El aislamiento de edificios es un material utilizado en un edificio (específicamente en la envolvente del edificio) para reducir el flujo de energía térmica. Si bien la mayor parte del aislamiento en los edificios tiene fines térmicos , el término también se aplica al aislamiento acústico , al aislamiento contra incendios y al aislamiento contra impactos (por ejemplo, para las vibraciones causadas por aplicaciones industriales). A menudo se elegirá un material aislante por su capacidad para realizar varias de estas funciones a la vez.
Desde tiempos prehistóricos, el hombre ha creado aislamientos térmicos con materiales como pieles de animales y plantas. Con el desarrollo agrícola surgieron refugios de tierra, piedra y cuevas. En el siglo XIX, la gente empezó a producir paneles aislantes y otros materiales artificiales. Actualmente, el aislamiento se divide en dos categorías principales: aislamiento a granel y aislamiento reflectante. Los edificios suelen utilizar una combinación.
El aislamiento es una importante inversión económica y medioambiental para los edificios. Al instalar aislamiento, los edificios utilizan menos energía para calefacción y refrigeración y los ocupantes experimentan menos variabilidad térmica. Reequipar los edificios con mayor aislamiento es una importante táctica de mitigación del cambio climático , [1] [2] especialmente cuando los edificios se calientan con petróleo, gas natural o electricidad a base de carbón. Los gobiernos y empresas de servicios públicos locales y nacionales a menudo tienen una combinación de incentivos y regulaciones para fomentar los esfuerzos de aislamiento en edificios nuevos y renovados como parte de programas de eficiencia con el fin de reducir el uso de energía de la red y sus impactos ambientales y costos de infraestructura relacionados.
El aislamiento térmico generalmente se refiere al uso de materiales aislantes apropiados y adaptaciones de diseño de edificios para retardar la transferencia de calor a través del recinto para reducir la pérdida y ganancia de calor. [3] La transferencia de calor es causada por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior. [3] El calor puede transferirse por conducción, convección o radiación. La tasa de transmisión está estrechamente relacionada con el medio de propagación. [3] El calor se pierde o se gana por transmisión a través de techos, paredes, pisos, ventanas y puertas. Esta reducción y adquisición de calor generalmente no son bienvenidas. No sólo aumenta la carga del sistema HVAC, lo que genera más desperdicio de energía, sino que también reduce el confort térmico de las personas en el edificio. El aislamiento térmico en los edificios es un factor importante para conseguir el confort térmico de sus ocupantes. [4] El aislamiento reduce la pérdida o ganancia de calor no deseada y puede disminuir las demandas de energía de los sistemas de calefacción y refrigeración. No aborda necesariamente cuestiones de ventilación adecuada y puede afectar o no al nivel de aislamiento acústico. En un sentido estricto, el aislamiento puede referirse simplemente a los materiales aislantes empleados para frenar la pérdida de calor, tales como: celulosa , lana de vidrio , lana de roca , poliestireno , espuma de poliuretano , vermiculita , perlita , fibra de madera , fibra vegetal ( cannabis , lino , algodón) . , corcho , etc.), mezclilla de algodón reciclado , paja , fibra animal ( lana de oveja ), cemento y tierra o suelo, aislamiento reflectante (también conocido como barrera radiante ), pero también puede implicar una variedad de diseños y técnicas para abordar los principales modos de transferencia de calor : materiales de conducción, radiación y convección.
La mayoría de los materiales de la lista anterior sólo retienen una gran cantidad de aire u otros gases entre las moléculas del material. El gas conduce mucho menos calor que los sólidos. Estos materiales pueden formar cavidades de gas, que pueden usarse para aislar el calor con una baja eficiencia de transferencia de calor. Esta situación también ocurre en el pelaje de animales y plumas de aves; el pelo de animales puede aprovechar la baja conductividad térmica de pequeñas bolsas de gas, para lograr el propósito de reducir la pérdida de calor.
La eficacia del aislamiento reflectante (barrera radiante) se evalúa comúnmente mediante la reflectividad (emisancia) de la superficie con el espacio de aire orientado hacia la fuente de calor.
La efectividad del aislamiento a granel se evalúa comúnmente por su valor R , de los cuales hay dos: métrico (SI) (con unidad K⋅W −1 ⋅m 2 ) y habitual de EE. UU. (con unidad °F⋅ft 2 ⋅h/ BTU), siendo el primero 0,176 veces el segundo numéricamente, o la cantidad recíproca la conductividad térmica o valor U W⋅K −1 ⋅m −2 . Por ejemplo, en los EE. UU., se recomienda que el estándar de aislamiento para áticos sea al menos R-38 unidades estadounidenses (equivalente a R-6,7 o un valor U de 0,15 en unidades SI). [5] Las normas equivalentes en el Reino Unido son técnicamente comparables; el documento L aprobado normalmente requeriría un valor U promedio sobre el área del techo de 0,11 a 0,18, dependiendo de la antigüedad de la propiedad y el tipo de construcción del techo. Los edificios más nuevos deben cumplir estándares más altos que los construidos bajo versiones anteriores de las regulaciones. Es importante darse cuenta de que un valor R o valor U único no tiene en cuenta la calidad de la construcción ni los factores ambientales locales de cada edificio. Los problemas de calidad de la construcción pueden incluir barreras de vapor inadecuadas y problemas con la protección contra corrientes de aire. Además, las propiedades y la densidad del propio material aislante son fundamentales. La mayoría de los países tienen algún régimen de inspecciones o certificación de instaladores aprobados para garantizar que se mantengan buenos estándares.
La historia del aislamiento térmico no es tan larga comparada con otros materiales, pero el ser humano es consciente de la importancia del aislamiento desde hace mucho tiempo. [6] En la época prehistórica, los seres humanos comenzaron su actividad de construir refugios contra los animales salvajes y el mal tiempo, los seres humanos comenzaron su exploración del aislamiento térmico. [6] [7] Los pueblos prehistóricos construyeron sus viviendas utilizando materiales de pieles de animales , pieles y materiales vegetales como caña , lino y paja ; estos materiales se utilizaron primero como materiales de vestimenta, porque sus viviendas eran temporales, eran más Es probable que utilizaran los materiales que utilizaban en la ropa, que eran fáciles de obtener y procesar. [6] Los materiales de pieles de animales y productos vegetales pueden contener una gran cantidad de aire entre las moléculas, lo que puede crear una cavidad de aire para reducir el intercambio de calor.
Posteriormente, la larga vida del ser humano y el desarrollo de la agricultura determinaron que necesitaba un lugar de residencia fijo, comenzaron a surgir casas protegidas por la tierra, casas de piedra y viviendas trogloditas . [6] [7] La alta densidad de estos materiales puede provocar un efecto de retardo en la transferencia térmica, lo que puede hacer que la temperatura interior cambie lentamente. Este efecto mantiene el interior de los edificios cálido en invierno y fresco en verano, además debido a que los materiales como la tierra o la piedra son fáciles de conseguir, este diseño es muy popular en muchos lugares como Rusia, Islandia y Groenlandia. [6]
Los materiales orgánicos fueron los primeros disponibles para construir un refugio para que las personas se protegieran de las inclemencias del tiempo y les ayudaran a mantenerse calientes. [7] Pero los materiales orgánicos como las fibras animales y vegetales no pueden existir durante mucho tiempo, por lo que estos materiales naturales no pueden satisfacer la necesidad a largo plazo de aislamiento térmico de las personas. Entonces la gente empezó a buscar sustitutos que fueran más duraderos. [7] [8] En el siglo XIX, la gente ya no se contentaba con utilizar materiales naturales para el aislamiento térmico, sino que procesaban materiales orgánicos y producían los primeros paneles aislantes. [7] Al mismo tiempo, empiezan a surgir cada vez más materiales artificiales y se desarrolló una amplia gama de materiales aislantes térmicos artificiales, como lana de roca, fibra de vidrio, espuma de vidrio y ladrillos huecos. [8]
El aislamiento térmico puede desempeñar un papel importante en los edificios; las grandes exigencias de confort térmico provocan un gran consumo de energía para la calefacción total de todas las habitaciones. [9] Alrededor del 40% del consumo de energía se puede atribuir al edificio, principalmente consumido por calefacción o refrigeración. Un aislamiento térmico suficiente es la tarea fundamental que garantiza un ambiente interior saludable y contra daños estructurales. También es un factor clave para hacer frente al alto consumo de energía, ya que puede reducir el flujo de calor a través de la envolvente del edificio. Un buen aislamiento térmico también puede aportar los siguientes beneficios al edificio:
El grado de aislamiento que debe tener una casa depende del diseño del edificio, el clima, los costos de energía, el presupuesto y las preferencias personales. Los climas regionales imponen requisitos diferentes. Los códigos de construcción a menudo establecen estándares mínimos de seguridad contra incendios y eficiencia energética , que pueden superarse voluntariamente en el contexto de la arquitectura sostenible para certificaciones ecológicas como LEED .
La estrategia de aislamiento de un edificio debe basarse en una cuidadosa consideración del modo de transferencia de energía y la dirección e intensidad en la que se mueve. Esto puede variar a lo largo del día y de una temporada a otra. Es importante elegir un diseño apropiado, la combinación correcta de materiales y técnicas de construcción que se adapten a la situación particular.
Los requisitos de aislamiento térmico en EE. UU. siguen la ASHRAE 90.1, que es el estándar energético estadounidense para todos los edificios comerciales y algunos residenciales. [13] La norma ASHRAE 90.1 considera múltiples perspectivas, como la prescriptiva, los tipos de envolvente del edificio y el presupuesto de costos energéticos. Y la norma tiene algunos requisitos obligatorios de aislamiento térmico. [13] Todos los requisitos de aislamiento térmico en ASHRAE 90.1 están divididos por la zona climática, lo que significa que la cantidad de aislamiento necesario para un edificio está determinada por la zona climática en la que se ubica el edificio. Los requisitos de aislamiento térmico se muestran como valor R y el valor R de aislamiento continuo como segundo índice. [13] Los requisitos para diferentes tipos de paredes (paredes con estructura de madera, paredes con estructura de acero y paredes de masa) se muestran en la tabla. [14]
Para determinar si debe agregar aislamiento, primero debe averiguar cuánto aislamiento ya tiene en su casa y dónde. Un auditor de energía doméstico calificado incluirá una verificación de aislamiento como parte de rutina de una auditoría energética de toda la casa . [15] Sin embargo, a veces se puede realizar una autoevaluación en determinadas áreas de la casa, como los áticos. En este caso, una inspección visual, junto con el uso de una regla, puede darle una idea de si puede beneficiarse de un aislamiento adicional. [16] Las auditorías energéticas residenciales a menudo se inician debido a que los propietarios son alertados por un aumento gradual en sus facturas de servicios públicos, lo que a menudo refleja que el ático del edificio está mal aislado. [17]
La calculadora de aislamiento del código postal del Departamento de Energía de EE. UU. puede determinar una estimación inicial de las necesidades de aislamiento en los Estados Unidos .
En Rusia , la disponibilidad de gas abundante y barato ha provocado un consumo de energía mal aislado, sobrecalentado y ineficiente. El Centro Ruso para la Eficiencia Energética descubrió que los edificios rusos tienen calefacción excesiva o insuficiente y, a menudo, consumen hasta un 50 por ciento más de calor y agua caliente de lo necesario. [18] [19] El 53 por ciento de todas las emisiones de dióxido de carbono (CO 2 ) en Rusia se producen mediante la calefacción y la generación de electricidad para los edificios. [20] Sin embargo, las emisiones de gases de efecto invernadero del antiguo bloque soviético todavía están por debajo de sus niveles de 1990. [ cita necesaria ]
Los códigos de energía en la Unión Soviética comenzaron a establecerse en 1955, las normas y reglas mencionaron por primera vez el rendimiento de la envolvente del edificio y las pérdidas de calor, y formaron normas para regular las características energéticas de la envolvente del edificio. [21] Y la versión más reciente del código energético de Rusia (SP 50.13330.2012) se publicó en 2003. [21] Los códigos energéticos de Rusia fueron establecidos por expertos de institutos gubernamentales u organizaciones no gubernamentales como ABOK. El código energético de Rusia ha sido revisado varias veces desde 1955, las versiones de 1995 redujeron el agotamiento de energía por metro cuadrado para calefacción en un 20% y la versión de 2000 lo redujo en un 40%. [21] El código también incluye un requisito obligatorio sobre el aislamiento térmico de los edificios, acompañado de algunas disposiciones voluntarias, centradas principalmente en la pérdida de calor desde la estructura del edificio.
Los requisitos de aislamiento térmico de Australia siguen el clima de la ubicación del edificio; la siguiente tabla son los requisitos mínimos de aislamiento basados en el clima, que está determinado por el Código de Construcción de Australia (BCA). [22] El edificio en Australia aplica aislamiento en techos, techos, paredes externas y diversos componentes del edificio (como techos de terraza en climas cálidos, mamparos y pisos). [23] Los mamparos (sección de pared entre techos que están a diferentes alturas) deben tener el mismo nivel de aislamiento que los techos ya que sufren los mismos niveles de temperatura. [24] Y las paredes externas del edificio de Australia deberían estar aisladas para disminuir todo tipo de transferencia de calor. [25] Además de las paredes y los techos, el código energético de Australia también exige aislamiento para los pisos (no todos los pisos). [25] Los pisos elevados de madera deben tener una separación del suelo de alrededor de 400 mm debajo de las vigas más bajas para proporcionar suficiente espacio para el aislamiento, y las losas de concreto, como las losas suspendidas y las losas sobre el suelo, deben aislarse de la misma manera.
China tiene diversas características climáticas, que se dividen por zonas geográficas. [28] Hay cinco zonas climáticas en China para identificar el diseño del edificio que incluye aislamiento térmico. (La zona muy fría, zona fría, zona calurosa de verano y zona fría de invierno, zona calurosa de verano y zona cálida de invierno y zona fría de invierno). [29]
Alemania estableció sus requisitos de eficiencia energética de los edificios en 1977, y el primer código energético: la Ordenanza de Ahorro de Energía (EnEV), que se basa en el rendimiento del edificio, se introdujo en 2002. [30] Y la versión de 2009 de la Ordenanza de Ahorro de Energía aumentó el mínimo Valores R del aislamiento térmico del revestimiento del edificio y requisitos introducidos para las pruebas de estanqueidad al aire. [31] El Reglamento sobre ahorro de energía (EnEV) de 2013 aclaró el requisito de aislamiento térmico del techo. Y mencionó que si no se cumpliera el techo, se necesitará aislamiento térmico en techos registrables sobre las habitaciones climatizadas del piso superior. [El valor U debe ser inferior a 0,24 W/(m 2 ⋅K)] [31]
El decreto de construcción (Bouwbesluit) de los Países Bajos distingue claramente entre casas renovadas y casas de nueva construcción. Las construcciones nuevas cuentan como viviendas completamente nuevas, pero también se consideran viviendas de obra nueva las nuevas incorporaciones y ampliaciones. Además, también se consideran obra nueva las reformas en las que se modifica o amplía al menos el 25% de la superficie del edificio integral. Por lo tanto, durante una renovación profunda, existe la posibilidad de que la nueva construcción deba cumplir con los requisitos de aislamiento de los Países Bajos para edificios nuevos. Si la renovación es de menor tamaño, se aplica la directiva de renovación. Ejemplos de renovación son el aislamiento posterior de una pared hueca y el aislamiento posterior de un tejado inclinado contra las tablas del tejado o debajo de las tejas. Tenga en cuenta que cada renovación debe cumplir con el valor mínimo de Rc de 1,3 W/(m 2 ⋅K). Si el aislamiento actual tiene un valor de aislamiento superior (el nivel legalmente obtenido), entonces este valor cuenta como un límite inferior. [32]
Los requisitos de aislamiento para casas nuevas y edificios pequeños en Nueva Zelanda se establecen en el Código de Construcción y en la norma NZS 4128:2009. [33] [34]
Las zonas 1 y 2 incluyen la mayor parte de la Isla Norte , incluidas la isla Waiheke y la isla Gran Barrera . La Zona 3 incluye el distrito de Taupo , el distrito de Ruapehu y el distrito de Rangitikei al norte de 39°50′ de latitud sur (es decir, al norte de Mangaweka inclusive ) en la Isla Norte, la Isla Sur , la Isla Stewart y las Islas Chatham . [34]
Los requisitos de aislamiento se especifican en las regulaciones de construcción y en Inglaterra y Gales el contenido técnico se publica como Documentos Aprobados. El Documento L define los requisitos térmicos y, si bien establece estándares mínimos, puede permitir que los valores U para elementos como techos y paredes se compensen con otros factores como el tipo de sistema de calefacción en una evaluación del uso de energía de todo el edificio. Escocia e Irlanda del Norte tienen sistemas similares, pero los estándares técnicos detallados no son idénticos. Los estándares se han revisado varias veces en los últimos años, lo que requiere un uso más eficiente de la energía a medida que el Reino Unido avanza hacia una economía baja en carbono .
En condiciones de frío, el objetivo principal es reducir el flujo de calor hacia afuera del edificio. Los componentes de la envolvente del edificio (ventanas, puertas, techos, pisos/cimientos, paredes y barreras de infiltración de aire) son fuentes importantes de pérdida de calor; [35] [36] en una casa que de otro modo estaría bien aislada, las ventanas se convertirán en una fuente importante de transferencia de calor. [37] La resistencia a la pérdida de calor por conducción para un acristalamiento simple estándar corresponde a un valor R de aproximadamente 0,17 m 2 ⋅K⋅W −1 o más del doble que para un doble acristalamiento típico (en comparación con 2–4 m 2 ⋅K⋅ W −1 para bloques de lana de vidrio [38] ). Las pérdidas se pueden reducir mediante una buena climatización , aislamiento masivo y minimizando la cantidad de acristalamiento no aislante (particularmente revestimiento no solar). La radiación térmica interior también puede ser una desventaja con el acristalamiento espectralmente selectivo (baja emisividad, baja emisividad ). Algunos sistemas de acristalamiento aislados pueden duplicar o triplicar los valores R.
Los paneles de vacío y el aislamiento de la superficie de las paredes con aerogel son dos tecnologías que pueden mejorar el rendimiento energético y la eficacia del aislamiento térmico de los edificios residenciales y comerciales en regiones de clima frío como Nueva Inglaterra y Boston. [39] En el pasado, el precio de los materiales de aislamiento térmico que mostraban un alto rendimiento de aislamiento era muy caro. [39] Con el desarrollo de la industria de materiales y el auge de las tecnologías científicas, durante el siglo XX han surgido cada vez más materiales aislantes y tecnologías aislantes, lo que nos brinda varias opciones para el aislamiento de edificios. Especialmente en las zonas de clima frío, se necesita una gran cantidad de aislamiento térmico para hacer frente a las pérdidas de calor provocadas por el clima frío (infiltración, ventilación y radiación). Hay dos tecnologías que vale la pena discutir:
Los VIP se caracterizan por su resistencia térmica ultraalta, [40] su capacidad de resistencia térmica es de cuatro a ocho veces mayor que la de los materiales aislantes de espuma convencionales, lo que conduce a un espesor más delgado de aislamiento térmico de la estructura del edificio en comparación con los materiales tradicionales. Los VIP suelen estar compuestos por paneles centrales y cerramientos metálicos. [40] Los materiales comunes que se utilizan para producir paneles Core son sílice pirógena y precipitada, poliuretano (PU) de celda abierta y diferentes tipos de fibra de vidrio. Y el panel central está cubierto por el gabinete metálico para crear un ambiente de vacío, el gabinete metálico puede garantizar que el panel central se mantenga en el ambiente de vacío. [40] Aunque este material tiene un alto rendimiento térmico, todavía mantiene un precio elevado en los últimos veinte años.
El aerogel fue descubierto por primera vez por Samuel Stephens Kistle en 1931. [41] Es una especie de gel cuyo componente líquido del material se reemplaza por un gas, creando así un material que es 99% aire. [41] Este material tiene un valor R relativamente alto de alrededor de R-10 por pulgada, que es considerablemente más alto en comparación con los materiales aislantes de espuma plástica convencionales, debido a su alta porosidad diseñada. [42] Pero las dificultades de procesamiento y la baja productividad limitan el desarrollo de los aerogeles, [41] el precio de coste de este material sigue siendo alto. Sólo dos empresas en los Estados Unidos ofrecen el producto comercial Aerogel para fines de aislamiento de paredes.
El DOE estima que las pérdidas térmicas se acercan al 30% a través de las ventanas y las ganancias térmicas de la luz solar que provocan un calentamiento no deseado. [43] Debido al alto R asociado con los aerogeles, su uso para aplicaciones de vidriado se ha convertido en un área de interés explorada por muchas instituciones de investigación. Su implementación, sin embargo, no debe obstaculizar la función principal de las ventanas: la transparencia. [44] [45] Por lo general, los aerogeles tienen baja transmisión y parecen turbios, incluso entre los considerados transparentes, razón por la cual generalmente se han reservado para aplicaciones de aislamiento de paredes. [46] Eldho Abraham, investigador de la Universidad de Colorado Boulder, demostró recientemente las capacidades de los aerogeles mediante el diseño de un aerogel de celulosa silanizada (SiCellA) que ofrece cerca del 99% de transmisión visible además de conductividades térmicas que rechazan o retienen eficazmente el calor dependiendo de el ambiente interior, similar a las alteraciones de calefacción/refrigeración. [47] Esto se debe a la porosidad diseñada del 97,5% de SiCellA: los poros son más pequeños que la longitud de onda de la luz visible, lo que conduce a la transmisión; los poros también minimizan el contacto entre las fibras de celulosa, lo que conduce a conductividades térmicas más bajas. [48] El uso de fibras de celulosa se presta a la sostenibilidad, ya que se trata de una fibra de origen natural procedente de pulpas de madera. Esto abre la puerta no sólo a los aerogeles, sino también a la implementación más general de materiales a base de madera en un esfuerzo por ayudar a alternativas de diseño sostenibles con efectos compuestos de ahorro de energía. [49]
En condiciones de calor, la mayor fuente de energía térmica es la radiación solar. [50] Esto puede ingresar a los edificios directamente a través de las ventanas o puede calentar la estructura del edificio a una temperatura más alta que la ambiental, aumentando la transferencia de calor a través de la envolvente del edificio. [51] [52] El coeficiente de ganancia de calor solar (SHGC) [53] (una medida de la transmisión de calor solar) de un acristalamiento simple estándar puede rondar el 78-85%. La ganancia solar se puede reducir mediante una protección solar adecuada, techos de colores claros , pinturas y revestimientos espectralmente selectivos (reflectantes del calor) y varios tipos de aislamiento para el resto de la envolvente. Los acristalamientos con revestimiento especial pueden reducir el SHGC hasta aproximadamente un 10 %. Las barreras radiantes son muy eficaces para los espacios del ático en climas cálidos. [54] En esta aplicación, son mucho más efectivos en climas cálidos que en climas fríos. Para el flujo de calor descendente, la convección es débil y la radiación domina la transferencia de calor a través de un espacio de aire. Las barreras radiantes deben tener un espacio de aire adecuado para ser efectivas.
Si se utiliza aire acondicionado frigorífico en un clima cálido y húmedo, es particularmente importante sellar la envolvente del edificio. La deshumidificación de la infiltración de aire húmedo puede desperdiciar una cantidad significativa de energía. Por otro lado, algunos diseños de edificios se basan en una ventilación cruzada eficaz en lugar de aire acondicionado frigorífico para proporcionar refrigeración por convección a partir de la brisa predominante.
En regiones de clima cálido y seco como Egipto y África, el confort térmico en verano es la cuestión principal; casi la mitad del consumo de energía en las zonas urbanas se agota gracias a los sistemas de aire acondicionado para satisfacer la demanda de confort térmico de la gente; muchos países en desarrollo tienen climas cálidos y secos. La región sufre escasez de electricidad en verano debido al uso cada vez mayor de máquinas de refrigeración. [55] Se ha introducido una nueva tecnología llamada Cool Roof para mejorar esta situación. [56] En el pasado, los arquitectos utilizaban materiales de masa térmica para mejorar el confort térmico, el aislamiento térmico pesado podría causar el efecto de retardo que podría ralentizar la velocidad de transferencia de calor durante el día y mantener la temperatura interior en un cierto rango ( Las regiones de clima cálido y seco suelen tener una gran diferencia de temperatura entre el día y la noche).
El techo frío es una tecnología de bajo coste basada en la reflectancia solar y la emitancia térmica, que utiliza materiales reflectantes y colores claros para reflejar la radiación solar. [55] [56] La reflectancia solar y la emitancia térmica son dos factores clave que determinan el rendimiento térmico del techo, y también pueden mejorar la eficacia del aislamiento térmico, ya que alrededor del 30% de la radiación solar se refleja de regreso al cielo. [56] También se tiene en cuenta la forma del tejado: el tejado curvo puede recibir menos energía solar en comparación con las formas convencionales. [55] [57] Mientras tanto, el inconveniente de esta tecnología es obvio que la alta reflectividad causará molestias visuales. Por otro lado, la alta reflectividad y emisión térmica del tejado aumentará la carga de calefacción del edificio.
La ubicación óptima de los elementos del edificio (por ejemplo, ventanas, puertas, calentadores) puede desempeñar un papel importante en el aislamiento al considerar el impacto de la radiación solar en el edificio y las brisas predominantes. Los laminados reflectantes pueden ayudar a reducir el calor solar pasivo en graneros, garajes y edificios metálicos.
Consulte vidrio aislante y acristalamiento cuádruple para obtener información sobre ventanas.
La envolvente térmica define el espacio acondicionado o habitable de una casa. El ático o el sótano pueden o no estar incluidos en esta zona. Reducir el flujo de aire del interior al exterior puede ayudar a reducir significativamente la transferencia de calor por convección. [58]
Garantizar una baja transferencia de calor por convección también requiere atención a la construcción del edificio ( climatización ) y a la correcta instalación de materiales aislantes. [59] [60]
Cuanto menos flujo de aire natural entre en un edificio, más ventilación mecánica se necesitará para favorecer el confort humano. La alta humedad puede ser un problema importante asociado con la falta de flujo de aire, lo que provoca condensación , pudrición de los materiales de construcción y fomento del crecimiento microbiano como moho y bacterias . La humedad también puede reducir drásticamente la eficacia del aislamiento al crear un puente térmico (ver más abajo). Se pueden incorporar sistemas de intercambio de aire de forma activa o pasiva para abordar estos problemas.
Los puentes térmicos son puntos de la envolvente del edificio que permiten que se produzca la conducción del calor. Dado que el calor fluye por el camino de menor resistencia, los puentes térmicos pueden contribuir a un rendimiento energético deficiente. Un puente térmico se crea cuando los materiales crean un camino continuo a través de una diferencia de temperatura, en el que el aislamiento térmico no interrumpe el flujo de calor. Los materiales de construcción comunes que son malos aislantes incluyen el vidrio y el metal .
El diseño de un edificio puede tener una capacidad limitada de aislamiento en algunas áreas de la estructura. Un diseño de construcción común se basa en paredes de vigas, en las que son comunes los puentes térmicos en vigas y vigas de madera o acero , que generalmente se sujetan con metal. Las áreas notables que comúnmente carecen de aislamiento suficiente son las esquinas de los edificios y las áreas donde se ha eliminado o desplazado el aislamiento para dejar espacio a la infraestructura del sistema, como cajas eléctricas (enchufes e interruptores de luz), plomería, equipos de alarma contra incendios, etc.
También se pueden crear puentes térmicos mediante una construcción descoordinada, por ejemplo cerrando partes de las paredes exteriores antes de que estén completamente aisladas. La existencia de huecos inaccesibles dentro de la cavidad de la pared que carecen de aislamiento puede ser una fuente de puentes térmicos.
Algunas formas de aislamiento transfieren el calor más fácilmente cuando están húmedas y, por lo tanto, también pueden formar un puente térmico en este estado.
La conducción de calor se puede minimizar mediante cualquiera de las siguientes opciones: reducir el área de la sección transversal de los puentes, aumentar la longitud del puente o disminuir el número de puentes térmicos.
Un método para reducir los efectos de los puentes térmicos es la instalación de un panel aislante (por ejemplo, tablero de espuma EPS XPS, tablero de fibra de madera, etc.) sobre la pared exterior. Otro método es utilizar estructuras de madera aisladas para una rotura de puente térmico dentro de la pared. [61]
Aislar los edificios durante la construcción es mucho más fácil que modernizarlos, ya que generalmente el aislamiento está oculto y es necesario deconstruir partes del edificio para llegar a ellos.
Dependiendo del país existen diferentes normativas sobre qué tipo de aislamiento es la mejor alternativa para los edificios, considerando la eficiencia energética y los factores ambientales. La ubicación geográfica también afecta el tipo de aislamiento necesario, ya que los climas más fríos necesitarán una inversión mayor que los más cálidos en costos de instalación.
Básicamente, existen dos tipos de aislamiento de edificios: aislamiento masivo y aislamiento reflectante. La mayoría de los edificios utilizan una combinación de ambos tipos para formar un sistema total de aislamiento del edificio. El tipo de aislamiento utilizado se adapta para crear la máxima resistencia a cada una de las tres formas de transferencia de calor del edificio: conducción, convección y radiación.
Según tres formas de intercambio de calor, la mayoría de los aislamientos térmicos que utilizamos en nuestros edificios se pueden dividir en dos categorías: aisladores conductores y convectivos y barreras de calor radiante. Y existen clasificaciones más detalladas para distinguir entre diferentes materiales. Muchos materiales de aislamiento térmico funcionan creando pequeñas cavidades de aire entre las moléculas; estas cavidades de aire pueden reducir en gran medida el intercambio de calor a través de los materiales. Pero hay dos excepciones que no utilizan las cavidades de aire como elemento funcional para evitar la transferencia de calor. Uno es el aislamiento térmico reflectante, que crea un gran espacio de aire al formar una barrera contra la radiación al colocar una lámina metálica en uno o ambos lados; este aislamiento térmico reduce principalmente la transferencia de calor por radiación. Aunque la lámina de metal pulido adherida a los materiales sólo puede impedir la transferencia de calor por radiación, su efecto para detener la transferencia de calor puede ser espectacular. Otro aislamiento térmico que no utiliza cavidades de aire es el aislamiento al vacío. Los paneles aislados al vacío pueden detener todo tipo de convección y conducción y también pueden mitigar en gran medida la transferencia de calor por radiación. Pero la eficacia del aislamiento al vacío también está limitada por el borde del material, ya que el borde del panel de vacío puede formar un puente térmico que conduce a una reducción de la eficacia del aislamiento al vacío. La eficacia del aislamiento por vacío también está relacionada con el área de los paneles de vacío.
Los aisladores a granel bloquean la transferencia de calor conductivo y el flujo convectivo dentro o fuera de un edificio. El aire es un muy mal conductor del calor y, por tanto, es un buen aislante. El aislamiento para resistir la transferencia de calor conductivo utiliza espacios de aire entre las fibras, dentro de burbujas de espuma o plástico y en cavidades de edificios como el ático. Esto es beneficioso en un edificio con refrigeración o calefacción activa, pero puede ser un inconveniente en un edificio con refrigeración pasiva; Se necesitan disposiciones adecuadas para el enfriamiento mediante ventilación o radiación [62] .
Los materiales fibrosos están formados por fibras de pequeño diámetro que distribuyen uniformemente el espacio aéreo. [63] Los materiales comúnmente utilizados son sílice, vidrio, lana de roca y lana de escoria. La fibra de vidrio y la lana mineral son dos de los materiales aislantes más utilizados en este tipo.
El aislamiento celular se compone de pequeñas células separadas entre sí. [63] Los materiales comúnmente celulares son el vidrio y el plástico espumado como poliestireno, poliolefina y poliuretano.
Las barreras radiantes funcionan en conjunto con un espacio de aire para reducir la transferencia de calor radiante a través del espacio de aire. El aislamiento radiante o reflectante refleja el calor en lugar de absorberlo o dejarlo pasar. Las barreras radiantes se utilizan a menudo para reducir el flujo de calor descendente, porque el flujo de calor ascendente tiende a estar dominado por la convección. Esto significa que para áticos, techos y tejados, son más eficaces en climas cálidos. [52] También desempeñan un papel en la reducción de las pérdidas de calor en climas fríos. Sin embargo, se puede lograr un aislamiento mucho mayor mediante la adición de aisladores a granel (ver arriba).
Algunas barreras radiantes son espectralmente selectivas y preferentemente reducirán el flujo de radiación infrarroja en comparación con otras longitudes de onda. Por ejemplo, las ventanas de baja emisividad (low-e) transmitirán luz y energía infrarroja de onda corta a un edificio, pero reflejarán la radiación infrarroja de onda larga generada por el mobiliario interior. Del mismo modo, las pinturas especiales reflectantes del calor pueden reflejar más calor que la luz visible, o viceversa.
Los valores de emisividad térmica probablemente reflejan mejor la eficacia de las barreras radiantes. Algunos fabricantes citan un valor R "equivalente" para estos productos, pero estas cifras pueden ser difíciles de interpretar, o incluso engañosas, ya que las pruebas del valor R miden la pérdida total de calor en un laboratorio y no controlan el tipo de pérdida de calor responsable de el resultado neto (radiación, conducción, convección). [ cita necesaria ]
Una película de suciedad o humedad puede alterar la emisividad y, por tanto, el rendimiento de las barreras radiantes.
Aislamiento ecológico es un término utilizado para aislar productos con impacto ambiental limitado . El enfoque comúnmente aceptado para determinar si un producto aislante, o de hecho cualquier producto o servicio, es ecológico o no, es realizar una evaluación del ciclo de vida (LCA). Varios estudios compararon el impacto medioambiental de los materiales aislantes en su aplicación. La comparación muestra que lo más importante es que el valor de aislamiento del producto cumpla con los requisitos técnicos para la aplicación. Sólo en un segundo paso de orden se vuelve relevante la diferenciación entre materiales. El informe encargado por el gobierno belga a VITO [64] [65] es un buen ejemplo de tal estudio.
