Análisis demanda energética en huecos o ventanas

Estudio de la demanda energética en huecos y ventanas e influencia  en la envolvente térmica.

Uno de los puntos  clave  en la envolvente de un edificio o inmueble  y que influye de manera decisiva en la demanda energética son los huecos o ventanas. Estos están formados por la carpintería y el vidrio.

En primer lugar, debemos analizar y  comprender de que forma puede influir la composición del hueco en la demanda energética, voy a tratar de realizar un recorrido entre todos los conceptos que los definen (referido a la demanda energética).

Esto hará que nuestro conocimiento alcance un nivel aceptable de decisión, acorde al objeto propuesto; es decir, ayudaremos a reducir las emisiones de CO2, debido a que necesitaremos menos energías no renovables para conseguir el confort teórico dentro de los espacios de nuestros edificios.

Con esta premisa, buscaremos que la composición de nuestros huecos sea tal, que en verano no se ingrese mucho calor a través de ellos al interior de nuestros espacios y que en invierno, el calor procedente de los sistemas de calefacción no escape al exterior. Tendremos en cuenta que tomar una decisión racional en esta materia no es tarea sencilla, pues en dicho análisis intervienen factores que inciden, directa o indirectamente, sobre la transmisión del calor:

1. Tamaño y superficie
2. Clima del lugar
3. Orientación solar de las fachadas
4. Dispositivos de sombreado
5. Destino y modalidad de uso del edificio
6. Etc.

Cómo se puede transmitir o conducir el calor al interior de los espacios de un edificio?

Partiendo de que todos los cuerpos están interactuando con el medio necesitando un equilibrio; afirmamos que el proceso de transmisión del calor siempre se produce desde un espacio o cuerpo más caliente hacia uno menos caliente.

El exterior siempre estará a una temperatura diferente al interior de nuestros edificios; el calor se transmitirá desde el espacio más caliente hacia el menos caliente a través de los elementos que compone nuestras ventana. Esta forma de transmisión del calor se llama conducción.

Cuando los rayos de sol inciden directamente sobre nuestras ventanas, parte del calor será transmitido al interior del edificio. Esta forma de transmisión del calor se llama radiación. El aire, también puede transmitir el calor hacia el interior o exterior de nuestros edificios, llamándole a está forma por convección.

Cuando ya tenemos claro los conceptos reseñados, podemos definir la transmisión o transmitancia térmica (U), como la cantidad de calor que se intercambia entre el interior-exterior en la unidad de tiempo, ya sea por conducción, radiación o convención, cuando entre la superficie exterior e interior existe una diferencia de temperatura.

Por lo tanto, cuanto menor sea la transmitancia térmica, menor será el traspaso de energía entre ambas caras, y por lo tanto mejor capacidad aislante tendrá el hueco o ventana Se mide en W/m²K ( cantidad de calor por hora, expresado en vatios,  transmitido a través de una superficie de 1 m2 por cada grado kelvin de diferencia entre el interior-exterior).

No se transmite el calor de la misma forma a través del vidrio como a través del plástico. El vidrio conduce el calor más rápidamente que el plástico. También podríamos decir, que el vidrio ofrece menor resistencia a la transmisión del calor que el plástico.

Este hecho nos indica que existe una característica intrínseca de los materiales. A esto se le conoce como coeficiente de conductividad térmica (λ). Cada material, según su composición, tiene un coeficiente que lo caracteriza, transmitiendo o resistiendo más o menos la calor.

Se mide en W/mK ( cantidad de calor, expresado en vatios,  que pasa a través de la unidad de superficie de una muestra de material, de extensión infinita, caras planoparalelas y espesor unidad, cuando entre sus caras se establece una diferencia de temperaturas igual a la unidad).

Demanda energética en el factor solar y la absortividad.

El Sol transmite energía al exterior mediante un conjunto de radiaciones u ondas electromagnéticas llamadas radiaciones solares. Estas ondas o radiaciones electromagnéticas pueden manifestarse de diversas maneras, como calor radiado, luz visible, rayos X o gamma.

En el conjunto de estas radiaciones o energías emitidas por el Sol, existen un grupo que el ojo humano puede percibir y otro grupo que es incapaz de captar. Se le conoce como espectro visible e invisible respectivamente. Dentro del espectro visible tenemos a la luz visible.

En el espectro invisible tenemos la luz no visible, la cual se diferencia en dos grupos; los rayos infrarrojos (rayos infrarrojos, señal de televisión, señales de radio, microondas, radiación térmica) y los rayos ultravioletas (rayos ultravioletas, rayos X, rayos gamma). El color de los objetos depende de lo que sucede cuando la luz (parte de la radiación solar que puede ser percibida por el ojo humano e interpretada por el cerebro en distintos colores) incide sobre él.

Los materiales absorben algunos colores y reflejan otros. Los colores que vemos son los colores reflejados.

Añadimos como ejemplo  una hoja de color verde, absorbe todos los colores excepto el color verde, el cual es reflejado, captado por el ojo humano e interpretado por el cerebro en ese color. Los materiales de color negro absorbe todos los colores y no refleja ninguno (ausencia de color).  Al contrario, los materiales de color blanco refleja todos los colores.

En consecuencia, podemos decir que los materiales absorben y emiten energía. (Podemos ver más del color desde este artículo)

• Absortividad

Es la propiedad de un material que determina la cantidad de radiación incidente que puede absorber. Su valor está comprendido en el rango 0<α<1 ó 0%<α<100%  Un cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente sobre él, es un absorbente perfecto (α =1 ó 100%)

• Factor solar.

La relación entre la energía total que entra en un local a través de un acristalamiento y la energía solar que incide sobre dicho acristalamiento. Esta energía total es la suma de la energía solar que entra por transmisión directa y la cedida por el acristalamiento al interior del local como consecuencia de su absorción energética.

Así, un vidrio que posee un factor solar del 40%» significa que únicamente deja pasar el 40% de la energía solar. Por ello, cuanto menor es el porcentaje de factor solar de un cristal, mayor es la protección que proporciona frente a la energía solar.

Un medio de transmisión térmica podía ser el aire como vimos anteriormente, por lo tanto, un concepto importante a considerar sería la permeabilidad de la carpintería a este medio de transferencia. Definimos la permeabilidad al aire, como la cantidad de aire que pasa a través de una ventana cerrada. Se mide en m3/h.

Si miramos el cuadro, para que una ventana quede clasificada como de Clase 4, no debe tener una infiltración superior a 3m³/h (por metro cuadrado de superficie) y 0,75 m³/h (por metro lineal de junta).

Ahora, estamos con los conocimientos suficientes para poder interpretar los datos que caracteriza la composición de nuestros huecos, y poder decidir, cuál sistema de los existentes necesitamos para mejorar la demanda energética de nuestros edificios.

Para terminar  y de forma resumida decir que el marco de la ventana representa entre el 25% y el 35% de la superficie de la ventana y su principal propiedad es la Transmitancia Térmica.

Los materiales más habituales son metálico, metálico con rotura de puente térmico, madera, PVC y mixtos (madera-aluminio, poliuretano con núcleo metálico, metálico con rotura de puente térmico relleno de espuma aislante, etc).

1. Monolíticos o sencillo.Formados por un único vidrio o por 2 ó más vidrios unidos entre sí por toda su superficie (llamados laminares). Lo podemos encontrar incoloros, de color, impresos y de seguridad.
2. De baja emisividad. Son vidrios monolíticos, sobre los cuales se ha depositado una capa de óxido metálicos muy fina, consiguiendo así reducir la transferencia del calor por radiación (reduce la entrada de la radiación solar, mejorando el aislamiento en la época estival).
3. Doble acristalamiento. Conjunto de dos o más vidrios monolíticos separados entre sí por una o más cámaras de aire, herméticamente cerradas. Este tipo de vidrio limita el intercambio térmico por convección y conducción. Si además incorporamos vidrios de baja emisividad, la capacidad aislante se ve reforzada.

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Artículo elaborado por Gustavo A. Fdez. Bermejo (Arquitecto Técnico y Asesor Energético) Acceso a su web… http://gustavoafernandezbermejo.blogspot.com.es/.  Colaborador de  OVACEN