Con 33,3 °C en el exterior, un desván convencional llegó a 52,8 °C en los ensayos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Tennessee. En las mismas condiciones, el desván cubierto con un tejado experimental se quedó en 40,6 °C, unos 12,2 °C menos.
El laboratorio, que depende del Departamento de Energía de Estados Unidos, presentó aquel sistema en agosto de 2007 y aseguró que podía rebajar un 8 % o más las facturas de verano de los propietarios. Casi dos décadas después, los ensayos que vinieron detrás explican bastante bien cuándo funciona esa idea y por qué no conviene trasladar la cifra a cualquier factura de la luz.
El trabajo lo dirigieron Bill Miller y Jan Kosny, del grupo de Envolventes de Edificios del laboratorio, que habían solicitado la patente del sistema el año anterior.
Un material entre dos láminas de aluminio
El corazón del tejado era un material de cambio de fase inorgánico, de fórmula propia, colocado entre dos superficies reflectantes de papel de aluminio. Ese conjunto se instalaba como barrera térmica entre el tejado y el desván, de modo que entre los cabios quedaban canales de aire separados.
Según el laboratorio, la configuración era compatible con las estructuras habituales de madera y de acero. La apuesta también buscaba resolver problemas que arrastraban estos materiales desde hacía cuatro décadas.
«En las décadas de 1970 y 1980, la industria de la vivienda hizo varios intentos moderadamente exitosos de usar materiales de cambio de fase», dijo Kosny en el comunicado. «Aunque estos materiales mejoraban el rendimiento energético de los edificios, en muchos casos eran químicamente inestables, sufrían corrosión u otros problemas de durabilidad y perdían su capacidad de cambio de fase», añadió.
Otro defecto de algunos materiales anteriores era su vulnerabilidad al fuego, algo que según Kosny no ocurría con el de Oak Ridge.
El calor se guarda mientras el material se funde
Un material de cambio de fase, o PCM por sus siglas en inglés, absorbe calor como cualquier otro mientras sube la temperatura. La diferencia aparece cuando empieza a fundirse, porque entonces sigue absorbiendo grandes cantidades de calor sin calentarse apenas, igual que un cubito de hielo que se derrite.
Al caer la noche, y a medida que baja la temperatura alrededor del material ya líquido, este vuelve a solidificarse y suelta hacia el cielo nocturno el calor que había guardado, explicó Miller. El ciclo solo se completa si el material llega a fundirse de día y a solidificarse de noche. Guardar calor para soltarlo más tarde es también lo que buscan otros proyectos que intentan almacenar energía solar en materiales como la madera.
«La próxima generación de tejados estará formada por materiales que reflejan el infrarrojo, de color oscuro pero que reflejan la luz como si fueran blancos», dijo Miller en 2007. «Además, las barreras radiantes y los materiales de cambio de fase se integrarán en un sistema de desván dinámico que reduzca las facturas de los propietarios».
El laboratorio fue más allá y estimó que, si la mitad de los propietarios de Estados Unidos tuviera un aislamiento R-30 en el suelo del desván (unos 5,3 m²·K/W) y usara este sistema, el país podría reducir su demanda en unos 100 billones de BTU, alrededor de 105 petajulios.
En invierno el material se quedaba congelado
Los ensayos siguieron en una instalación de Oak Ridge con desvanes construidos uno al lado de otro. Un informe de mayo de 2014, firmado por Kaushik Biswas, Phillip Childs y Jerald Atchley, recoge los resultados de varias cubiertas metálicas experimentales probadas entre 2009 y 2013 frente a un tejado de tejas asfálticas.
El diseño de la primera fase controlaba bien la temperatura del desván, pero «los datos de temperatura indicaban que el PCM permanecía congelado y estaba inactivo durante todo el periodo invernal», escriben los autores. En la nueva versión, con un PCM de base biológica, colocaron el material encima del aislamiento de fibra de vidrio y comprobaron que se fundía y se solidificaba tanto en verano como en invierno.
Entre el 27 de junio y el 3 de julio de 2012, la semana con los picos de calor exterior más altos, la cubierta que mejor rindió fue la que combinaba aislamiento con lámina reflectante y ventilación bajo las placas metálicas, con un pico de temperatura en el desván unos 9,9 °C por debajo del tejado asfáltico. Las dos cubiertas con PCM se quedaron en 7,6 °C y 8,3 °C menos, aunque la que unía el material con ventilación fue la mejor en la temporada de calefacción.
La cubierta con dos PCM que Kosny presentó en 2024
Kosny, hoy profesor investigador de la Universidad de Massachusetts Lowell, ha seguido con esta línea. En un artículo publicado en 2020 en la revista Applied Sciences, él y sus coautores describen tejados capaces de reducir más de un 90 % las cargas de refrigeración en las horas punta y, en algunos casos, cerca de un 50 % la carga total de refrigeración que genera el tejado, frente a tejados convencionales con un aislamiento igual o parecido.
En ese trabajo, los autores escriben que solo las tecnologías con PCM lograron desplazar de forma significativa el momento del pico de calor, con la excepción de los tejados de teja con mucha masa térmica.
En la reunión Stor4Build celebrada en Oak Ridge los días 26 y 27 de agosto de 2024, Kosny presentó una cubierta inclinada con desván que combina barreras radiantes, aislamiento, cámaras de aire y dos PCM. Según sus diapositivas, publicadas por el Departamento de Energía de Estados Unidos, logró más de un 80 % de reducción de la carga punta con un retraso del pico de 4,5 a 5,5 horas en mediciones de 2022 y 2023, y en ellas figura como comercializada por InsolCorp.
Fibras con sales para paredes y tejados
El laboratorio de Oak Ridge anunció en febrero de 2024 otro avance con esta familia de materiales. Sus investigadores encapsularon sales hidratadas, que funcionan como una batería térmica al pasar de sólido a líquido, dentro de fibras con un núcleo de sal y una cubierta de polímero que evita las fugas.
«El estirado coaxial abarata la encapsulación y ofrece mejor conductividad térmica y densidad de energía, además de ser fácil de reproducir y de escalar», dijo Jaswinder Sharma, investigador del laboratorio. «Las fibras son flexibles y pueden incorporarse sin problemas a los materiales y productos de construcción actuales».
Ese avance ataca una dificultad concreta para meter almacenamiento térmico en la envolvente de los edificios, pero no aporta datos de ahorro en viviendas.
Lo que el ensayo no dice de cada casa
Los 12,2 °C se midieron en el desván, no en las habitaciones, y el 8 % era una previsión para las facturas de verano de hogares estadounidenses. El propio informe de 2014 advierte de que «estos resultados se limitan a la configuración de ensayo actual y a la zona climática concreta», y en esa fase no había aislamiento en el suelo de los desvanes.
El aislamiento que ya tenga la vivienda pesa mucho. Una guía de extensión de Virginia Tech sobre barreras radiantes, firmada por Robert Grisso, Martha Walker, Philip Agee y John Ignosh, recuerda que «una barrera radiante debe tener un espacio de aire junto a una de sus caras reflectantes para ser eficaz».
La misma guía añade que instalarla en un desván con mucho aislamiento (R-30 o más, unos 5,3 m²·K/W) daría lugar a un ahorro «mucho menor» que en uno poco aislado (R-11 o menos, alrededor de 1,9 m²·K/W). En un piso de última planta en España, con los habituales problemas de aislamiento de los bloques antiguos, el resultado dependería de la cubierta, el clima y el uso real del aire acondicionado.
El anuncio original del sistema lo publicó el Laboratorio Nacional de Oak Ridge el 28 de agosto de 2007.
Imagen: Oak Ridge National Laboratory / Wikimedia Commons (CC BY 2.0)
