Aislamiento de edificios

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 consumen 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, 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 suelen tener una combinación de incentivos y regulaciones para fomentar 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 y costos de infraestructura relacionados.

El aislamiento térmico se refiere generalmente al uso de materiales de aislamiento adecuados y adaptaciones de diseño para edificios con el fin de reducir la transferencia de calor a través del recinto y así reducir la pérdida y ganancia de calor. La transferencia de calor es causada por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior. El calor puede transferirse por conducción, convección o radiación. La velocidad de transmisión está estrechamente relacionada con el medio de propagación. El calor se pierde o se gana por transmisión a través de los techos, paredes, pisos, ventanas y puertas. Esta reducción y adquisición de calor normalmente no es bienvenida. No solo aumenta la carga en el sistema de HVAC, lo que resulta en un mayor 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 lograr el confort térmico de sus ocupantes. 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 sentido estricto, el aislamiento puede referirse simplemente a los materiales de aislamiento empleados para retardar la pérdida de calor, 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, de modo de lograr el propósito de reducir la pérdida de calor.

La eficacia del aislamiento reflectante (barrera radiante) se evalúa habitualmente mediante 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 habitualmente por su valor R, del que hay dos: el sistema métrico (SI) (con unidad K⋅W⁻¹⋅m²) y el sistema habitual de EE. UU. (con unidad °F⋅ft²⋅h/BTU), siendo el primero 0,176 veces el segundo 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 del SI). Las normas equivalentes en el Reino Unido son técnicamente comparables; el documento L aprobado normalmente exigiría un valor U medio sobre el área del tejado de 0,11 a 0,18, dependiendo de la antigüedad de la propiedad y del tipo de construcción del tejado. Los edificios más nuevos tienen que cumplir una norma más estricta que los construidos según 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 propio material de aislamiento son fundamentales. La mayoría de los países tienen algún régimen de inspecciones o certificación de instaladores aprobados para asegurarse de que se mantengan los 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. En la época prehistórica, los seres humanos comenzaron su actividad de construir refugios contra los animales salvajes y las inclemencias del tiempo, los seres humanos comenzaron su exploración del aislamiento térmico. Los pueblos prehistóricos construyeron sus viviendas utilizando materiales de pieles de animales, pieles y materiales vegetales como la caña, el lino y la paja, estos materiales se utilizaron primero como materiales de vestir, ya que sus viviendas eran temporales, era más probable que utilizaran los materiales que usaban en la ropa, que eran fáciles de obtener y procesar. 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.

Más tarde, la longevidad de los seres humanos y el desarrollo de la agricultura determinaron que necesitaban un lugar fijo de residencia, por lo que comenzaron a surgir casas de tierra, casas de piedra y viviendas en cuevas. 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. 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.

Los materiales orgánicos fueron los primeros disponibles para construir refugios para que las personas se protegieran de las inclemencias del tiempo y se mantuvieran calientes. 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 las necesidades a largo plazo de las personas de aislamiento térmico. Por lo tanto, las personas comenzaron a buscar sustitutos que fueran más duraderos. En el siglo XIX, las personas ya no se conformaban con usar materiales naturales para el aislamiento térmico, procesaron los materiales orgánicos y produjeron los primeros paneles aislantes. 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, vidrio celular y ladrillos huecos.

El aislamiento térmico puede desempeñar un papel importante en los edificios, ya que las grandes exigencias de confort térmico hacen que se consuma una gran cantidad de energía para calentar por completo todas las estancias. Alrededor del 40 % del consumo energético se puede atribuir al edificio, principalmente para calefacción o refrigeración. Un aislamiento térmico adecuado es la tarea fundamental que garantiza un ambiente interior saludable y evita 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 envolvente del edificio. Un buen aislamiento térmico también puede aportar los siguientes beneficios al edificio:

1. Prevención de daños causados por la formación de humedad en el interior del sobre del edificio. El aislamiento térmico asegura que las temperaturas de la superficie de la habitación no caen por debajo de un nivel crítico, lo que evita la condensación y la formación del molde. Según los informes de los daños causados por el edificio, el 12,7% y el 14% de los daños causados por los moldes. Si no hay suficiente aislamiento térmico en el edificio, la alta humedad relativa dentro del edificio conducirá a la condensación y finalmente dará lugar a problemas de molde.
2. Producir un ambiente térmico cómodo para las personas que viven en el edificio. El buen aislamiento térmico permite temperaturas suficientemente altas dentro del edificio durante el invierno, y también alcanza el mismo nivel de confort térmico ofreciendo una temperatura de aire relativamente baja en el verano.
3. Reducción de la energía no deseada de calefacción o refrigeración. El aislamiento térmico reduce el intercambio de calor a través del sobre del edificio, lo que permite que las máquinas de calefacción y refrigeración alcancen la misma temperatura del aire interior con menor entrada de energía.

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 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 la 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 la norma energética estadounidense para todos los edificios comerciales y algunos edificios residenciales. La norma ASHRAE 90.1 considera múltiples perspectivas, como la prescriptiva, los tipos de envolventes de los edificios y el presupuesto de costos de energía. Y la norma tiene algunos requisitos obligatorios de aislamiento térmico. 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. 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.

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 de energía de toda la casa. Sin embargo, a veces puede realizar una autoevaluación en ciertas 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. 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.

Se puede realizar una estimación inicial de las necesidades de aislamiento en los Estados Unidos mediante la calculadora de aislamiento por código postal del Departamento de Energía de los 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. El 53 por ciento de todas las emisiones de dióxido de carbono (CO2) en Rusia se producen a través de la calefacción y la generación de electricidad para los edificios. Sin embargo, las emisiones de gases de efecto invernadero del antiguo bloque soviético todavía están por debajo de sus niveles de 1990.

Los códigos energéticos de la Unión Soviética comenzaron a establecerse en 1955. Las normas y reglas mencionaban por primera vez el rendimiento de la envolvente del edificio y las pérdidas de calor, y formaban normas para regular las características energéticas de la envolvente del edificio. Y la versión más reciente del código energético de Rusia (SP 50.13330.2012) se publicó en 2003. 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. La versión de 1995 redujo el consumo de energía por metro cuadrado para calefacción en un 20%, y la versión de 2000 lo redujo en un 40%. 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 envolvente del edificio.

Los requisitos de aislamiento térmico de Australia dependen del clima de la ubicación del edificio. La siguiente tabla muestra los requisitos mínimos de aislamiento según el clima, que se determinan según el Código de construcción de Australia (BCA). En Australia, el aislamiento se aplica en techos, cielorrasos, paredes externas y varios componentes del edificio (como los techos de las verandas en climas cálidos, mamparos y pisos). Los mamparos (sección de pared entre los techos que se encuentran a diferentes alturas) deben tener el mismo nivel de aislamiento que los techos, ya que sufren los mismos niveles de temperatura. Y las paredes externas del edificio de Australia deben estar aisladas para disminuir todo tipo de transferencia de calor. Además de las paredes y los cielorrasos, el código de energía de Australia también requiere aislamiento para los pisos (no todos los pisos). Los pisos de madera elevados deben tener alrededor de 400 mm de espacio libre sobre el suelo debajo de las vigas más bajas para proporcionar suficiente espacio para el aislamiento, y las losas de hormigón, como las losas suspendidas y las losas sobre el suelo, deben estar aisladas de la misma manera.

China tiene diferentes características climáticas, que se dividen por áreas geográficas. Existen 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 veranos cálidos e inviernos fríos, la zona de veranos cálidos e inviernos cálidos y la zona de inviernos fríos).

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. 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. 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/(m²⋅K)]

El decreto de construcción de los Países Bajos (Bouwbesluit) establece una clara distinción entre la renovación de una vivienda y la construcción de una casa nueva. Las nuevas construcciones se consideran viviendas completamente nuevas, pero también se consideran nuevas construcciones las ampliaciones y ampliaciones nuevas. Además, también se consideran nuevas construcciones las renovaciones en las que se modifica o amplía al menos el 25 % de la superficie del edificio integral. Por lo tanto, en el caso de renovaciones profundas, 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 naturaleza menor, se aplica la directiva de renovaciones. 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/(m²⋅K). Si el aislamiento actual tiene un valor de aislamiento superior (el nivel obtenido legalmente), este valor cuenta como límite inferior.

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.

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.

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 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 exige 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 envolvente del edificio (ventanas, puertas, techos, pisos/cimientos, paredes y barreras de infiltración de aire) son todos fuentes importantes de pérdida de calor; en una casa que por lo demás está bien aislada, las ventanas se convertirán en una fuente importante de transferencia de calor. La resistencia a la pérdida de calor conducida para un acristalamiento simple estándar corresponde a un valor R de aproximadamente 0,17 m²⋅K⋅W⁻¹ o más del doble que para un acristalamiento doble típico (en comparación con los 2–4 m²⋅K⋅W⁻¹ de los paneles de lana de vidrio). Las pérdidas se pueden reducir mediante una buena climatización, un aislamiento en masa y minimizando la cantidad de acristalamiento no aislante (en particular, el que no da al sol). La radiación térmica en interiores también puede ser una desventaja con los acristalamientos espectralmente selectivos (de baja emisividad y baja emisividad). 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. En el pasado, el precio de los materiales de aislamiento térmico que mostraban un alto rendimiento de aislamiento era muy caro. 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 ultraalta, su capacidad de resistencia térmica es de cuatro a ocho veces mayor que la de los materiales de aislamiento de espuma convencionales, lo que da como resultado un espesor más delgado del aislamiento térmico de la carcasa del edificio en comparación con los materiales tradicionales. Los VIP generalmente están compuestos de paneles centrales y cerramientos metálicos. Los materiales comunes que se utilizan para producir paneles centrales son sílice pirogénica 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 garantizar que el panel central se mantenga en el entorno de vacío. 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. Se trata de un tipo de gel en el que el componente líquido del material se sustituye por un gas, creando así un material que es 99% aire. 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 de plástico convencionales, debido a su alta porosidad diseñada. Pero las dificultades en el procesamiento y la baja productividad limitan el desarrollo de aerogeles, el precio de costo de este material sigue siendo alto. Solo dos empresas en los Estados Unidos ofrecen el producto comercial de 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 conducen a un calentamiento no deseado. 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. Por lo general, los aerogeles tienen baja transmisión y parecen turbios, incluso entre aquellos considerados transparentes, por lo que generalmente se han reservado para aplicaciones de aislamiento de paredes. 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 según el entorno interior, similar a las alteraciones de calefacción/refrigeración. 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 genera una conductividad térmica menor. El uso de fibras de celulosa favorece la sostenibilidad, ya que se trata de una fibra de origen natural procedente de pulpa 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.

En condiciones de calor, la mayor fuente de energía térmica es la radiación solar. Esta puede entrar en los edificios directamente a través de las ventanas o puede calentar la envolvente del edificio a una temperatura más alta que la ambiente, aumentando la transferencia de calor a través de la envoltura del edificio. El coeficiente de ganancia de calor solar (SHGC) (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 adecuada contra el 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. Un acristalamiento con un revestimiento especial puede reducir el SHGC a alrededor del 10%. Las barreras radiantes son muy eficaces para los espacios de áticos en climas cálidos. 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 enfrentarse a un espacio de aire adecuado para ser eficaces.

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 convectivo a partir de las brisas predominantes.

En las 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 destina a sistemas de aire acondicionado para satisfacer la demanda de confort térmico de la población. Muchos países en desarrollo en regiones de clima cálido y seco sufren una escasez de electricidad en verano debido al uso cada vez mayor de máquinas de refrigeración. Se ha introducido una nueva tecnología llamada techo frío para mejorar esta situación. En el pasado, los arquitectos utilizaban materiales de masa térmica para mejorar el confort térmico. El aislamiento térmico pesado podía causar el efecto de desfase temporal que podía 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 emisión térmica, que utiliza materiales reflectantes y colores claros para reflejar la radiación solar. La reflectancia solar y la emisión 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. La forma del techo también está bajo consideración, el techo curvo puede recibir menos energía solar en comparación con las formas convencionales. Mientras tanto, el inconveniente de esta tecnología es obvio: la alta reflectancia provocará incomodidad visual. Por otro lado, la alta reflectancia y la emisión térmica del techo aumentarán 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.

Para obtener información sobre ventanas, consulte vidrio aislante y acristalamiento cuádruple.

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.

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.

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 (ver a continuación). 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.

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 montantes, en las que los puentes térmicos son comunes en los montantes y vigas de madera o acero, que suelen estar fijados 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 lugar para la infraestructura del sistema, como cajas eléctricas (tomas de corriente e interruptores de luz), plomería, equipos de alarma contra incendios, etc.

Los puentes térmicos también pueden generarse por una construcción descoordinada, por ejemplo, cerrando partes de las paredes externas antes de que estén completamente aisladas. La existencia de huecos inaccesibles dentro de la cavidad de la pared que no tienen 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.

Aislar edificios durante la construcción es mucho más fácil que rehabilitarlos, ya que, por lo general, el aislamiento está oculto y es necesario desmontar partes del edificio para 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.

De acuerdo con 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.

Los materiales fibrosos están formados por fibras de diámetro diminuto que distribuyen uniformemente el espacio aéreo. Los materiales más 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 está compuesto por pequeñas celdas que están separadas entre sí. Los materiales más comunes 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, cielorrasos y tejados, son más eficaces en climas cálidos. 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 (ver 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 que reflejan el 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 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).

Una película de suciedad o humedad puede alterar la emisividad y, por lo 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 es realizar una evaluación del ciclo de vida (ACV). Varios estudios han comparado el impacto medioambiental de los materiales aislantes en su aplicación. La comparación muestra que lo más importante es el valor aislante del producto que cumple los requisitos técnicos para la aplicación. Solo en un segundo paso, la diferenciación entre materiales cobra relevancia. El informe encargado por el gobierno belga a VITO es un buen ejemplo de este tipo de estudio.

• Consejos para la selección de aislamiento de techo
• "Recursos sobre la historia del aislamiento". solarhousehistory.com. 27 septiembre 2023.
• Guía de mejores prácticas Air Sealing & Insulation Retrofits for Single Family Homes
• superficies aislantes de agua, calor y humedad