Masa térmica y aislamiento de un cerramiento ¿Es lo mismo?

No es una novedad el hecho de que los edificios interactúan con el entorno. De un lado el clima es el primer factor que influye en el comportamiento energético del edificio.  Del otro lado el diseño adecuado de la envolvente térmica del mismo. El objetivo es alcanzar el confort interior de los usuarios minimizando el aporte extra de calor o frío de los sistemas mecánicos. Parámetros como la masa térmica o el aislamiento nos permiten diseñar los cerramientos exteriores teniendo en cuenta las condiciones climáticas en el exterior, pero ¿Qué sabes exactamente de cada uno de estos conceptos? ¿Son lo mismo o son términos opuestos? Participa con tus comentarios.

masa termica aislamiento termico resistencia

07-02-2017

¿Qué es la masa térmica de una cerramiento?

Cuando hablamos de masa térmica no nos estamos refiriendo a la masa física del cerramiento. No hay que confundir ambos términos. Con masa térmica se entiende la capacidad de un cerramiento para almacenar calor. Esta capacidad para almacenar calor dependerá de las características del material y se calcula teniendo en cuenta la expresión que aparece en la imagen inferior.

masa térmica capacidad calorífica cerramiento

Distribución de temperaturas en un cerramiento. Cantidad de calor acumulado por unidad de superficie.

Donde,

Q es la cantidad de energía en forma de calor acumulado y se mide en J

A es unidad de superficie en m² del material

d es la densidad del material en Kg/m³

Cp es la capacidad calorífica específica expresada en J/Kg.°C

E es el espesor del material  en m

C es la capacidad de un muro para almacenar calor y se mide en J/m².°C

Ejemplo materiales con distinta masa térmica

Por todo lo anterior se entiende que a mayor densidad, capacidad calorífica y espesor, mayor es la capacidad de dicho material para almacenar calor, y por lo tanto mayor es su masa térmica. Por ejemplo, queremos comparar la capacidad de almacenar calor de dos cerramientos, un tablero de fibras de madera normal y otro de hormigón armado:

Cmadera= 625 kg/m³x1.340 J/kg°Cx0,25m= 209.375 J/m².°C.

Chormigón= 2400 kg/m³x1.050 J/kg°Cx0,25m= 630.000 J/m².°C.

La capacidad de almacenar calor de 1 m² de cerramiento de hormigón armado de 25 cm de espesor es tres veces superior a la de 1 m² de cerramiento de tablero de fibras de madera del mismo espesor.

¿Qué es el aislamiento térmico de un cerramiento?

Para explicar qué es el aislamiento térmico es necesario definir otro aspecto importante en el análisis del comportamiento energético de un cerramiento: la resistencia térmica. Se entiende que la resistencia al paso del calor determina la capacidad de dicho cerramiento para transmitir energía, y por lo tanto su eficacia como aislante térmico. Por lo tanto a mayor resistencia térmica mayor aislamiento térmico.

Su valor se calcula como el cociente entre su espesor (E) y el valor de su conductividad térmica (λ) expresada en W/m°C.. En la imagen inferior podemos comparar el valor de la resistencia térmica de dos cerramientos del mismo espesor E (m) pero distinta valor de conductividad térmica.

masa térmica aislamiento térmico hormigón madera

Comparativa resistencia térmica de dos cerramientos con el mismo espesor pero distinto material y por lo tanto distinta conductividad térmica

Ejemplo materiales con distinta resistencia térmica

En otras palabras y tomando la imagen como ejemplo, un cerramiento de hormigón tiene una resistencia térmica diez veces menor que un cerramiento de madera, ambos del mismo espesor. El motivo es que la madera es menos conductora del calor que el hormigón, y por lo tanto mejor aislante térmico:

Conductividad de muro de hormigón armado: 1,63 W/m°C. Resistencia térmica = 0,25/ 1,63 = 0,153 m²°C/W.

Conductividad de tablero de fibra de madera normal: 0,16 W/m°C. Resistencia térmica = 0,25/ 0,16 = 1,563 m²°C/W.

Inercia térmica y aislamiento son conceptos contrarios

Como se ha podido comprobar, no es lo mismo hablar de masa térmica que de aislamiento térmico de un cerramiento. Ambos conceptos están relacionados pero son conceptos contrarios. 

Se puede decir que cuanto mayor sea el espesor de un material mayor será su capacidad de aislamiento térmico, pero claro, depende también del tipo de material en cuestión. Los materiales con mayor densidad, y por tanto mayor masa térmica, tienen gran capacidad para almacenar calor pero también son más conductores, por lo que necesitan espesores mayores para proporcionar el mismo aislamiento térmico, que otro materiales con menor masa térmica. En la imagen inferior se puede comprobar (R es resistencia térmica).

aislamiento térmico masa térmica hormigón madera

Un panel de fibras de madera de 25 cm de espesor proporciona la misma resistencia térmica que un muro de hormigón armado de 2,55 m de espesor.

Este es el motivo por el que las construcciones con muros pesados de piedra o de hormigón armado por ejemplo, proporcionan poco aislamiento pero gran inercia térmica, mientras que las construcciones con cerramientos ligeros de madera y aislantes térmicos, tienen gran aislamiento pero menor inercia térmica.

¿Cuándo hay que utilizar la masa térmica y/o el aislamiento térmico para mejorar el comportamiento energético de un cerramiento?

Por un lado, el hecho de que la masa térmica y el aislamiento sean conceptos contrarios no significan que no puedan trabajar de manera colaborativa. La masa térmica de un muro de hormigón o de ladrillo macizo permitirá almacenar el calor en un determinado cerramiento. De manera adicional, un material aislante térmico reducirá las pérdidas y/o ganancias energéticas no deseadas según las estaciones del año.

aislamiento termico masa termica colaboran

El aislamiento y la masa térmica son conceptos opuestos que pueden trabajar de manera colaborativa.

Fuente: www.researchgate.net. Thermal mass insulation strategies.

También será necesario recurrir a otras estrategias del diseño pasivo para evitar situaciones no deseadas por una mala aplicación de la masa térmica (excesivo calor o frío). Algunos ejemplos son la instalación de elementos de sombreamiento para bloquear la radiación solar y evitar la acumulación de calor en verano debido a la masa térmica, el diseño adecuado del acristalamiento y su localización para el aprovechamiento de la masa térmica interior en invierno, la ventilación natural, la orientación adecuada, etc,…

Masa térmica según el uso del edificio

El primer factor a tener en cuenta a la hora de optar por sistemas constructivos con mayor o menor masa térmica es el uso del edificio por parte de los usuarios. Las construcciones pesadas o con masa térmica elevada primero almacenan el calor lentamente para después cederlo también lentamente (inercia térmica). Retienen el calor y estabilizan la temperatura interior durante todo el día. Este tipo de construcciones serán la mejor opción cuando la ocupación por parte de los usuarios sea continuada en el tiempo (24 h, todo el año). En cambio para ocupaciones intermitentes (una franja horaria, algunos días), las construcciones ligeras o con menor masa térmica bien aisladas serán el recurso más efectivo para mantener el confort interior de los usuarios, ya que se calientan y enfrían rápidamente.

Masa térmica y aislamiento térmico según el clima

El segundo factor es el clima. La construcciones con masa térmica funcionan en climas con variaciones de temperatura entre el día y la noche. La masa térmica permite que la temperatura interior se estabilice. La inercia térmica se traduce en un desfase temporal entre el instante de temperatura máxima exterior (por la mañana) y el de máxima temperatura en el interior (por la noche e incluso de madrugada si el desfase alcanza las 12h).

masa termica confort termico invierno

Mas térmica absorbe el calor durante el día en invierno. Durante la noche la masa térmica cede el calor. Fuente: www. yourhome.gov.au.

En climas fríos y templados es recomendable utilizar materiales con elevada masa térmica. Por ejemplo en cerramientos e incluso elementos interiores como forjados. Se trata de elementos donde la mayor exposición a la radiación solar permite para almacenar el calor durante el día. Los requisitos de aislamiento térmico son elevados sobre todo en climas fríos.

En cambio en climas cálidos y secos en cambio, puede ser interesante construir con materiales de elevada masa térmica. Pero ojo, sólo si se combina con ventilación nocturna, ya que la máxima temperatura interior se alcanzaría por la noche. Lo requisitos de aislamiento térmico en climas cálidos son menos exigentes que en climas fríos.

masa termica confort termico verano ventilacion nocturna

Masa térmica protegida con aislamiento y sombras durante el día en verano. Ventilación nocturna para disipara calor acumulado por la masa térmica. Fuente: www. yourhome.gov.au.

En climas cálidos y húmedos no es recomendable construir con sistemas constructivos pesados (masa térmica).

Fuente: Thermal mass

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