Confort térmico-acústico: más que un lujo una necesidad

En este artículo, descubre cómo las soluciones de aislamiento termo-acústicas pueden mejorar el bienestar y la salud de los ocupantes en las edificaciones, así como la sustentabilidad y eficiencia energética de sus instalaciones

Por Alan Roblero

“Quizás el confort sea el mayor de los lujos”, sentenció el diseñador estadunidense Billy Baldwin. No se equivocaba, pues, en definitiva, todas las personas quieren sentirse bien en sus hogares y espacios de trabajo. El aislamiento térmico y acústico para diferentes aplicaciones HVAC y diseños constructivos es una solución satisfactoria a esta necesidad.

El confort se define como todo aquello que produce bienestar, salud y comodidad, es decir, un ambiente en donde no existe ninguna distracción o molestia que perturbe tanto física como mentalmente a los usuarios. No obstante, las recientes olas de calor y la pandemia de covid-19 revelaron que, a la fecha, la calidad ambiental interior, una parte integral del confort, es un lujo que sólo algunos poseen.

Ahora, bien, el concepto engloba tres puntos de vista principales: el confort acústico, el confort térmico y el confort visual. Hoy en día, la arquitectura regula estos tres pilares y los ajusta a través de la envolvente y de sistemas constructivos para el diseño de edificaciones e instalaciones HVAC. Asimismo, desempeñan un rol clave con respecto a la sustentabilidad y las certificaciones de los inmuebles. Esto con base en los estándares de ASHRAE y las normativas vigentes para cada país.

Confort acústico

El confort acústico, por su parte, está relacionado con eliminar las molestias o incomodidades provocadas por ruidos o vibraciones que se dan alrededor y generan incomodidad en los espacios de trabajo o de descanso. La diferencia entre sonidos fuertes y silenciosos se genera por la vibración en los cambios de presión, así como el rango de presiones de sonido a las que responde el oído humano es amplio. La magnitud de una cantidad de acústica se cuantifica en decibeles (dB), mientras que el tono de sonido que se expresa en una frecuencia se resume en Hertz (Hz), es decir, el número de ciclos de estas vibraciones por segundo.

La aceptación de cualquier sonido depende de muchos factores que varían según el tipo de edificio, la actividad que se realiza en el interior y los hábitos de los usuarios. La calidad del sonido en cualquier espacio interior es determinada por las fuentes de sonido o ruido, así como por la calidad de la envolvente del inmueble. En muchos departamentos los sistemas de entrelosa no tienen un sistema aislante adecuado. Esto hace que el tránsito de la calle, el ruido por impacto en los pisos de arriba e incluso el sonido emitido en las plantas de abajo se perciba.

Además, también está el ruido emitido por cada usuario al interior de un espacio cerrado (casas, oficinas, hospitales, edificios públicos), y que puede ser molesto para un tercero. La música, las llamadas telefónicas o las videoconferencias pueden ser un problema. El confort acústico también puede verse afectado por las vibraciones sonoras a través de la estructura y por el ruido de los sistemas de ventilación, equipos electrónicos, electro- domésticos, tuberías, elevadores, etcétera.

En las oficinas y las escuelas el confort acústico puede mejorar la concentración y comunicación de los estudiantes. Está comprobado que el aprendizaje es muchísimo más efectivo y menos agotador cuando los estudiantes pueden escuchar más cómodamente a su profesor y esto se logra con sistemas bien aislados. En los hospitales, un sistema acústico bien aislado puede contribuir a reducir el estrés y ayuda a que los pacientes tengan una recuperación más rápida; además, facilita el trabajo del personal médico. Por otra parte, en los hogares la protección contra los ruidos contribuye a una sensación de seguridad y de privacidad. Las viviendas bien planificadas acústicamente bloquean el ruido indeseado y mejoran los sonidos necesarios y agradables. Lo cierto es que cuando estamos acústicamente cómodos somos más productivos e incluso podemos experimentar menos problemas de salud.

Según estudios de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el ruido ambiental es el segundo mayor causante de enfermedades a nivel mundial, después de la contaminación atmosférica. El problema reside no sólo en que los seres humanos nos hemos adaptado y mal acostumbrado a la contaminación acústica, sino que además somos grandes generadores de ruido. Para la OMS el nivel de ruido ambiental tolerable al exterior no debe superar los 65 dB durante el día. Por la noche, en cambio, se recomienda no superar los 55 dB. Esto porque el ruido se vuelve dañino si supera los 75 dB, lo que genera malestar, dolor físico y se puede volver algo crítico, si superan los 120 dB. De ahí que el confort acústico no deba ser descuidado por parte de diseñadores, fabricantes, arquitectos y contratistas.

Confort visual

En cuanto al confort visual es claro que los diseñadores son cada vez más conscientes de la influencia que tiene la buena iluminación en el bienestar y la salud de los ocupantes de los edificios. El confort visual surge del correcto equilibrio entre la luz natural y la iluminación artificial, un factor esencial que se debe considerar dentro de los espacios. Los diseñadores priorizan la primera sobre la segunda. Mapear la distribución de la luz y evaluar la cantidad y calidad con la que se esparce en el interior, puede contribuir a mejorar la productividad de los usuarios.

Confort Térmico

Por su parte, el confort térmico depende de cuatro factores principales:
1. La radiación solar que impacta en la fachada de la envolvente, que es básicamente toda la periferia de un edificio. Este punto es importante porque nuestro cuerpo es muy sensible a los cambios de la radiación que recibimos.
2. La temperatura ambiente del aire. Aunque cada persona tiene una sensibilidad distinta, lo ideal es que los edificios mantengan una temperatura interior de 18 oC a 25 °C durante el invierno y de 20 o C a 27 °C para elresto del año.

3. La velocidad de la gestión del intercambio con las renovaciones de aire y la circulación que debe presentarse con el exterior. Esto es crucial para generar un ambiente confortable al interior de cualquier espacio.
4. La humedad relativa (HR) es de suma importancia cuando se diseña un sistema HVAC. La tolerancia del cuerpo en función de la HR es grande, ya que puede admitir del 20 al 75 por ciento de humedad en el ambiente. No obstante, entre mayor sea la HR ambiental experimentaremos más fatiga y menos confort.

Cabe recordar que la definición de aislamiento térmico está asociada a la capacidad de controlar la transmisión de calor de un espacio a otro. Por ello, un producto con propiedades aislantes reduce el intercambio calórico a través de la estructura sobre la que se instala. Asimismo, gracias al análisis térmico es posible calcular los valores numéricos y el beneficio energético que se obtiene con determinada envolvente o sistema constructivo. En la mayoría de los casos, los sistemas constructivos que se utilizan no son suficientes, por lo que es necesario incluir materiales con características aislantes.

El aislamiento térmico, entonces, busca encapsular la mayor cantidad de aire debido a que posee una propiedad de conductividad calórica muy baja. Este es propósito del aislamiento térmico versus elementos sólidos como el hormigón o el uso de sistemas de climatización mecánica. Por ejemplo, los ductos de lámina y el acero poseen conductividades térmicas muy altas, así que no hay manera de que un elemento metálico y/o sólido pueda lograr menor conductividad que un aislante.

En ocasiones el aislamiento térmico se desarrolla a partir de un material o sistema diseñado para funciones totalmente diferentes; por ejemplo, un muro de carga en un edificio puede cumplir con los requerimientos aislantes. Sin embargo, en la mayoría de los casos el sistema mismo no es adecuado; por lo tanto, es necesario un aislante adicional para satisfacer los requerimientos relativos a la transmisión de calor.

A menudo, se piensa que el aislamiento térmico representa un gasto o un lujo. Por el contrario, la realidad es que se trata de una inversión que se paga por sí misma a través del ahorro energético, reduciendo la transferencia de calor o manteniendo un sistema frío o caliente. Basta un análisis del retorno de inversión para darse cuenta del impacto que tiene en el consumo de energía.

¿Qué es un aislamiento?

El flujo de calor siempre se origina desde los elementos o zonas de mayor temperatura hacia los de menor temperatura. Cuando hablamos de calor estamos hablando de energía y ésta siempre fluye del cuerpo que tiene más al que tiene menos, hasta llegar a un punto de equilibrio térmico. Aislar, en consecuencia, significa separar dos elementos conductores a través de un cuerpo que no es conductor. Esto con el fin de evitar la transferencia de variables determinadas como lo son el calor o la electricidad.

Un aislamiento térmico es un material o producto usado para disminuir o reducir la velocidad de la transferencia de calor. La habilidad para lograr esto se mide por su conductividad térmica o valor R, que es la resistencia térmica que tiene un material aislante. Entre más grande sea la resistencia térmica de un aislamiento quiere decir que es mejor. A la inversa, la conductividad térmica (letra K) es básicamente la capacidad de un aislamiento para permitir la transferencia de calor.

Estas dos variables son las que se deben revisar a la hora de comparar diferentes soluciones, la conductividad térmica (K), que entre más baja indica un mejor aislante. El valor R, en cambio, refiere a la resistencia térmica y su relación directa con el espesor entre la conductividad térmica. Luego, entre más elevado sea el valor de R de un aislamiento, significa que tiene mejores propiedades aislantes.

El aislamiento no elimina la transferencia de calor, sólo reduce la velocidad con la que se transfiere el calor. No existe un material aislante que pueda reducir a cero la cantidad de calor que se transmite de un punto a otro. Lo que sí se logra es reducir a la mínima expresión la cantidad de calor que pasa de un espacio a otro.

Ahora bien, el calor presente en una edificación depende de tres factores:
1. El calor transmitido a través de los muros y techos.
2. El calor generado al interior por trabajo o procesos dentro de un edificio.
3. Las posibles infiltraciones de aire que se presenten en el mismo sistema y que van a ayudar a desplazar el aire caliente para tener un confort más deseado dentro de la envolvente.

Al reducir la transferencia de calor en la envolvente de un edificio, también se reduce el tamaño del sistema de aire acondicionado y, en consecuencia, los consumos mensuales de energía eléctrica. Esto garantiza el confort térmico del usuario final. Por ejemplo, en el caso de los aislamientos a base de fibra de vidrio, instalados comúnmente en cubiertas y techumbres de naves industriales, lo que hacen es encapsular la mayor cantidad de aire en el interior del espesor del aislamiento térmico. De este modo, el aire tiene una conductividad térmica muy baja versus cualquier otro elemento sólido. Luego, los fabricantes de este tipo de aislamientos encapsulan la mayor cantidad de aire porque en estado estable poseen una conductividad térmica muy baja.

Aislamiento en sistemas HVAC

En un sistema de aire acondicionado los materiales de aislamiento termo-acústico se usan principalmente con dos propósitos. El primero es aislar térmicamente el sistema reduciendo el intercambio de calor entre el interior del ducto y el exterior. Luego, dependiendo de la temperatura externa, se puede asegurar que la temperatura de la corriente de aire generada se mantenga en un rango aceptable, desde el sistema central hasta la zona de descarga.

Lo anterior afecta el costo de la operación del sistema, debido a que la pérdida o ganancia de energía a través del ducto tiene un impacto enorme. Aunado a esto, una menor transferencia de calor en toda la trayectoria del sistema HVAC implica determinados ahorros, cuestión que es de suma importancia cuando se utiliza un espesor de aislamiento estándar, pero se desconoce el impacto que éste pueda tener a la hora de maximizar o minimizar la cantidad de transferencia de calor del sistema.

También es importante aislar contra el ruido el sistema de aire acondicionado mediante una solución aislante acústica. Esto para reducir la intensidad del sonido y minimizar el ruido para que éste no trascienda entre las interconexiones que hay a través de los ductos del sistema.

Las propiedades acústicas de un material aislante deben poder absorber todas las ondas sonoras que viajan por el aire. Según la Asociación Nacional de Aislamiento (NIA), actualmente existen alrededor de 27 tipos de aislamiento, encargados de regular y categorizar las diferentes soluciones que existen en el mercado acorde a sus propiedades y tipo de aplicación. Lo anterior se evalúa a través de estándares como los ASTM, que rigen las propiedades o los valores máximos y mínimos aceptables de un aislamiento, ya sea de temperatura, conductibilidad, densidad, resistencia a la compresión, etcétera.

La NIA divide los aislamientos térmicos en tres grandes grupos, categorizados por sus propiedades, método de fabricación y aplicación:

a) Los aislamientos del tipo celular, entre los que se encuentran los elastómeros/poliolefinas y otros plásticos celulares como el poliestireno extruido (XPS), poco conocido como aislante térmico; el poliestireno expandido (EPS); el unicel, que tiene ciertas propiedades aislantes y, por último, el poliisocianurato (PIR), categorizado como una solución del tipo central.

B) Los aislamientos del tipo fibroso, que se dividen en tres subgrupos: fibra mineral de vidrio, fibra mineral de roca, conocida coloquialmente como lana mineral, y la fibra mineral de escoria. Esta última no es tan usada como las primeras, debido a que tiene una conductividad térmica más alta.

C) Los aislamientos del tipo granular, entre los que destacan el silicato de calcio, la perlita expandida y el corcho, considerado por la NIA como una alternativa.

Asimismo, la selección de aislamientos para sistemas HVAC depende de cinco factores:

1. El ahorro de energía, aspecto que se relaciona con el espesor del aislamiento. Éste no debe tener un costo tan elevado, pero sí otorgar un ahorro en el consumo energético.

2. Protección a personal. El aislamiento debe impedir que las personas tengan contacto con la superficie de los ductos, las tuberías o con un sistema de alta temperatura. Esto con el fin de evitar peligros y accidentes como quemaduras u otro tipo de lesiones.

3. Control de condensación. La diferencia de temperatura no sólo genera una transmisión de calor hacia el aire, sino también que el aire exterior, que está en contacto con el ducto, se condense. Lo anterior siempre que la temperatura del ducto sea igual o inferior al punto de rocío de la temperatura exterior. Para evitar esta condensación es importante aislar los ductos o el sistema que funciona a baja temperatura.

4. Control acústico, un aspecto que consiste en reducir el nivel de sonido generado por la velocidad del aire u otros factores.

5. Protección contra incendio. La solución aislante no debe producir más flama, ni tampoco propagar el fuego ni el humo tóxico generado durante un incendio. Lo anterior aplica para las fachadas de la envolvente, los ductos, los muros interiores, etcétera. Este último aspecto es un punto muy importante, ya que se relaciona con la seguridad de las edificaciones.

¿Por qué usar aislamientos?

La primera razón para utilizar un material aislante es el ahorro de energía, ya que debido a sus propiedades permite un menor consumo energético por concepto de aire acondicionado o de calefacción, lo que impacta en el ahorro de electricidad.

La segunda razón es el ahorro de costos en los equipos. Sin duda, hay una relación directa con una inversión inicial menor en equipos HVAC cuando se diseña un edificio, un sistema de aire acondicionado o una envolvente de manera correcta. Esto se refleja en la posibilidad de adquirir equipos de enfriamiento de menor capacidad, lo que redunda en ahorros económicos en beneficio de la obra.

El aislamiento ofrece beneficios para el confort térmico, sobre todo para mantener temperaturas confortables en espacios interiores, así como para el confort acústico, controlar el eco y preservar la privacidad. Esto sin mencionar que utilizar aislamientos térmico-acústicos contribuye a la sustentabilidad de los sectores HVAC y de la construcción.

Un edificio sustentable debe erigirse en los pilares del confort, y todo lo que implica esta palabra: eficiencia energética, salud, seguridad y durabilidad. Estas propiedades son consecuencia de sistemas HVAC bien calculados, diseñados y pensados. El resultado son espacios más eficientes y productivos para los ocupantes, un mejor retorno de inversión en el ciclo de vida las edificaciones y la eficiencia energética capaz de reducir su impacto en el entorno.