Vidrios eficientes

¿Con qué vidrios eficientes mi edificio gasta menos energía?

Hace un par de semanas estuve hablando con un compañero sobre los distintos tipos de acristalamientos y su comportamiento energético. En concreto hablamos sobre unos con tratamiento bajo emisivo que habíamos prescrito para la reforma de un local que está justo ahora construyendo. Él me preguntaba que cuál era el límite del factor solar que debe tener un vidrio para que el consumo de energía sea menor, teniendo en cuenta que las ganancias debido a la radiación solar aumentan con una g mayor, y que las pérdidas por transmisión disminuyen con una g menor (indirectamente como ya he contado antes). Me explico.

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Para conseguir una U baja normalmente se utilizan tratamientos bajo emisivos en la cara interior de los vidrios de doble cámara. A parte de disminuir mucho la U, por ejemplo de 2,9 a 1,4 W/m²·K con la misma composición de vidrios y cámara, se disminuye el factor solar g, de 0,78 a 0,52. Con las tecnologías que hoy conocemos bajar la U mucho implica bajar también el factor solar g.

Al tener vidrios con una U menor vamos a tener menos pérdidas por transmisión, muchas menos. Pero al tener una g también menor una parte mayor de la radiación solar incidente sobre el vidrio no se va a captar, y no va a calentar los espacios interiores en consecuencia. Este tipo de vidrios reflejan una parte mayor de la radiación que otros sin tratamientos de este tipo. La cuestión es hasta qué punto compensa bajar la U sabiendo que en consecuencia baja la g y tenemos menos ganancias solares. Puede darse el caso de que, en una ventana muy soleada compense incluso un vidrio con una mala transmitancia U y un alto g, frente a un caro acristalamiento con una U bajísima.

Flujo de energía en vidrios

Pero el problema se complica si además tenemos en cuenta que en época estival lo que necesitamos es evitar la ganancia solar. Queremos un factor solar bajo para que entre el menor calor posible por radiación solar al interior de los edificios. Este aspecto no le preocupa demasiado a mi compañero, ya que él trabaja en Navarra, pero en Madrid es necesario valorarlo.

Según lo anterior el acristalamiento óptimo tendría siempre una U baja, y un factor solar muy, muy alto en invierno, y muy, muy bajo en verano. Creo que no está inventado todavía, pero si lo conoces por favor cuéntamelo. Algo que intenta parecérsele podría ser un triple acristalamiento con argón en la cámara y un buen toldo motorizado controlado un sensor de radiación. Pero suena a caro, la verdad.

Así que partimos de que no hay una solución óptima para todos los casos y que tendremos que analizar situación a situación, casi ventana a ventana. La manera correcta de calcular este entuerto sería utilizar un buen programa de simulación con un modelo en 3D que tenga en cuenta sombras externas y propias del edificio. Intentaré en este artículo dar una pautas para ayudar a prescribir acristalamientos en estos casos. Veamos cuáles pueden ser y respondamos de paso a Miguel.

Antes de meterme en harina algunas referencias que te pueden interesar:

• Guía del IDAE sobre soluciones de acristalamiento. Con muchas comparativas de ventanas en distintas situaciones.
• Programa Calumen de Saint-Gobain, o el Configurator de Guardian Sun,  excelentes para calcular las distintas propiedades del acristalamiento en función de los componentes.
• Portal sobre el vidrio y sus aplcacioneso: www.glassonweb.com.
• Para entender cómo se calculan las ganacias y pérdidas a través de los huecos a mi me parece muy interesante el DTIE 7.05 de ATECYR sobre Cálculo de Cargas Térmicas

Ejemplos utilizados para estimar demandas

Para poder evaluar qué vidrio en más eficiente he planteado un sencillo cálculo realizado con programas oficiales de certificación  CEX y CERMA. He aprovechado dos modelos utilizados para certificaciones de viviendas que tenía realizadas con orientaciones, sombras y ubicaciones muy diferentes. Estos programas no son muy detallados pero me sirven para este cálculo, ya que tienen en cuenta la radicación solar incidente, el factor solar debido a marcos y otros elementos propios del hueco, las sombras arrojadas debidas al propio edificio y las debidas a objetos cercanos.

Plantas de viviendas y sus orientaciones utilizadas para el cálculo

La primera vivienda pertenece a un bloque en el que las viviendas son pasantes de fachada a fachada y tiene muy buena orientación norte-sur. Tiene ventanales grandes, tipo bow window, y el edificio próximo al sur no arroja sombras sobre los huecos debido a su lejanía. En este caso tenemos un soleamiento óptimo que sería bueno explotar en invierno.

El segundo caso consiste en la misma vivienda interior pero imaginando que está ubicada en una calle estrecha de 12 m de ancho y en un piso inferior, donde el soleamiento en invierno será muy escaso.

El tercer caso es una vivienda en esquina con orientaciones de fachada norte y oeste, y lindando con un edificio al oeste a pocos metros de distancia.

Para los cálculos he supuesto que los tres casos tienen buenas ventanas con una U=1,8 W/m²·K,  baja permeabilidad y con un porcentaje de hueco acristalado del 30%.

He calculado los tres casos para dos climas diferentes, para Madrid, zona D3, y para Pamplona, zona E1.

Vidrios eficientes que podemos utilizar

He planteado cuatro tipos de acristalamientos que existen en el mercado, que considero eficientes y que tienen comportamientos energéticos muy diferentes. En todos los casos la cámara es grande y está rellena de argón. El precio de esta mejora es muy pequeño respecto al precio unitario de los acritalamientos y tiene bastante incidencia en la demanda.

Los vidrios utilizados van desde una U de 2,6 a 1,1 W/m²·K y una g de 0,78 a 0,4. No doy su nombre comercial, pero todos los fabricantes tienen modelos comunes que responden a estas características. He utilizado los siguientes:

• Vidrio doble con cámara rellena de argón de 16mm. Con valores U=2,6 W/m²·K y g=0,78
• Vidrio triple con cámaras rellenas de argón de 10mm. Con valores U=1,8 W/m²·K y g=0,70
• Vidrio doble con cámara rellena de argón de 16mm y tratamiento bajo emisivo. Con valores U=1,1 W/m²·K y g=0,6
• Vidrio doble con cámara rellena de argón de 16mm, bajo emisivo y control solar. Con valores U=1,1 W/m²·K y g=0,4

¿Y qué sucede en cada uno de los casos planteados?

Vivienda con orientación N-S en Madrid, sin sombras

Vemos en invierno como las ganancias solares del vidrio de peor transmitancia compensa las pérdidas por transmisión, y las demandas de los tres primeros vidrios son similares. El vidrio con una g de 0,4 capta muy poca radiación solar en invierno y eso implica un consumo mayor del 16%. Pero vemos que este mismo vidrio en verano ahorra prácticamente lo perdido en invierno al reflejar la mayor parte de la energía incidente. El vidrio bajo emisivo con alta g es el que consigue el mayor ahorro global, un 5%. Este porcentaje puede parecer poco pero ten en cuenta que estamos comparando vidrios de muy buena calidad. Si lo comparas con un vidrio sencillo con una U de 5,6 W/m²·K el ahorro es muy grande.

La misma vivienda situada en Pamplona

En Pamplona el verano no es muy severo, por lo que los programas de cálculo sólo consideran la demanda debida a calefacción. Evidentemente, para la misma vivienda la demanda es mayor al ser un clima más frío, pero al igual que en el caso anterior vemos que el comportamiento de los tres primeros vidrios es muy similar. Aquí no compensan vidrios con U muy baja, lo que queremos es captar la mayor radiación posible.

Por tanto, en fachadas bien soleadas en invierno una U muy baja no es crucial siempre y cuando el verano sea suave, como en Pamplona, o tengamos buenos sistemas de protección solar. En Madrid yo tendería a protegerme del verano con una g media o baja, sobre todo si no hay posibilidad de poner toldos o celosías, o si no tengo sistema de refrigeración instalado. Esto era fácil de intuir, veamos qué sucede cuando las sombras entran en juego.

Vivienda con orientación N-S en Madrid, con sombras

En este caso el edificio situado frente al calculado arroja sombra la mayor parte del invierno impidiendo el soleamiento de los huecos. Es una situación habitual en viviendas de calles estrechas o en las primeras plantas.

Vemos como los vidrios con U menor y g media se comportan mejor. No hay prácticamente sol que captar y por tanto demanda menos quien menos energía transmite. En verano, como el sol está muy alto, sí se produce soleamiento directo de los huecos.  Un vidrio con una g muy baja produce muchas menos ganancias. Tendríamos que elegir por tanto entre vidrios de U baja y, mayor o menor g, ya dependiendo de qué queramos en verano, si más o menos calor. En el resultado global ambos vidrios se comportan igual ahorrando un buen 7%.

La misma vivienda situada en Pamplona

Y en Pamplona no hay duda, vidrios con el la U más baja posible y una g media con lo que conseguimos ahorrar un 4%. Y sufriremos menos en verano, que pese a que sea moderado comparado con otras latitudes, hace calor.

Vivienda con orientación N-O en Madrid

Esta es la típica vivienda mal orientada, con poca radiación solar incidente en invierno y bastante en verano, que es cuando menos falta hace. En este caso lo que mejor funciona es aislamiento frente a las pérdidas y ganancias por transmisión. Vemos como el vidrio de U baja y g media es capaz de ahorrar un 12% frente al de U mayor. Elegiremos otras opciones ya en función del tipo de instalaciones y la estrategia frente al calor que adoptemos. Si tenemos una vieja caldera y un reciente aire acondicionado sería interesante utilizar el acristalamiento triple (aunque el alto precio nos puede echar para atrás). Si no tenemos aire acondicionado yo me plantearía una U baja (aunque esto implica que entra menos luz y conviene tenerlo en cuenta, menor g implica menor transmisión luminosa Tl)

La misma vivienda situada en Pamplona

Y en Pamplona tampoco hay muchas dudas, el de menor U y mayor g posible, el vidrio con tratamiento bajo emisivo.

Matizaciones a tener en cuenta

Ten en cuenta que si vas a decidirte por vidrio de g alta (lo que implica U alta) porque quieres ganar la mayor radiación posible en invierno va a se necesario que pienses en un sistema de sombreamiento del hueco para el verano. Y valora muy bien las posibles sombras que pudiesen aparecer y que ahora no existen, edificios no construidos por el momento, árboles de hoja perenne de pequeño porte, etc.

Considera que las cortinas o tinglados que les ponemos a las ventas por el interior reducen la ganancia por radiación solar. Unas cortinas transparentes y livianas llevarían la g del primer vidrio de 0,78 a 0,63. Y esas pesadas y de doble capa que tanto se ven dejan el factor solar en 0,48.

Los datos calculados en los ejemplos anteriores son para viviendas, donde las cargas internas son muy pequeñas y puede ser muy interesante la captación solar en invierno para bajar la demanda. En edificios de otros usos las cargas internas pueden ser muy elevadas debido a las personas, la iluminación y los equipos instalados. Éstas aumentan la demanda de refrigeración y normalmente es muy importante evitar la carga en verano por radiación solar para no necesitar excesiva potencia. Estos casos requieren estudiarse uno a uno, pero lo habitual es que utilicemos acristalamientos con cierto control solar, es decir una g de 0,5 o menos. Aquí ya entramos en una amplia gama de tipos de acristalamientos en los que no sólo hay requerimientos energéticos que evaluar si no también estéticos.

Como ves cada situación exige una solución diferente. Pero espero que con estos números puedas hacerte una idea de cuál podría ser el mejor acristalamiento para tu caso.

Otro post sobre este tema que te puede interesar es:

• Cambiar las ventanas para ahorrar energía

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