Ciencia de la construcción

Aislante para techos: una inversión positiva para reducir el carbono total

Por Elizabeth Grant

18 de septiembre de 2024

Installation of ISO Board and TPO on a Roof

¿Te has puesto a pensar alguna vez en que los productos de construcción podrían ayudar a reducir las emisiones de dióxido de carbono de tu edificio? Al analizar toda la vida útil de materiales como el aislante, observamos que pueden disminuir las emisiones totales de carbono gracias a sus beneficios de rendimiento. Continúa leyendo si deseas saber cómo hacer para aplicar esto en tus diseños.

¿Qué es el carbono total?

El carbono total considera de forma integral el modo en que el carbono afecta a los edificios durante el transcurso de su vida útil e incluso después. (En este contexto, "carbono" es una manera de abreviar dióxido de carbono [emisiones de CO2].) En otras palabras, para calcular el carbono total se suma el carbono incorporado en el edificio al carbono operativo.

Carbono total = carbono incorporado + carbono operativo

¿Qué es el carbono incorporado?

El carbono incorporado se compone de las emisiones de CO2 de todo lo que no sea la fase operativa del edificio. Esto incluye el suministro de materia prima, la fabricación, la construcción/instalación, el mantenimiento y la reparación, la deconstrucción/demolición, el procesamiento de residuos/desecho de materiales del edificio, y el transporte de una etapa a la siguiente. Estas fases de carbono incorporado se indican con las nubes de CO2 grises sobre las distintas secciones del ciclo de vida de la siguiente imagen.

Carbon Leadership Forum chart showing release of embodied carbon and operational carbon during phases of building

Nos solemos enfocar en el carbono incorporado "de la cuna a la puerta" porque es el más fácil de calcular. "De la cuna a la puerta" es la suma de las emisiones de carbono de la energía consumida de manera directa e indirecta para producir los materiales de construcción que se usan en un edificio. El enfoque "de la cuna a la puerta" no tiene en cuenta el resto del carbono incorporado que se muestra en la evaluación "de la cuna a la puerta" más amplia, un punto de vista más integral de la huella de carbono incorporado del edificio.

¿Qué es el carbono operativo?

Por otra parte, el carbono operativo se genera a partir de la energía que se usa durante la etapa de ocupación de un edificio, con los sistemas de calefacción, refrigeración e iluminación, y otras funciones críticas. Esto se indica con la nube roja de CO2 del gráfico del ciclo de vida. Es más grande que las nubes de CO2 grises porque, en la mayoría de los edificios, el carbono operativo es el principal causante del carbono total.

¿Qué es el dióxido de carbono equivalente (CO2e)?

A menudo, notarás que se usa el término CO2e. De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los EE. UU., "el CO2e es simplemente la combinación de contaminantes que contribuyen al cambio climático que se ajusta según su potencial con respecto al calentamiento global".En otras palabras, es la manera de traducir los efectos de los contaminantes (p. ej., metano, óxido nitroso) en el volumen equivalente de CO2 que tendría el mismo efecto en la atmósfera.

Hoy y el futuro

Hoy en día, el carbono de las operaciones de los edificios (72 %) implica un desafío mucho mayor que el carbono incorporado en los materiales de construcción (28 %) (Architecture 2030, 2019). Las proyecciones para 2050 anticipan que la proporción entre el carbono operativo e incorporado será cercana a 50/50, pero esto depende de se mejoren los diseños y las renovaciones de los edificios a partir de ahora y hasta 2050.

Architecture 2030 chart showing total carbon from building operations today and projected in 2050

¿Para qué sirven los aislantes?

Los aislantes y, específicamente, los aislantes continuos en techos con baja pendiente, son muy importantes cuando se habla de carbono porque, de acuerdo con la presentación Embodied Carbon 101: Envelope de la Boston Society for Architecture:


Los aislantes ocupan un lugar único en la intersección entre las emisiones de carbono incorporado y operativo de un edificio. De hecho, el aislante es el único material de un edificio que desvía de manera directa las emisiones operativas. Se puede decir que compensa la deuda de carbono incorporado con las emisiones que evitan durante la vida útil del edificio.

Un experimento pensado para reducir el carbono total

Para avanzar en la reducción del impacto del carbono total de los edificios, lo mejor es comenzar por la parte mayor de la proporción de carbono operativo de la actualidad. Dentro de las diversas decisiones que se toman durante el diseño y la construcción de un edificio, no todas tienen el mismo efecto en el carbono operativo.

Al planear las estrategias para reducir el carbono y la energía, consideralo como una "inversión" en lugar de un "gasto opcional", que es un gasto más fácil de reducir o eliminar con tan solo consumir menos. En el siguiente ejemplo, imagina que viajas en avión para visitar el edificio de un cliente. Considéralo un "gasto opcional". La información de la izquierda es una cifra que se indica para los kilogramos de dióxido de carbono equivalente (CO2e) generado por el vuelo, desde la fabricación del avión, hasta el combustible que gasta y su mantenimiento. El resultado es el viaje en sí, que crea emisiones de CO2, pero no un producto duradero. En este caso, la única estrategia para la reducción de CO2 que puedes decidir es hacer menos viajes en avión o más cortos, tal vez puedes consolidar visitas, emplear a un diseñador local registrado o visitar el edificio de manera virtual siempre que puedas.

A decision making chart about carbon and energy reduction strategies


Ahora, piensa en el empapelado que podrías colocar en el edificio del cliente. Implica un gasto opcional de CO2e, en este caso, que se usa para producir un producto durader. No obstante, este producto duradero es un producto sin beneficios en la fase de uso. En otras palabras, no ayuda a ahorrar energía durante la fase operativa del edificio. Tiene otros beneficios estéticos y de durabilidad, pero no operativos para compensar las emisiones de CO2 que se generan al fabricarlo. Tus decisiones aquí se amplían con respecto al ejemplo anterior del vuelo en avión. Puedes limitar el CO2 si eliges un producto con una vida útil prolongada. También puedes aplicar "las tres R": reducir la cantidad de producto nuevo usado, reutilizar el material existente dentro de lo posible y reciclar los restos de productos en la instalación y los demás al final de su vida útil.

A decision making chart showing how design strategies can help reduce carbon emissions


En el paso final de nuestro experimento pensado, considera el aislante del edificio de tu cliente. Como se mencionó, debemos generar cierta cantidad de CO2e para crear un producto duradero. En este caso, es uno con beneficios en las fases de uso. El aislante puede reducir la energía operativa, ya que reduce el flujo de calor a través del cerramiento de un edificio, lo que disminuye la necesidad del gasto de combustible o el uso de electricidad para calefaccionar y refrigerar el edificio. La buena noticia es que, además de las otras estrategias que se consideraron en el vuelo y el empapelado, aquí puedes también maximizar el ahorro de carbono operativo para compensar la cantidad de carbono incorporado inicial. Y, a diferencia de la naturaleza discrecional de algunos vuelos y la decisión, a menudo, opcional de usar decoraciones, como el empapelado, la calefacción y refrigeración son necesarias para el funcionamiento de casi todo edificio ocupado.

A decision making chart showing how using roof insulation products can help reduce carbon emissions

Según este ejemplo, puedes considerar los productos para la construcción con los beneficios operativos, como los aislantes, a modo de "inversión". Es adecuado considerar la mejora del cerramiento del edificio y comprender que el retorno de la inversión es desde la perspectiva del carbono. Como se demuestra en la comparación anterior, si tienes un suministro de carbono limitado para "invertir", utilizarlo en más aislante para techo es una decisión inteligente en comparación con "gastarlo" en un vuelo opcional o en un producto sin los beneficios del carbono en etapas de uso, como el empapelado.

Esto significa que deberíamos tener cuidado de no medir los productos como los aislantes que ahorran CO2e en los ahorros de fases de uso del edificio solo por el uso del carbono incorporado, sino en el perfil del carbono total. Entonces, ¿cómo calculamos esto?

Pongámoslo a prueba

Tuvimos la curiosidad de saber cuánto carbono operativo podríamos ahorrar por el aislante para techos en comparación con la inversión inicial del carbono incorporado que se requería para incluirlo en un edificio. Para comprenderlo, hicimos un modelo de un prototipo de edificio para venta minorista del Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos independiente ubicado en una zona con un clima 4A que cumpliera con los requisitos de energía de ASHRAE 90.1-2019. Utilizamos los datos de carbono y de energía incorporados del producto aislante de la Declaración de Productos Medioambientales a nivel industrial de la Asociación de Fabricantes de Aislamiento de Poliisocianurato (PIMA).

Model of the US DOE Stand Alone Retail Building Prototype using insulation products

Para reducir de manera significativa el carbono operativo, el mayor desafío de carbono que enfrentan los edificios actuales, los retornos de la inversión de las estrategias de diseño de edificios deben ser uniformes en el tiempo. Aquí es donde las estrategias de diseño pasivas, como las mejoras en los cerramientos de los edificios. realmente se lucen. Tienen una vida útil mucho mayor que, por ejemplo, los materiales de acabado, lo cual produce retornos sostenidos.

En especial, analizamos aquí cómo los aislantes para techos de un edificio de ejemplo afectaban tanto el carbono operativo e incorporado, como el uso de la energía. Para ello, calculamos los ahorros de carbono acumulados a lo largo de una vida útil de 75 años de nuestro edificio modelo. En nuestro ejemplo, supusimos que se instaló el aislante R-30 desde el principio, lo que aumentó cada 20 años en R-10, cuando se reemplazó la membrana para techos en forma periódica.

En nuestro análisis, se tuvo en cuenta todo, el CO2e incorporado asociado con la instalación de R-30 (que se muestra en la curva marrón en los años 1 a 1), el carbono incorporado de R-10 adicional del aislante agregado cada 20 años (muy pequeño para que se pueda observar en el gráfico) y el carbono incorporado representado por su desecho al final de la vida útil (también muy pequeño para que se destaque). Aproximadamente cinco meses después de que el edificio se volvió operativo, la inversión en carbono incorporado del aislante para techos resultó insignificante en cuanto a los ahorros operativos que produce. El aislante para techos inicial y complementario, en definitiva, ahorra 705 toneladas métricas netas de carbono durante la vida útil del edificio.

Graph showing cumulative carbon savings for roof insulation

Si quieres consultar más ejemplos como el anterior, lee el estudio de PIMA, que llevó a cabo la empresa consultora ICF. El grupo de investigación analizó diversos prototipos de edificios del DOE en diversas zonas climáticas y calculó cuánto carbono, energía y dinero se podían ahorrar cuando el aislante para techos se mejora a partir de una referencia actual hasta el cumplimiento del código actual. Los resultados se pueden consultar aquí. Justin Koscher de PIMA también destacó estos ahorros, organizados de manera práctica de acuerdo con la zona climática y el tipo de edificio aquí.

Ayuda para las decisiones de inversiones de carbono

Entonces, ¿cómo puedes asegurarte de que abordas tanto el carbono operativo como el incorporado cuando tomas decisiones de "inversiones de carbono"? Preparamos un cuadro práctico de ayuda.

Chart showing how to address both operational carbon and embodied carbon when making commercial building design decisions

En primer lugar, cuando analizas las sustituciones de materiales o sistemas de edificios con menor carbono incorporado por mayor carbono incorporado (pasamos del cuadrante rojo de la izquierda superior al cuadrante amarillo de la izquierda inferior), nos aseguramos de que las alternativas que estás considerando sean equivalentes a los atributos de rendimiento en términos de resistencia y duración. Si un material o sistema alternativo tiene menor carbono incorporado inicial, pero no tiene un rendimiento tan bueno o no dura tanto como el producto especificado, entonces podría no ser una buena inversión de carbono. Otro aspecto para considerar aquí es si el carbono incorporado de la alternativa se libera en forma de emisiones (es decir, como parte del suministro de la materia prima o fabricación, o etapas "de la cuna a la puerta") o no, o si permanece en el producto a través de su vida útil. En otras palabras, ¿la alternativa se puede considerar un sumidero de carbono? De ser así, tal vez sea una buena estrategia usarlo.

A continuación, determina si el producto o el sistema alternativo puede ofrecer ahorros de carbono operativo, incluso si tiene una alta energía incorporada (cuadrante amarillo superior izquierdo). Si la alternativa tiene un impacto de carbono operativo positivo por un largo período, no sacrifiques el ahorro de carbono operativo solo por evitar la inversión inicial del producto con carbono incorporado cuando se justifique por motivos estratégicos.

Por último, si un producto implica ahorros de carbono operativo y carbono incorporado relativamente bajo (cuadrante verde derecha inferior), incluye más de este producto en tus diseños. El aislante para techos de poliisocianurato de nuestro ejemplo anterior cuadra en esta categoría. Puedes utilizar estos ahorros de carbono para compensar el uso de carbono en otras áreas del diseño, como acabados estéticos, en los que la decisión de usar el producto puede ser opcional, pero deseada.

A la hora de diseñar edificios, debemos considerar todo el panorama, evaluar el carbono incorporado en los productos para la construcción como una inversión potencial que produce resultados operativos y de rendimiento mejores. Nuestras opciones de diseño y elección de productos pueden tener un impacto significativo en los objetivos de carbono totales para los edificios que imaginamos, construimos y operamos.

Haz clic en estos enlaces para descubrir más acerca de las soluciones de aislantes de GAF y Siplast. Además, consulta nuestra página de recursos para arquitectos y profesionales de diseño para obtener una guía de las especificaciones, los detalles, los materiales de construcción ecológicos innovadores, la educación continua y la orientación de expertos.

Hemos compartido los resultados en este blog en una presentación denominada "Carbon and Energy Impacts of Roof Insulation: The Whole[-Life] Story" que tuvo lugar en la Conferencia BEST6 en marzo de 19, 2024 en Austin, Texas.


Referencias:

Architecture 2030. (2019). New Buildings: Embodied Carbon. https://web.archive.org/web/20190801031738/https://architecture2030.org/new-buildings-embodied/
Carbon Leadership Forum. (2 de abril de 2023). 1 - Embodied Carbon 101. https://carbonleadershipforum.org/embodied-carbon-101/

Acerca del autor

Elizabeth Grant es directora de Investigación en Ciencias de la Construcción y Techado en GAF. En este puesto, Elizabeth apoya los esfuerzos de GAF dentro de la comunidad de los techos comerciales a través de la participación con arquitectos y especificadores, a quienes brinda asesoramiento técnico y orientación basada en la investigación de sus procesos de diseño y especificación. Antes de unirse a GAF, fue profesora adjunta en la Escuela de Arquitectura y Diseño de Virginia Tech, publicó artículos, realizó estudios y ofreció cursos sobre diseño arquitectónico, investigación de diseño ambiental y sistemas de construcción ambientales. Su experiencia arquitectónica incluye el diseño de edificios de atención médica, cívicos y educativos. Su trabajo se centra en el cerramiento de edificios y en la búsqueda de soluciones sustentables a los problemas arquitectónicos y medioambientales más urgentes.

Este blog contiene información creada por una variedad de fuentes, incluidos escritores internos y externos. Las opiniones y puntos de vista expresados ​​no representan necesariamente los de GAF. El contenido se brinda solo para fines informativos. No pretende constituir asesoramiento financiero, contable, fiscal o legal, ni orientación en diseño profesional sobre cualquier proyecto en particular. GAF no garantiza la precisión, la confiabilidad ni la integridad de la información. En ningún caso GAF será responsable por errores u omisiones en el contenido o por los resultados, daños o pérdidas provocados ​​por o en conexión con el uso o la confianza en el contenido. Consulta a un diseñador profesional para garantizar la idoneidad o el cumplimiento del código de un sistema de techo específico para una estructura determinada.