ES2343238T3 - Estructura de muro y elemento de construccion correspondiente. - Google Patents

Abstract

Estructura para muro exterior de edificio de ladrillos, con una mampostería de relleno y un encofrado de fachada, en donde el encofrado de fachada (2) está formado al menos en parte por elementos de construcción (11) tales como ladrillos, piedras de construcción o similares, que solo en su lado vuelto hacia la mampostería de relleno (5) están provistos de una capa (8) que refleja la radiación térmica, caracterizada porque entre el encofrado de fachada y la mampostería de relleno no se han previsto capas de material aislante, pero se configura una capa de aire sustancialmente estática.

Description

Estructura de muro y elemento de construcción correspondiente.

La presente invención se refiere a una estructura de muro para muros exteriores de edificios de mampostería con una mampostería de relleno y un encofrado de fachada, así como con un elemento de construcción para esa estructura de muro.

En la patente DE-A-35 30 973 se describe una estructura de muro para muros exteriores de mampostería que presenta una mampostería de relleno y un encofrado de fachada. Aquí, en el lado del encofrado de fachada que da a la mampostería de relleno se ha previsto una capa de material aislante que en su lado vuelto a la mampostería de relleno está provista de una capa reflectante de la radiación térmica, y se ha previsto otra capa de material aislante en el lado de la mampostería de relleno que da al encofrado de fachada.

Para mejor comprensión de la presente invención, las ilustraciones adjuntas 2 hasta 7 muestran secciones por la mampostería habitual hasta ahora y también por tipos de construcción de mampostería con capas aislantes reforzadas.

La sección de pared según la Fig. 2 muestra una mampostería monocapa de ladrillos 12 tradicionales, por ejemplo ladrillos normales o silicocalcáreos. La mampostería tiene un espesor regular de 36,5 cm, y está provista por ambos lados de revoque 1 (revoque exterior) o bien 6 (revoque interior). La estructura del muro reúne en este caso funciones portantes y funciones técnicas de fachada. Por lo que respecta a la física de construcción, la zona de condensación se encuentra en la parte interior de la sección de muro en función de las condiciones climáticas del recinto, el sistema de calefacción en funcionamiento y las condiciones atmosféricas. Allí se forma condensación y una humectación mensurable del material de construcción con el correspondiente aumento del coeficiente de conductividad térmica. El agua, formada en gotas, se desplaza por capilaridad hacia el muro exterior y allí se seca con mayor o menor rapidez en función de la velocidad del viento y de la humedad relativa del aire exterior. Bajo condiciones desfavorables, la zona de condensación se establece en la cara interior del muro o inmediatamente detrás, de modo que también se produce condensación en el lado interior del recinto, junto con todos los demás fenómenos acompañantes, como por ejemplo la formación de moho negro.

Estos daños en la construcción se producen casi siempre que en las superficies interiores de este tipo de muros exteriores se han aplicado sustancias termoaislantes, así como muebles o cuadros, pues desplazan la zona de condensación hacia el interior. En la construcción homogénea, la capacidad de aislamiento térmico depende del espesor de la mampostería y del estado de humedad. Un muro normal de este tipo de ladrillos macizos no alcanza la capacidad de aislamiento necesaria, de modo que la industria ladrillera hace mucho que lanza al mercado ladrillos de alta porosidad. La mampostería de este tipo alcanza los valores mínimos de aislamiento exigidos, pero a costa de la capacidad de acumulación.

La construcción de muro según la Fig. 2 absorbe bien la energía irradiada del sol. La energía del sol se trasmite incluso especialmente bien en las zonas de condensación de agua humedecidas. En este sentido se trata de una construcción de muro buena y acreditada que, sin embargo, ya no cumple los requisitos del futuro decreto sobre ahorro de energía (EnEV).

La estructura de muro que se muestra en la Fig. 3 se corresponde con la de la Fig. 2, con la excepción de que por el exterior está provista de una capa aislante 4, por lo regular de unos 80 mm de espesor, sujeta mecánicamente a la mampostería. El revoque exterior 1 es en especial un revoque de resina sintética reforzado de diferentes modos, por ejemplo con tejido de PVC. Dado que el efecto aislante de esta construcción procede fundamentalmente del material aislante, el espesor del muro está reducido a la medida de 24 cm que requiere la estática.

En la estructura de muro según la Fig. 3 hay funciones estáticas y aislantes repartidas en dos capas distintas de material de construcción. Por regla general, en esta construcción la zona de condensación se encuentra en el tercio anterior de la capa aislante 4. El agua convertida allí en gotas se conduce por capilaridad a la superficie exterior de la capa aislante, en donde se seca por el paso del viento. El aislamiento exterior produce un retardo del paso de la energía térmica, con la consecuencia de que la sección portante de la mampostería permanece en un estado energético considerablemente mayor.

La energía solar irradiada incide casi directamente en la capa aislante 4, no pudiendo penetrar más en la construcción del muro. La capa de revoque 1 exterior, de unos 5 mm de espesor, se calienta, pero también se vuelve a enfriar muy rápidamente por su escasa capacidad absoluta de acumular energía. En las fases de irradiación, el calentamiento por irradiación también facilita en la medida deseable el secado de la capa aislante 4. Esta construcción es muy desventajosa con pintura oscura que absorba mucho la energía solar, dado que las considerables tensiones causadas por la temperatura pueden producir fisuras en el revoque 1. Por ello, los fabricantes de estos sistemas de aislamiento aconsejan, con razón, que no se aplique una coloración oscura. En conjunto, esta construcción de muro está casi completamente blindada contra el rendimiento por irradiación.

Recientemente se han conocido daños en esta construcción debidos al fuerte enfriamiento de las superficies por emisión de radiación de energía térmica, en donde debido a la capa aislante solo se trasmite a la superficie poca energía térmica. Las superficies intensamente enfriadas se convierten en planos de condensación ante el aire exterior. Por ello se humedecen con agua condensada o se empañan con escarcha. Las consecuencias son la formación de algas en la superficie y el humedecimiento de la capa aislante.

En resumen, hay que constatar que la estructura de muro según la Fig. 3 es una construcción de muro acreditada que, sin embargo, está desfavorablemente apantallada ante la energía de irradiación solar. El calentamiento del correspondiente edificio se produce exclusivamente a través de la instalación de calefacción, lo cual es desfavorable en cuanto al ahorro energético.

La construcción de muro según la Fig. 4 corresponde a la de la Fig. 3, pero según el nuevo EnEV con una capa aislante 4 considerablemente reforzada, cuyo espesor mínimo aislante recomendado es de 20 cm.

Por física de la construcción, mediante el refuerzo de la capa aislante 4 se logra teóricamente una reducción significativa de la trasferencia de calor. Sin embargo, la disposición según la Fig. 4 corre grave riesgo de sufrir daños, dado que el espesor de la capa aislante que se encuentra delante de la zona de condensación ya no se puede superar debido a la presión capilar. En los materiales aislantes de poliestireno, la conductividad capilar es de por sí muy escasa debido a la estructura del material. En los materiales aislantes de fibra, la conductividad capilar, debido a la estructura, sustancialmente solo es posible en paralelo a la superficie exterior del muro. Por eso, esta construcción solo es posible utilizando materiales aislantes estancos al vapor, por ejemplo planchas de espuma de vidrio colocadas en doble capa por el procedimiento de pegado con anclaje mecánico adicional. Las zonas humedecidas quedan anuladas como zonas aislantes. La evolución del proceso conduce al humedecimiento completo del material aislante. En todo caso, se podría pensar en un tipo de construcción así en el caso de que se dispusieran barreras eficaces contra el vapor delante del material aislante. Pero este tipo de barreras contra el vapor impiden la difusión del vapor de agua a través del muro, lo que vulgarmente se entiende por "respirar" un muro.

La estructura de muro según la Fig. 4 es dudosa, incluso en combinación con las imprescindibles barreras contra el vapor, también en clima veraniego cálido y húmedo con gradiente invertido de temperatura y presión del vapor, ya que aquí se producirá agua de condensación en la cara interior del material aislante. En ese caso, la barrera contra el vapor que allí se encuentra -dado que está en el exterior desde el punto de vista de la física de la construcción- es una fuente de daños para la construcción.

Por lo que respecta a la energía solar, los efectos perjudiciales ya mencionados en la disposición de la Fig. 3 se producen con mayor intensidad debido a los mayores espesores de material aislante. Los daños adicionales en la construcción se pueden producir porque mientras la capa aislante 4 todavía no está completamente humedecida - la capa exterior 1 se enfría por la emisión de radiación hasta muy por debajo de la temperatura del aire exterior y, con ello, se convierte en zona de condensación para el aire exterior invernal. Se produce escarcha y a continuación el humedecimiento de la capa exterior. Al iniciarse la fase de vegetación en la primavera, en las superficies humedecidas se forman moho y algas con la subsiguiente destrucción del revestimiento exterior. En conjunto, la solución según la Fig. 4 se debe valorar como una construcción errónea que implica daños de construcción con considerables costes, que se debe desaconsejar con énfasis a pesar de las normas del EnEV que llevan a ella.

La Fig. 5 muestra otra estructura de muro tradicional formada por una mampostería portante 5 de ladrillos normales o silicocalcáreos u otros materiales de mampostería, incluso hormigón. La mampostería 5 tiene en general un espesor aproximado de 24 cm, y en la cara interior del recinto está provista de revoque 6. Delante de este muro 5 se ha dispuesto una cámara de aire circulante 3 de aproximadamente 5 cm de espesor. El revestimiento para exteriores está formado normalmente por una mampostería vista 2 de unos 11,5 cm de espesor con ladrillos de fachada o de otro material de fachada igualmente adecuado. La mampostería de relleno 5 forma el muro portante exterior del edificio correspondiente, con funciones primordialmente estáticas. La cámara de aire circulante 3 tiene la función de secar el agua de condensación en la sección anterior del muro, que llega por capilaridad hasta la superficie exterior del muro. La capa de fachada 2 sirve como fachada y revestimiento exterior.

Por lo que respecta a la física de construcción, el vapor de agua se difunde desde el lado interior del recinto hacia la sección del muro portante. Este vapor de agua se trasforma en gotas de agua por condensación en la zona de condensación, en donde el calor de condensación que entonces se produce desplaza ligeramente el punto de condensación hacia la zona exterior del muro. Desde allí, el agua se desplaza por capilaridad hacia el exterior hasta la cámara de aire 3, en donde se seca. El agua que migra hacia el interior vuelve a convertirse en vapor de agua.

En cuanto a la protección térmica, la estructura de muro según la Fig. 5 ya no es suficiente bajo el supuesto de emplear sistemas de calefacción convencionales del decreto en vigor sobre protección térmica. En el cálculo de la transmisión térmica tan solo se incluye el encofrado interior 5. La cámara de aire 3 y el encofrado de fachada 2 se consideran ya zona exterior. La energía radiante del sol la recoge el encofrado de fachada 2, de modo que éste también se calentará en invierno bajo condiciones favorables. Pero la cámara de aire circulante 3 deriva una parte de la energía térmica. La transmisión térmica por convección entre el encofrado exterior 2 y el muro interior 5 solo se produce en medida despreciable. Sin embargo, una parte de la energía solar irradiada la transmite el encofrado exterior 2 al muro interior 5 por radiación y, así, reduce el gradiente de temperatura entre la superficie interior del recinto y la superficie exterior de la capa de muro portante. La capacidad de acumulación de calor en esta estructura de muro es moderadamente buena en cuanto a la obtención de energía procedente de la irradiación solar.

\newpage

Básicamente, la disposición de la Fig. 5 es una buena construcción de muro que se emplea preferentemente en regiones próximas a la costa en el norte de Alemania. Sin embargo, no cumple los requisitos de protección térmica mínima y es totalmente inadmisible según el nuevo EnEV.

La Fig. 6 muestra una construcción de muro ya muy difundida, en la que se han previsto, por ejemplo, un muro portante interior (mampostería de relleno) 5 de 24 cm de espesor con capa aislante 4 antepuesta, una zona de ventilación posterior 3 y un revestimiento para exteriores de, por ejemplo, 11,5 cm de espesor hecho de ladrillos de fachada 2. Por física de construcción, esta construcción de muro se debe valorar más o menos como la estructura 1 de la Fig. 3. La capa de fachada 2 no se valora desde el punto de vista termotécnico. Se puede sustituir por cualquier otro tipo de fachada antepuesta con ventilación posterior. En cuanto a la irradiación solar existen solo diferencias mínimas con la estructura de muro según la Fig. 3. Se trata de una buena construcción de muro con suficiente acumulación de calor y suficiente efecto aislante que, sin embargo, no se considera suficiente en el futuro EnEV.

La mampostería de relleno 5 ejerce aquí fundamentalmente tareas estáticas. Dado que 1 un muro de 24 cm de espesor de ladrillos normales o silicocalcáreos no ofrece una protección térmica suficiente, la mampostería de relleno 5 de la disposición según la Fig. 6 debe llevar en su lado que da al encofrado de fachada 2 una capa aislante 4 de al menos 60 mm de espesor para cumplir los requisitos de la norma DIN 4108. Entre la capa aislante 4 y la cara interior del encofrado de fachada 2 se encuentra, en el ejemplo mostrado, una cámara de aire 3 de unos 50 mm de anchura para la ventilación posterior del encofrado de fachada 2. En 6 vuelve a indicarse un revoque interior de
muro.

Una estructura de muro convencional de este tipo se basa en los requisitos normalizados para la protección térmica en superestructuras. La norma (DIN 4108) se basa en la idea de una "corriente térmica" y, por eso, la técnica de aislamiento normalizada intenta aumentar el coeficiente aislante de una construcción de muro montando materiales con escasa conductividad térmica. Esto también se consigue muy bien dimensionando correctamente los materiales aislantes. A lo largo del desarrollo de la norma DIN 4108, que en principio solo pretendía proteger de daños producidos por el agua de condensación, ha cambiado su importancia. Desde hace años, el objetivo de la norma es cada vez más el ahorro de energía. En consecuencia, a lo largo de los años han ido aumentando continuamente los espesores mínimos de las capas aislantes que figuran en la norma.

La nueva norma que actualmente se encuentra en preparación (el EnEV ya mencionado arriba) prevé, como se muestra en la Fig. 7, capas aislantes 4 con un espesor de 20 a 30 cm en combinación con edificios estancos al aire (sin ventilación a través de ventanas) y el montaje de instalaciones de climatización.

En contra de la estructura convencional de muro, en especial para espesores más gruesos de capas aislantes, hay que objetar que los cálculos normalizados sobre el paso de vapor de agua (difusión) muestran de modo unitario que la zona de condensación, es decir, la zona en la que el vapor de agua en difusión se convierte en gotas de agua, normalmente se produce en el tercio anterior del material aislante. Así, allí se produce un humedecimiento del material aislante que reduce el efecto aislante. En los espesores de capa aislante de 6 a 10 cm habituales hasta ahora, el punto de condensación se encuentra 2 hasta 3 cm delante de la superficie exterior. El agua puede superar la distancia restante mediante conducción capilar. Para derivar la humedad, en esta construcción de muro se dispone una ventilación posterior. Para ella hay que prever una cámara de aire con un espesor de al menos 50 mm, configurada de modo que el aire roce continuamente la capa aislante, como en una chimenea, y así la humedad excedente que haya migrado por capilaridad hasta la superficie de la capa aislante sea eliminada y trasportada fuera por la corriente de aire. Para ello es necesaria la disposición de aberturas para entrada y salida de aire en el encofrado de fachada. Pero su efecto secante solo se garantiza en el caso de que el aire tenga una humedad relativa inferior al 70% y, además, se pinten todos los puntos de la superficie del material aislante.

Sin embargo, por razones constructivas, solo en raros casos es posible lograr un secado en toda la superficie de los materiales aislantes. En general existen situaciones no aclaradas de corriente y empuje ascensional. En especial, el flujo de aire se interrumpe por aberturas de ventanas y estructuras similares, de modo que en las zonas afectadas se produce un humedecimiento continuo del material aislante. Una parte considerable de la energía térmica se pierde en esta construcción por emisión de radiación hacia el encofrado de fachada, ya que los materiales aislantes habituales reducen muy poco la pérdida de calor por radiación. La energía térmica irradiada en el encofrado de fachada también se pierde por el aire que fluye por la cámara de aire 3.

Si se considera la construcción convencional bajo el punto de vista del aprovechamiento de la irradiación procedente de la luz solar en el periodo de calefacción, el material aislante incorporado resulta ser muy perjudicial, dado que impide el flujo de energía desde el exterior hacia el interior. Además, la cámara de aire circulante le quita la energía irradiada por convección al encofrado de fachada antes de que la pueda aprovechar la mampostería de relleno.

Además, es problemático el hecho de que el material aislante se deba colocar con gran cuidado porque una ventilación posterior en el lado del muro portante impide el efecto aislante del material aislante. Dado que la construcción está cubierta, no se puede comprobar el cuidado puesto en el trabajo artesano necesario en este caso.

En la disposición según la Fig. 6, también es muy inconveniente el gran espesor de muro, de 48 cm, en cuanto a la rentabilidad de un edificio (pérdida de superficie de vivienda). También son inconvenientes los detalles de conexión, muy costosos en vanos practicados en la mampostería. La ventilación posterior en la zona de vanos en la mampostería tiene difícil solución. También existe el peligro de colonización de insectos en el medio cálido y húmedo entre la fachada y el muro portante, en especial a través de las aberturas para entrada de aire al pie del encofrado de fachada.

En las capas aislantes de mayor grosor, desde 20 hasta 30 cm (Fig. 7), que se exigirán en el futuro, el espesor de la capa delante de la zona de condensación ya tiene un espesor entre 8 y 10 cm. El agua ya no puede superar esta distancia. Por eso el agua se queda en el material aislante, en donde humedece la zona de condensación. La zona así humedecida deja de actuar como capa aislante. Se convierte en lo contrario de un aislamiento térmico, concretamente en una zona de conductividad térmica intensificada. En el proceso subsiguiente, que crece por propia resonancia, la zona de condensación se sigue desplazando cada vez más hacia el interior y finalmente alcanza la sección del muro. Se produce un humedecimiento de la mampostería, lo cual constituye una fuente de considerables daños de construcción. En cuanto se produce una capa de agua más o menos cerrada dentro del material aislante, ésta actúa como freno para el vapor que provoca la detención de la difusión del vapor de agua que se producía hasta ese momento. A esto se añade que el espesor de la construcción del muro de ladrillos produce considerables pérdidas de superficies útiles y de vivienda por la capa aislante, entonces considerablemente engrosada, lo cual hace que una construcción de este tipo deje de ser rentable en muchos casos. No está claro si en esta construcción sigue siendo suficiente un espesor de cámara de aire de 5 cm.

Por lo demás, hay que tener en cuenta que los materiales aislantes no pueden acumular energía térmica en cantidades significativas. Falta la capacidad térmica necesaria para ello. En espesores de capa aislante entre 8 y 12 cm, según indica la experiencia, todavía no se producen los daños antes descritos. Sin embargo, el efecto aislante que aquí todavía actúa se hace notar en el sentido de que la falta de energía que se produce por la pérdida por emisión de radiación y la falta de reposición térmica conduce a una reducción de la temperatura superficial claramente por debajo de la temperatura del aire ambiental. Así, la superficie de la capa aislante se convierte en superficie de condensación en el aire exterior. Por ello, en las noches invernales frías y sin nubes se produce escarcha con el subsiguiente humedecimiento de las superficies del muro. La consecuencia ineludible es la formación de moho y algas. Recientemente -con el aumento de los espesores aislantes- aparecen cada vez más informes de daños de este tipo en la literatura especializada.

A esto se añade que el ser humano necesita un aporte de aire fresco oxigenado suficiente para su bienestar y para mantener su salud. Según las reglas de la técnica de construcción, esto se consigue con una renovación regular del aire una vez cada hora. Hasta ahora, esta renovación de aire estaba más o menos garantizada por fugas casuales en la zona de ventanas. Sin embargo, en un edificio estanco al aire como el que se exige según el borrador actual del Ministerio Federal de la Vivienda (EnEV 2000), esto solo es posible en combinación con instalaciones de climatización. Este tipo de instalaciones trabaja con un aporte de aire fresco del 20% Vol./hora, de modo que el aporte de aire fresco se reduce a una quinta parte. Por lo tanto, el contenido de oxígeno del aire en el recinto es proporcionalmente escaso. Investigaciones recientes muestran que en los recintos así climatizados se puede producir un aumento dramático de la carga por radón. También existen investigaciones sobre el hecho de que los habitantes de estos recintos sufren enfermedades de las vías respiratorias por encima de la media.

Por ello, el intento de ahorrar energía mediante capas aislantes más gruesas en combinación con un cerramiento estanco al aire de los edificios va manifiestamente unido a situaciones considerablemente peores. Por ello hay que rechazar la disposición según la Fig. 7. Se trata de una estructura de muro que apenas se ejecutará aunque cumpla íntegramente los requisitos del futuro EnEV. Un constructor con planteamientos de rentabilidad no aceptará un espesor de muro de 62 cm (espesor mínimo). También existen problemas casi insolubles en caso de incendio cuando se inflama el material aislante. Por razones de costes no se considera la ejecución de la capa aislante con espuma de vidrio. En conjunto, esta solución constituye una construcción errónea no rentable con alta propensión a sufrir daños constructivos.

El objetivo de la presente invención consiste en crear una estructura para muros exteriores de ladrillo en edificios, en la que, con una ocupación de espacio comparativamente reducida, no solo se logre un aislamiento térmico suficiente para el edificio con una temperatura exterior relativamente baja, sino que, además, también se fomente una aportación exógena de energía y actúe con fiabilidad en la protección contra daños de construcción por humedecimiento de la estructura del muro debido a la formación de agua de condensación.

Esta tarea, partiendo de una estructura de muro para un muro exterior de ladrillos con una mampostería de relleno y un encofrado de fachada, se soluciona haciendo que el encofrado de fachada esté construido, al menos en parte, de elementos de construcción tales como ladrillos, piedras de construcción o similares, que solo en su lado vuelto hacia la mampostería de relleno estén provistos de una capa reflectante de la radiación térmica y en donde, según la invención, no se hayan previsto capas de material aislante entre el encofrado de fachada y la mampostería de relleno, pero esté configurada una cámara de aire básicamente estanca.

La invención se basa en el conocimiento de que la estructura de muro convencional representada arriba solo tiene en cuenta el problema de la conductividad térmica dentro de los materiales de construcción, pues los "coeficientes k" (coeficientes térmicos en W/m^{2} x ºK) contenidos en la norma tan solo indican algo sobre el paso de la energía térmica por el material del construcción. Sin embargo, las pérdidas de energía no se producen por trasformaciones de energía dentro de los materiales de construcción, sino exclusivamente por la cesión de energía térmica al entorno. Pero de los coeficientes k no se deduce cómo se produce la trasferencia de energía desde un muro exterior al entorno, y eso tampoco es objeto de las normas pertinentes.

Ahora se ha constatado que la pérdida de energía térmica al entorno se produce (aproximadamente en un 85%) por emisión de radiación de ondas electromagnéticas en la banda infrarroja. La parte de trasmisión térmica al entorno, considerablemente menor, se produce por convección, es decir, por la trasmisión directa de la energía cinética contenida en las partículas hacia las partículas de aire a su paso. La dimensión de esta transferencia de energía térmica oscila en
función de las velocidades del viento y del estado de humedecimiento de las superficies del muro y del aire a su paso.

La migración térmica a través de materiales de construcción hasta las capas exteriores se puede aceptar si se consigue reconducir la energía allí radiada de nuevo a la construcción. Esto último tiene lugar aquí mediante la configuración según la invención del encofrado de fachada en su lado interior. Dado que las ondas electromagnéticas en la banda del infrarrojo se comportan básicamente como la luz visible, también se pueden reflejar como éstas.

Cierto que se podría pensar en introducir en una construcción de muro de ladrillos multicapa capas reflectantes en forma de láminas de aluminio de alto brillo o láminas de plástico aluminadas disponibles en el mercado. Pero el montaje de estas láminas resulta normalmente imposible ya por los problemas constructivos, pero también por el hecho de que este tipo de materiales serían barreras a la difusión nada deseadas.

Por el contrario, según la invención, los elementos de construcción del propio encofrado de fachada, en especial los ladrillos de fachada normales o silicocalcáreos, pero también otros materiales previstos para un revoque posterior de la fachada u otros empleados para la construcción de encofrados de fachada en mampostería, están configurados en su lado que da a la mampostería de relleno de modo que reflejan la radiación térmica por estar provistos de una capa reflectante, por ejemplo de aluminio vaporizado o de otros materiales con efecto reflectante. Este tipo de elementos de construcción (ladrillos) se pueden colocar de la forma habitual, en donde está garantizada la difusión del vapor de agua a través de las juntas, en especial las juntas de mortero, del encofrado antepuesto.

En la estructura de muro según la invención, la mayor parte de la energía térmica procedente del interior e irradiada hacia el exterior se refleja en la sección de mampostería calentada. Esto funciona tanto en encofrados antepuestos con ventilación posterior como también en encofrados antepuestos con mortero, dado que el mortero de relleno posterior apenas obstaculiza el efecto de reflexión debido a su porosidad. Sin embargo, hay que preferir el encofrado antepuesto con ventilación posterior. En este caso se puede prescindir de capas aislantes adicionales. Si pese a todo se debieran emplear, se pueden sujetar muy débilmente.

Como es sabido, el agua de lluvia torrencial penetra hasta una profundidad de aproximadamente 60 mm en una mampostería de ladrillos sin juntas. Por ello, en este caso, en un encofrado de fachada que tenga un espesor mayor que 60 mm, la lluvia torrencial no alcanza la capa reflectante, de modo que tampoco influye en el comportamiento de secado del encofrado de fachada.

En un trabajo artesano no realizado con toda corrección, la lluvia torrencial puede penetrar en las juntas de mortero del encofrado de fachada a través de las cavidades. Por eso, en el caso extremo se produce agua que se vierte en el lado interior del encofrado de fachada. Pero esta agua no alcanzará la sección de mampostería de relleno separada del encofrado de fachada preferentemente por medio de una cámara de aire. Con las construcciones habituales y acreditadas, solo hay que cuidar -como ya se hace ahora- de que esta agua pueda volver a fluir al exterior, por ejemplo al pie del muro.

El aprovechamiento de la irradiación procedente de la luz solar también es considerable en invierno. La configuración reflectante de la radiación térmica en los elementos de construcción del encofrado de fachada tampoco constituyen un obstáculo para ello digno de mención, por ejemplo mediante vaporización de una capa de aluminio. Por eso no es posible el retorno de la reflexión de la energía irradiada al encofrado de fachada, pues entre la capa reflectante y la mampostería de relleno no se pueden desarrollar las ondas luminosas. Para ello se necesitaría por lo menos la longitud de onda de la luz infrarroja. Por otro lado, la emisión de radiación de la energía térmica se puede obstaculizar en todo caso ligeramente por el hecho de que las superficies metálicas claras son malos radiadores.

La utilización de material de mampostería para el encofrado de fachada que solo refleje en su lado interior proporciona una protección térmica suficiente incluso en la mampostería convencional. Así, también se puede conservar en el futuro este tipo de construcción acreditado, que produce arquitecturas muy satisfactorias. Indudablemente, esto tiene una importancia económica considerable para la industria del ladrillo normal y el silicocalcáreo.

En lo que sigue se explican con más detalle ejemplos de ejecución de la invención, haciendo referencia al dibujo adjunto. En el plano se muestran:

Fig. 1 Una sección por una estructura de muro según la invención,

Fig. 2 hasta 6 secciones para diversas ejecuciones de estructuras convencionales de muro,

Fig. 7 una sección por una estructura de muro según la Fig. 6 que, sin embargo, está provista de una capa aislante más gruesa con vistas al futuro reglamento de ahorro de energía (EnEV).

El ejemplo de ejecución mostrado en la Fig. 1 para la estructura de muro de nuevo tipo en un muro exterior de edificio de ladrillos presenta una mampostería portante de relleno 5 de ladrillos normales, que por lo regular tienen un espesor de aproximadamente 24 cm. Pero básicamente también se consideran muros de hormigón armado y similares más delgados. Además -análogamente a la estructura de muro convencional según la Fig. 5-, también forma parte de la estructura de muro un encofrado de fachada 2 que en el ejemplo de ejecución mostrado tiene un espesor de aproximadamente 11,5 cm. Se ha renunciado a una capa aislante según la capa aislante 4 con las disposiciones conocidas según las figuras 3, 4, 6 y 7. Entre el lado exterior de la mampostería de relleno 5 y el lado interior del encofrado de fachada 2 se encuentran cámaras de aire 9 sin aberturas para entrada y salida de aire. Las cámaras de aire 9 en el ejemplo de ejecución mostrado tienen un espesor de aproximadamente 30 mm y están separadas entre sí por travesaños 10 de trascurso horizontal, que puentean el hueco entre el encofrado de fachada 2 y la mampostería de relleno 5 para suprimir la circulación de aire. En las cámaras de aire 9 se forma una capa de aire por lo regular estanca. Esta capa de aire estanca resulta muy buena como capa aislante y sustituye a los materiales aislantes hasta ahora habituales en esta zona. En 6 se vuelve a indicar un revoque interior.

El encofrado de fachada 2 está construido con elementos de construcción 11, que pueden ser preferentemente ladrillos de fachada normales o silicocalcáreos, pero, por ejemplo, también placas de piedra natural y artificial, placas de fibrocemento, paneles de materiales sintéticos o similares. En 7 se indican juntas de asiento y de tope, en especial juntas de mortero. Los elementos de construcción 11 del encofrado de fachada 2 están revestidos exclusivamente en su lado interior para reflejar la radiación térmica, por ejemplo con una capa reflectante 8 de aluminio vaporizado.

Toda la mampostería según la Fig. 1 se enladrilla del modo habitual. Aquí primero se construye la mampostería de relleno 5. La creación del encofrado de fachada 2 se realiza en una segunda fase de trabajo desde un andamio exterior. Para evitar que se ensucien las capas reflectantes 8 de alto brillo hay que colocar, preferentemente al poner los ladrillos de fachada, una placa blanda, por ejemplo una placa de lana mineral, entre el encofrado de fachada 2 y el encofrado posterior 5, que se debe ir levantando a medida que avancen los trabajos.

La presente estructura de muro se basa en el conocimiento de que la cesión de energía térmica de un muro se produce predominantemente por emisión de radiación en la banda de infrarrojos del espectro electromagnético, en el que esta radiación se puede reflejar mediante capas brillantes, preferentemente capas metálicas, y en el que el aire es completamente permeable a la radiación y, además, las capas de aire estáticas o con muy poco movimiento constituyen con diferencia el mejor material aislante para la transmisión de energía de partícula a partícula. Además, esta estructura de muro tiene en cuenta que las ondas electromagnéticas solo se pueden desarrollar en zonas con la difusión longitudinal mínima de una onda luminosa, pero no entre materiales estrechamente unidos como son la cara interior de los elementos de construcción 11 del encofrado de fachada y la capa reflectante 8 allí aplicada.

La capa de aire estática formada en las cámaras de aire 9 -aquí no se requiere una ventilación posterior- también actúa como capa aislante de alta eficacia. Por norma, esta capa de aire ya tiene una resistencia a la permeabilidad térmica de 0,17 (m^{2} x K/W). Dado que, desde el punto de vista práctico de la construcción, una capa de aire estática impide casi por completo la conducción térmica por cesión de energía térmica cinética debido a su escasa masa, la construcción de muro mostrada es casi "estanca a la energía" en cuanto a este proceso. En una capa de aire estanca, el encofrado de fachada 2 también actúa como aislante térmico y acumulador de calor.

La energía térmica aportada al muro exterior del edificio por la calefacción interior alcanza el lado exterior del muro interior portante 5. La energía que allí incide se radia desde allí según las leyes de la radiación. En este caso hay que ponderar que, según el estado energético de la construcción del muro, al menos el 85% de la cesión de energía se produce por radiación térmica. La energía irradiada en el lado exterior de la mampostería de relleno 5 incide en la capa reflectante 8, y por eso se refleja según las leyes de la reflexión. Según las investigaciones existentes, una capa de aluminio de alto brillo puede reflejar aproximadamente el 80% de la energía irradiada. Así, esta parte de la energía térmica se conserva por completo en la sección de mampostería.

Una pequeña parte del lado interior del encofrado de fachada 2, concretamente la parte de las juntas 7, no tiene superficie reflectante. Allí, aproximadamente el 10 - 15% de la energía irradiada en el lado exterior de la mampostería de relleno 5 puede penetrar en el encofrado de fachada 2. Sin embargo, esta pequeña aportación de energía al encofrado de fachada es deseable, dado que el encofrado exterior 2 no se debe enfriar por debajo de la temperatura del aire exterior. Si lo hiciera, allí se produciría una zona de condensación en el aire exterior con consecuencias nocivas similares a los fenómenos que se producen con la estructura de muro que aparece en la Figura 4. Este aporte de energía en el encofrado exterior 2 también es despreciable porque, debido a la capa de aire estática, el encofrado de fachada también se puede utilizar como capa aislante con esta estructura de muro. De este modo, esta propiedad del encofrado de fachada compensa suficientemente la pérdida inicial de energía a través de las juntas de muro 7. Por otra parte, las juntas de muro 7 permeables al vapor del encofrado exterior 2 proporcionan la compensación de humedad necesaria entre el muro interior 5, la cámara de aire 9 y el encofrado de fachada 2. Por eso, toda la estructura de muro está abierta a la difusión. Esto tiene gran importancia porque la zona de condensación de esta construcción de muro se encuentra en la cámara de aire estática o en el muro de fachada, según la situación atmosférica y de calefacción.

Dado que debido a la retención casi completa de la energía de radiación térmica que procede del interior en combinación con la cámara de aire estática, y debido a la acción técnicamente aislante del encofrado exterior, se logra una considerable mejora de la capacidad aislante de esta estructura por capas, se puede prescindir totalmente de del empleo de capas aislantes, como por ejemplo las capas aislantes 4 en las disposiciones de las figuras 2, 4, 6 y 7. Esto, además de permitir una reducción en el espesor del muro, lo que supone una ganancia considerable de superficies útiles y de vivienda, permite un ahorro sustancial de costes de construcción por valor de los materiales aislantes ahorrados (en la actualidad unos 13, -euros, hasta 30,- DM/m^{2} de superficie de muro). Este ahorro es claramente superior a los mayores costes que supone un revestimiento interior reflectante de los ladrillos de fachada 2. Aquí hay que constatar que la capa de aire entre el encofrado interior y el exterior de la estructura de muro se puede disponer de forma estática porque en esta estructura de muro no va incorporado ningún material aislante, y por ello tampoco hay necesidad de ventilar y secar ese material aislante.

Según el procedimiento de cálculo de la norma DIN 4108, el cálculo del coeficiente dé transmisión térmica (coeficiente k) para la presente estructura de muro, sin considerar el efecto de reflexión descrito, da como resultado un valor de 0,876 W/(m^{2} x K). Este valor ya se encuentra considerablemente por debajo del valor de 1,56 W/(m^{2} x K) exigido por el reglamento en vigor sobre protección térmica, siendo aproximadamente la mitad del valor admisible. Si en este cálculo se Incluye además la recuperación de calor procedente de la capa reflectante y se dimensiona moderadamente en 0,40, el llamado "coeficiente k" se reduce a un valor de

0,40 x 0,876 = 0,350 W/(m^{2} x K).

Este valor corresponde exactamente al requisito máximo del nuevo EnEV. En este caso hay que destacar que este excelente resultado se logra sin emplear materiales aislantes.

Finalmente, la presente construcción es considerablemente más ventajosa en cuanto al aprovechamiento de la irradiación de la luz solar, ya que ésta puede incidir sustancialmente sin obstáculos en la mampostería de relleno 5 a través del encofrado de fachada 2 en el recorrido de la irradiación desde el encofrado de fachada 2 a través de la cámara de aire 3.

La energía radiante de la luz del sol caliente primariamente el encofrado de fachada 2, de modo que éste se calienta también en los días invernales de sol claramente por encima de la temperatura del aire ambiental. En los materiales de construcción de muros habituales para encofrados de fachada, estos encofrados quedan uniformemente calentados al cabo de unas 2 horas de irradiación. Por su parte, el encofrado de fachada 2 -en una pequeña parte por convección en la capa de aire que se vuelve algo turbulenta en las cámaras de aire 9, y en su mayor parte por emisión de radiación- cede la energía solar recogida a la mampostería de relleno 5. En este caso hay que considerar los siguientes efectos:

La capa de aire en las cámaras de aire 9 no constituye ningún obstáculo para el paso de la radiación de calor. Por ello carece de importancia para el proceso de radiación.

Del mismo modo, la capa reflectante 8 tampoco obstaculiza la emisión de radiación, dado que dicha capa está apoyada directamente en la cara posterior de los ladrillos de fachada y, con ello, es imposible que se produzca una reflexión en el encofrado de fachada 2. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la capa reflectante 8 normalmente es un radiador relativamente malo, de modo que se retrasa un poco el proceso de emisión de radiación hacia la mampostería de relleno 5. Pero este efecto es deseable, dado que armoniza con la excelente capacidad térmica de la mampostería.

En este caso también resulta favorable y compensador el hecho de que, en el calentamiento del encofrado de fachada 2, el agua de condensación allí depositada se evapora en la capa de aire de las cámaras de aire 9, en donde la conductividad térmica de esta capa de aire actúa en esta fase por el comportamiento de humectación adiabática del aire, de modo que facilita mejor que el aire seco el trasporte de energía del exterior al interior.

La construcción de muro según la invención constituye un vuelco en la construcción convencional de muros, ya que aquí por vez primera se aplican efectos y acontecimientos físicos convenientemente en una construcción en la que, en especial, se sacan las conclusiones correctas del hecho de que la parte predominante de la cesión de energía de un muro no está determinada por la conductividad térmica de los materiales de construcción, sino por la emisión de radiación de las ondas electromagnéticas en la banda de infrarrojos.

Con un coste adicional que se ha de calificar como mínimo, que sustancialmente consiste en el equipamiento de los materiales de fachada con una capa reflectante evitando al mismo tiempo materiales aislantes costosos, la construcción convencional de mampostería, acreditada desde hace mucho, puede continuar de modo más rentable que hasta ahora a pesar de las disposiciones restrictivas del futuro EnEV y llegar a un nuevo florecimiento. Sin esta invención, el EnEV habría significado la "desaparición" de esta forma de construcción.

Una posible variante del revestimiento de fachada expuesto en la Fig. 1 con ladrillos reflectantes de fachada según la presente invención es la utilización de placas de fachada de poco espesor, por ejemplo de ETERNIT AG, que por su lado posterior están equipadas con material reflectante. Una primera serie experimental ejecutada en una pared norte dio como primer resultado parcial que esta estructura corresponde a un espesor de capa aislante1 equivalente de 30 mm de espuma dura de poliestireno y, por ello, se consigue la protección térmica mínima, en donde se evitan con fiabilidad los daños por condensación de agua.

Sin embargo, lo decisivo para esta construcción de muro no es tanto la reducción de pérdidas de calor por trasmisión, como la mejora del balance energético en el trascurso del periodo de calefacción, que depende fundamentalmente de que en la construcción no solo se retenga energía térmica, sino de que se obstaculice lo menos posible la energía térmica que llega del exterior al penetrar en las superficies envolventes. Como es natural, este tipo de efectos se producen solo en escasa medida en los lados norte en superficies soleadas de un edificio, es decir, con más intensidad en los lados este, sur y oeste.

En una construcción de pared delgada formada sustancialmente por placas de fachada con revestimiento reflectante, sujeta a la superficie exterior del muro por una construcción inferior adecuada y con bandas de impermeabilización de juntas de modo que se pueda considerar "no ventilada por detrás", se producen los siguientes efectos en cuanto a física de la construcción:

1) Reflexión de la radiación térmica

En función del grado de reflexión del revestimiento en cada caso, la energía térmica irradiada desde el interior es retenida en la construcción por las superficies que intervienen en el intercambio de radiación con coeficientes de radiación diferentes.

2) Aislamiento por la capa de aire estática

La capa de aire estática impide la trasferencia de energía desde el interior hacia el exterior debido a su menor conductividad térmica. En las mediciones se ha mostrado una buena coincidencia con los coeficientes térmicos según la norma DIN 4108-6.

3) Recuperación del calor por condensación

La capa de aire estática se ajusta para una elevada proporción de vapor de agua. La humedad relativa del aire dentro de la capa de aire es en invierno del 90% y superior. Por eso, en las superficies que durante periodos no están afectadas por la radiación solar, en los lados norte incluso siempre, en las capas interiores reflectantes se produce condensación de vapor de agua en la que se libera el calor de la condensación, es decir, la magnitud de energía que se consume, con una temperatura del material invariable, exclusivamente para modificar el estado de agregación de líquido a gaseoso y que en las tablas de referencia para el agua se indica con 627 Wh/kg -de forma similar a la de las demás instalaciones para recuperación del calor en el ámbito de los equipos de ventilación- y, con ello, aumenta el nivel de temperatura en la cámara de aire. En consecuencia, se reduce proporcionalmente el gradiente de temperatura que determina linealmente el paso de la energía.

4) Efectos de la irradiación solar

Según la época del año y el grado de cobertura, en las superficies expuestas al sol se reseñan magnitudes de energía irradiada más o menos grandes, que conducen a un calentamiento de las placas de fachada por encima de la temperatura del aire exterior. En marzo ya se han medido temperaturas de la superficie superiores a 40ºC con temperaturas del aire exterior en torno a 0ºC. Por lo tanto, en cuanto al balance energético hay que considerar la dimensión de la trasmisión de calor del exterior al interior en la construcción del muro.

En una comparación de placas de fachada revestidas y sin revestir hay que tener en cuenta que, en función del color de la superficie, se produce un calentamiento de la placa de fachada por absorción de la luz no reflejada. Por ello se produce un gradiente de temperatura entre la placa de fachada y las capas de aire que se encuentran a ambos lados. Frente al entorno, la energía aportada disminuye en parte por convección y en parte por radiación. Hay que asumir esta pérdida de energía. Dado que en las placas de fachada finas se puede partir de un calentamiento uniforme de todo el material, también se produce una transmisión de energía hacia el interior deseada en el sentido de una mejora del balance energético.

En este caso, las placas con revestimiento reflectante se distinguen del material no revestido. La capa reflectante es un mal radiador, de modo que la energía térmica por radiación se reduce solo con dificultad. La consecuencia es un calentamiento del material revestido mayor que en el material sin revestir. Por lo tanto, en la placa revestida se produce un gradiente de temperatura considerablemente mayor entre la placa y el muro exterior que queda detrás de ella. En el supuesto de que los recintos que se encuentren detrás del muro exterior se hayan calentado hasta una temperatura de +20ºC y por la transmisión térmica la superficie del muro tenga una temperatura constante de +10ºC, se puede muy bien producir un gradiente de temperatura de 30ºC y más entre la placa y la superficie del muro, aunque haya condiciones invernales. Por eso, en la presente construcción -al contrario de lo que sucede en la solución conocida con placas de fachada con revestimiento no reflectante- se produce un gradiente de temperatura del exterior al interior con el correspondiente flujo de energía.

En las construcciones revestidas -en función del coeficiente de radiación de la capa reflectante- se cede al interior aproximadamente el 20% de la energía térmica mediante radiación. Otra transmisión de energía se produce por convección, lo cual sucede siempre que la diferencia de temperatura entre la placa y el muro interior se vuelve considerable. Entonces la capa de aire estática se pone en movimiento, partiendo aquí de remolinos de pequeño tamaño que provocan la transmisión de energía por convección. La transmisión de energía la facilita de fuera hacia dentro la mayor humedad del material en las zonas de borde anteriores de la mampostería que se produce por condensación en las fases de irradiación. En conjunto, en la construcción se produce un efecto de autorregulación causado por el hecho de que la suma de la energía térmica trasmitida por convección y radiación permanece básicamente igual. Teóricamente, este efecto se fundamenta por la ley de radiación de Stefan-Boltzmann, y empíricamente por los conocimientos sobre la transmisión de energía por convección, caracterizada por el hecho de que ésta se reduce o aumenta potencialmente con respecto a la velocidad de flujo.

La forma derivada de la ley de radiación de Stefan-Boltzmann reza:

E = C x (T7100)^{4} en vatios

En donde E significa energía, T la temperatura absoluta en grados Kelvin, y C el coeficiente de radiación como cantidad parcial de la constante de Stefan-Boltzmann de 5,67.

Para las capas de aire que se encuentren enfrente, en caso de capas de aire en movimiento hay que aumentar el coeficiente de transmisión térmica "alfa" en W/m^{2} x K en el valor 12 x w^{1/2} según la fórmula empírica generalmente aplicada. Aquí w es la velocidad de flujo en m/s. Por ello, con las velocidades de flujo habituales en la práctica de la construcción, la transmisión térmica puede llegar a ser hasta 50 veces la que se supone con aire estático.

Al final de lo irradiación, la capa de aire arremolinada vuelve a entrar en reposo y, entonces, vuelve a ser una capa aislante eficaz. La ventaja de la estructura de muro según la invención consiste por tanto en que favorece la transmisión de energía desde el exterior hacia el interior, pero impide la transmisión de energía desde el interior hacia el exterior. En esto, la presente estructura de muro se diferencia fundamentalmente de la técnica de aislamiento convencional, cuya ventaja consiste en reducir la pérdida de calor por transmisión desde el interior hacia el exterior, pero cuyo principal inconveniente consiste en impedir la transmisión exógena de energía. Aquí hay que destacar el hecho de que en la distribución temporal de los periodos de transmisión del calentamiento y la calefacción empeora la obstaculización, en el balance energético de todo el año, de la transmisión exógena de energía por las capas aislantes colocadas en el exterior, aunque los coeficientes térmicos mejoran considerablemente.

En el tipo de construcción que aquí se describe, las superficies exteriores del muro están dotadas en toda su superficie de material eléctricamente conductor. Esto también proporciona un cierto blindaje contra las ondas electromagnéticas. Se ha demostrado que la recepción de los teléfonos móviles, muy difundidos, es manifiestamente peor. Ante la preocupación por que un exceso de ondas electromagnéticas pueda producir daños a la salud, es concebible que la estructura de muro según la invención también sea ventajosa en este aspecto.

\vskip1.000000\baselineskip

Documentos reseñados en la descripción

Esta lista de documentos reseñados por el solicitante se recogió exclusivamente para información del lector y no es parte integrante del documento de patente europeo. Se ha elaborado con el máximo cuidado, pero la OEP no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u omisiones.

Documentos de patente reseñados en la descripción

\bullet DE 3530973 A [2002]

Claims (5)

1. Estructura para muro exterior de edificio de ladrillos, con una mampostería de relleno y un encofrado de fachada, en donde el encofrado de fachada (2) está formado al menos en parte por elementos de construcción (11) tales como ladrillos, piedras de construcción o similares, que solo en su lado vuelto hacia la mampostería de relleno (5) están provistos de una capa (8) que refleja la radiación térmica, caracterizada porque entre el encofrado de fachada y la mampostería de relleno no se han previsto capas de material aislante, pero se configura una capa de aire sustancialmente estática.

2. Estructura de muro según la reivindicación 1, pero caracterizada porque los elementos de construcción (11) están vaporizados con material reflectante de la radiación térmica en su lado vuelto hacia la mampostería de relleno (1).

3. Estructura de muro según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los elementos de construcción (11) del encofrado de fachada (2) están recubiertos en su lado interior, al menos en algunas zonas, de aluminio o de una aleación de aluminio.

4. Estructura de muro según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el encofrado de fachada (2) tiene un espesor superior a 60 mm.

5. Estructura de muro según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el encofrado de fachada (2) solo está construido con placas de fachada revestidas y reflectantes por su lado interior.