9 de Mayo de 2022 a las 10:20
Cálculo de la transmitancia térmica de cerramientos con capas térmicamente no homogéneas, procedimiento propuesto en la norma UNE-EN ISO 6946:2021
Javier Manuel Juárez Martínez
El Código Técnico de Edificación en el Documento de Apoyo DA DB-HE / 1 indica el procedimiento de cálculo de la transmitancia térmica U (W/m2K ) de un cerramiento en contacto con el aire exterior.
Para el cálculo de esta transmitancia el DA DB-HE/1 se utiliza la siguiente expresión:
Rt: la resistencia térmica total del componente constructivo (m2k/W).
La resistencia térmica total de un componente constituido por capas térmicamente homogéneas se calcula utilizando la siguiente expresión:
Para el cálculo de la resistencia térmica de un componente constituido por capas termicamente homogéneas la resistencia térmica se calcula mediante la expresión:
Este procedimiento de cálculo propuesto por el CTE es el método de cálculo simplificado indicado en la norma UNE-EN ISO 6946:2021. Este método solo es válido para componentes formados por capas térmicamente homogéneas o heterogéneas y que pueden contener cámaras de aire de hasta 0.3 m de espesor y fijaciones metálicas, y están sujetas a una serie de limitaciones. En caso contrario la norma UNE-EN ISO 6946:2021 nos indica que debemos de utilizar el método de cálculo detallado
El método de cálculo detallado se debe de llevar a cabo con una simulación numérica de todo el elemento o de una parte representativa del mismo, que suele ser lo habitual. Las reglas de modelización se deben ajustar a la norma UNE-EN-ISO 10211:2012. Con este método podemos calcular la transmitancia térmica de cualquier componente de una edificación
1. EJEMPLO
Vamos a realizar un ejemplo de un cerramiento homogéneo calculado mediante el método de cálculo simplificado y el método de cálculo detallado. Para ello vamos a calcular la transmitancia térmica del siguiente cerramiento.
Método de cálculo detallado
Para ello vamos a utilizar un programa de cálculo de simulación numérica basado en elementos finitos como por ejemplo el programa Norteamericano Therm Finite Element Simulator, desarrollado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL).
Una vez modelizado una porción del cerramiento de 1,00 m2 de superficie - cumpliendo de esta manera la dimensión mínima que marca la norma UNE-EN-ISO 10211:2012 -, y con un salto térmico entre sus caras de 20ºk. El programa Therm Finite Element Simulator nos da los siguientes resultados:
Como podemos observar el programa de cálculo nos da los resultados de flujo de calor y directamente el resultado de la transmitancia energética del cerramiento, cuyo valor es 0.3681 W/m2K.
Aun así, podemos comprobar el resultado de la transmitancia térmica del cerramiento con el valor del flujo de calor que nos proporciona el programa. Para ello necesitamos despejar el valor de la transmitancia térmica de la fórmula de la transmisión de calor a través de la envolvente térmica (flujo de calor).
El cálculo de la transmitancia térmica del cerramiento se ha realizado sobre una porción del mismo, no existiendo puentes térmicos lineales o puntuales. Por tanto, estos valores serán 0
La fórmula del cálculo de la transmitancia térmica de un cerramiento a partir de la fórmula de la transmisión de calor a través de la envolvente térmica, es:
Los valores de la temperatura interior y exterior son de 20ºC y 0ºC respectivamente, ya que son los valores habituales para el cálculo de la transmitancia térmica y la transmitancia térmica lineal.
Como se puede observar al tratarse de un cerramiento homogéneo el resultado calculado con el método simplificado o con el método detallado es el mismo.
2. EJEMPLO
Ahora vamos a realizar un ejemplo de un cerramiento no homogéneo muy común, como puede ser un cerramiento con un revestimiento exterior de SATE y trasdosado de PYL con montantes cada 40cm. En este ejemplo vamos a realizar el cálculo como habitualmente se realiza, aunque no es correcto, que es con el método simplificado, y vamos a comparar el resultado con el valor del método que se debe de utilizar, que es el método detallado.
Método de cálculo detallado
Volvemos a utilizar el programa de cálculo de simulación numérica basado en elementos finitos Norteamericano “Therm Finite Element Simulator”, desarrollado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL).
Modelizamos una porción del cerramiento de fachada que en este caso tendrá 1,20 ml. Es decir, 3 montantes modulados cada 40cm, cumpliendo de esta manera la dimensión mínima que marca la norma UNE UNE-EN-ISO 10211:2012. Y con un salto térmico entre sus caras de 20ºk
Como podemos observar el programa de cálculo nos da los resultados de flujo de calor y directamente el resultado de la transmitancia energética del cerramiento, cuyo valor es 0.2994 W/m2K.
Podemos comprobar este resultado aplicando la fórmula del cálculo de la transmitancia térmica de un cerramiento a partir de la fórmula de la transmisión de calor a través de la envolvente térmica (flujo de calor)
Como podemos observar al aplicar erróneamente el método simplificado nos da un valor de U:
Transmitancia térmica de 0.2578 W/ m2k – Método simplificado
En cambio, al aplicar el método detallado que es el método que en este caso se debe de utilizar, nos da un valor de U:
Transmitancia térmica de 0.2994 W/ m2k – Método detallado
Es decir, tenemos aproximadamente un 16,14% de error o aumento de la transmitancia térmica de seleccionar el método simplificado (seleccionado erróneamente) a seleccionar el método detallado.
En parte se puede comprobar visualmente todo lo comentado mediante el uso de un ensayo no destructivo como la termografía, donde podemos observar el aumento del flujo de calor por los montantes de la tabiquería de PYL, lo que ocasiona un aumento general de la transmitancia térmica del cerramiento.
Imagen 7: cortesía de Alberto Jiménez Tiberio de Arrebol Estudio