Autor: Sergio Vera (Ph.D.), Director y profesor asociado del Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción UC y Director Técnico de la Unidad de Ingeniería en Edificación Sustentable (IES) del DICTUC.
Edición periodística: Paola Cornejo L./ Felipe Kraljevich M.
La aislación térmica corresponde a un material o sistema constructivo que provee una resistencia al flujo de calor. Los muros de hormigón poseen una baja capacidad de oponerse al flujo de calor y, por ello, deben emplearse sistemas aislantes térmicos adicionales para cumplir con regulaciones o requerimientos de eficiencia energética.
Sergio Vera (Ph.D.), Director y profesor asociado del Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción UC y Director Técnico de la Unidad de Ingeniería en Edificación Sustentable (IES) del DICTUC, explica las diversas alternativas y entrega recomendaciones para optimizar la aislación térmica de una construcción de manera eficiente.
La capacidad de un sistema constructivo de oponerse al flujo de calor se representa a través de dos propiedades: la Transmitancia Térmica U (W/m2°K) y la Resistencia Térmica Total RT (m2°K/W). La primera corresponde al flujo de calor que pasa por unidad de superficie del sistema constructivo cuando la diferencia de temperatura entre ambos lados del muro es 1°K. La Resistencia Térmica Total es el recíproco de U. “Ambas propiedades se miden a través de ensayos estacionarios bajo el procedimiento de la NCh851. También pueden medirse in-situ a través de las normas ASTM C1155 y C1046”, explica el profesor Sergio Vera. “La medición en laboratorio tiene limitaciones para medir adecuadamente, ya que no consideran la capacidad de almacenar calor de sistemas constructivos basados en hormigón, los que pueden tener una Resistencia Térmica Total efectiva mayor. Por otro lado, los ensayos in-situ permiten diagnosticar la aislación térmica de edificaciones ya construidas y verificar la correcta instalación o no de aislantes térmicos durante la etapa de construcción”, agrega el especialista.
En Chile, las exigencias de acondicionamiento térmico son reguladas por la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción (OGUC). En su artículo 4.1.10 establece los requerimientos de aislación térmica para muros de viviendas (casas y departamentos). En esta, se separan ambientes interiores de ambientes exteriores y la exigencia establecida corresponde a la Resistencia Térmica mínima o Transmitancia Térmica máxima aceptable para diferentes zonas climáticas de Chile.
“En la Zona 3 donde se ubica la ciudad de Santiago, se exige el valor de U de 1,9 W/m2°K; es decir, la Transmitancia Térmica del muro no puedes ser superior a este valor. Un muro de hormigón normal de 150 mm tiene un valor U igual a 3,8 W/m2°K, por lo cual no cumple esta exigencia y en consecuencia, hay que incorporar al menos 10 mm de un material aislante térmico para cumplir con esta exigencia”, ejemplifica Vera.
Cabe notar que los valores de U para muros estipulados por la OGUC son mucho más altos en comparación con estándares internacionales, y pueden ser hasta 5 veces más altos que los exigidos para el complejo techumbre. “Es decir, se acepta que a través del muro existan pérdidas de calor de hasta 5 veces más que a través del techo de las viviendas. Esto evidencia que el nivel de aislación térmica para muros exigido en Chile es deficiente y debe mejorarse en forma sustancial”, especifica el experto UC. “Además, la OGUC estipula que en aquellas ciudades donde existan planes de descontaminación ambiental, los requerimientos de aislación térmica de muros se incrementan sustancialmente respecto a los estipulados por la OGUC, según lo establecido en cada Plan de Descontaminación Ambiental”, agrega.
Aislantes térmicos de interior, exterior o entre muros
Debido a que los muros de hormigón requieren adicionar aislación térmica, existen diversas opciones en que la capa aislante puede estar ubicada por la cara exterior, cara interior o dentro del muro. También existen tecnologías de hormigones aislantes térmicos, estructurales o no, que cumplen la función de aislación térmica y soporte.
La aislación interior suele estar constituida por una capa de material aislante rígido adosado a una capa de yeso-cartón, que se adhiere al muro de hormigón mediante un adhesivo. El material aislante es usualmente poliestireno expandido, pero también se puede utilizar fibra de vidrio o poliuretano, los cuales tienes conductividades térmicas aproximadas de 0,04 y 0,02 W/m°K, respectivamente.
“La ventaja de los sistemas de aislación interior es su bajo costo y facilidad de instalación. Además, permite que la temperatura de confort del ambiente interior se alcance en menos tiempo cuando se utilizan sistemas de calefacción como estufas a parafina, gas o calefactores eléctricos portátiles que suelen operar por pocas horas”, comenta el profesor.
“Sin embargo, presentan desventajas asociadas al desaprovechamiento de la inercia térmica de los muros de hormigón, no eliminan los puentes térmicos y potencial riesgo de condensación en la interface del aislante térmico y muro de hormigón”, complementa.
La aislación térmica por el exterior comúnmente utilizada corresponde a sistemas de terminación y aislación exterior (EIFS, Exterior Insulation Finish Systems). Estas son placas de poliestireno expandido adherido al muro con adhesivos, malla de fibra de refuerzo y recubrimiento elásticos de terminación para proteger del clima. La principal ventaja de este sistema es que permite eliminar los puentes térmicos en caso de utilizarse apropiadamente y facilita el aprovechamiento de la inercia térmica de muros de hormigón. Las desventajas son el mayor costo; la necesidad de andamios para su instalación; problemas de durabilidad debido a la lluvia; agrietamiento debido envejecimiento y deterioro de la malla de fibra de vidrio en ambientes húmedos.
Como otra solución, existen sistemas constructivos de hormigón prefabricados, en que el aislante térmico se instala entre dos capas de hormigón estructural. También existen hormigones aislantes térmicos estructurales que presentan alta resistencia térmica, como es el caso de Thermedia© y HeatConcrete©, cuya conductividades térmicas es de 0,40 y 0,17 W/m°K, respectivamente, en comparación con el hormigón normal cuya conductividad varía entre 1,5 y 1,7 W/m°K. De esta manera, el muro en sí cumple la función aislante térmica y de soporte, siendo además liviano, lo que favorecería su uso para construcción prefabricada. “Las ventajas de estos es que suelen ser auto-compactantes, el método de construcción in-situ es igual al tradicional y no se requiere de otras actividades como la instalación de capas adicionales de aislación térmica o terminaciones superficiales”, indica el académico.
“Aunque depende de cada caso, para la eficiencia energética de las viviendas, es más conveniente utilizar la aislación por el exterior o que el hormigón sea aislante térmico, ya que esto permite reducir e incluso eliminar los puentes térmicos (huella por dónde las pérdidas de calor son mayores que el resto de la envolvente) y aprovechar la inercia térmica del hormigón para reducir el consumo de energía para calefacción, cuya magnitud depende principalmente del clima, arquitectura y orientación de la vivienda, así como también si se trata de casas o departamentos. En términos generales, la aislación exterior y muros de hormigón aislante presentan un menor consumo de energía de calefacción comparado con la aislación interior”, concluye el especialista UC.
Masa Térmica o Inercia Térmica
En el comportamiento térmico de una edificación es importante distinguir entre dos fenómenos: la masa térmica y la inercia térmica.
La masa térmica es la capacidad de los materiales de un edificio de almacenar y liberar de calor, dependiendo de la variación de temperatura interiores y exteriores; mientras que la inercia térmica de un edificio es el efecto que tiene la masa térmica en la respuesta del edificio para reducir las demandas de calefacción y enfriamiento mediante la amortiguación térmica en condiciones de alta variación diaria de temperaturas exteriores, como es el caso de Calama, Copiapó y ciudades del Valle Central de Chile.
“Por ejemplo, edificios de alta masa térmica como los de hormigón, si son diseñados adecuadamente absorben calor cuando hay mayores ganancias de calor y lo liberan varias horas después. De esta manera en estaciones cálidas se reduce la demanda de aire acondicionado y en estaciones frías se reduce la demanda de calefacción, de tal manera que este edificio presenta una alta inercia térmica”, ejemplifica el profesor.
Sin embargo, la regulación nacional sobre acondicionamiento térmico de viviendas no reconoce esta cualidad de los materiales, ya que la Transmitancia Térmica exigida se basa en ensayos de laboratorio bajo condiciones estacionarias. “Existen normativas referidas a aislación térmica de edificios que sí consideran este efecto. Por ejemplo, el estándar de Nueva Zelanda incluye requerimientos diferentes de aislación térmica para muros de baja o alta masa térmica”, dice el profesor Vera.
El efecto de la masa térmica en edificios puede ser apropiadamente modelado en software de simulación energética de edificios para considerar el comportamiento dinámico (no estacionario) de las edificaciones, lo que permite obtener mejores predicciones del desempeño energético. La aislación térmica busca una mayor resistencia al flujo de calor y depende de la conductividad térmica y espesor del material; mientras que la masa térmica busca absorber el calor y liberarlo progresivamente. Ambas estrategias se pueden combinar y buscan mejorar el desempeño energético de los edificios. “Para el aprovechamiento de la masa térmica en este ámbito, es necesario que el muro de hormigón esté expuesto hacia el interior y en el caso de viviendas, que el muro esté aislado térmicamente por el exterior o que sea de hormigón aislante térmico”, comenta el académico.
En viviendas, casas y departamentos, en climas templados y fríos; la estrategia base de eficiencia energética corresponde a la aislación térmica ya que el principal consumo de energía en viviendas es asociado a calefacción.
“La masa térmica es útil principalmente en climas con altas variaciones diarias de temperatura como es el caso de Copiapó y Calama. Por otro lado, en edificaciones comerciales, ubicados en climas cálidos y templados, la masa térmica contribuye a reducir el consumo de energía para aire acondicionado, especialmente cuando presenta altas ganancias internas (calor generado por personas, equipo e iluminación), y en este tipo de edificios la aislación térmica puede ser contraproducente ya que favorece que el calor permanezca al interior del edificio. Sin embargo, se debe notar que esto depende del clima, arquitectura, orientación y condiciones de uso del edificio”, finaliza el especialista.
