Nueva normativa de acondicionamiento térmico de edificios

Nueva normativa de acondicionamiento térmico de edificios:
desarrollo del método de cálculo de la transmitancia térmica y condensaciones
según normas IRAM actualizadas. Comparación con normativas anteriores
Alías, Herminia M. - Jacobo, Guillermo J. - Pilar de Zalazar, Claudia A.
Instituto de Investigaciones Tecnológicas para el Diseño Ambiental del Hábitat Humano (ITDAHu)
Facultad de Arquitectura y Urbanismo - UNNE.
Av. Las Heras 727 - (3500) Resistencia - Chaco - Argentina.
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ANTECEDENTES - INTRODUCCION
El adecuado diseño tecnológico - constructivo de los cerramientos perimetrales de los edificios es fundamental para el
acondicionamiento higrotérmico de los espacios arquitectónicos, determinando los niveles de confort que se verificarán
con el uso. Para ello es necesario tener en claro los conceptos teóricos referidos a los procesos físicos de intercambio de
humedad y temperatura. Además es necesario verificar los cerramientos mediante el método de cálculo propuesto por el
IRAM (Instituto Argentino de Racionalización de Materiales) que permite, de forma simple y sencilla, modelizar
matemáticamente la performance de los cerramientos (muros, pisos y techos), comparándola con ciertos valores que
representan las condiciones mínimas aceptables. La normativa técnica vigente, tanto a nivel nacional como
internacional, está en permanente proceso de ajuste adecuándose a los avances en el conocimiento acerca del confort
humano, de los principios físicos de intercambio de calor y humedad, de nuevas técnicas constructivas, materiales y de
la concientización de los usuarios sobre la necesidad de reducir sustancialmente los consumos energéticos en la
edificación sin detrimento de la calidad ambiental de los espacios interiores. La experiencia en la aplicación de la
normativa permitió detectar falencias en la misma, lo que llevó a que, a partir de 1991, se iniciara una revisión paulatina
de cada uno de estos documentos. Uno de los criterios fundamentales que han variado es la ampliación del campo de
aplicación de la norma, que ahora no se restringe a viviendas de interés social, sino que da la posibilidad de seleccionar
entre tres grados de confort térmico deseado, y su consiguiente ahorro energético en calefacción y/o/ refrigeración. De
esta revisión surgió un paquete normativo mucho más exigente que el de las versiones anteriores, de manera que
cerramientos que verificaban con la normativa anterior, no lo hacen actualmente con la nueva. En el presente artículo se
comentan las principales diferencias de los métodos de cálculo de transmitancia térmica y verificación de riesgo de
condensación superficial e intersticial, según las normas IRAM 11601/88 y 11601/96, IRAM 11605/80 y 11605/96, e
IRAM 11625/91 y 11625/99.
MATERIALES Y METODOS
La norma IRAM 11601/88: Acondicionamiento térmico de edificios. Propiedades térmicas de los materiales para la
construcción. Método de cálculo de la resistencia térmica total, establece los valores de las propiedades térmicas de
los materiales para la construcción y los métodos de cálculo de la resistencia térmica total de los componentes
constructivos que usualmente intervienen en los cerramientos de los locales de edificios.
La tabla III de IRAM 11601/88, que incorpora valores de resistencias térmicas superficiales, fue modificada en la
revisión de 1996. La tabla IV de IRAM 11601/88, con valores de resistencias térmicas de cámaras de aire, fue también
modificada en la revisión de 1996. Las diferencias se advierten en las planillas que ejemplifican el cálculo según una y
otra versión de la norma.
El procedimiento de calculo de “K” (transmitancia térmica) según esta norma se ejemplifica a continuación. Salvo
pequeñas variantes en los valores de conductividad térmica tabulados y en los valores de “rsi”, “rse” y “rca”, todo el
procedimiento es igual al establecido posteriormente en la revisión normativa de IRAM 11601/96. La diferencia radica
en que:
•
Según IRAM 11605/80 debe procederse al cálculo del “K MÁXIMO ADMISIBLE” para la zona bioambiental de que
se trate, mediante las fórmulas dadas en las tablas de IRAM 11605/80, que consideran sustancialmente el peso
superficial o masa total “mt” del elemento calculado.
•
Se compara el “K DISEÑO” o transmitancia térmica calculada con el “K MÁXIMO” o transmitancia térmica
máxima admisible según la zona bioambiental, para verificar que el componente constructivo en estudio es
apto en función de su capacidad resistente al paso del calor: el “K DISEÑO” debe ser menor o igual al “K
MÁXIMO”. Si así no fuera, sería necesario rediseñarlo (redimensionar sus partes constitutivas o incorporarle
otro material o sustituir algún material constitutivo por otro con mayores propiedades aislantes).
La norma IRAM 11601/96: Acondicionamiento térmico de edificios. Métodos de calculo. Propiedades térmicas de
componentes y elementos de construcción en régimen estacionario, reemplaza a la versión de 1988 y establece los
valores y métodos fundamentales para el cálculo de las propiedades térmicas de los componentes y elementos de
construcción en régimen estacionario. Contiene métodos simplificados para el cálculo de elementos planos
homogéneos. También establece un procedimiento de cálculo de la resistencia térmica de componentes formados por
cerramientos planos con distintas secciones.
C Á L C U L O D E L C O E F I C I E N T E D E T R A N S M I T A N C IA T É R M I C A K
DE MUROS DE
CERRAMIENTO SEGÚN N O R M A S IRAM 11601/88 Y 11605/80
1 ladrillos c o m u n e s m a c i z o s
Elemento
m u ro doble con c á m a r a de
aire estanca
Zona
y
Subzona
bioambiental
Ib
2 c á m a r a d e aire no ventilada
3 azotado h idrófugo MCI 1:3
1 ladrillos c o m u n e s m a c i z o s
Época del año
verano
Sentido flujo de calor
horizontal
Capas
Constitutivas
Columna 1
Columna 2
Columna 3
Columna 4
Columna 5
espesor
coeficiente de
conductividad
λ"
térm i c a "λ
( W / m ºC )
resistencia
térm i c a
" e / λ " o tabla IV
(m 2 ºC / W )
Peso
específico
"ρ "
(tn / m 3 )
Peso
superficial
"m" = ρ . e
(tn / m 2 )
"e"
(m)
tabla II IRAM 11601/88
Rse (1 / αe) (tabla III IRAM 11601)
1
2
3
1
R s i ( 1 / αi ) ( t a b l a I I I I R A M 1 1 6 0 1 )
0,12
0,05
0,02
0,12
-
0,81
1,13
0,81
-
tabla III IRAM 11601/88
0,04
0,148148148
0,2
0,017699115
0,148148148
0,12
1,6
2
1,6
-
0,192
0,04
0,192
-
mt = Σ m
R = Σ e / λ =
K d i s e ñ o = 1 /R =
K máx. admisible (IRAM
11605/80)=
N y S = 1 , 8 6 + 1 , 1 6 m t=
E y O = 1 , 5 1 + 1 , 1 6 m t=
0,673995411
0,424
1,483689626
2,35184
P a r a N o r t e K m á x = 2 , 3 5 - 1 0 % =2 , 1 1 5
2,00184
por color exterior oscuro
P a r a O e s t e K m á x = 2 - 1 0 % =1 , 8
K diseño<Kmáximo a B. C.
por color exterior oscuro
El procedimiento de calculo de “K” según esta revisión normativa se ejemplifica a continuación. La diferencia radica en
la aplicación de la norma IRAM 11605/96:
•
Se define el nivel que ha de verificarse (A, B ó C) y en función de este nivel se obtiene la transmitancia térmica
máxima admisible en IRAM 11605/96.
•
Se compara la transmitancia térmica K calculada con la máxima admisible según el nivel a que se apunte. Si
dicha transmitancia calculada es menor que la máxima obtenida de tabla de IRAM 11605/96, el componente
cumple con la norma IRAM 11605/96.
La norma IRAM 11605/80 es una norma clave para establecer valores orientativos para el proyectista en las etapas
iniciales de diseño, al elegir las características térmicas de los elementos constructivos. Dicha norma IRAM 11605/80
presenta los valores máximos de “K” en una serie de cuadros para cada zona bioambiental, con un aumento de “K”,
según el peso superficial del elemento (kg/m3). Esta variable (peso superficial) fue utilizada para indicar la inercia
térmica del elemento y su incidencia sobre las temperaturas mínimas de la superficie interior y las pérdidas máximas de
calor. Según IRAM 11605/80, el valor máximo de transmitancia térmica es función de la orientación, zona geográfica
de ubicación y de la masa del elemento de cerramiento. En cambio, la norma IRAM 11605/96 establece los valores
máximos de transmitancia térmica aplicables a muros y techos de edificios de viviendas, para asegurar condiciones
mínimas de habitabilidad. Como los valores de calidad térmica de la envolvente no satisfacían mínimas condiciones de
confort y con el objeto de conseguir mayores niveles de resistencia térmica (y por ende menor transmitancia térmica) en
los casos en que se disponga de recursos, se establecieron tres niveles de exigencia:
•
A: RECOMENDADO: corresponde a la transmitancia térmica necesaria para conseguir una optimización
energética y económica. Sería aplicable por los comitentes y proyectistas que busquen excelentes condiciones
de confort y mayor eficiencia energética.
•
B: MEDIO: corresponde a la transmitancia térmica que asegure aceptables condiciones de confort térmico a
través del control de la temperatura superficial interior en invierno, contemplando también los requerimientos
de confort en edificios con acondicionamiento natural en verano, lo que correspondería a los valores aceptables
de un comitente del sector privado.
•
C: MÍNIMO: corresponde a la transmitancia para evitar el riesgo de condensación superficial en condiciones
normales de uso y controlar excesos de disconfort en verano. Sería éste el nivel que alcanza el sector de la
vivienda de interés social, con costos mínimos.
Es el comitente de la obra o la autoridad de aplicación correspondiente quien deberá establecer, cuando se haga
referencia a esta norma, cuál de los niveles prescriptos es el que se debe verificar.
CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSMITANCIA TÉRMICA K DE MUROS DE
C E R R A M I E N T O S E G Ú N N O R M A S IR A M 1 1 6 0 1 / 9 6 Y 1 1 6 0 5 / 9 6
Elemento
m u r o doble c o n c á m a r a d e
aire estanca
Zona
y
bioambiental
Ib
1 ladrillos comunes m a c i z o s
Subzona
2 cámara de aire no ventilada
3 azotado hidrófugo MCI 1:3
1 ladrillos comunes m a c i z o s
Época del año
verano
Sentido flujo de calor
horizontal
Capas
Columna 1
Columna 2
Columna 3
espesor
coeficiente de
resistencia
Constitutivas
"e"
(m)
conductividad
térmica
térmica " λ "
"e / λ " o tablas 7 y 8
( W / m ºC)
( m 2 ºC / W )
tabla 6 IRAM 11601
Rse (1 / αe) (tabla 2 IRAM 11601)
Columna 4
Columna 5
Peso
Peso
específico
"ρ"
superficial
"m" = ρ . e
(tn / m 3 )
(tn / m 2 )
tabla 6 IRAM 11601
-
-
0,04
-
-
1
2
0,12
0,05
0,81
-
0,148148148
0,17
1,6
-
0,192
-
3
0,02
1,13
0,017699115
2
0,04
1
0,12
0,81
0,148148148
1,6
0,192
-
-
0,13
-
-
Rsi (1 / αi) (tabla 2 IRAM 11601)
TOTAL
0,31
0,653995411
T r a n s m i t a n c i a t é r m i c a d e l c o m p o n e n t e (K de diseño) = 1/R =
Transmitancia térmica de acuerdo con norma IRAM 11605/96:
En este caso se desea verificar el nivel C .
1,529062716
1,53 < 1,80
0,424
2
W /m ºC
C U M P L E C O N EL NIVEL "C"
DEFINIDO EN IRAM 11605/96
Transmitancias térmicas máximas admisibles de muros para verano, W / m2K, según IRAM 11605/96
Zona Bioambiental
I y II
Nivel A
0,45
Nivel B
Nivel C
1,10
1,80
Estos valores c o r r e s p o n d e n a e l e m e n t o s de c e r r a m i e n t o cuya superficie exterior presenta un
coeficiente de absorción de la radiación solar de 0,7 +/- 0,1. P a r a coeficientes m e n o r e s q u e 0,6
s e d e b e n i n c r e m e n t a r los valores de K máx. a d m . en un 2 0 % . P a r a coeficientes m a y o r e s q u e 0,8
se deben disminuir los valores de K máx. adm. en un 15%.
El comitente de la obra o autoridad de aplicación correspondiente debe establecer cuando se haga referencia a esta norma, cuál de los niveles
prescriptos es el que se debe verificar.
La norma IRAM Nº 11.625/99: Verificación del riesgo de condensación de vapor de agua superficial e intersticial en
los paños centrales de muros exteriores, pisos y techos de edificios en general, toma en cuenta que el fenómeno de las
condensaciones se hace crítico en invierno, por ello, para el cálculo, se considera esta situación climática. Los valores
deben ser tomados en condiciones de invierno: las temperaturas mínimas de diseño se refieren a la estación invernal. El
cálculo propuesto por la norma IRAM Nº 11.625 consta de dos partes:
§
Verificación del Riesgo de Condensaciones Superficiales
§
Verificación del Riesgo de Condensaciones Intersticiales.
La norma IRAM 11625/91 permitía realizar la verificación del riesgo de condensación de vapor de agua superficial e
intersticial de los elementos que conforman la envolvente de edificios. A partir de experiencia, se ha demostrado que su
aplicación era válida para los paños centrales de los cerramientos (los que se encuentran hasta una distancia de 0,5 m
de las aristas que los limitan con su contorno), y no así para los puntos singulares, en los que las condiciones variaban.
Por ello, la norma IRAM 11.625/99 es aplicable a los paños centrales de los elementos que conforman la envolvente de
un edificio. Para el cálculo de los puntos singulares de la envolvente, se propuso en el mismo año la norma IRAM
11630/99, que no tenía precedentes.
DISCUSION DE RESULTADOS
La diferencia fundamental de la normativa de acondicionamiento térmico de edificios en nuestro país tiene epicentro en
la Norma IRAM 11605, la que, revisada en 1996, tiene como fundamental diferencia con respecto a la versión anterior
(de 1980) el hecho de que en el procedimiento de cálculo de transmitancia térmica de un componente, se abandonó el
mecanismo que incorpora en los cálculos para determinar el “K MÁXIMO” la masa total del componente, para utilizar
ahora sólo la temperatura de diseño de la localidad donde se sitúe el edificio. Además se establecen tres niveles de
confort higrotérmico. Otra innovación radica en que, en la revisión, se tiene en cuenta la absorción de la radiación
solar térmica en los valores de transmitancias térmicas máximas de los muros y techos para verano. La zonificación
bioambiental se utiliza, desde la revisión de 1996, para dar una idea del marco situacional del emplazamiento, que
facilite la interpretación de las recomendaciones de diseño dadas en la norma IRAM 11603. Con respecto a la norma
IRAM 11601, tuvo algunas modificaciones en cuanto a los valores tabulados de resistencias térmicas de cámaras de
aire y los valores de resistencias térmicas superficiales interiores y exteriores, para invierno y verano y,
principalmente, alude a la modificación en el cálculo de transmitancia térmica cuando explicita que ha de utilizarse la
norma IRAM 11605/96 en lugar de la versión del año 1980.
CONCLUSIONES
En cuanto al cálculo de transmitancias térmicas, se abre, con la nueva norma IRAM 11605/96, la posibilidad de
establecer varios niveles de calidad de edificación o categorías de construcción y una transmitancia térmica máxima
según ésta categorización y según los requisitos más exigentes del clima de cada localidad. Puede decirse que la norma
IRAM 11605/96 es más exigente en su nivel “C” (mínimo aceptable) que la versión del año 1980 que fijaba un único
nivel de cumplimiento. Para los tres niveles de confort definidos se establecen valores máximos de transmitancias
térmicas para dos condiciones: invierno y verano. La verificación debe realizarse simultáneamente para ambas
condiciones, excepto para las zonas bioambientales “V” y “VI”, en las que sólo se exige la verificación para la
condición de invierno, para la cual los valores máximos admisibles de transmitancia térmica que deben cumplir los
muros y techos para los tres niveles prescriptos se indican en la “TABLA 1” de la norma IRAM 11605/96, en función
de la temperatura exterior de diseño de la localidad en la que se encuentra emplazada la vivienda, temperatura que está
tabulada en la norma IRAM 11603. En lo referente a la verificación del riesgo de condensación superficial e
intersticial, el método propuesto por la Norma IRAM 11.625/99 es idéntico al de la versión del año 1991, sólo ha
variado su campo de aplicación, que se reduce a los paños centrales de los elementos que conforman la envolvente. Si
existen diferencias en los valores de una y otra, son el resultado de que los valores con que se trabaja se obtienen de
otras normas, como la IRAM 11.601, que sí han variado. Pero, en lo que respecta a la Norma IRAM 11625 el método de
cálculo se mantiene igual. Por último vale aclarar, que ninguna de las normas analizadas y aplicadas en los trabajos de
investigación ejecutados (ver Bibliografía), incorpora la necesidad de un análisis integral de los flujos térmicos en la
edificación, que en otras palabras sería un “Balance Térmico según el consumo energético anual del edificio”. Esto
implica que las normas analizadas no contemplan el factor consumo energético en la edificación, el cual se reconoce en
la actualidad como un factor fundamental desde el punto de vista ecológico medioambiental a nivel planetario (ver
Comunicaciones presentadas por JACOBO, G. J y VEDOYA, D. E., en la presente reunión de Comunicaciones Científicas y Tecnológicas de la
UNNE-2002).
BIBLIOGRAFIA
− Alías, Herminia M. & Jacobo, Guillermo J. (1997). Comportamiento de los Materiales de Construcción en Muros de Cerramiento.
Condiciones Ambientales y su Adecuación al NEA. (I.T.D.A.Hu. - Facultad de Arquitectura y Urbanismo). Informe Final Beca
Secretaría General de Ciencia y Técnica. Universidad Nacional del Nordeste.
− Alías, Herminia M. & Jacobo, Guillermo J. (1998). Adecuación de Muros de Cerramiento a Nueva Normativa de Transmitancia.
Tipologías de Mejor Performance según Categorías de Construcción en el NEA. (I.T.D.A.Hu. - Facultad de Arquitectura y
Urbanismo). Informe Final Beca Secretaría General de Ciencia y Técnica. Universidad Nacional del Nordeste.
− Norma IRAM 11601/88: Acondicionamiento Térmico de Edificios. Propiedades Térmicas de los materiales para la construcción.
Método de cálculo de la resistencia térmica total.
− Norma IRAM 11601/96: Acondicionamiento Térmico de Edificios. Métodos de Cálculo. Propiedades Térmicas de los
componentes y elementos de construcción en régimen estacionario.
− Norma IRAM 11603/96: Acondicionamiento Térmico de Edificios. Clasificación Bioambiental de la Rca. Argentina.
− Norma IRAM 11605/80: Acondicionamiento Térmico de Edificios. Condiciones de Habitabilidad en Viviendas. Valores máximos
admisibles de transmitancia térmica K.
− Norma IRAM 11605/96: Acondicionamiento Térmico de Edificios. Condiciones de Habitabilidad en Edificios. Valores máximos
de transmitancia térmica en cerramientos opacos.
− Pilar, Claudia A. & Jacobo, Guillermo J. (1998). Condicionantes técnicas para el diseño de la barrera de vapor en viviendas de
interés social de la Región N.E.A. Beca de Pregrado. Secretaría General de Ciencia y Técnica. U.N.N.E.
− Pilar, Claudia A. & Jacobo, Guillermo J. (1999). Estudio tecnológico para el diseño de techos en la región N.E.A. en función de
las patologías ocasionadas por las condensaciones. Beca de Pregrado. Secretaría General de Ciencia y Técnica. U.N.N.E.
− Vedoya, Daniel. E. (1992). Transmitancia Térmica (Factor K) y Gradiente de Temperatura, FAU-UNNE.