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CONSTRUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN 1.1. F UNDAMENTOS

El diseño constructivo de los edificios suele ser la fase posterior al diseño formal, en la que se decide la manera de materializar su envoltura y la compartimentación de sus espacios, procurando optimizar su contribución a la calidad térmica o comodidad de los ocupantes. Los elementos constructivos fundamentales de los edificios se pueden clasificar en cerramientos, huecos y conductos, según sean elementos de compartimentación opacos, transparentes o de intercambio de aire. • Los cerramientos se asocian al concepto de “barrera” como envolvente opaca de los edificios, por ejemplo, los cerramientos exteriores que definen un espacio interior habitable (habitación) protegiéndolo de las acciones térmicas de un espacio exterior (intemperie). Las particiones interiores se asocian al caso de cerramientos verticales y horizontales entre espacios interiores de un edificio. • Los huecos son un tipo especial de cerramiento, asociado al concepto de “filtro” puesto que permite cierta conexión controlada entre el interior y el exterior, admitiendo la ganancia solar y la renovación de aire. • Los conductos son los huecos dedicados exclusivamente a transportar flujos de aire, entre un local y el exterior, o entre dos locales.

Clasificación de cerramientos y huecos.

Otros conceptos utilizados son el de fachada, como envolvente vertical que incluye cerramientos y huecos; el de medianera, como envolvente vertical en contacto con un solar vecino (edificado o no); el de cubierta, como cerramiento superior; o el de solera, como cerramiento inferior en contacto con el terreno. 1.2. P RESTACIONES TÉRMICAS DE LOS ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS

Los elementos constructivos pueden realizar diferentes funciones de intercambio de calor, relacionadas con los mecanismos de conducción y acumulación de calor, captación de la radiación, y disipación de calor y vapor por flujos de aire, desarrollados en el capítulo de Fundamentos físicos. En el siguiente esquema se muestran las principales prestaciones térmicas relacionadas con cada tipo de elemento constructivo:

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Función térmica Conducción

Acumulación

Radiación

Flujo de aire

Cerramientos Huecos Conductos

Estabilidad -

Captación -

Disipación Disipación

Aislamiento Aislamiento -

C.4 - Calor. Construcción

1.3. ESTRATEGIAS DE ACONDICIONAMIENTO

TÉRMICO

Las estrategias básicas para el diseño térmico de los elementos constructivos deberían seguir la siguiente secuencia: 1. Barrera térmica. Diseño de cerramientos y huecos exteriores para un aislamiento térmico muy elevado de la envoltura global del edifico, que independice el ambiente interior de las temperaturas extremas exteriores. 2. Masa estabilizante. Distribución de masas en contacto con el ambiente interior para una acumulación térmica elevada, que estabilice la temperatura en edificios de uso continuo. 3. Control solar. Diseño de huecos y parasoles para controlar la ganancia solar directa, que incremente la temperatura interior en invierno y evite el sobrecalentamiento en verano. 4. Control del flujo de aire. Diseño de huecos y conductos para controlar la disipación de calor por flujos de aire, que limite la renovación en invierno y favorezca la ventilación cruzada en verano. Debemos diferenciar entre el acondicionamiento natural realizado por los elementos constructivos del edificio y el acondicionamiento artificial de las instalaciones de climatización, ya que estas últimas utilizan equipos y fuentes de energía externa para su funcionamiento, renovables o no renovables. Además, el acondicionamiento natural se puede clasificar en dos grupos: • Acondicionamiento natural pasivo que mediante elementos constructivos fijos que no permiten controlar las ganancias o perdidas de calor, como por ejemplo los cerramientos. • Acondicionamiento natural activo mediante elementos constructivos regulables que permiten controlar las ganancias o perdidas de calor, como los huecos y conductos. Obsérvese que las estrategias de acondicionamiento térmico pretenden mantener el ambiente interior en un estrecho margen de temperaturas de comodidad, mientras que el exterior del edificio puede estar sometido a un amplio margen de condiciones climáticas durante ciclos anuales o diarios. En el caso del acondicionamiento natural, ésto sólo será posible con el diseño constructivo de sistemas de control integrados en los huecos y conductos, que se opongan de forma activa a la tendencia natural de los edificios de enfriarse en invierno o recalentarse en verano.

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CERRAMIENTOS 2.1. P RESTACIONES

Las prestaciones básicas del comportamiento térmico de los cerramientos deberían seguir la siguiente secuencia: 1. Barrera térmica. Diseño de cerramientos y huecos exteriores para un aislamiento térmico muy elevado de la envoltura global del edifico, con elevado control solar que independice el ambiente interior de las temperaturas extremas exteriores y del soleamiento. 2. Masa estabilizante. Distribución de masas en contacto con el ambiente interior para una acumulación térmica elevada que estabilice la temperatura interna en edificios de uso continuo. Algunas de las prestaciones térmicas de los cerramientos se pueden realizar con envolventes de muy poco espesor (membrana o lámina), como por ejemplo en la protección del soleamiento o del viento. Sin embargo, otras prestaciones requieren de elementos constructivos de determinado espesor (aislamiento térmico) o de elevada masa (acumulación térmica). Además, la NBE-CA-88 obliga a determinadas prestaciones acústicas, que en el caso de cerramientos exteriores tienen que alcanzar un aislamiento a ruido aéreo de R>45 dBA, equivalente a una masa superior a M > 235 Kg/m2. Las distintas funciones se pueden localizar en diferentes zonas del cerramiento, entre las que se señalan: • Superficie exterior Reflectante al soleamiento. Permeable al vapor de agua en la cara fría. • Interior del cerramiento, con posibilidad de diferentes capas Capa de aislante térmico, de baja densidad. Capa de acumulador térmico, de alta densidad y conductividad. Cámara de aire, estanca o ventilada. • Superficie interior Capa de barrera de vapor, en la cara caliente. Sensación térmica al tacto. 2.2. D IMENSIONADO DE UN

CERRAMIENTO BÁSICO

2.2.1. CONSIDERACIONES PREVIAS

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Para el estudio térmico de soluciones constructivas de cerramientos se aplicarán los procedimientos expuestos en

C.4 - Calor. Construcción

el capítulo de Fundamentos físicos, aplicados a ejemplos de soluciones constructivas convencionales en condiciones climáticas típicas de las Islas Canarias, verificando su idoneidad para el cumplimiento de la NBE-CT-79, vigente hasta septiembre de 2006, y para el nuevo Código Técnico de la Edificación/2006, considerando el Documento Básico DB-HE1 Limitación de demanda Energética. Como herramienta de diseño se utilizará la hoja de cálculo Aislamiento+Flujo-Cerramientos.xls que figura referenciada en el Anexo e integra las ecuaciones fundamentales de transmisión del calor en cerramientos, e incluye una amplia base de datos sobre propiedades térmicas de materiales constructivos. 2.2.2. CÁLCULO DEL AISLAMIENTO TÉRMICO DE UN CERRAMIENTO BÁSICO Aspecto general de la hoja de cálculo Aislamiento+Flujo-Cerramientos.xls.

Un cerramiento exterior de fábrica de bloque hueco de densidad media D=1200 Kg/m 2 y conductividad λ=0.49 (W/m2ºC), de espesor e=0.20 m, se puede analizar mediante el procedimiento de la hoja de cálculo, como se describe a continuación. En “Propiedades térmicas” se buscan los valores característicos y se copian a la hoja “Aislamientos y Flujos”:

El procedimiento más sencillo es “marcar, copiar y pegar” dichas celdas de una hoja a otra, e introducir luego el dato del espesor e=0.20, en metros, obteniendo el siguiente resultado:

En la hoja de cálculo se pueden introducir o modificar datos en las celdas blancas: añadir nuevas capas de mate-

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rial o modificar las Resistencias superficiales Rse y Rsi, según los valores de referencia de las celdas verdes de la izquierda. También se permite añadir la Resistencia de una cámara de aire si la hubiera. Los resultados del Total del cerramiento se obtienen directamente, con una Resistencia total Rt=0.578 (m2ºC/ W) y una Conductancia K=1.730 (W/m2ºC), además de datos complementarios de Espesor, Masa superficial y Capacidad térmica. Este cerramiento cumpliría con la NBE-CT-79 por tener un K200 Kg/m2), y con la norma NBE-CA-88 con un aislamiento a ruido aéreo de R>45 dBA, por tener una masa superior a M > 235 Kg/m2. Sin embargo, no cumpliría con el CTE por tener una transmitancia media superior a Ulim = 0.94 (W/m2ºC). 2.2.3. CÁLCULO DE FLUJOS Y TEMPERATURAS EN RÉGIMEN ESTACIONARIO Si se considera que el cerramiento está en régimen estacionario, sin acumulación térmica por ser constantes todas las temperaturas, se pueden calcular los flujos de calor en cerramientos sin soleamiento añadiendo la Temperaturas exterior Te e Interior Ti (ºC), que para condiciones típicas de invierno en la costa de Canarias se pueden estimar en 15º y 20 ºC respectivamente. En el ejemplo se han obtenido los siguientes resultados:

Los resultados se obtienen directamente, con un flujo de calor interior Qi= - 8.65 (W/m2), con signo negativo porque disipa hacia el exterior. Además se obtienen datos complementarios de las temperaturas de la superficie exterior Tse=15.3 e interior Tsi=18.9 (ºC). Este cerramiento cumpliría con la NBE-CT-79 por tener una diferencia de temperatura Tsi-Ti = -1.1 (ºC)