Eficiencia energética: ¿Cómo se calcula la envolvente térmica de la cubierta?

A la hora de realizar un cálculo de la envolvente térmica, lo primero que hay que saber es el nivel de transmitancia térmica objetivo para la zona. Esto vendrá dado por el CTE en su DB HE. A partir de ahí se establecen las condiciones físico-geométricas de los componentes del sistema de cubierta para determinar tanto los niveles de Transmitancia Térmica, que es la inversa de la Resistencia Térmica, así como la evaluación del riesgo de condensación.

¿Qué es la conductividad térmica y cuál es su valor en distintos materiales?

Para entender el concepto de resistencia térmica, primero es necesario recordar qué es la conductividad térmica:

Como definición técnica, la conductividad térmica λ (lambda) representa la cantidad de calor que atraviesa un material de espesor e=1m y superficie S=1m2 durante un periodo de tiempo de 1 hora cuando la diferencia de temperatura es de 1ºC.conductividad térmica de la envolvente

La conductividad térmica λ (lambda) es una característica de los materiales que representa la capacidad de transmitir el calor a través del movimiento de sus moléculas. De este modo, los distintos tipos de estructura que tienen los materiales hacen que estos transmitan más o menos el calor dependiendo del tipo de enlace molecular.

Por ejemplo, lo materiales metálicos tienen enlaces covalentes, lo cual permite que mediante su vibración transmitan la electricidad y el calor. Es decir, los materiales metálicos son buenos conductores y malos aislantes.

Actualmente, el Código Técnico de Edificación establece que la Conductividad térmica, tiene como unidad de medida W/m.K.

Para poder dar un orden de magnitud a esta característica física se muestran a continuación distintos valores de conductividad de diferentes materiales:

Material Conductividad W/mk
Cobre 380
Aluminio 237
Acero 50
Hormigón 2,5
Vidrio 0,6 - 1
Cerámica 0,80
Madera 0,13
XPS 0,035 - 0,045
Lana de roca 0,035 - 0,039
EPS 0,032 - 0,035
PUR/PIR/PU 0,021 - 0,035

En resumen, un material con un valor de conductividad térmica λ alto es un mal aislante. Cuanto menor sea el valor el material será más aislante, pero eso no significa que se aisle adecuadamente, ya que ha de tenerse en cuenta el espesor y los puentes térmicos de los elementos de fijación, sin olvidar la adecuación del aislamiento dentro del sistema constructivo que se está utilizando.

¿Qué es la resistencia térmica y cómo se calcula?

Dicho todo lo anterior, es posible introducir ahora el concepto de Resistencia Térmica, que, para un aislamiento dado, con un espesor “d”, nos permite conocer la capacidad aislante de dicho aislamiento.

Si en un aislamiento, con un espesor “d”, dividimos este espesor por la conductividad, se obtiene la resistencia térmica R, que es la capacidad que tiene un aislamiento al paso del flujo de calor.

Un material con un valor de Resistencia Térmica muy alta es un buen aislante. De este modo, con el valor de Resistencia Térmica es posible comparar distintas tipologías de aislamientos y espesores para poder realizar una comparación entre los mismos.

mal-buen-aislamiento

Transmitancia térmica y cálculo del riesgo de condensación en la envolvente térmica de la cubierta

Por lo tanto, conociendo la Resistencia Térmica, y conociendo la Resistencia superficial interior y exterior, tendremos el valor de Transmitancia Térmica que ha de ser menor que el establecido por la normativa. A continuación, se muestran los valores exigidos para la envolvente de cubierta por parte del CTE, en su Documento Básico de Ahorro de Energía.

envolvente-zonas-españa

Además de cumplir el requisito de Transmitancia Térmica, se ha de evitar el riesgo de condensación.

El Código Técnico de Edificación en su documento básico de Ahorro de Energía (DB HE) establece la necesidad del cálculo de condensaciones en la envolvente térmica del edificio con el fin de evitar la pérdida de prestaciones, así como su merma.

Para ello, en el Documento de Apoyo al Documento Básico de Ahorro de Energía (DA DB HE / 3) de Puentes Térmicos cita la normativa UNE 13788 que establece los métodos de cálculo, tomando como base las características higrotérmicas de los elementos y componentes de edificación, la temperatura superficial interior para evitar la humedad superficial crítica y la condensación intersticial.

Entre las características de materiales y productos se encuentran:

Conductividad térmica λ
Resistencia térmica R
Factor de resistencia a la difusión del vapor de agua μ
Espesor de aire equivalente Sd

Las condiciones climáticas de Contorno Exterior, tienen en cuenta la situación geográfica así como el periodo para los datos climáticos, temperatura y humedad exterior al edificio (incluido el terreno).

Las condiciones de Entorno Interior analizan la temperatura y humedad interior.

Establecido todo ello se realiza el cálculo analizando la temperatura y la presión de saturación del sistema constructivo y las capas que lo componen comenzando en un mes cualquiera y repitiendo el proceso durante los meses siguientes hasta llegar al periodo de 12 meses.

Los resultados se pueden resumir en:

  • No existencia de condensación en ninguna capa en el periodo de 12 meses: el elemento está libre de condensación intersticial.
  • Existencia de condensación en alguna de las capas que se evapora en los meses de verano: en este caso se evalúa la cantidad de agua generada y el mes en que se produce, para analizar si puede deteriorar o mermar las prestaciones de la envolvente.
  • Existencia de condensación en alguna de las capas que no se evapora en los meses de verano: el elemento falla.

Esperamos que hayan quedado claros todos los conceptos relacionados con la envolvente térmica y su cálculo, si sigues teniendo alguna duda puedes contactar con nosotros, estaremos encantados de ayudarte.

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