AISLAMIENTO TÉRMICO

Como hemos estudiado, en el cuerpo humano  la piel actúa a modo de barrera o capa protectora que regula la pérdida de energía. La piel se puede equiparar en términos arquitectónicos con la envolvente del edificio, sin embargo, no existe una tecnología comparable a la eficiencia de la piel humana. Existen ciertos mecanismos, que utilizados de manera conjunta podrían regular el intercambio de energía con el exterior de la edificación, el  aislamiento.

Imagen: Prueba aislamiento con lana mineral (Isover). Fuente: Experimento Solar Decathlon

El aislamiento ya sea térmico o acústico, realiza una función de filtro o barrera para evitar que traspase el calor o los ruidos. Ambos aislamientos según exige la normativa se deben contemplar conjuntamente, sin embargo, en este caso se tratará con mayor profundidad la función térmica del aislamiento. No debemos olvidar que para lograr el máximo confort se deben tener muy presentestanto los inconvenientes acústicos como los térmicos.

A continuación, se analizará la utilización del aislamiento térmico en la arquitectura bioclimática nombrando algunos de los materiales más recomendados desde el punto de vista de la sostenibilidad y respeto al medio ambiente.

En primer lugar, lo que se debe tener claro es el lugar donde vamos a colocarlo y cómo va a funcionar en el conjunto de la edificación. Ya conocemos como se transmite el calor (conducción, convección, radiación,…) y además sabemos que los materiales aislantes tienen una conductividad térmica muy baja.  Generalmente los materiales aislantes en su composición contienen algún tipo de gas, normalmente aire, esto es debido a que la propagación del calor en los gases en reposo es muy baja con lo que mejora las características aislantes que posee el material.

A la hora de colocar un material se debe prestar especial atención a los posibles puentes térmicos ya que una mala ejecución o discontinuidades en el mismo supondrían pérdidas de calor nada despreciables. En un cerramiento podemos encontrar sistemas que utilizan fluidos en movimiento, como las cámaras de aire ventiladas, en las que un mal aislamiento en el que se dejan espacios sin cubrir, provoca puentes térmicos que echan por tierra el fin último de esta solución constructiva. Si se realiza de manera correcta es una solución idónea para evitar problemas de humedades.

Uno de los principales problemas en los cerramientos es la transmisión de calor por cambio de estado que se puede producir en su interior. Cuando penetra la humedad, el agua se evapora al calentarse y se enfrían. Existen diferentes fenómenos que provocan las humedades entre los que caben destacar:

  • Punto de rocío: se deberá calcular de manera que coincida con la parte exterior del aislamiento, evitando que su evaporación enfríe el interior de la edificación.
  • Humedades ascendentes por capilaridad: este tipo de humedades provienen del subsuelo por lo que se debe utilizar una barrera continua de impermeabilizante.
  • Agua de lluvia: en lugares en las que las precipitaciones son abundantes se pueden utilizar la solución mencionada de la cámara de aire o utilizar materiales que favorezcan la evaporación como los revestimientos de mortero de cal.

También se debe tener en cuenta cuando construimos por ejemplo en zonas de montaña, el agua que discurre por las laderas, drenándola y alejándola del edificio para evitar posibles inconvenientes.

Anteriormente estudiamos el comportamiento que tiene la radiación solar, ésta no necesita un medio material para transmitirse ya que es capaz de hacerlo en el vacío, sin embargo y ahí es donde se presentan las mayores discordancias en el planteamiento constructivo de la arquitectura bioclimática, se pueden utilizar elementos con masa térmica en el exterior de los muros o por el contrario que sea el aislamiento lo que actúe como soporte material para el calor por radiación.

Básicamente lo que se cuestiona es si el aislamiento térmico debe ir colocado hacia el interior o hacia el exterior de los cerramientos. A continuación, se analizarán ambas opciones para intentar comprender mejor su funcionamiento.

En el caso de colocar el aislamiento térmico en la parte interior del muro desaprovecharíamos la masa térmica del resto de los materiales, poniéndonos en el caso de que en su parte interior hubiese una fuente de calor, el aislamiento interior evitaría que se transmita al resto de las capas del cerramiento, lo que impediría la acumulación de calor traduciéndose en un enfriamiento más rápido si se corta el flujo de calor interior. Para evitarlo, se pueden utilizar diferentes sistemas como veremos más adelante, como captadores de energía solar, cerramientos ligeros, muros trombe o depósitos acumuladores (por ej. agua) que actúen como sistemas radiantes.

En verano un edificio que tenga una masa térmica muy baja requiere un sistema de ventilación adecuado, si no existe ningún sistema de regulación y la energía captada por la radiación que atraviesa los huecos se acumula en el interior puede hacer que la temperatura interior aumente rápidamente. Además en verano se producirá el efecto contrario, al tener una inercia térmica baja, la temperatura se reducirá de manera excesiva requiriendo en ambos casos un sistema adecuado de climatización (refrigeración o calefacción).

Por lo tanto, esta solución sería recomendable para edificaciones de uso intermitente, en las que no será necesario calentar o enfriar toda la envolvente, sino que este aporte energético sea apreciable durante el corto periodo de tiempo en el que se desarrolle la actividad en el mismo, por ejemplo en los teatros.

De esto podemos deducir que la colocación del aislamiento térmico hacia el exterior es más indicada para el uso residencial o edificaciones de uso habitual. La utilización de materiales cerámicos que tengan un espesor suficiente para acumular el calor lentamente y posteriormente cederlo de la misma forma consiguiendo un acondicionamiento térmico excelente. Para lograr mantener la temperatura interior constante, disponer de una envolvente con gran masa térmica situada dentro del aislamiento sirve para conseguir almacenar la energía. De este modo, el calor se acumula durante los días más calurosos y es cedido al ambiente cuando se enfrían los cerramientos, durante las noches o incluso los días con menos radiación solar en los que la variación de temperatura es mucho menor apenas 2 °C después de varios días sin radiación solar directa. 

Es importante aislar correctamente las carpinterías ya que suponen durante el día y la principal fuente de captación solar, sin embargo por la noche se convierten en auténticos sumideros a través de los que se producen grandes pérdidas energéticas. Un doble acristalamiento o aislamientos móviles como pueden ser persianas, contraventanas, etc., evitan que las pérdidas sean tan elevadas. Si además de aplicar estas soluciones constructivas, las combinásemos con otras en las que la edificación estuviese enterrada o semienterrada conseguiríamos una amortiguación en la variación de las temperaturas. Estas soluciones son las más indicadas para mantener la temperatura constante y lograr un aislamiento excepcional, además de proteger a la vivienda de las inclemencias externas. Nunca se debe olvidar aislar convenientemente la solera de la edificación, especialmente en este tipo de edificaciones y en los lugares en los que tengamos un nivel freático alto.

CAPACIDAD CALORÍFICA E INERCIA TÉRMICA

La temperatura de un cuerpo está determinada por el aporte de calor que recibe el mismo. Pero este aumento de temperatura no es siempre igual, hemos visto los factores que influyen en el aumento y se ha podido constatar que no es igual en todos los casos. En el caso de los materiales esta variación es igual dependiendo de las características del mismo. Así pues podemos encontrarnos con materiales que aumentan rápidamente de temperatura o con los que tienen un aumento mucho más lento, estos últimos poseen una capacidad calorífica más elevada, siendo capaces de almacenar más calor por cada grado de temperatura que se le aporta.

Un concepto que debe se debe de comprender y tener presente es el de calor específico, viene definido por la cantidad de calor que se le debe suministrar a 1 Kg de masa para que éste eleve su temperatura en 1 °C y se mide en Kcal/Kg °C.

Ambos fenómenos son apreciables en una edificación si observamos el funcionamiento de los sistemas de calefacción tradicionales. Un radiador que ha necesitado un periodo de tiempo relativamente alto para conseguir alcanzar la temperatura de confort, una vez es desactivado la temperatura del local no baja de manera inmediata, reduciéndose de manera progresiva. A mayor escala, si nos fijamos en el comportamiento térmico de La Tierra, en dos fechas similares en cuanto a la posición con respecto al sol (los equinoccios) existe una diferencia de temperaturas considerable entre ambas debido a la acumulación de radiación solar en nuestro planeta, este fenómeno se conoce como inercia térmica y es clave en la concepción de los sistemas constructivos de este tipo de arquitectura.

En la arquitectura bioclimática, se utiliza este concepto para evitar que la edificación tenga una reacción rápida a la radiación solar, lo que se traduciría en un calentamiento rápido lo que sería beneficioso durante el día en épocas frías. Sin embargo, ésta reducida inercia térmica conlleva un enfriamiento de igual magnitud durante la noche.

Imagen: Temperatura exterior – interior de un material. Fuente: Barnacork.com

Si aplicamos un criterio de selección de sistemas constructivos que confieran a nuestra edificación una gran inercia térmica, este retardo aumenta, debido a que consiguen acumular el calor durante el día y deshacerse del mismo paulatinamente durante el periodo nocturno. Esto supondrá evitar cambios bruscos de temperatura y se mantendrá la temperatura de confort en el interior, con independencia de los valores externos de temperatura. Además, la variación de temperatura interior será menor que la que se produce en el exterior consiguiendo una amortiguación de la temperatura media en nuestra edificación.

CALOR DE VAPORIZACIÓN

Cuando un cuerpo pasa de estado liquido a gaseoso, necesita absorber una cantidad de calor, que adquiere de su entorno inmediato, enfriándolo. Por eso, los lugares donde hay agua están más frescos.

Las plantas están transpirando continuamente, eliminando agua en forma de vapor de agua lo que se traduce en que los espacios donde hay plantas estén más húmedos.

Calor de vaporización

Un ejemplo que puede servir para entender mejor este fenómeno sería el de un botijo, el agua permanece fresca a pesar de que haga calor, gracias a que el barro del que está fabricado es un material poroso y permite que atraviese el vapor de agua, por el fenómeno conocido como exhudación, la evaporación de parte del agua interior refresca la masa de agua del interior.Las partículas de agua con mayor inercia escapan del botijo, quedando en su interior las de una inercia más baja, reduciendo de este modo la temperatura media del agua que queda en el interior.

CONVECCIÓN NATURAL

Tal y como se ha descrito anteriormente la convección natural genera una circulación de aire, intercambiándose el volumen de aire caliente que tiende a ascender y ocupar así, el espacio del aire más frío y denso. Este fenómeno se puede utilizar en la arquitectura bioclimática para lograr mejorar el confort térmico de la edificación. Utilizando la radiación solar, se calienta el aire mediante una superficie captadora de calor, además se procura situar en la parte superior de la edificación una vía de escape para este aire caliente que al ascender sale de le edificación, dejando un espacio en el interior que automáticamente es sustituido por aire más frío. Este sistema genera una infinita renovación de aire, pudiéndose conseguir mediante los distintos sistemas de ventilación convectiva, como en la imagen inferior mediante la denominada chimenea solar.

conveccion natural

Imagen: Esquema del movimiento del aire chimenea solar. Fuente: Arquiperu2010.com 

La diferencia de temperatura que existe en un espacio cerrado entre la parte superior y la parte inferior se denomina estratificación térmica, siendo más apreciable cuanto mayor sea la diferencia de altura entre ambas. Debemos tener en cuenta este fenómeno a la hora de diseñar las estancias, ya que si dos estancias se encuentran comunicadas entre sí pero a diferentes alturas, la diferencia de temperatura entre ambas siempre será patente, la que se encuentre a mas altura contendrá el aire con la densidad más baja, dejando a la que se encuentre a menos altura con una temperatura  inferior.