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Figura 1a. Equipo de medición

Impacto de las infiltraciones de aire en el desempeño
  energético y térmico de las viviendas
Fuente: Hernán Madrid, Felipe Opazo y Oscar Parada, de la Unidad IICoS de DICTUC, Sergio Vera, Ph.D., Escuela de Ingeniería PUC.

En el contexto de la certificación de desempeño energético para viviendas, en nuestra opinión, un aspecto que ha quedado sin considerar adecuadamente son las infiltraciones de aire y los efectos asociados en las cargas (demandas) calefacción. Por lo mismo, es necesario destacar que las infiltraciones afectan negativamente el desempeño energi-térmico de viviendas, y por ende una consideración inadecuada de las mismas puede producir grandes diferencias en las estimaciones de cargas de calefacción.

En general, las infiltraciones de aire son asociadas erróneamente a la ventilación interior, pero existe una diferencia importante entre ellas, que corresponde al control que se tenga sobre éstas. De esta manera, las infiltraciones se producen por el aire que se transporta a través de fisuras o aberturas de la envolvente (muros, puertas, ventanas, techumbres) de manera no intencional debido a diferencias de presión de aire entre el interior y exterior de las viviendas, que a su vez dependen del viento, efecto chimenea y sistema de ventilación. En consecuencia, las infiltraciones son no controladas.


Efectos de las infiltraciones de aire

El efecto más importante de las infiltraciones de aire es el mayor consumo energético para calefacción, asociado a la pérdida de calor que conlleva el aire que se mueve desde el interior hacia el exterior a través de la envolvente. Este movimiento de aire también puede transportar humedad y producir condensaciones intersticiales. Más aún, las mismas huellas por donde se transporta el aire se transmite el ruido, lo que causa una disminución del nivel de aislación acústica de la envolvente. Aquí radica la necesidad de minimizar o incluso eliminar tales infiltraciones.

Basados en estudios en Canadá y Estados Unidos, la American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers, ASHRAE, indica que la contribución que se le atribuye a los diferentes elementos constructivos en la ocurrencia de infiltraciones de aire son 35% a los muros, 18% a los cielos y 15% a las ventanas. También, ASHRAE indica que un 30% de las infiltraciones se producen por los equipos de climatización y chimeneas. En Chile, los sistemas constructivos de viviendas son diferentes y no es común contar con sistemas de ventilación o aire acondicionado. Por ende, los porcentajes anteriores pueden diferir significativamente de los indicados por ASHRAE. Por ejemplo, en el país es esperable que en viviendas de muros de albañilería u hormigón, las infiltraciones se produzcan mayoritariamente por puertas y ventanas, y además por la techumbre en el caso de las casas. Asimismo, en construcciones de muros livianos (estructura de madera o perfiles livianos de acero), los muros pueden contribuir de manera importante a las infiltraciones.


Medición de infiltraciones

Para cuantificar la tasa de infiltraciones de aire existen diversos indicadores, pero uno de los más usados internacionalmente es la tasa de cambio del volumen de aire de una vivienda por unidad de tiempo (hora) a una diferencia de presión de referencia. Tal que las infiltraciones se expresan en 1/h o ach (cambios de aire por hora).

Figura 1b. Esquema de funcionamiento

Los valores típicos de diferencia de presión, a los cuales se reportan las infiltraciones, son 50 Pa y 4 Pa. Debido a que en condiciones de operación reales de viviendas no se producen diferencias de presión de 50 Pa, las infiltraciones estipuladas a esta diferencia de presión permiten facilitar la comparación de resultados de ensayos de viviendas y estipular valores normativos o de regulaciones de construcción. Por ejemplo, en algunos países europeos como Bélgica, Reino Unido y España se exigen valores máximos de infiltraciones a 50 Pa, entre 3,0 y 5,0 ach, dependiendo de cada nación. Por otro lado, la diferencia de presión de 4 Pa corresponde a aquella que sí puede ocurrir normalmente en una vivienda, pero que no se puede medir por ser muy baja. Por ende, la tasa de infiltraciones a 4 Pa es útil como dato de entrada de herramientas computacionales de simulación energi-térmica de edificios.

El ensayo que se utiliza para medir el nivel de infiltración de aire y que está disponible en la unidad de Ingeniería Integral en Construcción Sustentable (IICoS) de DICTUC, se conoce como “Blower Door Test” y es ejecutado bajo normas internacionales (ej. ASTM E779). En términos simples, el ensayo consiste en instalar un ventilador de gran capacidad en la puerta de la vivienda (Figura 1a). La vivienda será presurizada y el aire se filtrará hacia el exterior a través de la envolvente de la vivienda (Figura 1b). Se mide el flujo de aire necesario para producir diferentes intervalos de diferencia de presión (10, 20, 30, 40, 50, y 60 Pa). El flujo necesario para producir una diferencia de presión de 50 Pa es el que se utiliza para determinar la tasa de infiltración en base al volumen de la vivienda (Figura 1c). El principio básico es que en viviendas más selladas se requiere un menor flujo de aire para producir la diferencia de presión de 50 Pa, mientras que en aquellas que presentan mayores huellas de infiltración requieren un mayor volumen de aire para producir la misma diferencia de presión (ver figuras 1a, 1b y 1c).

DICTUC, a través de su unidad IICoS, ha efectuado mediciones de infiltraciones a casas y departamentos nuevos de la zona central, como parte de proyectos de investigación (Innova Corfo 10CREC-8597 realizado por el Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile y la Pontificia Universidad Católica de Chile) y servicios de asesorías.

Dichas mediciones han mostrado que:

Las viviendas sociales de departamentos construidas con muros de hormigón armado o albañilería de ladrillos presentan niveles de infiltración de aire de entre 3,5 a 5,0 ach a 4 Pa (6,0 a 10,0 ach a 50 Pa).

Las viviendas sociales de departamentos construidas con paneles de estructura de perfiles de acero liviano y revestimientos exteriores e interiores de placas de OSB y/o fibrocemento y yeso-cartón presentan niveles de infiltración de aire de entre 9,0 a 11,0 ach a 4 Pa (25,0 a 30,0 ach a 50 Pa).

Las viviendas de estándar medio-alto con muros de la envolvente en albañilería de ladrillos presentan niveles de infiltración de aire de entre 0,7 a 0,9 ach a 4 Pa (2,5 a 4,0 ach a 50 Pa).

Figura 1c. Curva de comportamiento

La tasa de infiltraciones en viviendas sociales de hormigón y muros de albañilería es muy alta, considerando que las infiltraciones sólo se pueden producir a través de puertas y ventanas. Por ende, es claro que en estos casos los sellos entre puertas y ventanas con los muros y la calidad de puertas y ventanas es deficiente. En este mismo sentido, al comparar estos resultados con viviendas de mayor estándar, que tienen muros de albañilería y hormigón, se puede ver el efecto del uso de ventanas de mejor calidad y adecuado sello entre las ventanas y puertas con el muro. Se reduce en 5 veces la tasa de infiltraciones y los valores están dentro de los exigidos en países europeos.

Por otro lado, las infiltraciones en viviendas con muros livianos presentan una tasa mucho mayor que viviendas con muros de hormigón o albañilería, lo que muestra que las infiltraciones se estarían produciendo a través de los muros livianos, lo que puede ser consecuencia de un diseño y/o construcción deficiente. Este es un resultado esperable, ya que los muros livianos de las viviendas investigadas no presentan estrategias para reducir las infiltraciones de aire.


Efecto de las infiltraciones en el comportamiento energético-térmico

Para evaluar el efecto de las infiltraciones de aire en las cargas (demandas) de calefacción de una vivienda, se utilizó un software de simulación dinámica con el modelo de vivienda ubicado en Santiago (Zona térmica 3), variando el nivel de aislación térmica de muros y la tasa de infiltraciones (mostrado en la figura 2a).

Figura 2a. Modelo vivienda. Vista frontal.

Para la simulación computacional se consideraron tres casos de transmitancia térmica de muro, 1,9 (máximo indicado por la Reglamentación Térmica para la Zona 3), 1,0 y 0,5 W/m2•°K que corresponden a líneas mostradas la Figura 3 en color rojo, verde y azul, respectivamente. En todos estos casos la transmitancia térmica del sistema de techumbre es 0,47 W/m2•°K, que es el valor que corresponde al máximo indicado por la Reglamentación Térmica para la Zona 3. Para evaluar el efecto de la tasa de infiltraciones sobre las cargas de calefacción anuales, se varió este valor entre 0,5 y 5,0 ach (Ver figura 3a y 3b). Al analizar los resultados es posible observar que:

1. Al incrementar la tasa de infiltraciones se incrementa linealmente las cargas de calefacción.

2. Al disminuir el coeficiente de transmitancia térmica U de los muros, incorporando más aislante, desde el valor 1,9 W/m2K establecido en OGUC para la Zona 3 a un valor de 0,5 W/m2K (valor menor al estipulado por la OGUC para la Zona 7), produce una disminución del 15% en la carga de calefacción anual a una diferencia de presión de 3,5 ach a 4 Pa.

3. Al disminuir el coeficiente de infiltración de aire desde el valor 3,5 ach (mejor valor medido para viviendas sociales) a 0,8 ach (valor medido para viviendas de estándar medio-alto) produce una disminución del 60% en la carga de calefacción anual. Otro aspecto importante a considerar es el impacto que podría tener la tasa de infiltraciones sobre la certificación energética de viviendas puesta en marcha por el MINVU recientemente. Básicamente, se proveerá un sello para cada vivienda o conjunto de viviendas con un grado de certificación (identificado con letras de A hasta G) de acuerdo a su desempeño energético, basado en las cargas de calefacción, las que se obtendrán modelando y simulando energéticamente las viviendas con el software CCTE. Sin embargo, como muestran las figuras 3a y 3b, las cargas de calefacción son fuertemente afectadas por la tasa de infiltraciones, la que es un dato de entrada de este tipo de herramienta de simulación energética y que actualmente no es modificable. En base a lo anterior surgen tres potenciales problemas:


Figura 3a. Variación carga térmica de calefacción al incrementar aislación.


En el software CCTE el valor de infiltraciones de aire es fijo en 1,0 ach. Por ende, viviendas que presenten un muy buen nivel de aislación térmica pero una muy alta tasa de infiltraciones (mucho mayores a 1,0 ach como se han medido y reportado en este artículo) podrían obtener un alto nivel de certificación energética a pesar que su desempeño es bajo debido a la alta tasa de infiltraciones que no se refleja en la modelación.

Las viviendas cuyo diseño de envolvente reduce significativamente la tasa de infiltraciones a valores menores 1,0 ach, presentarían un desempeño energético modelado menor que el real. Esto podría desmotivar a las empresas inmobiliarias y mandantes públicos a mejorar este aspecto en pro de mejorar el nivel de aislación térmica.

Si el software CCTE permitiera en el futuro poder ingresar el valor de la tasa de infiltraciones, los evaluadores podrían ingresar valores muy bajos de infiltraciones que permitan mejorar el desempeño energético de la vivienda simulada, siendo que en la vivienda real tal valor no es verdadero.


Figura 3b. Variación de carga térmica al disminuir infiltración de aire.


Este artículo, ha mostrado en base a mediciones de infiltraciones y simulciones energéticas realizadas por la unidad IICoS de DICTUC, que viviendas sociales presentan muy altos niveles de infiltraciones, los que deberían ser reducidos significativamente a través de mejores diseños de las envolvente y proceso constructivos adecuados, lo que contribuiría a alcanzar un adecuado desempeño energitérmico de las viviendas. Además, en el marco del de la certificación energética de viviendas, sería recomendable que el software CCTE permita ingresar la tasa de infiltraciones de la vivienda, pero que tal dato fuese respaldado por mediciones certificadas de la tasa de infiltraciones.

Mayo 2012
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Comentarios acerca de este artículo
Pedro Ascui Qualitech (29/03/2016)
Me parece muy interesante el estudio. Nosotros podemos complementar el estudio y mejorar sustancialmente el detectar rápidamente las infiltraciones. Si bien un aspecto es el material usado en la construcción de las viviendas, material que tiene su coeficiente energético especifico, el cual sería muy difícil de cambiar (costo), existe el otro componente (infiltraciones) que podemos detectar ,acotar y reducir a través de la termografía. Nosotros estamos dispuestos a evaluar el tema, ya que sin el blower door test hemos detectado innumerables infiltraciones y ahora estamos ofreciendo el servicio para reducir éstas perdidas.
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