Hoy en día hay muchos edificios que no están aislados adecuadamente, y esto se traduce en un consumo excesivo de energía, el cuál no solo afecta negativamente al importe de la factura eléctrica, sino también al bienestar y confort térmico y a la eficiencia energética del edificio. A través de la rehabilitación de la envolvente térmica se puede poner fin a este problema.
¿Qué es la envolvente térmica de un edificio?
Todo edificio responde a un comportamiento energético, es decir, el comportamiento que tienen frente a los intercambios de calor a través de la parte interior y la exterior del edificio, o lo que es lo mismo, la envolvente térmica.
La envolvente térmica es el conjunto de los cerramientos que establecen una separación entre el ambiente exterior y los espacios habitables, según define el Código Técnico de la Edificación (CTE). Este conjunto de sistemas y elementos comprende aquellas particiones que separan las áreas habitables de las no habitables (terrazas, lavaderos, garaje). Esto significa que aquellos elementos separadores como muros, forjados, ventanas, suelos y techos constituyen la envolvente térmica de una vivienda o un edificio.
La eficiencia energética de un edificio depende de un adecuado diseño y ejecución de la envolvente térmica, teniendo en cuenta la zona climática donde se ubica el edificio, y su perfil de uso.
¿Cuál es el objetivo de la envolvente térmica?
La envolvente de un edificio tiene dos cometidos principales: su protección y el control climático. Es su función principal la de aislar de forma térmica el inmueble, protegerlo de las inclemencias climatológicas e incrementar el bienestar y el confort de sus habitantes.
Además, el aislamiento es la variable fundamental que define la demanda de consumo energético de la climatización del edificio. Y, con ello, el edificio o vivienda será más o menos sostenible energéticamente.
Por el contrario, si un edificio no cuenta con una buena envolvente térmica, además de restar en confort para los habitantes, conlleva un consumo energético más alto y menos sostenible.
¿Qué parámetros definen los elementos de la envolvente térmica?
La envolvente exterior de un edificio es un elemento clave para conseguir una buena eficiencia energética, ya que es el encargado de aislar el interior y mantener una temperatura adecuada. Y para ello, tanto sus materiales como sus elementos deben estar bien diseñados y ejecutados. A continuación te mostramos qué elementos constituyen un sistema envolvente y cuales son los materiales utilizados en el exterior de ésta.
Elementos de un sistema envolvente de un edificio
Un sistema envolvente de un edificio está compuesto de la siguiente manera:
- Envolvente vertical: incluye las fachadas o paramentos verticales que protegen el edificio. Además de constituir el soporte estructural del edificio, también son elementos, que en parte a su heterogeneidad, tienen puntos o zonas de diferente conductividad térmica. Se dividen en los siguientes elementos:
- Huecos y marcos en ventanas, puertas y acristalamientos
- Barandillas.
- Puentes térmicos.
- Pasos de instalaciones.
- Envolvente horizontal: la forman los diferentes paramentos horizontales y que también constituyen el soporte estructural del edificio. Son elementos de alta exposición, al igual que los verticales, y pueden dividirse de la siguiente forma:
- Cubiertas y forjados, tanto en suelos como en techos.
- Juntas de dilatación.
- Claraboyas.
- Puentes térmicos.
- Pasos de instalaciones.
- Otros elementos: aquellos que no pertenecen a los elementos estructurales, pero que al igual que ellos, tienen contacto con el exterior, por lo que también será fundamental contar con ellos para una mejora de la eficiencia energética. Pueden ser cajetines de persianas, chimeneas o conductos de tuberías de instalaciones o de ventilación.
Materiales de la envolvente exterior de un edificio
La elección de los materiales en la envolvente térmica es la que determinará el grado de aislamiento térmico y eficiencia energética, que tendrá el edificio. Será su conductividad la que determinará todo esto, y cuanto mayor sea, menor grado aislante tendrá.
Por tanto, materiales como los metales tienen conductividades térmicas muy altas, los polímeros la tienen más baja, y las muy bajas las presentan materiales especiales, como por ejemplo la fibra de vidrio, considerada como una de las más indicadas para establecer buenos aislamientos térmicos.
Además de la fibra de vidrio, hay otros materiales que presentan un gran aislamiento como las lanas minerales, el corcho, las fibras vegetales, la celulosa, el XPS o poliestireno extruido, el EPS o poliestireno expandido, el PUR o poliuretano y las fibras de vidrio, entre otros.
En cuanto a las soluciones constructivas para mejorar la envolvente de un edificio y conseguir un buen aislamiento térmico, mejorando la eficiencia energética, las más habituales son el sistema SATE y el de fachada ventilada. Ambos emplean los materiales anteriormente citados y mejoran tanto la estanqueidad interior como la estética exterior de las fachadas.
¿Qué criterios influyen en el comportamiento energético de la envolvente térmica?
El comportamiento energético de un edificio lo puede determinar la zona climática donde se ubique el edificio, ya que la envolvente térmica de un edificio hace interacción con el ambiente exterior, intercambiando calor con el entorno. Un edificio en la costa del mediterráneo, no se comporta, desde el punto de vista térmico, de la misma manera que ese mismo edificio en la zona norte de la península, por lo que sus envolventes térmicas también serán diferentes.
Por otro lado, la demanda energética, es decir, la energía que necesita el usuario y que aportan los equipos de climatización, para obtener temperaturas adecuadas en el interior del edificio. La demanda dependerá del perfil de uso que se le de, y de la zona climática donde se ubique, y por lo tanto del intercambio de calor que se produzca con el ambiente exterior, a través de la envolvente, por lo que un buen diseño y ejecución de la misma, permitirá una ahorro efectivo en el consumo de energía, mejorando la eficiencia energética del edificio.
Además de estos dos criterios principales, el comportamiento energético de la envolvente térmica también depende de otros factores como los materiales de los que esté compuesta y sus propiedades, como el grosor, el color o la conducción de calor. Además de la orientación en la que se sitúa el inmueble y la situación de los objetos dentro de éste, como un toldo o una persiana sobre una ventana.
¿Cómo mejorar la eficiencia energética de la envolvente térmica?
Como hemos mencionado, la envolvente térmica de un edificio, además de proporcionar confort térmico a los habitantes, aporta eficiencia energética. Para mejorar y potenciar al máximo ésta, el primer paso recomendable es solicitar ayuda a un profesional que evalúe el grado de eficiencia energética y establecer los pasos a seguir para mejorarla. Para ello el técnico deberá realizar una inspección, analizar la documentación del edificio (planos, calidades, etc.) y elaborar un informe que contenga las conclusiones sobre la situación y las acciones que se pueden llevar a cabo.
Algunas de las acciones que se pueden realizar para mejorar la eficiencia energética de la envolvente térmica son las siguientes:
- Reforzar el aislamiento de la fachada ya existente.
- Instalar una nueva fachada.
- Anular el puente térmico que puede existir en diferentes puntos del edificio.
- Aislar la cubierta del edificio.
Las acciones pueden ser de muy diverso tipo según el edificio, y hay que darle importancia a todos los elementos que puedan afectar a la eficiencia energética, con el objetivo de reducir el consumo energético.
¿Cómo se calcula la envolvente térmica?
A la hora de realizar un cálculo de la envolvente térmica, lo primero que hay que saber es el nivel de transmitancia térmica objetivo para la zona. Esto vendrá dado por el CTE en su DB HE (Documento Básico de Ahorro Energía). A partir de ahí se establecen las condiciones físico-geométricas de los componentes del sistema de cubierta para determinar tanto los niveles de Transmitancia Térmica, que es la inversa de la Resistencia Térmica, así como la evaluación del riesgo de condensación.
Para poder entenderlo mejor, definiremos los conceptos básicos para este cálculo:
- Conductividad térmica: representa la cantidad de calor que atraviesa un material de espesor e=1m y superficie S=1m2 durante un periodo de tiempo de 1 hora cuando la diferencia de temperatura es de 1ºC Es decir, se trata de una característica de los materiales que representa la capacidad de transmitir el calor a través del movimiento de sus moléculas.
Cada edificio tiene un tipo de estructura diferente, y ésta estará compuesta por diferentes materiales, que transmitirán más o menos calor. Cuanto más alta sea la conductividad, menores serán sus propiedades aislantes.
- Resistencia térmica: para un aislamiento dado, con un espesor “d”, nos permite conocer la capacidad aislante de dicho aislamiento. Es decir, si en un aislamiento, con un espesor “d”, dividimos este espesor por la conductividad, se obtiene la resistencia térmica R, que es la capacidad que tiene un aislamiento al paso del flujo de calor.
Un material con un valor de Resistencia Térmica muy alto es un buen aislante. De este modo, con el valor de Resistencia Térmica es posible comparar distintas tipologías de aislamientos y espesores para poder realizar una comparación entre los mismos.
- Transmitancia Térmica: representada como valor U, depende la resistencia térmica de cada uno de los elementos que componen la superficie, y ésta en particular obedece al espesor de cada capa y a su conductividad térmica. Este valor nos permite conocer su nivel de aislación térmica en relación al porcentaje de energía que lo atraviesa; si el número resultante es bajo tendremos una superficie bien aislada y, por el contrario, un número alto nos alerta de una superficie poco aislada.
El valor de Transmitancia Térmica ha de ser menor que el establecido por la normativa. A continuación, se muestran los valores exigidos para la envolvente de cubierta por parte del CTE, en su Documento Básico de Ahorro de Energía.
Por tanto, para calcular la Transmitancia Térmica o Valor U, la fórmula general es:
U = 1/Rt
- U = Transmitancia Térmica (W/m²·K).
- Rt = Resistencia Térmica Total del elemento compuesto por capas (m²·K/W), que se obtiene según:
Rt = Rsi + R1 + R2 + R3 + … + Rn + Rse
- Rsi = Resistencia Térmica Superficial Interior (según norma por zona climática).
- Rse = Resistencia Térmica Superficial Exterior (según norma por zona climática).
- R1, R2, R3, Rn = Resistencia Térmica de cada capa, que se obtienen según:
R = e / λ
- e = Espesor del Material (m).
- λ = Conductividad Térmica del Material (W/K·m) (según cada material).
Podemos notar entonces que la Transmitancia Térmica es inversamente proporcional a la Resistencia Térmica: a mayor resistencia de los materiales que componen una envolvente, menor es la cantidad de calor que se pierde a través de ella.
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