Análisis de los efectos del puente térmico en estructuras salientes de fachada

El presente artículo analiza las ventajas, desde el punto de vista del aislamiento térmico, de separar estructuras salientes como balcones o parapetos de los muros de fachada. Utilizando elementos Schöck Isokorb® de rotura térmica con capacidad de carga se logra una reducción de la pérdida de calor hasta en un 90%.

A la izquierda, balcones y parapetos forrados. El aislamiento expuesto es vulnerable a las influencias climáticas o mecánicas, como la sujeción de barandillas, que fácilmente derivan en daños. A la derecha, el saliente del edificio está separado térmicamente del resto del edificio mediante una rotura térmica con capacidad de carga.

Definición de puente térmico

Los puentes térmicos son zonas localizadas en la fachada con mayor conductividad térmica que sus zonas vecinas. Los puentes térmicos típicos se producen en encuentros geométricos, como esquinas, o en encuentros entre materiales, como anclajes, balcones o parapetos que pasan a través de la capa de aislamiento. En los puentes térmicos se produce una pérdida significativa de energía térmica. Además, las bajas temperaturas resultantes en la superficie interna conducen a la condensación y a la aparición de humedades en las proximidades del puente térmico.

Evaluación de los puentes térmicos

Para evaluar el impacto de un puente térmico se debe determinar la pérdida de energía adicional a través del puente. Este valor se denomina transmitancia térmica lineal ψ en el caso de puentes lineales continuos, como balcones, etc., o transmitancia térmica puntual χ en el caso de puentes térmicos puntuales, como vigas, etc.

Figura 1: Patrón de flujo de calor a través de un recinto de edificio con materiales que permiten el flujo de calor lateral a través de un puente térmico

La velocidad del flujo de calor a través de un puente térmico depende de una serie de factores: el área de la sección transversal del puente térmico, los materiales que pasan a través de la capa de aislamiento, su geometría y los conjuntos circundantes.

Cálculo de la pérdida de energía a través de un puente térmico

Para identificar la pérdida de energía a través de un puente térmico lineal se debe determinar el valor de transmitancia térmica ψ empleando el software correspondiente (por ejemplo, HEAT).

Cálculo de la transmitancia térmica ψ

En este ejemplo se calcula la pérdida de energía a través de un balcón de hormigón, que es un puente térmico lineal. Este detalle simplificado debe modelarse en un software de elementos finitos (FE). La pérdida de calor adicional debido a la penetración de la losa (Q_losa) es igual al flujo de calor total a través de un conjunto de construcción (Q) menos el flujo de calor a través del campo libre del conjunto (Q₀).

Figura 2: Ejemplo de proceso de determinación de la transmitancia lineal de una losa que penetra en un muro

Q = Q₀ + Q_losa

Q = U₀ • A + ψ_i • L_i

-         U₀ es la transmitancia de calor del conjunto "muro" (incluido el impacto de los elementos de puente puntuales y distribuidos)

-         A es el área del ensamblaje, incluidos todos los detalles del área de análisis

-         ψ_i es el valor de transmitancia de calor lineal del detalle "i"

-          L_i es la longitud total del detalle lineal "i" en el área de análisis

El flujo de calor total (Q) se calcula en un software de elementos finitos. Q menos Q₀ (que se da como U· A) da Q_losa La pérdida de calor debida a la losa consiste en la transmitancia térmica (ψ) y la longitud de conexión del puente térmico lineal.

Ejemplo 1: Unión de balcón con puente térmico

Por lo tanto, para este ejemplo de puente térmico con balcón de hormigón:

Ψ₁ = 1.08 W/(mK)

U₀ = 0.321 W/(m₂K)         

h = 200 mm

k _aislamiento= 0.035 W/(mK)

k_{hormigón armado}= 2.3 W/(mK)

Figura 3: Unión 1, balcón con puente térmico.

Para incluir los efectos de las transmitancias de los puentes térmicos en la simulación energética de todo el edificio, las entradas generales del valor U del conjunto de paredes o cubiertas en el modelo energético deben modificarse utilizando el valor ψ adecuado. Un valor U total equivalente (U_efectivo) puede introducirse en los modelos como

U_{efectivo =} U₀ + ψ • L/A

U_{efectivo =} 0.739 W/(m²K)

Ejemplo 2: Unión de balcón con elemento de rotura de puente térmico

Para el mismo encuentro, el detalle de la figura 4 muestra la colocación de un elemento de rotura de puente térmico en la línea de aislamiento para reducir la pérdida de calor. El valor ψ₂ es de 0,29 W/(m K) para este conjunto con el elemento de rotura de puente térmico Schöck Isokorb® CM30 R0 H200¹.

Figura 4: Unión 2 – Balcón con elemento de rotura de puente térmico.

El valor U total equivalente (U_efectivo) es:

U_{efectivo 2 =} 0.434 W/(m²K)

Conclusión

El efecto del uso del elemento de rotura de puente térmico reduce la pérdida de calor térmico a través del puente térmico en un 73%. Esta cifra depende de muchos factores y puede aumentar hasta un 90 %. Para otros detalles de construcción, la diferencia podría ser aún mayor. La reducción para la construcción de acero es aún más significativa.

El siguiente ejemplo ejemplifica por qué el cálculo de un valor R para un puente térmico no refleja adecuadamente el verdadero impacto de un puente térmico. El cálculo de un valor R es técnicamente muy sencillo. Es el espesor, t, de un material dividido por la conductividad térmica, k:

Para el Ejemplo 1, el valor R para el puente térmico es: 0.130 (m²K)/W

Para el Ejemplo 2, el valor R para el puente térmico es: 0.488 (m²K)/W

A continuación, se calcula un valor teórico de R a partir del valor ψ que se ha calculado anteriormente, recalculando el valor ψ en un valor teórico de R (R_teórico) con h = altura del puente térmico = 0,2 m:

Para el Ejemplo 1 (sin rotura de puente):

R_{teórico 1}= 0.185 (m²K)/W

Para el Ejemplo 2 (con Schöck Isokorb®):

R_{teórico 2}= 0.683 (m²K)/W

Comparando los métodos de cálculo, los valores de R difieren hasta un 30 %. El valor tradicional de R es mucho menor en comparación con el método detallado (R_teórico) basado en el valor de ψ modelado. Esto da idea de la importancia de considerar el valor ψ al calcular el rendimiento térmico.

Resumen

• El impacto térmico en los puentes térmicos depende de muchos parámetros y debe modelarse con un software de elementos finitos (FE) o diferencias finitas (FD).
• El rendimiento térmico de una rotura de puente térmico estructural no se evalúa correctamente mediante el uso de un valor R simplificado. En su lugar, se debe tener en cuenta el valor ψ.
• El uso de elementos de rotura de puente térmico reduce significativamente la pérdida de calor en las penetraciones estructurales a través de la envolvente del edificio.

Schöck Isokorb CXT tipo A para la rotura del puente térmico en balcones (izquierda) y Schöck Isokorb XT tipo K para la rotura del puente térmico en estructuras en voladizo. © Schöck Bauteile GmbH.

Nota

[1] Para conocer el valor ψ de un producto específico de rotura de puente térmico de Schöck contactar con export@schoeck.com.

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