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Coeficiente global de transmisión de calor a través de la envolvente térmica (K)

Álvaro Rebé Sanz | 24 marzo, 2021

Como ya se ha comentado en otras entradas del foro se va tratar los cambios y modificaciones que afectan al “Real Decreto 732/2019, de 20 de diciembre, por el que se modifica el Código Técnico de la Edificación, aprobado por Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo”.

Uno de los documentos que ha sufrido un mayor cambio es la Sección HE 1 “Condiciones para el control de la demanda energética”. Como ya tratamos, entre las modificaciones de esta sección destaca la desaparición de la demanda energética como indicador explícito, aunque esto no reduce su importancia para el diseño dado que mantener una demanda energética reducida es una condición necesaria para poder cumplir los requisitos de consumo.

Según se indica en el CTE 2019 DB HE1: Los edificios deben disponer de una envolvente térmica que limite sus necesidades de energía primaria en función de la zona climática, su uso y su compacidad. 

Para el cumplimiento de esta sección es necesario comprobar cinco aspectos

  1. La transmitancia global de la envolvente térmica (K) y transmitancias por elementos (Ulim) 
  2. El control solar de la envolvente térmica (qsol;jul) 
  3. La permeabilidad al aire de la envolvente térmica (Q100 y n50) 
  4. Limitar las descompensaciones entre unidades de uso (Ulim particiones interiores) 
  5. El control de las condensaciones.

Vamos a centrar el tema en el primer punto: La transmitancia global de la envolvente térmica (K) y transmitancias por elementos (Ulim).

Antes de empezar a ver las comprobaciones con detalle es importante tener claros otros aspectos relacionados:

  • Definición geométrica de la envolvente: 
    • Superficie de los cerramientos: La superficie total de un cerramiento la componen su parte opaca más la de los huecos si los hubiera.
  • Composición de la envolvente: 
    • Transmitancia térmica [U] de cada elemento de cerramiento perteneciente a la envolvente o a las particiones interiores. Se obtiene a partir de las características y composición de los cerramientos. Valor de [U] expresado en W/m2 ·K. 

Normalmente los cerramientos opacos ya pertenezcan a la envolvente o a particiones interiores, estarán compuestos de varias “hojas” y diferentes materiales. El cálculo de la transmitancia de estos elementos se describe detalladamente en el documento de ayuda DA DB-HE / 1. Cálculo de parámetros característicos de la envolvente. 

Por ejemplo en el cálculo de la transmitancia térmica de cerramientos en contacto con el aire exterior tales como muros de fachada, cubiertas y suelos en contacto con el aire exterior:

siendo, 

RT la resistencia térmica total del componente constructivo [m2 K/ W].

La resistencia térmica total RT de un componente constituido por capas térmicamente homogéneas se calcula mediante la expresión:

siendo, 

R1, R2…Rn las resistencias térmicas de cada capa definidas según la expresión [m2 K/ W]; 

Rsi y Rse las resistencias térmicas superficiales correspondientes al aire interior y exterior respectivamente, tomadas de la tabla 1 de acuerdo a la posición del cerramiento, dirección del flujo de calor y su situación en el edificio [m2 K/ W].

Referencia, DA DB-HE / 1 Cálculo de parámetros característicos de la envolvente (Enero 2020)

Respecto a la transmitancia en huecos, nuevamente figura desarrollada la metodología de cálculo en el documento de ayuda DA DB-HE / 1. Cálculo de parámetros característicos de la envolvente.

Transmitancia térmica lineal en puentes térmicos. 

  • Volumen que encierra la E.T:

Para este apartado el volumen al que nos vamos a referir es el volumen Interior total (empleado por ejemplo para el cálculo de la compacidad). Este sería el que encierra en su totalidad la envolvente térmica, incluyendo forjados y espesor de cubierta. 

  • Compacidad:

 Establece la relación entre el volumen encerrado por la envolvente y la superficie de esta (V/A) (m3 /m2 = m). Se trata de una característica fundamental de la “forma” del edificio. Si tenemos en cuenta que los flujos de calor entre el interior del edificio y el exterior se realizan a través de su piel, esta relación es determinante a la hora de evaluar su comportamiento. 

La compacidad se define en el Anejo A Terminología de la siguiente forma: 

  • Compacidad (V/A): Relación entre el volumen encerrado por la envolvente térmica (V) del edificio (o parte del edificio) y la suma de las superficies de intercambio térmico con el aire exterior o el terreno de dicha envolvente térmica (A = ΣAi). Se expresa en m³/m². 

Por tanto, para el cálculo de la compacidad, se excluye el cómputo del área de los cerramientos y de las particiones interiores en contacto con otros edificios o con espacios adyacentes exteriores a la envolvente térmica. 

Por tanto, el área computable de la envolvente térmica es exclusivamente la que está en contacto con el aire exterior o terreno. 

Transmitancias por elementos (Ulim)

Estas transmitancias límite aseguran una calidad mínima de la envolvente y evitan descompensaciones en la calidad térmica de los espacios del edificio.

Condiciones de la envolvente térmica

Cada elemento de la envolvente térmica debe cumplir con los valores límite marcados en la Tabla 3.1.1.a – HE1 si se trata de un edificio nuevo (salvo los casos excluidos: Edificios protegidos, Construcciones provisionales (<2 años), Edificios Industriales, de defensa o agrícolas con baja demanda energética, Edificios aislados Sutil < 50 m2), una ampliación, un cambio de uso o una reforma donde se renueve más del 25% de la envolvente.

Referencia, Documento Básico HE Ahorro de energía Con comentarios del Ministerio de Fomento (20 diciembre 2019)

En el caso de reformas donde la intervención sea menor del 25% de la envolvente, la tabla aplica a:

  • Elementos que se sustituyan, incorporen o modifiquen sustancialmente
  • Elementos que vean modificadas sus condiciones exteriores o interiores como resultado de la intervención suponiendo un incremento de las necesidades energéticas del edificio 

Limitación de descompensaciones entre unidades de uso

En el caso de las particiones verticales se debe cumplir con los valores límite marcados en la Tabla 3.2 – HE1 si se trata de un edificio nuevo (salvo los casos excluidos), una ampliación, un cambio de uso o una reforma donde se renueve más del 25% de la envolvente.

Referencia, Documento Básico HE Ahorro de energía Con comentarios del Ministerio de Fomento (20 diciembre 2019)

En el caso de reformas donde la intervención sea menor del 25% de la envolvente, la tabla aplica a:

  • Elementos que se sustituyan, incorporen o modifiquen sustancialmente
  • Elementos que vean modificadas sus condiciones exteriores o interiores como resultado de la intervención suponiendo un incremento de las necesidades energéticas del edificio

 Sin embargo, el cumplimiento individual de los elementos no garantiza el cumplimiento global del edificio, limitado por la transmitancia global de la envolvente térmica (K).

Transmitancia global de la envolvente térmica (K)

El objetivo del indicador de transmitancia térmica global (K) es asegurar la eficiencia de la envolvente térmica en relación a la transmisión de calor, teniendo en cuenta el volumen habitable protegido y su superficie de intercambio térmico con el exterior.

El indicador integra las características de los elementos que configuran la envolvente térmica, su proporción, el cuidado de los puentes térmicos (salvo en el caso de intervenciones elemento a elemento) y modula su exigencia en función de la zona climática de invierno, la compacidad de la envolvente térmica (V /A) y, en edificios existentes, el alcance de la intervención.

El indicador de transmitancia térmica global (K) se basa en el coeficiente global de transmisión de calor (Htr,adj, apartado 8.3.1, ec. 17 de la UNE EN ISO 13790:2008 y apartado 6.6.5.2, ec. 108 de la ISO/FDIS 52016-1) repercutido por la superficie de intercambio con el exterior.

Mide la capacidad global de evitar el intercambio de calor por conducción.

De forma simplificada, puede calcularse este parámetro a partir de las transmitancias térmicas y superficies de los elementos de la envolvente térmica y de un factor de ajuste: 

Transmisión de calor a través de la envolvente térmica (huecos, opacos y puentes térmicos)

Superficie de intercambio de la envolvente térmica

Valor del indicador:

Donde:

btr,x

Ax,i

Ux,i

lx,k

ψx,k

xx,j

Es el factor de ajuste para los elementos de la envolvente. Su valor es 1 excepto para elementos en contacto con edificios o espacios adyacentes exteriores a la envolvente térmica, donde toma el valor 0;

Es el área de intercambio del elemento de la envolvente térmica considerado;

Es el valor de la transmitancia térmica del elemento de la envolvente térmica considerado;

Es la longitud del puente térmico considerado;

Es el valor de la transmitancia térmica lineal del puente térmico considerado;

Es la transmitancia puntual del puente térmico considerado

Los valores límite (Klim) para justificación del indicador de transmitancia global de la envolvente térmica, se diferencia en función del uso del edificio, la zona climática de invierno y si se trata de un edificio nuevo, una ampliación, un cambio de uso o una reforma:

Edificios residenciales:

Edificios de uso distinto al residencial privado:

Como se aprecia en las tablas, el valor de Klim varía en función de la compacidad del edificio. Por ejemplo un edificio nuevo, de uso residencial privado situado en la zona climática de invierno:

A modo de porcentajes, se aprecia hasta un 30% de diferencia para los valores de Klim que debemos justificar, en función de la compacidad del edificio.


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