REFERENCIAL

TÉRMICO II

Medidor de flujo de calor dinámico (Un nuevo método de ensayo para determinar la eficaciade los Aislantes Multicapas Termo-Reflectores – AMTR)

Toda empresa que desarrolla productos tiene

la obligación de asegurar el control sobre

ellos respetando un determinado marco

reglamentario.

Ante la falta de normas adaptadas, actis se ha

visto forzada a determinar la eficacia de sus

aislantes mediante sus propios sistemas de

medición (In-Situ).

En 2005, el departamento I+D, en colaboración con

laboratorios independientes, ha marcado un hito

al desarrollar un nuevo equipo de laboratorio:

el medidor de flujo de calor dinámico.

Este equipo es el nexo entre los ensayos

convencionales e In-Situ.

Dichos trabajos, realizados con pragmatismo y

rigor, contribuyen de manera significativa al

avance de la investigación sobre el

conocimiento científico de los aislantes

multicapas termoreflectores.

Laurent Thierry

Presidente Direc tor GeneralACTIS S.A.

EDITORIAL

INDICE

1. ENSAYOS EN LABORATORIO:

El marco normativo de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.3

2. ENSAYOS IN-SITU ACTIS:

Mediciones comparativas de los aislantes

en condiciones reales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.5

3. COMPARATIVA ENTRE LOS ENSAYOS REALIZADOS:

« En laboratorio » e « In-Situ » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p.7

4. EL MEDIDOR DE FLUJO DE CALOR DINÁMICO:

Nuevo método de ensayo de los AMTR . . . . . . . . . . . . . . . . p.9

5. VALIDACIÓN DE LOS RESULTADOS

Con el medidor de flujo de calor dinámico. . . . . . . . . . p.11

• Hay transmisión de calor únicamente si existe una diferencia detemperatura (∆T).

• La transmisión de calor se materializa mediante un flujo de calor (φ).• Los flujos de calor se transmiten desde el calor hacia el frío.• La función de un aislante es limitar los flujos de calor a través de los

cerramientos.• Cuanto más eficaz es un aislante menores son los flujos de calor.

Algunos recordatorios sobre la transmisión de calor:

1. ENSAYOS EN LABORATORIO*:

El método de cálculo de la eficacia térmica de los aislantes se

basa sobre un referencial antiguo.

En los años 60, la comunidad científica estableció un

modelo de cálculo para las pérdidas de calor en los edificios.

Este modelo, creado específicamente para los aislantes

tradicionales y homogéneos, se basa sobre la determinación

de la Conductividad Térmica mediante equipos de

laboratorio como la caja caliente guardada o el medidor de

flujo de calor.

A pesar de que en el año 2000 varios países europeosmodificaron su reglamentación térmica, el principio deensayo del modelo convencional no ha cambiado.

Normas de referencia :NF X10-021 (NF EN 12667): Materiales de construcción.Determinación de la resistencia térmica por el método de laplaca caliente guardada y el método del medidor de flujo decalor. Productos de alta y media resistencia térmica.NF X10-022 (NF EN 8990): Determinación de las propiedadesde transmisión térmica en régimen estacionario. Métodos dela caja caliente guardada y calibrada.NF X10-025 (NF EN 12939): Materiales de construcción.Determinación de la resistencia térmica por el método de laplaca caliente guardada y el método del medidor de flujo decalor. Productos espesos de alta y media resistencia térmica.

Gérard Fleury, antiguo jefe de departamento en el CSTB y experto entérmica, considera que los métodos y equipos de ensayosconvencionales (en laboratorio) no son suficientes para medir laeficacia real de los AMTR*, en particular su efecto radiativo y su granreactividad frente a los cambios climáticos. Es partidario de unenfoque científico basado en unos ensayos en condiciones realescon determinación del consumo energético.

3

* Ver glosario p.14

MARCO NORMATIVO DE REFERENCIA

¿Cómo se ensaya en laboratorio?El método consiste en colocar un aislante entre 2 ambientes a distintas temperaturaspara que exista una diferencia de temperatura (DT). Posteriormente, se determina lacantidad de energía necesaria para mantener la temperatura constante a amboslados del aislante. Esta cantidad de energía corresponde al flujo de calor (φ) queatraviesa el aislante. La medición se realiza cuando el flujo de calor se encuentraestable (flujo de calor estacionario).

La determinación de un flujo de calor para un DT dado, representa un punto demedición. Es posible, para evaluar las prestaciones térmicas de un aislante realizar unaserie de mediciones para distintos valores de DT (DT= 5°C, 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, etc.). Elconjunto de dichos puntos de medición permite representar en un diagrama laeficacia térmica del aislante ensayado.

Para la determinación de dichos flujos de calor, se someten las muestras a unascondiciones de ensayos muy específicas:• Muestra de tamaño reducido.• Muestra previamente secada en estufa (se elimina la humedad).• Limitación de la transmisión de calor por convección y radiación.

D T = 20°C

DT fijo = T° caliente - T° frioDirección del flujo

Zona demedición

Flujovariable

Ambiente a 0°

Aislante

Ambiente a 20° }t0 t1 tiempo

Flujoestacionario

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0 5 10 15 20 25 30 35

Diferencia de Temperatura (°C)

Fluj

ode

calo

r(W

/m2 )

Cuanto mayores la diferencia detemperatura (DT)mayor será el flujo de calor (φ)

Principio del medidor de flujo de calor

Medición en laboratorio: flujos de calor medidos para distintos valores de DT.

La determinación de la conductividad térmica en laboratorio no es suficiente para definirlas prestaciones térmicas de los Aislantes Multicapas Termo-Reflectores.

4

ACTIS ha desarrollado una nueva metodología de ensayo

In-Situ para evaluar las prestaciones de los aislantes en

régimen dinámico (condiciones climáticas reales*).

En la actualidad, para determinar el aislamiento acústico y

la seguridad contra-incendio de los edificios se utilizan

métodos de ensayos similares (ensayos en condiciones reales).

• 1997: ACTIS colabora con un laboratorio independiente, BM TRADA,para definir todo su protocolo de ensayo.

• 2003: Gérard Fleury, ex-jefe de departamento en el CSTB, participaen la creación de una nueva generación de edificios para pruebas yoptimización de los protocolos de ensayo.

• 2004: ACTIS se rodea de expertos acreditados por grandesempresas nacionales para completar y mejorar su metodología enel campo de la colecta y análisis de datos.

• 2005: todo este trabajo y metodología están certificados ISO 9001por BVQI.

2. ENSAYOS IN-SITU:DE LOS AISLANTES

Mediciones In-Situ:- Una extensión de más de 10000 m2.- 12 edificios.- 5 tipos constructivos distintos.- Dimensiones representativas:

• de 25 a 200m2 de superficie útil;• 1 o 2 plantas;• de 60 a 300 m2 de superficie

aislada.

Parámetros registrados:- Velocidad y dirección del viento.- Temperaturas

interiores/exteriores.- Humedad del aire.- Presiones atmosféricas.- Precipitaciones.- Consumos energéticos.- Flujos de calor.

5 * Ver glosario p.14

Protocolo de ensayo In-Situ:

Uno de los edificios esta aislado con un material de “Referencia” cuyas prestaciones térmicasse conocen y están certificadas de acuerdo con los métodos convencionales. El otro edificioesta aislado con el aislante que se quiere comparar en cuanto a prestaciones térmicas. Elensayo cubre 2 periodos de 6 meses: verano e invierno. Se redactan informes de ensayossemanalmente. La duración efectiva de un ensayo es de entre 8 y 10 semanas.

Para garantizar los resultados, ACTIS realiza sus ensayos de acuerdo con un protocolo precisoy muy riguroso:• Control de los edificios por un experto topógrafo para verificar que las diferencias tanto de

dimensiones como exposiciones no sobrepasan el 1%.• Calibrado de los edificios para asegurarse que su comportamiento térmico es idéntico:

aislado con el mismo aislante, sus diferencias de consumo deben ser inferiores al 1%.• Selección de una empresa calificada QUALIBAT (instaladores acreditados para la colocación

de sistemas de aislamiento) para garantizar una correcta colocación del aislante dereferencia de acuerdo con las exigencias reglamentarias e recomendaciones de losfabricantes.

• Verificación de la colocación por un organismo de control: QUALICONSULT, APAVE o BUREAUVERITAS.

• Control de ausencia de puentes térmicos mediante cámara infrarroja (termografía).• Control de los equipos de medición y colecta de datos por un organismo acreditado por la

COFRAC (Comité de Acreditación Francés).• Auditorias periódicas realizadas por organismos certificadores (TRADA y BVQI).

ENSAYOS COMPARATIVOS EN CONDICIONES REALES

0

2

4

6

8

10

12

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Tiempo

Fluj

ode

calo

r(W

/m2 )

Fluj

ode

calo

r(W

/m2 )

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0 5 10 15 20 25 30 35

Diferencia de Temperatura (°C)

Ensayos In-Situ:Evolución de los consumos energéticos en eltiempo en función de las variaciones climáticasy diurnas.

Ensayos In-Situ:Flujo de calor medido para diferentes DT y2 soluciones de aislamiento.

Cuanto mayor es la diferenciade temperatura (DT) mayor será el flujo de calor (φ).

Los datos se registran encontinuo.Cada día, más de 500.000 datosprovenientes de los distintosedificios se colectan, tratan yanalizan.

Este método consiste en aislar2 edificios completamente idénticoscon 2 tipos de aislamiento distintosy comparar el consumo energéticonecesario para mantener unatemperatura interior constante.

6

Cuando se comparan los flujos de calor medidos en

laboratorio con aquellos medidos In-Situ (para el mismo

material y mismas diferencias de temperatura) los

resultados difieren completamente.

Independientemente de la naturaleza o tipo del aislante, constatamos que existenimportantes diferencias entre los flujos de calor medidos en laboratorio(estacionarios) y aquellos medidos In-Situ (dinámicos). Estas diferencias pueden llegaral 300%. Tales diferencias nos han llevado a diseñar un equipo de laboratorioadaptado para la determinación de la eficacia térmica de los Aislantes MulticapasTermo-Reflectores.

Caso de un aislante multicapas ACTIS:El consumo energético In-Situ es menor que aquel medido en laboratorioya que los flujos de calor In-Situ son siempre inferiores a aquellosmedidos en laboratorio. En el caso de un Aislante Multicapas ACTISel flujo de calor térmico medido en laboratorio es un flujo máximo.

0

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F

Flujo in-Situ

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Flujo Labo

F

Medición In-Situ AMTR ACTISMedición en laboratorio AMTR ACTIS

3 . COMPARATIVA ENTRE

++Las mediciones In-Situ permiten determinar los flujosde calor para distintas condiciones climáticas.

7

Las mediciones en laboratorio permiten determinarlos flujos de calor para distintos DT.

Caso de un aislante tradicional:

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Flujo Labo Flujo in-Situ

Flujo Labo

Flujo in-Situ

Diferencia de Temperatura (°C)

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/m2 )

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Flujo Labo Flujo in-Situ

Flujo Labo

Flujo in-Situ

Diferencia de Temperatura (°C)

Fluj

o de

calo

r (W

/m2 )

++Medición In-Situ aislante de referenciaMedición en laboratorio aislante de referencia

Las mediciones In-Situ permiten determinar los flujosde calor para distintas condiciones climáticas.

Las mediciones en laboratorio permiten determinarlos flujos de calor para distintos DT.

El consumo In-Situ es mayor que aquel medido en laboratorio ya quelos flujos de calor In-Situ son siempre superiores a aquellos medidosen laboratorio. En el caso de un aislante tradicional, el flujo de calormedido en laboratorio es un flujo mínimo.

1 2

4 5

Las mediciones en laboratorio permiten determinar los flujos de calor paradistintos DT. Las mediciones In-Situ permiten también determinar los flujos de calorpero para distintas condiciones climáticas. El principio consiste en superponerlas 2 mediciones para poder compararlas.

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Flujo Labo

Flujo in-Situ

Diferencia de Temperatura (°C)

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/m2 )

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Flujo Labo

Flujo in-Situ

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Flujo Labo Flujo in-Situ

Flujo Labo

Flujo in-Situ

Diferencia de Temperatura (°C)

Fluj

o de

calo

r (W

/m2 )

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0 5 10 15 20 25 30 35

Diferencia de Temperatura (°C)

Fluj

o d

e ca

lor (

W/m

2 ) Flujo Labo AMTR

Flujo In-Situ AMTR y “Referencia”

Flujo Labo aislante “Referencia”

Comparativa entre las mediciones en laboratorio e In-Situ

LOS ENSAYOS EN«LABORATORIO» E «I N-SITU»

==

==

8

El valor obtenido en régimendinámico representa laeficacia global de losaislantes.En cambio, el valor obtenidoen régimen estacionariorepresenta sólo una parte dela eficacia térmica de losaislantes.

3 = 1 + 2

6 = 4 + 5

7 = 3 + 6

ACTIS establece el nexo entre los regímenes estacionario y

dinámico al crear una herramienta de medición que integra

el comportamiento de los aislantes en régimen dinámico.

ACTIS ha desarrollado un software de cálculo que

transforma un medidor de flujo de calor tradicional en un

medidor de flujo de calor dinámico. Este equipo permite

determinar la eficacia real de los Aislantes Multicapas

Termo-Reflectores en laboratorio.

4. ACTIS INVENTA EL MEDIDORNUEVO MÉTODO

9

Metodología de ensayo:

- Se preparan 3 muestras de aislante multicapas de 60 cm x 60 cm.

- Se aclimatan durante 24 horas en una cámara climática.

- Se colocan en el medidor de flujo de calor. Se pone en marcha elprotocolo de ensayo. Se lleva a cabo una serie de mediciones paradistintos valores de DT.

- Al cabo de 10 horas se conocen los distintos valores de flujo de calor.

- Se incorporan estos valores al software de cálculo.

- En 10 mn se determina el valeur RT (en situación dinámica).

Medidor de flujo dinámico.

Principio de cálculo del software desarrollado por ACTISEste método de cálculo se basa sobre el registro de un gran número de datos encondiciones reales que toman en cuenta el comportamiento dinámico de loscerramientos. Este comportamiento depende de numerosos parámetros (DT,ganancias solares, viento, precipitaciones, grado de humedad del aire, presiónatmosférica etc.). Estos fenómenos intervienen simultáneamente y su distribución esaleatoria. La puesta en ecuación de estos comportamientos se enmarca dentro de unenfoque científico de gran envergadura iniciado por ACTIS en el año 2003.Los primeros resultados han permitido establecer una función de correlación quehace el nexo entre las mediciones estacionarias y dinámicas.

El enfoque se ha llevado partiendo sobre la base de 2 grandes ejes :

1 - Un enfoque lineal que permite el tratamiento de modelos de una sola variable ycon el DT como dato de partida.

2 - Un enfoque no lineal y más potente que permite trabajar con múltiplesvariables incluyendo los datos de entrada del conjunto de los parámetrosclimáticos :

• Diferencia de temperatura ;• Dirección y fuerza del viento ;• Radiación solar ;• humedad relativa ;• etc.

DE FLUJO DE CALOR DINÁMICODE ENSAYO DE LOS AMTR

AL Ai DTL------- / ------- = ƒ ( ------- )TL Ti DTi

ƒ z

x1

x2x3

xj

S

W1

W2

W3

Wj

z = ƒ (S Wj xj)

1/(1+e(-x/T)) si IxI ≤ y,

ƒ (x) = (x-y) (e(-u/T) / t) (1/(1+e(-u/T))2 + (1/(1+e(-u/T)) si x > y,

(x+y) (e(u/T) / t) (1/(1+e(u/T))2 + (1/(1+e(u/T)) si x < y,

10

h

Para validar las mediciones efectuadas con el medidor de flujo de

calor dinámico, ACTIS ha llevado a cabo una batería de ensayos

In-Situ sobre varios Aislantes Multicapas Termo-Reflectores.

Se han comparado los resultados obtenidos In-Situ con aquellos

obtenidos mediante el medidor de flujo de calor dinámico.

Simulación del comportamiento térmico de un aislante ACTIS

Flujo medido In-Situ Flujo simulado

Flujo medido In-SituFlujo medido con el medidor de flujo de calor dinámico

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Tiempo

Fluj

o de

calor (W/m

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calor (W/m

2 )

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o de

calor (W/m

2 )

Flujo medido In-Situ Flujo simulado

Flujo medido In-SituFlujo medido con el medidor de flujo de calor dinámico

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calor (W/m

2 )

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Tiempo

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o de

calor (W/m

2 )

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Tiempo

Fluj

o de

calor (W/m

2 )

« Al igual que hice para numerosos productos innovadores durante mí

etapa profesional en el seno del CSTB, la misión que inicie en colaboración

con el Departamento I+D de ACTIS se enmarca dentro de un enfoque

científico y debería desembocar en la creación de una norma adaptada a

los Aislantes Multicapas Termo-Reflectores ».

Gérard Fleury

5. VALIDACIÓN DE LOS

Medición In-Situ del comportamiento térmico dinámico de un aislante ACTIS

11

El método consiste en comparar la curva de los consumos energéticos obtenidospor simulación, mediante el medidor de flujo de calor dinámico, con la curva deconsumos energéticos medidos In-Situ durante los ensayos realizados a lo largode varias semanas.

Comparativa entre las mediciones In-Situ y la simulación con el medidor de flujo decalor dinámico.

- La medición térmica dinámica ha durado 12 horas.- La campaña de mediciones In-Situ del mismo aislante ha durado 8 semanas.- La precisión obtenida en este ejemplo es superior al 95%.- Las diferencias entre los 2 tipos de medición no sobrepasan el 5%.

Flujo medido In-Situ Flujo simulado

Flujo medido In-SituFlujo medido con el medidor de flujo de calor dinámico

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Tiempo

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calor (W/m

2 )

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Tiempo

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o de

calor (W/m

2 )

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TiempoFl

ujo

de ca

lor (W/m

2 )

ACTIS a desarrollado un equipo de laboratorio : el medidor de

flujo de calor dinámico con un protocolo de ensayo sencillo y

rápido y que permite determinar con precisión la eficacia

térmica real de los aislantes multicapas termo-reflectores.

Conclusión

RESULTADOS CON EL MEDIDORDE FLUJO DINÁMICO

La diferencia entre los 2 métodos de ensayo es inferior al 5% lo que nos permitevalidar la fiabilidad de los resultados obtenidos mediante el medidor de flujo decalor dinámico.

12

NOTAS

13

Condiciones climáticas reales:Periodos diurnos y nocturnos (día y noche) ycondiciones meteorológicas variables(temperaturas, humedad relativa, radiación solar,nebulosidad, precipitaciones, presiónatmosféricas, condensación, evaporación, hielo…).

Condiciones reales de uso:Colocación del aislante de acuerdo con lareglamentación vigente, recomendaciones delfabricante, y en las condiciones para las cuales seha concebido el producto.

Conductividad térmica l (W/m.K):Cantidad de calor que pasa por conducción através de un material homogéneo de un metrocuadrado por un metro de espesor cuando existeuna diferencia de 1ºC entre sus 2 caras externas.Cuanta más elevada es la conductividad térmica,más conductor del calor es el material y cuantamás pequeña es más aislante es el material.

AMTR: Aislante Multicapas Termo-Reflectores.Existen 2 tipos de aislantes reflectores: loscomplementos de aislamiento y los aislantes.• Complementos de aislamiento: aislantes

reflectores a base de burbujas y compuestosúnicamente de 2 láminas reflectoras en suscaras externas.

• Aislantes: aislantes multicapas compuestos,además de las láminas reflectoras externas deuna o varias láminas reflectoras intermedias yde separadores a base de espuma, guata etc.

Aislantes Tradicionales:Aislante grueso, homogéneo de bajaconductividad térmica (p.e.: lanas minerales,poliestireno, poliuretano).

Aislante de Referencia:Lana de vidrio, espesor 200 mm,conductividad térmica (l) = 0,040 W/m.K,resistencia térmica (R) = 5,00 m2.K/W.

Mediciones en laboratorio:Determinación de la eficacia térmica de losaislantes mediante la caja caliente guardada y elmedidor de flujo de calor. Estas mediciones,realizadas según las normas convencionales, sellevan a cabo sobre una muestra de aislantesometido a un régimen estacionario durante elensayo.

Mediciones In-Situ:Determinación de la eficacia térmica de losaislantes en condiciones reales de uso ysometidos a condiciones climáticas tambiénreales. Estas mediciones, realizadas de acuerdocon un protocolo preciso y riguroso, se llevan acabo sometiendo los distintos cerramientos deledificio a un régimen dinámico.

Régimen dinámico:Régimen térmico variable, no estacionario, enconstante evolución y en el cuál los diferentesmodos de transmisión de calor existen de formalibre, espontánea y siguiendo una distribucióntotalmente aleatoria. El régimen dinámico valigado a las variaciones climáticas.

Régimen estacionario (o establecido) :Régimen térmico, estable, constante y que noevoluciona en el tiempo.

CSTB:Entidad francesa encargada de desarrollar lasnormas para los materiales de construcción yemitir las certificaciones correspondientes.

Glosario

14

ACTIS en España: C/Alemania, 43, Bajos 1a - 08201 Sabadell (Barcelona)Tel/Fax: +34 937 278 319

Sede Social: Avenue de Catalogne - 11300 Limoux - FRANCIAwww.aislamiento-actis.com

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