Importancia de la inercia térmica de los cerramientos

jcidon

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En un artículo de la revista Conarquitectura, se analiza la importancia que tiene la inercia térmica en los cerramientos de las construcciones, partiendo del concepto de “Impedancia térmica”, magnitud que permite cuantificar e interpretar el comportamiento térmico de éstos elementos cuando están sometidos a ondas térmicas periódicas. Se comparan los resultados teóricos con los obtenidos experimentalmente, para diversos muros, los cuales han sido sometidos, en una de sus caras, a variaciones de temperatura senoidales de un día de periodo.

Por último, se establece la importancia del producto, resistencia por capacidad y por frecuencia, en el comportamiento real de los cerramientos y cómo, para una variación de temperatura periódica, se puede desfasar y amortiguar el flujo de calor que lo atraviesa de forma conveniente, actuando sobre el poder aislante o resistencia, y/o sobre la inercia térmica, que depende del calor específico, de la densidad y del volumen del cerramiento.
 
Interesantes articulos @jcidon..... al final te has convertido en un fervierte seguidor de la inercia térmica, jejeje....

Por lo menos ahora no suena tan extraño lo de poner el aislamiento térmico por el exterior...

Un tema muy interesante que dentro de poco se hablará más y más son los muros con materiales de cambio de fase. Son parafinas confinadas en pequeñas esferas, o metidas en cartuchos, o dentro de un material poroso.

El sistema no es el mismo que has podido ver en el articulo, ya que aquí la masa térmica no es la acumuladora del calor, sino el cambio de fase. Son sistemas que con poco material aumenta muchísimo la inercia, y además en los valores de confort térmico es decir entre 22 y 25ºC.

Dichas parafinas a temperaturas inferiores o superiores no tienen inercia térmica, pero a la temperatura de cambio de fase necesitan mucho calor para poder aumentar su temperatura. Con este modo el muro se convierte en un sistema masivo a temperaturas dadas.

Todavía no existen datos experimentales, ni siquiera existe un procedimiento de ensayo para los cálculos (pero se está en ello)....

Por cierto, la refrigeración pasiva necesita de una forma vital la inercia térmica... ya que se juega con potencias muy pequeñas que hay que guardar para el momento necesario...
 
Este sistema, similar claro esta, lo he visto aplicado en ropa tecnica de montaña. En la ropa iba insertada unos geles que realizaban un cambio de fase. Cuanto tu realizas un esfuerzo esos geles absorbian el calor generado por el cuerpo, se suponia que eso te refrescaba y una vez que tu parabas y necesitabas abrigo esos geles te devolvian el calor acumulado.

Un saludo.
 
No existen ingenieros especializados en sistemas pasivos de ahorro energético... son los arquitectos los responsables....

Las gráficas son bastante ingenieriles, eso es cierto... traducir el problema en una analogía eléctrica es algo normal en modelización (en verdad se traduce por ecuaciones matemáticas).

He visto que la revista que enlazabas tenía también un articulo del Instituto del frio del CSIC. Hoy por hoy es el centro más documentado y con más experiencia en estos sistemas de cambio de fase.

Si estos sistemas funcionan muy bien, y los precios no son muy elevados serán una verdadera innovación en el mundo de la construcción eficiente.
 

jcidon

Moderador
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Tengo un amigo ingeniero que trabaja en la Universidad de Zaragoza, en su departamento se dedican a asesorar sobre temas de ahorro energético en edificios (ahora con la Expo se están poniendo las botas).
 
En el diseño de sistemas de climatizacion la inercia termica pocas veces es considerada y los gastos de inversion en produccion de frio se disparan por ello. Un ejemplo son construcciones cuyo uso (oficinas, colegios, etc), que por la tarde estan desocupadas, si tenemos en cuenta la inercia en nuestro estudio podemos ahorrar bastante pues aunque en la estimacion de cargas termicas la hora critica sea a las 14 horas en cerramientos al sol, etc, en el interior no se sufre hasta las 17 horas hora que la instalacion estara apagada.

En cuanto a los documentos y los estudios y comparativas que indicais tendiran que hacer otro sobre el comportamiento de esas viviendas bioclimaticas estudiadas en Zaragoza en verano. Mucha culpa tambien por el mal uso del usuario de la vivienda que no ventila, no coloca toldos, no retira las cristaleras, etc.

Un saludo.
 
Bueno tu amigo trabaja en un grupo de investigación, como yo en otro... pero en nuestra carrera no tenemos temario de ahorro energético en edificios.. te lo puedo asegurar.

Otra cosa es que después los ingenieros nos metemos en temas un tanto alejados de nuestros temarios de la universidad.

Por cierto yo también me he planteado el montar algo relacionado con el asesoramiento a arquitectos sobre sistemas solares, eficiencia energética, etc.. pero soy muy vago y me encanta mi tiempo libre, jejeje.....
 
En general la inercia térmica en los edificos solo es relevante cuando el uso es "discontinuo", cuando las diferentes estancias tienen sistemas de regulación y control diferenciado,.... en general tiene más relevancia para encontrar una estrategia adecuada de gestión de la energeia (que también produce ahorros) que no en limitar la demanda o las cargas.
Por otra parte en contra de lo comunmente pensado la mayor parte de capacidad de acumulación de calor de los edificos se situa por este orden en suelos, techos y paredes interiores, los cerramientos exteriuores son casi irrelvantes desde este punto de vista (he tratado este tema en un manual del que soy autor "El calculo de la demnada energetica como herramienta de diseño).
Finalmente no basta con disponer de capacidad de acumulación sino para que esta sea efectiva es preciso que el movimiento de aire a su alrededor permita transferir el calor (esto es sumamante dificil en las fachadas y muy facil en suelos , techos, y divisorias interiores).
En cuanto a la posición del aislante en las fachadas lo que resulta determinante es la mayor o menor formación de puentes tremicos.

Este es un tema generalmente mal comprendido

Saludos
 
Josep... bueno, no estoy totalmente deacurdo contigo...

La inercia térmica es fundamental en ciertos sistemas pasivos en la vivienda. Sobre todo cuando la diferencia de temperatura dia/noche es muy elevada.

Para la refrigeración pasiva es un elemento fundamental.

La cuestión es que el comportamiento del edificio es dinámico, y la climatología también lo es. La inercia consigue amortiguar los saltos de mayor frecuencia (diarios). Si la inercia es muy elevada, los procesos se amortiguan en mayor periodo de tiempo.

Evidentemente el suelo es el lugar donde podremos encontrar mayor inercia térmica. Una forma de guardar la energía en el suelo es realizar un aislamiento perimetral en pronfundidad. Pero dicha inercia sería elevadisima, dificilmente se subiría la temperatura para conseguir la de confort térmico.

Es cierto que la demanda del edificio en baja frecuencia (suponiendo sólo los cambios de temperaturas estacionales) va a ser el mismo. Pero hay que considerar que siempre existe mayor demanda de calefacción que de refrigeración (en valores absolutos, incluso aquí en Almería). Calentar un edificio mediantes sistemas pasivos es muy fácil, cosa que cambia radicalmente con la refrigeración pasiva.

Además comenta que se necesita una convección muy fuerte para distribuir la temperatura dentro del habitáculo, pero te has olvidado del efecto radiativo. Evidentemente es mayor en el techo por su mayor factor de 'visión'.

La inercia térmica por sí misma no es un sistema para conseguir energía... es simplemente un mecanismo para amortiguar los cambios bruscos de temperatura.
 
Evidentemente un foro no el el lugar para un debte en profundidad de un tema que es complejo.
En cierta parte me das la razon cuando indicas que la inercia termica tiene sentido cuando se presentan oscilaciones dia / noche es uno de los aspectos que yo incluyo en el concepto de uso discontinuo.
En el caso que tu planteas la inercia en si no tiene función si no va acompañada de una ventilación nocturna i el aire exterior por la noche tiene "capacidad de enfriar" (menor temperatura que la de confort) en caso contrario no tiene sentido.
Si estamos de acuerdo que techo y suelo son los que tiene mayor "vision" (o capacidad de acumulación y de transferencia de calor) también estamos de acuerdo que la posición del aislamiento en la fachada tiene poca relevancia (de hecho este era el origen del debate).

El termino de inercia no es contrapuesto a a aislamiento sino que son elementos que actuan coordinadamente entre si
Mi intención principal es poner en evidencia que la acumulación de calor en las fachadas es "poco relevante" frente a la del interior del edifico (incluido el mobiliario!) y que en ningun caso un aumento de la inercia puede llevar como conclusión disminuir el aislamiento (aunque durante ciertas horas sea aconsejable una "hiperventilación" en el edificio.

Saludos.
 
Creo que depende del clima Josep.... no es tan fácil decir que la inercia de los cerramientos verticales no afectan.

Mientras la inercia térmica interior se podría denominar como una ganancia interna (de una forma simplificada), esta ayudaría a aclimatar el ambiente interior. La inercia sin embargo en la envolvente del edificio lo que hace es sin embargo modificar la 'señal' climática exterior.

La inercia térmica tiene más que ver con el desfase producido entre señales (a mi forma de ver es una composición entre masa térmica y resistencia térmica), la masa térmica por sí sola sólo valdría para sistemas internos.

Yo si creo que el aislamiento en el exterior mejora la inercia térmica, ya que el resultado total (como si fuera un circuito eléctrico según el articulo) aumenta.

¿Que se consigue con una mayor inercia térmica en la envolvente?... pues lo que me hemos comentado antes, que cambios rápidos de temperatura no afecten al edificio. Si existieran variaciones de más de 15ºC y estas se notaran en el interior, dentro habría disconfort térmico (tanto por frio como calor). Sin embargo con una buena inercia térmica la tempertura interior se acercaría a la media diaria, la cual muchas veces está dentro de la banda de confort térmico.

Esta solución es válida para ciertos climas (el español en muchos sitios estaría dentro de ellos), pero sin embargo en otros excesivamente frios o calurosos pues dicha inercia térmica no aportaría nada.

Pero también pasa con el aislamiento. Una casa excesivamente aislada a veces no aporta mucho para un clima determinado. En Las Canarias es mejor controlar la radiación solar, la ventilación cruzada, las ganancias solares, etc... Con un pequeño aislamiento térmico será suficiente.

El problema que existe con las técnicas pasivas de acondicionamiento en que no hay una solución universal.

También hay que observar el uso del edificio, ya que dependiendo de las horas de uso servirán unas técnicas y no otras....

Y... por otro lado, aquí no existen factores de covertura y sobredimensionamiento. Ya que exagerar una medida no conduce a nada, puede perjudicar más que beneficiar.
 

JLMolina

Esmeralda
Hola,

Interesante tema de discusión este de la inercia.

Una puntualización sobre los arquitectos y los ingeneiros, no creo que los arquitectos, excepto unas cuantas excepciones muy destacables entiendan realmente el funcionamiento de la inercia, y todo eso de la amortiguación y el retardo de las ondas de flujo de calor a su paso por los cerramientos... pero tampoco muchos ingenieros tienen las ideas completamente claras.

En efecto eso no se estudia en los temarios de las carreras, quizá en algún curso de postgrado.

El método de la admitancia es antiguo como el hilo negro, es muy simplificado al considerar las excitaciones de únicamente un ciclo diario, cuando en realidad tienen algunos más. En la actualidad no tiene mucho sentido, ya que la velocidad de cálculo de los ordenadores no requiere esa simplificación, pero todavía se usa en algunos programas de cálculo.

Creo que lo que han comentado @josepsolebonet y @Demiurgo es esencialmente correcto... Yo diría que el efecto de la inercia, depende, del clima, del edificio y de las condiciones de uso. Decir esto así es un poco vago, ya lo sé, pero es que todos los edificios son casos particulares. Puedes tener un edificio muy inerte cuyas masas inertes no estan adecuadamente excitadas (no les alcanza la radiación, no se ven afectadas por la ventilación, tienen una alfombra (o parquet o tarima flotante) encima...) y no funciona como debería, o como se esperaba de él. A menudo se dibujan flechas sobre los cerramientos que el calor rechaza seguir, y qué decir de los flujos de aire...

Si tienes un edificio muy poco inerte, entonces no hay discusión.

Saludos,
 
Estoy de acuerdo contigo @JLMolina, la inercia por sí misma no es buena ni mala...
Una inercia excesiva sin un sistema de calentamiento adecuado (una cueva sin ventanales al sur) es un sumidero para cualquier tipo de calefacción que pongamos.

Todo edificio tiene inercia, poca o mucha.., y con un cálculo de como está afectado el edificio climáticamente tendremos que optar por la inercia más adecuada o posible.

El problema actual es que en los nuevos edificios la inercia se ha reducido muchísimo, sobre todo en los edificios de oficinas. En estos toda la climatización dependerá de sistemas activos o pasivos de acción rápida. El control de un edificio sin apenas inercia es muy complicado, y necesitará picos de demanda excesivos. En dichos edificios un aislamiento conveniente evitará el desperdicio de la energía.

Cuando se habla de un edificio bioclimático se busca que requiera lo más mínimo sistemas de climatización convencionales. Por tanto el aislamiento no es un requisito para no derrochar, sino para conservar (muy sutil diferencia).

Cuando digo que soy un fan de la inercia térmica, tengo que aclarar que vivo en una zona con cambios de temperatura bruscos, y que dichos cambios oscilan por arriba y abajo de la tempertatura de confort térmica. En invierno suele ser siempre por debajo, pero con una buena captación directa solar, o captadores solares conectados a un suelo radiante para mejor distribución, el tema se arregla.

Si viviera en un pais cálido donde las temperaturas fueran muy altas dicha inercia sería inservible, igual que si viviera en Noruega...

Estos casos son extremos.. pero hay multitud de casos en donde la inercia juega un papel más o menos importante.

Siempre comento que para una casa de uso esporádico (un fin de semana, una vez al mes), la inercia térmica es un despropósito, ya que la energía invertida se conservaría en el edificio y malgastariamos mucho para conseguir que la casa esté calentita el lunes y el martes, estando ya vacia.
 
En mi opinión el tema de la inercia termica en contraposición a otros tecnicas (aislamiento, captación solar, ventilación etc...) es un planteamiento erroneo "per se".
Declarase "fan" de la inercia termica (o del aislamiento, o de la ventilación,...) sin considerar la interrelación que pueda existir entre estos elementos es poco "profundo".
En mi opinión la demanda energetica de un edifico es una resultante de multiples factores interrelacionados entre si y que cobran mayor o menor importancia en cada proyecto concreto (esta es la dificultad principal).
El "fan" de la inercia termica deberia pensar como utilizarla por ejemplo en una vivienda de "fin de semana" en donde cuando se consigue acondicionar el ambiente coincide con la hora de regresar al domicilio habitual.
Creo que todos los parametros son importantes y que no es bueno "pasrarse de dosis" en niguna de las componentes ni "romper el equilibrio" entre las mismas para obtener un resultado optimo. Pero tampoco es oportuno "ningunear" ninguna de las posibilidades disponibles.

Para los que no me conozcan advierto que mi "tono de expresión" no es agresivo (aunque a veces lo pueda parecer) que nadie se ofenda!.

Saludos.
 
Josep... el que me haya declaro fan de la inercia térmica.. está dentro de un contexto, como he aclarado en post anterior.

No he contrapuesto inercia versus aislamiento. Pero el aislamiento como única opción al ahorro energético es un argumento para empresas vendedoras de estos materiales aislantes.

El aislamiento térmico en la climatología que lo requiera y las condicienos que lo requieran (siempre que exista una climatización no pasiva) hay que estudiarlo. No es mejor casa la que tenga mayor aislamiento, no es tan lineal, hay más factores que intervienen.

Entre los factores existen: aislamiento térmico (valor UA del edificio), ganancia solar, inercia térmica, ventilación, intercambio radiativo, humedad ambiente.

Son factores que se deben de estudiar en conjunto, algunos de ellos tendrán mayor o menor repercusión. Basar una estrategia de eficiencia energética en solo un factor es inadecuado.

Pero eso es lo que está pasando con el aislamiento térmico. Aislar es bueno, pero no basta sólamente con aislar. Hay que conseguir buenas ganacias solares en invierno, y anularlas en verano, amortiguar saltos térmicos elevados, utilizar los sumideros de calor para refrescar en verano, utilizar sistemas evaporativos si las condiciones son propicias.. etc.

Un saludo...
 
Creo que coincido "plenamente".
"Son factores que deben estudiarse en su conjunto"

En el foro yo no me he declarado "todavia" fan de nada ni de la inercia, ni de la protección solar, ni de la ventilación cruzada, ni siquiera del aislamiento (que si paga "el pan de mis hijos").

He intentado en todo momento mantener una posición tecnica ecuanime en el sentido de indicar que todos los parametros son a considerar y que debe buscarse el equilibro y la optimización d etodos ellos.

Obviamente una casa "muy aislanda" puede ser también "muy mala".

El problema es que el DB-HE1 que suele ser el tema central del foro se centra en los aspectos de aislamiento, y ganacais solares fundamentalmente y como toda reglamentación no pretende ser una herramienta de optimización sino un simple filtro "pasaminimos" para evitar situaciones "aberrantes", situaciones mas ala de la reglamentación como mejor uso de la acumulación termica,o mejores protecciones solares, o mejores aislmientos, o mejores ventilaciones,o... son perfectamente posibles y desables

Saludos.
 
Para los que tengan interés en analizar los cerramientos desde un punto de vista de sus caracteristicas termicas dinamicas existe la norma

ISO 13786 Thermal performance of building components — Dynamicthermal characteristics — Calculation methods

Creo que es una aproximación rigurosa al tema y ayuda a comprender algunos "mitos y leyendas" que existen sobre el tema.
 
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