Bienvenidos a la primera entrada de RomeroSostenible. Nace con la intención de explicar, poco a poco todos aquellos aspectos que influyen en el consumo energético de los edificios. La eficiencia energética no es un concepto abstracto: depende directamente de cómo se diseñan, construyen y utilizan los edificios en los que vivimos y trabajamos.
Quiero iniciar este recorrido con un tema fundamental que servirá de hilo conductor para las siguientes entradas: la transferencia de calor. Entender cómo se mueve el calor a través de los materiales y del aire es el punto de partida para valorar correctamente las soluciones constructivas y, más adelante, cuestionar algunas falsas promesas que a menudo rodean a ciertos productos que se presentan como “milagrosos” en el mundo del aislamiento.
En los edificios, el aislamiento térmico se instala para reducir el movimiento del calor (flujo de calor) a través de los cerramientos, tanto en invierno como en verano. Es un error frecuente pensar que en invierno el aislamiento “evita que entre el frío” o que en verano “evita que entre el calor”. Lo que hace, en realidad, es dificultar que el calor se desplace de la zona más caliente a la más fría, independientemente de la estación.
Los tres mecanismos de transferencia de calor
El calor siempre se mueve desde una zona más caliente a otra más fría, y lo hace mediante tres mecanismos principales: conducción, convección y radiación.
Conducción: es el mecanismo más fácil de visualizar. Se produce cuando el calor se transmite directamente a través de un material sólido. Si colocamos una cuchara metálica en una taza de café caliente, pronto notaremos que el extremo opuesto se calienta. En los edificios ocurre lo mismo con materiales como el hormigón, el ladrillo o el acero: son conductores que permiten que el calor “viaje” de un lado a otro. Los aislamientos térmicos funcionan precisamente porque ofrecen una resistencia alta al paso del calor por conducción.
Convección: aquí el calor se transfiere mediante el movimiento de un fluido, como el aire o el agua. Este fenómeno se produce en las proximidades de los cerramientos, tanto en la cara exterior como en la interior. Por eso, en un elemento constructivo se combinan dos fenómenos: la conducción a través de los materiales sólidos que lo componen y la convección en las delgadas capas de aire que están en contacto con sus superficies exteriores e interiores.
Radiación: es la transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas. No necesita un medio para propagarse: por eso recibimos el calor del Sol a 150 millones de kilómetros. Todos los cuerpos emiten calor por radiación, incluidos los humanos. De ahí que, en situaciones de emergencia, se cubra a una persona con una lámina reflexiva (plateada o dorada) para evitar que pierda temperatura corporal por radiación: la típica escena en la que un accidentado es envuelto en una manta térmica. En los edificios, la radiación es relevante en cubiertas y fachadas expuestas, y también en el intercambio de calor entre superficies interiores de distinta temperatura.
La resistencia térmica de los elementos constructivos
Para evaluar cómo se comporta un cerramiento frente al paso del calor, se calcula su resistencia térmica total (R). Esta se obtiene como sumatorio de las resistencias térmicas individuales de cada capa de material que se determina al dividir su espesor por su conductividad térmica (λ) y sumando los valores de los coeficientes de película interior y exterior o resistencias térmicas superficiales. Aquí es importante matizar: la resistencia de cada capa del cerramiento se refiere al flujo por conducción, mientras que las resistencias superficiales interior y exterior representan las capas de aire próximas al cerramiento, es decir, la convección.
Es importante destacar que los valores de conductividad térmica de los materiales aislantes deben estar referidos a 10 °C de temperatura media. Si no es así, la norma UNE-EN ISO 10456 establece un método de corrección que ajusta el valor de λ en función de la temperatura. Esto es algo que a menudo se pasa por alto y puede llevar a comparaciones erróneas entre productos. Dicha norma también aplica otras correcciones, como por ejemplo por la presencia de agua, para obtener el valor de conductividad térmica de diseño.
Los valores de conductividad térmica de materiales distintos a los aislantes térmicos se deben obtener de prontuarios oficiales como el Catálogo de Elementos Constructivos del CTE.
Por otro lado, los valores de las resistencias térmicas superficiales se pueden obtener del documento de apoyo DA DB-HE/1 del CTE.
Ejemplo práctico de cálculo de resistencia térmica
Para que todo esto no se quede en teoría, pongamos un ejemplo sencillo:
Cerramiento de fachada de doble hoja cerámica con cámara de aire y aislamiento:
- Revestimiento interior de enlucido de yeso (1,5 cm) – λ = 0,57 W/m·K
- Fábrica interior de ladrillo hueco doble (11 cm) – λ = 0,49 W/m·K
- Aislamiento térmico de lana mineral (6 cm) – λ = 0,037 W/m·K
- Fábrica exterior de ladrillo medio pie (11 cm) – λ = 0,81 W/m·K
- Revestimiento exterior de enfoscado de mortero (1,5 cm) – λ = 1,00 W/m·K
Convección.- Resistencias superficiales según DA DB-HE/1:
- Interior: Rsi = 0,13 m²K/W
- Exterior: Rse = 0,04 m²K/W
Conducción.- Cálculo de las resistencias térmicas de cada una de las capas(R = e/λ):
- Enlucido de yeso: 0,015 / 0,57 = 0,026 m²K/W
- Ladrillo interior: 0,11 / 0,49 = 0,224 m²K/W
- Lana mineral: 0,06 / 0,037 = 1,622 m²K/W
- Ladrillo exterior: 0,11 / 0,81 = 0,136 m²K/W
- Mortero de cemento: 0,015 / 1,00 = 0,015 m²K/W
R térmica total = Rsi + ΣRcapas + Rse = 0,13 + (0,026 + 0,224 + 1,622 + 0,136 + 0,015) + 0,04 = 2,19 m²K/W
Este resultado nos dice que el cerramiento ofrece una resistencia térmica total de 2,19 m²K/W al paso del calor, valor que se puede transformar en la transmitancia térmica (U) con la fórmula U = 1/R, obteniendo U ≈ 0,46 W/m²K.
Recuerda: valores altos de resistencia térmica indica mayor reducción del flujo de calor y, por tanto, menor demanda de energía de calefacción. El efecto en la demanda de energía de refrigeración puede implicar un incremento en función de la zona climática y de las cargas internas del edificio (del uso del edificio, no es lo mismo un edificio con uso residencial vivienda que un edificio con uso oficinas).
- Valores de transmitancia térmica altos (Valor U).- menor resistencia térmica.
- Valores de transmitancia térmica bajos (Valor U).- mayor resistencia térmica.
El ejemplo anterior es un caso sencillo de un cerramiento vertical en contacto con el ambiente exterior. Para otros tipos de situaciones (cerramientos contra el terreno, con espacios no habitables, etc.) el cálculo es diferente y lo iremos explicando en próximas entradas de este blog. También explicaremos el efecto de las cámaras de aire en los cerramientos.