Un puente térmico , también llamado puente frío , puente térmico o derivación térmica , es un área o componente de un objeto que tiene una conductividad térmica mayor que los materiales circundantes, [1] creando un camino de menor resistencia para la transferencia de calor . [2] Los puentes térmicos dan como resultado una reducción general de la resistencia térmica del objeto. El término se analiza con frecuencia en el contexto de la envolvente térmica de un edificio donde los puentes térmicos dan como resultado la transferencia de calor hacia o desde el espacio acondicionado.
Los puentes térmicos en los edificios pueden afectar la cantidad de energía necesaria para calentar y enfriar un espacio, provocar condensación (humedad) dentro de la envolvente del edificio [3] y provocar malestar térmico. En climas más fríos (como el Reino Unido), los puentes térmicos pueden provocar pérdidas de calor adicionales y requerir energía adicional para mitigarlos.
Existen estrategias para reducir o prevenir los puentes térmicos, como limitar la cantidad de miembros del edificio que se extienden desde el espacio no acondicionado al acondicionado y aplicar materiales aislantes continuos para crear roturas térmicas .
La transferencia de calor se produce a través de tres mecanismos: convección , radiación y conducción . [4] Un puente térmico es un ejemplo de transferencia de calor por conducción. La tasa de transferencia de calor depende de la conductividad térmica del material y de la diferencia de temperatura experimentada a ambos lados del puente térmico. Cuando hay una diferencia de temperatura, el flujo de calor seguirá el camino de menor resistencia a través del material con la mayor conductividad térmica y la menor resistencia térmica; este camino es un puente térmico. [5] El puente térmico describe una situación en un edificio donde hay una conexión directa entre el exterior y el interior a través de uno o más elementos que poseen una conductividad térmica mayor que el resto de la envolvente del edificio.
La inspección de edificios en busca de puentes térmicos se realiza mediante termografía infrarroja pasiva (IRT) según la Organización Internacional de Normalización (ISO). La termografía infrarroja de edificios puede permitir firmas térmicas que indiquen fugas de calor. IRT detecta anomalías térmicas relacionadas con el movimiento de fluidos a través de elementos de construcción, destacando las variaciones en las propiedades térmicas de los materiales que, en consecuencia, provocan un cambio importante de temperatura. El efecto de sombra paralela, una situación en la que el entorno proyecta una sombra sobre la fachada del edificio, puede provocar posibles problemas de precisión en las mediciones debido a una exposición inconsistente al sol de la fachada. Se puede utilizar un método de análisis alternativo, el filtrado iterativo (IF), para resolver este problema.
En todas las inspecciones termográficas de edificios, la interpretación de la imagen térmica la realiza un operador humano, lo que implica un alto nivel de subjetividad y experiencia por parte del operador. Los enfoques de análisis automatizados, como las tecnologías de escaneo láser, pueden proporcionar imágenes térmicas en superficies de modelos CAD tridimensionales e información métrica para análisis termográficos. [6] Los datos de temperatura de la superficie en modelos 3D pueden identificar y medir irregularidades térmicas de puentes térmicos y fugas de aislamiento. Las imágenes térmicas también se pueden adquirir mediante el uso de vehículos aéreos no tripulados (UAV), fusionando datos térmicos de múltiples cámaras y plataformas. El UAV utiliza una cámara infrarroja para generar una imagen de campo térmico de los valores de temperatura registrados, donde cada píxel representa la energía radiativa emitida por la superficie del edificio. [7]
Con frecuencia, el puente térmico se utiliza en referencia a la envolvente térmica de un edificio, que es una capa del sistema de cerramiento del edificio que resiste el flujo de calor entre el ambiente interior acondicionado y el ambiente exterior no acondicionado. El calor se transferirá a través de la envolvente térmica de un edificio a diferentes velocidades dependiendo de los materiales presentes en toda la envolvente. La transferencia de calor será mayor en las ubicaciones de los puentes térmicos que donde existe aislamiento porque hay menos resistencia térmica. [8] En invierno, cuando la temperatura exterior suele ser más baja que la temperatura interior, el calor fluye hacia afuera y fluirá a mayor velocidad a través de puentes térmicos. En la ubicación de un puente térmico, la temperatura de la superficie en el interior de la envolvente del edificio será menor que la del área circundante. En verano, cuando la temperatura exterior suele ser más alta que la temperatura interior, el calor fluye hacia el interior y a mayor velocidad a través de puentes térmicos. [9] Esto provoca pérdidas de calor en invierno y ganancias de calor en verano para los espacios acondicionados de los edificios. [10]
A pesar de los requisitos de aislamiento especificados por diversas normativas nacionales, los puentes térmicos en la envolvente de un edificio siguen siendo un punto débil en la industria de la construcción. Además, en muchos países las prácticas de diseño de edificios implementan mediciones de aislamiento parcial previstas por las regulaciones. [11] Como resultado, las pérdidas térmicas son mayores en la práctica de lo que se anticipa durante la etapa de diseño.
Un conjunto como una pared exterior o un techo aislado generalmente se clasifica mediante un factor U , en W/m 2 ·K, que refleja la tasa general de transferencia de calor por unidad de área para todos los materiales dentro de un conjunto, no solo el aislamiento. capa. La transferencia de calor a través de puentes térmicos reduce la resistencia térmica general de un conjunto, lo que da como resultado un factor U aumentado. [12]
Los puentes térmicos pueden ocurrir en varios lugares dentro de la envolvente de un edificio; más comúnmente, ocurren en las uniones entre dos o más elementos de construcción. Las ubicaciones comunes incluyen:
Los elementos estructurales siguen siendo un punto débil en la construcción y suelen provocar puentes térmicos que provocan una gran pérdida de calor y bajas temperaturas superficiales en una habitación.
Si bien existen puentes térmicos en varios tipos de cerramientos de edificios, los muros de mampostería experimentan factores U significativamente aumentados causados por puentes térmicos. La comparación de conductividades térmicas entre diferentes materiales de construcción permite evaluar el rendimiento en relación con otras opciones de diseño. Los materiales de ladrillo, que se utilizan habitualmente para cerramientos de fachadas, suelen tener conductividades térmicas más altas que la madera, dependiendo de la densidad del ladrillo y del tipo de madera. [15] El hormigón, que se puede utilizar para suelos y vigas de borde en edificios de mampostería, son puentes térmicos comunes, especialmente en las esquinas. Dependiendo de la composición física del hormigón, la conductividad térmica puede ser mayor que la de los materiales de ladrillo. [15] Además de la transferencia de calor, si el ambiente interior no está ventilado adecuadamente, los puentes térmicos pueden hacer que el material del ladrillo absorba el agua de lluvia y la humedad en la pared, lo que puede provocar el crecimiento de moho y el deterioro del material envolvente del edificio.
Al igual que los muros de mampostería, los muros cortina pueden experimentar factores U significativamente mayores debido a los puentes térmicos. Los marcos de los muros cortina suelen construirse con aluminio altamente conductivo, que tiene una conductividad térmica típica superior a 200 W/m·K. En comparación, los miembros de la estructura de madera suelen tener entre 0,68 y 1,25 W/m·K. [15] El marco de aluminio para la mayoría de las construcciones de muros cortina se extiende desde el exterior del edificio hasta el interior, creando puentes térmicos. [16]
Los puentes térmicos pueden dar lugar a un aumento de la energía necesaria para calentar o enfriar un espacio acondicionado debido a la pérdida de calor en invierno y la ganancia de calor en verano. En ubicaciones interiores cercanas a puentes térmicos, los ocupantes pueden experimentar molestias térmicas debido a la diferencia de temperatura. [17] Además, cuando la diferencia de temperatura entre el espacio interior y exterior es grande y hay aire cálido y húmedo en el interior, como las condiciones que se experimentan en el invierno, existe el riesgo de condensación en la envolvente del edificio debido a la temperatura más fría en la superficie interior en las ubicaciones de los puentes térmicos. [17] En última instancia, la condensación puede provocar el crecimiento de moho con la consiguiente mala calidad del aire interior y degradación del aislamiento, lo que reduce el rendimiento del aislamiento y hace que el aislamiento funcione de manera inconsistente en toda la envoltura térmica [18]
Existen varios métodos que han demostrado reducir o eliminar los puentes térmicos según la causa, la ubicación y el tipo de construcción. El objetivo de estos métodos es crear una ruptura térmica donde, de lo contrario, un componente del edificio se extendería del exterior al interior, o reducir la cantidad de componentes del edificio que se extienden del exterior al interior. Estas estrategias incluyen:
Debido a sus importantes impactos en la transferencia de calor, modelar correctamente los impactos de los puentes térmicos es importante para estimar el uso general de energía. Los puentes térmicos se caracterizan por la transferencia de calor multidimensional y, por lo tanto, no pueden aproximarse adecuadamente mediante modelos de cálculo unidimensionales (1D) de estado estacionario que normalmente se utilizan para estimar el rendimiento térmico de los edificios en la mayoría de las herramientas de simulación energética de edificios. [21] Los modelos de transferencia de calor en estado estacionario se basan en un flujo de calor simple en el que el calor es impulsado por una diferencia de temperatura que no fluctúa con el tiempo, de modo que el flujo de calor siempre es en una dirección. Este tipo de modelo 1D puede subestimar sustancialmente la transferencia de calor a través de la envolvente cuando hay puentes térmicos presentes, lo que resulta en un menor uso de energía previsto en el edificio. [22]
Las soluciones actualmente disponibles permiten capacidades de transferencia de calor bidimensional (2D) y tridimensional (3D) en software de modelado o, más comúnmente, usar un método que traduce la transferencia de calor multidimensional en un componente 1D equivalente para usar en Software de simulación de edificios. Este último método se puede lograr mediante el método de pared equivalente en el que un conjunto dinámico complejo, como una pared con un puente térmico, está representado por un conjunto multicapa 1D que tiene características térmicas equivalentes. [23]
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