Climas fríos
En condiciones frías, el objetivo principal es reducir el flujo de calor fuera del edificio. Los componentes del envolvente del edificio —ventanas, puertas, techos, suelos/cimientos, paredes, y barreras de infiltración de aire— son todas fuentes importantes de pérdida de calor;[8][9] en un hogar bien aislado, las ventanas se convierten entonces en una fuente importante de transferencia de calor.[10] La resistencia a la pérdida de calor por conducción para un solo acristalamiento&action=edit&redlink=1 "Acristalamiento (ventana) (aún no redactado)") estándar corresponde a un valor R&action=edit&redlink=1 "R-value (insulation) (aún no redactado)") de aproximadamente 0.17 m⋅K⋅W o más del doble que para un doble acristalamiento típico (en comparación con 2–4 m⋅K⋅W para lana de vidrio en bulto[11]). Las pérdidas pueden reducirse mediante una buena climatización, aislamiento en masa y minimizando la cantidad de acristalamiento no aislante (particularmente no orientado al sol). La radiación térmica interior también puede ser una desventaja con el acristalamiento selectivo espectral (baja emisividad, baja emisividad). Algunos sistemas de acristalamiento aislante") pueden duplicar o triplicar los valores R.
Los paneles de vacío y el aislamiento superficial de aerogel son dos tecnologías que pueden mejorar el rendimiento energético y la eficacia del aislamiento térmico de los edificios residenciales y comerciales en regiones de clima frío como Nueva Inglaterra y Boston.[12] En el pasado, el precio de los materiales de aislamiento térmico que mostraban un alto rendimiento aislante era muy elevado.[12] Con el desarrollo de la industria de los materiales y el auge de las tecnologías científicas, han surgido más y más materiales y tecnologías de aislamiento durante el siglo , lo que nos da varias opciones para el aislamiento de edificios. Especialmente en las áreas de clima frío, se necesita una gran cantidad de aislamiento térmico para lidiar con las pérdidas de calor causadas por el clima frío (infiltración, ventilación y radiación). Hay dos tecnologías que vale la pena discutir:.
Los VIP se destacan por su ultra-alta resistencia térmica,[13] su capacidad de resistencia térmica es de cuatro a ocho veces más que los materiales de aislamiento de espuma convencionales, lo que lleva a un menor espesor del aislamiento térmico en la carcasa del edificio en comparación con los materiales tradicionales. Los VIP generalmente están compuestos por paneles centrales y recintos metálicos.[13] Los materiales comunes que se utilizan para producir paneles centrales son sílice fumada y precipitada, poliuretano (PU) de celda abierta y diferentes tipos de fibra de vidrio. Y el panel central está cubierto por el recinto metálico para crear un ambiente de vacío, el recinto metálico puede asegurar que el panel central se mantenga en el ambiente de vacío.[13] Aunque este material tiene un alto rendimiento térmico, todavía mantiene un alto precio en los últimos veinte años.
El aerogel fue descubierto por primera vez por Samuel Stephens Kistle en 1931.[14] Es una especie de gel en el que la parte líquida es reemplazada por gas, de hecho, está compuesto en un 99% de aire.[14] Este material tiene un valor R relativamente alto de alrededor de R-10 por pulgada, que es considerablemente más alto en comparación con los materiales convencionales de aislamiento de espuma plástica. Pero las dificultades en el procesamiento y la baja productividad limitan el desarrollo de los aerogeles,[14] el precio de coste de este material todavía se mantiene a un nivel alto. Solo dos empresas en los Estados Unidos ofrecen el producto comercial de aerogel.
Climas calurosos
En condiciones calurosas, la mayor fuente de energía térmica es la radiación solar.[15] Esto puede ingresar a los edificios directamente a través de las ventanas o puede calentar la carcasa del edificio a una temperatura más alta que la ambiental, aumentando la transferencia de calor a través de la envolvente del edificio.[16][17] El Coeficiente de Ganancia de Calor Solar (SHGC)[18] (una medida de la transmisión de calor solar) de acristalamiento simple estándar puede ser alrededor del 78-85%. La ganancia solar puede reducirse mediante una sombra adecuada del sol, techos de color claro"), pinturas y recubrimientos selectivos espectralmente (reflectoras de calor) y varios tipos de aislamiento") para el resto de la envolvente. El acristalamiento recubierto especialmente") puede reducir el SHGC a alrededor del 10%. Las barreras radiantes") son altamente efectivas para espacios de ático en climas cálidos.[19] En esta aplicación, son mucho más efectivas en climas cálidos que en climas fríos. Para el flujo de calor descendente, la convección es débil y la radiación domina la transferencia de calor a través de un espacio de aire. Las barreras radiantes deben enfrentar un espacio de aire adecuado para ser efectivas.
Si se emplea aire acondicionado refrigerativo en un clima cálido y húmedo, entonces es particularmente importante sellar la envolvente del edificio. La deshumidificación de la infiltración de aire húmedo puede desperdiciar energía significativa. Por otro lado, algunos diseños de edificios se basan en una ventilación cruzada efectiva en lugar de aire acondicionado refrigerativo para proporcionar enfriamiento por convección a partir de las brisas predominantes.
En regiones de clima cálido y seco como Egipto y África, el confort térmico en verano es la principal cuestión, casi la mitad del consumo de energía en áreas urbanas es agotada por sistemas de aire acondicionado para satisfacer la demanda de las personas por confort térmico, muchos países en desarrollo en regiones de clima cálido y seco sufren escasez de electricidad en el verano debido al creciente uso de máquinas de enfriamiento.[20][21] Se ha introducido una nueva tecnología llamada Cool Roof para mejorar esta situación.[22] En el pasado, los arquitectos utilizaban materiales de masa térmica para mejorar el confort térmico, el pesado aislamiento térmico podría causar el efecto de retardo temporal que podría ralentizar la velocidad de transferencia de calor durante el día y mantener la temperatura interior en un cierto rango (Las regiones de clima cálido y seco suelen tener una gran diferencia de temperatura entre el día y la noche).
El techo fresco es una tecnología de bajo costo basada en la reflectancia solar y la emisión térmica, que utiliza materiales reflectantes y colores claros para reflejar la radiación solar.[21][22] La reflectancia solar y la emisión térmica son dos factores clave que determinan el rendimiento térmico del techo, y también pueden mejorar la efectividad del aislamiento térmico ya que alrededor del 30% de la radiación solar se refleja de nuevo al cielo.[22] La forma del techo también se toma en consideración, el techo curvo puede recibir menos energía solar en comparación con las formas convencionales.[21][23] Mientras tanto, el inconveniente de esta tecnología es obvio: la alta reflectividad puede causar incomodidad visual. Por otro lado, la alta reflectividad y emisión térmica del techo aumentarán la carga de calefacción del edificio.