La inercia térmica en la construcción de edificios eficientes

La inercia térmica en el diseño y construcción de los edificios, es un recurso fundamental en zonas climáticas donde la diferencia de temperatura entre el día y la noche es elevada, para alcanzar el confort térmico de sus usuarios en el interior de los mismos. Dicha inercia se consigue mediante el empleo de materiales capaces de almacenar energía durante el día y liberarla durante la noche. Esta medida pasiva permite ahorrar en consumo de energía en calefacción e incluso en refrigeración, manteniendo una temperatura estable en en los espacios interiores a lo largo del día. En este post analizamos cómo.

Actualizado a 20-12-2016

Imagen. http://www.greenspec.co.uk. Thermal mass

¿Qué es la inercia térmica?

La inercia térmica es un recurso utilizado en la arquitectura bioclimática. Consiste en la capacidad de determinados elementos, arquitectónicos en este caso, para almacenar calor, conservarlo y liberarlo de una manera paulatina permitiendo un menor uso de sistemas mecánicos de calefacción e incluso de refrigeración. Con esta capacidad se puede alcanzar temperaturas estables a lo largo del día. Por otro lado la inercia térmica depende de las características del material de dicho elemento:

– Su calor específico (c) o capacidad para almacenar calor (c = J/Kg.K).

– Su masa (Kg): la capacidad calorífica (C), mide relación entre la energía o calor transmitida a un cuerpo y la variación de temperatura que experimenta (C = J/K). Cuanto mayor es la capacidad calorífica de un cuerpo, mayor energía hay que transmitirle para que aumente su temperatura en un grado; y cuanto mayor es su masa (C = c x masa (Kg)), mayor es la capacidad calorífica, y por tanto su inercia térmica.

– Su densidad (Kg/m³). Relaciona el volumen y la masa del elemento. A mayor densidad, mayor inercia térmica.

Tecnología solar pasiva para calefacción y refrigeración aprovechando la inercia térmica.

La inercia térmica de materiales utilizados en la construcción permite mantener la temperatura estable a lo largo del día, en los espacios interiores habitables. En verano, un muro másico, que presenta una gran inercia térmica, absorbe calor durante el día del ambiente interior, debido a la diferencia de temperatura entre ambos, lo va almacenando de manera progresiva, y se disipa durante la noche, con una ventilación adecuada. A la mañana siguiente, dicho muro ha reducido su temperatura, para empezar de nuevo el ciclo: absorbe calor durante el día, y lo emite durante la noche, manteniendo una temperatura constante y reduciendo la necesidad de utilizar el equipo de refrigeración.

Durante las estaciones más frías, el funcionamiento consiste en almacenar calor durante el día, para después devolverlo al ambiente interior durante la noche cuando desciende la temperatura. Se trata de mecanismos de refrigeración y calefacción pasivos, que aprovechan la diferencia de temperatura entre el elemento constructivo y su entorno, amortiguan las diferencias térmicas, y se comportan de forma anticíclica (amortiguación y retardo).

Evidentemente, el aprovechamiento efectivo de estos sistemas implica un estudio previo del clima en el que se ubica el edificio – orientación, asoleamiento, horas de radiación, etc.-, y una adecuada aplicación del mecanismo, que evite temperaturas elevadas en estancias donde no se requiere, junto con un buen sistema de ventilación, que permita enfriar la masa térmica en verano.

Imagen: www.ocv.unia.es; Fuente: Pilar Pérez del Real

Materiales con elevada inercia térmica

El uso de medidas pasivas en la construcción, permite reducir el consumo de energía de las instalaciones térmicas por lo tanto para alcanzar el confort deseado en el interior de los edificios. Entre estas medidas, destacamos el uso de materiales con gran inercia o capacidad calorífica como el agua, el granito, la tierra seca o el adobe (capacidad calorífica entre 500 y 1000 Kcal/m³°C); para la construcción de elementos constructivos bioclimáticos.

Otros materiales más habituales en la construcción y que también tienen una capacidad calorífica aceptable son la madera, el ladrillo o el hormigón, por un lado (entorno a 400 Kcal/m³°C), y los aislantes térmicos (capacidad calorífica inferior a 40 Kcal/m³°C) como la lana mineral, el EPS y el poliuretano, o la celulosa que se utiliza como aislamiento térmico, por otro.

La inercia térmica no es la solución idónea para todos los casos

– Los espacios con envolvente térmica de gran inercia, necesitan más tiempo para calentarse al principio, para alcanzar la temperatura de confort deseada; por lo tanto, no es un recurso adecuado en edificios que no se usen de forma continuada o permanente. Este es el caso de segundas residencias, que pueden permanecer cerradas de lunes a viernes, y sólo se utilizan durante el fin de semana.

– La inercia térmica junto a un buen aislamiento térmico puede ser un recurso factible que permite mantener una temperatura constante durante el día en el interior de una vivienda, siempre y cuando dicha vivienda permanezca cerrada durante el día y la temperatura nocturna no supere los 25º C.

– En verano es conveniente oscurecer o bloquear la radiación solar en las orientaciones este y oeste, ya que la excesiva radiación solar puede llegar a ser un problema. Si a ello se suma una elevada inercia térmica, el resultado puede ser justo lo contrario al deseado.

– La construcción en seco, con materiales ligeros poco conductores del calor y con uniones mecánicas, permite la construcción de envolventes térmicas y estructuras de baja inercia térmica, en los  que las pérdidas de calor son mínimas. Es un tipo de construcción común en EEUU, Norte y Centro de Europa o Canadá. Países fríos donde las viviendas se construyen con madera y derivados, así como aislamientos térmicos de espesores importantes, vidrios muy aislantes y sellados continuos, donde no existen juntas o superficies frías que absorban el calor. Este tipo de construcciones tienen que ser muy estancas al aire.

En España, por contra, es común la presencia de puentes térmicos y falta de estanqueidad al aire de los edificios, debido al sistema constructivo tradicional empleado, mediante uso de materiales que incorporan agua como el cemento, el hormigón, el yeso, el mortero o la cerámica, y que facilitan la transmisión y el intercambio de calor con el entorno. Si estos edificios tienen inercia térmica, podrán almacenar energía en su masa, pero al ser conductores, serán sensibles a las pérdidas de calor, y por lo tanto sus instalaciones térmicas consumirán más energía. Una alternativa en la península puede consistir en utilizar un sistema de construcción que incorpore aislamiento por el exterior, ya que es poco conductor, y elementos de inercia térmica en el interior y no en la envolvente térmica del edificio.

La construcción de muro trombe o de espacios que actúen como invernaderos, el uso de la grava para almacenar calor en cámaras sanitarias, enterrar la edificación en el suelo, etc,…son estrategias que se aprovechan de la inercia térmica de los materiales para climatizar los espacios interiores, sin el uso de medios mecánicos. ¿Qué otras medidas arquitectónicas similares conoces? ¿ Son efectivas? Participa con tus comentarios.

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