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 la intensificación de la explotación de recursos minerales, ha crecido la demanda de vivienda temporal para damnificados y de oficinas y alojamientos en campos petroleros y minas. Por ello se han desarrollado con rapidez las casas container, resistentes, fáciles de transportar e instalar. Siguiendo la tendencia actual hacia una 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 dirección inevitable del sector.
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. Lo afectan, además de factores subjetivos como el metabolismo y la ropa, factores objetivos: temperatura del aire, humedad, velocidad del aire y radiación térmica ambiental. La radiación ambiental incluye la solar que puede entrar al local y el intercambio radiante entre el cuerpo y paredes, suelo y techo. 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 térmico residencial figuran en la Tabla 1.
Mejorar el aislamiento de la envolvente y el aislamiento y la estanqueidad de puertas y ventanas mejora de forma efectiva el ambiente térmico interior de una casa container.
1.2 Diferencia entre aislamiento térmico y protección frente al calor de la envolvente
El aislamiento térmico de la envolvente es su capacidad, en condiciones interior–exterior de invierno, de oponerse al flujo de calor del interior al exterior para mantener una temperatura interior adecuada. La protección frente al calor es la capacidad, con ventilación natural en verano, de que la envolvente, bajo la temperatura exterior combinada (aire exterior más radiación solar) y la fluctuación de la temperatura interior, mantenga una temperatura adecuada en la cara interior. Las diferencias principales son:
(1) Procesos de transmisión distintos. El aislamiento refleja el flujo invernal de interior a exterior; la protección frente al calor refleja el flujo estival de exterior a interior y de interior a exterior. En invierno la temperatura exterior varía poco en el día y predomina la transmisión estacionaria; en verano temperatura exterior y radiación solar cambian mucho a lo largo del día: transmisión periódica no estacionaria.
(2) Índices de evaluación distintos. El aislamiento se evalúa habitualmente con el coeficiente de transmisión K (unidad: W/(m²·K)) o la resistencia térmica total RO (unidad: (m²·K)/W). La protección frente al calor suele evaluarse por la temperatura máxima de la cara interior bajo la temperatura exterior de cálculo de verano. En las normas vigentes de eficiencia energética, la protección frente al calor se mide directamente con el índice de inercia térmica 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; materiales ligeros porosos o fibrosos pueden cumplir los objetivos mediante aislamiento compuesto o autoportante. La protección estival exige mayor resistencia térmica y mejor estabilidad térmica (mayor D); las ventanas exteriores deben mejorar el coeficiente de sombreado del vidrio o incorporar sombreado para reducir la ganancia solar.
2 Requisitos de diseño del aislamiento de la envolvente
2.1 Formas de aislamiento
Al diseñar el aislamiento de la envolvente de una casa container hay que considerar el clima local, las características estructurales, las condiciones de transporte multimodal y la economía al elegir la forma (exterior o interior), y fijar el espesor mediante el cálculo de la resistencia térmica total mínima. En regiones de verano cálido e invierno frío hay que atender tanto la protección frente al calor como el aislamiento invernal de la envolvente exterior.
Por los requisitos de izado, apilado y amarre en el transporte multimodal, y por las limitaciones de puerto, patio y entorno marítimo–terrestre, las envolventes de casas container suelen usar aislamiento interior.
2.2 Materiales de aislamiento
Conviene usar materiales de alto rendimiento y baja conductividad térmica para reducir el espesor del aislamiento y aumentar la superficie útil interior.
Por composición hay materiales inorgánicos, orgánicos y metálicos; por forma, fibrosos, porosos (microporosos o celulares), estratificados, etc. El rendimiento depende de la conductividad: cuanto menor, mejor el aislamiento. La conductividad se relaciona con la composición, la densidad aparente, la estructura interna, la temperatura media durante la transmisión y el contenido de humedad. Materiales habituales: poliestireno expandido (EPS), poliestireno extruido (XPS), espuma rígida de poliuretano, paneles de lana de roca y lana de vidrio.
2.3 Comportamiento frente al fuego
La bibliografía sobre el fuego en sistemas de aislamiento indica que, en viviendas de poca altura (tres plantas o menos), las normas nacionales suelen exigir una resistencia al fuego de 0.5–1.0 h; las normas chinas son las más estrictas sobre la combustibilidad de los elementos. En el diseño de aislamiento interior de casas container, síganse el 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 autoextinguibles como paneles (feltros) de lana mineral y de lana de vidrio; si se usan espumas plásticas, la combustibilidad debe alcanzar la clase B1.
2.4 Salud y protección ambiental
Los materiales de aislamiento deben ser ecológicos y no contaminar el interior: sin sustancias radiactivas, cancerígenas u otras que contaminen el aire interior. China controla hoy la contaminación interior con 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 debe coordinarse con el acabado interior, buscando la integración de aislamiento y acabado, estandarizando e industrializando la obra interior, elevando la productividad y la calidad.
En el transporte multimodal, izados, apilados y vibraciones marítimo–terrestres deforman inevitablemente la caja. Para evitar fisuras en acabados y juntas, los acabados deben tener módulos de flexión relativamente altos en ambas direcciones y cierta tenacidad; no aplicar directamente materiales frágiles como azulejo o piedra. Las juntas de paneles deben ser abiertas o con tapajuntas; si se desea acabado continuo, seguir estrictamente el procedimiento de sellado y elegir masillas y cintas con buena adherencia y resistencia, tenacidad y trabajabilidad.
(2) Si hay que fijar u colgar objetos pesados en paredes o techos interiores, deben preinstalarse placas de respaldo en la estructura de la caja.
(3) El diseño debe evitar la condensación en la cara interior: la temperatura superficial no debe bajar del punto de rocío del aire interior. La condensación humedece, enmohece o incluso gotea, empeorando la higiene. En aislamiento interior, el riesgo de rocío aparece en puentes fríos (térmicos) estructurales cerca de la cara interior del muro exterior; el diseño debe evitar esos puentes.
3 Sistemas habituales de aislamiento interior para envolventes de casas container
3.1 Sistema de paneles sándwich de acero prelacado
Los paneles sándwich de acero prelacado unen chapas de acero prelacado en cara y chapa prelacada o galvanizada en dorso con un núcleo aislante mediante adhesivo (o espumado). Según el núcleo hay poliuretano rígido, poliestireno (o XPS) y lana de roca. Se unen por machihembrado; en locales húmedos puede termosellarse por alta frecuencia un acabado PVC sobre la cara. Este sistema se usa en general en estructuras de caja seca y casas container con exigencias de aislamiento modestas.
3.2 Sistema de aislamiento interior con montantes
El sistema con montantes se combina con placas de yeso, fibrocemento, silicato cálcico, óxido de magnesio y similares. La estructura de la caja sigue el detalle de viviendas de acero ligero. Los montantes de chapa fina actúan como elementos estructurales y como base de fijación; el revestimiento exterior puede ser chapa ondulada de caja seca, chapa plana, chapa perfilada de muro, etc. Las cavidades suelen rellenarse con aislamiento fibroso como lana de roca o de vidrio.
3.3 Sistema de placas de yeso aislantes compuestas
Europa comenzó a aplicar sistemas de placas de yeso aislantes compuestas a principios de los años 1970. Tras casi 40 años de práctica a gran escala, se formó un cuerpo completo de normas técnicas y el sistema se consolidó como enfoque dominante en Europa. Desde que empresas como Lafarge lo introdujeron en China en 2006, ha superado revisiones teóricas y de ensayo, se han publicado reglamentos y atlas técnicos, y se ha aplicado con éxito en muchos proyectos. La placa de yeso aislante compuesta une acabado y excelente aislamiento, integrando aislamiento y acabado de muro interior y elevando la eficiencia de la obra.
3.4 Sistema de aislamiento interior de poliuretano
El sistema de poliuretano adapta la tecnología de espumado de contenedores frigoríficos. Su rasgo principal es el espumado por inyección en molde de cada parte de la envolvente, formando componentes mayores (techo, laterales, suelo); tras el montaje se aplica un segundo espumado en las juntas. Sirve para muchas estructuras de caja y tiene claras ventajas frente a EPS, XPS y similares:
(1) Buen aislamiento. La espuma rígida de poliuretano tiene conductividad ≤0.024 W/(m·K)—de las mejores entre EPS, XPS y similares. La inyección en molde se adapta a secciones complejas, forma una capa continua y evita puentes fríos (térmicos) por circulación de aire en huecos.
(2) Fuerte adhesión. La espuma rígida se adhiere bien a hormigón, madera, acero, asfalto, caucho, etc. Se une eficazmente a la caja y a los paneles de acabado; incluso con temperatura y humedad desfavorables, peso propio e impactos normales, la capa permanece estable sin desprendimientos.
(3) Mejor comportamiento al fuego. Con retardantes, la espuma rígida es difícilmente inflamable, autoextinguible y carbonizante, sin el goteo fundido que hace fallar XPS y EPS; puede alcanzar la clase B2.
(4) Buena impermeabilidad. Estructura de celda cerrada (índice ~90%, absorción ≤4%), que bloquea agua y vapor y mantiene el sistema estable a largo plazo.
(5) Buena resistencia al agrietamiento. Material relativamente flexible, resiste deformaciones externas; bajo fuerza, temperatura y humedad es menos propenso a fisuras, favoreciendo estabilidad y durabilidad.
(6) Buen comportamiento ambiental. Estructura termoestable tridimensional de alta estabilidad química; los agentes espumantes pueden ser sin flúor o de flúor parcial, sin gases nocivos ni daño al aire interior ni a la capa de ozono.
(7) Construcción cómoda. La inyección en molde puede mecanizarse con alta eficiencia; se adapta bien a la geometría de la casa container y protege bien los detalles complejos.
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