La transmitancia térmica es la tasa de transferencia de calor a través de la materia. La transmitancia térmica de un material (como un aislamiento o un hormigón) o de un conjunto (como una pared o una ventana) se expresa como valor U. El aislamiento térmico de una estructura es el recíproco de su transmitancia térmica.
Aunque el concepto de valor U (o factor U) es universal, los valores U se pueden expresar en diferentes unidades. En la mayoría de los países, el valor U se expresa en unidades SI, como vatios por metro cuadrado, kelvin :
En los Estados Unidos, el valor U se expresa en unidades térmicas británicas (Btu) por hora-pies cuadrados-grados Fahrenheit:
En este artículo, los valores U se expresan en SI a menos que se indique lo contrario. Para convertir de SI a valores habituales de EE. UU., divida por 5,678. [1]
Las partes de un edificio bien aisladas tienen una transmitancia térmica baja, mientras que las partes de un edificio mal aisladas tienen una transmitancia térmica alta. En el valor U se tienen en cuenta las pérdidas por radiación térmica , convección térmica y conducción térmica . Aunque tiene las mismas unidades que el coeficiente de transferencia de calor , la transmitancia térmica se diferencia en que el coeficiente de transferencia de calor se usa únicamente para describir la transferencia de calor en fluidos, mientras que la transmitancia térmica se usa para simplificar una ecuación que tiene varias formas diferentes de resistencias térmicas.
Se describe mediante la ecuación:
donde Φ es la transferencia de calor en vatios, U es la transmitancia térmica, T 1 es la temperatura en un lado de la estructura, T 2 es la temperatura en el otro lado de la estructura y A es el área en metros cuadrados.
Las transmitancias térmicas de la mayoría de las paredes y techos se pueden calcular usando la norma ISO 6946, a menos que haya un metal que puentee el aislamiento, en cuyo caso se puede calcular usando la norma ISO 10211. Para la mayoría de las plantas bajas, se puede calcular usando la norma ISO 13370. Para la mayoría de las ventanas, la transmitancia térmica se puede calcular utilizando ISO 10077 o ISO 15099. ISO 9869 describe cómo medir la transmitancia térmica de una estructura de forma experimental. La elección de los materiales y la calidad de la instalación tiene un impacto crítico en los resultados del aislamiento de las ventanas . El marco y la doble junta del sistema de ventana son los verdaderos puntos débiles del aislamiento de la ventana.
Los valores típicos de transmitancia térmica para estructuras de edificios comunes son los siguientes: [ cita necesaria ]
En la práctica, la transmitancia térmica se ve fuertemente afectada por la calidad de la mano de obra y si el aislamiento se coloca mal, la transmitancia térmica puede ser considerablemente mayor que si el aislamiento se coloca bien [3].
Al calcular la transmitancia térmica es útil considerar la construcción del edificio en términos de sus diferentes capas. Por ejemplo, una pared hueca podría describirse como en la siguiente tabla:
En este ejemplo el aislamiento total es 1,64 K⋅m 2 /W. La transmitancia térmica de la estructura es el recíproco del aislamiento térmico total. La transmitancia térmica de esta estructura es, por tanto, 0,61 W/(m 2 ⋅K).
(Tenga en cuenta que este ejemplo está simplificado ya que no tiene en cuenta ningún conector metálico, espacios de aire que interrumpan el aislamiento o juntas de mortero entre los ladrillos y los bloques de hormigón).
Es posible tener en cuenta las juntas de mortero al calcular la transmitancia térmica de un muro, como se muestra en la siguiente tabla. Dado que las juntas de mortero permiten que el calor pase más fácilmente que los bloques de hormigón ligeros , se dice que el mortero "puente" los bloques de hormigón ligeros.
El aislamiento térmico medio de la capa "puenteada" depende de la fracción de superficie ocupada por el mortero en comparación con la fracción de superficie ocupada por los bloques de hormigón ligero. Para calcular la transmitancia térmica cuando existen juntas de mortero "puentes" es necesario calcular dos cantidades, conocidas como R max y R min . R max puede considerarse como el aislamiento térmico total obtenido si se supone que no hay flujo lateral de calor y R min puede considerarse como el aislamiento térmico total obtenido si se supone que no hay resistencia al flujo lateral de calor. El valor U de la construcción anterior es aproximadamente igual a 2 / ( R max + R min ). En la norma ISO 6946 se proporciona más información sobre cómo lidiar con los "puentes".
Si bien el cálculo de la transmitancia térmica se puede realizar fácilmente con la ayuda de un software que cumple con la norma ISO 6946, el cálculo de la transmitancia térmica no tiene en cuenta completamente la mano de obra y no permite la circulación accidental de aire entre, a través y alrededor de las secciones de aislamiento. Para tener plenamente en cuenta los efectos de los factores relacionados con la mano de obra, es necesario realizar una medición de la transmitancia térmica. [4]
ISO 9869 describe cómo medir la transmitancia térmica de un techo o una pared mediante el uso de un sensor de flujo de calor . Estos medidores de flujo de calor suelen consistir en termopilas que proporcionan una señal eléctrica directamente proporcional al flujo de calor. Por lo general, pueden tener unos 100 mm (3,9 pulgadas) de diámetro y quizás unos 5 mm (0,20 pulgadas) de espesor y deben fijarse firmemente al techo o la pared que se está probando para garantizar un buen contacto térmico. Cuando el flujo de calor se controla durante un tiempo suficientemente largo, la transmitancia térmica se puede calcular dividiendo el flujo de calor medio por la diferencia media de temperatura entre el interior y el exterior del edificio. Para la mayoría de las construcciones de paredes y techos, el medidor de flujo de calor necesita monitorear los flujos de calor (y las temperaturas internas y externas) continuamente durante un período de 72 horas para cumplir con los estándares ISO 9869.
Generalmente, las mediciones de transmitancia térmica son más precisas cuando:
Cuando las corrientes de convección intervienen en la transmisión de calor a través de un componente del edificio, la transmitancia térmica aumenta a medida que aumenta la diferencia de temperatura. Por ejemplo, para una temperatura interna de 20 °C (68 °F) y una temperatura externa de −20 °C (−4 °F), el espacio óptimo entre paneles en una ventana de doble acristalamiento será menor que el espacio óptimo para una temperatura exterior de 0 °C (32 °F).
La transmitancia térmica inherente de los materiales también puede variar con la temperatura; los mecanismos involucrados son complejos y la transmitancia puede aumentar o disminuir a medida que aumenta la temperatura. [5]