28 Feb

La masa térmica del concreto mejora la eficiencia energética de los edificios

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Este artículo fue escrito por ANDECE.

masa térmica del concreto

Casas en concreto en climas cálidos.
Crédito: Pinterest

La masa o inercia térmica constituye una de las propiedades inherentes a los materiales masivos, como es el caso del concreto, que debidamente empleada contribuye a la mejora de la eficiencia energética de los edificios.

Sin embargo, existen muchas lagunas técnicas en cómo sacar provecho real de esta característica. El siguiente artículo tratará (desde la experiencia española) de arrojar un poco de luz acerca de la inercia térmica del concreto.

Concepto de masa e inercia térmica

Se define masa térmica como la capacidad de los materiales de acumular y liberar calor progresivamente, es decir, la cantidad de calor que puede conservar un cuerpo y la velocidad con que la cede o absorbe del entorno. En cuanto a la inercia térmica, se refiere a la propiedad que adquiere el edificio para amortiguar la influencia de la temperatura exterior sobre las condiciones térmicas interiores.

El mecanismo de funcionamiento es muy simple: el elemento (la fachada, el suelo, el techo, una pared interior) actúa como acumulador o liberador de energía térmica, según el momento de la jornada, lo que definirá el sentido del flujo de calor (exterior-interior). Aunque no guarda una relación estrictamente directa, sí se puede afirmar que depende de la densidad del material, de su calor específico y es inversa a su conductividad térmica.

De esta forma, los edificios de gran inercia térmica tienen variaciones de temperatura más estables, causando dos efectos resultantes, si comparamos la evolución de la temperatura interior del edificio con respecto a la que se produce en el ambiente exterior:

  1. Atenuación: suaviza las temperaturas, reduciendo la importancia de los picos de calor/frío.
  2. Retardo: retrasa el efecto de esa subida o bajada de temperaturas, consiguiendo unos valores más estables y mantenidos en el tiempo.

Durante las horas centrales del día se produce normalmente la mayor carga térmica interna, procedente principalmente de la radiación solar que incide sobre las fachadas, la mayor presencia de personas y actividad en el interior del edificio, la iluminación artificial e incluso del funcionamiento de máquinas que liberan calor.

En el caso de un edificio expuesto a una temperatura exterior alta y sometido a la acción directa de la radiación solar, la temperatura exterior del cerramiento se elevara produciéndose una transferencia de calor hacia el interior del edificio. La evolución de la temperatura de la cara exterior presentará un valor máximo en un instante de la jornada, en función de la situación y orientación del cerramiento. Esta onda de temperatura exterior se verá amortiguada, en cuanto a amplitud, al atravesar el cerramiento, originándose un desfase entre los instantes en los que se produce un pico de temperatura.

El efecto de desfase y amortiguamiento permite que el edificio permanezca más tiempo en la zona de confort sin necesidad de gasto energético adicional, lo que permite ahorros de manera gratuita ya que son inherentes al material. Durante la noche las ventanas se abren para ventilar el interior y refrescar los elementos de concreto que, a su vez, liberan el calor acumulado, de forma que se compensa la caída de temperatura y se produce el efecto inverso de transferencia de energía térmica.

Puede llegarse al caso extremo de que todas las necesidades de refrigeración podrían obtenerse de la masa térmica. Y así continuaría de manera cíclica cada día. Estas estrategias se pueden reforzar con sistemas de ventilación para aprovechar al máximo el enfriamiento nocturno.

masa térmica del concreto

Figura 1: La influencia de la masa térmica sobre el confort. Para que se active, es necesario que exista un gradiente térmico entre el día y la noche.

masa térmica del concreto

Figura 2: Ángulos de radiación solar en verano en invierno.

En invierno (o climas fríos).

En el caso opuesto, la carga térmica interna alcanzada es mucho menor, aunque se puede activar la masa térmica a partir de las fuentes de generación de calor. El mecanismo de funcionamiento es esencialmente el mismo. Durante el día, se habilitan las ventanas para que se capte el máximo de radiación solar, especialmente si la fachada está orientada al sur. Durante la noche, el calor absorbido a lo largo del día se libera para compensar la caída de temperatura.

No obstante, es necesario que exista radiación solar. Por ejemplo, en un clima con muchos días de lluvia al cabo del año, no funcionaría bien. Igualmente, estas técnicas se pueden reforzar con elementos captadores especialmente diseñados: muros solares, galerías acristaladas, invernaderos adosados o, teniendo en cuenta la ventilación, muros trombe o parietodinámicos.

masa térmica del concreto

Casa Roland.
Crédito: Pinterest.

El concreto como material de alta masa térmica

La masa térmica es un efecto natural, pasivo e inherente que cobra especial importancia en materiales pesados como el concreto y que, tradicionalmente, ha estado vinculada a las casas y edificios cerrados con piedra natural, como son las antiguas catedrales. La gran densidad del concreto, en torno a 2.400 kg/m3, que incluso motiva que algunos elementos de concreto no armados sean calificados como piedra artificial, proporciona una mayor masa térmica.

Existen diversas referencias en cuanto a cuál es la contribución que se puede obtener a partir de un uso preciso de la masa térmica en construcciones basadas en concreto, lo cual depende de la influencia de otras variables, como el tipo de edificio (alturas, configuración espacial), la orientación, la localización (zona climática), el grado de ocupación, etc.

Por tanto, es fundamental que la disposición de elementos constructivos de concreto se vea acompañada de otras medidas de diseño que aseguren un efecto multiplicador, como pueden ser sistemas de ventilación forzada con caudal variable, dispositivos de sombreamiento, distribución de las ventanas, galerías acristaladas en las zonas de máxima insolación, estructuras activadas térmicamente, etc. y que, en definitiva, son ya algunas técnicas implantadas dentro de la denominada arquitectura bioclimática.

Como dato ejemplificador, la energía consumida por un edificio anterior a 1980 en España supera los 100 kWh/m2/año, mientras que si este estuviera cerrado mediante soluciones de concreto se podría reducir de entrada 8-10 kWh/m2/año (“Evaluation of demand shifting strategies with thermal mass in two large comercial Buildings”).

Estos valores prueban la necesidad lógica de obtener el máximo provecho al potencial que guardan las soluciones masivas de concreto, ya que la combinación de medidas activas y pasivas aplicadas actualmente para cumplir con los requisitos de lograr edificios de consumo de energía casi nulo (en el caso de España), y cuya hoja de ruta está fijada para ir aumentando progresivamente las exigencias en materia de eficiencia energética en las legislaciones (a nivel mundial).

 

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.


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