Cerramientos acristalados; propiedades de los vidrios y marcos

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cerramientos acristalados
10/08/2021

Las reformas de los edificios existentes son una buena oportunidad para tomar medidas eficaces con el fin de aumentar su rendimiento energético. Así, la rehabilitación de cerramientos acristalados, mediante la reposición del vidrio de las ventanas y en algunos casos de la reposición de toda la ventana (vidrio y marco) representa una de las acciones más eficaces para la mejora de la eficiencia energética del edificio y además consigue aumentar el confort térmico en el interior de las viviendas.

Mejora de la eficiencia energética; renovación de los cerramientos acristalados

La mayoría parte de los edificios construidos hace ya unas décadas se consideran ineficientes energéticamente hablando ya que no incorporan un aislamiento térmico adecuado. Así, una de las actuaciones más sencillas que se pueden realizar en la fachada de un edificio es la reposición de las ventanas.

La mayor parte de los cerramientos acristalados de los edificios antiguos están conformados por ventanas con una única hoja de vidrio y con prestaciones térmicas muy limitadas. En estos casos, la reposición del vidrio simple (monolítico) por otro vidrio de doble acristalamiento (unidad de vidrio aislante) proporciona grandes ahorros de energía en la vivienda tanto en verano como en invierno.

Pero para conocer mejor cómo mejorar la eficiencia energética a través de los cerramientos acristalados, hablaremos de los tipos de vidrio y marcos y de las principales características de cada uno de ellos.

Propiedades del marco

El marco de una ventana o cerramiento acristalado representa habitualmente entre el 25 % y el 35 % de la superficie del hueco. Sus
principales propiedades, desde el punto de vista del aislamiento térmico, son la transmitancia térmica y su absortividad. Estas dos propiedades van a participar en función de la fracción de superficie ocupada por el marco en la transmitancia total del hueco y el factor solar modificado del mismo.

Si atendemos al material con el que está fabricado, y del que dependerán sus prestaciones, podemos encontrar los siguientes tipos de marcos:

Marcos metálicos

Normalmente son fabricados en aluminio o acero con diferentes acabados. Pueden llevar diferentes acabados: lacados en diferentes colores, anodizados, foliados imitando madera, etc.

Su participación en la superficie del hueco suele ser baja, en torno al 25%, con diferentes sistemas de cierre y apertura. Como valor comúnmente aceptado se considera una transmitancia térmica U = 5,7 W/m2.

La influencia sobre el factor solar modificado del hueco es muy variable en función de los diferentes colores.

Marcos Metálicos con RPT (Rotura de Puente Térmico)

La rotura de puente térmico consiste en la incorporación de uno o varios elementos separadores de baja conductividad térmica que separan los componentes interiores y exteriores de la carpintería logrando reducir el paso de energía a su través, mejorando el comportamiento térmico de la carpintería. Los valores de transmitancia térmica comúnmente aceptados para este tipo de carpinterías son de U= 4,0 W/ W/m2 hasta U= 2,5 W/m2 en función de la anchura de los elementos separadores que configuran la rotura de puente térmico.

La rotura de puente térmico tiene poca influencia sobre la absortividad y por tanto sobre el factor solar modificado del hueco.

Los valores anteriores pueden ser notablemente reducidos en función de las mejoras técnicas que se introduzcan en los perfiles según la norma UNE-EN ISO 10077-1.

Marcos de Madera

Estos marcos cuentan con perfiles macizos de madera que por su naturaleza alveolar proporcionan unos niveles importantes de aislamiento térmico. Su conductividad es baja lo que favorece el aislamiento térmico. Sus principales limitaciones se encuentran en las operaciones de mantenimiento necesarias aunque hoy existen en el mercado productos tratados que minimizan estos condicionantes.

Los valores de transmitancia dependen de la densidad de la madera utilizada considerándose un intervalo de U = 2,2 W/m2 hasta U= 2,0 W/m2.

Su influencia sobre el factor solar modificado es muy baja debido a la poca reemisión de la energía absorbida al interior del habitáculo.

Los valores anteriores pueden ser notablemente reducidos en función de las mejoras técnicas que se introduzcan en los perfiles según la norma UNE-EN ISO 10077-1.

Marcos de PVC

Las carpinterías están formadas por perfiles normalmente huecos de PVC, ofreciendo un comportamiento térmico de primer orden. Los valores de transmitancia comúnmente aceptados son de U = 2,2 W/m2 hasta U= 1,0 W/m2 en función del número de
cámaras que tienen los marcos.

Habitualmente son carpinterías cuya participación en el hueco es elevada, lo que unido a sus valores de aislamiento favorece el comportamiento del conjunto.

Los valores anteriores pueden ser notablemente reducidos en función de las mejoras técnicas que se introduzcan en los perfiles según la norma UNE-EN ISO 10077-1.

Otros tipos de Marcos

Existen otras tipologías de marcos menos presentes en el mercado cuyas prestaciones térmicas son similares a las anteriores. Entre estas tipologías pueden citarse las ventanas mixtas madera-aluminio, mixtas aluminio-madera, poliuretano con núcleo metálico, metálicas con rotura de puente térmico rellenas de espuma aislante, etc…

Transmitancia térmica de los perfiles más habituales

De acuerdo con la norma UNE-EN ISO 10077-1 el siguiente cuadro refleja los valores de transmitancia térmica de los perfiles más habituales:

transmitancia termica perfiles

Con independencia de los materiales del marco es muy importante en términos de aislamiento el sistema de apertura y cierre de la ventana. Este puede condicionar su permeabilidad al aire, es decir el paso de aire cuando la ventana cerrada se somete a una presión diferencial entre ambas caras.

La clasificación de las ventanas según su permeabilidad al aire está definida en la norma UNE-EN 12207. Se clasifican en clases que oscilan de cero a cuatro.

Los cerramientos acristalados con clase 4 de permeabilidad al aire representan la mejor clasificación en términos de infiltraciones
de aire (mayor estanquidad)
y por ende mejores prestaciones térmicas y acústicas.

Tipos de vidrio

El vidrio es el elemento fundamental de los cerramientos acristalados. Su principal propiedad es la transparencia ya que permite el paso de la luz natural lo que contribuye a elevar el confort de las viviendas sin comprometer sus prestaciones de aislamiento térmico.

En la actualidad se comercializan como productos habituales vidrios para aislamiento térmico reforzado y protección solar que pueden ser combinados con otras prestaciones como son el aislamiento acústico, la seguridad, el bajo mantenimiento (autolimpiables) o el diseño y la decoración.

En este artículo se trata únicamente del vídrio sodocálcico por ser el producto habitual en la edificación.

Desde la perspectiva del aislamiento térmico las principales características del acristalamiento a tener en cuenta son su coeficiente U o transmitancia térmica (W/m20K) y su factor solar (g). Así, los vidrios pueden clasificarse en distintos grupos en función de su configuración y de la presencia de capas metálicas que mejoran sus prestaciones de aislamiento térmico y control solar.

Unidad de Vidrio Aislante (UVA)

Conocido anteriormente como doble acristalamiento o vidrio de cámara hace referencia al conjunto formado por dos o más láminas de vidrios monolíticos separados entre sí por uno o más espaciadores, herméticamente cerrados a lo largo de todo el perímetro.

Las unidades de vidrio aislante, o doble acristalamiento, al encerrar entre dos paneles de vidrio una cámara de aire, inmóvil y seco, aprovechando la baja conductividad térmica del aire, limitan el intercambio de calor por convección y conducción. La principal consecuencia es un fuerte aumento de su capacidad aislante reflejado en la drástica reducción de su transmitancia térmica
(U= 3,3 W/m20K, para la composición más básica 4-6-42).

El aumento progresivo del espesor de la cámara proporciona una reducción paulatina de la transmitancia térmica. Esta reducción deja de ser efectiva cuando se producen fenómenos de convección dentro de la misma (en torno a los 17 mm).

capacidad aislamiento termico

La capacidad del aislamiento térmico se ve significativamente mejorada por la incorporación de los vidrios de baja emisividad o aislamiento térmico reforzado permitiendo alcanzar fácilmente los niveles más exigentes contemplados en el Código Técnico de la Edificación (CTE).

Respecto a la prestación de control solar las UVAs presentan menores factores solares por el simple hecho de incorporar dos vidrios, para una UVA de 4-6-4 el valor g está en torno a 0,75. El factor solar (g) puede ser fuertemente modificado por la sustitución del vidrio exterior por un vidrio de control solar. Igualmente los vidrios de baja emisividad aportan un control solar significativo.

Las UVAs al estar formadas por dos o más vidrios monolíticos permiten la combinación de diferentes tipologías que aportan prestaciones complementarias.

Es necesario prever la instalación de las UVAs sobre carpinterías dotadas de drenaje, bien selladas y que impidan el almacenamiento de agua y humedad permanente en el galce. La situación contraria puede ocasionar el deterioro de los sellantes y la pérdida de estanquidad de la UVA.

Vidrio de baja emisividad

Se trata de vidrios monolíticos sobre los que se ha depositado una capa de óxidos metálicos extremadamente fina (del orden de nanómetros) proporcionando al vidrio una capacidad de aislamiento térmico reforzado. Normalmente estos vidrios deben ir
ensamblados en UVA (doble acristalamiento) ofreciendo así sus máximas prestaciones de aislamiento térmico (los vidrios bajo emisivos exigen ir ensamblados en doble acristalamiento).

capacidad aislamiento vidrio baja emisividad
cerramientos acristadados relacion transmitancia ancho camara
Gráfico relación entre transmitancia con ancho de cámara para distintas UVAs

La incorporación de vidrios de baja emisividad permite desde un primer momento alcanzar niveles de aislamiento imposibles por aumento de cámara.

Vidrio de control solar

Pueden agruparse bajo esta denominación vidrios de muy distinta naturaleza: vidrios de color, serigrafiados o de capa. Si bien, es a estos últimos los que normalmente nos referimos como vidrios de control solar.

Las distintas capas y la posibilidad de aplicarse en distintos sustratos vítreos permite una amplia gama de posibilidades con diferentes estéticas y cuyas prestaciones en térmicas de control solar pueden variar desde valores de 0,10 para los más reflectantes hasta valores de 0,65 para los vidrios incoloros de aspecto neutro.

Aunque normalmente los vidrios de control solar se instalan en UVA para obtener una buena transmitancia térmica, en muchos casos pueden ser utilizados como vidrios monolíticos cuando la prioridad es la protección térmica frente a la radiación solar directa.

funcioanmiento vidrios control solar

Triple acristalamiento

Es una unidad de vidrio aislante formado por tres láminas de vidrios monolíticos separados entre sí por dos espaciadores, herméticamente cerrados a lo largo de todo el perímetro. Los triples acristalamientos deben llevar asociadas al menos dos vidrios de capa de baja emisividad en cada una de las cámaras para alcanzar el óptimo de aislamiento. Las dos cámaras pueden ser de aire o gas (Argón o Kriptón) que mejora las prestaciones térmicas. Las prestaciones de transmitancia térmica de los triples acristalamientos con dos vidrios bajo emisivos oscilan entre U= 1,1 W/m20K, para la composición 4-10-4-10-46 y U=0,6 W/m20K, para la composición 4-20-4-20-4. El aumento progresivo del espesor de la cámara proporciona una reducción paulatina de la transmitancia térmica. Esta reducción deja de ser efectiva cuando se producen fenómenos de convección dentro de la misma (en torno a los 20 mm).

En caso de triples acristalamientos con las dos cámaras rellenas de Argón al 90% y espesor de las cámaras de 18 mm, si lleva un único vidrio bajo emisivo, el valor de U= 0,8 W/m20K, pero si lleva dos vidrios bajo emisivos en cada una de las cámaras se alcanza un valor de U= 0,5 W/m20K.

relacion transmitancia ancho camara triples acristalamientos
Gráfico relación transmitancia con ancho de cámara para triples acristalamientos con dos vidrios bajo emisivos

Propiedades del hueco en cerramientos acristalados

El hueco puede ser considerado como uno de los elementos más débiles desde el punto de vista del aislamiento térmico permitiendo grandes fugas de calor en régimen de invierno y un exceso de aportes solares en régimen de verano que son necesarios compensar con gastos energéticos bien en calefacción o en refrigeración a fin de mantener los niveles de confort adecuados.

Los cerramientos acristalados disponen de marcado CE obligatorio desde el año 2010, teniendo que declarar las prestaciones térmicas, nivel de permeabilidad al aire, prestaciones acústicas y solares, entre otros parámetros. A nivel voluntario existe un sistema de etiquetado energético de ventanas desarrollado por ASEFAVE adaptando las ventanas a las zonas climáticas en España.

Las prestaciones térmicas del hueco estarán limitadas tanto por los materiales empleados como por su estado de conservación. El mal estado de los marcos, las sucesivas capas de pintura, descuadres y presencia de ranuras comprometen de tal forma la permeabilidad que las entradas de aire no deseado se traducen en cargas térmicas que es necesario compensar mediante consumos energéticos adicionales para evitar la pérdida de confort. Estos consumos adicionales conllevan inevitablemente mayores emisiones de CO2 y aumento de la factura energética.

La transmitancia térmica del hueco es directamente proporcional a las propiedades de los materiales y a la participación de los marcos y vidrios en el conjunto de la superficie del hueco y el coeficiente perimetral debido al acoplamiento entre el marco y vidrio y entre el marco y los paneles opacos. Así el CTE propone para su cálculo la siguiente fórmula:

formula calculo transmitancia termica huecos

Siendo:

A H,v el área de la parte acristalada [m2]
AH,m el área del marco [m2]
AH,p el área de la parte con panel opaco [m2]
UH la transmitancia térmica del hueco (ventana, lucernario o puerta) [W/m20K]
UH,v la transmitancia térmica del acristalamiento [W/m20K]
UH,m la transmitancia térmica del marco [W/m20K]
U H,p la transmitancia térmica de la zona con panel opaco [W/m20K]
Ψ v la transmitancia térmica lineal debida al acoplamiento entre marco y acristalamiento [W/m·0K]
Ψ p la transmitancia térmica lineal debida al acoplamiento entre marco y paneles opacos [W/m·K];
Lv la longitud de contacto entre marco y acristalamiento [m]
Lp la longitud de contacto entre marco y paneles opacos [m]

El CTE permite el cálculo de los valores de transmitancia térmica lineal (Ψ v y Ψ p) o bien facilita una tabla con los siguientes valores:

cuadro valores transmitancia termica

Debido a la mayor participación del acristalamiento en la ventana hace que las ganancias producidas en la U del acristalamiento tengan mayor repercusión que aquellas alcanzadas por la misma ganancia sobre la U del marco.

La siguiente tabla presenta los valores de transmitancia térmica global de hueco calculados para un 30% de área ocupada por el marco y 70% de superficie acristalada de dimensiones 1,2 x 1,2 metros En ella se han incluido los casos más frecuentes de cada uno de los principales tipos de materiales de los marcos, con cada uno de los tipos de vidrio más comunes en edificación. Los valores indicados en la tabla pueden ser reducidos en función de las mejoras técnicas que se introduzcan los perfiles y vidrios.

cuadro valores transmitancia termica hueco

El factor solar del hueco prescindiendo de elementos de sombreamiento como puedan ser retranqueos, voladizos, toldos o persianas, depende fundamentalmente del acristalamiento empleado y de la superficie ocupada de este y en menor medida del material del marco.

Su cálculo puede realizarse según la siguiente expresión recogida en la CTE:

formula factor solar huecos

Siendo:

FM: Fracción de marco sobre el total del hueco, en tanto por 1 g┴: factor solar del vidrio
Um = Transmitancia térmica del marco
 = Absortividad del marco (función del color)

Si existen elementos de sombreamiento exterior deberá aplicarse un factor corrector, factor de sombra, tal y como recoge el CTE ya que los requisitos del CTE hace referencia al factor solar modificado.

Artículo extraído de la Guía de Soluciones de Acristalamiento y Cerramiento Acristalado de IDAE


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