La importancia de los puentes térmicos en la rehabilitación energética de un edificio docente, un ejemplo de aislamiento térmico por el interior

Comunicación presentada al VII Congreso Edificios Energía Casi Nula

Autores

• Soledad Camino-Olea, Profesora Titular – Universidad de Valladolid
• Alberto Losa-Espina, Investigador contratado – Universidad de Valladolid
• Alejandro Cabeza-Prieto, Investigador contratado – Universidad de Valladolid
• Alfredo Llorente-Álvarez, Profesora Colaborador – Universidad de Valladolid

Resumen

En las últimas décadas del siglo pasado fue muy común la construcción de fachadas de ladrillo, tanto visto como revocado, de dos hojas con aislamiento térmico y/o cámara de aire entre ambas, en las que se chapaba el canto del forjado y los pilares con plaqueta cerámica. En los huecos una de las hojas se doblaba hasta la otra, para reforzar la estabilidad de la fachada y en el dintel se situaba una cajonera de carpintería de madera, con poca estanquidad que, en conjunto, presentaban numerosos puentes térmicos. Estos edificios se están rehabilitando, en algunos casos, colocando aislamiento térmico por el exterior en la zona opaca de las fachadas, que se revoca, ocultando la fábrica vista y la ornamentación, lo que está dando lugar a una cierta monotonía en las zonas de las ciudades donde se utiliza esta solución. Por otro lado, al intervenir solamente en la zona opaca de las fachadas, olvidando cubiertas, suelos y huecos, en general por motivos presupuestarios, solamente se reducen parcialmente las transmisiones de calor no deseadas debidas a la envolvente. En este texto se expone una propuesta de rehabilitación energética aislando por el interior, en un edificio de uso docente, que permita eliminar o minimizar el efecto de los puentes térmicos y satisfacer las prestaciones del CTE, actuando en diferentes tipos de cerramientos y sin alterar la imagen del mismo.

Palabras clave

Rehabilitación energética, puentes térmicos, envolvente.

Introducción

Antes de la necesidad actual de construir edificios de consumo energético casi nulo ECCN y de la publicación del CTE  ya había cierta preocupación por diseñar edificios confortables desde el punto de vista térmico (Alaman, 1972) y en la segunda mitad del siglo XX se pueden encontrar documentos como el Pliego de Condiciones Técnicas de la Dirección General de Arquitectura 1960, donde se trata específicamente de “aislamiento térmico” indicando materiales y procedimiento aislantes adicionales como: cámaras o tabicados aislantes, hormigones porosos, adobes, aglomerantes artificiales vegetales, corcho, lana de vidrio, aglomerados de fibras animales y fibras minerales, las condiciones de composición o colocación de los mismos así como el procedimiento de cálculo del coeficiente de transmisión de calor aire a aire de un cerramiento formado por varias hojas de diferentes materiales para poder calcular la cantidad de calor que es necesario aportar o extraer para obtener el ambiente de confort especificado en un proyecto. Los fabricantes de materiales aislantes ya publicaban diversos documentos para informar sobre el uso de sus productos aislantes y una década antes de la publicación del Pliego, en los años 50, se puede ya encontrar soluciones de fachada de dos hojas de ladrillo con aislante de fibra de vidrio, muy utilizado durante años.

La primera normativa de tipo general, como es conocido, fue la NBE CT-79, Norma Básica de la Edificación de Condiciones Térmicas en los Edificios, que se aprobó mediante el real Decreto 2.429/79 de 6 de julio buscando establecer unos mínimos de aislamiento térmico en la envolvente de los edificios. En esta norma se ampliaban las medidas del Decreto 1490/1975, modificando ligeramente las zonas climáticas y aumentando las prescripciones relativas al aislamiento de los cerramientos. Anterior a esta norma, se publicaron varias Normas Tecnológicas de la Edificación NTE donde se incluían criterios de cálculo del aislamiento térmico necesario en función de la “zona térmica” como en la NTE-QAN Cubiertas, Azoteas, No transitables, de 1973, donde se indicaba la necesidad de incluir una capa de material aislante con un espesor mínimo de 5 cm, con una conductividad de 0,030 Kcal/h.m.ºC, entre los tabiquillos palomeros, o una capa de formación de pendiente con un espesor mínimo de 9 cm y medio de 16 cm con un hormigón aligerado con un coeficiente de conductividad térmica de 0,06 Kcal/h.m.ºC, si se iba a construir en la actual zona climática E. O como en la NTE-FFL Fachadas, Fábrica, Ladrillo, de 1979, que contenía un apartado en el que se proporcionaba información sobre aislamiento térmico y el estudio de las condensaciones de las fachadas e incluía los valores de K en función de los espesores y características de las hojas de ladrillo, de la cámara de aire o del material aislante. En todos estos documentos se dan soluciones constructivas para mejorar el aislamiento térmico de la envolvente pero sin analizar los puentes térmicos y durante años se utilizaron estas soluciones en los edificios.

En la NBE CT-79 ya viene claramente definido el concepto de puente térmico y como se debía calcular el coeficiente K de los cerramientos cuando había puentes térmicos: “los cerramientos con puentes térmicos definen su poder aislante mediante un coeficiente útil de transmisión de calor en cuyo cálculo deben tenerse en cuenta las características termofísicas y geométricas del elemento constitutivo del puente térmico” y se proporcionaba información para el cálculo, pero si revisamos proyectos de finales del siglo pasado, parece que fue muy habitual simplificar el cálculo del K de los cerramientos suponiendo que las pérdidas por los puentes térmicos no eran significativas.

En la actualidad y sobre todo a partir de la publicación de la Ley 8/2013, de 26 de junio, de Rehabilitación, Regeneración y Renovación Urbanas, son numerosos los edificios construidos con estos sistemas de envolvente que se rehabilitan para limitar el paso de calor a través de la envolvente, consumir menos energía en climatización y mejorar el confort térmico. Estas rehabilitaciones en ocasiones son integrales, incluyen a toda la envolvente (IDAE, 2018) pero parece que en algunos casos las propuestas consisten en mejorar el aislamiento de la fachada opaca, por el exterior, sin tener en consideración otros elementos como son las ventanas y los cerramientos de cubierta y de suelo (IDAE, 2018)  en la mayoría de los casos por limitaciones en el presupuesto, y sin tener en cuenta que al mejorar el aislamiento de la parte opaca de la fachada el riesgo de posibles condensaciones en el resto de cerramientos y puentes térmicos aumenta así como las sensaciones poco confortables.

Con el objetivo de aportar datos sobre la posibilidad de la rehabilitación incorporando material aislante por el interior de los cerramientos, y resolver el problema que suponen los puentes térmicos en fachadas se ha realizado una propuesta para un edificio de uso docente en la ciudad de Soria, situada en la zona climática más fría en invierno la E. El edificio que se analiza está construido a finales del siglo pasado y el aislamiento y soluciones constructivas se definieron para cumplir con las exigencias de la norma en vigor, la NBE CT-79.  La superficie de los recintos es suficiente como para poder aislar por el interior y tiene falsos techos para poder aislar por debajo de los forjados, características necesarias para la propuesta de rehabilitación que se realiza. En el artículo se van a comparar las transmisiones de calor por los diferentes tipos de cerramientos en el estado actual y en la propuesta.

Metodología

El caso de estudio es un edificio del Campus de Soria de la Universidad de Valladolid, de los siete que lo forman, que están interconectados por pasarelas a nivel de la planta primera o a nivel de planta baja y se construyeron en dos fases: una primera en la que se levantaron cuatro edificios y una posterior en la que se construyeron los tres edificios restantes que se construyeron con algunas diferencias constructivas en la envolvente: todas las fachadas se revistieron  de mortero de cemento,  excepto el zócalo de hormigón visto, la hoja interior de fábrica se sustituyó por un trasdosado de placas de yeso laminado (PYL) con aislamiento de lana de vidrio y las ventanas se colocaron a haces exteriores, con persianas de lamas al interior y sin cajonera de persiana.

Para analizar las soluciones constructivas propuestas y comparar la eficacia de las mismas para cada tipo de cerramiento, en primer lugar se van a analizar las características térmicas del cerramiento actual (EA) y de la propuesta de rehabilitación que denominaremos estado rehabilitado (ER). Después se calculará el coeficiente global K según se define en el HE1 2019 de ambas soluciones y por último se comparará la transmisión de calor del EA y ER de cada tipo de cerramiento y de los puentes térmicos y se evaluará la eficacia de las soluciones propuestas de aislar por el interior, para el conjunto de la envolvente y para los puentes térmicos. Para el cálculo de los puentes térmicos se ha utilizado el programa Therm (Therm, 2020) buscando ajustar los valores de conductividad térmica lineal ψ a la de los puentes térmicos del edificio que se analiza.

Estado actual

El edifico consta de dos plantas con estructura de hormigón armado, en la planta baja el forjado es de viguetas y bovedillas apoyadas en muretes y el forjado de techo de la planta baja y la planta primera está formado por forjados reticulares de casetones recuperables sobre pilares. Los cerramientos están formados según la definición de proyecto por las siguientes hojas y capas:

• Fachada tipo 1, en los testeros, formada por un chapado de piedra arenisca “ojo de perdiz” recibido con mortero sobre una hoja de ½ asta de ladrillo perforado no visto, una hoja de 3 cm de material aislante, cámara de aire no ventilada de 4 cm y una hoja de ½ asta de ladrillo hueco doble guarnecido y enlucido por el interior.
• Fachada tipo 2, en los laterales, igual a la anterior excepto en el que el acabado es un revoco.
• Suelo; forjado autoportante de viguetas de 25+5 cm de canto sobre cámara de aire no ventilada y encima capa de mortero y baldosas de terrazo, sobre 3 cm de material aislante.
• Cubierta ejecutada sobre forjado reticular de 30+10 cm de canto, capa de formación de pendiente con hormigón ligero de 10 cm de espesor medio, capa de mortero de cemento fratasada, capa separadora, membrana impermeable, capa aislante de poliestireno extrusionado de 4 cm de espesor, capa separadora y capa de grava.
• Las ventanas son de aluminio con una estanquidad al paso del aire A3 mejorada, con vidrio doble de 4 mm y con una cámara de 12 mm de espesor.
• Los puentes térmicos que se han detectado en la envolvente son:
• Frente de forjado, de cubierta, chapado de rasilla de ladrillo hueco recibida con mortero con un espesor de 4 cm y peto de 1 asta de ladrillo perforado no visto.
• Frente del forjado, de suelo de planta primera, chapado con rasilla de ladrillo hueco también.
• Frente del forjado, de suelo de planta baja, con revestimiento de piedra o revoco.
• Pilares con la hoja exterior de ladrillo pasante por el exterior, en el plano de fachada y en esquina.
• Dintel del hueco con perfil metálico de cargadero, capialzado de persiana ejecutado in situ, con aislamiento térmico en la cara exterior de la cajonera, muy ventilada.
• Jambas de ventana de ladrillo en la que la hoja interior dobla hasta la exterior.
• Alfeizar de la ventana con vierteaguas de piedra arenisca recibido con mortero, con la hoja interior de fábrica que dobla hasta la hoja exterior.

Estado rehabilitado

Al revisar las imágenes termográficas realizadas a las fachadas de la segunda fase, se pueden apreciar los puentes térmicos del canto del forjado y el del pilar, pero no se aprecia puente térmico por encima del dintel y por debajo de la repisa de la ventana, por la solución adoptada de doblar la placa de yeso laminado (PYL) con aislante hasta el precerco de la misma y no haber colocado cajonera de persiana enrollable de lamas (figura 1) por lo que para el estado rehabilitado la propuesta es colocar una ventana doble a haces exteriores con un sistema de persiana entre las dos ventanas y doblar con el aislante térmico y con las PYL hasta la carpintería (Sierra & al., 2017). Tanto la fachada como la cubierta se trasdosarán por el interior con aislamiento de lana mineral y PYL, incluidos los pilares.

Para el estado rehabilitado se va a adoptar las siguientes propuestas con el fin de disminuir la transmisión de calor a través de los cerramientos:

• En los dos tipos de fachadas, trasdosado autoportante interior con PYL de 15 mm, barrera de vapor y una hoja de material aislante de lana de vidrio de 12 cm de espesor λ = 0,032 W/m K.
• Para los suelos y debido a que el valor de transmisión US no supera en mucho el límite indicado cómo límite en el DB HE1 y a que colocar una capa de material aislante supondría en la práctica demoler la planta baja y modificar accesos y escaleras, no se propone ninguna modificación.
• Para la cubierta se propone, colocar una capa de aislamiento térmico de 12 cm debajo del forjado, λ =0,032 W/m.
• Para minimizar las pérdidas por ventanas, la solución que se propone es similar a la de los edificios de la segunda fase, es decir, colocar una carpintería corrida a haces exteriores de pilar a pilar, con carpintería de aluminio con ruptura de puente térmico, doble ventana, vidrio doble con argón en la cámara y lamas entre las dos ventanas.

Los puentes térmicos que se han detectado en la envolvente se eliminarán o minimizarán con las siguientes soluciones:

• Frente de forjado de planta primera, trasdosado interior la lana mineral λ = 0,032 W/mK de 15 cm espesor con un desarrollo de 1,00 metros en plano horizontal (cara inferior de forjado).
• Pilares en fachada en posición intermedia, trasdosado interior la lana mineral λ =0,032 W/mK de 12 cm de espesor con un desarrollo de 90 cm y PYL de 15 mm.
• Pilares en esquina, trasdosado interior la lana mineral λ = 0,032 W/mK de 4 cm de espesor con un desarrollo de 32 cm, revestimiento de PYL de 15 mm.
• Contorno de hueco. Se trasdosa con un panel de aislamiento XPS λ = 0,036 W/mK de 4 cm en todo el perímetro del hueco realizando, además, un rasgado de 4 cm en el interior del cerco para colocar el mismo tipo de aislamiento XPS de 4 cm y conectar el aislamiento propuesto del cerco al aislamiento existente en la cámara entre las hojas del cerramiento. Se rellena el hueco de la caja de persiana con aislamiento de lana mineral λ = 0,032 W/mK y se conecta este sistema a la solución tipo del cerramiento opaco. Revestimiento de PYL de 15 mm.

Resultados

En primer lugar se han calculado los valores de transmitancia térmica de los diferentes elementos según: el DB HE1,  los documentos de apoyo DA DB-HE/1 y DA DB-HE/3 y el Catálogo de Elementos Constructivos (CEC) y los valores del Proyecto. Los valores del estado actual y del estado rehabilitado, junto con los valores límite del DB HE1 se han trasladado a la tabla 1.

En segundo lugar se han analizado los puentes térmicos tanto en el estado actual como en el rehabilitado con el programa Therm, uno de los programas específicos para calcular los puentes térmicos más utilizados. Los valores de los coeficientes de transmisión lineal ψ así como un perfil isotérmico se han trasladado a la figura 2, para poder evaluar la propuesta.

Y por último se ha calculado el coeficiente global de transmisión de calor (K) a través de la envolvente térmica del edificio en los dos estados: el actual y la propuesta de rehabilitación, que se han comparado con el valor del coeficiente global límite (Klim) que se señala en el DB HE1 para este edificio. Al realizar el cálculo del K los resultados parciales permiten comparar como se limita la necesidad de energía para alcanzar el bienestar térmico según los diferentes tipos de cerramientos calculando el intercambio de energía que se produce por transmisión. Aunque a medida que empiece a mejorar el aislamiento de los cerramientos habría que tener en cuenta que cobran mayor importancia los intercambios por radiación y convección (Martín & al., 2014).

Para que se pueda evaluar mejor la transmisión de calor en los diferentes tipos de cerramientos: fachadas y sus huecos, cubierta y suelo y en los puentes térmicos en la figura 3 se representan los valores de transmisión total en función de los coeficientes de transmisión y superficies o longitudes de los diferentes elementos constructivos, tanto para el estado actual como para la propuesta de rehabilitación. Los dos elementos por los que hay mayor la transmisión son la cubierta y el suelo. Mientras que la actuación en cubierta se puede realizar añadiendo aislamiento térmico por el interior, como en este ejemplo, o sustituyendo la cubierta y situando una capa de aislamiento entre el forjado y la solución de cubierta, en el caso de los suelos la solución constructiva es más compleja, como ya se ha mencionado.

Conclusiones

En las obras de rehabilitación energética se ha actuado en ocasiones sin intervenir en los cerramientos horizontales: cubiertas y suelos, elementos que puede llegar a ser, incluso, más relevante que los verticales como se demuestra en este ejemplo. En el caso analizado, la importancia de estos es consecuencia directa de la tipología de los edificios: de poca altura y alta superficie habitable que conlleva una mayor proporción de cubiertas y suelos respecto de fachadas.

Así mismo, y aportando sensibilidad arquitectónica al estudio científico, se ha optado por una rehabilitación energética respetuosa con los valores estéticos del edificio. Por lo que se ha decidido colocar el aislamiento térmico por el interior del cerramiento por las particularidades y condiciones que conlleva el propio edificio, evitando la colocación de un aislamiento continuo por el exterior como es habitual en otras intervenciones.

Al analizar la tabla 2 se puede comprobar la importancia de la rehabilitación de los puentes térmicos, en este caso, especialmente de las cajoneras de las persianas y los frentes de forjado que presentan las transmitancias térmicas más desfavorables (Bienvenido-Huertas, 2018). Al situar las nuevas carpinterías a haces exteriores y aislar el cerco de la ventana conectándolo a aislamiento existe y al de obra nueva, se consigue casi eliminar las transmisiones en los puentes térmicos del contorno de los huecos de fachada.

A modo de resumen, se puede concluir que es importante analizar y rehabilitar los puentes térmicos de los edificios, que no hay que olvidar los planos horizontales de la envolvente y que las intervenciones por el interior de los edificios sin que se alteren los aspectos y valores estéticos exteriores del edificio, son posibles.

Agradecimientos

Proyecto de “Rehabilitación de la envolvente de edificios de la UVa para mejorar la eficiencia energética. Estudio del estado actual y propuestas de intervención en el Campus de Soria”. Convocatoria de ayudas para proyectos de I+D+i sobre medidas de eficiencia energética y de aplicación de energías renovables en la explotación de los edificios universitarios de la Universidad de Valladolid según convenio de colaboración científico-técnico entre la Universidad de Valladolid y la UTE formada por ARCOR, S.L. y Hermanos Rubio Grupo Constructor HERCE, S.L.U.

Referencias

1. Alaman, A., 1972, Necesidad de aislamiento térmico en la edificación actual, Informes de la Construcción.
2. Bienvenido-Huertas, D. & al., 2018, Patents Analysis of Thermal Bridges in Slab Fronts and Their Effect on Energy Demand, Energies.
3. IDAE, 2018, INFO IDAE 057, Proyecto de rehabilitación y reparación de fachadas en el Barrio de Zorroza de Bilbao (País Vasco).
4. IDAE, 2018, INFO IDAE 058, Proyecto de rehabilitación de la envolvente térmica en el barrio de la Txantrea de Pamplona (Comunidad Foral de Navarra).
5. Martín, G. & al., 2014, La importancia de la rehabilitación de los puentes térmicos en los edificios existentes. Rehabend 2014.
6. Sierra, F. & al., 2017¸Impact of the position of the window in the reveal of a cavity Wall on the heat loss and the internal Surface temperature of the head of an opening with a Steel lintel, Energy Buildings. https://windows.lbl.gov/software/therm (24/08/2020).