Los puntos clave del diseño de paneles de pared con aislamiento térmico tipo sándwich y su rendimiento energético.

Ahorro de energía en las estructuras de la envolvente de los edificios

Los edificios de ultra baja energía se refieren a estructuras que se adaptan a las características climáticas y a las condiciones naturales, presentando envolventes altamente aislados y herméticos, empleando tecnología de recuperación de calor en la ventilación y utilizando fuentes de energía renovable para proporcionar un ambiente interior confortable. El concepto de edificios de ultra baja energía es relativamente maduro en los países nórdicos fríos. Como se ilustra a continuación, el diseño de casas de ultra baja energía debe considerar los siguientes puntos:

Ahorro de energía en las estructuras de la envolvente de los edificios

Los edificios de ultra baja energía se refieren a estructuras que se adaptan a las características climáticas y a las condiciones naturales, presentando envolventes altamente aislados y herméticos, empleando tecnología de recuperación de calor en la ventilación y utilizando fuentes de energía renovable para proporcionar un ambiente interior confortable. El concepto de edificios de ultra baja energía es relativamente maduro en los países nórdicos fríos. Como se ilustra a continuación, el diseño de casas de ultra baja energía debe considerar los siguientes puntos:

En los países nórdicos, la eficiencia de producir energía a partir de la energía solar es muy baja y el costo es elevado, lo que convierte en un principio de diseño primordial en proyectos prácticos minimizar el consumo de energía. Esto se logra mediante métodos básicos como reducir las pérdidas térmicas y la infiltración de aire en la envolvente del edificio, aumentar el aislamiento, evitar puentes térmicos, utilizar materiales con valores U (coeficientes de transferencia de calor) suficientemente bajos para puertas y ventanas en las paredes, reducir el área de las aberturas y mejorar la estanqueidad de las juntas.

En los edificios, la pérdida térmica de la envolvente del edificio es significativa, y las paredes constituyen una gran parte de ella. Por lo tanto, la reforma de las paredes de los edificios y el desarrollo de tecnología de ahorro de energía en paredes son aspectos cruciales de la tecnología de ahorro de energía en la construcción. Desarrollar tecnología de aislamiento de paredes exteriores y materiales de ahorro de energía es el método principal para lograr la conservación de energía en los edificios. En la envolvente del edificio, los paneles de pared compuestos de hormigón aislado (también conocidos como «paneles de pared de aislamiento térmico tipo sándwich») se utilizan cada vez más como la piel exterior de las casas de ultra baja energía. Por lo general, los paneles de pared tipo sándwich consisten en capas internas y externas de hormigón, una capa intermedia de aislamiento rígido y conectores de corte entre las capas internas y externas.

Combinación de rendimiento estructural y propiedades de aislamiento termodinámico

La práctica de combinar diferentes capas de materiales o sustratos para formar un material compuesto tipo sándwich, logrando un rendimiento compuesto, se remonta a antes de la década de 1960. El mayor avance para los sistemas tipo sándwich fue en el campo aeroespacial, particularmente con el desarrollo del avión Mosquito durante la Segunda Guerra Mundial. Después de la década de 1960, la tecnología de materiales compuestos tipo sándwich comenzó a utilizarse ampliamente en muchos campos, como la fabricación de automóviles, equipos de refrigeración, construcción naval y construcción.

En los materiales de construcción, los paneles de pared con núcleo tipo sándwich, también conocidos como paneles de hormigón prefabricado tipo sándwich (PCSP), se consideran una mejora respecto a las losas sólidas producidas utilizando el método del sistema de construcción industrializada (IBS). Tienen un rendimiento térmico significativo debido al material de aislamiento creado entre las capas de hormigón y se han aplicado ampliamente en proyectos de ingeniería civil.

En comparación con las paredes tradicionales de edificios, las paredes de aislamiento de hormigón prefabricado tipo sándwich combinan eficazmente el rendimiento estructural, las propiedades de aislamiento termodinámico y la decoración arquitectónica en un solo panel de pared. Son cada vez más favorecidas en aplicaciones de ingeniería. No solo poseen una excelente resistencia al fuego y durabilidad, sino que el proceso de producción también es simple y adecuado para la producción industrializada. Durante la construcción, no es necesario agregar capas adicionales de aislamiento o decoración, lo que acorta significativamente el período de construcción, aumenta la velocidad de construcción y reduce los costos laborales. El uso de paredes exteriores prefabricadas también puede lograr una construcción sin andamios, reduciendo los costos de construcción. Estas paredes están ganando atención en los componentes de construcción y se están convirtiendo gradualmente en la forma principal de paredes de edificios.

Para paneles de pared exterior de aislamiento térmico tipo sándwich en regiones extremadamente frías, el espesor típico de la capa exterior de protección es de 60-80 mm, con una capa intermedia de material de aislamiento térmico de nivel B1 que mide 200 mm de espesor. Junto con tecnologías innovadoras como la barrera de vapor impermeable/respirable tipo recubrimiento, el tratamiento de alta estanqueidad de las juntas de los paneles y la instalación empotrada sin puentes térmicos de ventanas exteriores, es posible lograr un aislamiento térmico de alto rendimiento, interrupción de puentes térmicos e integración de protección contra la humedad en el sistema de pared exterior. Es notable que, para paneles de pared de aislamiento con un espesor superior a 200 mm, el uso de conectores de corte tipo celosía puede cumplir con los requisitos de ingeniería térmica de los edificios de ultra baja energía. En las frías regiones nórdicas, casi todos los edificios de ultra baja energía emplean conectores de corte tipo celosía, y un número creciente de proyectos nacionales están siguiendo este ejemplo.

Factores clave: conductividad térmica de los materiales de aislamiento, puentes térmicos en los conectores

En las paredes de aislamiento térmico tipo sándwich, los conectores generalmente se colocan entre los paneles de pared internos y externos, vinculando estructuralmente los paneles de pared y la capa de aislamiento, y soportando la fuerza de corte entre los dos paneles de hormigón. Además, el rendimiento y la disposición de los conectores de corte afectan directamente el rendimiento termodinámico de todo el panel de pared de aislamiento térmico tipo sándwich. Para evitar el efecto de puente térmico en los puntos de conexión entre los conectores y la pared, los conectores deben tener una baja conductividad térmica, buena resistencia a la corrosión y durabilidad, así como un coeficiente de expansión térmica cercano al de los paneles de pared para permitir un deslizamiento relativo entre los conectores y los paneles de pared. Para paneles de pared que utilizan conectores de corte tipo celosía, el único puente térmico es la propia celosía que conecta los componentes del sándwich, lo que facilita la disposición razonable de los conectores para evitar puentes térmicos.

En general, la forma del panel de pared de aislamiento térmico tipo sándwich puede cumplir con los requisitos de ingeniería térmica de los edificios de ultra baja energía en regiones con inviernos severamente fríos o veranos calurosos e inviernos fríos, cumpliendo con los requisitos previos para su promoción y uso a gran escala.

Además, se debe prestar especial atención a la estanqueidad de las juntas entre estructuras y componentes desde las primeras etapas del diseño. La Figura 2 muestra un proyecto residencial en Finlandia donde se utiliza material de espuma de poliuretano multicapa de un solo componente para sellar las juntas en la esquina de la pared. El uso de anillos de conexión de cable de acero Peikko PVL® hace que la conexión de paredes prefabricadas sea simple y factible. El «Manual Técnico de Edificios Pasivos de Ultra Baja Energía (Versión de Prueba) (Edificios Residenciales)» de China también establece requisitos para la estanqueidad de las casas pasivas, y actualmente, la estanqueidad de la envolvente del edificio puede probarse utilizando el método de la puerta soplante.

La tabla a continuación muestra la relación entre el grosor de la placa de aislamiento y su función de conductividad térmica, así como el impacto de los diferentes conectores de la placa de aislamiento tipo sándwich en el coeficiente de conductividad térmica.