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 por radiación, las barreras radiantes suelen complementarse con un 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 emisión . En aplicaciones de construcción, esta superficie es típicamente una lámina de aluminio muy fina, similar a un espejo. La lámina puede estar recubierta para resistir los elementos o para resistir la abrasión. La barrera radiante puede ser de una o dos caras. La barrera radiante de una cara puede estar adherida a materiales aislantes , como poliisocianurato , espuma rígida, aislamiento de burbujas o tableros de virutas orientadas (OSB). Se puede adherir cinta reflectante a tiras de barrera radiante para convertirla en una barrera de vapor contigua o, alternativamente, la barrera radiante puede perforarse para la transmisión de vapor.
Todos los materiales existentes 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 "emitancia"). La emisividad se expresa como un número entre cero y uno en una longitud de onda dada. Cuanto mayor sea la emisividad, mayor será la radiación emitida en esa longitud de onda. Una propiedad relacionada con los materiales es la reflectividad (también llamada "reflectancia"). Esta es una medida de cuánta energía es reflejada por un material en una longitud de onda dada. La reflectividad también se expresa como un número entre 0 y 1 (o un porcentaje entre 0 y 100). En una longitud de onda y un ángulo de incidencia dados, los valores de emisividad y reflectividad suman 1 según la ley de Kirchhoff . [ cita requerida ]
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. En el caso de 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 requerida ]
Las barreras radiantes pueden o no exhibir 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 superficies de colores visiblemente oscuros con baja emisividad térmica. [ cita requerida ]
Para funcionar correctamente, las barreras radiantes deben estar orientadas a 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 orientados hacia espacios de aire. [3] Peclet experimentó con una amplia variedad de metales, desde el estaño hasta el 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 orientadas hacia varios espacios de aire, y descubrió 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, ya que las recientes mejoras en la tecnología permitían que el papel de aluminio de baja emisividad fuera comercialmente viable. Esto se convirtió en la plataforma de lanzamiento de la barrera radiante y el aislamiento reflectante en todo el mundo y, en los siguientes 15 años, se instalaron millones de pies cuadrados de barrera radiante solo en los EE. UU. [2] En 30 años, la barrera radiante 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, el equipo 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 fina película y se aplicó a la base de los vehículos de aterrizaje del Apolo. También se utilizó en numerosos otros proyectos de la NASA, como el telescopio espacial James Webb y el Skylab . En el vacío del espacio exterior , donde las temperaturas pueden variar de -400 a 250 °F (-240 a 120 °C) [5], la transferencia de calor se produce 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 todavía puede producirse por convección y conducción, incluso cuando se despliega una barrera radiante eficaz. La barrera radiante [5] es una tecnología espacial certificada por la Space Foundation (TM). La barrera radiante fue incluida en el Salón de la Fama de la Tecnología Espacial en 1996.
Desde la década de 1970, [4] se comercializan láminas de poliéster metalizado llamadas mantas espaciales como medio para prevenir la hipotermia y otras lesiones causadas por el 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 películas metalizadas reflectantes después de una maratón, especialmente donde las temperaturas son particularmente frías, como durante la maratón anual de la ciudad de Nueva York que se lleva a cabo en otoño. [6]
El vidrio de las ventanas se puede recubrir para lograr una baja emisividad o "low-e". Algunas ventanas utilizan una película de poliéster laminada en la que al menos una capa se ha metalizado mediante un proceso llamado pulverización catódica . La pulverización catódica se produce cuando se vaporiza un metal, generalmente aluminio, y se pasa la película de poliéster a través de él. 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 son tan delgadas que permiten el paso de 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 múltiples paneles. Si bien las películas se aplican normalmente al vidrio durante la fabricación, es posible que haya algunas películas disponibles para que los propietarios las apliquen ellos mismos. Se espera que las películas para ventanas aplicadas por los propietarios duren normalmente entre 10 y 15 años. [7]
Cuando la energía solar radiante llega a un tejado, calentando el material del tejado (tejas, tejas o láminas para tejados) 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/cavidad del techo) hacia el suelo del ático/superficie superior del techo. Cuando se coloca una barrera radiante entre el material del tejado y el aislamiento del suelo del ático, gran parte del calor irradiado desde el tejado caliente se refleja de nuevo hacia el tejado y la baja emisividad de la parte inferior de la barrera radiante significa que se emite muy poco calor radiante hacia abajo. Esto hace que la superficie superior del aislamiento sea más fría de lo que hubiera sido sin una barrera radiante y, por tanto, reduce la cantidad de calor que se desplaza 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 ambos son un medio para reducir el calor radiante. Según un estudio del Centro de Energía Solar de Florida, [8] un techo frío de tejas blancas o de metal blanco puede superar a un techo tradicional de tejas negras con una barrera radiante en el ático, pero el techo de tejas negras con una barrera radiante superó al techo frío 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 una gran área de contacto reduce la eficacia de la superficie metálica como emisor bajo. Se pueden aplicar listones verticales (también conocidos como tiras de refuerzo) sobre dicho revestimiento; luego, se puede colocar OSB con una barrera radiante sobre los listones. Los listones dejan más espacio de aire que la construcción sin listones. Si no hay un espacio de aire o es demasiado pequeño, el calor se conducirá desde la barrera radiante hacia la subestructura, lo que dará como resultado una lluvia de rayos infrarrojos no deseada en las regiones inferiores. La madera es un mal aislante y, por lo tanto, conduce el calor desde la barrera radiante hacia las superficies inferiores de dicha madera, donde, a su vez, emite calor al emitir radiación infrarroja. Según el Departamento de Energía de los EE. UU., "Los productos de aislamiento reflectante y barrera radiante deben tener un espacio de aire adyacente al material reflectante para ser efectivos". [9]
La aplicación más común de una barrera radiante es como revestimiento para áticos. En el caso de un techo tradicional de tejas, tejas o hierro, las barreras radiantes se pueden aplicar debajo de las vigas o cerchas y debajo de la plataforma del techo. Este método de aplicación consiste en colocar las láminas de barrera radiante debajo de las cerchas de las vigas, creando un pequeño espacio de aire en la parte superior con la barrera radiante orientada hacia todo el espacio interior del ático que se encuentra debajo. [10] El laminado de lámina reflectante es un producto que se utiliza comúnmente como lámina de barrera radiante.
Otro método para aplicar una barrera radiante a un techo en una construcción nueva es utilizar una barrera radiante prelaminada sobre paneles OSB o revestimiento de techo. Los fabricantes de este método de instalación suelen promocionar los ahorros en costos de mano de obra que supone utilizar un producto que sirve como cubierta de techo y barrera radiante al mismo tiempo.
Para aplicar una barrera radiante en un ático existente, se puede grapar a la parte inferior de las vigas del techo. Este método ofrece los mismos beneficios que el método de las cortinas, ya 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 HACIA ABAJO en la parte inferior del techo con un espacio de aire hacia abajo; de esta manera, el polvo no la vencerá, como sería el caso de una barrera con el LADO BRILLANTE HACIA ARRIBA. [11]
El último método para instalar una barrera radiante en un ático es colocarla sobre el aislamiento del piso del ático. Si bien este método puede ser más efectivo en el invierno [12], existen algunas preocupaciones potenciales con esta aplicación, que el Departamento de Energía de los EE. UU. [11] y la Asociación Internacional de Fabricantes de Aislamiento Reflectivo [10] sienten la necesidad de abordar. Primero, siempre se debe utilizar una barrera radiante respirable. Esto generalmente se logra 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 perms, medida con ASTM E96, y se debe verificar la humedad en el aislamiento 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 potencialmente reduce la eficiencia con el tiempo.
Según un estudio de 2010 del Building Envelope Research Program del Oak Ridge National Laboratory, [13] las viviendas con conductos de aire acondicionado en el ático en las zonas climáticas más cálidas, como en el sur profundo de los EE. UU ., podrían beneficiarse más de las intervenciones de barrera radiante, con ahorros en la factura anual de servicios públicos de hasta $150, mientras que las viviendas en climas más templados, por ejemplo, Baltimore, podrían ver ahorros de aproximadamente la mitad de los de sus vecinos del sur. Por otro lado, si no hay conductos ni manejadores de aire en el ático, los ahorros anuales podrían ser incluso mucho menores, desde aproximadamente $12 en Miami hasta $5 en Baltimore. No obstante, una barrera radiante aún puede ayudar a mejorar la comodidad y reducir la carga máxima de aire acondicionado.
Un error muy común en relación con las barreras radiantes es que el calor que se refleja en ellas y se refleja en el techo puede aumentar la temperatura del mismo y dañar las tejas. Las pruebas de rendimiento realizadas por el Centro de Energía Solar de Florida [8] demostraron que el aumento de temperatura en la parte más calurosa del día no superaba los 5 grados F. De hecho, este estudio demostró que una barrera radiante tiene el potencial de reducir la temperatura del techo una vez que se pone el sol, ya que evita la pérdida o transferencia de calor, desde el ático, a través del techo. RIMA International escribió un documento técnico sobre el tema que incluía declaraciones recopiladas de grandes fabricantes de techos, y ninguno decía que una barrera radiante afectaría de alguna manera la garantía de las tejas. [14]
Al colocar una barrera radiante sobre el aislamiento en el 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 una barrera radiante en un ático. Un estudio realizado por la Autoridad del Valle de Tennessee [15] aplicó mecánicamente una pequeña cantidad de polvo sobre una barrera radiante y no encontró ningún efecto significativo al probar el rendimiento. Sin embargo, TVA hizo referencia a un estudio anterior que afirmaba que era posible que una 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 piso del ático sea inmune al problema del polvo. El estudio de TVA [12] también probó una barrera radiante de doble cara con plástico negro envuelto en la parte superior para simular una gran acumulación de polvo, así como una barrera radiante de una sola cara con papel kraft grueso en la parte superior. La prueba indicó que la barrera radiante no funcionaba y 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 listones de revestimiento al revestimiento para crear un espacio de aire ventilado entre la barrera radiante y el revestimiento, y se utilizan respiraderos en la parte superior e inferior para permitir que el calor convectivo suba naturalmente al ático. Si se utiliza ladrillo en el exterior, es posible que ya exista un espacio de aire ventilado y no sean necesarias las tiras de revestimiento. Envolver una casa con una barrera radiante puede resultar en una reducción del 10% al 20% en el requerimiento de tonelaje del sistema de aire acondicionado y ahorrar tanto energía como costos de construcción.
Las láminas reflectantes, los aislamientos con láminas de burbujas y las barreras radiantes se destacan por su capacidad para 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 para manualidades, película de plástico, 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 de aislamiento conocidos como láminas radiantes. Los aislamientos con láminas/burbujas reflectantes son principalmente barreras radiantes, y los sistemas de aislamiento reflectantes funcionan reduciendo la ganancia de calor radiante. Para ser eficaces, 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 eficaces 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 techo, es principalmente la energía radiante del sol la que calienta el techo. Gran parte de este calor viaja por conducción a través de los materiales del techo hasta el lado del ático del techo. El material del techo caliente luego irradia la energía térmica obtenida sobre las superficies más frías del ático, incluidos los conductos de aire y el piso 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 refrigeración entre un 5% y un 10% cuando se usan en un clima cálido y soleado. La ganancia de calor reducida puede incluso permitir un sistema de aire acondicionado más pequeño. Sin embargo, en climas fríos, generalmente es más rentable instalar más aislamiento térmico que agregar una barrera radiante. [16]
Tanto el Departamento de Energía estadounidense (DOE, Energy Efficiency & Renewable Energy Department) [17] como el Ministerio de Recursos Naturales (NRCAN) [18] afirman que estos sistemas no se recomiendan para climas fríos o muy fríos.
Se considera que Canadá es un país con un clima frío, por lo que estos productos no funcionan como se promociona. Aunque a menudo se comercializan como productos que ofrecen valores de aislamiento muy altos, no existe un estándar específico para los productos de aislamiento radiante, por lo que debe desconfiar de 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 la CMHC (Corporación Canadiense de Hipotecas y Vivienda) en cuatro viviendas de París, Ontario, concluyó que el rendimiento de las láminas de burbujas era similar al de un suelo sin aislamiento. También realizó un análisis de costo-beneficio y la relación costo-beneficio fue de 12 a 13 dólares por metro cúbico de RSI. [18]
El valor de aislamiento efectivo depende de la cantidad de espacios de aire muertos adyacentes, de las capas de lámina y de dónde se instalan. Si la lámina está laminada 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 ni capa de burbujas transparente, el valor de RSI de la película es cero.
Peclet tin.
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