Puentes térmicos en edificación - Andimat
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informe<br />
Por Carlos Castro. Arquitecto del dpto. técnico de Dow Building Solutions<br />
PUENTES TÉRMICOS<br />
EN EDIFICACIÓN<br />
32<br />
informe<br />
La Exig<strong>en</strong>cia básica de limitación de la demanda<br />
<strong>en</strong>ergética, tal y como se recoge <strong>en</strong> el Docum<strong>en</strong>to<br />
Básico del Código Técnico de la Edificación, CTE HE1,<br />
supone un gran avance <strong>en</strong> el objetivo de mejorar<br />
la efici<strong>en</strong>cia <strong>en</strong>ergética de los edificios, a la vez que<br />
se manti<strong>en</strong><strong>en</strong> condiciones adecuadas de bi<strong>en</strong>estar<br />
térmico «…<strong>en</strong> función del clima de la localidad, del<br />
uso del edificio y del régim<strong>en</strong> de verano y de invierno,<br />
así como por sus características de aislami<strong>en</strong>to e<br />
inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación<br />
solar, reduci<strong>en</strong>do el riesgo…de humedades de<br />
cond<strong>en</strong>sación…y tratando adecuadam<strong>en</strong>te los pu<strong>en</strong>tes<br />
térmicos…».<br />
¿QUÉ ES UN PUENTE TÉRMICO<br />
Los pu<strong>en</strong>tes térmicos se produc<strong>en</strong> como consecu<strong>en</strong>cia<br />
de que un edificio, por apar<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>te<br />
simple o pequeño que sea, trata de dar solución,<br />
o al m<strong>en</strong>os, respuesta, a requisitos muchas veces<br />
contradictorios <strong>en</strong>tre sí. Por tanto, cualquier <strong>en</strong>foque<br />
realista va más allá de los materiales, involucrando<br />
fuertem<strong>en</strong>te el diseño, los sistemas constructivos<br />
y la instalación. Éste es el caso de los pu<strong>en</strong>tes térmicos<br />
y del detalle e instalación cuidadosos que se<br />
requier<strong>en</strong>.<br />
En el análisis <strong>en</strong>ergético se parte habitualm<strong>en</strong>te de<br />
una <strong>en</strong>volv<strong>en</strong>te del edificio con flujos unidim<strong>en</strong>sionales<br />
de calor a través de capas plano-paralelas de materiales,<br />
a modo de sándwich (figura 1).<br />
Sin embargo, <strong>en</strong> la realidad constructiva la <strong>en</strong>volv<strong>en</strong>te<br />
del edificio configura una geometría material<br />
compleja, con muchos detalles, juntas y <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tros<br />
diversos. Como resultado, <strong>en</strong> ciertas áreas, llamadas<br />
pu<strong>en</strong>tes térmicos, hay discontinuidades, tanto geométricas<br />
(esquinas, aristas) como materiales (interrupciones<br />
de la capa de aislami<strong>en</strong>to térmico), con el agravante<br />
de que a veces suman sus efectos (un pilar <strong>en</strong> esquina<br />
sin aislar) y el flujo de calor se vuelve bi/tridim<strong>en</strong>sional<br />
(2-D, 3-D). Como resultado aum<strong>en</strong>ta la d<strong>en</strong>sidad del<br />
flujo térmico y, <strong>en</strong> definitiva, surg<strong>en</strong> puntos débiles de<br />
transmisión (o transmitancia) térmica, con pérdidas de<br />
calor conc<strong>en</strong>tradas <strong>en</strong> ellos. En la figura 2 se muestra<br />
el caso de un balcón que interrumpe la cámara del<br />
muro exterior.<br />
Figura 1: Flujo de calor<br />
unidim<strong>en</strong>sional<br />
<strong>en</strong> un cerrami<strong>en</strong>to<br />
de ext<strong>en</strong>sión infinita.<br />
Figura 2: Flujo de calor<br />
bidim<strong>en</strong>sional<br />
<strong>en</strong> cerrami<strong>en</strong>to<br />
con pu<strong>en</strong>te térmico.<br />
Diciembre 2009
e: -5 ºC<br />
0 5 10<br />
15<br />
EFECTOS DE LOS PUENTES<br />
TÉRMICOS<br />
i: 20 ºC<br />
Figura 3: isotermas mostrando el efecto de «pared fría» por pu<strong>en</strong>te<br />
térmico.<br />
Como se ha indicado, la <strong>en</strong>volv<strong>en</strong>te del edificio<br />
pres<strong>en</strong>ta una geometría material compleja donde,<br />
<strong>en</strong> múltiples pu<strong>en</strong>tes térmicos, desaparece la composición<br />
de capas plano-paralelas de materiales. En<br />
tales casos el flujo de calor, según lo explicado, es<br />
bi o tridim<strong>en</strong>sional, y coincide con zonas donde hay<br />
discontinuidad <strong>en</strong> el aislami<strong>en</strong>to térmico. En dichas<br />
zonas:<br />
• La d<strong>en</strong>sidad de flujo de calor es relativam<strong>en</strong>te elevada,<br />
aum<strong>en</strong>ta la transmitancia térmica U (figura 2),<br />
y se produce un «pu<strong>en</strong>te de calor», con un efecto<br />
negativo para el objetivo de un uso racional de la<br />
<strong>en</strong>ergía. Así, por ejemplo, <strong>en</strong> un edificio de vivi<strong>en</strong>das<br />
las pérdidas pued<strong>en</strong> aum<strong>en</strong>tar <strong>en</strong>tre un 20% y<br />
un 30% solam<strong>en</strong>te por los pu<strong>en</strong>tes térmicos que<br />
interrump<strong>en</strong> el muro con cámara (sin considerar<br />
los huecos).<br />
• Si aum<strong>en</strong>ta el valor U de transmitancia térmica,<br />
disminuye la temperatura superficial interior del<br />
cerrami<strong>en</strong>to y, <strong>en</strong> definitiva, se produce un «pu<strong>en</strong>te<br />
frío» que puede originar cond<strong>en</strong>sación o desarrollo<br />
de moho (figura 3).<br />
Según el diagrama de temperaturas <strong>en</strong> la sección<br />
constructiva del cerrami<strong>en</strong>to se ti<strong>en</strong>e que la<br />
temperatura superficial interior, θsi, es igual a:<br />
Donde:<br />
• θi es la temperatura del ambi<strong>en</strong>te interior.<br />
• θe es la temperatura del ambi<strong>en</strong>te exterior.<br />
• hi es el coefici<strong>en</strong>te superficial interior de transmisión<br />
del calor.<br />
• U es el coefici<strong>en</strong>te de transmisión de calor del<br />
cerrami<strong>en</strong>to.<br />
Por tanto, si aum<strong>en</strong>ta U (como ocurre <strong>en</strong><br />
los pu<strong>en</strong>tes térmicos), θsi disminuye y aum<strong>en</strong>ta<br />
el riesgo de cond<strong>en</strong>saciones superficiales sobre<br />
la pared fría resultante. Se producirán cond<strong>en</strong>saciones<br />
cuando θsi = punto de rocío del<br />
ambi<strong>en</strong>te interior. Sin embargo, antes de alcanzar<br />
la cond<strong>en</strong>sación superficial (100% de humedad<br />
relativa=saturación), se habrá com<strong>en</strong>zado a<br />
formar el temido moho, que se desarrolla con<br />
humedades relativas del 80%.<br />
¿CÓMO SE CALCULAN LAS<br />
PÉRDIDAS DE CALOR EN<br />
LOS PUENTES TÉRMICOS<br />
Hay tres modos de abordar el cálculo de las<br />
pérdidas de calor a través de los pu<strong>en</strong>tes térmicos:<br />
• Coefici<strong>en</strong>te lineal de transmisión de calor. Se<br />
utiliza <strong>en</strong> la opción g<strong>en</strong>eral para la verificación<br />
de CTE HE1. Repres<strong>en</strong>ta el suplem<strong>en</strong>to<br />
de pérdidas de calor, θ, que se debe<br />
sumar a las pérdidas del cerrami<strong>en</strong>to-tipo<br />
(sin pu<strong>en</strong>tes térmicos), ΣUjAj, para obt<strong>en</strong>er<br />
las pérdidas de calor <strong>en</strong> el pu<strong>en</strong>te térmico,<br />
Q/Δθ:<br />
θ + ΣUjAj = Q/Δθ [W/m⋅K]<br />
• Coefici<strong>en</strong>te útil medio de transmisión de calor:<br />
Um = Q/ΔθΣAj [W/m 2 K]<br />
Se utiliza <strong>en</strong> la opción simplificada para la<br />
verificación de CTE HE1. Este concepto requiere<br />
que el número de pu<strong>en</strong>tes térmicos por unidad<br />
de superficie sea conocido de antemano. Por ello<br />
es interesante para pu<strong>en</strong>tes térmicos repetidos y<br />
para construcciones prefabricadas.<br />
• Coefici<strong>en</strong>te de acoplami<strong>en</strong>to térmico <strong>en</strong>tre dos<br />
ambi<strong>en</strong>tes (i,j) definido como:<br />
Lij = Q/Δθ [W/m⋅K]<br />
Es la definición más simple. Conti<strong>en</strong>e los<br />
efectos de pu<strong>en</strong>tes tanto bi como tridim<strong>en</strong>sionales<br />
(esquinas y rincones). Su uso está muy<br />
limitado actualm<strong>en</strong>te, pero puede crecer dada<br />
su s<strong>en</strong>cillez.<br />
informe 33<br />
Diciembre 2009
34<br />
informe<br />
Figura 5: Temperatura<br />
superficial interior<br />
con flujo bidim<strong>en</strong>sional<br />
(pu<strong>en</strong>te térmico).<br />
0 °C<br />
RIESGO DE CONDENSACIÓN<br />
Y FACTOR DE TEMPERATURA<br />
DE LOS PUENTES TÉRMICOS<br />
Según se ha explicado, la temperatura superficial<br />
interior, θsi, de una pared disminuye allí<br />
donde se localice un pu<strong>en</strong>te térmico. Por ello, a<br />
veces de d<strong>en</strong>omina a los pu<strong>en</strong>tes térmicos como<br />
pu<strong>en</strong>tes fríos.<br />
En el ejemplo adjunto (figura 4) de un típico<br />
muro con cámara, la temperatura superficial interior<br />
unidim<strong>en</strong>sional (es decir, sin pu<strong>en</strong>te térmico) alcanza<br />
18.6 ºC, calculada con una temperatura exterior<br />
de 0 ºC y una temperatura interior de 20 ºC.<br />
Si se divide la difer<strong>en</strong>cia <strong>en</strong>tre la temperatura<br />
superficial interior y la temperatura exterior, θsi<br />
15.8<br />
5 10 15<br />
14.6<br />
18.6 °C<br />
20 °C<br />
Figura 4: Temperatura superficial interior con flujo unidim<strong>en</strong>sional.<br />
– θe, por la difer<strong>en</strong>cia de temperaturas <strong>en</strong>tre el<br />
interior y el exterior, θi – θe, se obti<strong>en</strong>e un número<br />
adim<strong>en</strong>sional, llamado factor de temperatura<br />
de la superficie interior. Como es indep<strong>en</strong>di<strong>en</strong>te<br />
de la difer<strong>en</strong>cia de temperaturas, caracteriza al<br />
cerrami<strong>en</strong>to mismo. Para el muro 1-D propuesto,<br />
se obti<strong>en</strong>e un factor de: f = (18.6 – 0)/(20 – 0)<br />
= 0.93. Equivaldría a la temperatura superficial<br />
interior si θe = 0 ºC y θi = 1 ºC.<br />
Se puede calcular también <strong>en</strong>tonces el factor<br />
de temperatura para el pu<strong>en</strong>te térmico, formado<br />
por el balcón que interrumpe el muro con<br />
cámara, obt<strong>en</strong>iéndose una temperatura superficial<br />
interior mínima de 14.6 ºC (figura 5): al dividir la<br />
difer<strong>en</strong>cia (14.6 – 0) por la difer<strong>en</strong>cia de temperaturas<br />
supuesta <strong>en</strong>tre interior y exterior (20<br />
– 0), se obti<strong>en</strong>e un factor de temperatura de:<br />
f = (14.6 - 0)/(20 - 0) = 0.73.<br />
La ev<strong>en</strong>tualidad de una cond<strong>en</strong>sación superficial<br />
dep<strong>en</strong>de no sólo de de la temperatura superficial,<br />
sino también de la humedad del aire. Sin embargo,<br />
para vivi<strong>en</strong>das se ha solido requerir, como regla<br />
empírica, un factor de temperatura mínimo de 0.7<br />
a fin de evitar la cond<strong>en</strong>sación superficial y el desarrollo<br />
del moho. En el ejemplo propuesto se cumple<br />
dicho requisito por poco marg<strong>en</strong>. En este s<strong>en</strong>tido<br />
cabe precisar que si hubiera sido un pu<strong>en</strong>te térmico<br />
tri-dim<strong>en</strong>sional (el típico rincón <strong>en</strong> el techo…), el<br />
factor de temperatura mínimo recom<strong>en</strong>dado es<br />
todavía más bajo.<br />
LA FUNCIÓN DEL AISLAMIENTO<br />
TÉRMICO<br />
En cuanto a las pérdidas de calor, ya se ha señalado<br />
la importancia del aislami<strong>en</strong>to térmico. Para<br />
corregir adecuadam<strong>en</strong>te el pu<strong>en</strong>te térmico sirve<br />
un espesor relativam<strong>en</strong>te pequeño, que restablece<br />
<strong>en</strong> gran medida el flujo térmico unidim<strong>en</strong>sional. La<br />
posición del aislami<strong>en</strong>to térmico parece no ser un<br />
parámetro importante <strong>en</strong> el caso de pérdidas de calor:<br />
las pérdidas de calor a través de la discontinuidad del<br />
aislami<strong>en</strong>to térmico son aproximadam<strong>en</strong>te las mismas<br />
para un sistema de aislami<strong>en</strong>to por el exterior<br />
que para un sistema de aislami<strong>en</strong>to por el interior o<br />
uno intermedio, con el aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong> cámara. Los<br />
parámetros clave aquí son la anchura de la discontinuidad<br />
y la conductividad térmica del material de la<br />
discontinuidad.<br />
En cuanto al riesgo de cond<strong>en</strong>saciones, el factor<br />
crucial es la posición del aislami<strong>en</strong>to: si se coloca<br />
por el exterior del cerrami<strong>en</strong>to (figura 6) y hay una<br />
Diciembre 2009
exterior<br />
0 ºC<br />
interior<br />
20 ºC<br />
15 ºC<br />
sin cond<strong>en</strong>sación<br />
aislami<strong>en</strong>to exterior<br />
Figura 6: Pu<strong>en</strong>te térmico<br />
<strong>en</strong> aislami<strong>en</strong>to por el exterior.<br />
discontinuidad <strong>en</strong> la capa de aislami<strong>en</strong>to térmico, el<br />
efecto sobre la temperatura superficial interior es<br />
mínimo pues, al t<strong>en</strong>er el «abrigo» de aislante por el<br />
exterior, el cerrami<strong>en</strong>to <strong>en</strong> su conjunto está cali<strong>en</strong>te,<br />
con lo que se «diluye» el efecto de pu<strong>en</strong>te térmico de<br />
la discontinuidad.<br />
Todo lo contrario si se coloca el aislami<strong>en</strong>to por el<br />
interior del cerrami<strong>en</strong>to (figura 7): el cerrami<strong>en</strong>to está<br />
frío <strong>en</strong> su conjunto y la discontinuidad del aislami<strong>en</strong>to<br />
t<strong>en</strong>drá efectos máximos sobre la temperatura de la<br />
superficie interior <strong>en</strong> la zona del pu<strong>en</strong>te térmico. Por<br />
supuesto, el aislami<strong>en</strong>to <strong>en</strong> cámara es una situación<br />
intermedia. Por consigui<strong>en</strong>te, bajo este punto de vista,<br />
cuanto más al exterior se instale el aislami<strong>en</strong>to térmico,<br />
mejor.<br />
Añadamos dos funciones más del aislami<strong>en</strong>to<br />
asociadas al m<strong>en</strong>or riesgo de cond<strong>en</strong>saciones:<br />
• Se evitan daños <strong>en</strong> la construcción ocasionados<br />
por las humedades (fisuraciones, suciedad,<br />
moho, etc.).<br />
• Se evita la radiación fría debida a la baja temperatura<br />
superficial del pu<strong>en</strong>te térmico, con lo<br />
que aum<strong>en</strong>ta el confort térmico.<br />
SOLUCIÓN DE LOS PUENTES<br />
TÉRMICOS MEDIANTE PLANCHAS<br />
DE POLIESTIRENO EXTRUI-<br />
DO (XPS) STYROFOAM TM IB-A<br />
El producto adecuado para pu<strong>en</strong>tes térmicos<br />
es STYROFOAM TM IB-A, planchas de poliestir<strong>en</strong>o<br />
extruido (XPS) de Dow <strong>en</strong> característico color<br />
azul. Gracias a su estructura de célula cerrada<br />
pres<strong>en</strong>tan una excel<strong>en</strong>te resist<strong>en</strong>cia a la absorción<br />
de agua y a la difusión del vapor de agua, conservando<br />
sus propiedades aislantes durante toda la<br />
vida útil del edificio.<br />
STYROFOAM TM IB-A, mediante su acabado<br />
superficial rugoso ofrece una superficie apropiada<br />
para revestir con yeso o para pegar con los morteros<br />
cola usuales <strong>en</strong> construcción.<br />
Asimismo, por sus óptimas características<br />
mecánicas (son planchas rígidas) se pued<strong>en</strong> fijar<br />
mecánicam<strong>en</strong>te y, <strong>en</strong> g<strong>en</strong>eral, se trabajan con toda<br />
s<strong>en</strong>cillez. .<br />
TM<br />
Marca Registrada de The Dow Chemical Company<br />
(«Dow») o cualquier filial de Dow<br />
informe 35<br />
Figura 7: Pu<strong>en</strong>te térmico<br />
<strong>en</strong> aislami<strong>en</strong>to por el interior.<br />
exterior<br />
0 ºC<br />
interior<br />
20 ºC<br />
15 ºC<br />
aislami<strong>en</strong>to interior<br />
Diciembre 2009