Hasta ahora, se había investigado sorprendentemente poco sobre el impacto térmico global de los sujetadores que penetran en el aislante del techo. En un estudio reciente, se demostró que incluso el uso relativamente conservador de sujetadores crea suficientes puentes térmicos entre la cubierta del techo y el aislante para reducir de forma sustancial el rendimiento térmico global del cerramiento del edificio.
El bloguero invitado Eric K. Olson, P.E., explica esta investigación (Olson, Saldanha y Hsu, "Thermal Performance Evaluation of Roofing Details to Improve Thermal Efficiency and Condensation Resistance" [Evaluación del rendimiento térmico de los detalles de techo para mejorar la eficiencia térmica y la resistencia a la condensación], ASTM Roofing Research and Systems and Standards Development [Investigación y desarrollo de sistemas y normas para techos de ASTM], vol. 8, STP 1590, ASTM International, noviembre de 2015)
Introducción
El aislante térmico en los sistemas de techos desempeña un papel sustancial en el rendimiento térmico global del cerramiento del edificio. Los requisitos de los códigos de energía en cuanto al valor R del aislante del techo son cada vez más estrictos, lo que exige un mayor espesor del aislante. Para fijar el aislante y la membrana del techo a la cubierta del techo estructural, suelen utilizarse sujetadores mecánicos.
Cada sujetador metálico crea un puente térmico que reduce la eficacia del aislante. En el caso de un solo sujetador, el impacto sería probablemente insignificante. Sin embargo, un techo típico puede incluir miles de sujetadores. El efecto de estos innumerables puentes térmicos se acumula. Es decir, el impacto combinado de los sujetadores puede reducir sustancialmente el rendimiento térmico.
Teniendo en cuenta el impacto potencial que esto supone, sorprende la escasez de información en el sector de techado sobre el impacto térmico global de los sujetadores en el aislante de techo. Para explorar y ayudar a cuantificar estos impactos térmicos, algunos colegas y yo decidimos realizar y publicar los resultados de modelos tridimensionales de flujo de calor por computadora de los sujetadores y otros detalles de techado que penetran en el aislante de techo (Olson, Saldanha y Hsu, "Thermal Performance Evaluation of Roofing Details to Improve Thermal Efficiency and Condensation Resistance" [Evaluación del rendimiento térmico de los detalles de techo para mejorar la eficiencia térmica y la resistencia a la condensación], ASTM Roofing Research and Systems and Standards Development [ Investigación y desarrollo de sistemas y normas para techos de ASTM], vol. 8, STP 1590, ASTM International, noviembre de 2015).
Puente térmico. Imagen de GAF.
Modelado y análisis
Modelamos un sistema de techo con 4 pulg. de aislante de poliisocianurato y un tablero para cubierta de yeso de 1/2 pulg. con un valor R nominal de R-27.0, sobre una cubierta de acero, con el aislante fijado mediante placas de acero y tornillos de techado n.º 14 con un diámetro de 0.214 pulg.
Cuando modelamos un sujetador con placa penetrando un área de un pie cuadrado de aislante (por ejemplo, dieciséis sujetadores por 4 pie por 4 pie de tablero aislante), encontramos lo siguiente:
- Caso 1: con la placa de acero por encima del tablero para cubierta de yeso, el sujetador y la placa reducen el valor R de R-27.0 a R-19.2 (una reducción del 29% del valor R).
- Caso 2: la colocación de la placa debajo del tablero para cubierta de yeso adherido proporciona poca mejora debido a la escasa resistencia térmica del yeso, lo que eleva el valor R de R-19.2 a R-19.5.
El reemplazo del tablero para cubierta de yeso por un tablero para cubierta de poliisocianurato de alta densidad de 1/2 pulg. aumenta el valor R nominal del sistema de R-27.0 a R-29.0. Repitiendo el análisis anterior, encontramos lo siguiente:
- Caso 3: con la placa de acero por encima del tablero para cubierta de poliisocianurato, el sujetador y la placa reducen el valor R de R-29.0 a R-21.2. Esto supone una reducción del 27 % en el valor R en comparación con el valor R nominal utilizando el tablero para cubierta de poliisocianurato.
- Caso 4: la colocación de la placa debajo del tablero para cubierta de poliisocianurato de alta densidad adherido aumenta el valor R de R-21.2 a R-23.8. Se trata de una mejora del 9 % en comparación con el caso de la placa sobre el tablero para cubierta de poliisocianurato, pero sigue siendo una reducción del 18 % en comparación con el valor R nominal utilizando el tablero para cubierta de poliisocianurato.
Los casos anteriores representan altas tasas de sujeción (una por pie cuadrado) que pueden encontrarse en esquinas o zonas perimetrales. En la práctica, las zonas del campo del techo requieren menos sujetadores y tienen mayor superficie, por lo que influyen más en el rendimiento térmico que las zonas de las esquinas y del perímetro. La siguiente figura representa gráficamente el valor R efectivo frente a la cantidad de sujetadores n.º 12 y placas de acero espaciadas uniformemente por tablero aislante de 4 pies × 4 pies, utilizando las condiciones del caso 1 anterior (sujetadores a través del tablero para cubierta de yeso y placas por encima de este).
Cambio en el valor R efectivo relativo al número de sujetadores del caso 1
Como se puede ver arriba, el puente térmico creado incluso por los índices de sujeción ligeros puede ser significativo. Un patrón de cinco sujetadores por placa, visto con frecuencia en las zonas de campo de un techo, reduce el valor R efectivo a R-24. Esto supone una reducción del 11 % del valor R.
Nuestro trabajo hasta la fecha indica que la sujeción mecánica del aislante del techo reduce sustancialmente el rendimiento térmico del techo en comparación con un sistema similar sin sujetadores. Aún queda trabajo por hacer para cuantificar los puentes térmicos a través de los sistemas de techo. Debe estudiarse la influencia del diámetro de los sujetadores, el uso de sujetadores menos conductores (como el acero inoxidable) y el uso de placas de polímero para reducir los puentes térmicos.
Una mejor comprensión de estos elementos de puente térmico ayudará a identificar opciones para ayudar a mitigar su efecto. Esto, a su vez, ayudará a los diseñadores a especificar mejor las características de rendimiento térmico de sus sistemas de techo.