La transmitancia térmica es la tasa de transferencia de calor a través de la materia. La transmitancia térmica de un material (como un material aislante o el hormigón) o de un conjunto (como una pared o una ventana) se expresa como un 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 del SI, como vatios por metro cuadrado ( kelvin) :
En 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 el SI a menos que se indique lo contrario. Para convertir del SI a los valores habituales de EE. UU., divida por 5,678. [1]
Las partes bien aisladas de un edificio tienen una transmitancia térmica baja, mientras que las partes mal aisladas de un edificio tienen una transmitancia térmica alta. Las pérdidas debidas a la radiación térmica , la convección térmica y la conducción térmica se tienen en cuenta en el valor U. Aunque tiene las mismas unidades que el coeficiente de transferencia de calor , la transmitancia térmica es diferente en que el coeficiente de transferencia de calor se utiliza únicamente para describir la transferencia de calor en fluidos, mientras que la transmitancia térmica se utiliza 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.
La transmitancia térmica de la mayoría de las paredes y techos se puede calcular utilizando la norma ISO 6946, a menos que haya un puente metálico entre el aislamiento, en cuyo caso se puede calcular utilizando la norma ISO 10211. Para la mayoría de las plantas bajas se puede calcular utilizando la norma ISO 13370. Para la mayoría de las ventanas, la transmitancia térmica se puede calcular utilizando la norma ISO 10077 o ISO 15099. La norma 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 tienen un impacto crítico en los resultados del aislamiento de las ventanas . El marco y el doble sellado del sistema de ventanas son los puntos débiles reales del aislamiento de las ventanas.
Los valores típicos de transmitancia térmica para estructuras de edificios comunes son los siguientes: [ cita requerida ]
En la práctica, la transmitancia térmica se ve fuertemente afectada por la calidad de la mano de obra y, si el aislamiento está mal instalado, la transmitancia térmica puede ser considerablemente mayor que si el aislamiento está bien instalado [3].
Al calcular la transmitancia térmica, resulta útil tener en cuenta la construcción del edificio en términos de sus diferentes capas. Por ejemplo, una pared con cámara de aire se podría describir como en la siguiente tabla:
En este ejemplo, el aislamiento total es de 1,64 K⋅m2 / W. La transmitancia térmica de la estructura es el inverso del aislamiento térmico total. Por lo tanto, la transmitancia térmica de esta estructura es de 0,61 W/(m2⋅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 ni 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 una pared, 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 ligero , se dice que el mortero "forma un puente" entre los bloques de hormigón ligero.
El aislamiento térmico medio de la capa "puenteada" depende de la fracción del área ocupada por el mortero en comparación con la fracción del área ocupada por los bloques de hormigón ligero. Para calcular la transmitancia térmica cuando hay juntas de mortero "puenteadas", es necesario calcular dos cantidades, conocidas como Rmax y Rmin . Rmax puede considerarse como el aislamiento térmico total obtenido si se supone que no hay flujo lateral de calor y Rmin 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 / ( Rmax + Rmin ) . En la norma ISO 6946 se proporciona más información sobre cómo tratar el "puenteado".
Si bien el cálculo de la transmitancia térmica se puede realizar fácilmente con la ayuda de un software que cumpla con la norma ISO 6946, un cálculo de transmitancia térmica no tiene en cuenta totalmente 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 transmitancia térmica. [4]
La norma ISO 9869 describe cómo medir la transmitancia térmica de un techo o una pared mediante un sensor de flujo de calor . Estos medidores de flujo de calor suelen constar de termopilas que proporcionan una señal eléctrica que es directamente proporcional al flujo de calor. Normalmente 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 debe controlar los flujos de calor (y las temperaturas internas y externas) de forma continua durante un período de 72 horas para cumplir con las normas 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 los paneles de una ventana de doble acristalamiento será menor que el espacio óptimo para una temperatura externa 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]