“Inercia térmica vs aislamiento. Estudio de los parámetros

EXPERTO UNIVERSITARIO EN GESTIÓN DE PROYECTOS DE ARQUITECTURA EN BIOCONSTRUCCIÓN

“ Inercia térmica vs aislamiento. Estudio de los parámetros de un acristalamiento

En Valladolid, a 23 de septiembre de 2016


Inercia térmica vs aislamiento. Estudio de los parámetros de un acristalamiento

PROYECTO FINAL

Juan Pablo Herrero Gil

Joan Romero Clausell

23 de septiembre de 2016


Inercia térmica vs aislamiento. Estudio de los parámetros de un acristalamiento ”

PROYECTO FINAL

AUTOR Juan Pablo Herrero Gil

DIRECTOR Joan Romero Clausell

Trabajo bajo una licencia CreativeCommons :

Reconocimiento-NoComercial 3.0 España (CC BY-NC 3.0 ES) Se permite la generación de obras derivadas siempre que no se haga un uso comercial. Tampoco se puede utilizar la obra original con finalidades comerciales


1. Resumen

Resumen

Los parámetros relevantes de la carpintería con respecto al aislamiento térmico son el factor solar y la transmitancia térmica. Se pretende encontrar, según las necesidades energéticas de un espacio (calefacción en invierno y refrigeración en verano), el equilibrio entre estos dos parámetros. Se tratará de definir a partir de qué condiciones es más eficiente un mayor aislamiento y en cuales es más eficiente una buena inercia térmica.

Abstract

The relevant parameters of the glazing in relation with the thermal isolation are the thermal transmittance (U-factor) and solar factor (g-value). In this study we try to find, according to the building energy demand (heating in winter, cooling in summer), the valance between both parameters. We try to define from what conditions is more efficient higher thermal isolation and in what ones is more efficient thermal inertia.

2. Palabras clave

Acristalamiento, Carpintería, Factor solar, Transmitancia térmica, Inercia térmica, Aislamiento térmico, Cargas internas, Comparativa, VPclima

3. Índice

Inercia térmica vs aislamiento. ................................................................................................................ 3

Estudio de los parámetros de un acristalamiento ................................................................................... 3

1. Resumen ............................................................................................................................................ 3

Resumen ....................................................................................................................................... 3

Abstract ......................................................................................................................................... 3

2. Palabras clave .................................................................................................................................... 3

3. Índice .................................................................................................................................................. 4

4. Introducción ........................................................................................................................................ 5

a. Antecedentes ........................................................................................................................... 5

b. Objetivos del proyecto ............................................................................................................. 6

c. Metodología ............................................................................................................................. 7

5. Desarrollo del contenido ..................................................................................................................... 8

a. Presentación teórica ................................................................................................................ 8

i. Definiciones básicas ........................................................................................................... 8

ii. Vidrios de capa. Bajo emisivos y Control solar ................................................................. 15

iii. Parámetros del acristalamiento ........................................................................................ 21

iv. Inercia térmica y Aislamiento ............................................................................................ 23

v. Cargas térmicas ................................................................................................................ 23

b. Estudios realizados ............................................................................................................... 24

i. Metodología ...................................................................................................................... 24

ii. Datos previos .................................................................................................................... 24

iii. Resultados ........................................................................................................................ 28

c. Análisis de los resultados ...................................................................................................... 29

6. Conclusiones .................................................................................................................................... 30

7. Bibliografía ........................................................................................................................................ 31

8. Anexo ............................................................................................................................................... 32

Anexo 1. Tablas .......................................................................................................................... 32

Anexo 2. Formulas ...................................................................................................................... 42



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4. Introducción

a. Antecedentes

Los acristalamientos son un tema importante y complejo con respecto al consumo energético. Pese a que los parámetros que definen un acristalamiento han sido ampliamente estudiados y actualmente su cálculo y valores, para los diferentes tipos de vidrios y la combinación con los diferentes marcos, está normalizado; por lo general los proyectistas tienen dudas a la hora de saber cómo aplicar dichos parámetros a las diferentes orientaciones y los diferentes climas. Actualmente, con la progresiva importancia que se está dando a la eficiencia energética y a la reducción del consumo energético de los edificios, es clara la importancia que, en estos aspectos, tienen los acristalamientos del edificio, pues se consideran una de las partes más sensibles de la envolvente térmica, y esta es la parte clave a la hora de obtener buenos resultados de eficiencia energética. Está claro que la parte opaca de la envolvente debe tener un adecuado aislamiento térmico, pero, si esto no va acompañado de unos acristalamientos adecuados, la envolvente pierde su continuidad, dejando de cumplir su función. Unas reglas generales, sacadas de principios de arquitectura bioclimática, serían:

− Orientar los acristalamientos hacia el sur (en el hemisferio norte, hacia el norte en el hemisferio sur). Una orientación de 30º con respecto al sol de mediodía es la mejor para la captación solar.

− Reducir los acristalamientos en orientaciones norte (sur en el hemisferio sur) debido a que no tienen captación solar y sola producen perdidas por transmitancia térmica.

− Tratar de no situar acristalamientos en orientación oeste (para el hemisferio norte) pues los rayos de sol del atardecer sobrecalientan y son muy difíciles de evitar.

− Disponer de sistemas adecuados de sombreamiento para evitar el sobrecalentamiento de los espacios en los meses cálidos.

Del libro 101 reglas básicas para una arquitectura de bajo consumo energético de Huw Heywood1 se pueden extraer las características que deberían tener los vidrios para los diferentes climas:

− Para climas cálidos, secos o húmedos: vidrios con un factor solar muy bajo, para evitar sobrecalentamientos, reforzado por una muy necesaria protección solar, una transmitancia térmica baja y la situación adecuada del revestimiento bajo emisivo sería en la cara interior del vidrio (considerando que no es necesario doble acristalamiento) así evitar que el calor exterior entre en el espacio.

− Para climas fríos: vidrios con un factor solar muy alto, para lograr con la adecuada orientación la mayor captación solar posible, una transmitancia térmica muy baja y la situación adecuada del revestimiento bajo emisivo sería en la cara 2 y 5 en caso de triple vidrio y 2 o 3 en caso de doble vidrio2, del acristalamiento, así evitar que el calor interior del espacio se disperse al exterior.

− Para climas de inviernos fríos y veranos calurosos: vidrios con un factor solar alto, para lograr con la adecuada orientación una buena captación solar, pero con protección solar, indispensable para evitar el sobrecalentamiento en los meses de verano, una transmitancia térmica muy baja y la situación adecuada del revestimiento bajo emisivo sería en la cara 3, o 5 en caso de triple vidrio, del acristalamiento, así evitar que el calor interior del espacio se disperse al exterior.

− Para climas templados: vidrios con un factor solar alto, siguiendo el mismo principio que en el anterior, y por lo tanto también será indispensable la protección solar, una transmitancia térmica muy baja y la situación adecuada del revestimiento bajo emisivo sería en la cara 3 del acristalamiento (no es rentable la colocación de vidrios triples, pues no son necesarios y el proceso de fabricación es mucho más contaminante), así evitar que el calor interior del espacio se disperse al exterior.

1 Ver bibliografía para más detalles 2 En dicho libro habla de que el revestimiento bajo emisivo debería situarse en las caras 2 o 5 en caso de triple vidrio, tras mis observaciones considero que, en un triple vidrio, efectivamente se debería colocar en dichas caras, pero en caso de colocar un vidrio doble podría ir en la cara 3 garantizando también que el calor interior no se pierde.



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Por lo que queda claro, que es esencial aplicar correctamente las propiedades de los acristalamientos, este aspecto ha sido tratado últimamente en diferentes libros y manuales sobre arquitectura bioclimática y sostenibilidad. En estos textos suele analizarse el rendimiento térmico y se comparan los diferentes vidrios demostrando cómo mejora el confort térmico del espacio al mejorarse sus valores de aislamiento térmico. Este aspecto está claro, cuanto menor sea la transmitancia térmica, del acristalamiento y de la carpintería, mayor confort térmico. Por lo general, para reducir la transmitancia térmica de un acristalamiento, se utilizan revestimientos bajo emisivos, los cuales también reducen el factor solar del acristalamiento. En este trabajo se tratará de encontrar para qué climas tiene mejor rendimiento mantener unos valores altos de factor solar, lo que reduciría, gracias a la acumulación por inercia térmica, la demanda energética en invierno.

b. Objetivos del proyecto

El objetivo del trabajo es comprobar cómo afectan los parámetros del acristalamiento a las demandas de calefacción y refrigeración del edificio. Se tratará de definir a partir de qué condiciones climáticas es más eficiente un mayor aislamiento y en cuales es más eficiente una buena inercia térmica. Para conseguirlo, en un primer apartado se definirán los conceptos básicos de acristalamiento, sus partes y se recogerán las diferentes tipologías existentes de marcos, vidrios y acristalamientos. Posteriormente se pasará a definir los parámetros del acristalamiento, haciendo mayor hincapié en aquellos que tienen mayor relación con el aislamiento térmico, tales como factor solar y transmitancia (vidrio, marco y acristalamiento), también se definirá y tratará de comprender en profundidad el significado del concepto “bajo emisivo” pues es clave a la hora de mejorar las propiedades de un acristalamiento, afectando decisivamente a sus diferentes propiedades. Finalmente se pretende comprender los conceptos relacionados con las cargas térmicas de una edificación y su cálculo, pues estos valores son los que definen las demandas energéticas de refrigeración en verano y calefacción en invierno. Una vez los conceptos clave estén claros, se definirá una metodología para, mediante varios modelos informáticos, lograr unos valores comparables de los diferentes tipos de acristalamientos. Con los resultados de dichos análisis informáticos se realizará la comparación basándose en las diferentes demandas energéticas resultantes de cada análisis. Se presentarán los datos mediante porcentajes y se analizarán los datos para sacar las conclusiones.



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c. Metodología

Tras resumir y recoger las definiciones y conceptos referentes al tema y exponer las bases teóricas para el cálculo, se tratará de crear un modelo donde poder medir y cuantificar los posibles efectos de los diferentes parámetros en el consumo de energía del edificio. Para poder observar los efectos de dichos parámetros se utilizará un sistema de cálculo informático, mediante el programa VPClima. En dicho programa se definirá un espacio arquitectónico simplificado y se variarán los parámetros del acristalamiento para poder observar cómo, bajo los mismos valores de envolvente térmica y ambiente interior y exterior, los parámetros del acristalamiento afectan a la demanda energética anual de calefacción y refrigeración. Para lograr este análisis comparativo se definirá primero un local, del cual se deberán definir los siguientes parámetros:

− Clima y condiciones exteriores, se elegirán cuatro localizaciones de la geografía española para poder comparar cómo afectan las diferentes condiciones exteriores a los cálculos. Estas cuatro localizaciones trataran de ser representativas de los diferentes climas del territorio español, para ello se buscará que tengan diferentes zonas climáticas, según el CTE.

− Uso del espacio y nivel de ocupación, estos parámetros definirán parte de las cargas térmicas del espacio y las condiciones de confort

− Dimensiones y materiales, se mantendrán constantes para las diferentes posibilidades, ambos parámetros definen la envolvente térmica y por consiguiente sus pérdidas y ganancias.3

− Acristalamientos, estos serán la variable de estudio, por lo que se definirán unas dimensiones del acristalamiento y un tipo de marco, y posteriormente se modificarán sus parámetros para ver cómo afectan a la demanda energética. Para que funcione adecuadamente el acristalamiento se definirán unos sombreamientos adecuados según los principios de arquitectura bioclimática. Posteriormente se comparará cómo mejoran la demanda los sistemas de sombreamiento y finalmente se comparará cómo se modifica la demanda según las condiciones exteriores y los diferentes tipos de acristalamientos y sombreamiento.

3 Un análisis más en detalle podría tener en cuenta las diferentes soluciones constructivas para los diferentes climas, pues en este trabajo se considerarán los espesores de aislamiento iguales en todas las localizaciones. Los materiales utilizados para definir la envolvente serán, debido a la limitación en tiempo para la extensión del trabajo, materiales estándares, ya definidos por el programa, pero las soluciones serán lo más eficientes posible, mejorando los estándares fijados por el programa. Por lo que queda abierta la posibilidad de comparar este estudio con otro realizando las soluciones constructivas con materiales de bioconstrucción.



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5. Desarrollo del contenido

a. Presentación teórica

i. Definiciones básicas

Carpintería: desde el punto de vista arquitectónico, es la parte de la fachada que permite la relación entre el interior y el exterior del recinto, controlando el paso de aire, ruido, luz, energía y la visión en ambos sentidos. El conjunto puede permitir la apertura y el cierre de la ventana protegiendo el interior de las inclemencias externas y de la excesiva radiación. La carpintería o ventana está compuesta por dos partes el marco y el acristalamiento, ambas influyen en los parámetros de la ventana, pues, según las características de cada una, la ventana tendrá una transmitancia concreta. Marco: es la parte ciega de la ventana, unos bastidores que sirven de soporte al acristalamiento, pueden ser de muy distintos materiales (acero, aluminio, madera, PVC, poliuretano o mixtos) también está incluido en él las posibles protecciones solares (persianas, contraventanas, lamas o rejas) y ocupa entre un 15% y un 30% del hueco según el tamaño y material de este. Los parámetros que deberemos conocer de un marco son su transmitancia, su permeabilidad y su absortividad. Una clasificación de los diferentes tipos de marcos de ventana podría ser4:

− Perfiles de aluminio o El aluminio es un metal de color blanco con matices azulados y uno de los más

abundantes en la Tierra. Se extrae del mineral de la bauxita, transformándola en alúmina a través del proceso Bayer y después en aluminio metálico mediante electrólisis o anodización. Este último proceso consigue que el aluminio tenga una mayor resistencia ante la corrosión de los agentes químicos y mayor dureza. Este proceso industrial hace del aluminio un material con una huella de carbono muy elevada, pues el proceso de extracción y fabricado consume mucha energía, por lo que una buena alternativa sería utilizar aluminio reciclados, pues, al contrario, el proceso de reciclado del aluminio es muy sencillo, basta con fundirlo y retirar la escoria superficial para tener aluminio puro.

o Perfiles de aluminio sin rotura de puente térmico: el perfil de aluminio es continuo entre el interior y el exterior, por lo que no ofrece dificultad al paso del flujo de calor entre los ambientes interior y exterior. Sus valores de transmitancia térmica (U) son 5.70 W/m2°C.

o Perfiles de aluminio con rotura de puente térmico: la sección del perfil se compone de dos o más secciones de aluminio unidas por una pieza aislante (no metálica). Estos perfiles están normalizados5, sus ensayos y pruebas para garantizar el aislamiento y la impermeabilidad al aire. Para mejorar las prestaciones se puede incrementar la dimensión de la pieza de rotura o rellenar las cámaras con una espuma especial aislante. Sus valores de transmitancia térmica (U) son 4.00 W/m2°C para rotura de puente térmico de entre 4 y 12 mm y 3.20 W/m2°C para separaciones mayores.

Perfil sin rotura de puente térmico

Perfil con rotura de puente térmico

Perfil con espuma interior

Fuente: Renaers Aluminium

4 Extraído en parte de la “Guía técnica de ventanas para la certificación energética de edificios”, más datos en la biografía. 5 Norma europea UNE-EN 14024 (Perfiles metálicos con barreras térmicas. Comportamiento mecánico. Requisitos, pruebas y métodos para la evaluación).



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− Perfiles de acero o El hierro es el cuarto metal más abundante en la corteza terrestre y forma parte de

varios minerales, como los óxidos. El acero es una aleación de hierro con una proporción de carbono de menos de un 2,1%. El acero Inoxidable usado en las ventanas, contiene además un mínimo de 10,5% de cromo u otros metales como el níquel y el molibdeno, que las hace más resistentes a la corrosión. El acero es un material fácil de limpiar y mantener, y es totalmente reciclable reduciendo las necesidades de energía en su fabricación. Los perfiles metálicos para ventanas más extendidos son los anteriormente citados, de aluminio, pero también existen perfilerías de acero, que suelen utilizarse para soluciones más singulares y especificas, hoy en día también se pueden encontrar o diseñar perfilerías de acero con rotura de puente térmico. Sus valores de U son semejantes a los del aluminio y deben cumplir las mismas normativas referentes a perfiles metálicos.

Perfil de acero sin rotura de puente térmico

Perfil de acero sin rotura de puente térmico

Fuente: Schüco

− Perfiles de PVC o Los perfiles de PVC para marcos de ventanas se fabrican por extrusión. El PVC es un

termoplástico, que es una combinación química de carbono, hidrogeno y cloro, componentes provenientes del petróleo bruto y de la sal. Se obtiene por polimerización del cloruro de vinilo. Estos procesos también están normalizados6. Sus valores de transmitancia térmica (U) son 2.20 W/m2°C para dos cámaras y 1.80 W/m2°C para tres cámaras. En los últimos años se está considerando el uso de PVC, debido a las sustancias tóxicas que contiene, a sus problemas de reciclado y a los gases y vertidos tóxicos que se emiten en su proceso de fabricación. Hoy en día se están eliminando de su composición sustancias peligrosas para la salud, como los ftalatos7, pero todavía se incorporan sustancias como metales pesados (plomo o cadmio). El PVC tiene buena resistencia en general a la intemperie, aunque presenta una relativa inestabilidad al calor y al sol, pudiendo ablandarse y deformarse a temperaturas muy altas y también muy bajas. Por otra parte, su impermeabilidad al agua evita los procesos de putrefacción y oxidación. Este es además un material resistente a las ralladuras, de manera que no se queda sin protección ante los agentes atmosféricos.

Perfil de PVC: 1. Perfiles de marco y hoja de PVC. 2. Junquillo a clip para el acristalamiento. 3. Juntas de vidrio preinstaladas en los perfiles. 4. Pivote central con su triple función. 5. Cámaras de los perfiles, proporcionan las propiedades aislantes. 6. Galce inclinado para una mejor evacuación y desagüe ante el agua. 7. Refuerzos de acero galvanizado. 8. Calzo de acristalamiento permitiendo que la unión vidrio-bastidor sea elástica, garantizando propiedades acústicas. 9. Galce de acristalamiento. 10. Sistema de clipado para el acoplamiento de perfiles de remate o acabado. 11. Canal de alojamiento de herraje, desplazado para seguridad antirrobo. 12. Altura hidráulica para el desagüe de la ventana, con taladros de desagüe y descompresión para mejorar el drenaje del agua hacia el exterior. Fuente: Deceuninck

6 Norma europea UNE-EN 12608 (Perfiles de poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U) para la fabricación de ventanas y de puertas. Clasificación, requisitos y métodos de ensayo). 7 Más información: https://es.wikipedia.org/wiki/Ftalato



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− Perfiles de poliuretano con núcleo metálico o El poliuretano (PUR), es un polímero consistente en una cadena de unidades orgánicas,

unidas por enlaces de uretano. Este se forma por la reacción química de dos componentes líquidos, isocianato y poliol generados a partir del petróleo y el azúcar. Uno de los tipos es la espuma rígida de PUR, actualmente muy utilizado en construcción por sus propiedades de aislamiento térmico, para el relleno de juntas y huecos. Este material resiste muy bien todos los agentes atmosféricos excepto las exposiciones prolongadas a la radiación ultravioleta.

Las ventanas de poliuretano tienen normalmente el núcleo de aluminio, el exterior de espuma rígida integral y un revestimiento de laca de PUR. Las uniones se refuerzan con ángulos metálicos para garantizar la resistencia. Se recubren con una película de poliuretano que les otorga mayor protección frente a los agentes externos, prolongando así su vida útil. No existe riesgo de condensaciones pues el PUR es impermeable al agua pero permeable al vapor de agua, permitiendo la transpiración del espacio, tiene buena estabilidad térmica, lo que significa que no se producen dilataciones y su mayor ventaja es que es buen aislante térmico, sus valores de transmitancia térmica (U) son 2.80 W/m2°C No es un sistema muy comercializado debido a su poca durabilidad frente a la luz solar, su precio elevado y a los posibles problemas de salud y para el medio ambiente que presenta; además hoy en día se logran mejores soluciones de aislamiento con otros sistemas. A continuación se resumen los posibles efectos perjudiciales:

. Las espumas de poliuretano europeas no contienen gases CFC perjudiciales para el ozono desde de Enero de 2004. De la misma manera, el PUR, está libre de solventes, plastificantes, cloro, metales pesados, fungicidas y pesticidas. Sin embargo, el isocianato usado en la producción de este material ha estado considerado causante de enfermedades respiratorias como el asma.

. Igualmente, las lacas y pinturas de poliuretano liberan un cierto porcentaje de isocianato libre.

. Por otro lado, la incineración de este material emite sustancias tóxicas a la atmósfera.8

Fuente: Wenthermic

− Perfiles de madera o La madera es un material orgánico sólido y fibroso que se encuentra bajo la corteza de

los árboles. Sus componentes principales son la celulosa, la lignina (que le proporciona dureza y protección), la hemicelulosa y en menor medida, resinas, ceras y grasas. Según el tipo de madera y el proceso utilizado para secar, dependerán la resistencia y calidad de ésta. Cada tipo de madera tiene unas características concretas de dureza, estabilidad, durabilidad, elasticidad, textura y color. Para las carpinterías suelen utilizarse maderas de crecimiento rápido, denominadas blandas por la facilidad con que se

8 Para más información: http://ventanasalicante.com/tipos-de-marcos-o-perfiles/ventanas-de-poliuretano/



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trabajan, no por su dureza, la cual puede ser igual o superior que la de algunas maderas duras. Suelen ser coníferas como el pino, abeto o el ciprés; para exteriores es interesante utilizar maderas que tengan una buena resistencia a la intemperie, insectos y hongos. Sus valores de transmitancia térmica (U) son 2.20 W/m2°C para madera dura (p=700 Kg/m3 y 60mm de espesor) 2.00 W/m2°C para madera blanda (p=500 Kg/m3 y 60mm de espesor). Al ser un material natural, presente en nuestro entorno requiere una mucho menor energía para su producción (se debe garantizar que su recogida en origen se realiza de manera sostenible, mediante los diferentes sellos de calidad) por lo que lo hace la opción más ecológica de todas, además de sus ventajas para nuestra salud, siendo un material que transpira regulando la humedad ambiental y en cierta medida purificando el aire. Según el tipo de madera presentara mayores o menores protecciones frente a los agentes ambientales. A pesar de ello, todas se ven afectadas en mayor o menor medida por los agentes abióticos o atmosféricos: el contacto constante con la humedad y lluvia deforman la madera, el sol la degrada y decolora y los cambios bruscos de temperatura causan la aparición de grietas. Pese a ser un material combustible, presenta buen comportamiento frente al fuego, por su baja conductividad térmica, lenta carbonización y emisión de gases de combustión no tóxicos.

o Los protectores de la madera pueden contener uno o varios de estos tratamientos: . Lasures: protegen de la fotodegradación de los rayos solares . Hidrófugos: evitan la humedad y las filtraciones . Fungicidas: protegen contra los hongos . Insecticidas: protegen contra los insectos . Ignífugos: retardan la llama y reducen la propagación y el humo . Protectores de Fondo: evitan en parte la aparición de grietas . Barnices y pinturas naturales y ecológicas: cumplen las mismas funciones están

hechos de compuestos naturales (materia prima vegetal y/o mineral) Los lasures son protectores pigmentados que penetran profundamente en la madera y que al contrario que los barnices, no forman capa, pues son a poro abierto, de forma que permite que la madera respire y mantenga un equilibrio constante entre la humedad del medio ambiente y la de la madera. La aplicación exclusiva de esto se recomienda solo en maderas muy resistentes, en el resto de casos, sobre todo cuando va a estar expuesta al sol y la intemperie se recomienda primero aplicar un protector de fondo. El protector de fondo ayuda con el problema de las grietas, las cuales pueden producirse por los cambios bruscos de temperaturas y humedad que se dan en lugares donde se produce una gran diferencia de estas entre el día y la noche o el verano y el invierno, o también por usar maderas que no se han secado correctamente (lentamente). También se pueden usar exclusivamente aceites protectores, que además de proteger la madera la enriquecen y embellecen. Según el tratamiento el método de aplicación puede ser con pincel, con brocha, por pulverización, presión, inmersión o con un trapo en el caso de los aceites. Por su parte, las revisiones para mantenimiento varían según el tipo madera, los agentes degradadores y los tratamientos utilizados.

Hoy en día las ventanas de madera han sido en gran medida desplazadas por los nuevos sistemas metálicos, se siguen utilizando en viviendas rústicas y restauraciones. Aunque, cabe decir que, se está volviendo a utilizar debido a sus buenas propiedades aislantes y a sus mucho más adecuadas cualidades, con respecto a la sostenibilidad de los materiales (retención de carbono y huella de carbono negativa, ciclo de vida cerrado, reciclado, etc.)

. Fuente: Arcis



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− Perfiles mixtos o Perfiles mixtos de madera-aluminio: se incorpora en la cara exterior de un perfil de

madera un perfil de aluminio, con múltiples posibilidades según necesidades estéticas y constructivas.

o Perfiles mixtos de madera-aluminio y aislante térmico: entre el perfil de madera y el de aluminio se incorpora una capa de aislamiento térmico EPS de alto rendimiento mejorando los valores de aislamiento de un perfil de madera estándar.

Perfil de madera y aluminio

perfil de madera y aluminio con aislamiento térmico

Fuente: Iberadria / Velux

− Resumen de la transmitancia térmica de los diferent es perfiles 9

Material del perfil Transmitancia térmica

W/m2°C Metálico sin rotura de puente térmico 5.70

Metálico con rotura de puente (4mm < d < 12mm) 4.00

Metálico con rotura de puente (d > 12mm) 3.20

Madera dura (p=700 Kg/m3 y 60mm espesor) 2.20

Madera blanda (p=500 Kg/m3 y 60mm espesor) 2.00

Perfiles huecos PVC (2 cámaras) 2.20

Perfiles huecos PVC (3 cámaras) 1.80

Poliuretano con núcleo metálico. Espesor PUR > 5mm 2.80

9 Transmitancia Térmica de los perfiles según la norma UNE-EN ISO 100077-1.



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Acristalamiento 10: Es la parte transparente de la ventana, formado por uno o varios vidrios (por lo general doble o triple acristalamiento, pero existen cuádruples) y ocupa entre un 70% y un 85% del hueco, por lo que es la parte más determinante de las propiedades del hueco. Los parámetros que deberemos conocer de un acristalamiento son su transmitancia, y su factor solar. Considerando siempre el vidrio de silicato sodocálcico como el vidrio empleado en la edificación, las diferentes posibilidades de fabricación distinguen dos tipos de vidrio: vidrio flotado y vidrio impreso o colado. Ambos tipos de vidrio pueden obtenerse como incoloros o con color en masa en función de su composición química. En cualquiera de los casos mencionados, el vidrio que se obtiene de un horno de fusión se denomina vidrio recocido. Todo este proceso está normalizado11 Los acristalamientos se componen de uno o varios vidrios con diferentes propiedades según las necesidades de aislamiento térmico, control solar o aislamiento acústico que se deben cubrir. Una clasificación de los diferentes tipos de vidrios podría ser12:

− Vidrio laminado o Tipo de vidrio de seguridad, consistente en varias capas de vidrio de cualquier grosos

unidas mediante una película intermedia realizada con butiral de polivinilo (PVB), etil-vinil-acetato (EVA) y con resinas activadas por luz ultravioleta o simplemente por la mezcla de sus ingredientes. Esta lámina le confiere al vidrio una seguridad adicional ante roturas, ya que los pedazos quedan unidos a ella. Para el proceso con película PVB se requiere de autoclave. Para el proceso con película EVA se requiere de una cámara de vacío y horno a baja temperatura (115-120 ºC)13.

− Vidrio templado o Tipo de vidrio de seguridad, procesados por tratamientos térmicos (altas temperaturas y

enfriamiento rápido) o químicos, para aumentar su resistencia en comparación con el vidrio normal. Esto se logra poniendo las superficies exteriores en compresión y las superficies internas en tensión. Tales tensiones hacen que el vidrio, cuando se rompe, se desmenuce en trozos pequeños granulares en lugar de astillar en grandes fragmentos dentados. Los trozos granulares tienen menos probabilidades de causar lesiones14.

− Vidrio termoendurecido o Vidrio que mediante un tratamiento térmico se le mejoran sus propiedades térmicas y de

resistencia, pero el proceso no lo somete a tensiones tan elevadas como en el vidrio templado por lo que no se considera vidrio de seguridad.

− Vidrio recocido o Es el vidrio plano para construcción obtenido en los hornos de fusión. El proceso de

enfriamiento, controlado, de la masa de vidrio una vez conformada en espesor y anchura que permite la relajación de tensiones evitando las roturas se denomina recocido del vidrio. El vidrio recocido puede ser cortado, manufacturado y transformado para obtener distintos productos de acristalamiento. Según el procedimiento de obtención de la lámina de vidrio, puede hablarse de vidrio flotado o de vidrio impreso por laminación.

o Vidrio flotado (float): El vidrio flotado consiste en una plancha de vidrio fabricada haciendo flotar el vidrio fundido sobre una capa de estaño fundido. Este método proporciona al vidrio un grosor uniforme y una superficie muy plana, por lo que es el vidrio más utilizado en la construcción.

o Vidrio impreso: Se trata del vidrio obtenido por laminación de la colada o masa fundida en estado plástico entre dos rodillos, que posteriormente se enfría de forma controlada en el proceso de recocido hasta su estado final. Normalmente se utilizan los rodillos de laminación para imprimir motivos en relieve en la superficie del vidrio. Por esta razón, es comúnmente conocido como vidrio impreso.

− Vidrio de capa o Se define como un sustrato vítreo sobre el que se deposita una capa, normalmente de

naturaleza metálica, con objeto de modificar una o varias de sus propiedades luminosas, solares o térmicas. Quedan fuera de esta denominación los espejos, los vidrios esmaltados y los vidrios sobre los que se adhiere una película plástica. Normalizados15

10Comenzar con la diferencia entre cristal (materia cuyos elementos internos están ordenados geométricamente) y vidrio (material resultante de la fundición de diferentes minerales, con estructura amorfa). Más información: http://www.cristalyvidrio.com/diferencias-entre-cristal-y-vidrio/ 11 Norma europea UNE-EN 572-9. Vidrio para la construcción. Productos básicos. Vidrio de silicato sodocálcico. 12 Extraído en parte de la “Guía técnica de ventanas para la certificación energética de edificios”, más datos en la biografía. 13 Para más información: https://es.wikipedia.org/wiki/Vidrio_laminado 14 Para más información: https://es.wikipedia.org/wiki/Vidrio_templado 15 Norma europea UNE-EN 1096. Vidrio para la edificación. Vidrio de capa.



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Los procedimientos por los que se pueden depositar capas sobre los sustratos vítreos son varios e incluso algunos de ellos pueden combinarse. En función del material depositado y del sistema de deposición, las prestaciones y características del vidrio obtenido pueden ser muy diferentes. Los procedimientos más habituales para la deposición de capa son los que dan lugar a los vidrios denominados pirolíticos (con deposición de la capa en caliente) y magnetrónicos (obtenidos por bombardeo iónico). Este tipo de vidrio brinda la posibilidad de tener un gran control sobre la transmisión de luz y de energía, así como de conseguir diferentes resultados estéticos por reflexión. Las principales prestaciones que ofrecen estos vidrios, independientemente de su estética (reflexión luminosa y color), son un factor solar reducido y/o un reforzamiento del aislamiento térmico del vidrio de cámara. Por su naturaleza de capa metálica, los vidrios bajo-emisivos pueden proporcionar, además, unos niveles considerables de reflexión de la radiación infrarroja, aportando distintos grados de control solar. Estos acristalamientos, que mejoran de forma muy importante las prestaciones del doble acristalamiento tradicional, deben instalarse cuidadosamente en función de las condiciones de cada hueco ya que disposiciones inadecuadas pueden producir efectos contrarios a los buscados. Los acristalamientos con vidrios de capa proporcionan fundamentalmente dos tipos de prestaciones:

o Vidrios de baja emisividad o Vidrios de control solar o Acristalamientos de control solar y baja emisividad

− Unidades de vidrio aislante o Conocidas bajo las denominaciones de vidrio de cámara o doble/triple acristalamiento,

las unidades de vidrio aislante son, más que un tipo de vidrio, un conjunto de vidrios listo para el acristalamiento.

Las posibilidades de los elementos constituyentes –tipos, colores, y espesores de cada vidrio, espesores de la cámara, presencia de aire u otros gases en el interior de la cámara, perfiles separadores con distintas propiedades, etc.– hacen que exista un elevadísimo número de combinaciones, cada una de ellas con sus prestaciones particulares.

Partes unidad de vidrio aislante.

Sistemas de oscurecimiento: Cuando se utilizan sistemas de oscurecimiento integrados en el cerramiento (cajones de persiana) se debe tener en cuenta su importancia en el adecuado funcionamiento de la envolvente térmica, pues si no están adecuadamente resueltos se convierten en puentes térmicos. Son dos los conceptos fundamentales a tener en cuenta con los cajones de persianas:

− Lograr el máximo aislamiento, y lo más continuo posible. − Lograr la máxima estanqueidad.

La transmitancia térmica del hueco debe evaluarse para todo el conjunto, incluido el cajón de persiana si éste va incorporado. De la misma forma, los ensayos de permeabilidad al aire, estanquidad al agua, resistencia al viento o aislamiento acústico deben evaluar el conjunto de ventana y cajón, si este va incorporado. Es decir, la incorporación del cajón de persiana afecta a todas las propiedades que se evalúan en la ventana.



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ii. Vidrios de capa. Bajo emisivos y Control solar

El vidrio, en su uso como material arquitectónico, es muy popular hoy en día. El nivel de las exigencias que se le piden a este material también está creciendo, por lo que su rendimiento térmico y solar está mejorando constantemente. Una de las maneras, para mejorar este rendimiento, es el uso de revestimientos pasivos de control solar (llamados revestimientos bajo emisivos, o en ingles low-e coatings) Composición de la luz solar: Para poder comprender cómo funcionan estos revestimientos primero debemos entender el espectro de energía que viene del sol. La luz solar es la propagación de una perturbación que transmite energía pero no materia16 y se puede propagar en el vacío. Está compuesta por fotones. La luz solar no tiene color, pero está compuesta por la una serie de longitudes de onda de diferentes colores, siete visibles (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta) y dos no visibles (ultravioleta e infrarrojo). Por lo que la luz solar se divide en 3 regiones según su longitud de onda:

− Luz ultravioleta (UV): de longitud de onda entre 100 y 380 nanómetros (entorno al 3% del total de la luz solar). Gran parte de esta onda es absorbida por la atmosfera. Responsable de las reacciones fotoquímicas y tiene propiedades germicidas. Respecto a los efectos sobre los vidrios se considera el espectro de entre 310 y 380 nm, es la responsable de decolorar los materiales. Se divide a su vez en tres espectros:

o Ultravioleta C (UVC): longitud de onda entre 100 y 280 nm. o Ultravioleta B (UVB): longitud de onda entre 280 y 315 nm. o Ultravioleta A (UVA): longitud de onda entre 315 y 380 nm.

− Luz visible: de longitud de onda entre 380 y 780 nanómetros (entorno al 44% del total de la luz solar). Es el espectro visible al ojo humano normal.

− Luz infrarroja: de longitud de onda superior a 780 nanómetros (entorno al 53% del total de la luz solar). Es la encargada de transmitir calor a los cuerpos. La luz solar infrarroja suele denominarse radiación infrarroja de onda corta (entre 780 y 2500 nm aproximadamente), mientras que la radiación infrarroja emitida por un cuerpo, comúnmente llamado el calor emitido, se denomina radiación infrarroja de onda larga. Esta diferencia entre la longitud de onda de la radiación que recibe un cuerpo para calentarse y la longitud de onda de la radiación que emite al estar caliente es lo que produce el efecto invernadero, pues los acristalamientos (o la atmosfera a otra escala) permite el paso de un tipo de onda pero no tanto de otro17.

Espectro electromagnético Espectro de la luz solar

Fuente: Glass Education Center

16 Se podría tratar el tema de la dualidad onda-corpúsculo de la luz, sobre que son los fotones (partículas que en reposo no poseen masa, pero en movimiento funcionan como partículas materiales) y su funcionamiento; pero considero que para el ámbito del trabajo la consideración de la luz como energía es adecuada. 17 Para más información: https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_invernadero



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Emisividad: El siguiente punto es comprender cómo el vidrio interacciona con la radiación solar que le llega desde su cara exterior. El vidrio recibe la luz solar con sus tres longitudes de onda: ultravioletas, visible e infrarrojos, este actuará de tres maneras con la radiación recibida, la reflejará, la absorberá y la transmitirá.

o Absorción: Cuando la luz incide un objeto este absorbe una parte de su radiación, transformándola en calor, es por esto que la luz solar calienta las superficies expuestas a ella (según la masa térmica y la transmitancia se percibe más rápido o menos).

o Reflexión: Parte de la radiación no absorbida se refleja, es decir se cambia la dirección de la onda volviendo por el mismo medio que llegó. Es por este fenómeno que percibimos los colores pues son las longitudes de onda reflejadas por los objetos, también afecta a la energía absorbida por el objeto al reflejar una mayor o menor cantidad de radiación infrarroja. La reflexión puede ser difusa o especular.

o Transmisión: Es cuando la luz atraviesa el objeto sin ser absorbida. Puede ser directa (cuando no se producen cambios de dirección), difusa (cuando se producen cambios de dirección, o se difumina en varias direcciones) y selectiva (cuando atraviesa un objeto de color y solo parte de ella pasa). El cambio de velocidad y dirección en el paso por el objeto se denomina refracción.

Por lo que en el vidrio se producirán los tres efectos, parte de la radiación de las tres longitudes de onda será reflejada, otra parte será absorbida y finalmente otra parte se transmitirá al interior del espacio. Parte de la energía absorbida por el material será emitida al exterior y al interior en forma de calor (de onda larga) por un proceso de radiación y otra parte también será extraída del vidrio por un proceso de convección en el aire de los espacios interior y exterior. La capacidad de un material de irradiar energía se conoce como emisividad18, por lo general, materiales muy reflectantes tienen poca emisividad y materiales oscuros tienen alta emisividad. Todos los materiales, incluidos los vidrios irradian calor en forma de onda larga, según la temperatura de sus caras y su emisividad. En las ventanas es una manera muy importante de transmisión de calor al interior por lo que reduciendo la emisividad de una de las caras del vidrio se mejora sus propiedades aislantes.

Efectos de la radiación solar sobre diferentes vidrios:

o Vidrios oscuros generalmente absorben la mayoría de la energía solar.

o Vidrios ligeramente tintados transmiten la mayoría de la energía solar.

o Vidrios bajo emisivos transmiten altos niveles de luz visible y de infrarrojos, reflejan ultravioleta y calor de onda larga.

o Vidrios de control solar transmiten altos niveles de luz visible pero reflejan el resto.

o Vidrios reflectantes reflejan la mayoría de la luz visible

Proceso de absorción, reflexión y transmisión de una unidad de vidrio aislante.

18 Emisividad: es la medición de la capacidad de un objeto para emitir energía infrarroja. Es la proporción de radiación térmica emitida por la superficie de un objetos debido a su temperatura, cuanto más caliente está el objeto mayor energía infrarroja emite. Para más información: https://es.wikipedia.org/wiki/Emisividad y http://www.latermografia.com/2011/la-emisividad



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Tipos de vidrios diseñados para el ahorro energétic o: Algunas de las técnicas de fabricación de vidrio permiten modificar las propiedades de este, y gracias a estas modificaciones se han logrado obtener diferentes tipos de vidrios cuyas características los hacer más adecuados para el ahorro energético y la sostenibilidad. Estas tecnologías han logrado producir vidrios que responden a la radiación solar de manera específica, e incluso a sus diferentes espectros de radiación; dichas tecnologías se pueden combinar mejorando aun más las prestaciones.

A continuación se resumen, de manera no exhaustiva, los diferentes tipos de vidrios referentes a este ámbito y sus posibles aplicaciones:

− Vidrios tintados absorbentes o Se producen añadiendo óxidos metálicos (oxido de hiero o bronce, que da color verde;

oxido de selenio, que da color bronce; o oxido de cobalto, níquel, selenio y hierro, que da color gris) a la mezcla de vidrio todavía fundida. Gracias a estos óxidos los vidrios absorben una parte considerable de la radiación solar que incide sobre ellos, incluida en mayor o menor cantidad, según el color, la radiación visible (los vidrios verdes o azules absorben menor cantidad de luz visible). Se utilizan en climas cálidos para evitar el sobrecalentamiento del espacio interior debido a una excesiva radiación solar y para evitar el deslumbramiento. Pero debe tenerse en cuenta que al absorber la radiación solar la emiten por transmisión al calentarse por lo que por sí solo pueden no ser tan efectivos; además de la cuestión de bloquear excesivamente la luz natural.

− Vidrios de capa − Vidrios reflectantes o Se producen añadiendo al vidrio una capa metálica (de espesor según el nivel de

reflexión deseado) por proceso magnetrónico o pirolítico. Esta capa aumenta la radiación solar reflejada hacia el exterior, reduciendo la radiación transmitida y absorbida hacia el interior. Se utilizan para climas cálidos con una incidencia solar elevada, pues son muy efectivos para reducir el coeficiente de ganancia solar (SGHC) y el deslumbramiento en los espacios interiores. Tienen el problema de reducir la transmisión de la luz natural y además al reflejar gran cantidad de radiación al entorno, esta incide sobre otros cuerpos, pudiendo llegar a ser peligroso

− Vidrios bajo emisivos (Low-E)19 o Se producen de manera semejante a los anteriores, por proceso magnetrónico o

pirolítico, pero se diseñan para reflejar principalmente la radiación térmica infrarroja, siendo bastantes transparentes al resto del espectro solar. Se utiliza en climas fríos para reducir considerablemente las pérdidas del calor interior, al reflejarlo de nuevo al espacio interior. Su ventaja es que permiten una buena iluminación del espacio, al no reflejar el espectro visible. Otro uso es su combinación con un vidrio absorbente, para que este absorba la radiación térmica del sol y el bajo emisivo evite que entre en el interior, se utiliza en climas cálidos.

− Vidrios espectrales selectivos (vidrios de control solar) o Producidos mediante las mismas técnicas, se consideran una variación de los anteriores.

La diferencia principal es que además de reflejar la radiación de onda larga también reflejan la radiación ultravioleta, permitiendo una adecuada iluminación natural (es decir poseen baja emisividad, baja transmitancia global pero elevada transmitancia visible) Se recomienda aplicarlo sobre vidrios extra claros con poco contenido en hierro pues esto mejora aun más la transmitancia visible.

19 Como comparación se puede establecer que un vidrio estándar tiene un valor de emisividad de 0.84, lo que significa que de la radiación de onda larga que incide sobre él refleja el 14% y el restante 84% lo absorbe y posteriormente transmite. En oposición un vidrio bajo emisivo tiene una emisividad de 0.04, es decir refleja el 96% de la radiación de onda larga que recibe.



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Revestimientos bajo emisivos Funcionamiento: Tras comprender el concepto de emisividad se explica el papel fundamental que, estos revestimientos, tienen en el control de la emisividad. Los cristales de capa, bajo emisivos, tienen un revestimiento de espesor microscópico (500 veces más fino que un cabello humano, en torno a 150 nanómetros para 8 capas de revestimiento) que refleja la radiación infrarroja de onda larga (o calor), algunos revestimientos bajo emisivos también reflejan significativas cantidades de radiación infrarroja de onda corta. Por lo que cuando la energía calorífica que está en el interior del espacio intenta escaparse hacia el exterior, más frio, en invierno, la capa bajo emisiva refleja este calor de nuevo dentro reduciendo la perdida de calor a través del acristalamiento. Lo opuesto ocurre en verano. Para comprender este funcionamiento podemos hacer una analogía del funcionamiento de un termo y de una ventana con un revestimiento bajo emisivo. Los termos tienen un revestimiento de plata que refleja la temperatura del líquido que contiene de nuevo a él. La temperatura se mantiene debido a la reflexión constante que se produce, además esto se intensifica por las propiedades aislantes del espacio de aire que hay entre las capas interior y exterior del termo. Por lo que es claro la semejanza con las unidades de vidrio aislante, donde existe también la cámara de aire y el revestimiento bajo emisivo, que está formado por una capa extremadamente fina de plata u otro metal bajo emisivo, se puede aplicar la misma teoría. El revestimiento bajo emisivo refleja la temperatura interior de nuevo manteniendo su temperatura.

Proceso de fabricación: Los vidrios se obtienen mediante un proceso de pulverización de partículas de oxido y/o metales nobles (principalmente plata) sobre una de las caras del vidrio. Existen dos procesos para aplicar el revestimiento al vidrio según el proceso se obtiene un tipo de vidrio u otro (se logran diferentes valores de emisividad, de control solar y tonalidades según los metales utilizados y el espesor de la capa aplicada)20.

− Proceso pirolítico (revestimiento duro): es el más utilizado para los vidrios bajo emisivos, por lo general es el proceso más utilizado aunque algunas empresas del sector no lo ofertan. Se aplica el revestimiento mediante pulverizado de los metales en caliente, en la línea de producción, cuando el vidrio acaba de salir del horno y está en la zona de flotación. El revestimiento se funde con la superficie caliente del vidrio, creando una fuerte unión (por eso revestimiento duro) muy duradera, ofreciendo gran versatilidad para su posterior procesamiento y colocación. Finalmente el vidrio se corta en las piezas de las dimensiones necesitadas.

− Proceso magnetrónico (MSVD / sputter coat): es utilizado para la fabricación de la mayoría de los vidrios de control solar. Se aplica el revestimiento mediante pulverizado de metales en frío, después de la fabricación del vidrio, a las piezas ya cortadas. Se aplica en una cámara de vacio mediante pulverización catódica, se magnetiza la superficie del vidrio para ordenar las partículas en capas extraordinariamente finas. La capa es menos resistente por lo que suele denominarse revestimiento blando, es poco resistente a la intemperie, por lo que debe colocarse hacia el interior. Estos vidrios no pueden ser endurecidos, templados ni curvados posteriormente.

Proceso pirolítico y magnetrónico. Fuente: Glass Education Center

20 Se pueden obtener ambos tipos de vidrios (bajo emisivos o de control solar) por los dos procesos, pero principalmente cada uno se utiliza para un tipo distinto, según lo aquí expuesto.



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Tipologías y usos: Se fabrican, con los procesos anteriormente expuestos, principalmente dos tipos de vidrios, bajo emisivos y de control solar21

− Vidrios bajo emisivos (Passive low-e coating): Se fabrican principalmente mediante el proceso pirolítico. Tras el revestimiento se logran vidrios con baja emisividad, por lo que no absorben la radiación infrarroja de onda larga y parcialmente la de onda corta, y son bastante pero permiten la transmisión del resto del espectro (por lo que son transparentes a la luz natural). Son adecuados para climas fríos pues permiten el paso de la radiación solar infrarroja (de onda corta) calentando el espacio interior pero reflejan de nuevo al interior la radiación calorífica (de onda larga).

− Vidrios de control solar (Solar control low-e coating): Se fabrican principalmente mediante el proceso magnetrónico. Tras el revestimiento se logran vidrios con baja emisividad, por lo que no absorben la radiación infrarroja de onda larga y la de onda corta y además se mejorar la capacidad de reflejar el espectro ultravioleta. Es decir poseen baja emisividad, baja transmitancia global, pero elevada transmitancia a la luz visible. Son adecuados para climas cálidos, donde se debe limitar la radiación solar transmitida al interior, así el espacio no se sobrecalienta, ahorrando en refrigeración.

− Comparación de los diferentes acristalamientos o Transmitancia térmica (U-value): valor dado a la ventana según cuanta pérdida de

calor permite o Factor solar (visible light transmittance): cuanta luz pasa por la ventana o Coeficiente de ganancia solar (SGHC): fracción de la luz solar transmitida por la

ventana, ambas la transmitida directamente y la absorbida y re-irradiada

Fuente: Glass Education Center (tabla) y Lawrence Berkeley National Laboratory (Curva espectro de transmisión en vidrios)

Método de utilización: Al comienzo de este trabajo se han expuesto unas reglas básicas sobre las propiedades exigibles a los acristalamientos según el clima; en estas normas se indicaba donde situar las capas bajo emisivas. A continuación se procede a explicar más en detalle el funcionamiento de las capas bajo emisivas según su situación.

− Opción 1. Unidad de vidrio aislante con vidrios claros y capa bajo emisiva en la superficie #2 (cara interior del vidrio exterior): Utilizado para evitar que el calor interior se emita al exterior más frio, pero sin un control solar debido al interés que entre la radiación de onda corta (utilizado en climas fríos y/o periodos fríos). El espacio interior, que está a mayor temperatura que el ambiente exterior, irradia energía en forma de infrarrojos de onda larga, el vidrio interior absorbe gran parte de esa radiación (en torno al 84%) y la re-irradia hacia el vidrio exterior, que está más frio. Pero gracias al recubrimiento bajo emisivo absorbe muy poco de esta energía (en torno al 3 – 20%) por lo que se evita la perdida de calor hacia el exterior.22

21 También, mediante estos sistemas, se producen vidrios reflectantes, pero debido a su menor transparencia a la luz solar, no son muy utilizados en el ámbito residencia, y por ello no los trato en detalle en este estudio. Pero deben considerarse como opción válida para usos terciarios, sobre todo en grandes fachadas acristalas al proteger del sobrecalentamiento y además proporcionar cualidades estéticas. 22 Según algunos autores este proceso, de evitar que el calor interior se emita hacia el exterior, sería más efectivo si se aplicara el revestimiento bajo emisivo en la superficie #3 (cara exterior de la hoja interior), pero otros opinan que es indiferente si se sitúa en la #2 o #3. En mi opinión con vidrio bajo emisivos efectivamente la superficie de aplicación para este uso funcionaria bien en ambas, sin embargo si se utilizan vidrios selectivos (es decir bajo emisivos que también reflejan la radiación UV) considero que la superficie adecuada sería la #2, por eso considero esta opción principalmente.



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Tienen un coeficiente de ganancia solar elevado, por lo que permiten tener una buena captación solar en invierno (debe comprobarse que en el periodo cálido no existe excesiva ganancia térmica, en ese caso deberán diseñarse unos sistemas de sombreamiento adecuado.

− Opción 2. Unidad de vidrio aislante con vidrio con revestimiento de control solar en la superficie #2: Utilizado para evitar que el calor interior se emita al ambiente exterior en los periodos fríos y a la vez evitar, en los periodos calurosos, que la radiación exterior entre al interior (utilizado en climas templados o con inviernos fríos y veranos calurosos). Funcionan igual que los anteriores con respecto al calor interior, pero además reflejan la radiación que llega al vidrio exterior evitando que se transmita al interior. No permiten tanta captación solar, al tener un coeficiente de ganancia solar reducido.

− Opción 3.Unidad de vidrio aislante con vidrio tintado absorbente y capa bajo emisiva en la superficie #3 (cara exterior del vidrio interior): Esta combinación se utiliza para evitar que el calor exterior entre en el espacio interior, reduciendo así las demandas de refrigeración (climas cálidos y/o periodos calurosos con alto soleamiento). El vidrio tintado absorbe gran parte de la radiación solar (según el tipo una mayor o menor parte del espectro visible, pero siempre gran cantidad de la radiación infrarroja) evitando que se transmita al interior, pero posteriormente la irradia hacia el interior debido a su aumento de temperatura, aquí es donde el revestimiento bajo emisivo evita que esta radiación llegue al interior, reflejándola de nuevo hacia el ambiente exterior.

− RESUMEN: o Revestimiento bajo emisivo:

� Se puede aplicar en las superficies #2 o #3, para evitar que el calor interior se emita al exterior. En vidrios tripes se aplica en las superficies #2 y #5.

� Se aplica en la superficie #3 cuando se combina con un vidrio tintado absorbente o un vidrio de control solar, para evitar que el calor interior se emita al exterior y además evitar que la radiación solar se transmita al interior.

o Revestimiento de control solar: � Se aplica en la superficie #2, para evitar que el calor interior se emita al

exterior y además evitar que la radiación solar se transmita al interior.

Opción 1. Unidad de vidrio aislante con vidrios claros y capa

bajo emisiva en la superficie #2 Opción 1. Unidad de vidrio aislante con vidrios claros y capa

bajo emisiva en la superficie #2 y #5

Opción 2. Unidad de vidrio aislante con vidrio con revestimiento de control solar en la superficie #2

Opción 3.Unidad de vidrio aislante con vidrio tintado absorbente y capa bajo emisiva en la superficie #3



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iii. Parámetros del acristalamiento 23

Absortibidad ( ∝) (marco) Cantidad de calor que absorbe el marco y luego transmite al interior, depende del color de la carpintería, que los colores claros tienen poca absortividad y son buenos para climas cálidos, mientras que los colores oscuros son interesantes para climas fríos. En cualquier caso, su contribución al factor solar modificado del hueco es muy pequeña.

Aislamiento acústico (hueco) Los valores de aislamiento acústico al ruido aéreo, de un elemento constructivo, vienen definidos por el DB HR24 del Código Técnico de la Edificación.

− Aislamiento acústico a ruido aéreo entre recintos (DnT,A) − Aislamiento acústico a ruido aéreo de los elementos constructivos (RA, dBA) − Índice de atenuación acústica (Rw): índice que caracteriza las propiedades acústicas de

un material. Indica la diferencia de niveles sonoros existentes entre un lado y otro de un material (o conjunto de materiales) para un espectro de ruido establecido.

Coeficiente de sombra (SC) Es un parámetro adimensional, que indica la relación de ganancias de calor solar total, del acristalamiento, respecto a la de un vidrio de referencia, en las mismas condiciones. El vidrio de referencia es un vidrio, simple, flotado, incoloro, de 3 mm. Para condiciones de verano la relación es de 0,87.

SC = FS/0,87 Emisividad (E) (vidrio)

Porcentaje que indica la cantidad de energía que se transmite al exterior del total de radiación incidente de frecuencia infrarroja.

Factor de sombra (Fsom) (hueco) Es la fracción de la radiación incidente en un hueco que no es bloqueada por los elementos de protección solar o por obstáculos de fachada (retranqueos, voladizos, toldos, salientes laterales, contraventanas, etc.)

Factor solar (FS o g) (vidrio / hueco) Es el cociente entre ganancia de calor total a través del vidrio (QA) y radiación solar incidente (IT)

g = QA/IT Expresado de otra manera es la relación entre la energía que atraviesa una superficie transparente y la que incide sobre esa misma superficie (cociente entre la radiación solar que se introduce en el edificio a través del acristalamiento y la que se introduciría si solo estuviera el hueco.

% Factor solar = Energía solar que atraviesa un vidrio / Energía solar que incide en el vidrio Por ejemplo al decir que “un vidrio posee un factor solar del 50%” se quiere decir que solo deja entrar el 50% de la energía solar que incide en él. Por eso cuanto menor sea el valor del factor solar mayor será la protección del vidrio frente a la radiación solar.

− Factor solar hueco (gh): es el valor del factor solar vidrio (g) reducido según el porcentaje de ocupación del marco.

gh = (1 – FM) x g x FM x U x ∝ − Factor solar modificado (FSm): es el producto del factor solar del hueco por el factor de

sombra del hueco. FSm = gh x Fsom

Flujo de calor entrante por convección y radiación (QI) (vidrio) Es la ganancia de energía por la emisión del calor absorbido por el acristalamiento, en flujo convectivo y radiación de onda larga.

Fracción marco (FM) (hueco) Es el porcentaje del hueco que ocupa el marco.

Ganancia de calor relativa (GCR) (vidrio / hueco) Medido en Kcal/hm2 o w/m2. Indica el calor aportado a través del vidrio (QT) bajo unas condiciones normalizadas, para así poder servir de índice comparativo entre distintos tipos de vidrios. Para el cálculo normalizado se utiliza un valor de IT = 630 w/m2 y el coeficiente U se calcula para las condiciones de verano con un viento de 12 Km/h y 8ºC de diferencia de temperatura.

23 Definiciones extraídas, en parte, del diccionario del vidrio de Grupo Corbalán, extraídas de los documentos del CTE (http://www.corbalan.com/_Productos/Doble%20Acristalamiento/_Heat/diccionario_vidrio.html) 24 http://www.codigotecnico.org/index.php/menu-proteccion-frente-ruido



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Ganancia de calor total con presencia de radiación solar a través del vidrio (QA) (vidrio) Medido en Kcal/hm2 o w/m2. Es la energía total entrantes con presencia de sol, es decir la suma de la radiación transmitida y del calor entrante por convección-radiación

QA = TE + QI Intensidad de radiación solar (IT) (hueco)

Kcal/hm2 o w/m2. Es la energía total de radiación solar incidente en la superficie exterior del acristalamiento. Varía según latitud, altura, azimut, ángulo de incidencia, nitidez atmosférica, etc.

Permeabilidad al aire (marco) Cantidad de aire que pasa a través del hueco debido a la acción del viento, depende de dos cosas: el diseño del perfil y, sobre todo, del sistema de apertura. El CTE clasifica las carpinterías según su permeabilidad al aire25 en cinco clases (de 0 a 4)

Caudal de aire en función de la superficie

Clase Permeabilidad al aire 100 Pa.m3/h.m2 = 46 km/h

Presión máxima de ensayo Pa

Clase 0 sin ensayar sin ensayar Clase 1 ≤ 50 150 Clase 2 ≤ 27 300 Clase 3 ≤ 9 600 Clase 4 ≤ 3 600

Radiación trasmitida a través del vidrio (TE) (vidrio)

Es la cantidad de energía solar incidente (IT) que traspasa el vidrio directamente, sin ser reflejada ni absorbida.

Reflexión energética (RE) (vidrio) Es la cantidad de energía rechazada directamente al exterior por el acristalamiento en todas las bandas (UV, visible e infrarroja), sin ser absorbida.

Reflexión luminosa (RL) (vidrio) Es la cantidad de energía de la banda de luz visible que es rechazada directamente al exterior por el acristalamiento sin ser absorbida

Transmitancia luminosa (vidrio) Es la cantidad de energía de la banda de luz visible que traspasa el acristalamiento. Puede entenderse como transparencia.

Transmitancia térmica, Coeficiente de transmisión t érmica, (U) (vidrio / marco / hueco) Medido en W/m2K. Es la cantidad de calor que atraviesa un elemento de 1 m2 con una diferencia entre caras de 1ºC, en el tiempo de 1 hora. El flujo va de la cara más cálida a la más fría. Se calcula como el flujo de calor, en régimen estacionario, dividido por el área y por la diferencia de temperaturas de los medios situados a cada lado del elemento que se considera.

− Transmitancia vidrio26(Uv):valor característico de cada unidad de vidrio aislante, según el número de vidrios y sus espesores, la cámara de aire, su espesor y relleno de gas o no y las láminas especiales que tenga.

− Transmitancia marco27(Um): valor que depende del material y de la geometría del perfil. − Transmitancia hueco (Uh): es la suma de las transmitancia térmicas de marco y vidrio

según el valor de la fracción de marco. Uh = [(1 – FM) x Uv] + [FM x Um]

25 Clasificación obtenida de la norma UNE EN 12.207:2000 que limita el caudal de aire según la superficie 26 Web para obtener la U de un acristalamiento según sus capas y parámetros: http://onyxsolar.com/es/u-termica/ 27 Se pueden utilizar los valores de la norma UNE-EN ISO 100077-1 (expuestos anteriormente en este mismo trabajo)



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iv. Inercia térmica y Aislamiento

La inercia térmica28 es la propiedad que indica la cantidad de calor que puede conservar un cuerpo y la velocidad con que lo cede o absorbe. Depende de la masa térmica, del calor específico de sus materiales y del coeficiente de conductividad térmica de éstos. Y el aislamiento térmico29 se define como el conjunto de materiales y técnicas de instalación que se aplican a un elemento o a un espacio calientes para minimizar la transmisión de calor hacia otros elementos o espacios no convenientes. También se aplica a la acción y efecto de aislar térmicamente. Por lo que se puede ver que son dos conceptos diferentes pero relacionados, la inercia térmica hace referencia a la capacidad de un material para absorber calor y liberarlo posteriormente, mientras que el aislamiento térmico hace referencia a la capacidad de un material para evitar que el flujo de calor lo atraviese. Estos parámetros cuando son aplicados a un espacio arquitectónico, tienen el significado que se deben disponer materiales con aislamiento térmico en la envolvente del espacio para evitar que el calor interior fluya al exterior (o en caso de climas cálidos podría entenderse en dirección contraria) y se deben disponer materiales con inercia térmica donde estos puedan captar el calor para posteriormente, cuando la fuente de calor no esté, estos liberen el calor de nuevo al espacio30. Estas áreas donde colocar materiales con inercia térmica serian:

− Los suelos donde haya incidencia directa de la radiación solar, así absorberán esta radiación y la liberaran cuando la incidencia solar finalice.

− Paredes de un espacio calefactado, así durante el tiempo que la calefacción este funcionando estos absorberán calor, que liberarán cuando la calefacción se apague. Es importante decir que la capa exterior a la capa con inercia térmica debe tener buen aislante térmico para evitar que el calor acumulado sea liberado hacia el exterior.

v. Cargas térmicas

Cuando se habla de carga térmica sobre un edificio, se entiende que se habla de un fenómeno que tiende a modificar la temperatura interior del aire o su contenido en humedad. En este sentido se puede establecer una primera clasificación de las cargas térmicas, según su incidencia: − Cargas térmicas sensibles: aquellas que van a originar una variación en la temperatura del

aire. − Cargas térmicas latentes: las que van a originar una variación en la humedad absoluta del

ambiente (contenido de agua en el aire). Por otro lado, el conocimiento de las cargas térmicas es imprescindible, como paso previo para acometer la tarea de diseñar el sistema de acondicionamiento del aire interior de un edificio, dependencia o local. Componentes de la carga térmica Según la procedencia se pueden distinguir dos grandes grupos de cargas térmicas: − Cargas térmicas procedentes del ambiente exterior del edificio:

. Cargas a través de cerramientos.

. Cargas a través de superficies acristaladas, ventanas y claraboyas.

. Cargas introducidas a través de la ventilación.

. Cargas debidas a infiltración. − Cargas térmicas generadas en el interior del edificio:

. Cargas generadas por las personas.

. Cargas de iluminación.

. Cargas generadas por equipos eléctricos, informáticos...

. Otras cargas generadas en el interior.

28 https://es.wikipedia.org/wiki/Inercia_t%C3%A9rmica 29 https://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_t%C3%A9rmico 30 En climas cálidos se podría decir que los materiales con inercia térmica son menos útiles pues lo que interesa es disipar el calor de la forma más eficiente.



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b. Estudios realizados

En este aparatado se comenzará por exponer la metodología de trabajo, es decir, que sistema informático se utiliza para poder realizar las diferentes simulaciones y obtener los datos para la comparación. A continuación se explicará en detalle los datos previos que se han utilizado en el diseño del modelo utilizado para los análisis. En este punto se desarrollarán todos los valores relevantes de los diferentes aspectos del modelo y se explicarán las razones de las diferentes elecciones. Se desarrollan las diferentes localizaciones elegidas (datos climáticos) y todos los datos del local simulado (uso, dimensiones y materiales de la envolvente) Finamente se expondrán de la manera más clara posible los datos obtenidos y se tratará de explicar los resultados y la manera de interpretarlos, para finalmente sacar unas conclusiones.

i. Metodología

Para poder comparar cómo afectan a la demanda energética los diferentes tipos de acristalamiento y los sistemas de sombreamiento, se debe primero definir un sistema dónde poder realizar dicha comparación. En el estudio que se trata en este trabajo se ha utilizado como base el programa VPClima, programa gratuito diseñado por el Departamento de Termodinámica Aplicada de la Universidad Politécnica de Valencia, que permite la definición de diversos espacios arquitectónicos, su envolvente y calcular sus demandas de calefacción y refrigeración según su uso y localización. Se decide utilizar esté programa debido a que se puede alcanzar un alto grado de precisión en la definición de la envolvente (permitiendo definir las diferentes capas y sus propiedades, las propiedades de los vidrios y marcos y los sistemas de sombreamiento) y posteriormente el programa genera unos cálculos igualmente detallados pero a la vez fácilmente legibles de las dimanadas de calefacción y refrigeración, siendo estos datos exactamente lo que se propone al comienzo del estudio como datos a comparar. Los datos técnicos de la versión utilizada son:

Versión V2.1_31 Fecha Mayo 2016 Autores José Manuel Pinazo Ojer

Víctor Soto Francés Emilio Sarabia Escrivá

Departamento Dep. Termodinámica Aplicada Universidad Universitat Politécnica de Valencia Web http//vpclima2.ter.upv.es

ii. Datos previos

Clima y condiciones exteriores Para poder simular las demandas de calefacción y refrigeración el primer paso es definir un lugar, es decir, unos parámetros exteriores referentes al clima. Para hacer más relevante este análisis, y para poder sacar unas conclusiones más solidas, se propone realizar el mismo estudio con varias localizaciones diferentes, así poder observar cómo los cambios en el clima afectan a las necesidades de unas propiedades u otras en el acristalamiento. Para el estudio se han elegido cuatro localizaciones, que sean representativas de los diferentes climas nacionales, por ello cada una de las cuatro localizaciones tiene un clima diferente respecto a la clasificación climática del CTE.31

31 REAL DECRETO 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el CTE (BOE 28-03-2006) http://www.codigotecnico.org/



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Las localizaciones son Burgos, Valladolid, Valencia y Las Palmas. Sus parámetros de clima serán respectivamente32: Burgos Valladolid Valencia Las Palmas Clima CTE E1 D2 B3 alfa Altitud (m) 887.00 715.00 50.00 10.00 Latitud (º) 42.35 41.65 39.48 27.95 Temperatura terreno (ºC) 5.00 6.00 8.00 12.00 Temperatura exterior máx. (ºC) 29.00 31.00 30.00 27.00 Temperatura exterior mín. (ºC) -5.00 -4.00 1.00 12.00 Humedad relativa coincidente (%) 35.49 28.68 50.12 58.82 Humedad relativa calefacción (%) 85.00 85.00 85.00 85.00 Oscilación media anual (ºC) 37.00 38.00 32.00 17.00 Oscilación media diaria (ºC) 13.00 15.00 10.00 5.00 Oscilación media invierno (ºC) 0.50 0.50 0.50 0.50 Fecha de máxima carga. Refrigeración

Septiembre Hora 12

Septiembre Hora 12

Septiembre Hora 12

Noviembre Hora 12

Fecha de máxima carga. Calefacción

Febrero Hora 5

Febrero Hora 5

Febrero Hora 5

Febrero Hora 5

Descripción del edificio A continuación se definen en detalle todos los parámetros de espacio diseñado para la simulación. Uso del espacio Se define un uso residencial estándar, con una iluminación de tipo Led. Nivel de ocupación Según el uso definido y las dimensiones del espacio se obtienen unos cálculos de ocupación, además según el uso establecido se pueden definir las potencias latentes y sensibles, según la ocupación, la iluminación y los equipos. Finalmente se define un nivel de ventilación según el uso.

Local Ventilaciónm3/h pers.

m2/ pers. nº pers. Actividad

Potencia sensible [W/pers]

Potencia latente

[W/pers]

Tipo luces

Potencia luces

[W/m2]

P. sen. Equipo [W/m2]

P. lat. Equipo [W/m2]

Local análisis 18.00 25 1 Sentado

trabajo ligero 82.00 62.00 Led 7.00 5.00 0.00

Según el uso establecido se define también el porcentaje de las diferentes cargas interiores (ocupación, iluminación y equipos) para cada hora del día. En la gráfica siguiente se representan estos valores.

32 Parámetros extraídos de los informes que realiza el programa VPClima, y por lo tanto son los datos utilizados para el cálculo por dicho programa.

0

20

40

60

80

100

120

0:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

7:00

8:00

9:00

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

Ocupación Iluminación Equipos



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Dimensiones y zonas Para poder realizar un estudio de los acristalamientos se opta por simplificar el espacio de análisis y así poder variar de manera eficiente los tipos de acristalamientos. Se define un edificio con un único local y en la envolvente térmica se dispone una única apertura orientada al sur33, para poder así aprovechar al máximo la captación solar. El local se considera acondicionado y ventilado (ventilación directa y sin recuperación) a efectos de cálculos del programa.

Local Tipo Tipo ventilación

Tipo recuperador

Dim. (m) L x A x H

Superficie (m2)

Volumen (m3)

S. Acond. (m2)

V. Acond. (m3)

Local análisis Acondicionado Directa local Sin rec. 5 x 4 x 3 20 60 20 60

Composición de la envolvente (materiales) Con las dimensiones del local ya establecidas se procede a describir la envolvente térmica utilizada para el análisis. Primero se definirán las superficies de cada tipo de envolvente y sus orientaciones para posteriormente definir los tipos de envolventes según sus capas y propiedades. Finalmente se realiza un comentario sobre los diferentes puentes térmicos. Envolvente térmica

Cerramientos opacos

Tipo Superficie (m2) Orientación Composición Transmitancia

[W/ m2K] Peso

[Kg/m2] Local

Muro exterior 10.50 Sur Muro exterior

estándar 0.18 392.30 Local análisis

Muro exterior 15.00 Norte Muro exterior 12.00 Este Muro exterior 12.00 Oeste Suelo terreno 20.00 --- Suelo estándar 0.28 948.70 Techo exterior 20.00 Horizontal Techo estándar 0.22 1220.54 Huecos (se definen los dos tipos de vidrios utilizados)

Tipo Superficie (m2) Orientación Composición Transmitancia

[W/ m2K] Factor solar Local

Ventana ext. 4.50 Sur Hueco bajo emisivo

1.46 0.72 Local análisis

Ventana ext. 4.50 Sur Hueco control solar 1.46 0.50 Local análisis

Composición de los cerramientos (materiales) Muro exterior estándar

Transmitancia (W/m2K) 0.18 Peso (Kg/m2) 392.30 Espesor (cm) 39.00 He (W/m2K) 25.00 Hi (W/m2K) 7.69

Capas Mortero de yeso 1/2 pie LM métrico o catalán 40 mm < G < 50 mm Mortero de cal para albañilería y revoco/enlucido d > 2000 MW Lana mineral [0.031 W/mK] Tabicón de LH doble [60 mm < E < 90 mm] Enlucido de yeso 1000 < d < 1300

1.5 cm 11.5 cm 1.5 cm 16.0 cm 7.0 cm 1.5 cm

33 Queda pues, también abierto un estudio, similar al realizado, pero variando las orientaciones de los huecos, incluso las posibles combinaciones de ellos, y así poder comprobar que acristalamiento es más adecuado para cada orientación y pudiendo comprobar las ventajas o desventajas de abrir huecos en las diferentes orientaciones.



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Suelo estándar Transmitancia (W/m2K) 0.28

Peso (Kg/m2) 948.70 Espesor (cm) 49.40 He (W/m2K) 5.88 Hi (W/m2K) 9999.00

Capas Granito [2500 < d < 2700] Mortero de cemento para albañilería y revoco/enlucido d > 2000 Hormigón en masa 2300 < d < 2600 EEPS Poliestireno Exp. acústico [ 0.029 W/mK] MW Lana mineral - Suelos [0.031 W/mK] Hormigón armado 2300 < d < 2500

2.0 cm 2.4 cm 5.0 cm 2.0 cm 8.0 cm 30.0 cm

Techo estándar Transmitancia (W/m2K) 0.22

Peso (Kg/m2) 1220.54 Espesor (cm) 49.40 He (W/m2K) 25.00 Hi (W/m2K) 10.00

Capas Tierra vegetal [d < 2050] Subcapa fieltro Etileno propileno dieno monómero [EPDM] Subcapa lana Hormigón con áridos ligeros Subcapa fieltro EEPS Poliestireno Exp. acústico [ 0.029 W/mK] MW Lana mineral - Suelos [0.031 W/mK] FU Entrevigado cerámico -Canto 350 mm Yeso. de alta dureza 1200 < d < 1500

35.0 cm 0.1 cm 0.2 cm 0.1 cm 7.0 cm 0.1 cm 2.0 cm 8.0 cm 35.0 cm 1.0 cm

Hueco bajo emisivo Transm. vidrio (W/m2K) 1.40

Transm. marco (W/m2K) 2.00 Transm. Hueco (W/m2K) 1.46

Factor solar vidrio 0.80 Factor solar hueco 0.72

Fracción marco (%) 10 Tipo de vidrio 4-15-be6 (be = revestimiento bajo emisivo)

Tipo de marco Madera densidad media-baja Hueco control solar

Transm. vidrio (W/m2K) 1.40 Transm. marco (W/m2K) 2.00 Transm. Hueco (W/m2K) 1.46

Factor solar vidrio 0.55 Factor solar hueco 0.50

Fracción marco (%) 10 Tipo de vidrio 4cs-15-6 (cs = revestimiento control solar)

Tipo de marco Madera densidad media-baja Sistema de protección solar (sombreamientos)

Tipo Voladizo horizontal en la parte superior del hueco Voladizo (cm) 50.00

Dist. parte superior (cm) 0.00 Posición de la ventana Enrasada con la cara interior del cerramiento

Fondo ventana (cm) 30.00 cm



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Puentes térmicos El programa permite tener en cuenta los diferentes puentes térmicos de la edificación clasificándolos según su tipo y la longitud. Horizontales

Encuentro cubierta-fachada Tipo Continuo por la parte exterior de la estructura

Orientación Horizontal Clasificación programa R9

fi (W/mK) 0.19 Longitud (m) 18.00

Unión solera con pared exterior Tipo Aislamiento en fachada por la parte exterior de la estructura

Orientación Horizontal Clasificación programa SM1

fi (W/mK) 0.76 Longitud (m) 18.00

Verticales Pilar

Tipo Continuo por la parte exterior de la estructura Orientación Vertical

Clasificación programa PE5 fi (W/mK) 0.22

Longitud (m) 12.00 Hueco de ventana

Tipo Continuo por la parte exterior y doblando hasta tocar el marco Orientación Vertical

Clasificación programa C1 fi (W/mK) 0.29

Longitud (m) 9.00

iii. Resultados

Se ha simulado para cada una de las cuatro localizaciones cuatro posibilidades, es decir, los dos tipos de vidrios (bajo emisivo y control solar) con y sin sistema de protección solar (sombreamiento), dando un total de 16 simulaciones. Los datos relevantes de cada simulación son la demanda energética de refrigeración y de calefacción, siendo la comparación de la demanda total lo que permite definir el tipo de acristalamiento más adecuado. A continuación se exponen los resultados obtenidos y su comparación en porcentajes

E1 D2 B3 alfa

Demanda

refrigeración

Demanda

calefacciónTOTAL

Demanda

refrigeración

Demanda

calefacciónTOTAL

Demanda

refrigeración

Demanda

calefacciónTOTAL

Demanda

refrigeración

Demanda

calefacciónTOTAL

kWh kWh kWh kWh kWh kWh kWh kWh kWh kWh kWh kWh

448,31 -1604,44 2052,75 884,76 -1033,78 1918,54 1412,13 -258,18 1670,31 2355,60 -0,04 2355,64

344,56 -1773,45 2118,01 739,04 -1168,19 1907,23 1204,86 -342,02 1546,88 1992,66 -0,10 1992,76

23,14% -10,53% -3,18% 16,47% -13,00% 0,59% 14,68% -32,47% 7,39% 15,41% -150,00% 15,40%

293,35 -1842,41 2135,76 636,78 -1389,17 2025,95 1097,78 -363,30 1461,08 1761,60 -0,13 1761,73

233,21 -1985,41 2218,62 554,91 -1520,25 2075,16 978,22 -483,51 1461,73 1494,88 -0,33 1495,21

20,50% -7,76% -3,88% 12,86% -9,44% -2,43% 10,89% -33,09% -0,04% 15,14% -153,85% 15,13%

32,32% -11,95% -4,75% 24,91% -30,14% -8,80% 18,81% -41,37% 5,50% 24,98% -230,00% 24,97%

34,57% -14,83% -4,04% 28,03% -34,38% -5,60% 22,26% -40,72% 12,53% 25,22% -225,00% 25,21%

14,86% -3,89% -0,84% 13,84% -18,92% -6,22% 8,89% -6,22% 5,55% 11,60% -30,00% 11,59%

47,98% -23,74% -8,08% 37,28% -47,06% -8,16% 30,73% -87,28% 12,49% 36,54% -725,00% 36,53%

Burgos Valladolid Valencia Las Palmas

Porcentaje mejora sombr.

Localidad

ambos con sombreamiento

ambos sin sombreamiento

CS sin sombr. y BE con sombr.

Bajo emisivo sin sombreamiento

Bajo emisivo con sombreamiento

Control solar sin sombreamiento

Control solar con sombreamiento

Porcentaje mejora sombr.

Mejora control solar respecto a bajo emisivo

Control solar con sombreamiento

CS con sombr. y BE sin sombr.

Bajo emisivo sin sombreamientoMejor Acristalamiento Bajo emisivo con sombreamiento Control solar sin sombreamiento



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c. Análisis de los resultados

En la tabla anterior se puede ver, para cada localización, las demandas de calefacción34 y refrigeración y la suma de las dos para cada tipo de vidrio; bajo emisivo sin y con sombreamiento y control solar con y sin sombreamiento. También se pueden ver unos porcentajes indicando cuanto se reduce (“mejora”) el consumo con el sombreamiento o entre distintos tipos de vidrios. Cuando estos porcentajes están en negativo y rojo significa que la premisa establecida para esa comparación es negativa, es decir que en vez de reducir (“mejorar”) aumenta (“empeora”) el consumo. Es importante decir que, también se comparan las demandas de refrigeración y calefacción por separado, pero estos valores no son tan relevantes, pues siempre va a reducir la demanda de refrigeración cuanto menos radiación entre y siempre va a reducir la demanda de calefacción cuanta más radiación entre. Por lo que los valores a tener en cuenta, a la hora de poder comparar, son los totales; pues es el equilibrio, entre cuanto empeora una demanda y cuanto mejora la otra, lo que hace un vidrio más idóneo que otro. Las comparaciones realizadas son:

− Porcentaje mejora sombr.: se encuentra debajo de cada tipo de vidrio, indica cuanto mejora (en caso de estar en rojo significaría que empeora) la colocación de sombreamiento en el mismo tipo de vidrio35

− Mejora control solar respecto a bajo emisivo: compara los diferentes tipos de vidrio con y sin aislamiento siempre indicando cuanto mejora (“reduce”) el vidrio de control solar la demanda energética con respecto al vidrio bajo emisivo. Cómo ya se ha dicho cuando el valor de porcentaje está en rojo indicará que el vidrio de control solar es peor que el bajo emisivo. o Ambos con sombreamiento: se comparan los dos tipos de vidrio con el sistema de

protección solar. o Ambos sin sombreamiento: se comparan los dos tipos de vidrio sin el sistema de

protección solar. o CS sin sombr. y BE con sombr.: se compara el vidrio de control solar sin sistema de

protección solar con el vidrio bajo emisivo con el sistema de protección solar. o CS con sombr. y BE sin sombr.: se compara el vidrio de control solar con sistema de

protección solar con el vidrio bajo emisivo sin el sistema de protección solar.

Finalmente se indica el vidrio que menor demanda energética tiene para cada una de las localizaciones.

34 Las demandas de calefacción están en negativo pues el programa da los datos así y creo adecuado respetar la terminología. La demanda total es la suma de las dos en valor absoluto, pues ambas son consumo de energía. 35 Por ejemplo al ver la comparación de los vidrios bajo emisivos significaría cuanto mejora (se reduce) la demanda energética al añadir el sistema de protección solar definido al hueco con el vidrio bajo emisivo (en caso de ser rojo indicaría que al poner el sombreamiento aumenta la demanda energética)



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6. Conclusiones

Tras observar los datos y los porcentajes comparativos se pueden sacar dos conclusiones rápidas. La primera sería que cada situación es muy diferente , es decir que para utilizar un acristalamiento de manera adecuada se debe hacer un estudio en detalle de cada proyecto, pues como se puede ver no existe un tipo de vidrio que sea siempre mejor, incluso los sistemas de sombreamiento no siempre son mejoras.36 Los resultados muestran que pequeñas variaciones en el clima, hacen que las necesidades del acristalamiento sean diferentes. La segunda sería que los acristalamientos tienen gran influencia en la d emanda energética , es decir que se debe tener en cuenta la importancia de colocar un acristalamiento adecuado; pues en este estudio ya se parte de vidrios de altas prestaciones en todos los casos, e incluso con eso existen diferencias de hasta un 35%37 en la demanda energética, es decir que incluso eligiendo vidrios de altas prestaciones una incorrecta elección afecta notoriamente a la demanda energética. Observando los datos más en profundidad se puede, también, concluir: Los tipos de vidrios adecuados según el clima

− Los vidrios bajo emisivos son adecuados para climas donde las temperaturas exteriores mínimas están por debajo de 0 ºC y debe tenerse en cuenta que cuanto más baja sea la temperatura mínima exterior menores sistemas de sombreamiento son necesarios; pues la reducción que se produce en la demanda de refrigeración no compensará el aumento de la demanda de calefacción debido a una menor incidencia de la radiación solar.

− Los vidrios de control solar son adecuados en climas con poca oscilación térmica y temperaturas elevadas, en este caso el sombreamiento solo será necesario en climas muy cálidos para garantizan una menor incidencia de la radiación solar (en climas muy cálidos lo adecuado llegaría a ser que los vidrios no recibieran radiación solar directa)

− El ciertos climas con amplia oscilación térmica y con temperaturas ligeramente bajo cero en invierno y elevadas en verano, podría ser igualmente adecuado un vidrio bajo emisivo con sombreamiento que uno de control solar sin sombreamiento, para poder saber cual es más adecuado debería hacerse un estudio en detalle

Los sistemas de protección solar (sombreamientos) − No siempre resulta adecuado colocar sistemas de sombreamiento en un hueco. − En climas fríos un vidrio bajo emisivo es más eficiente si se dispone sin sombreamiento,

pues la ganancia por radiación solar extra que recibe en invierno es mayor que el ahorro en la demanda de refrigeración. En estos climas lo importante es que el hueco tenga un valor de conductividad lo más bajo posible y además permitir que capte la mayor cantidad de luz solar posible38

− En climas cálidos, cuando se disponen vidrios de control solar el sistema de sombreamiento es solo necesario si el clima es muy cálido o las temperaturas exteriores mínimas son elevadas.

Para concluir el trabajo, volver a destacar la importancia que tiene realizar un estudio de los tipos de vidrios que se van a instalar en una edificación, debido a su gran influencia en la demanda energética y a la sensibilidad que tienen las diferentes soluciones al clima. También me gustaría comentar los posibles estudios que ayudarían a completar el presente trabajo, como la comparación de estos tipos de vidrios con vidrios de bajas prestaciones (y poder valorar el porcentaje de mejora entre ambos y ver los efectos de los sombreamientos sobre este tipo de vidrios) o el análisis de otras orientaciones para poder también cuantificar los efectos de estos cambios sobre la demanda energética.

36 Resultado que ha sido bastante sorprendente pues se piensa, en general, que es necesario proteger las ventanas de la radiación estiva, pero, como se puede ver, a veces el ahorro que obtenemos en refrigeración no compensa con las pérdidas que se tienen en calefacción al no permitir esa parte de radicación entrar. 37 Es el caso más desfavorable de todos, pero en general se puede decir que una mala elección del vidrio (dentro de los vidrios de altas prestaciones) puede incrementar la demanda energética entre un 5 y un 15 % 38 Un sistema de sombreamiento diseñado con precisión, es decir que para justo esa localización proporcione sombra justo cuando sea necesario (según las temperaturas exteriores y la temperatura de confort) y que no produzca sombre cuando sea necesaría la captación solar sería la solución ideal.



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7. Bibliografía

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Ávila Delgado, Jorge, Dolores Robador, María, Barreda, José Antonio y Marreno, Madelyn, Influencia del acristalamiento sobre los parámetros y la calificación energética de acuerdo con la orientación del edificio y los porcentajes de aberturas de fachada, “Anales de Edificación”, Vol. 2, nº1 34-37, Sevilla, 2016

ISO 10077-1:2006, Thermal performance of windows, doors and shutters -Calculation of thermal transmittance- Part 1: General

Guía técnica de ventanas para la certificación energética de edificios, ASEFAVE (asociación española de fabricantes de fachadas ligeras y ventanas)



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8. Anexo

Anexo 1. Tablas

A continuación se mostrarán las tablas de demanda energética generadas en cada una de las simulaciones. En las tablas se puede ver la demanda de calefacción, en rojo, y la demanda de refrigeración, en azul, para cada uno de los meses del año. También se muestra una gráfica en 3D que indica la temperatura exterior, con respecto a la demanda, para cada una de las localizaciones.

Temperatura exterior en relación a la demanda

Se muestra la temperatura exterior para cada hora del día y para cada día del año de cada una de las localizaciones

Burgos

Valladolid



- 33 -

Valencia

Las Palmas



- 34 -

Demanda energética 39

Burgos

Acristalamiento de control solar sin sombreamiento

Acristalamiento de control solar con sombreamiento

39 Es importante indicar que las tablas generadas por el programa tienen diferente escala según cuanto es la demanda máxima, por lo que no se pueden comparar a simple vista sino que tendrá que observarse los valores de cada columna.



- 35 -

Acristalamiento bajo emisivo sin sombreamiento

Acristalamiento bajo emisivo con sombreamiento



- 36 -

Valladolid





- 37 -





- 38 -

Valencia



º



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- 40 -

Las Palmas





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Anexo 2. Formulas

A continuación se exponen todas las fórmulas utilizadas en las simulaciones informáticas.

CARGA TÉRMICA DE CALEFACCIÓN DE UN LOCAL "Qc".

Qc = (Qst + Qsi - Qsaip)·(1+F) Siendo: Qst = Pérdida de calor sensible por transmisión a través de los cerramientos (W). Qsi = Pérdida de calor sensible por infiltraciones de aire exterior (W). Qsaip = Ganancia de calor sensible por aportaciones internas permanentes (W). F = Suplementos (tanto por uno). Pérdida de calor sensible por transmisión a través de los cerramientos "qst".

Qst = U·A·(Ti - Te) Siendo: U i = Transmitancia térmica del cerramiento (W/m² K). Obtenido según CTE DB-HE 1. A i= Superficie del cerramiento (m²). Ti = Temperatura interior de diseño del local (°K). Te = Temperatura de diseño al otro lado del cerramiento (°K).

Pérdida de calor sensible por infiltraciones de air e exterior "qsi".

Qsi = Vae·0,33·(Ti - Te) Siendo: Vae i = Caudal de aire exterior frío que se introduce en el local (m³/h). Ti = Temperatura interior de diseño del local (°K). Te = Temperatura exterior de diseño (°K). El caudal de aire exterior "Vae" es el mayor de los descritos a continuación (2 métodos).

Infiltraciones de aire exterior por el método de las Rendijas "Vi".

Vi = (∑ i·fi·Li)·R·H Siendo: f = Coeficiente de infiltración de puertas y ventanas exteriores bajo acción del viento, a barlovento (m³/h·m). L = Longitud de rendijas de puertas y ventanas exteriores sometidas a la acción del viento, a barlovento (m). R = Coeficiente característico del local. Según RIESTSCHEL Y RAISS viene dado por:

R = 1 / [1+ (∑ j·fj·Lj/∑n·fn·Ln)] ∑ j·fj·Lj = Caudal de aire infiltrado por puertas y ventanas exteriores sometidas a la acción del viento, a barlovento (m³/h). ∑ n·fn·Ln = Caudal de aire exfiltrado a través de huecos exteriores situados a sotavento o bien a través de huecos interiores del local (m³/h). H = Coeficiente característico del edificio. Se obtiene en función del viento dominante, el tipo y la situación del edificio. Caudal de aire exterior por la tasa de Renovación Horaria "Vr".

Vr = V · n Siendo: V = Volumen del local (m³). n = Número de renovaciones por hora (ren/h). Ganancia de calor sensible por aportaciones interna s permanentes "qsaip".

Qsaip = Qsil + Qsp + Qsv Siendo: Qsil = Ganancia interna de calor sensible por Iluminación (W). Qsp = Ganancia interna de calor sensible debida a los Ocupantes (W). Qsv = Ganancia interna de calor sensible por Aparatos diversos (motores eléctricos, ordenadores, etc). Suplementos.

F = Zo + Zis + Zpe Siendo: Zo = Suplemento por orientación Norte. Zis = Suplemento por interrupción del servicio. Zpe = Suplemento por más de 2 paredes exteriores.



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CARGA TÉRMICA DE REFRIGERACIÓN DE UN LOCAL.

La carga térmica de refrigeración de un local "Qr" se obtiene: Qr = Qs + Ql

Siendo: Qs = Aportación o carga térmica sensible (W). Ql = Aportación o carga térmica latente (W). La carga térmica efectiva de refrigeración de un local "Qre" se obtiene:

Qre = Qse + Qle Siendo: Qse = Carga térmica sensible efectiva (W). Qle = Carga térmica latente efectiva (W). Carga térmica sensible "qs".

Qs = Qsr + Qstr + Qst + Qsi + Qsai Siendo: Qsr = Calor por radiación solar a través de cristal (W). Qstr = Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores (W). Qst = Calor por transmisión a través de paredes, techos y puertas interiores, suelos y ventanas (W). Qsi = Calor sensible por infiltraciones de aire exterior (W). Qsai = Calor sensible por aportaciones internas (W). Calor por radiación solar a través de cristal "Qsr".

Qsr = R·A·fcr·fat·falm Siendo: R = Radiación solar (W/m²).

-Con almacenamiento, R = Máxima aportación solar, a través de vidrio sencillo, correspondiente a la orientación, mes y latitud considerados. -Sin almacenamiento, R = Aportación solar, a través de vidrio sencillo, correspondiente a la hora, orientación, mes y latitud considerados.

A = Superficie de la ventana (m²). fcr = Factor de corrección de la radiación solar.

- Marco metálico o ningún marco (+17%). - Contaminación atmosférica (-15% máx.). - Altitud (+0,7% por 300 m). - Punto de rocío superior a 19,5 °C (-14% por 10 °C sin almac., -5% por 4 °C con almac.). - Punto de rocío inferior a 19,5 °C (+14% por 10 °C sin almac., +5% por 4 °C con almac.).

fat = Factor de atenuación por persianas u otros elementos. falm = Factor de almacenamiento en las estructuras del edificio. Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores "Qstr".

Qstr = U·A·DET Siendo: U i = Transmitancia térmica del cerramiento (W/m² K). Obtenido según CTE DB-HE 1. A = Superficie del cerramiento. DET = Diferencia equivalente de temperaturas (°K).

DET = a + DETs + b·(Rs/Rm)·(DETm - DETs) Siendo: a = Coeficiente corrector que tiene en cuenta:

- Un incremento distinto de 8° C entre las temperaturas interior y exterior (esta última tomada a las 15 horas del mes considerado). - Una OMD distinta de 11° C.

DETs = Diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada para el cerramiento a la sombra. DETm = Diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada para el cerramiento soleado. b = Coeficiente corrector que considera el color de la cara exterior de la pared.

- Color oscuro, b=1. - Color medio, b=0,78 - Color claro, b=0,55.

Rs = Máxima insolación, correspondiente al mes y latitud supuestos, para la orientación considerada. Rm = Máxima insolación, correspondiente al mes de Julio y a 40° de latitud Norte, para la orientación considerada.



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Calor por transmisión a través de paredes, techos y puertas interiores, suelos y ventanas "Qst". Qst = U·A·(Te - Ti)

Siendo: U i = Transmitancia térmica del cerramiento (W/m² K). Obtenido según CTE DB-HE 1. A = Superficie del cerramiento (m²). Te = Temperatura de diseño al otro lado del cerramiento (°K). Ti = Temperatura interior de diseño del local (°K).

Calor sensible por infiltraciones de aire exterior "Qsi". Qsi = Vae·0,33·(Te - Ti)

Siendo: Vae i = Caudal de aire exterior caliente que se introduce en el local (m³/h). Te = Temperatura exterior de diseño (°K). Ti = Temperatura interior de diseño del local (°K). El caudal de aire exterior se estima por la tasa de Renovación Horaria "Vr".

Vr = V · n Siendo: V = Volumen del local (m³). n = Número de renovaciones por hora (ren/h) Calor sensible por aportaciones internas "Qsai".

Qsai = Qsil + Qsp + Qsv Siendo: Qsil = Ganancia interna de calor sensible por Iluminación (W). Qsp = Ganancia interna de calor sensible debida a los Ocupantes (W). Qsv = Ganancia interna de calor sensible por Aparatos diversos (motores eléctricos, ordenadores, etc) (W). Carga térmica sensible efectiva "qse".

Qse = Qs + Qsv Siendo: Qs = Carga térmica sensible (W). Qsv = Calor sensible por aire de ventilación a través del climatizador (W). Calor sensible por aire de ventilación "Qsv".

Qsv = Vav·0,33·f·(Te - Ti) Siendo: Vav = Caudal de aire exterior necesario para la ventilación del local. Estimado según RITE (RD 1027/2007). f = Factor de by-pass del equipo acondicionador. Te = Temperatura exterior de diseño (°K). Ti = Temperatura interior de diseño (°K). Carga térmica latente "ql".

Ql = Qli + Qlai Siendo: Qli = Calor latente por infiltraciones de aire exterior (W). Qlai = Calor latente por aportaciones internas (W).

Calor latente por infiltraciones de aire exterior "Qli".

Qli = Vae·0,84·(We - Wi) Siendo: Vae i = Caudal de aire exterior caliente que se introduce en el local (m³/h). We = Humedad absoluta del aire exterior (gw/Kga). Wi = Humedad absoluta del aire interior (gw/Kga). El caudal de aire exterior se estima por la tasa de Renovación Horaria "Vr".

Vr = V · n Siendo: V = Volumen del local (m³). n = Número de renovaciones por hora (ren/h). Calor latente por aportaciones internas "Qlai".

Qlai = Qlp + Qlv Siendo: Qlp = Ganancia interna de calor latente debida a los Ocupantes (W). Qlv = Ganancia interna de calor latente por Aparatos diversos (cafetera, freidora, etc) (W).



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Carga térmica latente efectiva "qle".

Qle = Ql + Qlv Siendo: Ql = Carga térmica latente (W). Qlv = Calor latente por aire de ventilación a través del climatizador (W). Calor latente por aire de ventilación "Qlv".

Qlv = Vav·0,84·f·(We - Wi) Siendo: Vav = Caudal de aire exterior necesario para la ventilación del local. Estimado según RITE (Real Decreto 1027/2007). f = Factor de by-pass del equipo acondicionador. We = Humedad absoluta del aire exterior (gw/Kga). Wi = Humedad absoluta del aire interior (gw/Kga).

TRANSMITANCIA TÉRMICA DE LOS CERRAMIENTOS "U".

U = 1 / (1/hi + 1/he + ∑ i ei/λi + rc + rf ) Siendo: U = Transmitancia térmica del cerramiento (W/m² K). 1/hi = Resistencia térmica superficial interior (m² K / W). 1/he = Resistencia térmica superficial exterior (m² K / W). e = Espesor de las láminas del cerramiento (m). λ = Conductividad térmica de las láminas del cerramiento (W/m K). rc = Resistencia térmica de la cámara de aire (m² K / W). rf = Resistencia térmica del forjado (m² K / W).

CONDENSACIONES

Temperatura superficial interior y temperatura en l as caras interiores del cerramiento. Tx = Tx-1 - [(Ti - Te)· R (x,x-1)/RT]

Siendo: Tx = Temperatura en la cara x (°C). Tx-1= Temperatura en la cara x-1 (°C). Ti = Temperatura interior (°C). Te = Temperatura exterior (°C). R (x,x-1) = Resistencia térmica de la lámina comprendida entre las superficies x y x-1 (m² K / W). RT = Resistencia térmica total del cerramiento (m² K / W). Presión de vapor de saturación en la superficie int erior y en las caras interiores del cerramiento.

Pvsx = e [A - B/Tx] Siendo: Pvsx = Presión de vapor de saturación en la cara x (bar). Tx = Temperatura en la cara x (°K). A, B = Coeficientes en función de la temperatura en la cara x. Presión de vapor en la superficie interior y en las caras interiores del cerramiento.

Pvx = Pvx-1 - [(Pvi - Pve)·Rv(x, x-1) / RvT] Siendo: Pvx = Presión de vapor en la cara x (mbar). Pvx-1 = Presión de vapor en la cara x-1 (mbar). Pvi = Presión de vapor interior (mbar). Pve = Presión de vapor exterior (mbar). Rv(x, x-1) = Resistencia al vapor de la lámina comprendida entre las superficies x y x-1 (MN· s/g). RvT = Resistencia al vapor total del cerramiento (MN· s/g). Temperatura de rocío en la superficie interior y en las caras interiores del cerramiento.

TRx = B /(A - ln Pvx) Siendo: TRx = Temperatura de rocío en la cara x (°K). Pvx = Presión de vapor en la cara x (bar). A, B = Coeficientes en función de la temperatura en la cara x.

Documents

“Inercia térmica vs aislamiento. Estudio de los parámetros