A través del techo puede penetrar gran cantidad de calor a los ambientes interiores. Debido a su posición recibe radiación solar en cualquier época del año, por lo cual alcanza temperaturas superficiales exteriores de hasta 65°C cuando la temperatura exterior del aire, a la sombra, es de sólo 27 °C.
El techo es la mayor fuente de calor en el caso de edificaciones de baja altura, pues la radiación solar que recibe puede alcanzar hasta un tercio (1/3) de las ganancias de calor de una casa y provocar altas temperaturas en el interior.
Debe prestarse una gran atención al diseño y los materiales del techo para garantizar el confort de los ambientes interiores y reducir el consumo de electricidad en el caso de acondicionamiento activo.

En las zonas tropicales, próximas a la línea ecuatorial, las superficies horizontales reciben la máxima intensidad solar, puesto que el ángulo de incidencia es muy cercano a la perpendicular a la superficie durante un gran número de horas al día. Estos techos pueden recibir hasta 50% más de calor que los techos inclinados.

Figura 38 Incidencia solar sobre un techo plano en el trópico, latitud norte

Los techos de una sola agua deben inclinarse hacia el norte pues el sol incidirá con un ángulo muy pequeño la mayor parte del año, mientras que con dos aguas deben orientarse preferiblemente norte-sur. En todo caso la inclinación no debe exceder 30º y la orientación de la edificación puede oscilar alrededor de 20º en sentido este-oeste. La ubicación definitiva debe considerar la dirección del viento y la implantación del conjunto en la parcela.

Figura 39 Orientación de un techo a 4 aguas con las mayores superficies orientadas sur y norte

Los aleros de techo, pérgolas y corredores perimetrales son una solución apropiada para minimizar las ganancias solares sobre paredes y ventanas.

Proteja de la radiación solar los techos con plantaciones de árboles (ver Implantación y forma, pág. 24), o produzca juego de volúmenes techando los espacios a diferentes alturas, de forma tal que arrojen sombra propia.

Los colores claros en el techo pueden reflejar entre 25% y 30% de la energía radiante del sol. Las superficies claras, lisas y brillantes suelen tener reflectancia elevada en relación a la superficie blanca teórica de perfecta reflectancia, la cual absorbe 0% y refleja el 100% de la radiación.

Figura 52 Efecto de los materiales y color de techo en la absorción de calor

Tanto el color como el tipo de material afectan la cantidad de calor reflejado, medido como reflectancia. A continuación se indican los valores de reflectancia para diferentes materiales de techo:

Tabla 5 Reflectancia para diferentes materiales de techo (fuente: Green Seal, Energy Star Home Project)

La modulación del calor a través del techo depende de las propiedades termofísicas de sus componentes constructivos. La inercia térmica es la capacidad de un componente para almacenar calor, amortiguar su efecto y transmitirlo con desfase hacia el interior de los ambientes, y puede expresarse como débil, media y fuerte (ver Mitigación de la carga de calor solar, pág. 15).

Tabla 6 Coeficientes de amortiguamiento y desfase para componentes y materiales de techo

Figura 54 Mecanismo de inercia térmica en una pared (fuente: Basado en Santimouris et al. Pasive cooling of Building. James & James (1996))

La selección adecuada de los materiales deberá tomar en cuenta el horario de uso de la edificación y el tipo de acondicionamiento, de acuerdo a las siguientes reglas básicas:

En el caso de acondicionamiento pasivo:

• En edificaciones de uso diurno y nocturno, tales como residencias, son aconsejables componentes con inercia térmica débil o media que no acumulen calor en el día y presenten poco tiempo de desfase, para que así la onda de calor no se traslade a las hora de la tarde o de la noche cuando se produce la mayor ocupación de los espacios. En el primer caso es aconsejable la colocación de una capa de material aislante térmico colocado hacia la cara exterior.
• En edificaciones de uso diurno, tales como escuelas, son aconsejables componentes con inercia térmica media o fuerte que acumulen calor en el día y retarden la onda de calor para las horas de la noche, cuando la edificación está desocupada. En la noche el calor se evacuará por reirradiación hacia el cielo y por movimiento convectivo con la ayuda del viento.

En el caso de acondicionamiento activo:

• Para edificios de uso diurno, por ejemplo comercio u oficina, son aconsejables componentes con inercia térmica fuerte. Estos son materiales con una alta capacidad calórifica que acumulan calor en el día, de forma tal que amortiguan la curva de temperatura interior y presentan un desfase de varias horas.

Cuando se utilizan materiales aislantes en el techo se pueden reducir sustancialmente las ganancias de calor a través de estos componentes. El aislante puede ser instalado en el material del techo por el lado exterior (que es lo más efectivo para el clima cálido) o como cielo raso internamente; también puede utilizarse la combinación de ambas técnicas. Con 2 ó 3 cms de material aislante es suficiente, aunque dependerá del tipo de material utilizado. Los más adecuados son los que presentan las siguientes propiedades térmicas baja capacidad calorífica y alta resistencia térmica, es decir, con muy baja conductancia. También es importante que el material aislante mantenga indefinidamente su coeficiente de conductividad y que no sea higrospónico, es decir, que no absorba humedad, lo cual disminuye su propiedad de aislante con el paso del tiempo.

Figura 56 Detalle de la colocación de material aislante en techo

Los materiales aislantes son costosos, pero su utilización debe ser evaluada por sus buenos resultados para controlar los valores máximos de temperatura. En el caso de acondicionamiento activo permite disminuir los costos de instalación, uso y mantenimiento de los sistemas de aire acondicionado. En la gráfica se pueden comparar los valores de temperatura máxima y media para dos sistemas constructivos con y sin material aislante como cielo raso.

Gráfico 9 Valores de temperatura obtenidos analíticamente para diferentes sistemas constructivos sin y con material aislante (fuente: Datos tomados de Hobaica-Sosa-Rosales «Influencia de las características térmicas de los componentes constructivos en la temperatura del aire interior de viviendas», Revista Interciencia)

El empleo de cámaras de aire en los cerramientos constructivos es adecuado para mitigar las ganancias de calor, debido a que el aire es un material aislante con un coeficiente de conductividad térmico K= 0,028, igual al de la fibra de vidrio.

Las cámaras de aire pueden ser ventiladas o no ventiladas; las que funcionan mejor son las ventiladas, debido a que eliminan por convección las ganancias de calor rápidamente hacia el exterior. Esto se logra con un buen diseño, tal como se muestra en la siguiente figura.

Las cámaras de aire no ventiladas no son tan efectivas como las ventiladas o como la utilización de un material aislante. Aunque la sencillez del procedimiento constructivo y lo costoso de los materiales aislantes justifica su aplicación.

Figura 58 Comparación de los efectos de áticos ventilados y no ventilados en la temperatura del aire de los espacios interior

En la práctica, las cámaras aislantes no ventiladas en techos horizontales o inclinados tienen mayor poder aislante que en cerramientos verticales (paredes). Asimismo, la cámara de aire más eficaz responde a unos 5 cms de espesor, ya que en espesores mayores los intercambios de calor convectivos y radiactivos aumentan, y por lo tanto disminuyen los efectos de la propiedad de material aislante del aire.

El efecto de transmisión de calor por radiación dentro de las cámaras de aire se puede reducir aplicando sobre una o ambas caras materiales de bajo poder de emisión y de elevado poder reflector, como por ejemplo los metales, el aluminio entre ellos.
Las técnicas de barreras radiantes elimina en un 95% la ganancia de calor radiante del sol, por lo cual reduce la asimilación de calor del componente constructivo. También puede ser colocada en la cara externa antes del acabado final exterior.
Su utilización debe ser evaluada técnica y económicamente, debido a que en pruebas de laboratorio los efectos han sido interesantes y efectivos, pero en ciertas condiciones los resultados son poco duraderos por la vertiginosa oxidación del metal que hace aumentar rápidamente su coeficiente de radiación.

Figura 59 Detalle de barreras radiantes en techos

En el trópico, los techos de vidrio deben utilizarse con criterios adecuados, ya que los grandes aportes de calor al interior pueden opacar los beneficios por iluminación y calidad espacial. En el caso de acondicionamiento pasivo se pueden utilizar techos translúcidos, combinados con una adecuada ventilación natural que permita evacuar las ganancias de calor al exterior.Para el acondicionamiento activo no es aconsejable utilizar cerramientos de techo de vidrio expuestos directamente al sol. Las propiedades termofísicas de este materia permiten una gran trasmitancia de calor directo (ver Ventanas, pág. 77) por lo que requeriría una gran demanda de potencia del sistema de aire acondicionado.

Actualmente se utilizan técnicas como la quinta fachada, que no son más que techos transparentes pero permeables a la ventilación que arropan otros techos opacos o translúcidos y que, eventualmente, tienen mecanismos para abrirse o cerrarse.

La vegetación absorbe la radiación solar, aísla térmicamente y sombrea los cerramientos de la envolvente, por lo cual, al colocarse sobre los techos, produce ambientes de una gran calidad térmica. Sin embargo, al representar una sobrecarga a la estructura portante se deberá evaluar económica y técnicamente su aplicación. Se recomienda principalmente para corredores, accesos, galerías, caminerías exteriores y garajes.

Figura 61 Uso de la vegetación en los techos

Usar una combinación o todas las estrategias de techo permite lograr ambientes interiores más confortables. Al utilizar materiales aislantes y técnicas de diseño indicadas para los techos se reduce la ganancia de calor y también puede reducirse o eliminarse la necesidad de sistemas de aire acondicionado.

Figura 63 Integrando estrategias de diseño en los techos (fuente: Basado en Field Guide for Energy Performance, Confort and Value in Hawai)

La circulación del aire por las superficies exteriores e interiores del techo estimula las pérdidas de calor por convección. Una ventilación suficiente se alcanza frecuentemente a través de espacios de aire a lo largo de las cumbreras o con aberturas a ras del techo.

En la figura de la izquierda hay una efectiva ventilación natural que permite la evacuación del calor solar acumulado por los cerramientos hacia el exterior. En el otro caso la ventilación es ineficiente.

Figura 64 Ejemplos de ventilación natural alrededor del techo

Las aberturas podrán ser para entrada de aire a la edificación o para salida de éste desde los ambientes al exterior, permitiendo así la ventilación transversal (ver Aprovechamiento de la ventilación natural, pág. 17). Ahora bien, la ubicación de la abertura en techo, respecto a la volumetría y distribución interior, será clave para aumentar la eficiencia de la ventilación natural, tal como se demuestra en la siguiente figura.

Figura 65 Influencia de la ubicación de las aberturas en techos (fuente: Basado en CSTB. Guide sur la climatisation naturelle de l´habitat en climat Tropical-Humide)

A través de aberturas en techo se pueden iluminar en forma natural los ambientes interiores. Se deben controlar las ganancias de calor con las propiedades termofísicas de los vidrios. Para aumentar la eficiencia de la iluminación natural se pueden utilizar superficies reflectivas, tal como se muestra en la figura.

Figura 66 Aprovechamiento de la iluminación natural a través de aberturas en techo

Las claraboyas o cúpulas de techo pueden ser una vía para brindar iluminación natural al interior de los ambientes. Sin embargo, en el trópico estos dispositivos pueden ser causa de una gran ganancia de calor y de luz deslumbrante. Existen diferentes tipos de cúpulas que permiten minimizar estos efectos.

Las cúpulas de iluminación con dispositivos para ventilación permiten minimizar las ganancias de calor al contribuir a evacuar el aire caliente. Sólo deben ser utilizadas en caso de acondicionamiento pasivo de ambientes interiores. Para que funcionen adecuadamente, la instalación de la cúpula debe ser ubicada de forma tal que la brisas del viento contribuyan al movimiento del aire interior, evacuando el aire caliente hacia el exterior, tal como se muestra en la siguiente figura.

Cuando utilice vidrios, seleccione un coeficiente de ganancia solar SHGC de 0.5 o menor. El SHGC mide la cantidad de calor admitida por el vidrio según sus propiedades termofísicas (ver Ventanas, pág. 84). Para disminuir el encandilamiento se ha incorporado el uso de materiales translúcidos, difusores y plásticos blancos. Otra opción para reducir el encandilamiento es reflejar y producir luz difusa utilizando deflectores o pantallas con espejos, tal como se indica en la figura.

Figura 68 Opciones de cúpulas cenitales con difusores y espejos

Se han desarrollado tecnologías basadas en los principios físicos de reflexión y transmisión de la luz (ver Control de iluminación natural, pág. 19). Estas tecnologías se acoplan al proyecto arquitectónico para dirigir y hacer más eficiente la iluminación, o para proveer de luz natural ambientes interiores sin ventanas hacia el exterior.