En los últimos años el aislamiento térmico de los edificios se ha vuelto un concepto de moda, sobre todo porque prácticamente todas las normativas y estándares de la edificación enfatizan su importancia para mejorar la eficiencia energética. Sin embargo, cabe preguntarnos si comprendemos realmente qué es el aislamiento térmico, si es tan importante como dicen, y si lo estamos usando de manera correcta. En esta entrada trataremos de dar algunas respuestas, por lo menos de manera general, a estas cuestiones.

Primero, ¿qué es el aislamiento térmico?

En términos simples, el aislamiento térmico se refiere al uso de cerramientos (muros, cubiertas, suelos) con materiales que tienen una gran capacidad para reducir los flujos de calor a través de ellos. Respecto a los materiales, su capacidad de aislamiento se suele definir mediante el valor de conductividad térmica: mientras menor sea ese valor, mayor su capacidad de aislamiento. Por otro lado, la capacidad de aislamiento de las capas de materiales y de los cerramientos se suele definir mediante la resistencia o la transmitancia térmicas, que son valores inversos. Así, mientras mayor sea la resistencia y menor la transmitancia, mayor la capacidad de aislamiento de la capa de material o del cerramiento.

En estricto sentido todos los materiales y cerramientos tienen una cierta capacidad para oponerse a los flujos de calor, pero unos lo hacen de manera mucho más efectiva que otros. En el ámbito de la edificación se suele asumir que los materiales aislantes son los que tienen una conductividad de 0.06 W/m-K o inferior. La siguiente tabla muestran algunos materiales usados en la construcción, junto con sus valores de conductividad, resistencia y transmitancia térmica. La tabla también distingue tres posibles grupos de materiales: los no aislantes, los intermedios y los aislantes.

Tabla 1. Valores de conductividad, resistencia y transmitancia de algunos materiales constructivos.

Nota: Para calcular los valores de resistencia y transmitancia térmica de la tabla anterior se considera que la capa de material tiene un espesor de 10 cm, y no se tienen en cuenta las resistencias térmicas superficiales.

Cabe señalar que, curiosamente, lo que hace que un material sea aislante no son las propiedades del “material en sí”, sino el hecho de tener aire en su interior. Efectivamente, cuando está atrapado en compartimentos tan pequeños que dificultan sus movimientos convectivos, el aire es una de las mejores barreras al paso de calor. Por eso los materiales que tienen una gran cantidad de aire encapsulado, a veces incluso en compartimentos microscópicos, son los que tienen mayor capacidad de aislamiento. No es de extrañar entonces que mientras más ligero sea un material más posibilidades de que sea un buen aislante. Esto se hace evidente en la siguiente gráfica, que muestra los valores de conductividad y densidad de los materiales de la tabla anterior. Aunque la relación no es estrictamente lineal, hay una clara correspondencia entre ambos parámetros.

Figura 1. Valores de conductividad y densidad de algunos materiales constructivos.

¿Y qué efecto tiene el aislamiento en los edificios?

Una idea común sobre el aislamiento térmico es que sirve para evitar que el calor y el frío “entren” al edificio. Si nos atenemos a la segunda ley de la termodinámica, que implica que el calor se desplaza naturalmente desde las zonas calientes a las zonas frías, entonces la idea anterior no es cierta, al menos en la parte que se refiere a evitar que el frío “entre”. Esta confusión puede parecer anecdótica, pero es necesario aclararla para comprender correctamente cómo funciona el aislamiento y por qué es benéfico en algunas situaciones pero no tanto en otras. En síntesis, en lo que respecta al efecto del aislamiento en los edificios suelen darse dos situaciones básicas:

• Si el ambiente exterior es más frío que el interior, entonces el aislamiento ayuda a evitar que el calor escape de nuestro edificio.
• Si el ambiente exterior es más cálido que el interior, entonces el aislamiento ayuda a evitar que el calor entre en el edificio.

Así, en teoría, el aislamiento térmico nos ayuda a reducir las ganancias de calor durante el verano, disminuyendo el uso de la refrigeración, y a reducir las pérdidas de calor durante el invierno, disminuyendo el uso de la calefacción. Desafortunadamente el asunto es un poco más complejo que eso, debido entre otras cosas a que las condiciones exteriores no son constantes las 24 horas del día, sino que presentan variaciones más o menos importantes, dependiendo de las características climáticas del sitio. Eso causa, por ejemplo, que incluso durante el verano haya periodos en los que el ambiente exterior es más frío que el interior, y en esos periodos el aislamiento puede funcionar como un obstáculo a la disipación de calor. Mientras más elevadas sean las ganancias internas del edificio, más importante puede ser este efecto.

La siguiente figura ejemplifica lo expuesto en el punto anterior. Muestra las pérdidas y ganancias de calor en un edificio de oficinas ubicado en Tenerife, durante un día cálido (gráficas 1.a y 1.b), un día templado (gráficas 2.a y 2.b) y un día relativamente frío (gráficas 3.a y 3.b). Las gráficas a la izquierda corresponden a un nivel de aislamiento relativamente bajo, mientras que las gráficas a la derecha corresponden a un nivel de aislamiento medio.

Figura 2. Pérdidas y ganancias de calor en un edificio de oficinas en Tenerife, durante un día cálido (1.a y 1.b), un día templado (2.a y 2.b) y un día relativamente frío (3.a y 3.b).

De la información aportada por las gráficas es posible extraer las siguientes conclusiones:

• En el caso del día cálido se observa que al incrementar el aislamiento se reducen las pérdidas de calor a través de la envolvente durante la madrugada, pero es mucho más significativa la disminución de las ganancias de calor durante las horas con temperaturas elevadas. El resultado es que se reduce ligeramente la demanda de refrigeración, de 2,218 a 2,074 kWh.
• En el día templado ya no tenemos el mismo efecto positivo. También se reducen las ganancias de calor a través de la envolvente durante la segunda mitad del día, pero es más significativa la disminución de la disipación de calor durante la primera mitad. El efecto final es que la demanda de refrigeración aumenta ligeramente, de 1,703 a 1,764 kWh.
• Finalmente, en el caso del día relativamente frío se observa que durante todo el día se reduce la disipación de calor a través de la envolvente, lo que produce un aumento importante de la demanda de refrigeración, de 534 a 925 kWh.

Estos datos nos indican que es perfectamente posible que incluso en lugares con periodos relativamente fríos el aislamiento térmico no tenga efectos tan benéficos como solemos suponer, dependiendo de las condiciones de uso del edificio, de sus características arquitectónicas y la configuración de los sistemas de climatización.

Pero entonces, ¿qué tan importante es el aislamiento de los edificios?

De acuerdo con lo expuesto hasta ahora, al ayudarnos a retener el calor dentro del edificio el aislamiento térmico tiende a ser más importante en la medida en la que el clima es más frío (de hecho cuando nos acercamos a las regiones polares un buen aislamiento resulta vital). En cambio en climas con periodos cálidos extensos el aislamiento tiende a perder importancia, e incluso puede llegar a ser contraproducente si se usa en exceso. A manera de ejemplo, veamos la siguiente figura. Se trata de un conjunto de gráficas que muestran el desempeño energético de un hipotético edificio de oficinas ubicado en cuatro ciudades de España: Tenerife, con un clima predominantemente cálido; Barcelona, con un clima mediterráneo de veranos e inviernos relativamente suaves;  Madrid, con veranos e inviernos que tienden a ser extremosos; y Burgos, con un clima predominantemente frío (es una de las ciudades más frías de España).

Figura 3. Demandas energéticas de un edificio de oficinas en cuatro ciudades de España.

Las gráficas muestran las demandas energéticas de calefacción y refrigeración, así como la suma de ambas, considerando cinco niveles de aislamiento del edificio, desde muy bajo (VLI) hasta muy alto (VHI). Lo primero que salta a la vista es que el aislamiento siempre reduce de manera significativa las demandas de calefacción (salvo en Tenerife, donde son casi nulas), mientras que aumenta las demandas de refrigeración (en este caso la excepción es Madrid, donde resulta prácticamente neutral).

Pero la gráfica que más nos interesa es la tercera, que muestra la suma de las demandas de calefacción y refrigeración. Ahí podemos observar que en Burgos y Madrid el aislamiento resulta de gran importancia para reducir la demanda energética total. En Barcelona el aislamiento reduce hasta cierto punto la demanda total, pero luego su impacto es prácticamente nulo (es decir, disminuye su importancia relativa). En Tenerife, donde predominan las demandas de refrigeración, el aislamiento produce un aumento nada despreciable de la demanda energética total.

Podemos decir entonces que el efecto final de incrementar el nivel de aislamiento, es decir, que reduzca o aumente las demandas energéticas totales, y en qué medida, depende de las particularidades del clima en el sitio y del peso relativo de las demandas de calefacción y refrigeración. Sin embargo también es importante tener en cuenta otros factores, como las condiciones de uso del edificio, sus ganancias de calor internas, sus características arquitectónicas y la configuración de sus sistemas de climatización.

Nota: Es importante tener en cuenta que los datos anteriores corresponden a un edificio de oficinas con ganancias internas relativamente elevadas y con unas determinadas características arquitectónicas (ver imagen). No es recomendable extrapolar los resultados a edificios con otros usos y/o con características arquitectónicas muy diferentes. En ese sentido, se recomienda efectuar análisis especializados en cada caso para determinar el nivel de aislamiento óptimo.

A manera de conclusión…

• El aislamiento puede ser un excelente recurso para mejorar el desempeño energético de los edificios. Mientras más frío sea el clima, mayor será el impacto positivo del aislamiento.
• En los climas con periodos cálidos prolongados el aislamiento tiende a perder importancia, y en algunos casos puede llegar a ser contraproducente. Esto se debe a que el aislamiento reduce la disipación de calor, lo cual es especialmente crítico en edificios con elevadas ganancias internas.
• Establecer el nivel óptimo de aislamiento de un edificio implica considerar adecuadamente sus condiciones de uso, sus características arquitectónicas y la configuración de sus sistemas de climatización, además de las particularidades del clima en el sitio. En ese sentido, siempre es recomendable hacer análisis especializados, por ejemplo simulaciones dinámicas detalladas, que ayuden a tomar las decisiones correctas.
• Que las normativas energéticas hagan énfasis en el nivel de aislamiento de los edificios es en general una buena medida. Sin embargo, es importante tener en cuenta que no siempre un elevado nivel de aislamiento es la mejor estrategia.

Referencias

[1] D. Pan, M. Chan, S. Deng, and Z. Lin, “The effects of external wall insulation thickness on annual cooling and heating energy uses under different climates,” Applied Energy, vol. 97, pp. 313–318, 2012.

[2] “Does More Wall Insulation Reduce Cooling Costs?” GreenBuildingAdvisor, 22-Jul-2013.

[3] “Guidance on preventing overheating in the home.” Department of Energy & Climate Change, 2014.

[4] A. Ordoñez García, “Effects of architectural design variables on energy and environmental performance of office buildings,” Ph.D. Thesis, Universitat Rovira i Virgili, 2016.

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