Influencia de puentes térmicos en la eficiencia energética de los edificios. Caso práctico: propuestas para rehabilitación de edificio residencial

Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:

Autora

• Mercedes Sánchez Mateos, Ingeniera de Edificación.

Resumen

La envolvente térmica de los edificios debe tener unas características que permitan limitar la demanda energética del edificio, siendo necesario, entre otros factores, el tratamiento de los puentes términos para reducir las pérdidas energéticas, así como evitar problemas higrotérmicos derivados de la presencia de los mismos. Se analiza de la influencia de los puentes térmicos en la eficiencia energética de un edificio residencial de carácter social existente en Madrid mediante el desarrollo de dos propuestas de rehabilitación y mejora de la envolvente térmica: aislamiento térmico por el interior y, por otro lado, en el exterior.

Introducción

El incremento de emisiones a la atmósfera, y por tanto, sus consecuencias, es debido, en gran medida, a la combustión de combustibles fósiles para abastecer la demanda de recursos y el gasto energético de una población que crece exponencialmente y cuya calidad de vida va en aumento, principalmente en los países desarrollados.

Los edificios contribuyen significativamente a este aumento de emisiones puesto que son responsables del 40% del consumo total de energía en la Unión Europea[i] y del 26,1% del consumo total de energía de España[ii]. Estos datos mencionados ponen de manifiesto la necesidad de reducir el consumo energético de los edificios a través de la reducción de la demanda de energía, el uso de energías renovables y la optimización de los sistemas auxiliares. Con esa finalidad aparecieron directivas europeas, como la Directiva 31/2010 relativa a la eficiencia energética de los edificios, y el Documento Básico de Ahorro Energético del Código Técnico de la Edificación.

En la envolvente de los edificios existen áreas donde aparecen tanto discontinuidades geométricas como materiales. Éstas son denominadas puentes térmicos, y a través de ellos se produce una pérdida de calor aproximada del 20% de la energía total que pierde un edificio en una configuración habitual de fachada y empleando las técnicas constructivas convencionales en España[iii]. Este dato, junto con el gran número de viviendas existentes en España anteriores a la aparición del Código Técnico de la Edificación en 2006, pone de manifiesto la necesidad de fomentar la mejora de la eficiencia energética de los edificios existentes disminuyendo las pérdidas por transmisión, lo que incluye la mejora de los puentes térmicos, para lograr una disminución de la demanda energética, así como un aumento en las condiciones de confort de los edificios.

Proyecto

Para poder analizar la influencia de los puentes térmicos en la eficiencia energética de un edificio, se selecciona como caso de estudio un edificio residencial de carácter social ubicado en Madrid. Dado que fue construido en el año 1963, previamente a la aparición de la Norma Básica de la Edificación, no sigue ninguna normativa.

La edificación consta de 14 plantas sobre rasante y una bajo rasante, y cuenta con un total de 72 viviendas más las zonas comunes dentro de las que se encuentran los dos núcleos de comunicación del edificio.  La envolvente térmica, que carece de aislamiento térmico, está compuesta por fachadas de doble hoja con cámara de aire interrumpidas parcialmente por pilares y completamente por forjados de hormigón armado; cubierta inclinada con tabiquillos para formación de pendiente sobre los que se coloca la cubrición; cubierta plana convencional; solera o forjado unidireccional de hormigón armado de planta baja y distintos modelos de carpinterías de bajas prestaciones.

[i] Según la Directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios.
[ii] Según el Plan de Ahorro y Eficiencia Energética 2011-20, 2º Plan de Acción Nacional de Eficiencia Energética en España 2011-20 del Instituto de Diversificación y Ahorro de Energía.
[iii] Según el documento Consideraciones sobre balances energéticos en edificación escrito por Juan Carlos Carrión y Francisco Sancho.

Se proponen dos opciones de mejora de la eficiencia energética del edificio mediante la reducción de las pérdidas de calor por transmisión a través de la envolvente abordadas desde dos puntos distintos.

En un primer planteamiento (opción de mejora 1) la envolvente se aísla interiormente, reduciendo las pérdidas de calor que se producen a través de la parte homogénea. Sin embargo, la eliminación de puentes térmicos no es posible en algunas zonas donde el aislamiento no es continuo, por ejemplo, en el encuentro de fachada y forjado, aumentando las pérdidas de calor y la posibilidad de aparición de puntos fríos en el interior que den lugar al desarrollo de moho o aparición de condensaciones. Las soluciones adoptadas en cada elemento constructivo son las siguientes:

• Fachada: se coloca una capa de lana mineral de 4 centímetros, un trasdosado auto portante de placa de yeso relleno de 6 centímetros de lana mineral., previa demolición de la hoja interior del cerramiento existente.
• Cubierta: se propone un falso techo autoportante de placa de yeso laminado con aislamiento de 10 cm de lana mineral.
• Forjado en contacto con el espacio no calefactado del semisótano: aislamiento del forjado por su parte superior mediante la colocación de paneles de 10 cm de XPS (conductividad térmica 0,034 W/mK).
• Carpintería: PVC con acristalamiento triple. Valor U de la ventana es 0,89 W/m2K.

Por otro lado, en un segundo planteamiento (opción de mejora 2) el aislamiento de la envolvente se realiza por el exterior supononiendo no solo la mejora de las transmitancias térmicas de las zonas homogéneas de la envolvente sino, además, la minoración de pérdidas energéticas en los puentes térmicos más importantes debido a la continuidad del aislamiento ante intersecciones producidas en los encuentros de distintos elementos constructivos. No obstante, alguno de los puentes térmicos objeto de estudio no permiten la continuidad del aislamiento térmico, estudiando en ese caso la solución que aun presentando discontinuidad en el aislamiento minore las pérdidas de calor lo máximo posible. Las soluciones adoptadas en cada elemento constructivo son las siguientes:

• Fachada: colocación de un sistema de aislamiento por el exterior de 10 cm de espesor fijado con perfilería de plástico.
• Cubierta: 10 cm aislamiento por el exterior, lo que implica el levantamiento de la teja.
• Forjado en contacto con el espacio no calefactado del semisótano: colocando un falso techo relleno de 8 cm de lana mineral. Se intenta minimizar lo máximo posible el efecto del puente térmico continuando el sistema de aislamiento térmico por el exterior el máximo posible por debajo del nivel del forjado de planta baja (80 centímetros).

Para la elección del espesor óptimo de aislamiento se valora, no solo el cumplimiento de los valores mínimos definidos por el Código Técnico de la Edificación, sino que también se mejoran estos valores pensando en la mejora necesaria para alcanzar o aproximarse lo máximo posible a la futura definición de edificio de consumo casi nulo y estándar EnerPHit.

Material y métodos

Tras la elección del edificio objeto de estudio y definición de las propuestas de mejora se seleccionan los puentes térmicos más influyentes los cuales serán analizados:

• Intersección de fachada con forjado en contacto con un espacio no calefactado
• Frente de forjado en fachada
• Pilar integrado en cerramiento de fachada
• Esquina entrante con pilar integrado
• Alféizar
• Jambas

A continuación se procede a la simulación y análisis de estos puentes térmicos tanto del edifico existente como de las dos propuestas de mejora mediante la herramienta informática Therm.

Los datos numéricos proporcionados por Therm, permiten el cálculo de transmitancias térmicas lineales ( ) de los puentes térmicos analizados a través del coeficiente de acoplamiento térmico lineal siguiendo la siguiente ecuación:

Además, la temperatura mínima en la superficie interior obtenida tras la simulación permite calcular el factor de temperatura útil sobre la superficie interior que comparado con el factor de temperatura mínimo aceptable sobre la superficie interior nos permite conocer si existe probabilidad de condensaciones o desarrollo de moho.

fRsi > fRsi,min

Con la finalidad de analizar la influencia de los puentes térmicos en las pérdidas de calor por transmisión globales del edificio se calcula el coeficiente de transferencia de calor por transmisión (HD) despreciando la influencia de los puentes térmicos puntuales.

Se valorará, además, la influencia de cada uno de los factores que influyen en el cálculo de este coeficiente, en cada uno de los escenarios propuestos; así como la demanda la reducción de la demanda energética.

Resultados

Las pérdidas de calor por transmisión a través de los elementos homogéneos de la envolvente junto con las producidas por el efecto de los puentes térmicos son recogidas por el coeficiente de calor por transmisión, que nos proporciona datos interesantes no solo de la transferencia de calor total, sino de la influencia de las zonas homogéneas de la envolvente y los puentes térmicos. Estos datos están recogidos en la siguiente tabla y gráfica resumen relativa a los tres escenarios estudiados.

Los datos muestran la disminución del coeficiente de transmisión de calor respecto al edificio en su estado inicial de las propuestas de mejora 1 y 2 en torno al 81% y 85% respectivamente.  Sin embargo, si se desglosa el coeficiente de transmisión de calor, en los coeficientes de transmisión térmica a través de los elementos homogéneos de la envolvente y en el de los puentes térmicos, se aprecia que las pérdidas producidas mediante los elementos homogéneos de la envolvente son relativamente similares en la propuesta de mejora 1 y 2, ambos considerablemente menores que en el estado inicial del edificio.

No obstante, el valor de los coeficientes de transmisión de calor a través de los puentes térmicos disminuye escalonadamente desde el estado inicial del edificio hasta la propuesta de mejora 1, debido en primer lugar a la mejora de las transmitancias térmicas de los elementos que componen la envolvente y, en segundo lugar, a la mejora en la resolución de los puentes térmicos dentro de las posibilidades que ofrecen cada una de las propuestas de mejora.

Los porcentajes de los coeficientes de transmisión de calor a través de puentes térmicos y elementos homogéneos de la envolvente, permiten evaluar la influencia de los puentes térmicos en la transmisión de calor total. Se observa que los puentes térmicos tienen una mayor influencia en la transmisión de calor total en la propuesta de mejora 1, un 31%; seguida del estado inicial, un 23%; mientras que en la propuesta de mejora 2 presentan la menor influencia, un 15%.  Esto se debe a que la influencia de los puentes térmicos es mayor cuanto mejor valor U presenta la envolvente homogénea, puesto que, al producirse menores pérdidas a través de las zonas homogéneas, las pérdidas producidas por los puentes térmicos cobran mayor importancia. Se aprecia claramente en los datos obtenidos en el estado inicial y en la propuesta de mejora 1, donde la influencia de los puentes térmicos en la propuesta de mejora 1 (imposibilidad de continuidad en el aislamiento en algunos puentes térmicos) es mayor que en el estado inicial siendo el valor absoluto del coeficiente de transmisión de calor considerablemente mayor en el estado inicial.

Queda claro que con la propuesta de mejora 2 se obtienen los mejores resultados debido a la mejor resolución de los puentes térmicos junto con la mejora de la transmitancia térmica de los elementos homogéneos de la envolvente.

Las demandas obtenidas también acreditan a la propuesta de mejora 2 como la que minimiza las pérdidas y, por tanto, la demanda del edificio. La siguiente gráfica muestra la evolución de la demanda en cada uno de los escenarios.

Conclusiones

Las conclusiones obtenidas de este estudio son las siguientes:

• El análisis de transmisión de calor a través de puentes térmicos de un edificio debe ser realizado teniendo en cuenta no solo la transmitancia térmica lineal de los puentes térmicos, sino también su longitud. La reducción de las transmitancias térmicas lineales disminuye la transmisión de calor del edificio y, por tanto, provoca una minoración de la demanda energética.  Sin embargo, la mejora de la transmitancia térmica de un puente térmico presente en un único punto del edifico, por tanto, con una longitud insignificante, no afectará del mismo modo a la disminución de la demanda de edificio que la mejora de un puente térmico muy presente en el edificio, cuya longitud sea elevada.
• La continuidad del aislamiento térmico a través de la envolvente del edificio es la actuación fundamental para minorar el efecto producido por el puente térmico. Si no existe dicha continuidad el efecto del aislamiento será insignificante.
• La influencia de las pérdidas producidas a través de los puentes térmicos sobre las pérdidas totales del edificio es mayor cuanto menores son las pérdidas que se producen a través de los elementos homogéneos.
• La eliminación o minoración de puentes térmicos en un edificio existente es más efectiva, generalmente, aislando exteriormente ya que posibilita la continuidad del aislamiento.
• En las zonas de influencia de los puentes térmicos la temperatura superficial interior disminuye pudiendo producirse problemas de desarrollo de moho y condensaciones. Su análisis es fundamental para evitar problemas de higiene posteriores. En el caso de que exista riesgo de aparición de condensaciones se debe asegurar una humedad relativa del ambiente interior que garantice una temperatura de rocío inferior a la temperatura interior mínima superficial.
• La colocación del aislamiento en la cara exterior del cerramiento provoca que este esté relativamente cálido favoreciendo temperaturas superficiales interiores suficientes para evitar el riesgo de condensación en caso de discontinuidad o disminución del espesor de la capa aislante. Sin embargo, cuando el aislamiento térmico se coloca en el interior del cerramiento, este permanecerá frio, y cualquier desperfecto o discontinuidad generará puntos fríos, aumentando el riesgo de aparición de condensaciones.

Referencias

• Carrión, Juan Carlos y Sancho, Francisco. “Consideraciones sobre balances energéticos en edificación.” Montajes e Instalaciones, nº203.
• Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía. (2011) “Plan de Ahorro y Eficiencia Energética 2011-20. 2º Plan de Acción Nacional de Eficiencia Energética en España 2011-20.”
• Directiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo y del Consejo de 19 de mayo de 2010 relativa a la eficiencia energética de los edificios.
• UNE-EN ISO 14683:2011. “Puentes térmicos en edificación. Transmitancia térmica lineal. Métodos simplificados y valores por defecto.”
• UNE-EN ISO 10211:2012 “Puentes térmicos en edificación. Flujos de calor y temperaturas superficiales. Cálculos detallados.”
• UNE-EN ISO 10456:2012 “Materiales y productos para la edificación. Propiedades higrotérmicas. Valores tabulados de diseño y procedimientos para la determinación de los valores térmicos declarados y de diseño.”