Sánchez-Ostiz, A. (Ana)

Universidad de Navarra

Influencia del diseño del muro en el ahorro de energía en régimen variable

Dadun, University of Navarra

CJ. o 9 8 7 6 5 .4 .3 .2 .1 COLABORACIONES Revista de Edificación . Noviembre 1988 . N.o 4 . 61 Influencia del diseño del muro en el ahorro de energía en régimen variable E s normal el estudio de las condiciones ambientales de temperatura e higro-metría de un espacio ar-quitectónico, consideran-do el flujo de energía en estado esta-cionario. Es decir, que se cumplen las condiciones siguientes: 1) La cantidad de energía transmiti-da a través de todas las capas es la misma. 2) La caída de temperatura de una capa es proporcional a la resis-tencia térmica de dicha capa. En realidad, esto no ocurre así. Par-te de la energía calorífica es absorbida por las capas atravesadas por el flujo y por tanto, la cantidad de energía que pasa de una capa a la siguiente no es la misma. Por ello, el flujo es variable. Esta variación del flujo de energía ca-lorífica es función de la resistencia tér-mica del muro, del calor específico y del peso específico del material, y se suele expresar como "inercia térmica" del muro, e influye modificando la dife-rencia entre las temperaturas exterio-res e interiores. Al aumentar la inercia térmica del muro, la temperatura máxima diurna y la mínima nocturna se aproximarán a la temperatura media del día. Esta inercia térmica la cuantifica-mos mediante la fórmula ex = Aint. Aext. ex = Coeficiente de minoración de las amplitudes. Aint.= Amplitud de las temperaturas en el interior. Aext.= Amplitud de las temperaturas en el exterior. \ \ 1\ \ \. r-. o 18 32 48 64 80 GRAFICO 1 ANA SANCHEZ-OSTIZ, ARQUITECTO El valor de "alfa" se obtiene en fun-ción de la "constante térmica de tiem-po" CTth del gráfico 1. i = i CTth = I CTthi i = 1 CThi, se calcula para el punto me-dio de la capa "i" mediante la fórmula: CTthi = (Rae + R1 + R2 + ... + 1/2 Ri) x ei x pi x ci (horas) Siendo: Rae = Resistencia térmica superfi-cial (m.2 °C/W) Ri = Resistencia térmica de la capa "i ", partiendo del Exterior (m.2 °C/W) ei = Espesor de cada capa (m.) ci = Calor específico del material (W.h./kg. oC) pi = Peso específico del material (kg./m.3) 1. APLICACION A DISTINTOS CERRAMIENTOS El emplazamiento de los elementos constructivos se ubica en Pamplona cuya latitud es N-42'85° El procedimiento a seguir es: 1. Obtención de ex = Coeficiente de minoración de las amplitudes en función de CTth para cada ti-po de cerramiento estudiado. Ver cuadros: A, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. CUADRO A. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES NECESARIOS PARA CALCULAR LA TERMOMETRIA y LA HIGROMETRIA DE UN MURO EN REGIMEN ESTACIONARIO Y VARIABLE MATERIAL ~ C A Yv FABRICA DE LADRILLO L. Cerámico Macizo 1.800 0,23 0,87 0,048 L. Cerámico Perforado 1.500 0,23 0,76 0,031 L. Cerámico Hueco 40-50% 1.200 0,23 0,49 0,026 L. Escorias 1.500 0,23 0,76 L. Silico-Calcáreo 2.000 0,23 0,79 FABRICA DE BLOQUE B. Hueco Mortero 1.600 0,23 0,54 0,01 B. Hueco Mortero Ligero 1.300 0,23 0,47 a B. Hueco de Yeso 1.000 0,23 0,38 0,004 HORMIGON Armado 2.400 0,23 1,63 0,02 a En masa 2.200 0,23 1,45 0,086 MORTEROS M-60 2.200 0,23 1,40 0,087 Mixtos 1.600 0,23 0,87 Pasta de Yeso 1.200 0,23 0,30 0,052 AISLANTES Poliestireno expandido T.IV. 17 0,52 0,036 Poliestireno expandido T.V. 25 0,52 0,033 0,22 Poliuretano Tipo 11 35 0,52 0,023 0,111 Fibra de vidrio 30 0,23 0,037 0,007 Aire en reposo en cámara 0,004 Aire en cámara ventilada O ~ Densidad del Material - kg ./m.3 C Calor específiCO del Material - W.h ./kg OC A Conductividad Térmica - W/ moC Yv Resistividad al vapor - mm.Hg.m 2día/g.cm. COLABORACIONES 62 . Revista de Edificación . Noviembre 1988 . N° 4 A B e D E F ~ MURO 1 CUADRO 1 ~1~§[ CALCULO DE LA CONSTANTE TERMICA DE TIEMPO CTh (horas) ~ OBTENCION DEL COEFICIENTE DE AMPLITUD: el CAPAS e(m) ~ C "A Ri=e/ "A ex ~ xC ¿Ri/ 2 CThi SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A Enfoscado con m. cemento M-60 maestreado y fratasado. 0,015 2.000 0,23 1,40 0,01 6,90 0,065 0,45 B Ladrillo hueco 24 x 11 ,5 x 9 con mortero de cemento M-60 0,115 1.200 0,23 0,49 0,23 31 ,74 0,185 5,87 C Enfoscado M-60 proyectado sin maestrear, con aditivo hidrófugo, permeable al vapor 0,01 2.000 0,23 1,40 0,01 4,60 0,305 1,40 O Poliestireno expandido T.V. 0,05 25 0,52 0,033 1,52 0,65 1,07 0,70 E Cámara de aire 0,03 - - - 0,20 - - -F Ladrillo H. 24 x 11 ,5 x 4 con pasta yeso 0,04 1.200 0,23 0,49 0,08 11,04 2,07 22,85 G Guarnecido y enlucido de yeso 0,015 1.200 0,23 0,30 0,05 4,14 2,135 8,84 CTh=¿ CThi=40,1 ~ el =0,21 A B COEfq MURO 2 CUADRO 2 - o - - - r-~ '- : -. ~~ exc F== CALCULO DE LA CONSTANTE TERMICA DE TIEMPO CTh (horas) ~ ~ ~ , OBTENCION DEL COEFICIENTE DE AMPLITUD: el - '- - - - - '----CAPAS e(m) ~ C "A Ri=e/ "A ex ~ xC ¿Ri/ 2 CThi SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A ·Enfoscado con m. cemento M-60 maestreado y fratasado. 0,015 2.000 0,23 1,40 0,01 6,90 0,065 0,45 B Ladrillo hueco 24 x 11 ,5 x 6,2, gafas, tomado con m. cemento M-60 0,115 1.200 0,23 0,49 0,23 31,74 0,185 5,87 C Enfoscado M-60 con aditivo hidrófugo, proyectado sin maestrear 0,01 2.000 0,23 1,40 0,01 4,60 0,305 1,40 O Cámara de aire 0,03 - 0,23 - 0,20 - - -E Poliestireno expandido TV. 0,05 25 0,52 0,033 1,52 0,65 1,27 0,83 F Ladrillo H. 24 x 11 ,5 x 4 tomado con pasta de yeso Y-G 0,04 1.200 0,23 0,49 0,08 11 ,04 2,07 22,85 G Guarnecido y enlucido de yeso 0,015 1.200 0,23 0,30 0,05 4,14 2,135 8,84 CTh=¿ CThi=40,2 ~ el =0,21 COLABORACIONES Revista de Edificación . Noviembre 1988 . N.O 4 . 63 A B e D E F G MUR03 CUADRO 3 I~]~I"-'l ~ l, : ,~ ¡' \ ~ (' CALCULO DE LA CONSTANTE TERMICA DE TIEMPO e. CTh (horas) ~ - - - - -, OBTENCION DEL COEFICIENTE DE AMPLITUD: lJ. CAPAS e(m) ~ C "A Ri=e/"A ex~xC ¿Ri/ 2 CThi SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A Enfoscado fratasado de mortero de cemento M-60 0,015 2.000 0,23 1,40 0,01 6,90 0,065 0,45 B Bloque de micro-hormigón vibrado de 29x19x9 cm. 0,09 1.600 0,23 0,54 0,17 33,12 0,155 5,13 C Enfoscado proyectado M-60 con aditivo hidrófugo, sin maestrear 0,015 2.000 0,23 1,40 0,01 6,90 0,245 1,69 D Cámara de aire 0,03 - - - 0,20 - - -E Poliestireno expandido T.v. 0,05 25 0,52 0,033 1,52 0,65 1,21 0,79 F Bloque de micro-hormigón vibrado de 29x 19x 14 cm. 0,14 1.600 0,23 0,54 0,26 51 ,52 2,10 108,19 G Tendido de yeso Y-G, acabado Y-F 0,015 1.200 0,23 0,30 0,05 4,14 2,255 9,34 CTh=¿ CThi=126 ~ lJ. =0,1 -A 13 e D MURO 4 CUADRO 4 r;=:-b~~;' :". b pO <J ' . ~ ~. , . D ext ~ • CALCULO DE LA CONSTANTE TERMICA DE TIEMPO CTh (horas) ~ . U_. OBTENCION DEL COEFICIENTE DE AMPLITUD: lJ. CAPAS e(m) ~ C "A Ri=e/"A ex~xC ¿Ri/ 2 CThi SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A Hormigón armado 0,06 2.400 0,23 1,63 0,037 33,12 0,079 2,62 B Poliestireno expandido T.v. 0,05 25 0,52 0,033 1,52 0,65 0,857 0,56 C Hormigón armado 0,10 2.400 0,23 1,63 0,061 55,20 1,65 91,08 D Guarnecido yeso Y-G y enlucido yeso Y-F 0,15 1.200 0,23 0,30 0,05 4,14 1,70 7,04 CTh=¿ CThi=101,3 ~ lJ. =0,15 -A "B CD MURO 5 CUADRO 5 ext.]~ .- CALCULO DE LA CONSTANTE TERMICA DE TIEMPO CTh (horas) ~ OBTENCION DEL COEFICIENTE DE AMPLITUD: lJ. . '-- . -'-CAPAS e(m) ~ C "A Ri=e/"A e x ~ xC ¿Ri/ 2 CThi SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A Mortero proyectado +malla electrosoldada+nervometal 0,03 2.200 0,23 1,45 0.02 15,18 0,07 1,06 B Poliestireno expandido T.v. 0,07 25 0,52 0,033 2,12 0,91 1,14 1,04 C Mortero proyectado + ME 0,025 2.200 0,23 1,45 0,02 12,65 2,21 27,96 D Enlucido de yeso 0,005 1.200 0,23 0,30 0,02 1,38 2,23 3,08 CTh=¿ CThi=33.14 ! lJ. =0.22 COLABORACIONES 64 . Revista de Ed ificación . Noviembre 1988 . N.o 4 -A 13 e MUR06 CUADRO 6 ]§~~ . -- --- - CALCULO DE LA CONSTANTE TERMICA DE TIEMPO ext -~- - CTh (horas) -- --- --- t - - - - -- - - - OBTENCION DEL COEFICIENTE DE AMPLITUD: ex CAPAS e(m) ~ C "A. Ri=e/"A. ex~xC ¿Ri/2 CThi SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A Enfoscado con M. Cemento M-60 maestreado y fratasado 0,015 2.000 0,23 1,40 0,01 6,90 0,065 0,45 B Ladrillo macizo, 1 asta con mortero cemento M-60 0,24 1.800 0,23 0,87 0,28 99,36 0,21 20,87 C Guarnecido y enlucido de yesos y -G e Y -F, maestreado 0,015 1.200 0,23 0,30 0,05 4,14 0,375 1,55 CTh=¿ CThi=22,8 t ex =0,3 0'15 d15 ~ I MURO 7 CUADRO 7 ~I ~1.!'~ I r . ~  ' _9M CALCULO DE LA CONSTANTE TERMICA DE TIEMPO K D;, D ..; o<t> c~A~~ ~ CTh (horas) t 1.1'> -4> OBTENCION DEL COEFICIENTE DE AMPLITUD: ex CAPAS e(m) ~ C "A. Ri=e/"A. ex~xC ¿Ri/2 CThi SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A Microhormigón proyectado mallazo 03/0'10. 0,03 2.400 0,23 1,63 0,018 16,56 0,069 1,143 B Poliestireno expandido T.IV 0,22 17 0,52 0,036 6,11 1,94 3,133 6,078 C Microhormigón proyectado-mallazo 03/0,10 0,03 2.400 0,23 1,63 0,018 16,56 6,197 102,62 SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A Microhormigón proy.-mallazo 0,03 2.400 0,23 1,63 0,018 16,56 0,069 1,143 B Poliestireno expandido T.IV 0,03 17 0,52 0,036 0,83 0,265 0,493 0,131 D Hormigón en masa o armado 0,16 2.200 0,23 1,45 0,11 80,96 0,963 77,96 B Poliestireno expandido T.IV 0,03 17 0,52 0,036 0,83 0,265 1,433 0,38 C Microhormigón proyectado-mal lazo 03/ 0,10 0,03 2.400 0,23 1,63 0,018 16,56 1,86 30,75 -NOTA- SE TOMA EL VALOR MEDIO DE CTh=¿ CThi=110,1 LOS DOS TIPOS DE SECCIONES t ex =0,1 A B e MUR08 CUADRO 8 11-ex l ' CALCULO DE LA CONSTANTE TERMICA DE TIEMPO CTh (horas) t - --OBTENCION DEL COEFICIENTE DE AMPLITUD: ex CAPAS e(m) ~ C "A. Ri=e/"A. ex~ xC ¿Ri/ 2 CThi SUPERFICIE EXTERIOR 0,06 A Microhormigón proyectado Mallazo 03/ 0,10 0,03 2.400 0,23 1,63 0,018 16,56 0,069 1,143 B Poliestireno expandido T.IV 0,07 17 0,52 0,036 1,94 0,619 1,048 0,649 C Microhormigón proyectado Mallazo 03/ 0,10 0,03 2.400 0,23 1,63 0,018 16,56 2,027 33,57 CTh= ¿ CThi=35,4 t ex =0,22 2. Obtención de las temperaturas exteriores corregidas y su am-plitud. Se considera que la temperatura del aire exterior inmediato a un muro de color dado tiene el si-guiente valor: tec = te aire + Il~e R tec = temperatura exterior corregida del aire. te aire = temperatura seca del aire ambiente. P = Factor de absorción de la radia-ción solar. R = Radiación solar media en W/ m.2 h. Estos valores son los medios para superficies con distinto grado de incli-nación. COLABORACIONES Revista de Edificación . Noviembre 1988 . N° 4 . 65 h1e = Resistencia térmica superficial exterior en m.2 °C/W que se to-ma igual a 0,06. Los datos de temperaturas medias, mínimas y máximas mensuales, han sido facilitados por el Servicio Metero-lógico Nacional. Se admite que las curvas medias de las temperaturas diarias y mensuales son sinusoidales y la amplitud media es constante. Tomamos como "factor de absor-ción de la radiación solar de una pa-red opaca sin parasol" el valor medio del correspondiente a una pared roja oscura, verde clara, azul clara, siendo "p": Color del PARAMENTO "P" Blanca .. .... ... ..... ............. .. .... . 0'2-0'3 Amarilla, naranja, roja clara .. 0'3-0'5 Roja oscura, verde clara, azul clara .......... ....... ........... .. 0'5-07 Pardo, verde oscura, azul vivo, azul oscuro .... ... . . ..... ... . 07-0'9 Pardo oscuro, negra .. .. ... .... .. 0'9-1 '0 Ver cuadro B - TEMPERATURAS EXTERIORES 3. Obtención de las temperaturas interiores a partir del coeficiente de minoración, de las amplitudes y de la amplitud exterior. 10,06 11,31 14,77 ENERO ~ ~ I:1T=7,61 FEBRERO ~2/C 2,45 18,62 22,35 LD I:1T=lQ06 MAYO ~/J:'\ I:1T=10,85 JUNIO ""=L7 8,56 11,50 23,83 18,10 ~ I:1T=9,40 ~ I:1T=8,22 ~ I:1T=8,Oí -M-A~R~ZO--~~~~--~---r----A-B-R~I-L~--~3p9 6) 26,55 /f\ I:1T=12,27 JU~ 14,28 11,90 26,18 /1\ I:1T=ll, ' AG0ST0\.j7 14,37 8,30 fl:\ 1:1 T = 12,03 EPTlEMBRE "'=D 11,80 OCTü8RE'(J7 8,70 ~ Ál=7.30 NOVIEMBRE ~~ ÁT=3,71 DICIEMBRE ~4,60 4,60 CUADRO B TEMPERATURAS EXTERIORES MES TEMPERATURAS AMPLITUD RADIACION CORRECCION TEMPERATURAS MEDIAS EXT te. M. R TEMPERAT. CORREGIDAS. tec. max. mino media oC w/m.2xh p' xR he max. mino media ENERO 9,1 2,1 5,6 7,0 71 2,6 11,7 4,7 8,2 FEBRERO 10,06 2,45 6,26 7,61 113 4,0 14,06 6,45 10,25 MARZO 11 ,31 3,09 7,20 8,22 142 5,1 16,41 8,19 12,30 ABRIL 14,77 6,7 10,73 8,07 122 4,4 19,17 11 ,10 15,13 MAYO 18,62 8,56 13,59 10,06 126 4,5 23,12 13,06 18,09 JUNIO 22,35 11 ,50 16,92 10,85 188 6,8 29,15 18,30 23,72 JULIO 26,55 14,28 20,41 12,27 204 7,3 33,85 21 ,58 27,71 AGOSTO 26,18 14,37 20,27 11 ,81 185 6,7 32,88 21 ,07 26,97 SEPTIEMBRE 23,83 11 ,80 17,81 12,03 165 5,9 29,73 17,70 23,71 OCTUBRE 18,10 8,70 13,40 9,40 149 5,4 23,50 14,10 18,80 NOVIEMBRE 11 ,90 4,60 8,25 7,30 74 2,7 14,60 7,30 10,90 DICIEMBRE 8,30 4,60 6,45 3,70 51 1,8 10,1 6,4 8,25 COLABORACIONES 66 . Revista de Edificación . Noviembre 1988 . N.o 4 Aint = ex x Aext tint.max. = tec. media + 1/2 A i tint.min. = tec. media - 1/2 A i Ver cuadro C - TEMPERATURAS INTERIORES Todas estas hipótesis introducen errores importantes. Nuestro objetivo 1. ex 1. -..,-~-----..- tec. media -no es obtener valores absolutos sino comparar el comportamiento relativo de los distintos tipos de muro, cuál ge-nera un mayor ahorro de energía y el orden de magnitud de esta economía en función de la necesidad o no de re-frigeración y calefacción . CUADRO C TEMPERATURAS INTERIORES MURO 1-2 ~ 0,21 T OC A OC máx. mín. ENERO 1,5 8,95 7,45 FEBRERO 1,6 11,05 9,45 MARZO 1,7 13,15 11,45 ABRIL 1,7 15,98 14,28 MAYO 2,1 19,14 17,04 JUNIO 2,3 24,87 22,57 JULIO 2,6 29,01 26,41 AGOSTO 2,5 28,22 25,72 SEPTIEMBRE 2,5 24,96 22,46 OCTUBRE 2,0 19,80 17,80 NOVIEMBRE 1,5 11 ,65 10,15 DICIEMBRE 0,8 8,65 7,85 11. CONCLUSIONES Admitiendo las siguientes hipótesis: Que no es necesario climatizar cuando la temperatura máxima interior es inferior a 28°C. Que no es necesario calefactar cuando la temperatura mínima interior es igual o superior a 12°C. Que en Pamplona la calefacción, en viviendas, se calcula para ob-tener en el interior 18°C, siendo la temperatura exterior OOC. Se llega a las siguientes conclusiones: 1. Climatización: - Las construcciones realizadas con muros Tipo 3, 4 Y 7 no necesitan 3~7 4 0,1 0,15 T OC T OC A OC A OC máx. mín. máx. mín. 0,7 8,55 7,85 1,1 8,75 7,65 0,76 10,63 9,87 1,2 10,85 9,25 0,82 12,71 11 ,89 1,3 12,95 11 ,65 0,81 15,54 14,73 1,2 15,73 14,53 0,81 18,50 17,69 1,2 18,69 17,49 1,1 23,17 22,62 1,6 19,10 17,50 1,2 28,31 27,11 1,9 28,66 26,76 1,2 27,57 26,37 1,8 27,87 26,07 1,2 24,31 23,11 1,8 24,61 22,81 0,9 19,25 18,35 1,4 19,50 18,10 0,7 11 ,25 10,65 1,1 11,45 10,35 0,4 8,45 8,05 0,6 8,55 7,95 climatización. Solamente durante el mes de Julio la temperatura interior supera los 28°C. Muro Tipo 3-7 Muro Tipo 4 - 28'31 ° C. - 28'660 C. - Las construcciones realizadas con muros Tipo 1, 2, 5, 6 Y 8 necesitan un ligero complemento de climatiza-ción durante los meses de Julio y Agosto donde se alcanzan las tempe-raturas siguientes: Julio Agosto Muro Tipo 1-2 29'01 ° C. 28'220 C. Muro Tipo 5-8 29'060 C. 28'270 C. Muro Tipo 6 29'560 C. 28'720 C. 5-8 6 0,22 0,30 T OC T OC A oC A OC máx. mín. máx. mín. 1,5 8,95 7,45 2,1 9,25 7,15 1,7 11 ,10 9,40 2,3 11 ,4 9,09 1,8 13,20 11,40 2,5 13,55 11 ,05 1,8 16,03 14,23 2,4 16,33 13,93 1,8 18,99 17,19 3,0 19,59 16,59 2,4 24,92 22,52 3,3 25,37 22,07 2,7 29,06 26,36 3,7 29,56 25,86 2,6 28,27 25,67 3,5 28,72 25,22 2,7 25,06 22,36 3,6 25,51 21,91 2,1 19,85 17,75 2,8 20,2 17,4 1,6 11 ,70 10,10 2,2 12 9,8 0,8 8,65 7,85 1,1 8,8 7,7 2. Calefacción Sería necesario calefactar durante los siguientes meses: Tipo ~nero Febr. Mar. Nov. Dic. muro 1-2 7'45 9'45 11 '45 10'15 7'85 3-7 7'85 9'87 11 '89 10'65 8'05 4 7'65 9'25 11 '65 10'35 7'95 5-8 7'45 9'40 11 '40 10'10 7'85 6 7'15 9'09 11 '05 9'80 7'70 La potencia de la caldera calculada para 18°C. de temperatura interior cuando la temperatura exterior es de OOC., tendría en el caso más desfavo-rable un coeficiente de seguridad de 1,39; es decir, dado que la temperatu-ra mínima interior es de 7,150C. al ca-lefactar obtendríamos 25,150 C. 

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