descargar el "Referencial Térmico II"

R EFERENCIAL
T ÉRMICO II
Medidor de flujo de calor dinámico
(Un nuevo método de ensayo para determinar la eficacia
de los Aislantes Multicapas Termo-Reflectores – AMTR)
EDITORIAL
Toda empresa que desarrolla productos tiene
la obligación de asegurar el control sobre
ellos respetando un determinado marco
reglamentario.
Ante la falta de normas adaptadas, actis se ha
visto forzada a determinar la eficacia de sus
aislantes mediante sus propios sistemas de
medición (In-Situ).
En 2005, el departamento I+D, en colaboración con
laboratorios independientes, ha marcado un hito
al desarrollar un nuevo equipo de laboratorio:
el medidor de flujo de calor dinámico.
Este equipo es el nexo entre los ensayos
convencionales e In-Situ.
Dichos trabajos, realizados con pragmatismo y
rigor, contribuyen de manera significativa al
avance de la investigación sobre el
conocimiento científico de los aislantes
multicapas termoreflectores.
L au r e nt Th i e r ry
Pres i dent e Di rec t or General
ACTIS S.A.
INDICE
1. ENSAYOS EN LABORATORIO:
El marco normativo de referencia
....................
p.3
2. ENSAYOS IN-SITU ACTIS:
Mediciones comparativas de los aislantes
en condiciones reales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.5
3. COMPARATIVA ENTRE LOS ENSAYOS REALIZADOS:
« En laboratorio » e « In-Situ » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.7
4. EL MEDIDOR DE FLUJO DE CALOR DINÁMICO:
Nuevo método de ensayo de los AMTR
................
p.9
5. VALIDACIÓN DE LOS RESULTADOS
Con el medidor de flujo de calor dinámico . . . . . . . . . . p.11
Algunos recordatorios sobre la transmisión de calor:
• Hay transmisión de calor únicamente si existe una diferencia de
temperatura (∆T).
• La transmisión de calor se materializa mediante un flujo de calor (φ).
• Los flujos de calor se transmiten desde el calor hacia el frío.
• La función de un aislante es limitar los flujos de calor a través de los
cerramientos.
• Cuanto más eficaz es un aislante menores son los flujos de calor.
El método de cálculo de la eficacia térmica de los aislantes se
basa sobre un referencial antiguo.
En los años 60, la comunidad científica estableció un
modelo de cálculo para las pérdidas de calor en los edificios.
Este modelo, creado específicamente para los aislantes
tradicionales y homogéneos, se basa sobre la determinación
de la Conductividad Térmica mediante equipos de
laboratorio como la caja caliente guardada o el medidor de
flujo de calor.
1. ENSAYOS EN LABORATORIO*:
A pesar de que en el año 2000 varios países europeos
modificaron su reglamentación térmica, el principio de
ensayo del modelo convencional no ha cambiado.
Gérard Fleury, antiguo jefe de departamento en el CSTB y experto en
térmica, considera que los métodos y equipos de ensayos
convencionales (en laboratorio) no son suficientes para medir la
eficacia real de los AMTR*, en particular su efecto radiativo y su gran
reactividad frente a los cambios climáticos. Es partidario de un
enfoque científico basado en unos ensayos en condiciones reales
con determinación del consumo energético.
Normas de referencia :
* Ver glosario p.14
3
NF X10-021 (NF EN 12667): Materiales de construcción.
Determinación de la resistencia térmica por el método de la
placa caliente guardada y el método del medidor de flujo de
calor. Productos de alta y media resistencia térmica.
NF X10-022 (NF EN 8990): Determinación de las propiedades
de transmisión térmica en régimen estacionario. Métodos de
la caja caliente guardada y calibrada.
NF X10-025 (NF EN 12939): Materiales de construcción.
Determinación de la resistencia térmica por el método de la
placa caliente guardada y el método del medidor de flujo de
calor. Productos espesos de alta y media resistencia térmica.
¿Cómo se ensaya en laboratorio?
El método consiste en colocar un aislante entre 2 ambientes a distintas temperaturas
para que exista una diferencia de temperatura (DT). Posteriormente, se determina la
cantidad de energía necesaria para mantener la temperatura constante a ambos
lados del aislante. Esta cantidad de energía corresponde al flujo de calor (φ) que
atraviesa el aislante. La medición se realiza cuando el flujo de calor se encuentra
estable (flujo de calor estacionario).
Principio del medidor de flujo de calor
DT fijo = T° caliente - T° frio
Dirección del flujo
}
Ambiente a 0°
Aislante
Ambiente a 20°
Zona de
medición
D T = 20°C
Flujo
variable
t0
Flujo
estacionario
t1
tiempo
MARCO NORMATIVO
DE REFERENCIA
La determinación de un flujo de calor para un DT dado, representa un punto de
medición. Es posible, para evaluar las prestaciones térmicas de un aislante realizar una
serie de mediciones para distintos valores de DT (DT= 5°C, 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, etc.). El
conjunto de dichos puntos de medición permite representar en un diagrama la
eficacia térmica del aislante ensayado.
Medición en laboratorio: flujos de calor medidos para distintos valores de DT.
25
Flujo de calor (W/m2)
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
Diferencia de Temperatura (°C)
25
30
35
Cuanto mayor
es la diferencia de
temperatura (DT)
mayor será el flujo de calor (φ)
Para la determinación de dichos flujos de calor, se someten las muestras a unas
condiciones de ensayos muy específicas:
• Muestra de tamaño reducido.
• Muestra previamente secada en estufa (se elimina la humedad).
• Limitación de la transmisión de calor por convección y radiación.
La determinación de la conductividad térmica en laboratorio no es suficiente para definir
las prestaciones térmicas de los Aislantes Multicapas Termo-Reflectores.
4
ACTIS ha desarrollado una nueva metodología de ensayo
In-Situ para evaluar las prestaciones de los aislantes en
régimen dinámico (condiciones climáticas reales*).
En la actualidad, para determinar el aislamiento acústico y
la seguridad contra-incendio de los edificios se utilizan
métodos de ensayos similares (ensayos en condiciones reales).
2. ENSAYOS IN-SITU:
DE LOS AISLANTES
Mediciones In-Situ:
Parámetros registrados:
- Una extensión de más de 10000 m2.
- 12 edificios.
- 5 tipos constructivos distintos.
- Dimensiones representativas:
• de 25 a 200 m2 de superficie útil;
• 1 o 2 plantas;
• de 60 a 300 m2 de superficie
aislada.
- Velocidad y dirección del viento.
- Temperaturas
interiores/exteriores.
- Humedad del aire.
- Presiones atmosféricas.
- Precipitaciones.
- Consumos energéticos.
- Flujos de calor.
• 1997: ACTIS colabora con un laboratorio independiente, BM TRADA,
para definir todo su protocolo de ensayo.
• 2003: Gérard Fleury, ex-jefe de departamento en el CSTB, participa
en la creación de una nueva generación de edificios para pruebas y
optimización de los protocolos de ensayo.
• 2004: ACTIS se rodea de expertos acreditados por grandes
empresas nacionales para completar y mejorar su metodología en
el campo de la colecta y análisis de datos.
• 2005: todo este trabajo y metodología están certificados ISO 9001
por BVQI.
5
* Ver glosario p.14
Protocolo de ensayo In-Situ:
Este método consiste en aislar
18
2 edificios completamente idénticos
16
con 2 tipos de aislamiento distintos
Flujo de calor (W/m2)
14
y comparar el consumo energético
necesario para mantener una
temperatura interior constante.
12
10
8
6
4
Ensayos In-Situ:
Evolución de los consumos energéticos en el
tiempo en función de las variaciones climáticas
y diurnas.
2
0
Tiempo
ENSAYOS COMPARATIVOS
EN CONDICIONES REALES
Uno de los edificios esta aislado con un material de “Referencia” cuyas prestaciones térmicas
se conocen y están certificadas de acuerdo con los métodos convencionales. El otro edificio
esta aislado con el aislante que se quiere comparar en cuanto a prestaciones térmicas. El
ensayo cubre 2 periodos de 6 meses: verano e invierno. Se redactan informes de ensayos
semanalmente. La duración efectiva de un ensayo es de entre 8 y 10 semanas.
Para garantizar los resultados, ACTIS realiza sus ensayos de acuerdo con un protocolo preciso
y muy riguroso:
• Control de los edificios por un experto topógrafo para verificar que las diferencias tanto de
dimensiones como exposiciones no sobrepasan el 1%.
• Calibrado de los edificios para asegurarse que su comportamiento térmico es idéntico:
aislado con el mismo aislante, sus diferencias de consumo deben ser inferiores al 1%.
• Selección de una empresa calificada QUALIBAT (instaladores acreditados para la colocación
de sistemas de aislamiento) para garantizar una correcta colocación del aislante de
referencia de acuerdo con las exigencias reglamentarias e recomendaciones de los
fabricantes.
• Verificación de la colocación por un organismo de control: QUALICONSULT, APAVE o BUREAU
VERITAS.
• Control de ausencia de puentes térmicos mediante cámara infrarroja (termografía).
• Control de los equipos de medición y colecta de datos por un organismo acreditado por la
COFRAC (Comité de Acreditación Francés).
• Auditorias periódicas realizadas por organismos certificadores (TRADA y BVQI)
.
Ensayos In-Situ:
Flujo de calor medido para diferentes DT y
2 soluciones de aislamiento.
25
Cuanto mayor es la diferencia
de temperatura (DT)
mayor será el flujo de calor (φ).
Flujo de calor (W/m2)
20
15
Los datos se registran en
10
continuo.
Cada día, más de 500.000 datos
5
provenientes de los distintos
0
0
5
10
15
20
25
Diferencia de Temperatura (°C)
30
35
edificios se colectan, tratan y
analizan.
6
Cuando se comparan los flujos de calor medidos en
laboratorio con aquellos medidos In-Situ (para el mismo
material y mismas diferencias de temperatura) los
resultados difieren completamente.
3 . COMPARATIVA ENTRE
Caso de un aislante multicapas ACTIS:
El consumo energético In-Situ es menor que aquel medido en laboratorio
ya que los flujos de calor In-Situ son siempre inferiores a aquellos
medidos en laboratorio. En el caso de un Aislante Multicapas ACTIS
el flujo de calor térmico medido en laboratorio es un flujo máximo.
Medición en laboratorio AMTR ACTIS
Medición In-Situ AMTR ACTIS
1
25
2
25
20
20
Flujo Labo
F
+
15
10
15
10
5
F
5
0
0
5
0
10
15
20
25
30
Flujo in-Situ
0
35
5
0
Las mediciones en laboratorio permiten determinar
los flujos de calor para distintos DT.
10
15
20
25
30
35
Las mediciones In-Situ permiten determinar los flujos
de calor para distintas condiciones climáticas.
Caso de un aislante tradicional:
El consumo In-Situ es mayor que aquel medido en laboratorio ya que
los flujos de calor In-Situ son siempre superiores a aquellos medidos
en laboratorio. En el caso de un aislante tradicional, el flujo de calor
medido en laboratorio es un flujo mínimo.
Medición en laboratorio aislante de referencia
25
25
20
15
10
4
25
20
20
20
15
15
10
0
5
10
15
10
5 25
10 30
15 35
20
Flujo in-Situ
5
0
0 20
5
15
Flujo Labo
5
0
0
+
10
Flujo
Labo
5
5
Medición In-Situ aislante de referencia
25
Flujo in-Situ
0
0 25
5 30
10 35
Las mediciones en laboratorio permiten determinar
los flujos de calor para distintos DT.
25
25
15
0 20
5 25
10 30
15 35
20
25
30
35
Las mediciones In-Situ permiten determinar los flujos
de calor para distintas condiciones climáticas.
Independientemente
de la naturaleza o tipo del aislante, constatamos que existen
20
20
Flujo de calor (W/m2)
Flujo de calor (W/m2)
importantes diferencias entre los flujos de calor medidos en laboratorio
(estacionarios) y aquellos medidos In-Situ (dinámicos). Estas diferencias pueden llegar
15
15
al 300%. Tales diferencias nos han llevado a diseñar un equipo de laboratorio
adaptado para la determinación
la eficacia
térmica de los Aislantes Multicapas
Flujo in-Situ deFlujo
in-Situ
10
10
Termo-Reflectores.
5
7
5
0
Flujo Labo
Flujo Labo
25
25
0
0
5
0
10
5
15
10
20
15
20
30
Diferencia de Temperatura
Diferencia
(°C) de Temperatura (°C)
35
30
35
Las mediciones en laboratorio permiten determinar los flujos de calor para
distintos DT. Las mediciones In-Situ permiten también determinar los flujos de calor
pero para distintas condiciones climáticas. El principio consiste en superponer
las 2 mediciones para poder compararlas.
25
25
20
20
LO S ENSAYO S E N
« L A B OR ATO R IO » E « I N -S ITU »
Flujo Labo
15
15
10
10
5
5
0
0
0
5
10
15
20
25
30
Flujo in-Situ
35
0
5
10
15
20
25
30
35
3=1+2
25
20
Flujo de calor (W/m2)
Flujo Labo
15
10
Flujo in-Situ
=
5
0
25
0
5
10
25
15
20
25
30
35
Diferencia de Temperatura
(°C)
20
20
15
15
10
10
Flujo Labo
5
Flujo in-Situ
5
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
5
10
15
20
25
30
35
6=4+5
25
Flujo de calor (W/m2)
20
15
Flujo in-Situ
10
=
5
Flujo Labo
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Diferencia de Temperatura (°C)
Comparativa entre las mediciones en laboratorio e In-Situ
7=3+6
25
El valor obtenido en régimen
dinámico representa la
Flujo de calor (W/m2)
20
Flujo Labo AMTR
eficacia global de los
15
aislantes.
10
Flujo In-Situ
AMTR y “Referencia”
5
Flujo Labo aislante “Referencia”
0
0
5
10
15
20
Diferencia de Temperatura (°C)
25
30
35
En cambio, el valor obtenido
en régimen estacionario
representa sólo una parte de
la eficacia térmica de los
aislantes.
8
ACTIS establece el nexo entre los regímenes estacionario y
dinámico al crear una herramienta de medición que integra
el comportamiento de los aislantes en régimen dinámico.
ACTIS ha desarrollado un software de cálculo que
transforma un medidor de flujo de calor tradicional en un
medidor de flujo de calor dinámico. Este equipo permite
determinar la eficacia real de los Aislantes Multicapas
Termo-Reflectores en laboratorio.
4. ACTIS INVENTA EL MEDIDOR
NUEVO MÉTODO
Medidor de flujo dinámico.
Metodología de ensayo:
- Se preparan 3 muestras de aislante multicapas de 60 cm x 60 cm.
- Se aclimatan durante 24 horas en una cámara climática.
- Se colocan en el medidor de flujo de calor. Se pone en marcha el
protocolo de ensayo. Se lleva a cabo una serie de mediciones para
distintos valores de DT.
- Al cabo de 10 horas se conocen los distintos valores de flujo de calor.
- Se incorporan estos valores al software de cálculo.
- En 10 mn se determina el valeur RT (en situación dinámica).
9
Principio de cálculo del software desarrollado por ACTIS
Este método de cálculo se basa sobre el registro de un gran número de datos en
condiciones reales que toman en cuenta el comportamiento dinámico de los
cerramientos. Este comportamiento depende de numerosos parámetros (DT,
ganancias solares, viento, precipitaciones, grado de humedad del aire, presión
atmosférica etc.). Estos fenómenos intervienen simultáneamente y su distribución es
aleatoria. La puesta en ecuación de estos comportamientos se enmarca dentro de un
enfoque científico de gran envergadura iniciado por ACTIS en el año 2003.
Los primeros resultados han permitido establecer una función de correlación que
hace el nexo entre las mediciones estacionarias y dinámicas.
DE FLUJO DE CALOR DINÁMICO
DE ENSAYO DE LOS AMTR
El enfoque se ha llevado partiendo sobre la base de 2 grandes ejes :
1 - Un enfoque lineal que permite el tratamiento de modelos de una sola variable y
con el DT como dato de partida.
AL
Ai
DTL
------- / ------- = ƒ ( ------- )
Ti
DTi
TL
2 - Un enfoque no lineal y más potente que permite trabajar con múltiples
variables incluyendo los datos de entrada del conjunto de los parámetros
climáticos :
• Diferencia de temperatura ;
x1
• Dirección y fuerza del viento ;
• Radiación solar ;
x2
x3
W2
xj
Wj
• humedad relativa ;
• etc.
W1
S
W3
z = ƒ (S Wj xj)
ƒ (x) =
h
(x-y) (e
/ t) (1/(1+e
z
si IxI ≤ y,
1/(1+e(-x/T))
(-u/T)
ƒ
(-u/T) 2
(-u/T)
) + (1/(1+e
)
(x+y) (e(u/T) / t) (1/(1+e(u/T))2 + (1/(1+e(u/T))
si x > y,
si x < y,
10
Para validar las mediciones efectuadas con el medidor de flujo de
calor dinámico, ACTIS ha llevado a cabo una batería de ensayos
In-Situ sobre varios Aislantes Multicapas Termo-Reflectores.
Se han comparado los resultados obtenidos In-Situ con aquellos
obtenidos mediante el medidor de flujo de calor dinámico.
5. VALIDACIÓN DE LOS
Simulación del comportamiento térmico de un aislante ACTIS
25
Flujo de calor (W/m2)
Flujo simulado
20
15
10
5
Tiempo
Tiempo
0
Flujo medido In-Situ
Flujo medido con el medidor de flujo de calor dinámico
Medición In-Situ del comportamiento térmico dinámico de un aislante ACTIS
25
25
Flu
20
Flujo de calor (W/m2)
Flujo de calor (W/m2)
Flujo medido In-Situ
15
10
5
Tiempo
20
15
10
5
Tiempo
0
0
Flujo medido In-Situ
Flujo medido con el medidor de fluj
25
Flujo de calor (W/m2)
« Al igual que hice para numerosos productos innovadores durante mí
20
etapa profesional en el seno del CSTB, la misión que inicie en colaboración
con el Departamento I+D de ACTIS 15
se enmarca dentro de un enfoque
científico y debería desembocar en la creación de una norma adaptada a
10
los Aislantes Multicapas Termo-Reflectores
».
Gérard Fleury
5
0
11
El método consiste en comparar la curva de los consumos energéticos obtenidos
por simulación, mediante el medidor de flujo de calor dinámico, con la curva de
25
consumos energéticos medidos In-Situ durante los ensayos realizados a lo largo
Flujo simulado
de varias semanas.
Flujo de calor (W/m2)
-Situ
20
15
RESULTADOS CON EL MEDIDOR
DE FLUJO DINÁMICO
10
5
Tiempo
0
Comparativa entre las mediciones In-Situ y la simulación
con el medidor de flujo de
calor dinámico.
Flujo medido In-Situ
Flujo medido con el medidor de flujo de calor dinámico
Flujo de calor (W/m2)
25
20
15
10
5
Tiempo
0
- La medición térmica dinámica ha durado 12 horas.
- La campaña de mediciones In-Situ del mismo aislante ha durado 8 semanas.
- La precisión obtenida en este ejemplo es superior al 95%.
- Las diferencias entre los 2 tipos de medición no sobrepasan el 5%.
La diferencia entre los 2 métodos de ensayo es inferior al 5% lo que nos permite
validar la fiabilidad de los resultados obtenidos mediante el medidor de flujo de
calor dinámico.
Conclusión
ACTIS a desarrollado un equipo de laboratorio : el medidor de
flujo de calor dinámico con un protocolo de ensayo sencillo y
rápido y que permite determinar con precisión la eficacia
térmica real de los aislantes multicapas termo-reflectores.
12
NOTAS
13
Glosario
Condiciones climáticas reales:
Aislante de Referencia:
Periodos diurnos y nocturnos (día y noche) y
condiciones meteorológicas variables
(temperaturas, humedad relativa, radiación solar,
nebulosidad, precipitaciones, presión
atmosféricas, condensación, evaporación, hielo…).
Lana de vidrio, espesor 200 mm,
conductividad térmica (l) = 0,040 W/m.K,
resistencia térmica (R) = 5,00 m2.K/W.
Condiciones reales de uso:
Colocación del aislante de acuerdo con la
reglamentación vigente, recomendaciones del
fabricante, y en las condiciones para las cuales se
ha concebido el producto.
Conductividad térmica l (W/m.K):
Cantidad de calor que pasa por conducción a
través de un material homogéneo de un metro
cuadrado por un metro de espesor cuando existe
una diferencia de 1ºC entre sus 2 caras externas.
Cuanta más elevada es la conductividad térmica,
más conductor del calor es el material y cuanta
más pequeña es más aislante es el material.
Mediciones en laboratorio:
Determinación de la eficacia térmica de los
aislantes mediante la caja caliente guardada y el
medidor de flujo de calor. Estas mediciones,
realizadas según las normas convencionales, se
llevan a cabo sobre una muestra de aislante
sometido a un régimen estacionario durante el
ensayo.
Mediciones In-Situ:
Determinación de la eficacia térmica de los
aislantes en condiciones reales de uso y
sometidos a condiciones climáticas también
reales. Estas mediciones, realizadas de acuerdo
con un protocolo preciso y riguroso, se llevan a
cabo sometiendo los distintos cerramientos del
edificio a un régimen dinámico.
AMTR: Aislante Multicapas Termo-Reflectores.
Régimen dinámico:
Existen 2 tipos de aislantes reflectores: los
complementos de aislamiento y los aislantes.
• Complementos de aislamiento: aislantes
reflectores a base de burbujas y compuestos
únicamente de 2 láminas reflectoras en sus
caras externas.
• Aislantes: aislantes multicapas compuestos,
además de las láminas reflectoras externas de
una o varias láminas reflectoras intermedias y
de separadores a base de espuma, guata etc.
Régimen térmico variable, no estacionario, en
constante evolución y en el cuál los diferentes
modos de transmisión de calor existen de forma
libre, espontánea y siguiendo una distribución
totalmente aleatoria. El régimen dinámico va
ligado a las variaciones climáticas.
Aislantes Tradicionales:
CSTB:
Aislante grueso, homogéneo de baja
conductividad térmica (p.e.: lanas minerales,
poliestireno, poliuretano).
Entidad francesa encargada de desarrollar las
normas para los materiales de construcción y
emitir las certificaciones correspondientes.
Régimen estacionario (o establecido) :
Régimen térmico, estable, constante y que no
evoluciona en el tiempo.
14
: PZ140 - 01/2006
Longrine 04 90 14 48 48 - Réf
ACTIS en España: C/Alemania, 43, Bajos 1a - 08201 Sabadell (Barcelona)
Tel/Fax: +34 937 278 319
Sede Social: Avenue de Catalogne - 11300 Limoux - FRANCIA
www.aislamiento-actis.com