Una barrera radiante es un tipo de material de construcción que refleja la radiación térmica y reduce la transferencia de calor . Debido a que la energía térmica también se transfiere por conducción y convección , además de la radiación, las barreras radiantes suelen complementarse con aislamiento térmico que ralentiza la transferencia de calor por conducción o convección.
Una barrera radiante refleja la radiación de calor (calor radiante), evitando la transferencia de un lado de la barrera a otro debido a una superficie reflectante de baja emitancia . En aplicaciones de construcción, esta superficie suele ser una lámina de aluminio muy delgada, similar a un espejo. La lámina puede estar revestida para resistir los elementos o para resistir la abrasión. La barrera radiante puede ser de una o dos caras. La barrera radiante de un lado se puede unir a materiales aislantes , como poliisocianurato , espuma rígida, aislamiento de burbujas o tableros de fibra orientada (OSB). Se puede adherir cinta reflectante a tiras de barrera radiante para convertirla en una barrera de vapor contigua o, alternativamente, se puede perforar la barrera radiante para transmitir el vapor.
Todos los materiales existentes desprenden o emiten energía por radiación térmica como resultado de su temperatura. La cantidad de energía irradiada depende de la temperatura de la superficie y de una propiedad llamada emisividad (también llamada "emisividad"). La emisividad se expresa como un número entre cero y uno en una longitud de onda determinada. Cuanto mayor sea la emisividad, mayor será la radiación emitida en esa longitud de onda. Una propiedad material relacionada es la reflectividad (también llamada "reflectancia"). Esta es una medida de cuánta energía refleja un material en una longitud de onda determinada. La reflectividad también se expresa como un número entre 0 y 1 (o un porcentaje entre 0 y 100). A una longitud de onda y un ángulo de incidencia determinados, los valores de emisividad y reflectividad suman 1 según la ley de Kirchhoff . [ cita necesaria ]
Los materiales de barrera radiante deben tener una emisividad baja (normalmente 0,1 o menos) en las longitudes de onda en las que se espera que funcionen. Para los materiales de construcción típicos, las longitudes de onda se encuentran en el espectro infrarrojo medio y largo , en el rango de 3 a 15 micrómetros. [ cita necesaria ]
Las barreras radiantes pueden presentar o no una alta reflectividad visual. Si bien la reflectividad y la emisividad deben sumar 1 en una longitud de onda determinada, la reflectividad en un conjunto de longitudes de onda (visible) y la emisividad en un conjunto diferente de longitudes de onda (térmica) no necesariamente suman 1. Por lo tanto, es posible crear colores visiblemente oscuros. Superficies con baja emisividad térmica. [ cita necesaria ]
Para funcionar correctamente, las barreras radiantes deben estar orientadas hacia un espacio abierto (por ejemplo, aire o vacío) a través del cual, de otro modo, habría radiación. [1]
En 1860, el científico francés Jean Claude Eugene Peclet [2] experimentó con el efecto aislante de metales de alta y baja emisión enfrentados a espacios aéreos. [3] Peclet experimentó con una amplia variedad de metales, desde estaño hasta hierro fundido, y llegó a la conclusión de que ni el color ni la reflectancia visual eran factores determinantes significativos en el rendimiento de los materiales. Peclet calculó la reducción en BTU para superficies de alta y baja emisión que dan a varios espacios de aire, descubriendo los beneficios de una barrera radiante para reducir la transferencia de calor.
En 1925, dos empresarios alemanes, Schmidt y Dykerhoff, solicitaron patentes sobre superficies reflectantes para su uso como aislamiento de edificios porque las recientes mejoras en la tecnología permitieron que el papel de aluminio de baja emisividad fuera comercialmente viable. Esto se convirtió en la plataforma de lanzamiento de barreras radiantes y aislamientos reflectantes en todo el mundo, y en los siguientes 15 años, se instalaron millones de pies cuadrados de barreras radiantes solo en los EE. UU. [2] En 30 años, Radiant Barrera se estaba haciendo un nombre y se incluyó en proyectos en el MIT, Princeton y la residencia de Frank Sinatra en Palm Springs, California.
Para el programa Apolo , la NASA ayudó a desarrollar una fina lámina de aluminio que reflejaba el 95% del calor radiante. [4] Se utilizó una película metalizada para proteger las naves espaciales, los equipos y los astronautas de la radiación térmica o para retener el calor en las fluctuaciones extremas de temperatura del espacio. [4] El aluminio se recubrió al vacío hasta formar una película delgada y se aplicó a la base de los vehículos de aterrizaje Apollo. También se utilizó en muchos otros proyectos de la NASA, como el telescopio espacial James Webb y el Skylab . En el vacío del espacio exterior , donde las temperaturas pueden oscilar entre -400 y 250 °F (-240 y 120 °C) [5] la transferencia de calor se realiza únicamente por radiación, por lo que una barrera radiante es mucho más eficaz que en la Tierra. donde entre el 5% y el 45% de la transferencia de calor aún puede ocurrir mediante convección y conducción, incluso cuando se implementa una barrera radiante efectiva. La barrera radiante [5] es una tecnología espacial certificada por la Fundación Espacial (TM). La barrera radiante fue incluida en el Salón de la Fama de la Tecnología Espacial en 1996.
Desde la década de 1970, [4] láminas de poliéster metalizado llamadas mantas espaciales han estado disponibles comercialmente como medio para prevenir la hipotermia y otras lesiones causadas por el clima frío. Debido a su durabilidad y peso ligero, estas mantas son populares para aplicaciones de supervivencia y primeros auxilios. Se pueden ver enjambres de personas envueltas en una película metalizada reflectante después de un maratón, especialmente donde las temperaturas son particularmente frías, como durante el maratón anual de la ciudad de Nueva York que se lleva a cabo en el otoño. [6]
El vidrio de las ventanas se puede recubrir para lograr una baja emisividad o "low-e". Algunas ventanas utilizan una película laminada de poliéster en la que al menos una capa ha sido metalizada mediante un proceso llamado pulverización catódica . La pulverización catódica se produce cuando se vaporiza un metal, normalmente aluminio, y se pasa a través de él una película de poliéster. Este proceso se puede ajustar para controlar la cantidad de metal que finalmente recubre la superficie de la película.
Estas películas metalizadas se aplican a una o más superficies del vidrio para resistir la transferencia de calor radiante, pero las películas son tan delgadas que dejan pasar la luz visible. Dado que los revestimientos delgados son frágiles y pueden dañarse cuando se exponen al aire y la humedad, los fabricantes suelen utilizar ventanas de paneles múltiples. Si bien las películas generalmente se aplican al vidrio durante la fabricación, algunas películas pueden estar disponibles para que los propietarios las apliquen ellos mismos. Por lo general, se espera que las películas para ventanas aplicadas por los propietarios duren entre 10 y 15 años. [7]
Cuando la energía solar radiante incide sobre un tejado, calentando el material del tejado (tejas, tejas o láminas para tejado) y el revestimiento del tejado por conducción, hace que la parte inferior de la superficie del tejado y la estructura del tejado irradien calor hacia abajo a través del espacio del tejado (ático/techo). cavidad) hacia el piso del ático o la superficie superior del techo. Cuando se coloca una barrera radiante entre el material del techo y el aislamiento en el piso del ático, gran parte del calor irradiado desde el techo caliente se refleja hacia el techo y la baja emisividad de la parte inferior de la barrera radiante significa que muy poco calor radiante se emite hacia abajo. Esto hace que la superficie superior del aislamiento sea más fría de lo que habría sido sin una barrera radiante y, por lo tanto, reduce la cantidad de calor que se mueve a través del aislamiento hacia las habitaciones de abajo.
Esto es diferente de la estrategia del techo frío, que refleja la energía solar antes de calentar el techo, pero ambas son formas de reducir el calor radiante. Según un estudio realizado por Florida Solar Energy Center, [8] un techo fresco de tejas blancas o de metal blanco puede superar al techo tradicional de tejas negras con una barrera radiante en el ático, pero el techo de tejas negras con barrera radiante superó al techo fresco de tejas rojas.
Para instalar una barrera radiante debajo de un techo de metal o tejas, la barrera radiante (con el lado brillante hacia abajo) NO debe aplicarse directamente sobre el revestimiento del techo, porque el área de contacto alta reduce la eficacia de la superficie metálica como bajo emisor. Se pueden aplicar listones verticales (también conocidos como tiras de fijación) encima de dicho revestimiento; luego se puede colocar OSB con barrera radiante encima de los listones. Los listones permiten más espacio de aire que la construcción sin listones. Si no hay espacio de aire o es demasiado pequeño, el calor se conducirá desde la barrera radiante hacia la subestructura, lo que provocará una lluvia de infrarrojos no deseada en las regiones inferiores. Recuerde que la madera es un mal aislante y, por tanto, conduce el calor desde la barrera radiante a las superficies inferiores de dicha madera, donde, a su vez, desprende calor emitiendo radiación IR. Según el Departamento de Energía de EE. UU., "Los productos de aislamiento reflectante y barrera radiante deben tener un espacio de aire adyacente al material reflectante para que sean efectivos". [9]
La aplicación más común de una barrera radiante es como revestimiento de áticos. Para un techo tradicional de tejas, tejas o hierro, se pueden aplicar barreras radiantes debajo de las vigas o vigas y debajo de la plataforma del techo. Este método de aplicación tiene las láminas de barrera radiante colocadas debajo de las vigas, creando un pequeño espacio de aire arriba con la barrera radiante mirando hacia todo el espacio interior del ático debajo. [10] El laminado de lámina reflectante es un producto comúnmente utilizado como lámina de barrera radiante.
Otro método para aplicar una barrera radiante al techo en construcciones nuevas es utilizar una barrera radiante prelaminada a paneles OSB o revestimiento de techo. Los fabricantes de este método de instalación a menudo promocionan el ahorro en costos de mano de obra al usar un producto que sirve como plataforma de techo y barrera radiante al mismo tiempo.
Para aplicar una barrera radiante en un ático existente, se puede grapar una barrera radiante en la parte inferior de las vigas del techo. Este método ofrece los mismos beneficios que el método cubierto en el sentido de que se proporcionan dos espacios de aire. Sin embargo, es esencial que las rejillas de ventilación permanezcan abiertas para evitar que la humedad quede atrapada en el ático. En general, se prefiere aplicar la barrera radiante con el LADO BRILLANTE ABAJO en la parte inferior del techo con un espacio de aire hacia abajo; por lo tanto el polvo no la derrotará, como sería el caso de una barrera SHINY SIDE UP. [11]
El último método para instalar una barrera radiante en un ático es colocarla sobre la parte superior del aislamiento del piso del ático. Si bien este método puede ser más efectivo en invierno [12], existen algunas preocupaciones potenciales con esta aplicación, que el Departamento de Energía de EE. UU. [11] y la Asociación Internacional de Fabricantes de Aislamiento Reflectante [10] sienten la necesidad de abordar. En primer lugar, aquí siempre se debe utilizar una barrera radiante transpirable. Esto normalmente se consigue mediante pequeñas perforaciones en la lámina de barrera radiante. La tasa de transmisión de vapor de la barrera radiante debe ser de al menos 5 perm, medida con ASTM E96, y la humedad en el aislamiento debe verificarse antes de la instalación. En segundo lugar, el producto debe cumplir con la propagación de llama requerida, que incluye ASTM E84 con el método ASTM E2599. Por último, este método permite que el polvo se acumule sobre la superficie superior de la barrera radiante, lo que podría reducir la eficiencia con el tiempo.
Según un estudio de 2010 realizado por el Programa de investigación de envolventes de edificios del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, [13] las casas con conductos de aire acondicionado en el ático en las zonas climáticas más cálidas, como en el sur profundo de EE. UU. , podrían beneficiarse al máximo de intervenciones de barrera radiante, con ahorros anuales en las facturas de servicios públicos de hasta $150, mientras que los hogares en climas más suaves, por ejemplo, Baltimore, podrían ahorrar aproximadamente la mitad de los de sus vecinos del sur. Por otro lado, si no hay conductos ni controladores de aire en el ático, el ahorro anual podría ser incluso mucho menor, desde unos 12 dólares en Miami hasta 5 dólares en Baltimore. Sin embargo, una barrera radiante aún puede ayudar a mejorar el confort y reducir la carga máxima de aire acondicionado.
Un error común con respecto a la barrera radiante es que el calor que se refleja en la barrera radiante hacia el techo tiene el potencial de aumentar la temperatura del techo y posiblemente dañar las tejas. Las pruebas de rendimiento realizadas por el Florida Solar Energy Center [8] demostraron que el aumento de temperatura en la parte más calurosa del día no fue más de aproximadamente 5 grados F. De hecho, este estudio demostró que la barrera radiante tenía el potencial de disminuir la temperatura del techo una vez. El sol se puso porque impedía la pérdida de calor por el techo. RIMA International escribió un documento técnico sobre el tema que incluía declaraciones recopiladas de grandes fabricantes de techos, y ninguna decía que la barrera radiante afectaría de alguna manera la garantía de las tejas. [14]
Al colocar una barrera radiante sobre el aislamiento del piso del ático, es posible que se acumule polvo en la parte superior. Muchos factores, como el tamaño de las partículas de polvo, la composición del polvo y la cantidad de ventilación en el ático, afectan la forma en que se acumula el polvo y, por lo tanto, el rendimiento final de la barrera radiante en el ático. Un estudio realizado por la Autoridad del Valle de Tennessee https://www.aivc.org/sites/default/files/airbase 4716.pdf aplicó mecánicamente una pequeña cantidad de polvo sobre una barrera radiante y no encontró ningún efecto significativo al realizar pruebas de rendimiento. Sin embargo, TVA hizo referencia a un estudio anterior que afirmaba que era posible que la barrera radiante acumulara tanto polvo que su reflectividad podría reducirse casi a la mitad. No es cierto que una barrera radiante de doble cara en el suelo del ático sea inmune al problema del polvo. El estudio TVA [12] también probó una barrera radiante de doble cara con plástico negro cubierto en la parte superior para simular una gran acumulación de polvo, así como una barrera radiante de una sola cara con papel kraft pesado en la parte superior. La prueba indicó que la barrera radiante no estaba funcionando y que los pequeños espacios de aire creados entre los picos del aislamiento no eran suficientes para bloquear el calor radiante.
La barrera radiante se puede utilizar como una piel ventilada alrededor del exterior de una pared. [10] Se aplican tiras de enrasado al revestimiento para crear un espacio de ventilación entre la barrera radiante y el revestimiento, y se utilizan respiraderos en la parte superior e inferior para permitir que el calor convectivo se eleve naturalmente al ático. Si se utiliza ladrillo en el exterior, es posible que ya exista un espacio de ventilación y no sean necesarios listones de enrasado. Envolver una casa con una barrera radiante puede dar como resultado una reducción del 10% al 20% en el tonelaje requerido del sistema de aire acondicionado y ahorrar energía y costos de construcción.
Las láminas reflectantes, los aislamientos de láminas de burbujas y las barreras radiantes se destacan por su capacidad de reflejar la radiación solar no deseada en climas cálidos, cuando se aplican correctamente. Las láminas reflectantes se fabrican a partir de láminas de aluminio con una variedad de soportes, como papel para techos, papel artesanal, películas plásticas, burbujas de polietileno o cartón. La lámina de burbujas reflectante es básicamente una lámina de plástico de burbujas con una capa de lámina reflectante y pertenece a una clase de productos aislantes conocidos como láminas radiantes. Los aislamientos reflectantes de burbujas/lámina son principalmente barreras radiantes, y los sistemas de aislamiento reflectante funcionan reduciendo la ganancia de calor radiante. Para ser eficaz, la superficie reflectante debe estar orientada hacia un espacio de aire; además, la acumulación de polvo en la superficie reflectante reducirá su capacidad reflectante. La barrera radiante debe instalarse de manera que se minimice la acumulación de polvo en la superficie reflectante.
Las barreras radiantes son más efectivas en climas cálidos que en climas más fríos (especialmente cuando los conductos de aire de refrigeración están ubicados en el ático). Cuando el sol calienta un tejado, es principalmente la energía radiante del sol la que calienta el tejado. Gran parte de este calor viaja por conducción a través de los materiales del techo hasta el lado del ático del techo. El material caliente del tejado irradia entonces la energía térmica obtenida hacia las superficies más frías del ático, incluidos los conductos de aire y el suelo del ático. Una barrera radiante reduce la transferencia de calor radiante desde la parte inferior del techo a las otras superficies del ático. Algunos estudios muestran que las barreras radiantes pueden reducir los costos de enfriamiento entre un 5% y un 10% cuando se usan en un clima cálido y soleado. La reducción de la ganancia de calor puede incluso permitir un sistema de aire acondicionado más pequeño. Sin embargo, en climas fríos, suele ser más rentable instalar más aislamiento térmico que agregar una barrera radiante. [15]
Tanto el Departamento Americano de Energía (DOE, Energy Efficiency & Renewable Energy Department) [16] como el Ministerio de Recursos Naturales (NRCAN) [17] afirman que estos sistemas no son recomendados para climas fríos o muy fríos.
Se considera que Canadá tiene un clima frío, por lo que estos productos no funcionan como se promociona. Aunque a menudo se comercializan ofreciendo valores de aislamiento muy altos, no existe una norma específica para los productos de aislamiento radiante, así que tenga cuidado con los testimonios publicados y las afirmaciones de rendimiento térmico de los fabricantes. Las investigaciones han demostrado que el valor de aislamiento de los aislamientos de láminas de burbujas reflectantes y las barreras radiantes puede variar de RSI 0 (R-0) a RSI 0,62 (R-3,5) por espesor de material. Un estudio realizado por CMHC (Canada Mortgage & Housing Corporation) en cuatro casas en París, ON, encontró que el rendimiento de la lámina de burbujas era similar al de un piso sin aislamiento. También realizó un análisis de costo-beneficio y la relación costo-beneficio fue de 12 a 13 dólares por metro cúbico RSI. [17]
El valor de aislamiento efectivo depende del número de espacios de aire muertos adyacentes, de las capas de lámina y del lugar donde están instalados. Si la lámina se lamina sobre un aislamiento de espuma rígida, el valor de aislamiento total se obtiene sumando el RSI del aislamiento de espuma al RSI del espacio de aire muerto y la lámina. Si no hay espacio de aire o una capa de burbujas transparente, el valor RSI de la película es cero.
Lata Peclet.
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