Diseño de aislamiento térmico de la envolvente de casas container
En los últimos años, con la mayor frecuencia de desastres naturales en el mundo y el impulso de la explotación de recursos minerales, ha crecido la demanda de viviendas temporales para damnificados y de oficinas y alojamientos en campos petroleros y minas. Por ello se han desarrollado con rapidez las casas container, resistentes, durables, fáciles de trasladar e instalar. Siguiendo la corriente actual de construcción eficiente en energía, ecológica y económica, reforzar la investigación sobre el aislamiento térmico de la envolvente de las casas container se ha convertido en una tendencia inevitable.
1 Objetivos y normas del diseño de aislamiento de la envolvente
1.1 Confort térmico interior
El confort térmico interior es la sensación subjetiva de satisfacción con el ambiente térmico interior. Además de factores subjetivos como el metabolismo y la ropa, influyen sobre todo la temperatura interior, la humedad interior, la velocidad del aire y la radiación térmica ambiental. Esta última incluye la radiación solar que puede entrar al local y el intercambio radiante entre el cuerpo y muros, suelo, cubierta y demás superficies. La temperatura del aire interior es el factor principal del confort térmico.
Según la norma nacional Código de diseño de calefacción, ventilación y aire acondicionado, los requisitos de confort del ambiente térmico residencial se resumen en la Tabla 1.
Mejorar el aislamiento térmico de la envolvente y el aislamiento y la estanqueidad de puertas y ventanas puede mejorar de forma efectiva el ambiente térmico interior de una casa container.
1.2 Diferencia entre aislamiento térmico invernal y aislamiento frente al calor estival
El aislamiento térmico de la envolvente es su capacidad, en condiciones de invierno interiores y exteriores, de impedir el flujo de calor del interior al exterior para mantener una temperatura interior adecuada. El aislamiento frente al calor es la capacidad, con ventilación natural en verano, de que la superficie interior de la envolvente conserve una temperatura adecuada bajo la temperatura exterior combinada (aire exterior y radiación solar) y la fluctuación de la temperatura del aire interior. Las diferencias principales son:
(1) Procesos de transmisión de calor distintos. El aislamiento invernal refleja el flujo de calor del interior al exterior; el aislamiento estival refleja el flujo del exterior al interior y del interior al exterior. En invierno la temperatura exterior varía poco en el día y el proceso es sobre todo estacionario; en verano la temperatura exterior y la radiación solar cambian mucho con el tiempo: transmisión periódica no estacionaria.
(2) Indicadores distintos. El aislamiento invernal suele evaluarse con el coeficiente de transmisión K (unidad: W/(m²·K)) o la resistencia térmica RO (unidad: (m²·K)/W). El aislamiento estival suele evaluarse con la temperatura máxima de la superficie interior bajo la temperatura exterior de cálculo de verano. En las normas actuales de eficiencia energética, el aislamiento estival se mide directamente con el índice de inercia térmica (valor D); el vidrio transparente puede evaluarse con el coeficiente de sombreado SC.
(3) Medidas constructivas distintas. El aislamiento invernal suele exigir solo mayor resistencia térmica de la envolvente; pueden usarse materiales ligeros porosos o fibrosos, con aislamiento compuesto o autocontenido. El aislamiento estival exige no solo mayor resistencia térmica sino también mejor estabilidad térmica (valor D mayor); las ventanas exteriores deben mejorar el coeficiente de sombreado del vidrio o disponer sombras para reducir el calor radiante solar.
2 Requisitos del diseño de aislamiento de la envolvente
2.1 Formas de aislamiento
Al diseñar el aislamiento de la envolvente de una casa container, hay que combinar el clima local, las características estructurales, las condiciones de transporte intermodal y la economía; elegir la forma (exterior o interior); y determinar la construcción y el espesor calculando la resistencia térmica total mínima. En zonas de verano cálido e invierno frío hay que considerar tanto el aislamiento frente al calor como el aislamiento invernal de la envolvente exterior.
Por los requisitos de izado, apilado y fijación en el transporte intermodal, y por las limitaciones de puertos, patios y del transporte marítimo y terrestre, las envolventes de casas container suelen usar aislamiento interior.
2.2 Materiales de aislamiento
Conviene usar materiales de alto rendimiento con baja conductividad térmica para reducir el espesor del aislamiento y aumentar el área útil interior.
Por tipo de material hay aislantes inorgánicos, orgánicos y metálicos; por forma, fibrosos, porosos (microporosos, celulares) y estratificados. El rendimiento depende de la conductividad térmica: cuanto menor, mejor. La conductividad se relaciona con la composición, la densidad aparente, la estructura interna, la temperatura media durante la transmisión y el contenido de humedad. Los aislantes más usados en envolventes incluyen espuma de poliestireno moldeado, espuma de poliestireno extruido, espuma rígida de poliuretano, paneles de lana de roca y lana de vidrio.
2.3 Comportamiento frente al fuego
La literatura sobre el comportamiento al fuego de sistemas de aislamiento indica que, para viviendas de baja altura (menos de tres plantas), las normas de muchos países exigen una resistencia al fuego de 0.5–1.0 h para elementos constructivos; las reglas chinas sobre combustibilidad de elementos están entre las más estrictas. En el diseño de aislamiento interior de envolventes de casas container pueden seguirse las disposiciones pertinentes del Código de diseño de protección contra incendios de edificios GBJ16—1987, el Código de edificios residenciales GB50368—2005 y el Código de diseño de protección contra incendios de acabados interiores GB50222—1995; usar materiales incombustibles o de difícil combustión como paneles (fieltros) de lana mineral y paneles de lana de vidrio; si se usan plásticos expandibles, la combustibilidad debe alcanzar la clase B1.
2.4 Salud y protección ambiental
Los materiales de aislamiento deben ser ecológicos y no contaminar el ambiente interior: sin sustancias radiactivas, cancerígenas u otras que contaminen el aire interior. En China, el control de la contaminación interior se rige por el Código de control de la contaminación ambiental interior en obras civiles GB50325—2001 y la Norma de calidad del aire interior GB/T18883—2002.
2.5 Diseño de acabados interiores
(1) El diseño de aislamiento interior de la envolvente de casas container debe coordinarse con el acabado interior, buscando un acabado integrado de aislamiento y materiales decorativos, estandarizando e industrializando la obra interior, elevando la productividad y la calidad.
En el transporte intermodal, las casas container sufren izado, manipulación con horquillas, apilado y sacudidas marítimas y terrestres, por lo que el cajón se deforma de forma inevitable. Para evitar fisuras en acabados y juntas, conviene usar materiales con módulos de flexión transversal y longitudinal relativamente altos y cierta tenacidad; no aplicar directamente acabados frágiles como azulejos o piedra. Las juntas de paneles interiores deben preferir junta abierta o listones; si se exige acabado sin junta, hay que seguir estrictamente el procedimiento de sellado y elegir masillas y cintas con buena autoadhesión y resistencia, cierta tenacidad y buena trabajabilidad.
(2) Cuando haya que fijar o colgar objetos pesados en muros interiores o techos de una casa container, deben embeberse previamente placas de refuerzo en la estructura del cajón.
(3) El diseño de aislamiento debe asegurar que las superficies interiores no condensan: la temperatura superficial interior no debe ser inferior al punto de rocío del aire interior. La condensación humedece, enmohece o incluso hace gotear las superficies interiores y empeora la higiene. En envolventes con aislamiento interior, el punto de rocío aparece en puentes fríos (térmicos) cerca de la cara interior del muro exterior, donde la gran diferencia de temperatura interior–exterior suele producir condensación. El diseño de aislamiento interior debe evitar puentes fríos (térmicos) estructurales.
3 Sistemas habituales de aislamiento interior para envolventes de casas container
3.1 Sistema de aislamiento interior con paneles sándwich de acero prelacado
Los paneles sándwich de acero prelacado combinan chapas de acero prelacado en cara vista y chapas prelacadas o galvanizadas en el reverso con un núcleo aislante mediante adhesivo (o espumado). Según el núcleo hay paneles de poliuretano rígido, de poliestireno (o poliestireno extruido) y de lana de roca. Se unen habitualmente por engatillado; en lugares húmedos puede termosoldarse por alta frecuencia un acabado de PVC en la cara. Este sistema se usa en general en estructuras de caja seca y en edificios tipo container con exigencias de aislamiento modestas.
3.2 Sistema de aislamiento interior con perfilería
El sistema con perfilería se combina con paneles de acabado interior como yeso, fibrocemento, silicato cálcico y óxido de magnesio. La estructura del cajón sigue el detalle de la vivienda de acero ligero. Los montantes de acero ligero de chapa fina sirven como elementos portantes y como base de fijación de los paneles interiores; el revestimiento exterior puede ser chapa corrugada de caja seca, chapa plana, chapa perfilada de muro y otras secciones. Entre montantes suele rellenarse con aislamiento fibroso como lana de roca o lana de vidrio.
3.3 Sistema de aislamiento interior con placas de yeso aislantes compuestas
Europa comenzó a aplicar sistemas de placas de yeso aislantes compuestas en edificios a principios de los años 1970. Tras casi 40 años de práctica a gran escala se formaron normas técnicas maduras y el sistema se convirtió en un enfoque dominante de aislamiento de envolventes en Europa. Tras su introducción en China en 2006 por empresas de materiales de construcción extranjeras lideradas por Lafarge, el sistema superó revisiones teóricas y de ensayo del sector; se publicaron procedimientos y atlas técnicos; y se ha aplicado con éxito en muchos proyectos. La placa de yeso aislante compuesta une la decoración del yeso con un excelente aislamiento, integrando aislamiento y panel de acabado interior en casas container y elevando la eficiencia del acabado interior.
3.4 Sistema de aislamiento interior de poliuretano
El sistema de poliuretano adapta la tecnología de espumado de containers frigoríficos a la envolvente de casas container. Su rasgo de proceso principal es el espumado por inyección en molde de cada parte de la envolvente para formar grandes conjuntos de techo, laterales y suelo; tras el ensamblaje final se aplica un segundo espumado en las uniones entre conjuntos. El sistema sirve para muchas tipologías de cajón y tiene claras ventajas frente a EPS, XPS y materiales similares:
(1) Buen rendimiento de aislamiento. La conductividad térmica de la espuma rígida de poliuretano es ≤0.024 W/(m·K)—de las mejores entre EPS, XPS y similares. La espuma inyectada en molde se adapta a secciones complejas y forma una capa continua eficaz, evitando puentes fríos (térmicos) por circulación de aire por juntas o cavidades.
(2) Fuerte adhesión. La espuma rígida de poliuretano adhiere bien a hormigón, madera, acero, asfalto, caucho y otros materiales. La espuma inyectada se une eficazmente al cajón y a los paneles interiores; incluso bajo temperatura y humedad adversas, más el peso propio e impactos normales, la capa aislante permanece estable y no se separa ni se desprende.
(3) Comportamiento al fuego relativamente bueno. Con retardantes, la espuma rígida de poliuretano es un material de difícil combustión, autoextinguible y carbonizante, sin el defecto de XPS/EPS de fundirse y gotear con fuego o calor alto provocando desprendimientos; el comportamiento al fuego puede alcanzar la clase B2.
(4) Buena impermeabilidad. Con estructura de celda cerrada, índice de celda cerrada de unos 90% y absorción de agua ≤4%, bloquea bien agua y vapor y mantiene el sistema en un estado aislante bueno y estable a largo plazo.
(5) Buena resistencia al agrietamiento. La espuma rígida de poliuretano es relativamente flexible y resiste bien las deformaciones externas; bajo fuerza, temperatura y humedad es menos propensa a fisuras, lo que asegura estabilidad y durabilidad.
(6) Buen comportamiento ambiental. Tiene estructura termoestable tridimensional reticulada y alta estabilidad química; los agentes de expansión pueden ser libres de flúor o parcialmente fluorados, sin gases nocivos ni daño al ambiente interior o a la capa de ozono.
(7) Construcción cómoda. La inyección en molde puede mecanizarse con alta eficiencia. El poliuretano se adapta bien a la forma de la casa container y protege el aislamiento en detalles complejos.
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