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El aislamiento de edificios es el material que se utiliza en un edificio (en concreto, en la envolvente del edificio ) para reducir el flujo de energía térmica. Aunque la mayor parte del aislamiento de 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 vibraciones provocadas por aplicaciones industriales). A menudo, se elige un material aislante por su capacidad para realizar varias de estas funciones a la vez.
Desde la prehistoria, los seres humanos han 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 comenzó a producir paneles aislantes y otros materiales artificiales. En la actualidad, el aislamiento se divide en dos categorías principales: aislamiento en masa y aislamiento reflectante. Los edificios suelen utilizar una combinación de ambos.
El aislamiento es una inversión económica y ambiental importante para los edificios. Al instalar aislamiento, los edificios utilizan menos energía para calefacción y refrigeración y los ocupantes experimentan una menor variabilidad térmica. La modernización de los edificios con un 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 locales y nacionales y las empresas de servicios públicos a menudo tienen una combinación de incentivos y regulaciones para alentar los esfuerzos de aislamiento en los edificios nuevos y renovados como parte de los programas de eficiencia con el fin de reducir el uso de energía de la red y sus impactos ambientales relacionados y los costos de infraestructura.
El aislamiento térmico generalmente se refiere al uso de materiales de aislamiento apropiados y adaptaciones de diseño para edificios para ralentizar 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 gana por transmisión a través de los techos, paredes, pisos, ventanas y puertas. Esta reducción y adquisición de calor generalmente no es bienvenida. No solo aumenta la carga en el sistema HVAC, lo que resulta en más desperdicios 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 lograr 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 necesariamente se ocupa de los problemas de ventilación adecuada y puede o no afectar el nivel de aislamiento acústico. En un sentido estricto, el aislamiento puede referirse simplemente a los materiales de aislamiento empleados para retardar 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 solo retienen una gran cantidad de aire u otros gases entre las moléculas del material. El gas conduce el calor mucho menos que los sólidos. Estos materiales pueden formar cavidades de gas, que se pueden utilizar para aislar el calor con una baja eficiencia de transferencia de calor. Esta situación también se da en el pelaje de los animales y las plumas de los pájaros, el pelo de los animales puede aprovechar la baja conductividad térmica de pequeñas bolsas de gas, a fin de lograr el propósito de reducir la pérdida de calor.
La eficacia del aislamiento reflectante (barrera radiante) se evalúa comúnmente por la reflectividad (emitancia) de la superficie con el espacio de aire orientado hacia la fuente de calor.
La eficacia 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 en EE. UU. (con unidad °F⋅ft 2 ⋅h/BTU), siendo el primero 0,176 veces el último numéricamente, o la cantidad recíproca de la conductividad térmica o valor U W⋅K −1 ⋅m −2 . Por ejemplo, en 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] El estándar equivalente en el Reino Unido es técnicamente comparable, el documento aprobado L 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 con estándares más altos que los construidos bajo versiones anteriores de la normativa. Es importante tener en cuenta que un único valor R o valor U 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 impermeabilización. Además, las propiedades y la densidad del material de aislamiento en sí son fundamentales. La mayoría de los países tienen algún régimen de inspecciones o certificación de instaladores aprobados para asegurarse de que se mantengan buenos estándares.
La historia del aislamiento térmico no es tan larga en comparación con otros materiales, pero los seres humanos han sido conscientes de la importancia del aislamiento durante mucho tiempo. [6] En la época prehistórica, los seres humanos comenzaron su actividad de hacer refugios contra los animales salvajes y el mal tiempo, los seres humanos comenzaron su exploración del aislamiento térmico. [6] [7] Los pueblos prehistóricos construían sus viviendas utilizando materiales de pieles de animales , pieles y materiales vegetales como caña , lino y paja , estos materiales se utilizaron por primera vez como materiales de vestir, debido a que sus viviendas eran temporales, era más probable que utilizaran los materiales que usaban 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 moléculas, lo que puede crear una cavidad de aire para reducir el intercambio de calor.
Más tarde, la larga vida de los seres humanos y el desarrollo de la agricultura determinaron que necesitaban un lugar fijo de residencia, comenzaron a surgir casas resguardadas de tierra, casas de piedra y viviendas en cuevas . [6] [7] La alta densidad de estos materiales puede causar un efecto de desfase temporal 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, también debido a que los materiales como la tierra o la piedra son fáciles de conseguir, este diseño es realmente popular en muchos lugares como Rusia, Islandia, Groenlandia. [6]
Los materiales orgánicos fueron los primeros disponibles para construir un refugio para que las personas se protegieran de las malas condiciones climáticas y para ayudar a mantenerlas calientes. [7] Pero los materiales orgánicos como la fibra animal y vegetal no pueden existir durante mucho tiempo, por lo que estos materiales naturales no pueden satisfacer la necesidad a largo plazo de las personas de aislamiento térmico. Entonces, las personas comenzaron a buscar sustitutos que fueran más duraderos. [7] [8] En el siglo XIX, las personas ya no estaban satisfechas con el uso de materiales naturales para el aislamiento térmico, procesaron los materiales orgánicos y produjeron los primeros paneles aislantes. [7] Al mismo tiempo, comenzaron a surgir cada vez más materiales artificiales y se desarrolló una amplia gama de materiales de aislamiento térmico artificiales, por ejemplo, lana de roca, fibra de vidrio, espuma de vidrio y ladrillos huecos. [8]
El aislamiento térmico puede desempeñar un papel importante en los edificios, ya que las grandes exigencias de confort térmico dan como resultado una gran cantidad de energía consumida para calentar por completo todas las habitaciones. [9] Alrededor del 40% del consumo de energía se puede atribuir al edificio, principalmente consumido para 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 a un alto consumo de energía, ya que puede reducir el flujo de calor a través de la envoltura del edificio. Un buen aislamiento térmico también puede aportar los siguientes beneficios al edificio:
La cantidad 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 diferentes requisitos. Los códigos de construcción suelen establecer estándares mínimos de seguridad contra incendios y eficiencia energética , que pueden superarse voluntariamente en el contexto de la arquitectura sustentable para obtener certificaciones ecológicas como LEED .
La estrategia de aislamiento de un edificio debe basarse en una consideración cuidadosa del modo de transferencia de energía y la dirección e intensidad en que se mueve. Esto puede cambiar a lo largo del día y de una estación 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 los EE. UU. siguen la norma ASHRAE 90.1, que es el estándar de energía de EE. UU. para todos los edificios comerciales y algunos edificios residenciales. [13] La norma ASHRAE 90.1 considera múltiples perspectivas, como la prescriptiva, los tipos de envolvente del edificio y el presupuesto de costos de energía. Y la norma tiene algunos requisitos obligatorios de aislamiento térmico. [13] Todos los requisitos de aislamiento térmico en ASHRAE 90.1 se dividen por la zona climática, lo que significa que la cantidad de aislamiento necesaria para un edificio está determinada por la zona climática en la que se encuentra el edificio. Los requisitos de aislamiento térmico se muestran como valor R y el valor R de aislamiento continuo como el 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 hogar y dónde. Un auditor de energía residencial calificado incluirá una verificación de aislamiento como parte rutinaria de una auditoría energética de toda la casa . [15] Sin embargo, a veces puede realizar una autoevaluación en ciertas áreas de la casa, como los áticos. Aquí, 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 de energía residencial a menudo se inician debido a que los propietarios son alertados por un aumento gradual en sus facturas de servicios públicos que a menudo refleja que el ático del edificio está mal aislado. [17 ]
Una estimación inicial de las necesidades de aislamiento en los Estados Unidos se puede determinar mediante la calculadora de aislamiento por código postal del Departamento de Energía de EE. UU.
En Rusia , la disponibilidad de gas abundante y barato ha dado lugar a un consumo de energía deficiente, sobrecalentado e ineficiente. El Centro Ruso para la Eficiencia Energética descubrió que los edificios rusos tienen una 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 a través de 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 requerida ]
Los códigos de energía en la Unión Soviética comenzaron a establecerse en 1955, las normas y reglas mencionaron por primera vez el desempeño de la envoltura del edificio y las pérdidas de calor, y formaron normas para regular las características energéticas de la envoltura del edificio. [21] Y la versión más reciente del código de energía de Rusia (SP 50.13330.2012) se publicó en 2003. [21] Los códigos de energía de Rusia fueron establecidos por expertos de institutos gubernamentales u organizaciones no gubernamentales como ABOK. El código de energía de Rusia ha sido revisado varias veces desde 1955, la versión de 1995 redujo 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 tiene un requisito obligatorio sobre el aislamiento térmico de los edificios acompañado de algunas disposiciones voluntarias, principalmente centradas en la pérdida de calor de la envoltura 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, cielorrasos, paredes externas y varios componentes del edificio (como techos de Veranda en climas cálidos, mamparos, pisos). [23] Los mamparos (sección de pared entre techos que están en 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 deben estar aisladas para disminuir todo tipo de transferencia de calor. [25] Además de las paredes y los techos, el código de energía de Australia también requiere aislamiento para pisos (no todos los pisos). [25] Los pisos de madera elevados deben tener alrededor de 400 mm de espacio libre en el suelo debajo de las vigas más bajas para proporcionar suficiente espacio para el aislamiento, y la losa de concreto, como las losas suspendidas y las losas sobre el suelo, deben aislarse de la misma manera.
China tiene diferentes características climáticas, que se dividen por áreas geográficas. [28] Hay cinco zonas climáticas en China para identificar el diseño de los edificios, incluido el aislamiento térmico. (La zona muy fría, la zona fría, la zona de verano cálido e invierno frío, la zona de verano cálido e invierno cálido y la zona de invierno frío). [29]
Alemania estableció sus requisitos de eficiencia energética en los edificios en 1977, y el primer código energético, la Ordenanza de Ahorro de Energía (EnEV), que se basa en el rendimiento de los edificios, se introdujo en 2002. [30] Y la versión de 2009 de la Ordenanza de Ahorro de Energía aumentó los valores R mínimos del aislamiento térmico de la envolvente del edificio e introdujo requisitos para las pruebas de hermeticidad. [31] La Ordenanza de Ahorro de Energía (EnEV) de 2013 aclaró el requisito de aislamiento térmico del techo. Y mencionó que si el techo no se cumple, se necesitará aislamiento térmico en los techos accesibles sobre las habitaciones con calefacción 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 hace una distinción clara entre la renovación de viviendas y las casas de nueva construcción. Las nuevas construcciones se consideran viviendas completamente nuevas, pero también se consideran nuevas construcciones las nuevas ampliaciones y ampliaciones. Además, las renovaciones en las que se modifica o amplía al menos el 25% de la superficie del edificio integral también se consideran una nueva construcción. Por lo tanto, durante las renovaciones completas, existe la posibilidad de que la nueva construcción deba cumplir con el requisito de construcción nueva en materia de aislamiento de los Países Bajos. Si la renovación es de naturaleza menor, se aplica la directiva de renovación. Ejemplos de renovación son el aislamiento posterior de una pared hueca y el aislamiento posterior de un techo inclinado contra el entablado del techo o debajo de las tejas. Tenga en cuenta que cada renovación debe cumplir con el valor mínimo Rc de 1,3 W/(m 2 ⋅K). Si el aislamiento actual tiene un valor de aislamiento más alto (el nivel obtenido legalmente), entonces este valor cuenta como un límite inferior. [32]
Los requisitos de aislamiento para casas nuevas y edificios pequeños en Nueva Zelanda están establecidos en el Código de Construcción y 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 los 39°50′ de latitud sur (es decir, al norte de Mangaweka e incluyendo Mangaweka ) en la Isla Norte, la Isla Sur , la isla Stewart y las islas Chatham . [34]
Los requisitos de aislamiento se especifican en las normas 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 equilibren 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 que sale del edificio. Los componentes de la envoltura del edificio (ventanas, puertas, techos, pisos/cimientos, paredes y barreras de infiltración de aire) son todos fuentes importantes de pérdida de calor; [35] [36] en una casa que por lo demás está bien aislada, las ventanas se convertirán en una fuente importante de transferencia de calor. [37] La resistencia a la pérdida de calor conducida 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 el doble acristalamiento típico (en comparación con 2–4 m 2 ⋅K⋅W −1 para paneles de lana de vidrio [38] ). Las pérdidas se pueden reducir con una buena climatización , aislamiento en masa y minimizando la cantidad de acristalamiento no aislante (en particular, no orientado hacia el sol). La radiación térmica en interiores también puede ser una desventaja con los acristalamientos espectralmente selectivos (low-e, low emisivity ). Algunos sistemas de acristalamiento aislante pueden duplicar o triplicar los valores R.
Los paneles de vacío y el aislamiento de superficies de 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 los materiales y el auge de las tecnologías científicas, han surgido cada vez más materiales de aislamiento y tecnologías de aislamiento durante el siglo XX, lo que nos brinda varias opciones para el aislamiento de edificios. Especialmente en las áreas de clima frío, se necesita una gran cantidad de aislamiento térmico para lidiar con las pérdidas de calor causadas por el clima frío (infiltración, ventilación y radiación). Hay dos tecnologías que vale la pena discutir:
Los VIP se destacan por su resistencia térmica ultra alta, [40] su capacidad de resistencia térmica es de cuatro a ocho veces mayor que los materiales de aislamiento de espuma convencionales, lo que conduce a un espesor más delgado de aislamiento térmico para la carcasa del edificio en comparación con los materiales tradicionales. Los VIP generalmente se componen de paneles centrales y cerramientos metálicos. [40] Los materiales comunes que se utilizan para producir paneles centrales son sílice pirógena y precipitada, poliuretano de celda abierta (PU) y diferentes tipos de fibra de vidrio. Y el panel central está cubierto por el cerramiento metálico para crear un entorno de vacío, el cerramiento metálico puede asegurarse de que el panel central se mantenga en el entorno de vacío. [40] Aunque este material tiene un alto rendimiento térmico, todavía mantiene un precio alto en los últimos veinte años.
El aerogel fue descubierto por primera vez por Samuel Stephens Kistle en 1931. [41] Es un tipo 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 de aislamiento de espuma plástica convencionales, debido a su alta porosidad diseñada. [42] Pero las dificultades en el procesamiento y la baja productividad limitan el desarrollo de aerogeles, [41] el precio de costo de este material aún se mantiene en un nivel alto. Solo dos empresas en los Estados Unidos ofrecen el producto comercial Aerogel para fines de aislamiento de paredes.
El DOE estima pérdidas térmicas cercanas al 30% a través de ventanas, y ganancias térmicas de la luz solar que conducen a un calentamiento no deseado. [43] Debido a la alta R asociada con los aerogeles, su uso para aplicaciones de acristalamiento se ha convertido en un área de interés explorada por muchas instituciones de investigación. Sin embargo, su implementación no debe obstaculizar la función principal de las ventanas: la transparencia. [44] [45] Normalmente, los aerogeles tienen baja transmisión y parecen brumosos, incluso entre los considerados transparentes, por lo que generalmente se han reservado para aplicaciones de aislamiento de paredes. [46] Eldho Abraham, un investigador de la Universidad de Colorado en Boulder, demostró recientemente las capacidades de los aerogeles al diseñar un aerogel de celulosa silanizada (SiCellA) que ofrece una transmisión visible cercana al 99% además de conductividades térmicas que rechazan o retienen eficazmente el calor dependiendo del entorno interior, similar a las alteraciones de calefacción/refrigeración. [47] Esto se debe a la porosidad diseñada del 97,5% del 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 una conductividad térmica más baja. [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 solo a los aerogeles, sino también a la implementación de materiales más generales a base de madera en un esfuerzo por ayudar a las alternativas de diseño sostenible con efectos de ahorro energético compuestos. [49]
En condiciones de calor, la mayor fuente de energía térmica es la radiación solar. [50] Esta puede entrar en los edificios directamente a través de las ventanas o puede calentar la envoltura del edificio a una temperatura más alta que la ambiente, aumentando la transferencia de calor a través de la envoltura del edificio. [51] [52] El coeficiente de ganancia de calor solar (SHGC) [53] (una medida de la transmitancia del calor solar) del acristalamiento simple estándar puede ser de alrededor del 78-85%. La ganancia solar se puede reducir con un sombreado adecuado del sol, techos de colores claros , pinturas y revestimientos espectralmente selectivos (que reflejen el calor) y varios tipos de aislamiento para el resto de la envoltura. El acristalamiento con un revestimiento especial puede reducir el SHGC a alrededor del 10%. Las barreras radiantes son muy eficaces para los espacios del ático en climas cálidos. [54] En esta aplicación, son mucho más eficaces 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 enfrentar un espacio de aire adecuado para ser efectivas.
Si se utiliza aire acondicionado frigorífico en un clima cálido y húmedo, es especialmente 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 un enfriamiento por convección a partir de las brisas predominantes.
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 áreas urbanas se agota por los sistemas de aire acondicionado para satisfacer la demanda de confort térmico de las personas, muchos países en desarrollo en regiones de clima cálido y seco sufren una escasez de electricidad en verano debido al uso creciente de máquinas de refrigeración. [55] Se ha introducido una nueva tecnología llamada Cool Roof para mejorar esta situación. [56] En el pasado, los arquitectos usaban materiales de masa térmica para mejorar el confort térmico, el aislamiento térmico pesado podría causar el efecto de desfase temporal que podría ralentizar la velocidad de transferencia de calor durante el día y mantener la temperatura interior en un rango determinado (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 costo 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 vuelta al cielo. [56] La forma del techo también está bajo consideración, el techo 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 reflectancia provocará incomodidad visual. Por otro lado, la alta reflectancia y emitancia térmica del techo aumentará la carga de calefacción del edificio.
La colocación óptima de los elementos del edificio (por ejemplo, ventanas, puertas, calentadores) puede desempeñar un papel importante en el aislamiento, teniendo en cuenta 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 cobertizos, garajes y edificios de metal.
Consulte vidrio aislante y acristalamiento cuádruple para obtener información sobre ventanas.
La envoltura térmica define el espacio acondicionado o habitable de una casa. El ático o el sótano pueden estar incluidos o no en esta área. Reducir el flujo de aire del interior al exterior puede ayudar a reducir significativamente la transferencia de calor por convección. [58]
Para garantizar una baja transferencia de calor por convección también es necesario prestar atención a la construcción del edificio ( climatización ) y a la correcta instalación de materiales aislantes. [59] [60]
Cuanto menor sea el flujo de aire natural en un edificio, más ventilación mecánica será necesaria para favorecer el confort humano. La humedad alta puede ser un problema importante asociado con la falta de flujo de aire, que provoca condensación , pudrición de los materiales de construcción y fomenta el crecimiento de microbios como el moho y las bacterias . La humedad también puede reducir drásticamente la eficacia del aislamiento al crear un puente térmico (véase más abajo). Se pueden incorporar sistemas de intercambio de aire de forma activa o pasiva para solucionar estos problemas.
Los puentes térmicos son puntos en la envolvente del edificio que permiten la conducción del calor. Dado que el calor fluye a través del camino de menor resistencia, los puentes térmicos pueden contribuir a un bajo rendimiento energético. Un puente térmico se crea cuando los materiales crean un camino continuo a través de una diferencia de temperatura, en el que el flujo de calor no se ve interrumpido por el aislamiento térmico. Los materiales de construcción comunes que son malos aislantes incluyen el vidrio y el metal .
Un diseño de construcción puede tener una capacidad limitada para el aislamiento en algunas áreas de la estructura. Un diseño de construcción común se basa en paredes de montantes, en las que los puentes térmicos son comunes en los montantes y vigas de madera o acero , que generalmente se sujetan con metal. Las áreas notables que más comúnmente carecen de aislamiento suficiente son las esquinas de los edificios y las áreas donde se ha eliminado o desplazado el aislamiento para hacer espacio para la infraestructura del sistema, como cajas eléctricas (tomas de corriente e interruptores de luz), plomería, equipo de alarma contra incendios, etc.
Los puentes térmicos también pueden generarse por 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 no cuentan con aislamiento puede ser una fuente de puentes térmicos.
Algunas formas de aislamiento transfieren el calor más fácilmente cuando están mojadas 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 medidas: reduciendo el área de la sección transversal de los puentes, aumentando la longitud de los puentes o disminuyendo el número de puentes térmicos.
Un método para reducir los efectos de los puentes térmicos es la instalación de un panel aislante (por ejemplo, un panel de espuma EPS XPS, un panel de fibra de madera, etc.) sobre la pared exterior. Otro método es utilizar una estructura de madera aislada para crear una ruptura térmica en el interior de la pared. [61]
Aislar edificios durante la construcción es mucho más fácil que rehabilitarlos, ya que generalmente el aislamiento está oculto y es necesario deconstruir partes del edificio para poder acceder a él.
Dependiendo del país existen diferentes normativas sobre qué tipo de aislamiento es la mejor alternativa para los edificios, teniendo en cuenta la eficiencia energética y los factores medioambientales. La ubicación geográfica también afecta al tipo de aislamiento necesario, ya que los climas más fríos necesitarán una mayor inversión en costes de instalación que los más cálidos.
Básicamente, existen dos tipos de aislamiento para edificios: el aislamiento en masa y el aislamiento reflectante. La mayoría de los edificios utilizan una combinación de ambos tipos para formar un sistema de aislamiento total. El tipo de aislamiento utilizado se adapta para crear la máxima resistencia a cada una de las tres formas de transferencia de calor en los edificios: conducción, convección y radiación.
Según las tres formas de intercambio de calor, la mayoría de los aislamientos térmicos que utilizamos en nuestros edificios se pueden dividir en dos categorías: aislantes conductivos y convectivos y barreras de calor radiante. Y existen clasificaciones más detalladas para distinguir entre los 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 cavidades de aire como su elemento funcional para evitar la transferencia de calor. Una es el aislamiento térmico reflectante, que crea un gran espacio de aire formando una barrera de radiación mediante la fijación de una lámina metálica en uno o ambos lados, este aislamiento térmico reduce principalmente la transferencia de calor por radiación. Aunque la lámina metálica pulida adherida a los materiales solo puede prevenir la transferencia de calor por radiación, su efecto para detener la transferencia de calor puede ser dramático. Otro aislamiento térmico que no aplica 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 al vacío puede formar un puente térmico que conduce a una reducción de la eficacia del aislamiento al vacío. La eficacia del aislamiento al vacío también está relacionada con el área de los paneles al vacío.
Los aislantes a granel bloquean la transferencia de calor conductiva y el flujo convectivo hacia dentro o hacia fuera de un edificio. El aire es un mal conductor del calor y, por lo tanto, es un buen aislante. El aislamiento para resistir la transferencia de calor conductiva utiliza espacios de aire entre fibras, dentro de burbujas de espuma o plástico y en cavidades del edificio como el ático. Esto es beneficioso en un edificio con calefacción o refrigeración activa, pero puede ser un inconveniente en un edificio con refrigeración pasiva; se necesitan disposiciones adecuadas para la refrigeración por ventilación o radiación [62] .
Los materiales fibrosos están formados por fibras de diámetro diminuto que distribuyen uniformemente el espacio aéreo. [63] Los materiales más utilizados son sílice, vidrio, lana de roca y lana de escoria. La fibra de vidrio y la lana mineral son dos materiales aislantes que se utilizan con mayor frecuencia en este tipo.
El aislamiento celular se compone de pequeñas celdas separadas entre sí. [63] Los materiales comúnmente celulares son el vidrio y el plástico espumado como el poliestireno, la poliolefina y el 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, en el caso de los áticos, los cielorrasos y los tejados, son más eficaces en climas cálidos. [52] También tienen 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 aislantes a granel (véase más arriba).
Algunas barreras radiantes son espectralmente selectivas y reducirán preferentemente el flujo de radiación infrarroja en comparación con otras longitudes de onda. Por ejemplo, las ventanas de baja emisividad (low-e) transmiten luz y energía infrarroja de onda corta al interior de un edificio, pero reflejan la radiación infrarroja de onda larga generada por el mobiliario interior. De manera similar, las pinturas especiales termorreflectivas pueden reflejar más calor que 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 de valor R miden la pérdida total de calor en un entorno de laboratorio y no controlan el tipo de pérdida de calor responsable del resultado neto (radiación, conducción, convección). [ cita requerida ]
Una película de suciedad o humedad puede alterar la emisividad y, por tanto, el rendimiento de las barreras radiantes.
El término "aislamiento ecológico" se utiliza para referirse a productos aislantes con un impacto medioambiental limitado . El método comúnmente aceptado para determinar si un producto aislante, o de hecho cualquier producto o servicio, es ecológico o no, consiste en realizar una evaluación del ciclo de vida (ECV). Varios estudios compararon el impacto medioambiental de los materiales aislantes en su aplicación. La comparación muestra que lo más importante es el valor de aislamiento del producto que cumple los requisitos técnicos para la aplicación. Solo en un segundo paso, la diferenciación entre materiales se vuelve relevante. El informe encargado por el gobierno belga a VITO [64] [65] es un buen ejemplo de este tipo de estudio.
