NORMA CHILENA OFICIAL
NCh1973.Of87
Acondicionamiento térmico - Aislación térmica - Cálculo del aislamiento térmico para disminuir o eliminar el riesgo de condensación superficial
Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. La norma NCh1973 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguientes: Aislantes Aislapol S.A.C. e I. Aislantes Härtipol S.A. Aislantes Nacionales Ltda. Centro de Ahorro de Energía Compañía Industrial El Volcán S.A. Dirección de Obras Civiles de Metro Instituto de Investigaciones y Ensayes de Materiales, IDIEM Instituto Nacional de Normalización, INN Instituto Profesional de Santiago
Walter Bischhoffshausen N. Carlos Büchner O. Daniel Longueira S. Patricio Ursic L. Jaime Hernández M. Ramón Ruiz F. Carlos Claussen W. Felipe Mujica V. Claudio Avilés A. Agustín Echeverría de C. Roy Levis M. Santiago Saavedra T. Miguel Bustamante S. Gabriel Rodríguez J. Liliana Anduaga G.
I
NCh1973 Maderas y Paneles S.A., MAPAL Maderas y Sintéticos S.A., MASISA Ministerio de Obras Públicas, Dirección de Arquitectura, MOP Ministerio de Vivienda y Urbanismo, MINVU
Municipalidad de La Cisterna Universidad Católica de Chile, Escuela de Ingeniería Universidad de La Frontera Universidad del Bío-Bío Universidad Técnica Federico Santa María
Ramón Undurraga D. Javier Izquierdo V. Miguel Rojas T. Rafael Varleta V. Jaime Arancibia C. Santiago Castillo R. Francisco Osorio M. Claudio Prieto C. Daniel Súnico H. Jaime Téllez T. Ernesto Plaza F. Gregorio Azócar G. Mario Inostroza D. Ariel Bobadilla M. Roberto Goycoolea I. Pedro Sarmiento M.
El anexo A forma parte del cuerpo de la norma. Los anexos B y C no forman parte del cuerpo de la norma, se insertan sólo a título informativo. Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 21 de Enero de 1987. Esta norma ha sido declarada norma chilena Oficial de la República, por Decreto N°61, de fecha 29 de Abril de 1987, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, publicado en el Diario Oficial N°32.781, de fecha 28 de Mayo de 1987. Esta norma es una "reedición sin modificaciones" de la norma chilena Oficial NCh1973.Of87, "Acondicionamiento térmico - Aislación térmica - Cálculo del aislamiento térmico para disminuir o eliminar el riesgo de condensación superficial", vigente por Decreto N°61, de fecha 29 de Abril de 1987, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo.
II
NORMA CHILENA OFICIAL
NCh1973.Of87
Acondicionamiento térmico - Aislación térmica - Cálculo del aislamiento térmico para disminuir o eliminar el riesgo de condensación superficial
0 Introducción 0.1 Es casi imposible garantizar la no ocurrencia total de condensaciones en las superficies interiores de los edificios, especialmente en los elementos perimetrales. Si en los recintos existen fuentes generadoras de vapor de agua, el fenómeno se ve acentuado como ocurre en edificios habitacionales, especialmente viviendas. Bajo tales condiciones y en climas templados, fríos o en grandes oscilaciones de temperatura entre el día y la noche (caso de varios climas de Chile) es posible disminuir significativamente el riesgo de condensación si se adoptan precauciones como las que se especifican en esta norma. 0.2 La condensación superficial se produce a causa de dos factores básicos: a) alta humedad relativa del aire ambiente; b) baja temperatura de las superficies de muros, cielos, ventanas u otros elementos respecto a la temperatura del aire interior (ver NCh1971). Estos factores pueden originarse en uno o varios de los siguientes aspectos concomitantes: -
baja resistencia térmica de los elementos envolventes;
-
existencia de puentes térmicos;
-
temperatura exterior baja;
-
enfriamientos localizados de las superficies por otras causas, tales como cañerías de agua fría empotradas;
-
cañerías frías a la vista; 1
NCh1973 -
fuentes generadoras que producen exceso de vapor de agua en el interior, tales como: número de personas desproporcionado respecto al volumen disponible; gran actividad física de los ocupantes; evaporación de agua de lavado de utensilios, de lavado y secado de ropa; exceso de plantas interiores y riego de éstas; estufas que entregan agua de combustión al ambiente; etc.;
-
renovación insuficiente del aire de los ambientes interiores;
-
admisión de aire muy húmedo desde el exterior y a temperatura relativamente alta.
1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma tiene por objeto dar los criterios y señalar las condiciones bajo las cuales se disminuye el riesgo de condensación acuosa superficial sobre elementos constructivos de edificios, en especial aquellos que conforman la envolvente térmica, y que por ello, se separan ambientes de temperatura muy distinta. 1.2 Esta norma complementa la NCh853 con el fin de optimizar la resistencia térmica de la envolvente.
2 Referencias NCh849 NCh853 NCh1079 NCh1971
2
Aislación térmica - Transmisión térmica - Terminología, magnitudes, unidades y símbolos. Acondicionamiento térmico - Envolvente térmica de edificios Cálculo de resistencias y transmitancias térmicas. Arquitectura y construcción - Zonificación climático habitacional para Chile y recomendaciones para el diseño arquitectónico. Aislación térmica - Cálculo de temperaturas en elementos de construcción.
NCh1973
3 Símbolos, magnitudes y unidades Símbolo
Magnitud representada
Unidad
e
espesor
m
λ
conductividad térmica
W/(m ⋅ °C)
U
transmitancia térmica del elemento
W/(m ⋅ °C)
RT
resistencia térmica total del elemento
m ⋅ °C/W
Rsi
resistencia al traspaso de calor entre la superficie interior del elemento (enfrentada hacia el local) y el aire ambiente de la habitación
m ⋅ °C/W
θi
temperatura del aire ambiente interior
°C
θe
temperatura del aire ambiente exterior
°C
θr
temperatura de rocío o de saturación
°C
He
contenido de humedad del aire exterior
g/kg
His
contenido de humedad del aire interior para el cual comienza a producirse condensación superficial sobre los elementos perimetrales del local
g/kg
N
renovaciones del aire de un local en cada hora
h
mv
masa de vapor que se genera en el local en cada hora
g/h
V
volumen del local
m
2
2
2
-1
3
NOTA - 1 K = 1°C.
4 Terminología Los términos utilizados en la norma se encuentran definidos en NCh849 y NCh853.
5 Disminución y eliminación del riesgo de condensación superficial 5.1 Aislamiento térmico Dado que la causa principal del fenómeno de la condensación superficial es la baja temperatura de las superficies de los elementos respecto a la temperatura del aire ambiente, se ha optado por prescribir un método de cálculo que tienda a eliminar el riesgo de la condensación, aumentando la resistencia térmica de tales elementos. Este método es complementado con el cálculo de las renovaciones de aire necesarias para evitar la condensación.
3
NCh1973 5.1.1 Expresión de cálculo La resistencia térmica mínima requerida para que no se produzca condensación en un elemento perimetral determinado, se obtiene mediante la relación siguiente:
Rt =
( θ I − θ e ) ⋅ R si θi − θ r
(1)
en que:
RT = resistencia térmica total mínima requerida para que no se produzca condensación en el elemento en cuestión (ver NCh853);
θ1
=
temperatura de cálculo para el aire del local;
θ e = temperatura de cálculo para el aire exterior; θ r = temperatura de rocío de cálculo para el aire del local. Depende de la temperatura de uso de local y de la humedad relativa del aire (ver ábaco psicrométrico, en anexo A);
Rsi = resistencia al traspaso del calor entre la superficie interior del elemento y el aire del local. Para la situación de pérdidas térmicas desde el local hacia el exterior bajo la cual se analizan los problemas de condensación superficial, Rsi vale: 0,12 m2 ⋅ °C/W para elementos verticales o con pendiente sobre la horizontal mayor que 60°. 0,09 m2 ⋅ °C/W para elementos de techo con encieladuras horizontales o con pendiente sobre la horizontal menor o igual que 60°. 0,17 m2 ⋅ °C/W para pisos. 5.1.2 Resistencia térmica mínima para disminuir el riesgo de condensación Los elementos perimetrales de locales de habitación (viviendas, oficinas, escuelas, hoteles, hospitales, restaurantes, salas de espectáculos o reunión, etc.), deben contar con una resistencia térmica total mínima que permita disminuir el riesgo de condensación superficial (se excluyen los huecos acristalados, como ventanas, claraboyas, etc.). Partiendo de la base que se cumplen las exigencias de control higrotérmico en los locales (renovación adecuada del aire), es posible reducir el riesgo de condensación si la resistencia térmica de los elementos perimetrales es suficiente para evitar la condensación cuando se tiene una humedad relativa del aire de 75% en ambientes con producción reducida de vapor de agua.
4
NCh1973 La resistencia térmica mínima, RT, se calcula con la ecuación 1, considerando que: θi
=
θe =
corresponde a la temperatura de uso del local; corresponde a la temperatura mínima promedio para el mes más frío del año en la localización en que se encuentra el edificio;
θr =
corresponde a la temperatura de rocío para el aire del local.
5.1.3 Resistencia térmica mínima para eliminar el riesgo de condensación superficial La eliminación del riesgo de condensación se consigue considerando las condiciones más desfavorables. Para el cálculo de la resistencia térmica, en la ecuación 1 se debe considerar, entonces que: θi
=
θe =
corresponde a la temperatura máxima de uso del local; corresponde a la temperatura mínima promedio para el mes más frío del año en la localidad en que se encuentra el edificio;
θr =
corresponde a la temperatura de rocío para el aire del local, al cual se le asigna la máxima humedad relativa esperada y una temperatura seca igual a la temperatura máxima de uso del local.
NOTA - Al cálculo de la resistencia térmica para eliminar la condensación, debe agregarse la correspondiente verificación de la renovación del aire ambiente. Se podrá prescindir de esto en aquellos casos en que se desee mantener una muy elevada humedad relativa (cámara húmeda, por ejemplo).
5.1.4 Método gráfico A efectos de facilitar el cálculo se acompañan los ábacos siguientes, que permiten determinar la resistencia térmica total mínima para evitar la condensación superficial en elementos perimetrales en función de la temperatura exterior y la humedad relativa del aire en los locales.
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NCh1973
Figura 1 – Resistencia térmica total mínima de un elemento vertical para evitar condensación
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NCh1973
Figura 2 – Resistencia total mínima de un elemento horizontal de techumbre para evitar condensación
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NCh1973
Figura 3 – Resistencia total mínima de un elemento de piso, para evitar condensación superficial
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NCh1973 Estos ábacos están calculados de acuerdo con la ecuación 1, para una temperatura seca interior de 20°C. Si la temperatura de uso del local es inferior a dicho valor, queda garantizada la no ocurrencia de condensación. Si es mayor (caso poco frecuente), puede aumentarse la resistencia térmica dada por el gráfico en un 5% por cada grado Celsius de diferencia. 5.1.5 Incremento de la resistencia térmica de elementos existentes El espesor mínimo de aislante térmico, de conductividad térmica λ, que se debe agregar a un elemento existente cuya resistencia térmica total es RTO, queda dado por la expresión: e = λ ⋅ (RT - RTO)
(2)
en que: RT
=
es la resistencia térmica total necesaria para disminuir (aislamiento mínimo) o eliminar el riesgo de condensación superficial, calculada mediante la ecuación 1 o con la ayuda de los ábacos indicados en 5.1.4;
RTO
=
es la resistencia térmica total del elemento existente calculada según NCh853.
5.2 Renovación del aire Una vez determinada la resistencia térmica requerida (de acuerdo con la temperatura y humedad relativa de uso), se debe verificar que la renovación del aire ambiente sea suficiente para impedir que el contenido de humedad del aire, se eleve por sobre el valor establecido para el cálculo de dicha resistencia. 5.2.1 Expresión de cálculo El número de renovaciones, N, del volumen de aire contenido en un local determinado, V, queda dado por la condición siguiente:
N>
0,83 ⋅ md (H is - H e ) V
(3)
en que:
mv = es la masa de vapor de agua producida en cada hora dentro del local; H is = es el contenido de humedad absoluta del aire interior para la temperatura de uso y la máxima humedad relativa permitida sin que se produzca condensación superficial en los elementos perimetrales;
H e = es el contenido de humedad absoluta del aire exterior. Para efectos de cálculo, en el exterior se supone una humedad relativa de un 90%;
V
=
es el volumen del local. 3
NOTA - A 20°C, un kilogramo de aire seco o húmedo ocupa un volumen de 0,83 m , aproximadamente. Un metro cúbico de aire pesa 1,20 kg, aproximadamente.
9
NCh1973 5.2.2 Renovación del aire por infiltraciones En general, los locales destinados a la ocupación de personas no son estancos a las infiltraciones, existiendo una renovación permanente del aire ambiente por rendijas de puertas y ventanas, etc. Cuando la producción de vapor de agua en un local es reducida, ésta puede ser suficiente para mantener el contenido de humedad del aire ambiente bajo el nivel permitido por la resistencia térmica mínima. Si el número de renovaciones, N, requerido fuese mayor, se deberán contemplar aberturas de ventilación o la instalación de sistemas mecánicos de extracción del aire húmedo. NOTA - En el anexo B se entregan algunos valores típicos del número de renovaciones conseguidas por infiltraciones en viviendas.
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NCh1973
Anexo A Abaco psicrométrico
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NCh1973
Anexo B (Informativo) Renovación del aire por infiltraciones B.1 Método de las rendijas El caudal de aire infiltrado a través de una determinada puerta o ventana se obtiene multiplicando el caudal unitario entregado en la tabla 2 por la longitud total de rendijas de la puerta o ventana. El aire, sin embargo, no penetra a través de las puertas y ventanas de un edificio al mismo tiempo, ya que la presión del viento es efectiva sólo en una dirección. Por consiguiente, es necesario calcular las infiltraciones separadamente para cada pared expuesta al aire exterior. La infiltración total en el local se determina de acuerdo con las condiciones estipuladas en la tabla 1, siguiente: Tabla 1 Cantidad de aire renovado por infiltración natural dentro de un espacio cerrado Número de paredes exteriores Una
Total de las infiltraciones por las rendijas de puertas y ventanas existentes en la pared.
Dos
Total de la pared que tenga la mayor infiltración.
Tres o cuatro
12
Cantidad de aire infiltrado en el local
Total de la pared que tenga mayor infiltración o la mitad del total general de infiltraciones; se toma el mayor valor de los dos.
NCh1973 Tabla 2 3
Infiltraciones por rendijas de ventanas y puertas en m /h por metro lineal de rendija Elemento
Velocidad del viento en km/h 8
16
24
32
40
48
56
0,7 0,4 2,5 0,6
2,0 1,2 6,4 1,8
3,6 2,2 10,3 3,2
5,5 3,3 14,5 4,7
7,4 4,6 18,4 6,6
9,6 5,8 23,4 8,5
11,8 7,0 28,4 10,4
1,8 0,6
4,4 1,8
6,8 2,9
9,6 4,3
12,8 5,6
15,6 7,1
18,4 8,6
4,8
10,0
16,1
22,8
28,4
34,5
40,6
0,6 1,3
1,7 3,0
3,0 4,8
4,3 7,1
5,6 9,3
6,8 11,7
8,0 14,1
17,8 26,7 35,6
35,6 55,6 72,4
54,5 78,0 105,8
72,4 111,4 144,9
89,1 133,8 144,9
105,8 161,7 211,9
122,5 189,6 278,9
2,5 1,3
6,4 3,2
10,2 6,1
14,2 7,4
18,3 9,2
22,4 11,0
26,5 12,8
5,0 2,5
12,7 6,3
20,4 10,2
28,3 14,2
36,6 18,3
44,9 22,4
53,2 26,5
Ventanas Ventanas de guillotina con marco de madera: normal sin burlete normal con burlete desajustada sin burlete desajustada con burlete Ventanas de guillotina con marco metálico: sin burlete con burlete Ventanas de abatir tipo industrial con marcos metálicos, rendija de 1,6 mm Ventanas de abatir tipo residencial con marcos metálicos, suspendidas con bisagras, eje vertical de giro: rendijas de 0,4 mm rendijas de 0,8 mm Puertas Puertas de vidrio: con rendija de 3 mm con rendija de 5 mm con rendija de 6,5 mm Puertas comunes de madera o metal bien ajustadas: sin burlete con burlete Puertas comunes de madera o metal mal ajustadas: sin burlete con burlete
NOTA - Los valores de la presente tabla han sido extraídos de Heating Ventilating and Air Conditioning Guide, HVAC - Guide 1950.
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NCh1973 B.2 Métodos de las renovaciones Bajo condiciones normales, instalaciones de un mismo tipo tendrán, en general, casi igual número de renovaciones de aire por hora a causa de las infiltraciones por puertas y ventanas. Bajo esta premisa, las renovaciones del aire en un local pueden estimarse iguales a las que se presentan en la tabla 3, siguiente: Tabla 3 Renovaciones de aire motivadas por la infiltración natural del aire, bajo condiciones normales, a través de puertas y ventanas Clase de habitación o edificio
Número de renovaciones por hora
Habitaciones con un lado expuesto al exterior
1
Habitaciones con dos lados expuestos al exterior
1,5
Habitaciones con tres o cuatro lados expuestos al exterior
2
Habitaciones sin puertas o ventanas al exterior
0,5 a
Salas de recepción
2
Cuartos de baño
2
Almacenes
1
a
0,75
3
Se sugiere efectuar una comprobación de las renovaciones obtenidas con este método respecto a las determinadas por el método de las rendijas. Una diferencia de un 50% puede considerarse como caso corriente. Si la diferencia es mayor, la explicación puede encontrarse en causas tales como: velocidades del viento extremadamente altas, cantidad de puertas y ventanas fuera de lo normal, calidad de construcción deficiente, etc. En tal caso primará el cálculo obtenido por el método de las rendijas.
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NCh1973
Anexo C (Informativo)
Ejemplo de cálculo Sea una sala de estar de un edificio ubicado en Santiago. En ella se mantiene una temperatura del aire ambiente, constante, de 20°C. Además, se desea mantener una humedad relativa no superior al 75%. El volumen de la sala es de 30 m3. La renovación del aire ambiente por infiltraciones a través de puertas y ventanas es de 1,2 renovaciones/hora.
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NCh1973 El vapor de agua generado en el ambiente es de 400 g/h, correspodiente a: -
estufa a kerosene con llama abierta
:
250 g/h
-
tres personas
:
150 g/h
C.1 Resistencia térmica mínima de los muros perimetrales del local Los datos para el cálculo son los siguientes: -
temperatura del aire en el local
θi
:
-
temperatura del aire exterior
θe
:
20°C 3,2°C
La temperatura del aire exterior corresponde a la mínima promedio para el mes de Julio, en Santiago. -
temperatura de rocío del aire ambiente, θr
:
15,5°C
Aun cuando la humedad relativa del local resultara inferior a un 75%, la resistencia térmica mínima se debe calcular con este límite. El aire a 20°C con una humedad relativa de un 75%, (punto C del ábaco psicrométrico) posee una temperatura de rocío de 15,5°C (punto D del mismo ábaco).
-
16
coeficiente Rsi : 0,12 m2 ⋅ °C/W (ver 5.1.1).
NCh1973 Introduciendo los valores en la ecuación 1 tenemos:
RT =
20 - 3,2) ⋅ 0,12 = 0,45 m2 ⋅ °C/W (20 - 15,5)
La resistencia térmica total que deben poseer los muros que dan al exterior para cumplir con la resistencia térmica mínima es de 0,45 m2 ⋅ °C/W. El mismo valor se puede obtener con el ábaco de la figura 1.
Las resistencias térmicas para otros elementos de la envolvente térmica, como: pisos, cielos, etc., se obtienen con el mismo procedimiento adoptando el valor adecuado para el coeficiente Rsi, entregado en 5.1.1. Los ábacos de 5.1.4 incluyen los cambios relativos a dicho coeficiente. La resistencia térmica mínima garantiza la no ocurrencia de condensación superficial sólo cuando la renovación del aire en el local sea suficiente para que la humedad relativa del aire ambiente no sobrepase el 75%. En consecuencia, debe verificarse la ventilación del recinto. C.2 Renovación del aire. Verificación de la ventilación Los datos para el cálculo son los siguientes: -
la masa de vapor de agua producida en cada hora, mv es de: 400 g/h;
-
el contenido de humedad del aire exterior, He, es de : 4,3 g/kg de aire seco.
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NCh1973 Para una humedad relativa de un 90% y una temperatura seca de 3,2°C (condición representada por el punto A del ábaco psicrométrico), el contenido de humedad del aire exterior es de 4,3 g/kg de aire seco, aproximadamente.
-
El contenido de humedad del aire interior para la temperatura de uso del local (20°C) y la máxima humedad relativa permitida sin que se genere condensación superficial (75%), His es de: 10,8 g/kg de aire seco, aproximadamente.
-
El volumen del local, V es de: 30 m3.
Introduciendo los valores en la ecuación 3, tenemos:
N>
18
0,83 ⋅ 400 = 1,7 (10,8 - 4,3) ⋅ 30
NCh1973 Las renovaciones del aire en el local deberán ser superiores a 1,7 veces/hora. De no ser así, la humedad relativa del aire se elevará por sobre el valor preestablecido para determinar el aislamiento térmico (75%) y se producirá condensación. En nuestro caso, las renovaciones por infiltraciones ascienden sólo a 1,2 veces/hora, en consecuencia, se deberán contemplar aberturas de ventilación (dos aberturas: de entrada para el aire fresco y de salida para el aire húmedo).
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NORMA CHILENA OFICIAL INSTITUTO
NACIONAL
DE
NCh
NORMALIZACION
!
1973.Of87 INN-CHILE
Acondicionamiento térmico - Aislación térmica - Cálculo del aislamiento térmico para disminuir o eliminar el riesgo de condensación superficial Thermal conditioning - Thermal insulation - Calculation of thermal insulation to reduce or eliminate surface condensation risk
Primera edición : 1987 Reimpresión : 1999
Descriptores:
aislación térmica, condensación, resistencia térmica, cálculos matemáticos
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