Puente térmico - Thermal bridge

Distribución de temperatura en un puente térmico
Esta imagen térmica muestra un puente térmico de un edificio de gran altura ( Aqua en Chicago )

Un puente térmico , también llamado puente frío , puente térmico o derivación térmica , es un área o componente de un objeto que tiene una conductividad térmica más alta que los materiales circundantes, creando un camino de menor resistencia para la transferencia de calor . Los puentes térmicos dan como resultado una reducción general de la resistencia térmica del objeto. El término se discute con frecuencia en el contexto de la envolvente térmica de un edificio donde los puentes térmicos dan como resultado la transferencia de calor hacia o desde el espacio acondicionado.

Los puentes térmicos en los edificios pueden afectar la cantidad de energía necesaria para calentar y enfriar un espacio, causar condensación (humedad) dentro de la envolvente del edificio y provocar molestias térmicas. En climas más fríos (como el Reino Unido), los puentes térmicos de calor pueden provocar pérdidas de calor adicionales y requerir energía adicional para mitigarlos.

Existen estrategias para reducir o prevenir los puentes térmicos, como limitar el número de miembros del edificio que van desde espacios no acondicionados a espacios acondicionados y aplicar materiales de aislamiento continuo para crear rupturas térmicas .

Concepto

Puente termal en el cruce. El calor se mueve desde la estructura del piso a través de la pared porque no hay ruptura térmica.

La transferencia de calor se produce a través de tres mecanismos: convección , radiación y conducción . Un puente térmico es un ejemplo de transferencia de calor por conducción. La tasa de transferencia de calor depende de la conductividad térmica del material y la diferencia de temperatura experimentada a cada lado del puente térmico. Cuando hay una diferencia de temperatura, el flujo de calor seguirá el camino de menor resistencia a través del material con la conductividad térmica más alta y la resistencia térmica más baja; este camino es un puente termal. El puente térmico describe una situación en un edificio donde existe una conexión directa entre el exterior y el interior a través de uno o más elementos que poseen una conductividad térmica más alta que el resto de la envolvente del edificio.

Identificación de puentes térmicos

La topografía de edificios para puentes térmicos se realiza mediante termografía infrarroja pasiva (IRT) de acuerdo con la Organización Internacional de Normalización (ISO). La termografía infrarroja de edificios puede permitir firmas térmicas que indiquen fugas de calor. IRT detecta anomalías térmicas que están relacionadas con el movimiento de fluidos a través de elementos de construcción, destacando las variaciones en las propiedades térmicas de los materiales que, en consecuencia, provocan un cambio importante de temperatura. El efecto de sombra, una situación en la que el entorno circundante proyecta una sombra en la fachada del edificio, puede provocar problemas potenciales de precisión en las mediciones debido a la exposición inconsistente al sol de la fachada. Se puede utilizar un método de análisis alternativo, el filtrado iterativo (IF), para resolver este problema.

En todas las inspecciones termográficas de edificios, la interpretación de la imagen térmica si la realiza un operador humano, implica un alto nivel de subjetividad y experiencia del operador. Los enfoques de análisis automatizados, como las tecnologías de escaneo láser , pueden proporcionar imágenes térmicas en superficies de modelos CAD tridimensionales e información métrica para análisis termográficos. Los datos de temperatura de la superficie en modelos 3D pueden identificar y medir las irregularidades térmicas de los puentes térmicos y las fugas de aislamiento. Las imágenes térmicas también se pueden adquirir mediante el uso de vehículos aéreos no tripulados (UAV), fusionando datos térmicos de múltiples cámaras y plataformas. El UAV utiliza una cámara de infrarrojos para generar una imagen de campo térmico de los valores de temperatura registrados, donde cada píxel representa la energía radiativa emitida por la superficie del edificio.

Puente térmico en la construcción

Con frecuencia, los puentes térmicos se utilizan en referencia a la envolvente térmica de un edificio, que es una capa del sistema de cerramiento del edificio que resiste el flujo de calor entre el ambiente interior acondicionado y el ambiente exterior no acondicionado. El calor se transferirá a través de la envolvente térmica de un edificio a diferentes velocidades según los materiales presentes en toda la envolvente. La transferencia de calor será mayor en las ubicaciones de los puentes térmicos que donde existe el aislamiento porque hay menos resistencia térmica. En el invierno, cuando la temperatura exterior es típicamente más baja que la temperatura interior, el calor fluye hacia afuera y fluirá a mayor velocidad a través de puentes térmicos. En la ubicación de un puente térmico, la temperatura de la superficie en el interior de la envolvente del edificio será más baja que el área circundante. En el verano, cuando la temperatura exterior es típicamente más alta que la temperatura interior, el calor fluye hacia adentro ya mayor velocidad a través de los puentes térmicos. Esto provoca pérdidas de calor en invierno y ganancias de calor en verano en los espacios acondicionados de los edificios.

A pesar de los requisitos de aislamiento especificados por diversas normativas nacionales, los puentes térmicos en la envolvente de un edificio siguen siendo un punto débil en la industria de la construcción. Además, en muchos países las prácticas de diseño de edificios implementan medidas de aislamiento parcial previstas por las regulaciones. Como resultado, las pérdidas térmicas son mayores en la práctica de lo que se anticipa durante la etapa de diseño.

Un ensamblaje, como una pared exterior o un techo aislado, generalmente se clasifica por un factor U , en W / m 2 · K, que refleja la tasa general de transferencia de calor por unidad de área para todos los materiales dentro de un ensamblaje, no solo el aislamiento. capa. La transferencia de calor a través de puentes térmicos reduce la resistencia térmica general de un conjunto, lo que resulta en un factor U aumentado.

Los puentes térmicos pueden ocurrir en varios lugares dentro de la envolvente de un edificio; más comúnmente, ocurren en uniones entre dos o más elementos de construcción. Las ubicaciones comunes incluyen:

  • Uniones de piso a pared o de balcón a pared, incluidos balcones de losa a nivel y de concreto o patios al aire libre que extienden la losa del piso a través de la envolvente del edificio.
  • Uniones de techo / techo a pared, especialmente donde no se pueden lograr profundidades de aislamiento de techo completas
  • Uniones de ventana a pared
  • Uniones puerta a pared
  • Uniones de pared a pared
  • Elementos de madera, acero u hormigón, como montantes y vigas, incorporados en paredes exteriores, cielorrasos o construcciones de techos
  • Luminarias empotradas que penetran en techos aislados
  • Ventanas y puertas, especialmente componentes de marcos
  • Áreas con huecos o aislamiento mal instalado
  • Bridas metálicas en paredes huecas de mampostería

Los elementos estructurales siguen siendo un punto débil en la construcción, que comúnmente conducen a puentes térmicos que dan como resultado una gran pérdida de calor y bajas temperaturas superficiales en una habitación.

Edificios de mampostería

Si bien existen puentes térmicos en varios tipos de cerramientos de edificios, las paredes de mampostería experimentan un aumento significativo de los factores U causados ​​por los puentes térmicos. La comparación de conductividades térmicas entre diferentes materiales de construcción permite evaluar el rendimiento en relación con otras opciones de diseño. Los materiales de ladrillo, que generalmente se utilizan para cerramientos de fachadas, generalmente tienen conductividades térmicas más altas que la madera, dependiendo de la densidad del ladrillo y el tipo de madera. El hormigón, que puede usarse para pisos y vigas de borde en edificios de mampostería, son puentes térmicos comunes, especialmente en las esquinas. Dependiendo de la composición física del hormigón, la conductividad térmica puede ser mayor que la de los materiales de ladrillo. Además de la transferencia de calor, si el ambiente interior no está adecuadamente ventilado, los puentes térmicos pueden hacer que el material de ladrillo absorba el agua de lluvia y la humedad en la pared, lo que puede provocar el crecimiento de moho y el deterioro del material de la envolvente del edificio.

Muro cortina

Al igual que los muros de mampostería, los muros cortina pueden experimentar un aumento significativo de los factores U debido a los puentes térmicos. Los marcos de los muros cortina se construyen a menudo con aluminio de alta conductividad, que tiene una conductividad térmica típica superior a 200 W / m · K. En comparación, los miembros de la estructura de madera tienen típicamente entre 0,68 y 1,25 W / m · K. El marco de aluminio para la mayoría de las construcciones de muros cortina se extiende desde el exterior del edificio hasta el interior, creando puentes térmicos.

Impactos de los puentes térmicos

El puente térmico puede resultar en un aumento de la energía necesaria para calentar o enfriar un espacio acondicionado debido a la pérdida de calor del invierno y la ganancia de calor del verano. En lugares interiores cerca de puentes térmicos, los ocupantes pueden experimentar molestias térmicas debido a la diferencia de temperatura. Además, cuando la diferencia de temperatura entre el espacio interior y el exterior es grande y hay aire cálido y húmedo en el interior, como las condiciones que se experimentan en el invierno, existe el riesgo de condensación en la envolvente del edificio debido a la temperatura más fría en la superficie interior. en ubicaciones de puentes térmicos. En última instancia, la condensación puede provocar el crecimiento de moho con la consiguiente mala calidad del aire interior y la degradación del aislamiento, lo que reduce el rendimiento del aislamiento y hace que el aislamiento funcione de manera irregular en toda la envolvente térmica

Métodos de diseño para reducir los puentes térmicos

Hay varios métodos que han demostrado reducir o eliminar los puentes térmicos según la causa, la ubicación y el tipo de construcción. El objetivo de estos métodos es crear una rotura térmica donde un componente del edificio se extendería de exterior a interior, o reducir el número de componentes del edificio que se extienden desde el exterior al interior. Estas estrategias incluyen:

  • Una capa continua de aislamiento térmico en la envolvente térmica, como con el aislamiento de tablero de espuma rígida
  • Lapeado del aislamiento donde no es posible la continuidad directa
  • Montajes de pared dobles y escalonados
  • Paneles de aislamiento estructural (SIP) y encofrados de hormigón aislante (ICF)
  • Reducir el factor de encuadre al eliminar miembros de enmarcado innecesarios, como los implementados con enmarcado avanzado
  • Armazones de talón elevados en las uniones de pared a techo para aumentar la profundidad del aislamiento
  • Instalación de aislamiento de calidad sin huecos ni aislamiento comprimido
  • Instalación de ventanas de doble o triple panel con relleno de gas y revestimiento de baja emisividad
  • Instalación de ventanas con marcos térmicamente rotos hechos de material de baja conductividad

Métodos de análisis y desafíos

Debido a sus importantes impactos en la transferencia de calor, es importante modelar correctamente los impactos de los puentes térmicos para estimar el uso total de energía. Los puentes térmicos se caracterizan por una transferencia de calor multidimensional y, por lo tanto, no pueden aproximarse adecuadamente mediante modelos de cálculo unidimensionales (1D) de estado estacionario que se utilizan normalmente para estimar el rendimiento térmico de los edificios en la mayoría de las herramientas de simulación energética de edificios. Los modelos de transferencia de calor de estado estacionario se basan en un flujo de calor simple donde el calor es impulsado por una diferencia de temperatura que no fluctúa con el tiempo, por lo que el flujo de calor siempre es en una dirección. Este tipo de modelo 1D puede subestimar sustancialmente la transferencia de calor a través de la envolvente cuando existen puentes térmicos, lo que resulta en un menor uso de energía previsto en el edificio.

Las soluciones actualmente disponibles son habilitar capacidades de transferencia de calor bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D) en software de modelado o, más comúnmente, utilizar un método que traduzca la transferencia de calor multidimensional en un componente 1D equivalente para usar en software de simulación de edificios. Este último método se puede lograr mediante el método de pared equivalente en el que un conjunto dinámico complejo, como una pared con un puente térmico, se representa mediante un conjunto de varias capas 1D que tiene características térmicas equivalentes.

Ver también

Referencias

enlaces externos