Cool roof en invierno: ¿se pierde calor y se paga más calefacción?

La objeción, planteada con honestidad

Una cubierta reflectante devuelve el 95 % de la radiación solar. En verano, es precisamente lo que se busca: la superficie pasa de 50–70 °C a 25–35 °C, el techo deja de radiar, la climatización respira. Pero en invierno, esa misma radiación es un aporte gratuito que reduce las necesidades de calefacción. Devolverla, ¿no es privarse de un calor bienvenido?

La pregunta merece una respuesta en cuatro tiempos: cuánto sol recibe una cubierta en invierno, qué parte atraviesa el aislante, qué ocurre de noche y cómo se presenta el balance a doce meses. La respuesta corta: la pérdida existe, es pequeña y no tiene comparación con la ganancia de verano. La respuesta larga viene a continuación.

El sol de invierno incide en las fachadas, no en las cubiertas

La altura del sol en el cielo varía enormemente entre estaciones. A mediodía solar, el 21 de junio, el sol culmina a unos 63° sobre el horizonte en Lille, 65° en París, 68° en Lyon y 70° en Marsella. El 21 de diciembre no supera los 16° en Lille, 18° en París, 21° en Lyon y 23° en Marsella. Son datos astronómicos, independientes de la meteorología.

Esta geometría lo cambia todo para una cubierta plana o de poca pendiente:

• En junio, la radiación llega casi en vertical: la cubierta recibe la casi totalidad de la energía disponible. Por eso una cubierta oscura supera los 60 °C.
• En diciembre, la radiación llega rasante: la misma cantidad de energía se reparte en una superficie mucho mayor, y una parte importante se devuelve por simple geometría, incluso en una superficie oscura. Son las fachadas sur, y sobre todo los acristalamientos, los que captan lo esencial de los aportes solares de invierno.

Dicho de otro modo, la cubierta no es el captador solar del edificio en invierno. Lo es en verano, y ese es el problema que resuelve el cool roof.

Hay mucha menos energía solar que perder

A la altura del sol se suman la duración del día y la nubosidad. A finales de diciembre, el día dura unas 8 h frente a 16 h a finales de junio. Los cielos de invierno están más a menudo cubiertos, en particular en la mitad norte. Resultado: la energía solar recibida por un metro cuadrado horizontal en diciembre es del orden de cuatro a ocho veces inferior a la de junio según las regiones francesas, con una diferencia más marcada en el norte.

De esa energía ya escasa, una cubierta oscura absorbe la mayor parte y un cool roof absorbe el 5 %. La diferencia entre ambos, en invierno, afecta por tanto a una pequeña fracción de una cantidad ya de por sí reducida. En verano, la diferencia afecta a una gran fracción de una cantidad muy importante. Esa asimetría es la que hace el balance.

El aislante bloquea los aportes en ambos sentidos

Supongamos que una cubierta oscura alcanza 25 °C en una buena tarde de enero, frente a 10 °C en una cubierta reflectante. ¿Qué pasa con ese calor?

En un edificio aislado, lo esencial se pierde hacia el exterior: por convección con el aire frío, por radiación hacia un cielo de invierno muy frío y por el viento. La parte que atraviesa el aislante hacia el interior es pequeña, y tanto más pequeña cuanto mejor es el aislamiento. Cuanto mayor es la resistencia térmica de la cubierta, más insignificantes se vuelven los aportes solares por la cubierta, con o sin cool roof.

Esta constatación tiene dos consecuencias prácticas:

• En un edificio reciente o correctamente aislado, la pérdida de aportes invernales debida al cool roof se limita a unos pocos puntos porcentuales de las necesidades de calefacción, a menudo menos.
• En un edificio mal aislado, todos los flujos se amplifican: el sobrecalentamiento de verano (que el cool roof corrige) y la pérdida de aportes de invierno (que el cool roof acentúa). La buena respuesta es entonces aislar, o aislar y tratar la cubierta al mismo tiempo. Véase aislamiento térmico de cubierta por el exterior y cool roof.

De noche, las dos cubiertas se comportan igual

Una idea recibida sostiene que una cubierta blanca «pierde más calor». Es confundir reflectancia con emisividad. Las pérdidas nocturnas de una cubierta se producen por radiación infrarroja hacia el cielo y por convección con el aire. La radiación depende de la emisividad de la superficie, no de su color: una membrana bituminosa, una chapa de acero lacada o un revestimiento PrimaTherm® (emisividad 0,89) tienen emisividades del mismo orden. De noche, cubierta clara y cubierta oscura radian, por tanto, de la misma manera. Solo el día las distingue, y en invierno el día es corto.

El balance anual, región por región

La pregunta pertinente no es «¿qué pasa en enero?» sino «¿qué pasa en doce meses?». Tres elementos pesan en la balanza.

El ahorro de verano. Un cool roof reduce el consumo de climatización hasta −40 %: del 15 al 25 % en la zona climática francesa H1, del 20 al 30 % en H2, del 25 al 40 % en H3. En un edificio sin climatización, devuelve talleres, almacenes o aulas por debajo de umbrales de temperatura en los que el trabajo y la acogida siguen siendo posibles.

La pérdida de invierno. Unos pocos puntos porcentuales de las necesidades de calefacción en un edificio aislado, algo más en un edificio mal aislado, muy poco en el sur, donde los inviernos son suaves y cortos.

El vector energético. La climatización es eléctrica; la calefacción es a menudo de gas o por bomba de calor. Los kilovatios hora evitados en verano y los kilovatios hora añadidos en invierno no tienen ni el mismo coste ni las mismas emisiones, lo que acentúa aún más el interés del balance.

Esta lectura coincide con la de los laboratorios que han estudiado la cuestión, tanto en Estados Unidos como en Europa: la «penalización de calefacción» de una cubierta reflectante está reconocida, es pequeña y queda ampliamente compensada por el ahorro de refrigeración en todos los climas donde la refrigeración es un reto. No publicamos una cifra única porque no existe: el resultado depende del aislamiento, del uso, del sistema de calefacción y de la zona. Ese es el objeto del estudio gratuito, que se apoya en sus consumos reales.

El caso de los edificios poco o nada calefactados

La objeción invernal supone un edificio calefactado de forma continua. Sin embargo, una gran parte de las cubiertas que tratamos cubren volúmenes que no lo están, o muy poco:

• Almacenes y plataformas logísticas: la mayoría no se calefactan, o solo para evitar heladas. La pérdida de aportes solares invernales es allí nula en la práctica, mientras que el sobrecalentamiento de verano es un problema de condiciones de trabajo y de conservación de las mercancías. Véase cool roof para naves logísticas.
• Talleres y naves industriales calefactados con aerotermos o tubos radiantes, a consignas bajas (12 a 16 °C) y en franjas horarias limitadas: el reto de invierno es pequeño, el de verano es fuerte en cuanto hay equipos trabajando bajo una cubierta a 60 °C. Véase cool roof para la industria.
• Edificios agrícolas: ganadería y almacenamiento, donde el calor estival pesa sobre los animales y los productos y donde la calefacción es marginal. Véase cool roof para naves agrícolas.
• Cámaras frigoríficas y almacenes a temperatura controlada: la cubierta reflectante reduce la carga del frío todo el año, y por definición no hay ninguna calefacción que penalizar. En una planta de curados de 2.000 m² con cubierta de chapa de acero en Périgny, la temperatura del bajocubierta pasó de 50 a 30 °C y el consumo de frío bajó un 35 %.

Para estos edificios, la cuestión del invierno sencillamente no se plantea. Se plantea para las oficinas, los comercios, los colegios, los centros sanitarios y las viviendas, calefactados durante toda la estación fría, y es para ellos para quienes se aplica el razonamiento de las secciones anteriores.

Lo que dicen los trabajos científicos

La cuestión de la «penalización de calefacción» de las cubiertas reflectantes se estudia desde los años noventa, primero en Estados Unidos por el Lawrence Berkeley National Laboratory y el Oak Ridge National Laboratory, y después en Europa en el marco de los proyectos de investigación sobre cubiertas frescas e islas de calor. Tres conclusiones se desprenden de forma constante:

1. La penalización existe y se mide, en los edificios calefactados, como un ligero aumento de las necesidades de calefacción.
2. Es pequeña en comparación con el ahorro de refrigeración en todos los climas donde la refrigeración es un reto, incluidos los climas templados con inviernos fríos, porque la radiación solar de invierno sobre una cubierta es débil y el aislamiento la desacopla del interior.
3. Disminuye con el nivel de aislamiento y con la latitud hacia el sur; aumenta en las cubiertas sin aislar y en los climas de veranos frescos e inviernos largos, donde la refrigeración no es un reto.

Es exactamente lo que muestra la geometría solar expuesta más arriba. No reproducimos aquí un porcentaje único sacado de un estudio extranjero, porque depende del aislamiento, del uso y del clima estudiados: para su edificio, el único valor que cuenta es el calculado a partir de sus consumos y de su zona.

Cuatro ejemplos de razonamiento

Oficinas climatizadas en zona H1, aislamiento correcto. En verano, la climatización representa una partida significativa de la factura eléctrica de junio a septiembre; el cool roof la reduce del 15 al 25 %. En invierno, la calefacción de gas o por bomba de calor aumenta unos pocos puntos porcentuales como mucho. Balance positivo, tanto más cuanto que el confort de las plantas bajo cubierta mejora claramente.

Colegio en zona H2, sin climatización. El reto de verano es el confort en junio y en septiembre, meses en los que las aulas bajo cubierta superan a menudo los 30 °C. En invierno, el centro está calefactado; la pérdida de aportes por la cubierta es pequeña porque las cubiertas de los colegios recientes o renovados están aisladas. Balance positivo en confort, neutro a ligeramente positivo en energía; la decisión se toma sobre las condiciones de acogida de los alumnos. Véase cool roof para colegios.

Comunidad de propietarios en zona H3, cubierta plana. Los pisos de la última planta sufren noches a 30 °C en verano; el invierno es suave y corto. El balance es muy positivo, y el IVA reducido del 10 % sobre suministro e instalación se aplica a las viviendas francesas de más de dos años. Véase cool roof para comunidades de propietarios.

Taller en altitud, sin climatización, sin incomodidad de verano señalada. El reto de verano es pequeño, la temporada de calefacción es larga: es el caso en el que recomendamos una simulación antes de concluir, y en el que podemos desaconsejar el proyecto. Es raro, pero existe, y preferimos decirlo.

Dos errores de razonamiento que evitar

Contar la potencia en lugar de la energía. La potencia de una instalación de calefacción se dimensiona para la noche más fría, sin sol: el cool roof no cambia nada en ese cálculo, y ninguna instalación debe redimensionarse. Solo varía la cantidad de energía en la temporada, y poco.

Razonar como si la cubierta no estuviera aislada. La intuición «el tejado se calienta al sol, luego calienta la casa» viene de los desvanes sin aislar de las casas antiguas. En un edificio terciario, industrial o logístico aislado, la superficie de la cubierta y el interior están desacoplados; es precisamente lo que se le pide a un aislante.

¿Y la nieve?

Una cubierta nevada es blanca, sea cual sea el revestimiento que haya debajo: durante los episodios de nieve, cubierta oscura y cool roof se comportan de la misma manera. El cool roof no alarga de forma apreciable la duración de la nieve sobre una cubierta aislada, cuya superficie está de todos modos cerca de la temperatura exterior. En las cubiertas de poca pendiente en altitud, la cuestión corresponde al dimensionamiento de la estructura, no al revestimiento.

Lo que hacemos en el estudio

Para cada proyecto, miramos la zona climática, el aislamiento de la cubierta, la presencia y el modo de climatización, el sistema de calefacción, los usos y las horas de ocupación. Estimamos la ganancia de verano y la pérdida de invierno, y le decimos si el balance justifica el proyecto. En los raros casos en que no lo justifica, también lo decimos. El simulador de rentabilidad (en francés) da un primer orden de magnitud; la página rentabilidad de un cool roof explica el método.

Fuentes

• Météo-France, datos de insolación y normales climáticas: https://meteofrance.com/
• ADEME (agencia francesa de la transición ecológica), confort de verano y adaptación de los edificios: https://www.ademe.fr/
• ASTM E1980, índice de reflectancia solar: https://store.astm.org/e1980-11r19.html
• Informes de ensayo PrimaTherm® (reflectancia, emisividad, SRI, envejecimiento): página de certificaciones.