Uno de los métodos más extendidos para el cálculo de la transmitancia térmica es el método de cálculo teórico basado en la norma UNE-EN ISO 6946.

Este método se basa en el cálculo de la transmitancia térmica estacionaria de un cerramiento convencional a través del espesor y de la conductividad térmica de sus diferentes capas, así como de sus resistencias térmicas superficiales.

Por lo tanto, la transmitancia térmica se obtiene mediante la siguiente formulación:

El análisis termoflujométrico (HFM) es un método de evaluación de transmitancia térmica que parte de la medición periódica de las temperaturas interior y exterior del edificio y del flujo de calor que atraviesa el cerramiento a analizar. Las primeras se miden mediante sondas de temperatura, mientras que la medición del flujo se realiza con un termoflujómetro. Se trata de un método bastante explorado desde el punto de vista científico y está regulado por la norma ISO 9869-1 (7). Los datos de temperatura y flujo de calor pueden tratarse de distintas maneras para obtener el resultado de la transmitancia térmica. El método de la media asimila que el régimen de flujo es estacionario y requiere de diferencias de temperatura elevadas entre el interior y el exterior del edificio. Al revisar la literatura científica, se determina que para poder obtener unos resultados fiables, la diferencia de temperatura entre los ambientes exterior e interior debe ser mayor de 10 ºC (11),(18),(19) o de 15 ºC (8). Al conseguir esta gran diferencia de temperaturas, se permite despreciar el efecto de la capacidad térmica de las diferentes capas o materiales del elemento de estudio. Además, el ensayo debe prolongarse durante un mínimo de 72 h y hasta que el valor de transmitancia térmica resultante se haya estabilizado (7), aunque existen estudios que utilizan períodos temporales mayores (18),(20). Según este método, el valor de transmitancia térmica se obtiene de la siguiente expresión:

Ante la dificultad que presenta el método termoflujométrico al necesitar monitorizar una parte concreta del cerramiento en períodos largos de tiempo, algunos autores han desarrollado métodos de obtención con termografía infrarroja (ITT) (8),(10) que tienen como ventajas la brevedad con la que se llevan a cabo las mediciones y la posibilidad de realizar de manera simultánea una valoración cualitativa del cerramiento.

Los métodos recientemente publicados y con un comportamiento similar (23) son los de Albatici y Tonelli (8),(9) y Dall’O et al. (10).

El método de Albatici y Tonelli se fundamenta en la relación entre la potencia térmica transportada a través del cerramiento y el gradiente de temperaturas entre el interior y el exterior. Al descartar las contribuciones por conducción, el método utiliza la ley de Stefan-Boltzman para la contribución por radiación y la ecuación de Jurges (24) para la contribución por convección, obteniendo la siguiente expresión:

Para realizar el estudio comparativo de los diferentes métodos, se seleccionaron cuatro cerramientos situados en la ciudad de Sevilla y libres de radiación solar directa (Tablas 1, 2, 3, 4). Se eligió una muestra representativa de las fachadas del parque inmobiliario existente: dos cerramientos que no disponían de aislamiento (C2 y C3) y otros dos que sí lo tuvieran (C1 y C4). Otro aspecto considerado a la hora de seleccionar los cerramientos fue que estos pertenecieran a la tipología constructiva típica de la región de Sevilla, caracterizada por la utilización de doble hoja de ladrillo con cámara de aire.

La configuración constructiva de los cerramientos C2 y C3 se estimó a partir de su espesor total y del año en el que fueron construidos, ya que se construyeron en el período anterior a la NBE-CT-79 (26), el cual se caracterizó por no utilizar aislamiento en sus soluciones constructivas. Así pues, al caracterizarse la forma de construcción típica de la zona por la ejecución de una doble hoja de ladrillo (una de ladrillo perforado y otra de ladrillo hueco), el espesor del cerramiento variará en función de la anchura que corresponda a la cámara de aire. De esta manera, la estimación con base en el espesor del cerramiento queda justificada para estos dos casos de estudio.

La determinación de C1 y C4, correspondientes al período constructivo entre la NBE-CT-79 y el Código Técnico de la Edificación (CTE) (27), se realizó mediante la consulta en documentación técnica fiable. Por su parte, se tomaron los valores medios ofrecidos por el Catálogo de Elementos Constructivos del CTE (13) como valores de conductividad térmica.

La contribución de la cámara de aire a la transmitancia térmica se cuantifica directamente con su valor de resistencia térmica. Según la norma UNE-EN ISO 6946 (6), a los cerramientos 1, 2, 3 y 4 les correspondían valores de resistencia térmica de 0,17, 0,15, 0,18 y 0,18 [(m²·K)/W], respectivamente.

Para la obtención de los valores teóricos se aplicó también el coeficiente corrector propuesto por Pérez-Bella et al. (17) de valor 3,85 % para la ciudad de Sevilla.

Para poder aplicar los diferentes métodos descritos anteriormente, se monitorizaron los cuatro cerramientos objeto de estudio utilizando la relación de equipos que aparecen en la Tabla 5. La colocación de los mismos se realizó conforme a lo indicado por las publicaciones existentes de los diferentes métodos (7),(8).(9),(10),(18).

Cada uno de los cerramientos se monitorizó durante un período de tiempo determinado (Tabla 6). Para ello, se midieron registros cada 1 s para cada una de las variables necesarias de los diferentes métodos. Para establecer los períodos de medición, se procuró que la predicción meteorológica (consultada en la Agencia Estatal de Meteorología) pronosticase siempre ausencia de viento y precipitaciones, así como temperaturas mínimas especialmente frías. De esta manera, se buscaba registrar un mayor gradiente térmico a ambos lados de los cerramientos estudiados al tiempo que se pretendía evitar la influencia de otros fenómenos meteorológicos como el fuerte viento y las precipitaciones sobre el flujo de calor del cerramiento o sobre las propias sondas exteriores de medición. En este aspecto, el buen tiempo del invierno en Sevilla permitió garantizar unas condiciones adecuadas sin lluvia y con unas velocidades de viento bajas en torno a los cerramientos.

La duración total de los períodos de ensayo se estableció conforme a la norma ISO 9869-1 (7), con una duración de los mismos siempre superior a 72 h (Tabla 6). Los ensayos finalizaron contando con las preferencias y la disponibilidad de los usuarios de las viviendas.

Para los resultados obtenidos a través de los diferentes métodos, se determinó la incertidumbre estándar combinada utilizando los valores de precisión de los equipos utilizados (Tabla 5). Respecto a los métodos teóricos, se consideró una incertidumbre relativa del 10% para el valor obtenido a través de la UNE-EN ISO 6946 (6) y de un 5% para el de la ponderación de Pérez-Bella et al. (17) para las contribuciones debidas al espesor y conductividad térmica estimadas para cada una de las capas.

En cuanto a los métodos cuantitativos de termografía infrarroja, se supuso una emisividad de 0,90 en los cuatro casos de estudio. Este valor es una buena aproximación para las tipologías de cerramiento típicas en la zona (28).

Además, para contar con una mayor información de las condiciones ambientales y poder corroborar los valores medidos, se decidió registrar los datos meteorológicos de la estación de AEMET en Tablada, próxima al lugar de realización de los ensayos.

Finalmente, para determinar los valores de transmitancia térmica se realizó un post-procesado de los datos obtenidos, utilizando aquellos registros que presentaban un gradiente térmico superior a 7 ºC. En este sentido, la utilización de filtrados de datos con un gradiente térmico entre 5 y 10 ºC pueden suponer una posibilidad para obtener resultados válidos en condiciones climáticas desfavorables. La determinación del valor de transmitancia térmica para el método termoflujométrico se realizó mediante la aplicación de la ecuación [5], mientras que para las ecuaciones [6] y [7] se realizó la media aritmética.

En las Figuras 2 y 3 se representan gráficamente las variables medidas para cada uno de los métodos de ensayo.

Al analizar los valores registrados, la anomalía más importante que se pudo distinguir fue la caída de los valores de densidad de flujo de calor para los casos C1, C2 y C3 (Figura 2). Los autores consideraron que la causa más probable fue la no interposición de una sustancia de elevada conductividad térmica y con cierta adhesividad entre la placa y el cerramiento. Ante este problema, se decidió interponer un material de estas características en el caso C4. La gráfica referente a este caso muestra cómo efectivamente esta medida surtió efecto, ya que se registraron valores de flujo mayores.

También se puede apreciar cómo la diferencia de temperaturas entre el interior y exterior fue inferior a 10 ºC para casi todos los períodos de estudio, salvo en uno de los días del caso de estudio 1. Esta dificultad para obtener un gradiente térmico elevado obligó a descartar los criterios óptimos de realización de los ensayos recomendados por diversos autores (8),(11),(18),(19), en los que se llega incluso a exigir diferencias superiores a 15 ºC. Una de las causas que dan lugar a esta circunstancia es atribuida por los autores del presente trabajo a los hábitos de confort propios de la zona, según los cuales no se suelen utilizar sistemas de calefacción, por lo que se asume disconfort térmico en invierno (5). En ocasiones, este diferencial fue negativo al registrar una mayor temperatura en el exterior que en el interior.

Además, es conveniente destacar que no se obtuvieron registros de velocidades inferiores a 1,1 m/s a causa de las limitaciones de resolución de la estación meteorológica (Figura 3). Como consecuencia, el valor de viento registrado por el equipo no fue acorde con el real cuando las velocidades no se ajustaron a la resolución de la estación. Por este motivo, los resultados de los métodos que utilizan estas variables (ecuaciones [6] y [7]), solo serán aptos cuando los valores de velocidad de viento obtenidos sean muy próximos a los reales. Para ello, se comparan los valores de AEMET con los medidos y se utilizan aquellos que presentan una desviación inferior al 10%.

Tras analizar los cerramientos objeto de estudio, se obtuvieron los valores de transmitancia térmica según los distintos métodos propuestos (Figura 4), así como la diferencia porcentual entre los valores teóricos (promedio e incertidumbres) y los experimentales (Tablas 7-8).

Se puede apreciar cómo, en los tres primeros casos de estudio, los resultados obtenidos a través de la ISO 9869-1 fueron atípicos (Figura 4) con desviaciones superiores al 30% debido a que no se colocó un material con una alta conductividad térmica entre el cerramiento y el termoflujómetro. En el cerramiento C4, la disposición de un elemento de estas características, así como la prolongación del ensayo a 120 horas, permitió obtener un resultado representativo para el método con una diferencia que osciló entre 13-15% con respecto al valor de la UNE-EN ISO 6946 (Tablas 7-8). Además, es conveniente destacar que el porcentaje de incertidumbre relativa asociado al resultado (5,88%) estuvo dentro de los límites aceptables.

Como se observa en la Figura 4, en el caso de los métodos cuantitativos mediante termografía infrarroja, los valores tuvieron una diferencia inferior al 20% con respecto a los dos valores teóricos para los cerramientos C2 y C4 (Tablas 7-8). Los resultados obtenidos para ambas ecuaciones fueron muy similares, llegándose a obtener el mismo resultado para el último de los casos de estudio. Sin embargo, los niveles de incertidumbre asociados a los resultados en todos los casos fueron inadmisibles, salvo en la fachada C4, ya que se obtuvieron unos porcentajes de incertidumbre relativa inferiores al 12%. Los autores consideran que esto fue debido a las pocas situaciones con un gradiente de temperatura elevado entre el interior y el exterior y a las velocidades de viento registradas, ya que la resolución de la estación meteorológica no permitió medir con precisión la velocidad del viento. Asimismo, las limitaciones operacionales que implica la utilización de una estación meteorológica, con dificultades para colocarla a escasos centímetros de la pared, provoca que se deba descartar su utilización en favor de una sonda anemométrica, que sí puede colocarse de esta manera.

De los dos métodos teóricos, los valores de transmitancia térmica modificados con el coeficiente propuesto por Pérez-Bella et al. (17) fueron ligeramente superiores a los valores calculados de manera convencional. Se puede apreciar cómo los porcentajes de desviación entre los valores teóricos y los experimentales disminuyeron cuando se aplicó dicha ponderación. Además, los porcentajes estimados de incertidumbre relativa que permiten obtener los valores límite entre los que puede oscilar el valor teórico, permitieron considerar como válidos para el caso C1 los resultados de los métodos de Albatici y Tonelli (8),(9) y Dall’O et al. (10). Esto pone de manifiesto la influencia significativa que puede tener la determinación de la composición del cerramiento y los valores reales de conductividad térmica, ya que pueden variar en función del envejecimiento de los materiales o de las condiciones ambientales, entre otras causas.

El post-procesado de los datos permitió obtener resultados más ajustados que los obtenidos por los diferentes métodos para los datos sin filtrado. Como bien se ha comentado anteriormente, únicamente se consideraron los registros con un diferencial de temperatura superior a 7 ºC. La no consideración del filtrado puede provocar errores bastantes significativos en los métodos cuantitativos mediante termografía infrarroja, ya que se llegaron a alcanzar desviaciones superiores al 150%, mientras que para el método termoflujométrico se obtuvo una desviación del 30% en el valor de transmitancia térmica obtenido en C4. También es conveniente destacar que las condiciones ambientales propias del clima mediterráneo dificultaron la obtención de un número elevado de medidas estables en el tiempo con un gradiente térmico elevado, provocando que el subconjunto de datos obtenido disponga de pocas instancias y los resultados no sean representativos, tal y como ha ocurrido en C3.

Se puede apreciar cómo las condiciones ambientales propias del clima mediterráneo en la estación invernal no son las más propicias para obtener resultados representativos, aunque es posible la obtención de resultados representativos de los diferentes métodos cuando se den unas condiciones ambientales adecuadas. Además, otros aspectos de la realización de los ensayos como la tipología y la ubicación del equipo de medición del viento, así como el material que haga de contacto entre el termoflujómetro y el cerramiento, son aspectos con una gran influencia sobre los resultados.