La coautora de este artículo es Jennifer Keegan, AAIA.
Las preocupaciones al operar instalaciones de almacenamiento en frío van más allá de asegurarte de que el helado no se derrita. Con frecuencia, los propietarios y operadores se enfrentan a:
- Elegir un sistema de techo económico que sea duradero
- Trabajar en áreas interiores inseguras debido a la acumulación de hielo
- Reducir las facturas de electricidad mensuales
Los propietarios que desean mejorar el ahorro de energía y la seguridad deben tener en cuenta que el techo no solo sirve para proteger del clima exterior, sino que también puede ser clave para resolver estos desafíos operativos.
_____________
Los edificios de almacenamiento en frío están diseñados específicamente para mantener temperaturas muy bajas, mucho más bajas que las de un edificio convencional. Estas instalaciones de almacenamiento en frío, como los ultracongeladores, pueden mantener una temperatura interior de -50 grados Fahrenheit. Por ello, es fundamental contar con una estructura bien aislada y sellada que no solo conserve la temperatura necesaria, sino también minimice la acumulación de hielo. Esto beneficia tanto los productos almacenados como el ahorro energético a lo largo de la vida útil del edificio.
¿De qué manera los materiales para techos podrían afectar el ahorro energético?
Hazte a la idea de que las paredes de una instalación de almacenamiento en frío son como una chaqueta y que el techo funciona como un sombrero. Cuando hace frío afuera, necesitas ambos para aislarte y mantener el calor del cuerpo. Del mismo modo, en una instalación de almacenamiento en frío: el techo y las paredes de la estructura aíslan los productos que están dentro. Pero en este caso, cuando afuera hace calor, ayudan a mantener los productos fríos. Si el aislamiento en las paredes o el techo es insuficiente, los sistemas mecánicos tendrán que trabajar más para mantener la temperatura interior, lo que aumenta el consumo energético y las facturas de electricidad.
La eficacia del aislamiento para techos se mide mediante su valor R. Según Energy Star, el valor R mide la capacidad de un aislante para resistir el flujo de calor a través de él. Cuanto mayor sea el valor R, mejor será el rendimiento térmico del aislante y su capacidad para mantener la temperatura interior. Este valor se expresa generalmente por pulgada de aislante, y el valor R recomendado para instalaciones de almacenamiento en frío varía según la temperatura interior y es significativamente más alto que el que se recomienda para los edificios tradicionales. Por ejemplo, un edificio de oficinas tradicional puede requerir un valor R de 30. En cambio, según la edición 2018 de la publicación ASHRAE Handbook - Refrigeration (Manual de la ASHRAE: Refrigeración) de la American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers, se sugieren valores R mínimos para aislante para techos de entre 30 y 60, dependiendo del tipo de almacenamiento.
Los valores R varían según el producto, por factores como el grosor y la densidad del aislante. Para calcular el valor R total de una instalación de múltiples capas, se suman los valores R individuales de cada capa. En particular en el almacenamiento en frío, es recomendable optar por aislantes con un valor R más elevado por pulgada, como poliisocianurato (valor R de 5.6 por pulgada), poliestireno extruido (XPS, valor R de 5.0 por pulgada) o poliestireno expandido (EPS, valor R de 3.8 por pulgada).
Cuando los aislantes están disponibles en varios grosores, es preferible instalar múltiples capas de aislante más delgado en lugar de una o dos capas más gruesas. Los puentes térmicos se producen cuando el aislante es discontinuo entre las juntas, lo que permite el movimiento térmico y de aire entre las juntas o en los espacios entre los tableros. Durante la instalación, el uso de varias capas permite escalonar y desfasar las juntas, bloqueando los espacios por donde el aire podría evadir el aislante. Limitar los puentes térmicos mejora la eficiencia energética, ya que reduce el movimiento de aire entre las capas de aislamiento.
Imagen 1: menor eficiencia energética provocada por el movimiento de aire entre tableros y sujetadores que actúan como puente térmico.
Agregar la cantidad adecuada de aislante evita la pérdida descontrolada de aire acondicionado interno y ayuda a mantener la temperatura interior deseada. Mantener mejor las temperaturas interiores acondicionadas permite que los sistemas de enfriamiento funcionen con menos frecuencia, reduciendo el consumo de electricidad. Aunque instalar una capa adicional de aislante para aumentar el valor R del techo puede representar un costo inicial, este gasto suele ser mínimo en comparación con los ahorros energéticos a largo plazo. Sin embargo, el ahorro de energía no está garantizado, y el monto del ahorro puede variar según la zona climática, las tarifas eléctricas, las propiedades radiativas de los productos para techos, los niveles de aislante, la eficiencia del equipo HVAC y otros factores.
¿Qué podemos decir de la membrana para techos? Si bien hay muchas opciones en membranas para techos, el color es una consideración clave. En edificios convencionales, mantener un ambiente cómodo requiere calefacción y refrigeración según la temporada. En este contexto, la selección del color de la membrana tiene un impacto significativo, especialmente cuando el edificio utiliza refrigeración interior. Una membrana para techos altamente reflectante (de colores claros) brinda beneficios adicionales cuando la parte interior se está refrigerando porque reflejará el calor del sol. Del mismo modo, para un edificio de almacenamiento en frío, lo mejor es utilizar un techo de un color más claro para reflejar el calor del sol a fin de ayudar a reducir los costos ya elevados relacionados con enfriar el edificio. El calor reflectante del sol reduce el calor que irradia hacia el interior, lo que significa que el equipo de refrigeración no tendrá que trabajar tan arduamente para mantener las temperaturas interiores y, en última instancia, funcionará de manera más eficaz.
¿Qué podemos decir del acoplamiento del techo? Analizamos el concepto de puentes térmicos y cómo se pierde energía si hay discontinuidades entre las juntas del aislante, pero también pueden producirse puentes térmicos si hay penetraciones de sujetadores a través del sistema de techo, como se observa en la imagen 1. Estos sujetadores se utilizan para fijar el aislante y la membrana a la cubierta del techo, en lo que se denomina "sistema sujeto de forma mecánica". Una forma de reducir los puentes térmicos que se producen por las penetraciones de los sujetadores es enterrarlos dentro del sistema o eliminarlos por completo, instalando un sistema de techo adherido. Por lo general, un sistema de techo adherido fija la capa inferior de aislante a la plataforma base y, posteriormente, se adhieren las capas subsiguientes de aislante, membrana y cubierta protectora. Al eliminar los sujetadores, también se reducen significativamente las vías por las cuales el aire puede infiltrarse en el sistema del techo.
Las imágenes 2 y 3 ilustran situaciones hipotéticas, una "buena" y otra "mejor", en relación con la limitación de los puentes térmicos y la reducción del flujo de aire hacia la instalación del techo. En la imagen 2, que representa la situación hipotética "buena", hay múltiples capas de aislante escalonadas y desfasadas, pero estas están sujetas en forma mecánica a la plataforma base. Si bien las capas de aislante escalonadas limitan parcialmente el flujo de aire hacia la instalación del techo, el aire todavía puede atravesar el sistema. En la imagen 3, que representa la situación hipotética "mejor", solo la primera capa de aislante está sujeta de forma mecánica, mientras que las capas subsiguientes están adheridas. Al adherir las capas subsiguientes, se reduce considerablemente el flujo de aire hacia la instalación del techo. Reducir el flujo de aire contribuye a mantener estable la temperatura interior, lo que puede traducirse en ahorros significativos de electricidad para la instalación.
Imagen 2: "situación hipotética buena" con aislante escalonado y desfasado, y una membrana para techos sujeta en forma mecánica.
Imagen 3: "situación hipotética mejor" con la primera capa de aislante sujeta en forma mecánica y las capas subsiguientes del sistema del techo adheridas, lo que reduce en gran medida el flujo de aire hacia la instalación del techo.
Importancia del acabado
El resultado de limitar el flujo de aire hacia la instalación del techo de una instalación de almacenamiento en frío no se observa solo en la comodidad para los ocupantes, sino que es una cuestión de seguridad. En un edificio tradicional, como una oficina, un techo con un acabado deficiente podría provocar corrientes de aire o quejas sobre la temperatura. Sin embargo, en una instalación de almacenamiento en frío, esas mismas corrientes se condensan debido a la gran diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, y la condensación puede transformarse en hielo. El hielo puede acumularse en diversas superficies, por ejemplo en lugares con fugas de aire, como las interfaces entre el techo y la pared, o en pisos de almacenamiento frío donde la superficie del suelo está más fría que el aire que está por encima de ella. Cuando se forma hielo en el suelo, puede producir resbalones, tropezones o caídas, y también puede afectar las operaciones si el hielo impide acceder a ciertas áreas de la instalación.
La formación de hielo dentro de una instalación de almacenamiento en frío es consecuencia directa de acabados diseñados o ejecutados de manera inadecuada. Los acabados, como los de la interfaz entre la pared y el techo, o el sellado alrededor de las penetraciones, son críticos no solo para evitar la entrada de lluvia, sino también para conservar la energía dentro de la instalación. De manera similar a la pérdida de energía causada por los puentes térmicos, un acabado deficiente permite el flujo de aire a través del techo, lo que genera una pérdida significativa de las temperaturas refrigeradas necesarias en el espacio interior. Además, el flujo de aire que se condensa puede acumularse dentro del sistema del techo, incluso en el aislante, y congelarse. El aislante congelado es un efecto secundario común de los techos de almacenamiento en frío que no funcionan adecuadamente. El aislante congelado es exactamente lo que parece: aislante en el que se ha acumulado humedad dentro y que se congeló. El aislante congelado tiene propiedades similares a las del aislante húmedo y es ineficaz, ya que prácticamente pierde todas sus propiedades de aislación. Tener el techo congelado equivale a no tener aislante, lo que dispara el consumo de electricidad necesario para mantener la temperatura interior.
Un acabado adecuado en una instalación de almacenamiento en frío debe planificarse desde la etapa inicial de diseño. Es fundamental determinar claramente los tipos de espacios interiores, sus tamaños y el uso general de la instalación. Una vez definido el diseño general de la instalación de almacenamiento en frío, deben seleccionarse cuidadosamente los materiales de construcción, y esto incluye los sistemas del techo. Una vez elegido el sistema de techo, el diseño del acabado se convierte en un aspecto crucial El acabado habitual, que incluye las penetraciones y la interfaz entre el techo y la pared, debe planificarse y diseñarse meticulosamente
Las penetraciones y las interfaces entre el techo y las paredes deben sellarse adecuadamente para evitar que el aire entre en la instalación del techo. Incluso un pequeño agujero que permita el flujo de aire puede tener consecuencias graves para el sistema del techo. El método más común para garantizar un sellado efectivo en las penetraciones y terminaciones es el uso de espuma de celda cerrada en aerosol. Este material suele aplicarse en las intersecciones de las paredes exteriores y el aislante del techo, con un grosor de una pulgada, y se extiende desde el nivel de la plataforma base hasta la parte superior del aislante. En las intersecciones entre la plataforma base de pared y las estructuras de acero, también se recomienda aplicar espuma en aerosol dentro de las flautas de la plataforma base y cubrir al menos 12 pulgadas de la pared. La espuma de celda cerrada en aerosol sella eficazmente las interfaces, impidiendo que el aire ingrese en la instalación del techo.
Imagen 4: acabado de GAF 201C de borde de techo de metal en panel de pared con aislante.
Es fundamental que la ejecución de la instalación del techo sea correcta, y, para ello, es necesario recurrir a un contratista con experiencia en la construcción de almacenamiento en frío. Contar con el profesional idóneo que comprenda la importancia de su papel en el proyecto y que colabore con el equipo es lo que determina el éxito o el fracaso del proyecto. Más adelante, en otro artículo profundizaremos sobre este tema. Mientras tanto, para obtener información sobre contratistas certificados por GAF, consulta primero a GAF.
Los beneficios superan los riesgos. Las decisiones aparentemente insignificantes que se toman durante el diseño y la construcción del techo de una instalación de almacenamiento en frío pueden afectar la funcionalidad y el uso energético del edificio durante toda la vida útil del sistema del techo, que suele ser de 25 a 35 años. Cuando se produce una fuga de aire en la instalación del techo, el daño que se produce es, en la mayoría de los casos, irreversible. La acumulación de hielo en el suelo puede ser un peligro serio para los ocupantes y trabajadores. El desafío de identificar dónde se producen las grietas en la instalación del techo, por no hablar de cómo remediarlas, puede ser difícil y costoso. Remediar problemas identificados suele incluir la remoción de aislante congelado, así como abordar las áreas problemáticas identificadas que, a menudo, se atribuyen al acabado y la fuga de aire. La consecuencia asociada con un techo diseñado e instalado de manera deficiente es el costo de la pérdida energética. Los equipos mecánicos que deben esforzarse más para mantener las temperaturas generan costos más altos debido al incremento en el consumo energético, y este esfuerzo adicional frecuentemente resulta en fallas mecánicas prematuras. Los beneficios que derivan de realizar un trabajo adecuado del diseño e instalación de un techo de almacenamiento en frío superan ampliamente los riesgos. Un techo correctamente diseñado y construido permite un ahorro significativo de energía, extiende la vida útil de los equipos mecánicos y garantiza la protección tanto de los ocupantes del edificio como de los bienes almacenados en la instalación.
¿Necesitas hablar con un experto sobre el diseño de techos de almacenamiento en frío? Habla primero con GAF. Envíanos un correo electrónico a coldstorage.assistance@gaf.com para obtener respuestas a preguntas de diseño, ayuda con el acabado y consejos de expertos.
