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4 de septiembre de 2019

Transmitancia térmica periódica

En la entrada anterior hacíamos referencia a dos conceptos poco tenidos en cuenta a la hora de evaluar el comportamiento térmico de la envolvente de los edificios: el amortiguamiento y el desfase térmico, relacionados con el estudio dinámico (no estático, como es habitual) del flujo térmico.
En los comentarios de dicha entrada, el experto en Energía y Acústica en la Edificación, Josep Sole, nos hacía referencia al parámetro de "transmitancia térmica periódica" como valor más adecuado. Veamos de que se trata.
DLGS. 192/2005 -“LineeGuida”.
Fuente: 
LA TRANSMITANCIA TÉRMICA PERIÓDICA,SU APLICACIÓN EN LA NORMATIVA ITALIANA


Para introducir este concepto primero se hace necesario, de forma muy escueta, explicar la diferencia entre el análisis térmico en régimen estacionario y régimen dinámico:

El primero, tiene en cuenta la geometría y conductividades de los materiales, es decir, las resistencias por conducción y convección. Por tanto, se basa en estudiar las cargas térmicas en régimen estacionario, tales como: las cargas térmicas de transmisión (a través de suelos, fachadas, cubiertas y ventanas), cargas internas al edificio (carga térmica debida a las personas, a la iluminación y a los equipos) y cargas externas al edificio (carga térmica debida a la ventilación e infiltraciones del inmueble).

El segundo, tiene en cuenta las admitancias térmicas y las propiedades de transmisión de calor dinámicas, por lo que añade otras características fundamentales de los distintos materiales que forman cada componente, como la densidad y el calor específico de los materiales.

La razón por la que es más acertado realizar un estudio dinámico de cargas térmicas, es que la resistencia térmica R (o su inversa la transmitancia U) estudiada en el método estacionario, estima la cantidad de energía que entra pero no cuándo lo hace. Realizando un análisis dinámico es como podemos observar los efectos de la amortiguación de la carga y del desfase temporal de la misma, ya analizados.

En este contexto, podemos decir que las características térmicas estacionarias son:
  • Conductividad térmica (λ) [W/mK]: determina la resistencia que ofrece un material al paso de calor que atraviesa una superficie de 1 m2 y un m de espesor cuando las temperaturas a ambos lados difieren en 1ºK.
  • Transmitancia térmica estacionaria (U) [W/m2K]: Representa el flujo de calor que, en condiciones de régimen estacionario, atraviesa 1m2 de superficie de un elemento constructivo, cuando la diferencia de temperatura entre las dos caras opuestas y paralelas de ese elemento es igual a 1ºK.
La transmitancia térmica estacionaria (U) es la propiedad mas conocida y utilizada para describir las prestaciones térmicas de un elemento constructivo. Representa eficazmente sus propiedades aislantes pero no sus propiedades de inercia térmica.

Por contra, las características térmicas dinámicas son:
  • Factor de amortiguación (Fd) [%]: representa el cociente entre el flujotérmico absorbido por un elemento constructivo (lado exterior) y el correspondiente flujo térmico emitido (lado interior).
  • Desfase temporal o retraso de la onda térmica (Φ) [h]: representa la cantidad de tiempo, necesario a la onda térmica para fluir desde la superficie exterior de un elemento constructivo hasta su superficie interior. Es la diferencia de fase entre la temperatura superficial interior máxima y la temperatura exterior máxima.
Éstas se desarrollaron con más detalle en la entrada anterior, pero como anunciábamos, existe un valor que resume estas características y es:
  • Transmitancia térmica periódica (Yie) [W/m2K]: Se define como el producto del factor de amortiguación (Fd) por la transmitancia térmica estacionaria (U). Es decir, relaciona el flujo de calor de la superficie exterior (e) con la variación de temperatura de superficie interior (i). Representa la reducción de las oscilaciones de temperatura en el interior de un local, en función de las variaciones del flujo térmico entrante. Cuantifica la capacidad de un elemento constructivo de controlar y reducir las cargas térmicas externas.
Para que lo entendamos de forma sencilla, podemos hacer un símil, comparando la transmitancia térmica estacionaria y periódica con la temperatura ambiente y la sensación térmica. En este ejemplo, la transmitancia térmica estacionaria sería la equivalente a la temperatura seca del aire, que aunque es un valor que nos da una orientación de si hace frío o calor, no lo hace de forma concluyente, ya que aunque la temperatura del aire que nos rodea sea la misma, algunos días sentimos más frío que otros. Esto se debe a que no recoge otros parámetros que sí influyen en la sensación térmica, como la humedad relativa o el viento. En nuestro caso, la sensación de frío o calor que siente una persona según una combinación de parámetros meteorológicos y que se expresa con la misma unidad que la temperatura (grados) equivaldría a la transmitancia térmica periódica.

Es por esto, que para realizar un correcto estudio térmico de un cerramiento o elemento constructivo, de cara a considerarlo como parte de la envolvente de un edificio, es más acertado tener en cuenta su valor de transmitancia térmica periódica, que la transmitancia térmica estacionaria. Por tanto, es incorrecto diseñar edificios energéticamente eficientes usando únicamente un enfoque basado en un análisis estacionario. Resulta imprescindible contemplar otro aspecto de los cerramientos, como es su comportamiento dinámico, o dicho de manera coloquial, su inercia térmica.

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