Con el inminente calentamiento global, la eficiencia energética y la conservación se han convertido en factores fundamentales en el diseño de un edificio. Un edificio típico consume el 40 por ciento del consumo total de energía actual. Como interfaz entre el interior y el exterior, la fachada juega un papel importante en la definición de la eficiencia energética de un edificio. Mediante el empleo de una fachada ventilada, se puede desarrollar un concepto de energía para cada edificio que tenga en cuenta los requisitos de calefacción y refrigeración del edificio junto con la perfecta calidad de luz en su interior.
¿Qué es exactamente una fachada ventilada?
La fachada ventilada es un sistema de fachada multicapa para edificios que consiste en un revestimiento de rejilla en la capa externa en combinación con una sub estructura, membrana resistente a la intemperie, aislamiento, marco secundario y una cavidad ventilada.
La diferencia entre la temperatura en el sistema de cara del panel de revestimiento y la temperatura de la cavidad de aire crea una variación en la densidad del aire, dando como resultado un “efecto de chimenea” que produce flujo de aire hacia arriba dentro de la cavidad.
Los materiales que se pueden utilizar para fachadas ventiladas incluyen paneles compuestos de resina reforzada con fibra de vidrio, fibra de cemento, lana de roca, cerámica, gres fino, cobre, zinc titanio, paneles compuestos de aluminio, tableros de aluminio, terracota, entre otros.
¿Cómo puede una fachada ventilada ayudar a reducir el consumo de energía de un edificio?
Las fachadas ventiladas con su flujo de aire inherente proporcionan una serie de ventajas distintas sobre otros sistemas de fachadas tales como:
• Aislamiento Térmico y Ahorro de Energía – El sistema de fachada ventilada puede ser diseñado para diversos requerimientos de energía, con materiales de aislamiento individualmente medidos de cualquier espesor deseado. El puente térmico se reduce porque no hay interrupciones causadas por losas de piso. Existen opciones para ayudar a reducir la cantidad de puentes térmicos introducidos o incluso eliminar los puentes térmicos por completo aislando verdaderamente continuamente a través de todos los miembros estructurales sin roturas ni puentes en el aislamiento, excepto los sujetadores finitos utilizados para fijar el revestimiento al edificio. Debido a la estructura de la fachada ventilada, la resistencia a la difusión del vapor disminuye desde las paredes internas a las externas. Cualquier humedad de la condensación, o acumulada durante la construcción, se canaliza a través del espacio ventilado y contribuye a un clima interior sano y cómodo. El aislamiento también asegura los valores de retención de calor más altos posibles para la estructura, mientras que compensa altas temperaturas en el verano desde dentro, lo que resulta en la reducción de los requisitos de calefacción / refrigeración en el interior del edificio.
• Aislamiento Acústico – Las fachadas ventiladas afectan positivamente las propiedades de aislamiento acústico de la pared externa. Dependiendo del grosor del aislamiento, de las dimensiones del revestimiento y del porcentaje de juntas abiertas, el índice de reducción del sonido puede aumentarse hasta 14 dB.
• Protección del medio ambiente – Las fachadas ventiladas son resistentes a la lluvia torrencial. La humedad se elimina rápidamente a través del espacio ventilado entre el material aislante y el revestimiento. La protección contra la lluvia de la fachada ventilada funciona en dos niveles: La separación de ventilación funciona como una sala de compensación de presión, lo que garantiza que, en el peor de los casos, la lluvia de conducción se drena sobre el respaldo del revestimiento, protegiendo así el aislamiento térmico De la humedad. Por lo tanto, es posible construir fachadas ventiladas con juntas abiertas y horizontales sin disminuir la protección contra la lluvia.
¿Qué parámetros de energía deben tenerse en cuenta antes de diseñar una fachada ventilada?
Para el diseño general de la fachada, deben considerarse los siguientes parámetros generales:
- Requisitos / restricciones arquitectónicas
- Rendimiento térmico a alcanzar (valor U, valor g, temperatura de la capa)
- Flexibilidad (rendimiento ajustable)
- Estrategia de interacción con sistemas HVAC (tasa de extracción, ventilación natural)
Aparte de estos parámetros de carácter más general, los siguientes parámetros más específicos pueden tener un impacto significativo en el diseño y, por lo tanto, en el rendimiento de la fachada térmica:
- Cargas
- Mantenimiento (interior o exterior)
- Tamaño del módulo del elemento
- Inversión vs. costes de explotación (vista integrada)
A continuación, sin embargo, nos centraremos en uno de los principales parámetros de rendimiento térmico: el valor U desde el punto de vista de un contratista de fachada.
¿Cuál es el valor U y cómo se calcula?
Valor U o Transmisión Térmica es la densidad de flujo de calor que pasa por un medidor escudero de un elemento de pared específico cuando ambos lados de la pared están sujetos a una diferencia de temperatura de un grado K. El valor U da una medida de la pérdida de calor en cualquier elemento; como una pared, un piso o un techo. También puede denominarse “coeficiente global de transferencia de calor” y mide cuán bien las partes de un edificio transfieren calor. El valor U mide la pérdida de calor por los tres modos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.
Los valores U son importantes porque constituyen la base de cualquier estándar de reducción de energía o carbono. En la práctica, casi todos los elementos de construcción externos tienen que cumplir con las normas térmicas que se expresan como un valor U máximo. Cuanto menor sea el valor U, mejor será el elemento de un edificio como aislante térmico.
El conocimiento de cómo calcular los valores de U en una etapa temprana en el proceso de diseño ayuda a evitar el costoso reajuste posterior en un proyecto. Permite al diseñador probar la factibilidad de su proyecto en una etapa temprana para asegurar si es apto para el propósito y cumplirá con los marcos regulatorios.
Para calcular el valor de U primero necesitamos averiguar las resistencias térmicas de cada elemento (valores R). El valor R es el espesor del producto en metros / Lambda (conductividad térmica). Se agregan los valores R de todos los materiales utilizados en la aplicación y el recíproco de la suma resultante nos dará el valor U para esa aplicación particular en el edificio.
Existen diferentes técnicas para establecer valores U de fachadas ventiladas o revestimientos de fachada. Se explican a continuación:
A) Cálculos detallados para toda la pared: El valor U de toda la pared, incluyendo todas las disposiciones de fijación, se evalúa mediante cálculos numéricos según la norma BS EN ISO 10211. El resultado se aplica únicamente a esa pared particular calculada, A reevaluar.
B) Utilización de una transmisión térmica lineal que penetre sobre un perfil de la sub estructura que y una capa aislante de la fachada: Un cálculo numérico en 2D se realiza en una sección a través de la pared que contiene el perfil de fijación. Los límites del modelo deben estar en posiciones adiabáticas, por ejemplo a medio camino entre dos carriles. El resultado se compara con un cálculo en el que se omite el carril, con el fin de obtener una transmitancia térmica lineal Ψ, tal como se describe en la norma BS EN ISO 10211. Este cálculo sólo se necesita hacer una vez para un diseño dado de carril y espesor de aislamiento penetrado . El valor U de la pared es entonces U = U0 + (L Ψ / A) donde U0 es el valor U de la pared sin los rieles de fijación, L es la longitud total del riel y A es el área total de la pared .
C) Utilización de una transmisión térmica puntual para un soporte de fijación discreto que penetra en una capa de aislamiento: Se realiza un cálculo numérico 3D en una sección a través de la pared que contiene un soporte de fijación representativo. Los límites del modelo deben estar en posiciones cuasi-adiabáticas, por ejemplo a medio camino entre dos paréntesis. El resultado se compara con un cálculo en el que se omiten los corchetes, para obtener una transmitancia térmica del punto, χ, tal como se describe en la norma BS EN ISO 10211. El valor U de la pared es entonces U = U0 + n χ donde U0 es el valor U de la pared sin los rieles de fijación yn es el número de soportes por metro cuadrado de pared.
Con un alto envolvente de rendimiento térmico viene la responsabilidad asociada para tener en cuenta el sobrecalentamiento, la calidad del aire y la ventilación. Tales muros establecerán el edificio completo en un camino hacia una energía operativa y sostenibilidad muy baja, siempre y cuando los diseñadores, constructores y propietarios pongan las piezas restantes en su lugar y proporcionen el pensamiento holístico para completar el trabajo.
No se debe tener en cuenta el cálculo del valor de U para el efecto del propio revestimiento, ya que el espacio detrás está completamente ventilado. Es necesario permitir el efecto de los soportes o rieles que fijan el revestimiento a la pared posterior si las abrazaderas o los rieles penetran en una capa aislante o parte de una capa aislante. Puesto que el efecto de fijación de soportes o carriles sobre el valor U de la pared puede ser grande, incluso cuando se incluye una almohadilla de rotura térmica, su contribución al valor U global se debe evaluar mediante un cálculo detallado.
El modelo de cálculo debe omitir el revestimiento, pero incluir los rieles de fijación o soportes a su longitud completa. La resistencia superficial externa se debe tomar como 0,13 m²K / W para permitir el efecto de sombreado del revestimiento.
El aire en espacios aéreos bien ventilados se toma como el mismo que el aire exterior. En consecuencia, se descarta la resistencia del espacio aéreo y de todas las capas entre ella y el medio externo. Sin embargo, como el revestimiento proporciona protección contra el viento, la resistencia superficial externa es mayor que su valor normal de
0,04 m²K / W.
¿Cuáles son los parámetros que pueden modificar el valor U de una pared?
El valor U se calcula bajo condiciones estandarizadas, normalmente bajo una temperatura del aire de 20 grados C dentro y 10 grados C fuera, una emisividad superficial de 0.9, una humedad del 50 por ciento y una velocidad del viento externa de 4 m / s. Sin embargo, el valor U no siempre es constante y puede cambiar bajo las siguientes condiciones:
• Cambio en la temperatura externa: Influencia muy pequeña en el valor U. No afecta a las paredes opacas y bien aisladas. Para las paredes esmaltadas, la variación es también muy pequeña: una pared de cortina con un valor U medio de 1,75 W / m2 de grado K a +10 ° C en el exterior tendrá el mismo valor a -10 ° C fuera y elevará a 1,76W / M2 grado K cuando la temperatura exterior es +30 grados C.
• El cambio en la emisividad de los materiales: Esto puede tener una influencia, y varía dependiendo del material. Cuando un material tiene una emisividad intrínseca baja es difícil hacer una diferencia en el valor de U si lo reducimos aún más.
• La velocidad del viento: La velocidad del viento tiene una influencia importante si la pared es una fachada acristalada, y no afecta el valor U medio si se trata de una pared opaca bien aislada.
Conclusión:
Hoy en día, las fachadas ventiladas se encuentran entre los sistemas de fachada más populares. Además de su seguridad funcional, los arquitectos valoran principalmente las posibilidades de diseño que ofrece el uso de fachadas ventiladas. Por lo tanto, estos sistemas son menos susceptibles a los daños que otros sistemas de fachadas. Además, los requisitos de protección contra incendios, ruidos y rayos se pueden implementar fácil y creativamente.
Separando el aislamiento térmico y los materiales de protección contra el tiempo, el diseño de una fachada ventilada no sólo es estructuralmente ventajoso sino que también permite el uso de diferentes revestimientos para crear una gama de efectos. Una amplia gama de materiales, formatos, formas, costuras, colores y tipos de montaje están disponibles para convertir las ideas de diseño personalizado en realidad.
Un sinnúmero de nuevas construcciones y modificaciones demuestran cómo los diseños que incorporan fachadas ventiladas traseras abordan sus entornos con sensibilidad y reflejan el carácter de los edificios en el espacio urbano.