Inercia Térmica en Edificación

SYSTEM
OF THE TÉRMICA
Code - 6.1.3
TYPEINERCIA
2013
MARZODate
ESPAÑA
COUNTRY
INERCIA TÉRMICA
HEADLINE
ON
TWO
EN
EDIFCACIÓN
LINES
Efficient Building™ System
Date
CONTENIDO
Página
1. Introducción
2
2. Proyectos de referencia
3
3. Descripción Técnica
7
4. Rendimiento del sistema
12
5. Contributions to buildings and cities
13
6. Información relacionada
14
DICCIONARIO
Este sistema contribuye a

INERCIA TÉRMICA: La capacidad de un material para acumular y almacenar
energía calorífica para ser liberada durante un período de tiempo.

PASSIVE BUILDING DESIGN: Enfoque de construcción de diseño que busca
satisfacer todas las necesidades de energía para un uso cómodo con el mínimo
consumo de los sistemas activos para el mantenimiento del medio ambiente
interior. El uso de las ganancias solares en invierno, la ventilación natural por la
noche o el tiempo de ventilación en el verano son ejemplos de estrategias de
diseño pasivo.
creating buildings that are
Long lasting
Robust
Efficient
Responsive
Transparent
Autonomous
and cities characterized by
Redundancy
Decentralization
Preparation
APLICACIONES
For more information,
Please see section 8.
 Todo tipo de edificaciones
1
INERCIA TÉRMICA EN EDIFICACIÓN
1. Introducción
Los edificios que potencian la inercia térmica tienen la capacidad de absorber y acumular
calor en un período de tiempo durante el día. Este calor acumulado puede ser puesto en
libertad en un momento posterior.
El ciclo de carga y descarga de energía de la inercia térmica puede ser utilizado de una
manera eficiente. Idealmente en un edificio se acumulará energía (solar) en un momento en
que no se está utilizando (o deseado) y se liberara cuando se necesite.
Se logra este efecto, si el edificio está diseñado y controlado en consecuencia. Mediante la
utilización de este efecto, los edificios no sólo pueden ahorrar en calefacción y refrigeración
de energía, sino que también se obtiene un mayor confort térmico dentro del edificio.
V E N TA J A S
 Eficiencia energética en calefación y aire
condicionado
 Mejora del confort térmico
p.5
p.8
INERCIA TÉRMICA EN EDIFICACIÓN
2. Proyectos de referencia
EDIFICIO ECHOR
Arquitecto Alfonso Burón
Vida útil Superior a 100 años.
Seguridad estructural
Seguridad frente al fuego Comportamiento y
Resistencia REI 180.
Aislamiento acústico: 55 dBA, requerido frente
al ruido aéreo producido por el tráfico de aviones.
Elevada eficiencia energética: Clase B o A de
Código Técnico de la Edificación.
Prestación perdurables A lo largo de la vida útil,
sin gastos de conservación ni mantenimiento de
los elementos de hormigón.
Incremento de la sostenibilidad En comparación
con la construcción tradicional.
Polivalencia Tanto como vivienda unifamiliar
como colectiva
3
EDIFICACIÓN
Elevada Eficiencia Energética
Clases de Eficiencia Energética (Código Técnico de la Edificación)
Descripción
Posiciones
Calefacción
Vivienda con contorno
tradicional
D
0.50
1.30
2
Vivienda Prototipo ECHOR
con contorno de hormigón
B
0.20
0.70
2.1
Vivienda Prototipo ECHOR
con contorno de hormigón y
renovación nocturna del aire
interior, en verano
B
0.00
0.70
3
Vivienda Prototipo ECHOR
con contorno de hormigón y
con
galería acristalada
adecuadamente orientada
A
0.20
0.40
3.1
Vivienda Prototipo ECHOR
con contorno de hormigón y
con
galería acristalada
adecuadamente orientada y
renovación nocturna de aire
Interior, en verano
A
0.00
0.40
Contorno de hormigón
Contorno tradicional
Aislamiento
Cámara con aislamiento
Interior
Interior
Refrigeración
1
Contorno tradicional
1
Contorno de hormigón
2, 2.1, 3 y 3.1
Tabique
Coordenadas
Clase de
Eficiencia
Energética
Exterior
Acabado arquitectónico
de fachada
Exterior
Muro de hormigón estructural como
Cerramiento de fachada
Cerramiento de fachada
4
INERCIA TÉRMICA EN EDIFICACIÓN
Proporciona ahorros al Usuario
El contorno de hormigón se utiliza como estructura, cerramiento de fachada, pared de
medianería entre viviendas, aislamiento acústico, elemento de compartimentación y
resistente frente al fuego.
El contorno de hormigón proporciona elevada Inercia Térmica y Eficiencia Energética que
redunda en beneficio del Usuario, quien ahorra, en comparación con la vivienda con
contorno tradicional, las cantidades siguientes:
Datos por vivienda de 100 m2 Prototipo ECHOR
Ahorro desde el 44 % (posición 2) hasta el 67 % (posición 3.1) de la energía de
climatización (calefacción y aire acondicionado) demandada por la vivienda.
Ahorro desde 2.490 kwh (posición
consumo eléctrico de la vivienda.
2) hasta 3.740 kwh (posición
Ahorro desde el 25 % (posición 2) hasta el 33 % (posición
consumo eléctrico de la vivienda.
5
3.1), cada año, en el
3.1) del coste anual del
EDIFICACIÓN
Incrementa la sostenibilidad
El edificio con estructura, forjados y contorno de hormigón aumenta la sostenibilidad,
en comparación con la construcción tradicional:
• Es económico, rápido de construir y competitivo.
• Facilita el acceso a la vivienda como bien social.
• Es duradero (vida útil superior a 100 años).
• Es confortable, sin gastos de conservación ni mantenimiento de los elementos de
hormigón.
Datos por vivienda de 100 m2 Prototipo ECHOR
Ahorro desde 75 toneladas (posición 2) hasta 112 toneladas (posición
durante la vida útil (100 años) de la vivienda).
3.1) de CO2
El Prototipo ECHOR aprovecha la Inercia Térmica que proporciona el hormigón, activada
por fuentes naturales de energía (la radiación solar) y la renovación del aire interior.
6
INERCIA TÉRMICA EN EDIFICACIÓN
3. Descripción Técnica
¿Que es la inercia térmica?
La inercia térmica de un material de construcción o elemento representa su capacidad para almacenar y
recuperar calor con un retardo de tiempo dado. En la mayoría de los casos la inercia térmica permite la
reducción en calefacción, el consumo para refrigeración y las necesidades de energía. También contribuye
a lograr un mejor confort térmico al reducir las variaciones de temperatura interior en comparación
con las temperaturas al aire libre. Cuanto mayor sea la inercia térmica, más suaves las temperaturas
interiores.
El impacto de la inercia térmica en la temperatura
interior se evalua a través de los siguientes
indicadores:
 Time Lag : representa el tiempo de retardo entre
las temperaturas máximas exteriores e interiores
 Decrement factor : representa la reducción de la
fluctuación de la temperatura interior en
comparación con las temperaturas al aire libre
El nivel de la inercia térmica de un componente de construcción o material dado depende de las
propiedades siguientes:
 Densidad ρ [kg/m³]
 Calor especifico C [J/kg·K]
 Conductividad térmica λ [W/m·K]
 Espesor del material
En general, cuanto mayor sea la densidad, mayor es el nivel de inercia térmica. Lo mismo para la
capacidad calorífica y el espesor. Sin embargo, la conductividad térmica debe ser lo suficientemente alta
para permitir la transferencia de calor en el material, pero no debe exceder de una cierta conductividad con
el fin de lograr el retraso de tiempo deseado.
Podemos diferenciar dos tipos de fenómenos de inercias térmicas en los edificios en función de la
ubicación de la fuente de calor:
 Fuentes internas de calor: incluyendo las ganancias internas y las ganancias solares obtenidas a
través de las ventanas. La inercia térmica almacena este calor y lo libera al espacio interior cuando la
temperatura del aire interior cae por debajo de la temperatura del material.
 Fuentes de calor al aire libre: incluyendo la radiación solar directa recibida en la superficie externa
del material y las temperaturas exteriores de aire. La inercia térmica absorbe el calor en la superficie
externa y transmite el calor al espacio interior con un retardo de tiempo dado. Esto se aplica en el
concepto de paredes solares
En este documento se discute sobre todo el primer tipo (fuentes internas de calor), donde la inercia térmica
es la interacción con fuentes de calor en interiores.
La interacción de la inercia térmica con el espacio interno se produce por medio de los modos de
transferencia de calor siguientes



Conducción: Transferencia de calor dentro de las diferentes capas del elemento de construcción
Convención: El intercambio de calor entre la superficie del material expuesto y el aire en el interior
Radiación: Intercambio de calor entre el elemento de construcción y otros organismos del espacio
interior, o con el sol a través de las radiaciones solares entrantes
7
EDIFICACIÓN
¿COMO CUANTIFICAMOS LA INERCIA TÉRMICA?

Capacidad internas de calor K [kJ/m²K] (EN ISO 13790)
Valor de la capacidad interna de calor es una forma simplificada de representar el nivel de la inercia
térmica disponible dentro de un componente de construcción por la media de su capacidad para
almacenar calor. Es la capacidad calórica volumétrica de la supuesta "térmicamente activa" parte de la
construcción hasta un espesor máximo de 100 mm, se calcula (en unidades de kJ / K por m² de superficie)
a partir de:
κ =10-6 Σi ρ i c i d i
donde:
ρ es la densidad de la capa i (kg/m³)
ci es el calor especifico de la capa i (J/kg K)
di es el espesor de la capa i (mm).
Transmitancia Térmica U [W/m²K] (EN ISO 13786)
Transmitancia es un marco para cuantificar cómo
un elemento de construcción responde a
periodos de ciclos de temperatura y la ganancia
de calor, basadas en las propiedades térmicas
(λ, C y ρ) de las capas de material. Además de la
resistencia al calor de la superficie. Por lo tanto,
está adaptado para estimar el nivel de inercia
térmica disponible dentro de un elemento y que
es la interacción con el rendimiento térmico del
edificio.
Temperature Deviation [K]
Heat Flows Due to Unit Swing in
Internal Environmental Temperature
Transmitancia térmica, U [W/m² K] Es el flujo
de calor, en régimen estacionario, dividido por el
área y por la diferencia de temperaturas de los
medios situados a cada lado del elemento que
se considera.
1
8
0,75
6
0,5
4
0,25
2
0
0
0
4
8
12
16
20
24
-0,25
-2
-0,5
-4
-0,75
-6
-1
Hour
Internal environmental temperature
Internal surface heat flow
External surface heat flow

Simulaciones Dinámicas Térmicas
Simulación dinámica térmica es la única manera
precisa de evaluar el impacto de un determinado
nivel de inercia térmica en la eficiencia
energética de un edificio. Tiene en cuenta las
condiciones de uso específicas, incluida la
calefacción y la refrigeración, las ganancias
de calor, etc
8
-8
Surface Heat Flow [W/m2K]

INERCIA TÉRMICA EN EDIFICACIÓN
¿CÓMO OPTIMIZAR EL IMPACTO POSITIVO DE LA INERCIA TÉRMICA?

Adaptar la protección solar para optimizar las ganancias solares
En verano, es importante evitar en la medida de lo posible, las radiaciones solares por la medida de
la protección solar eficaz.
En invierno, la radiación solar es apreciada para evitar las necesidades de calefacción durante
el día, sino también para proporcionar la inercia térmica, con un máximo de calor que podría
ser aprovechado durante la noche.

Ventilación nocturna en verano
La clave para un funcionamiento por convección es una ventilación adecuada. Para una eficaz
convección, el aire necesita interactuar con la superficie de la inercia térmica.
Esta interacción va a ocurrir, cuando el calor almacenado se extrae por el aire circundante y está
siendo transportado fuera con el aire en movimiento.
La eficiencia de este mecanismo inicialmente aumenta con la tasa de ventilación hasta que se
alcanza un punto óptimo. Al elevarse la tasa de ventilación más allá de este calor óptimo, aumentar
la energía que usamos para el funcionamiento del ventilador que aprovecharemos para acumular
energía
Por lo tanto el peligro de una ventilación más general no se da. En los edificios de oficinas y
comerciales que no están ocupadas durante la noche sobre la ventilación nocturna puede ser una
clave para un buen confort térmico, evitando la necesidad de aire acondicionado en algunos climas.
Mediante un análisis térmico dinámico se obtiene la tasa de ventilación ideal.
9
EDIFICACIÓN
¿Cómo funciona la funciona la inercia térmica?

Inercia térmica en verano
Los meses de verano ofrecen más oportunidades para utilizar la inercia térmica.
Durante un día caluroso de verano la inercia térmica disponible va a absorber la energía calorífica
del ambiente interno.
Esta energía puede provenir de varias fuentes, tales como los ocupantes, equipo (nevera,
ordenador, TV, etc), la radiación solar o de otros.
Por la noche, este calor acumulado necesita ser extraído y agotado, por lo que la inercia térmica
será capaz el día siguiente para absorber nuevamente el calor y por lo tanto proporcionar un
ambiente más fresco.
Esta extracción de energía se realiza normalmente por medio de ventilación durante la noche,
debido al hecho de que la temperatura exterior es menor que la temperatura interna.

Inercia térmica en invierno
En los meses de verano, la atención se centra claramente en la extracción de calor, con el fin de
mantener un ambiente confortable. Durante el invierno, nos gustaría mantener el exceso de calor y
utilizarlo. Esto ayuda a reducir la necesidad de generación de calor.
La inercia térmica juega un papel importante en este mecanismo de absorción de energía durante el
día y liberándolo durante la noche.
Esto es sobre todo aplicable a las ganancias solares, ya que sólo están disponibles durante el día.
La ganancia de calor más eficaz de la radiación solar es en primavera y otoño.
En este momento del año la radiación es más alta que en invierno. La energía proveniente de
diferentes fuentes de ganancias internas (ocupación, equipos, etc) pueden ser capturadas como
ganancias.
La capacidad de consumir calor almacenado dentro de la estructura del edificio en un momento
posterior cuando las ganancias internas o la radiación solar no están disponibles, esto contribuye al
ahorro de energía. La cantidad de ahorro posible ha sido analizada en el prototipo ECHOR
10
INERCIA TÉRMICA EN EDIFICACIÓN
Reciclaje
El hormigón es un material reciclable, los beneficios ambientales del reciclaje de hormigón son
significativos, los más importantes son:
−Reducción del consumo de los áridos naturales
−Reducción del volumen de residuos enviados a vertedero
La Unión Europea considera que una tasa de reciclaje del 100% se puede alcanzar porque el 75% de los
residuos de hormigón pueden ser absorbidos en rellenos y construcción de infraestructuras y el 40-50%
podrían ser dirigidos al proceso reciclado de áridos.
Certificaciones Medioambientales
LEED
BREEAM
Crédito EyA 1 : Optimización de la Eficiencia
Energética
 En los sistemas con muro de hormigón, usados ​con otras
medidas de ahorro de energía, son más probables de recibir
puntos bajo este crédito. El número de puntos dependerá
de la construcción, el clima, los costes de combustible y los
requisitos mínimos de la norma. Se conceden de 1 a 19
puntos para ahorros de energía del 12% al 48% (para los
edificios nuevos).
Crédito MR 5: Materiales Regionales
Credit / Target
 Los sistemas de hormigón casi siempre califican entre 1
ó 2 puntos, ya que está hecho principalmente de materiales
locales (cemento y/o áridos).
Ene 01 Reducción de la emisiones de CO2
(Hasta 15 créditos)
 Se pueden conseguir algún crédito ya que
ayuda significativamente a la reducción del
consumo energético.
Mat 5 Abastecimiento responsable de
materiales
 Uso de materiales locales para su fabricación.
(cemento, áridos). Esta característica contribuye
a la consecución de este crédito.
Crédito MR 2: Gestión de Residuos de Construcción
 Este crédito se puede obtener redirigiendo los recursos
reciclables a los lugares apropiados ya que los sistemas
basados ​en hormigón son altamente reciclables. Este
crédito da un valor de 1 o 2 puntos, dependiendo del
porcentaje reciclado.
Crédito MR 4: Contenido en Reciclados
Wst 2 Áridos reciclados
 Este crédito tiene un valor de 1 ó 2 puntos, dependiendo
del porcentaje de árido reciclado. SCM y si los áridos son
reciclados pueden contribuir a aumentar el contenido
global de reciclado de los materiales utilizados en la
construcción.
 Este hormigón puede incorporar áridos
reciclados y contribuir para conseguior el mínimo
nivel necesario para conseguir este crédito.
Hea 9 : Compuestos orgánicos volátiles
 Este crédito se debe obtener ya que el
hormigón es un material inerte. No emite esta
clase de compuestos.
11
EDIFICACIÓN
4. Rendimiento del sistema
+ AHORRO DE ENÉRGIA
+ CONFORT TÉRMICO
En la estación fría, la energía, disponible, tal como la
radiación solar, las ganancias internas de los
equipos (nevera, TV, computadora, etc) y la
ocupación (personas) pueden ser capturados en
inercia térmica durante el día. Esta energía
acumulada se dará a conocer en la noche y
calentar el edificio. Este efecto es reducir la
demanda de calefacción.
Además de los posibles ahorros de energía, los
edificios con una mayor cantidad de inercia térmica
son capaces de mantener una temperatura interna
estable. Esto se traduce en una mayor comodidad.
Un edificio con una inercia térmica baja tiene
mayores amplitudes en la curva de temperatura
interna de los que, con una alta cantidad de inercia
térmica.
En verano, el efecto puede ser revertido. El edificio
acumula calor durante el día. Este calor es absorbido
por la inercia térmica, evitando el sobrecalentamiento
interior. Por la noche, este calor se puede extraer,
por el aumento de la ventilación. Por la mañana el
interior del edificio, permanecen más tiempo frío, ya
que la inercia térmica disponible puede absorber de
nuevo el calor excesivo. Por lo tanto una
temperatura interna cómoda es posible, lo que
finalmente reduce o elimina la eventual demanda de
refrigeración activa (por el aire acondicionado).
.
Especialmente en verano, una gran cantidad de
inercia térmica aumenta la comodidad en el edificio.
Dado que el comportamiento de los edificios
depende de muchos factores (clima, ocupación,
ventilación, materiales, sistemas de calefacción y
refrigeración, etc), no hay ninguna declaración
cuantitativa general de la influencia de la inercia
térmica en el confort térmico. Esto tiene que ser
analizado para cada caso de forma individual y en
comparación con las alternativas de diseño,
realizados con diferentes materiales. Esto se hizo en
el caso del prototipo ECHOR
145
0
3
162
236
23
500
133
356
22
926
788
21
1000
452
519
1700
1732
1407
1500
1728
1488
Hours
2000
1302
2500
1959
3000
2461
En el siguiente gráfico se muestra la distribución de
la temperatura operativa interna para todo el año.
0
<20
20
23
24
25
26
27
>28
Tem perature [°C]
Max thermal mass
Fig. 3: Distribución de la temperatura
Min thermal mass
Fig. 4: Distribución de la temperatura operativa durante todo el año
[Hormigón ; Thermal Mass for Housing]
12
INERCIA TÉRMICA EN EDIFICACIÓN
5. Contributions to buildings and cities
All Lafarge’s Efficient Building™ Systems have been peer-challenged by a panel of external and
experienced architects and engineers to meet and anticipate their expectations.
This panel considers that a sustainable building must be affordable, autonomous, connected,
easy-to-build, efficient, long-lasting, respectful of identity, responsive, robust and transparent.
A resilient city is characterized by its adaptability, biodiversity, continuity, decentralization,
diversity, preparation and redundancy (see the related introductory document).
The name given to the system enhances the above properties. The most pertinent characteristics are
described below.
A building should be efficient using a minimum
resources and energy.
supply of
A building should be able to function with its own resources.
A building’s efficiency should remain
normal circumstances.
constant over time in
A building should quickly respond to external
changes.
.
A city’s resources should be optimally
they are always
stored so that
available when needed.
A city should be able to adapt to changes in the environment.
A city should have abundant available
suitably operational.
resources to be
13
Thermal mass in a building offers
efficiency. Concrete provides high
thermal comfort and It reduces energy
required for heating and cooling which is
obtained by concrete’s thermal mass.
The thermal mass of the concrete
reduces indoor temperature variations,
therefore optimizing thermal comfort
conditions in the absence of heating and
cooling systems
Concrete providees high structural
durability making the building‘s efficiency
and structural performance very long
lasting.
Concrete absorbs energy during daytime
and releases it at night time. In summer
period, the heat is extracted, in winter the
heat is kept and utilized to decrease the
need for heat generation
This system offers preparation due to
concrete’s high thermal properties, resulting
in an excellent heat storing capability
therefore prepared to store heat during the
day and release the energy during night.
Concrete delivers a good thermal mass to
the building. The energy is optimally
stored and therefore prepared for varied
thermal changes in the environment.
Concrete consist of obtainable resources
that are optimally stored and always
available when needed.
EDIFICACIÓN
6. Otros recursos
OTROS SISTEMAS PARA LA INERCIA TÉRMICA
METALLIC
INTEGRATED
FORM WALLS
2.1.4
HOLLOW
COLUMNS WITH
AIR CIRCULATION
2.1.10
DOUBLE SKIN
CONCRET
WALLS
2.1.14
VAULTED
CEILINGS
2.2.6
AESTHETIC
INTERIOR
CONCRETE
FINISHES
3.2.3
Este catálogo se ha facilitado solo a efectos informativos. Lafarge rechaza expresamente cualquier garantía, ya sea
expresa o implícita, así como su responsabilidad sobre la precisión, fiabilidad y validez del contenido y no aceptará
responsabilidad alguna por pérdidas o otros daños comerciales en los que se incurra como resultado de utilizar y
confiar en la información proporcionada. No existe ninguna asociación entre Lafarge y las empresas mencionadas en
este catálogo. Todos los derechos de propiedad intelectual y sobre los productos de estas empresas se utilizan solo a
efectos identificativos e informativos y son propiedad, en todo momento, de sus respectivos dueños.
14
Credits:
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28020 Madrid
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+ 34 91 376 98 00
www.lafarge.com.es
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