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Aunque el enfoque principal del rendimiento medioambiental de los edificios se centra ahora en el uso del carbono, sigue siendo necesario considerar el rendimiento térmico del tejido del edificio como un factor que contribuye. El rendimiento térmico se mide en términos de pérdida de calor, y se expresa comúnmente en la industria de la construcción como un valor U o un valor R. Los cálculos del valor U serán siempre necesarios a la hora de establecer estrategias de construcción. Algunos términos tienen significados sutilmente similares, y se pueden encontrar interpretaciones contradictorias en Internet. En este artículo se explican las distintas terminologías y cómo se relacionan entre sí.

Valor U, o transmitancia térmica (recíproca del valor R)

La transmitancia térmica, también conocida como valor U, es la tasa de transferencia de calor a través de una estructura (que puede ser de un solo material o de un compuesto), dividida por la diferencia de temperatura a través de esa estructura. Las unidades de medida son W/m²K. Cuanto mejor aislada esté una estructura, menor será su valor U. La mano de obra y las normas de instalación pueden afectar en gran medida a la transmitancia térmica. Si el aislamiento está mal colocado, con huecos y puentes térmicos, la transmitancia térmica puede ser considerablemente mayor de lo deseado. La transmitancia térmica tiene en cuenta la pérdida de calor por conducción, convección y radiación.

Calcular el valor U

El cálculo básico del valor U es relativamente sencillo. En esencia, el valor U puede calcularse hallando el recíproco de la suma de las resistencias térmicas de cada material que compone el elemento de construcción en cuestión. Hay que tener en cuenta que, además de las resistencias de los materiales, las caras internas y externas también tienen resistencias, que hay que sumar. Se trata de valores fijos.

Existen varias normas que recogen los métodos de cálculo de la transmitancia térmica. Éstas se enumeran en la sección «Enlaces y referencias útiles» al final de este artículo.

Se pueden realizar cálculos sencillos del valor U de la siguiente manera, considerando la construcción del elemento del edificio capa por capa. Sin embargo, hay que tener en cuenta que esto no tiene en cuenta los puentes fríos (por ejemplo, por las ataduras de la pared), los espacios de aire alrededor del aislamiento o las diferentes propiedades térmicas de, por ejemplo, las juntas de mortero. Este ejemplo considera una pared con cavidades:

Material	Espesor	Conductividad (valor k-	Resistencia = Espesor ÷ conductividad (valor R)
Superficie exterior	–	–	0.040 K m²/W
Ladrillos de arcilla	0,100 m	0,77 W/m⋅K	0,130 K m²/W
Lana de vidrio	0.100 m	0,04 W/m⋅K	2.500 K m²/W
Bloques de hormigón	0.100 m	1,13 W/m⋅K	0,090 K m²/W
Plaster	0,013 m	0,50 W/m⋅K	0.026 K m²/W
Superficie interior	–	–	0,130 K m²/W
Total			2.916 K m²/W
Valor U =		1 ÷ 2,916 =	0,343 W/m²K

Nótese que, en el ejemplo anterior, las conductividades (valores k) de los materiales de construcción se pueden obtener libremente en Internet; en particular, de los fabricantes. De hecho, el uso de los datos del fabricante mejorará la precisión, cuando los productos específicos especificados se conozcan en el momento del cálculo. Aunque es posible tener en cuenta las juntas de mortero en el cálculo anterior, evaluando el porcentaje de superficie del mortero en relación con la mampostería que lo recubre, hay que tener en cuenta que se trata de una técnica rudimentaria en comparación con el método más sólido establecido en la norma BS EN ISO 6946I.

Medición del valor U

Aunque los cálculos de diseño son teóricos, también se pueden realizar mediciones posteriores a la construcción. Estas tienen la ventaja de poder tener en cuenta la mano de obra. El cálculo de la transmitancia térmica de techos o paredes puede realizarse con un medidor de flujo térmico. Éste consiste en un sensor de termopila que se fija firmemente a la zona de prueba, para controlar el flujo de calor desde el interior hacia el exterior. La transmitancia térmica se obtiene dividiendo el flujo de calor medio (flujo) por la diferencia de temperatura media (entre el interior y el exterior) durante un periodo continuo de unas 2 semanas (o más de un año en el caso de un forjado de planta baja, debido al almacenamiento de calor en el suelo).

La precisión de las mediciones depende de una serie de factores:

• Magnitud de la diferencia de temperatura (mayor = más precisa)
• Condiciones meteorológicas (nublado es mejor que soleado)
• Buena adherencia de los termopilotes a la zona de prueba
• Duración de la monitorización (una mayor duración permite una media más precisa)
• Más puntos de prueba permiten una mayor precisión, para mitigar las anomalías

Dos factores complicados que pueden afectar a las propiedades de transmitancia térmica de los materiales son:

• La temperatura ambiente, debido al calor latente entre otros factores
• Los efectos de las corrientes de convección (el aumento de la convección contribuye al flujo de calor)

Calculadores de valores U

Como el cálculo de los valores U puede llevar mucho tiempo y ser complejo (sobre todo cuando hay que tener en cuenta, por ejemplo, los puentes térmicos), se han publicado numerosos calculadores de valores U en línea. Sin embargo, muchas de ellas sólo están disponibles mediante suscripción, y las que son gratuitas suelen ser demasiado simplistas. Otra opción es solicitar un cálculo a, por ejemplo, un fabricante de aislamiento, cuyo producto se está especificando.

Los documentos aprobados de las normativas de construcción L1A, L2A, L1B y L2B en Inglaterra y en Gales hacen referencia a la publicación BR 443 Conventions for U-value calculationsII para las metodologías de cálculo aprobadas, mientras que el documento complementario U-value conventions in practice. Ejemplos de trabajo utilizando BR 443III proporciona una orientación útil.

Valor R, o insulancia térmica (recíproco del valor U)

La insulancia térmica es la inversa de la transmitancia térmica; en otras palabras, la capacidad de un material para resistir el flujo de calor. Los valores R se utilizan más comúnmente en ciertas partes del mundo (por ejemplo, en Australasia), en contraste con la preferencia del Reino Unido por los valores U. Las unidades de medida para la transmitancia térmica son m²K/W y, de nuevo, una cifra más alta indica un mejor rendimiento (en contraste con la cifra más baja deseada para el valor U).

Valor k, o conductividad térmica (también conocido como valor lambda o λ; recíproco de la resistividad térmica)

La conductividad térmica es la capacidad de un material para conducir el calor. En consecuencia, una alta conductividad térmica significa que la transferencia de calor a través de un material se producirá a una tasa más alta; tenga en cuenta que esto también depende de la temperatura. Las unidades de la conductividad térmica son W/m⋅K. Sin embargo, a diferencia de los valores U y R, los valores k no dependen del grosor del material en cuestión.

Valor Y, o admitancia térmica, o coeficiente de transferencia de calor

La capacidad de un material para absorber y liberar calor de un espacio interno, a medida que cambia la temperatura de ese espacio, se denomina admitancia térmica (o coeficiente de transferencia de calor), y se define en la norma BS EN ISO 13786:2007 Rendimiento térmico de los componentes de construcciónIV. También es la base del «modelo dinámico implícito» de la Guía A del CIBSE: diseño medioambientalV, que se utiliza para calcular las cargas de refrigeración y las temperaturas de los espacios en verano. Cuanto mayor sea la admitancia térmica, mayor será la masa térmica. La admitancia térmica es similar a la transmitancia térmica (y utiliza las mismas unidades de medida). Sin embargo, mide la capacidad de almacenamiento térmico de un material, es decir, la capacidad de un material para almacenar y liberar calor durante un periodo de tiempo, normalmente 24 horas. Al igual que la transmitancia térmica, las unidades de medida son W/m²K.

Tenga en cuenta que la admitancia térmica «valor Y» no debe confundirse con el factor de puente térmico «valor y», que se define en el Procedimiento de Evaluación Estándar (SAP) Apéndice K como derivado de la transmitancia térmica lineal.

Valor Psi (Ψ), o transmitancia térmica lineal

La medida de la pérdida de calor debida a un puente térmico se denomina transmitancia térmica lineal (en contraposición a la transmitancia térmica de «área» que se denomina valor U), siendo las unidades de medida, de nuevo, W/m²K. Los valores Psi se utilizan para generar los valores y (factor de puente térmico) en el Apéndice K del Procedimiento de Evaluación Estándar.

Resistividad térmica (recíproca de la conductividad térmica)

La resistividad térmica es la capacidad de un material para resistir la conducción de calor a través de él. Al igual que el valor k, esta propiedad no depende del espesor del material en cuestión. Las unidades de la resistividad térmica son K⋅m/W.

La conductancia térmica (recíproca de la resistencia térmica)

Se refiere a la cantidad de calor conducido a través de un material de un volumen determinado, en la unidad de tiempo, es decir, la tasa de conducción. Como tal, las unidades de medida son W/K.

Resistencia térmica (recíproca de la conductancia térmica)

Es una medida de lo bien que un material puede resistir la conducción de calor a través de él, y se mide en K/W. Al igual que la conductancia térmica, es una medida de la tasa de transferencia para un volumen determinado.

Masa térmica

Hasta ahora ignorada en gran medida en la industria de la construcción del Reino Unido, la masa térmica (en contraste con la admitancia térmica) se deriva de la capacidad calorífica específica (la capacidad de un material para almacenar calor en relación con su masa), la densidad y la conductividad térmica (la facilidad con la que el calor puede viajar a través de un material). El SAP 2009 utiliza la conductividad térmica en forma de valor «k» (o kappa) para calcular el parámetro de masa térmica (PMT). El valor «k» es la capacidad térmica por unidad de superficie de la parte «térmicamente activa» del elemento de construcción (sólo los primeros 50 mm de grosor del elemento tienen un impacto real en la masa térmica, ya que se reduce al aumentar la profundidad del elemento; más allá de los 100 mm el efecto es insignificante). Hay que tener en cuenta que el valor «k» es una aproximación, ya que se hacen suposiciones sobre la extensión de los volúmenes térmicamente activos de un material; además, no tiene en cuenta el efecto de la conductividad térmica al calcular el periodo durante el cual el material absorbe y emite calor. La norma BS EN ISO 13786VI ofrece un método más eficaz para determinar la masa térmica. La masa térmica no debe confundirse con el aislamiento.

No se puede exagerar la importancia de la masa térmica, como ilustran estos ejemplos:

Construcción de la pared	U-	Admitancia térmica	Masa térmica
200mm de ladrillo 13mm de yeso «húmedo»	2 W/m²K	4.26 W/m²K	169 kJ/m²K
100mm de ladrillo 150mm de cavidad rellena de lana mineral 100mm de bloque de hormigón celular 13mm de cartón yeso en seco sobre placas de 10mm	0.19 W/m²K	1,86 W/m²K	9 kJ/m²K

Nótese lo pobre que es la masa térmica de la pared hueca moderna, en comparación con la pared de ladrillo macizo. Sin embargo, sustituyendo el revestimiento seco por yeso «húmedo» de 13 mm, se puede aumentar sustancialmente la capacidad de admisión:

Construcción de la pared	Valor U	Admisión térmica	Masa térmica
100mm de ladrillo 150mm de lana mineral-rellena de lana mineral 100mm de bloque de hormigón celular 13mm de yeso «húmedo»	0.19 W/m²K	2,74 W/m²K	60 kJ/m²K

Desacoplar la placa de yeso de esta manera puede considerarse que elimina casi por completo la masa térmica efectiva en una casa construida según las normas y técnicas modernas.

El uso de la masa térmica para combatir el sobrecalentamiento en verano se trata con más detalle en la serie de artículos Adaptación al cambio climático en los edificios: El exceso de calor, partes unoVII y dosVIII.

Disminución

Describe la forma en que la densidad, la capacidad calorífica y la conductividad térmica de un material, pueden ralentizar el paso del calor de un lado a otro, y también reducir esas ganancias al atravesarlo. Por tanto, esto influye en el rendimiento térmico de un edificio durante los periodos más cálidos. Esto se denomina retardo de decrecimiento y factor de decrecimiento, respectivamente.

Fase química

Cuando un material cambia de estado de sólido a líquido, o de líquido a gas, la conductividad térmica de ese material puede cambiar. Esto se debe a la absorción y liberación de calor latente, y también puede ocurrir en escalas más pequeñas que pueden ser ventajosas en la construcción.

Cada vez son más fáciles de conseguir materiales que pueden proporcionar una alta masa térmica a partir de pequeños volúmenes. Conocidos como materiales de cambio de fase (PCM), son sustancias que pueden almacenar y liberar calor latente, al fundirse y solidificarse respectivamente en un estrecho rango de temperaturas. Estos materiales pueden estar microencapsulados en ciertos tipos de materiales de construcción, como el yeso o la arcilla, para formar placas de revestimiento de paredes o placas de techo. También pueden macroencapsularse, por ejemplo, en placas de intercambiadores de calor para su uso en unidades de refrigeración y ventilación, y se está investigando su incorporación en paneles de espuma de poliuretano, para aplicaciones como los paneles de revestimiento compuesto con revestimiento metálico. La ventaja de los PCM es que pueden proporcionar cantidades significativas de masa térmica, siendo en sí mismos muy finos; es decir, la masa térmica parece desproporcionadamente grande en comparación con el grosor físico del material.

Los PCM podrían ofrecer una solución práctica para la reintroducción de la masa térmica en los edificios ligeros, para contrarrestar el sobrecalentamiento, y se tratan con más detalle en la serie de artículos Adaptación al cambio climático en los edificios: El exceso de calor (segunda parte)IX.

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