Principios de Transferencia de Calor y Comportamiento Térmico en la Envolvente Edilicia

Conceptos Fundamentales de Transferencia de Calor en Edificaciones

Aspectos Clave para el Estudio Térmico de Recintos

1. Características dimensionales del recinto.
2. Características materiales.
3. Características de los diferentes tipos de exposición.
4. Cálculo de resistencia térmica de cada material.
5. Cálculo de transmitancia térmica.
6. Cubicación de cada uno de los elementos de la envolvente.
7. Cálculo de flujos unitarios.
8. Cálculo de coeficiente GV1.

Mantenimiento del Equilibrio de la Temperatura en Ambientes

El equilibrio térmico entre ambientes depende de varios factores:

• Materialidad
• Densidad
• Cantidad (masa)
• Burbujas de aire en el interior (elemento)
• Inercia térmica (elemento)
• Aire (movimiento de las masas de aire)

Definiciones Clave en Termodinámica Edilicia

Temperatura (T)

Intensidad térmica que poseen los cuerpos en cada instante y depende de la amplitud con que las moléculas vibren en su interior. Es la manifestación sensorial de la existencia del calor en los cuerpos y se mide en grados Celsius (ºC).

Calor (Q)

Forma de energía de origen cinético. Se mide en la cantidad de calor poseída por cada cuerpo. Depende de la capacidad calorífica de cada cuerpo y de la temperatura a la que se encuentre en dicho momento.

Capacidad Calorífica

Cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de una masa determinada de un material, multiplicada por la masa que este posea.

Capacidad Calorífica Específica

Es la cantidad de calor necesaria para elevar 1ºC la temperatura de una masa unitaria de material homogéneo a presión constante.

Paso de Calor a Través de un Elemento

Inercia Térmica

Búsqueda de un estado de equilibrio según la capacidad calorífica del elemento, su masa o su propia intensidad térmica. La inercia será mayor o menor según tienda a demorarse este proceso (hay un tiempo en que ocurre) y el flujo que se considera es ortogonal al muro.

Transmisión Térmica

Todo paso de cantidad de calor a través de un elemento. Se produce cuando existe una diferencia de temperatura entre los ambientes circundantes a él. La transmisión térmica es mayor o menor según cada tipo de elemento y las propiedades de los materiales por los cuales esté hecho.

Flujo Térmico

Cantidad de calor que fluye por una unidad de tiempo a través de un elemento ortogonalmente a su superficie.

Transmitancia Térmica

Cantidad de energía calórica que pasa en una unidad de tiempo (flujo) por cada grado de diferencia de temperatura entre dos ambientes separados por un elemento y por cada unidad de área de este.

Coeficiente Superficial de Transferencia Térmica

Paso del calor a través de un elemento por unidad de tiempo y área, que va desde o hacia una superficie en contacto con el aire.

Regímenes de Solicitación Térmica

Condiciones de Régimen Variable

Las intensidades térmicas de los dos ambientes entre las que está el elemento están cambiando a cada instante, por lo que el valor de la temperatura (T) no es un valor fijo; el elemento sigue buscando el equilibrio.

Condiciones de Régimen Constante

Las temperaturas de ambos ambientes permanecen estáticas, siendo T un valor fijo. Esta condición se da solo en laboratorio.

El Elemento (Envolvente)

Lo constituye la envolvente exterior de los espacios habitables, y los ambientes son, respectivamente, el espacio exterior e interior.

Tipos de Fuentes de Calor

• Cuando la fuente de calor es el clima y la dirección del flujo es del ambiente exterior al ambiente interior, se produce una ganancia (flujo positivo).
• Cuando la fuente de calor está en el ambiente interior, se produce una pérdida (flujo negativo).

En el primer caso, los tres métodos de transferencia de calor (convección, radiación, conducción) son importantes. En el segundo, la radiación tiene una incidencia menor.

Comportamiento del Aire Próximo a la Envolvente

Se generan capas según la influencia de este sólido sobre el fluido.

Capa Laminar

Es una capa superficial de aire adyacente a un elemento. Se presenta cuando la velocidad del aire no supera los 2 m/seg en el exterior y los 0,2 a 0,5 m/seg en el interior. Además, posee una densidad constante y mayor. Dependiendo de si existe o no capa laminar, existirá o no la resistencia interna y externa. La capa laminar tiene alrededor de 7 cm, aunque puede variar.

Capa Turbulenta

Es el resto del fluido, lo que está más allá de la capa laminar, el cual está en permanente movimiento en diversas direcciones. Con ella, la capa laminar realiza intercambio de calor por convección.

Velocidad del Aire

• Ambientes exteriores: de 1 a 2 m/seg
• Ambientes interiores: de 0.2 a 0.5 m/seg

Punto de Partida: Constitución de la Envolvente

• Transparente u opaca.
• Formada por uno o más materiales (diferentes criterios de ubicación y continuidad entre ellos).
• Cada capa laminar transparente transmite la mayor parte de la radiación recibida.
• Cada capa de material opaco implica una superficie con determinada capacidad para reflejar o absorber en mayor o menor medida la onda calórica; la reflexión está vinculada al comportamiento espectral.
• La envolvente podrá ser compacta o tener espacios internos de aire.
• Cada espacio de aire interior supone barreras contra la onda calórica.
• Los materiales de la envolvente presentarán, de acuerdo a sus características, un comportamiento específico y propio frente a la conducción de calor.