación por la cara interior del muro, con solución de
puente térmico (derecha). Donde se aprecia la estabilización de las temperaturas superficiales interiores para
el caso 4.
83
Además en relación a este ítem las pruebas demostraron que con 40 cm. que abarque
dicha capa de aislación sobre y bajo la losa, es suficiente para lograr los efectos recién
descrito sobre la zona de puente. (fig. 3.40).
Fig. 3.40 Detalle constructivo que representa solución para disipación de puente térmico a partir de franja de
poliestireno expandido de espesor 1 cm. y 30 kg/m³ de densidad. En la cara superior de la losa se propone la
franja de 40 cm. que cumple el requerimiento, mientras que en la cara inferior de la losa por un tema
constructivo se deja que la plancha de poliestireno cubra toda la superficie del recinto para que no acuse el
cambio de material.
84
4.2 Futuras líneas de investigación:
- Según los resultados de los valores U entregados por los ensayos experimentales, se
genera una diferencia entre el caso 2 (aislación por el exterior del muro) y el caso 4
(aislación por el interior de muro como sobre y bajo de la losa), arrojando este último caso
un valor U inferior que el caso 2 que representa la ausencia de puente térmico.
Profundizar en los parámetros que determinan dicha diferencia se plantea como una
variable interesante de investigación futura.
- A partir de los resultados trabajados en la presente tesis, tanto a nivel de valores U como
de temperaturas superficiales, resultaría de gran valor poder incorporar la variante del
porcentaje de humedad en el ambiente, que sumada a la contenida en los materiales nos
podría dar una ecuación con variables mas acotadas a la hora evaluar el riesgo de
condensación para el puente térmico de frente de entrepiso.
- Incorporar la evaluación del aporte de la masa térmica (inercia) para el caso de la
aislación por cara exterior del muro en comparación a la solución por interior.
(comportamiento en el tiempo tras periodos sin aportes de calefacción)
85
5 Bibliografía:
[1].- CORPORACION DE DESARROLLO TECNOLOGICO DE LA CAMARA CHILENA DE
LA CONSTRUCCION. Reacondicionamiento térmico de viviendas en uso. Santiago de
Chile. 2010. 114 p.
[2].- Instituto Nacional de Normalización, INN-Chile. Puentes térmicos en construcción de
edificios – Flujos de calor y temperaturas de superficie – parte 1: Métodos generales de
cálculo. NCh 3136/1 Of2008. Santiago, Chile. 2008. 61 p.
[3].- Asociación Española de Normalización y Certificación, AENOR. Puentes térmicos en
la edificación. Transmitancia térmica lineal. Métodos simplificados y valores por defecto.
UNE-EN ISO 14683:1999. España. 2000. 27 p.
[4].- CASTRO, Carlos. Puentes térmicos en edificación. 2008. 6p.
[5].- GARCIA, Alfonso. Modelado de puentes térmicos en la simulación térmica de
edificios. Málaga. Departamento de maquinas y motores térmicos ETSII, Universidad de
Malaga, España. 2008. 227 p.
[6].- REGODON, María Inés y TENORIO RIOS, José Antonio. Pérdidas de calor y
formación de condensaciones en los puentes térmicos de los edificios: 1as Jornadas de
Investigación en Construcción, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja,
España. 2005. 22 p.
[7].- Instituto Nacional de Normalización, INN-Chile. Aislación térmica – Determinación de
propiedades de transmisión térmica en estado estacionario y propiedades relacionadas –
Cámara térmica calibrada y de guarda. NCh 851 Of2008. Santiago, Chile. 2008. 35 p.
86
[8].- Instituto Nacional de Normalización, INN-Chile. Acondicionamiento térmico –
Envolvente térmica de edificios – Calculo de resistencias y transmitancias térmicas. NCh
853.Of91. Santiago, Chile. 1991. 43 p.
[9].- Asociación Española de Normalización y Certificación, AENOR. Características
higrotermicas de los elementos y componentes de la construcción. Temperatura
superficial interior para evitar la humedad superficial crítica y la condensación intersticial.
Métodos de cálculo. UNE-EN ISO 13788: 2001. España. 2002. 35 p.
[10].- ORDENANZA GENERAL DE URBANISMO Y CONSTRUCCIONES, Artículo 4.1.10 .
Manual de Aplicación de la Reglamentación Térmica. 2006
[11].- MORENO, Javier. Evaluación energética de los puentes térmicos. Tesis de magister
en innovación tecnológica en la edificación. Madrid, España. Universidad Politécnica de
Madrid, Escuela universitaria de Arquitectura técnica. 2011. 140 p.
[12].- DE PAREDES, Alberto. Influencia de los puentes térmicos en el comportamiento
energético de la fachada. Tesis de Magister en innovación tecnológica en la edificación.
Madrid, España. Universidad Politécnica de Madrid, Escuela universitaria de Arquitectura
técnica. 2011. 81 p.
[13].- MUÑOZ, Cristian. Simulación y evaluación de puentes térmicos. Tesis de
Magister en hábitat sustentable y eficiencia energética. Concepción, Chile. Universidad
del Bio Bio. Facultad de Arquitectura, Construcción y Diseño. 2011. 65 p.
[14].- CORPORACION DE DESARROLLO TECNOLOGICO DE LA CAMARA CHILENA
DE LA CONSTRUCCION. Aislación térmica exterior. Santiago de Chile. 2008. 139 p.
87
[15].- RODRIGUEZ, Gabriel, Aislamiento térmico, Humedad en elementos envolventes.
BIT. (57) : 46-49. nov. 2007
[16].- RODRIGUEZ, Gabriel, ERAZO, Rodríguez. Aislamiento térmico, Humedad en
elementos envolventes II. BIT. (58) : 40-43. ene. 2008
6 Anexos:
Anexo A.- Informe resultado de ensayos experimentales (probetas en cámara térmica)
Anexo B.- Detalle integración de valores ensayo cámara térmica a un U ponderado de un
caso de estudio
Anexo C.- Informe resultados simulación en TAS, para cálculo de demanda energética
global de caso de estudio.