informe de cálculo del coeficiente de

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www.applus.com INFORME DE CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSMITANCIA TÉRMICA DE VENTANAS DE MADERA DE PINO Y ALUMINIO DE REFERENCIA “FÈNIX”
Informe número: 12/ 5269‐1531
Referencia del peticionario: CARRETÉ, FINESTRES I TANCAMENTS DE FUSTA Pol. Ind. Pedrafita Av. Del Progrés, Parc 5‐6 43470 La Selva del Camp (Tarragona) Fecha: 20 de septiembre de 2012 Firmado digitalmente por:
Leandro Barrera Rolla
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LGAI Technological Center S.A. Inscrita en el registro Mercantil de Barcelona, Tomo 35.803, Folio1, Hoja Nº B-266.627 Inscripción 1ª C.I.F. : A-63207492
Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 2 de 16 1 Objeto Determinación del coeficiente de transmisión térmica de dos ventanas de madera de pino y aluminio, de referencia comercial FÉNIX, mediante cálculo de acuerdo con la norma UNE‐EN ISO 10077‐1:2010, “Comportamiento térmico de ventanas, puertas y persianas. Cálculo de la transmitancia térmica. Parte 1: Generalidades”. Las ventanas están compuestas por dos hojas batientes. Las dimensiones de cada ventana son 1480 x 1230 mm (altura x anchura) y 2180 x 1480 mm (altura x anchura). Los cálculos se realizaron para un acristalamiento doble de 26 mm de espesor: 4/18arg/4be (arg = Aire 10%, Argón 90% y be = Bajo Emisivo) con un valor de coeficiente de transmitancia térmica de 1.1 W/m2K. El coeficiente de transmitancia térmica de los marcos se calcula se acuerdo a la norma UNE‐EN ISO 10077‐2:2012, “Comportamiento térmico de ventanas, puertas y persianas. Cálculo de la transmitancia térmica. Parte 2: Método numérico para los marcos”. 2 Resultados obtenidos A continuación se presentan los valores de transmitancia térmica obtenidos para las secciones de marco de la ventana de madera y aluminio FÉNIX. Marco perimetral: Uf1 = 1.27 [W/m2∙K] Marco inferior: Uf2= 1.69 [W/m2∙K] Encuentro de hojas: Uf3= 1.39 [W/m2∙K] Los valores de coeficiente de transmitancia térmica de las ventanas FÉNIX, con un acristalamiento de 26 mm de espesor: 4/18arg/4be, calculados según la norma UNE‐EN ISO 10077‐1:2010 son los siguientes: Dimensiones 1480 x 1230 mm (altura x anchura) UW = 1.51 [W/m2∙K] Dimensiones 2180 x 1480 mm (altura x anchura) UW = 1.43 [W/m2∙K] Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 3 de 16 Tabla de contenido 1 2 3 Objeto ............................................................................................................................................. 2 Resultados obtenidos ...................................................................................................................... 2 Método de cálculo .......................................................................................................................... 3 3.1 Fórmulas.................................................................................................................................. 5 4 Propiedades fundamentales de los materiales ............................................................................... 5 5 Coeficiente de resistencia térmica superficial exterior e interior .................................................. 6 6 Definición de las ventanas y condiciones de contorno ................................................................... 6 6.1 Descripción de las ventanas .................................................................................................... 6 6.2 Condiciones de contorno y parámetros de los materiales ..................................................... 6 7 Cálculos ........................................................................................................................................... 7 7.1 Secciones de marco................................................................................................................. 7 7.2 Ventanas ............................................................................................................................... 10 8 RESUMEN DE RESULTADOS .......................................................................................................... 11 8.1 Transmitancia térmica de las secciones de los marcos (Uf): ................................................ 11 8.2 Transmitancia térmica de las ventanas (UW): ....................................................................... 11 Anexo A. Planos aportados por el peticionario .................................................................................... 12 Ventanas completas: ......................................................................................................................... 12 Secciones de marco: ......................................................................................................................... 14 Anexo B. Información del acristalamiento aportada por el peticionario ............................................. 16 3 Método de cálculo El coeficiente UW de transmisión térmica de una ventana sencilla debe ser calculado mediante la siguiente ecuación:
UW 
A U
g
g
  A f U f   l g g
A A
g
f
donde Ug es el coeficiente de transmisión térmica del acristalado, Uf es el coeficiente de transmisión térmica de cada sección de marco, Ψg es el coeficiente de transmisión térmica lineal debido a los efectos térmicos combinados del intercalado, del cristal y del marco. Ag es el área del acristalado, Af el área de marco y lg es el perímetro total del acristalamiento.
El coeficiente de transmisión térmica del acristalamiento, Ug, se aplica en su zona central y no se incluye el efecto de los espacios de su contorno. Por otra parte, el coeficiente Uf determina la transmisión térmica del marco en ausencia de acristalamiento. Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 4 de 16 Ug y Uf excluyen la interacción térmica entre el marco y el acristalamiento, esta interacción es tomada en cuenta por medio del coeficiente de transmisión térmica lineal Ψg. La tabla 1 indica los valores de Ψg de un rango específico de tipos de marcos y de acristalamientos. Material del marco Acristalamiento doble o triple, Acristalamiento doble con baja cristal no revestido, cámara de emisividad, triple con dos capas de baja aire o gas, Ψg emisividad, cámara de aire o gas, Ψg Madera o PVC 0.06 [W/m.K]
0.08 [W/m.K] Metálico con rotura de puente térmico 0.08 [W/m.K] 0.11 [W/m.K] Metálico sin rotura de puente térmico 0.02 [W/m.K] 0.05 [W/m.K] Tabla 1. Coeficiente de transmisión térmica lineal para los tipos comunes de barras espaciadoras de acristalamiento (por ejemplo, aluminio o acero). El coeficiente de transmitancia térmica de las secciones de marco, Uf, debe ser medido mediante el método de la caja caliente o calculado numéricamente conforme a los procedimientos de la norma EN ISO 10077‐2 (para este informe se utiliza la versión española UNE‐EN ISO 10077‐2:2012). Esta norma especifica un método numérico de cálculo en dos dimensiones para determinar el coeficiente de transmisión térmica de los marcos, considerando que el flujo de calor principal en la sección es perpendicular a un plano paralelo a las superficies internas y externas, en posición vertical. El procedimiento determina el valor de transmitancia térmica del marco, Uf, substituyendo el vidrio por un panel aislante normalizado, de conductividad térmica 0.035 W/(m∙K). En este método de cálculo no se tienen en cuenta los efectos de la radiación solar, las transferencias de calor debido al aire y los flujos de calor tridimensionales, como anclajes mediante pernos metálicos. No se incluye en el cálculo los efectos del puente térmico entre el marco y la obra soporte del cerramiento. El programa de cálculo utilizado se ha validado de acuerdo con las condiciones y los ejemplos incluidos en el anexo D de la norma UNE‐EN ISO 10077‐2:2012. Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 5 de 16 3.1 Fórmulas La transmitancia térmica de la sección del marco, Uf , está dada por: Uf 
L2f D  U P  b p
bf
Donde: U f es la transmitancia térmica de la sección del marco [W/(m2∙K)] L2f D es la conductancia térmica bidimensional de la sección con panel aislante [W/(m∙K)] U P es la transmitancia térmica de la área central del panel [W/(m2∙K)] b f es la anchura proyectada de la sección del marco [m] b p es la longitud visible del panel [m] Figura 1. Sección del perfil con panel aislante. 4 Propiedades fundamentales de los materiales Emisividad  (adimensional): Capacidad relativa de una superficie para radiar calor. Los valores de emisividad van de 0.0 (0%) hasta 1.0 (100 %). Conductividad térmica  [W/m∙K]: La conductividad térmica es la propiedad física de los materiales que evalúa su capacidad de conducción de calor. Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 6 de 16 5 Coeficiente de resistencia térmica superficial exterior e interior La resistencia superficial establece las condiciones de contorno del ambiente, tanto de la parte exterior como la parte interior del elemento considerado, que depende de la transferencia de calor por convección y radiación con el entorno. Los valores de la resistencia térmica superficial exterior, Rse, y resistencia térmica superficial interior, Rsi, utilizados en estos cálculos son los declarados en la Tabla 2 (Tabla B.1 del anexo B de la Norma UNE‐EN ISO 10077‐2:2012). Externa Rse [m2∙K/W] Interna Rsi [m2∙K/W] Normal (superficie plana) 0.04 0.13 Radiación/convección reducida (bordes o uniones entre superficies) 0.04 0.20 Posición Tabla 2. Resistencias superficiales. 6 Definición de las ventanas y condiciones de contorno 6.1 Descripción de las ventanas Los cálculos se realizaron para dos ventanas de madera de pino y aluminio, de referencia comercial FÉNIX, compuestas por dos hojas batientes. Las dimensiones de cada ventana son 1480 x 1230 mm (altura x anchura) y 2180 x 1480 mm (altura x anchura). Los cálculos se realizaron para acristalamientos de 26 mm de espesor: 4/18arg/4be (arg = Aire 10%, Argón 90% y be = Bajo Emisivo) con un valor declarado de coeficiente de transmitancia térmica de 1.1 W/m2K. La información del acristalamiento fue proporcionada por el peticionario y se adjunta en el Anexo B del presente informe. 6.2 Condiciones de contorno y parámetros de los materiales Los valores para las condiciones de contorno del problema se han obtenido del Anexo D de la norma UNE‐EN ISO 10077‐2:2012. La tabla 3 muestra estos valores. Superficie A Adiabática B Externa C Interna Resistencia superficial aumentada Resistencia superficial Normal (bordes o uniones entre superficies). Temperatura
2
(superficie plana). Rs (m ∙K/W)
 (ºC) Rs (m2∙K/W) infinito infinito 0.04 0.04 0.13 0.2 Tabla 3. Condiciones de contorno. ‐ 0 20 Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 7 de 16 Los valores de conductividad térmica de los materiales, λ, utilizados para los cálculos se obtuvieron de las tablas del Anexo A de la norma UNE‐EN ISO 10077‐2:2012 (Tabla 4 del presente informe). Conductividad térmica Emisividad de la superficie  (adimensional)  (W/m∙K) Madera de pino (PNCN, PNSY, PSMN) 0.13 0.90 Aluminio 160 0.90 EPDM 0.25 0.90 Panel Aislante 0.035 0.90 Tabla 4. Conductividad térmica y emisividad de los materiales componentes de los perfiles. Material 7 Cálculos 7.1 Secciones de marco Para el cálculo del coeficiente de transmitancia térmica de las ventanas, se consideran las siguientes secciones de marco de modo que otras subdivisiones no cambien significativamente el resultado calculado. Los planos de las secciones de los perfiles utilizados para realizar los cálculos se presentan en el Anexo A. Marco perimetral: Condiciones de contorno: Transmitancia térmica de la sección del marco: U f 1 = 1.268 [W/(m2∙K)] Informe número: 12/ 5269‐1531 Isotermas: Página 8 de 16 Flujo térmico: Marco inferior: Condiciones de contorno: Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 9 de 16 Transmitancia térmica de la sección del marco: U f 2 = 1.693 [W/(m2∙K)] Isotermas: Flujo térmico: Encuentro de hojas: Condiciones de contorno: Transmitancia térmica de la sección del marco: U f 3 = 1.388 [W/(m2∙K)] Informe número: 12/ 5269‐1531 Isotermas: Página 10 de 16 Flujo térmico: 7.2 Ventanas UW 
Uf1
Uf2
Uf3
Ag
Af1
Af2
Af3
lg
Ug
Ψg
UW
Ag U g   A fiU fi  l g  g
Ag   A fi
Ventana de dimensiones 1480 x 1230 mm 1.268 [W/m2∙K] 1.693 [W/m2∙K] 1.388 [W/m2∙K] 1.2404 [m2] 0.2499 [m2] 0.1167 [m2] 0.2134 [m2] 7.130 [m] 1.10 [W/m2∙K] 0.08 [W/m∙K] Ventana de dimensiones 2180 x 1480 mm 1.268 [W/m2∙K] 1.693 [W/m2∙K] 1.388 [W/m2∙K] 2.4061 [m2] 0.3562 [m2] 0.1435 [m2] 0.3205 [m2] 10.430 [m] 1.10 [W/m2∙K] 0.08 [W/m∙K] 1.508 [W/m2∙K] 1.432 [W/m2∙K] Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 11 de 16 8 RESUMEN DE RESULTADOS Los resultados del cálculo para las ventanas de dos hojas batientes de composición en madera y aluminio, de referencia comercial FÉNIX, de dimensiones 1480 x 1230 mm y 2180 x 1480 mm (altura x anchura) y acristalamientos de 26 mm de espesor: 4/18arg/4be (arg = Aire 10%, Argón 90% y be = Bajo Emisivo) con un valor de coeficiente de transmitancia térmica de 1.1 W/m2K, son los siguientes: 8.1 Transmitancia térmica de las secciones de los marcos (Uf): Marco perimetral: Uf1 = 1.27 [W/m2∙K] Marco inferior: Uf2= 1.69 [W/m2∙K] Encuentro de hojas: Uf3= 1.39 [W/m2∙K] 8.2 Transmitancia térmica de las ventanas (UW): Los valores de coeficiente de transmitancia térmica de las ventanas FÉNIX, calculados según la norma UNE‐EN ISO 10077‐1:2010 son los siguientes: Dimensiones 1480 x 1230 mm (altura x anchura) UW = 1.51 [W/m2∙K] Dimensiones 2180 x 1480 mm (altura x anchura) UW = 1.43 [W/m2∙K] Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 12 de 16 Anexo A. Planos aportados por el peticionario Ventanas completas: Planos de las ventanas (cotas en mm).
Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 13 de 16 Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 14 de 16 Secciones de marco: Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 15 de 16 Informe número: 12/ 5269‐1531 Página 16 de 16 Anexo B. Información del acristalamiento aportada por el peticionario