Especificación de Acristalamientos para Fachadas Basada en la Caracterización Espectrofotométrica de Transmitancia

Fecha: 22 de agosto de 2023

Autores: Helenice Maria Sacht, Luís Bragança, Manuela Almeida y Rosana Caram

Fuente:Sostenibilidad 2021, 13(10), 5437, MDPI

DOI:https://doi.org/10.3390/su13105437

Abstracto

La correcta especificación de los acristalamientos para fachadas puede reducir el consumo energético en los edificios. El intercambio de calor se produce a través de superficies transparentes y la radiación llega al edificio en forma de luz y calor. Por tanto, los acristalamientos contribuyen significativamente a la transferencia de calor entre los espacios exteriores e interiores y actúan directamente sobre la iluminación natural y el confort térmico. Este artículo informa sobre la caracterización espectrofotométrica de la transmitancia de acristalamientos para el estudio de los componentes de un sistema de fachada modular y su idoneidad para el clima de Portugal (clima templado). El estudio se centró en los resultados de mediciones espectrofotométricas de las propiedades ópticas, específicamente la transmitancia de algunos tipos de acristalamientos (control solar, autolimpiantes, de baja emisividad, flotantes y extraclaros) y dos tipos de doble acristalamiento. Los resultados muestran el porcentaje de transmisión a las regiones ultravioleta, visible e infrarrojo cercano y su importancia, lo que permitió analizar la eficiencia del acristalamiento en relación con la iluminación natural y la correlación con el desempeño térmico. Se han presentado subvenciones e indicaciones para la especificación y usos adecuados de superficies transparentes y se han complementado las fichas técnicas disponibles de los fabricantes.

Existe una gran variedad de materiales transparentes para su uso en fachadas de edificios. Sin embargo, se deben considerar todas las propiedades del acristalamiento al elegir el material. La selección de acristalamientos debe ser un proceso cuidadoso de evaluación y ponderación de compensaciones. Entre las características requeridas para la especificación de materiales transparentes, el comportamiento espectrofotométrico es un factor importante a considerar, ya que permite mejorar el confort térmico y visual de un edificio.

Se han realizado numerosos estudios a este respecto, tanto para vidrio como para otros materiales transparentes, centrados principalmente en la penetración de los rayos UV a través de los acristalamientos. Para frenar la penetración excesiva de los rayos UV, se han propuesto vidrios ópticamente funcionales y Kim et al. han medido e informado las evaluaciones de rendimiento de los materiales vidriados. [1]. Los resultados han demostrado que el vidrio con protección UV es más eficaz para controlar los rayos UV de la luz natural; el vidrio transparente tratado con una película de protección UV proporcionaría un excelente control de la penetración de los rayos UV y se debería recomendar un par de láminas de vidrio transparente y de protección UV tratadas con una película de protección UV; esto logra un rendimiento de protección UV del 96,7% frente a la luz natural.

Goia et al. [2] investigaron el comportamiento espectral y angular de diferentes muestras de acristalamiento de PCM, caracterizadas por diferentes espesores de PCM, mediante un espectrofotómetro comercial y mediante un banco de pruebas óptico dedicado que incluye una gran esfera integradora con un diámetro de 0,75 m. Los experimentos han señalado el comportamiento altamente difusivo de la capa de PCM, con un peso cada vez mayor del modo de transmisión directa a difusa a medida que aumenta el espesor de la capa de PCM.

Morettia et al. [3] estudiaron la caracterización térmica y óptica de tres sistemas de policarbonato para edificios (con diferente número de cámaras y geometría). Las mediciones de transmitancia térmica se llevaron a cabo utilizando un aparato de caja caliente, con el fin de evaluar el impacto de las uniones de conexión sobre el valor U efectivo y compararlo con los datos declarados por los fabricantes, generalmente denominado centro del componente. Los sistemas de policarbonato investigados podrían ser una solución válida en lugar de las ventanas clásicas en edificios comerciales y el estudio proporciona un conocimiento más profundo sobre el comportamiento térmico y óptico de los paneles de policarbonato y un conjunto de datos útiles para análisis precisos en la integración de edificios.

Baldinelli [4] presentó los datos espectrales del campo de longitudes de onda de interés para la radiación solar, mostrando los altos niveles de transparencia de los sistemas de acristalamiento compuestos por una capa interna (vidrio estratificado, cámara de aire, vidrio flotado) y una capa externa (vidrio estratificado), como así como las buenas propiedades reflectantes del aluminio en el sistema de sombreado. Según el mismo autor, las propiedades ópticas del vidriado dependen del ángulo de incidencia entre la superficie y la dirección del rayo: a medida que este ángulo se desvía de la dirección normal (0°), la transmisividad disminuye, la reflectividad aumenta y la absortividad aumenta. La variación de las propiedades ópticas con el ángulo de incidencia depende del tipo y espesor del vidrio; en particular, es más pronunciado para los sistemas de acristalamiento de paneles múltiples.

Berardi [5] señala que con los recientes avances en la tecnología de acristalamiento, los fabricantes pueden controlar cómo se comporta el acristalamiento en las diferentes partes del espectro. Los recubrimientos pueden controlar el paso de la radiación solar de onda larga mediante transmisión y/o reflexión. En el pasado, los revestimientos en las ventanas que reducían la ganancia solar también reducían la transmitancia visible y apenas eran aceptados por los ocupantes. Sin embargo, los nuevos vidrios tintados de alto rendimiento y los recubrimientos de baja ganancia solar (o baja E) permiten reducir la ganancia de calor solar con poca o ninguna reducción en la transmitancia visible. Un vidrio recubierto de baja emisividad tiene una capa de metal transparente microscópicamente delgada que refleja la energía infrarroja de onda larga durante el invierno y bloquea las ganancias externas de onda corta durante el verano.

A pesar de que existen estudios sobre la determinación de las propiedades ópticas de acristalamientos y otros materiales para fachadas, con el desarrollo de nuevos materiales se necesitan más estudios para distintos tipos de vidrio, así como considerar el comportamiento de los dobles acristalamientos y analizar la relación entre ellos. Propiedades con comportamiento térmico y de iluminación natural.

1.1. Acristalamientos y espectro solar

Las personas suelen pasar muchas horas en edificios bañados por la radiación ultravioleta, visible e infrarroja producida por la iluminación natural o eléctrica. Esta radiación puede dañar el tejido independientemente de si afecta o no los sistemas visual y circadiano [6]

La transmisión de radiación a través de acristalamientos depende principalmente de factores como el ángulo de incidencia de la radiación, el espesor, la composición química y las características superficiales del acristalamiento. El ángulo de incidencia de la radiación es el ángulo entre la dirección de la radiación y la normal (90°) a la superficie bajo análisis [7]. La transmisión de los acristalamientos depende también de la longitud de onda de la radiación incidente. El vidriado actúa como un material opaco para ciertas regiones del espectro, por ejemplo, exhibe un comportamiento opaco e impide el cruce de radiación para longitudes de onda inferiores a 300 nm y superiores a 5000 nm [8].

Los principales intercambios térmicos, así como el paso de la luz al interior de un edificio, se producen sobre superficies translúcidas o transparentes. Por tanto, dichas superficies actúan directamente sobre el confort térmico y la iluminación natural. Respecto a los acristalamientos transparentes, parte de la energía procedente de la radiación solar (Figura 1a) se transmite directamente al interior del ambiente, lo que distingue las superficies opacas de las translúcidas. La reflexión, la absorción y la transmisión también ocurren en superficies translúcidas (Figura 1b), sin embargo, la transmisión se realiza de otra manera. La luz se propaga al atravesar un acristalamiento traslúcido y sale de él como luz difusa, y no directa.

El comportamiento de los materiales transparentes cuando reciben radiación solar es el de reaccionar selectivamente, es decir, la cantidad de energía que absorben, reflejan o transmiten depende de la longitud de onda del rayo incidente. Cuando el ángulo de incidencia no es normal al avión y aumenta, la energía reflejada se hace cada vez mayor, mientras que la energía transmitida y absorbida disminuye, aunque la relación que corresponde a la incidencia normal aproximadamente sigue siendo la misma entre ellas.

El valor total de la radiación transmitida, reflejada y absorbida por los acristalamientos es una variable importante para el cálculo del coeficiente de ganancia de calor solar, que depende de las propiedades ópticas del material, factor solar, radiación solar incidente, coeficiente global de transferencia de calor ( factor U) y diferencia de temperatura entre el ambiente exterior e interior.

El espectro visible es la radiación solar más conocida. Sin embargo, otras dos bandas importantes son la ultravioleta (UV) y la infrarroja (IV). La Figura 2 muestra la incidencia de la radiación solar dividida por espectros. Aunque el sol emite radiación en una extensa banda de ondas electromagnéticas, sólo es perceptible una estrecha banda del espectro solar. Las longitudes de onda superiores a 1500 nm alcanzan la superficie terrestre en pequeñas proporciones.

Para el aprovechamiento de la energía solar, la única radiación considerada es aquella cuya longitud de onda oscila entre 290 y 1800 nm, o, más concretamente, hasta 1500 nm [10], ya que longitudes de onda más largas llegan a la superficie terrestre de forma muy reducida. y son absorbidos por el vapor de agua y el dióxido de carbono presentes en la atmósfera. La capa de ozono absorbe longitudes de onda inferiores a 290 nm [7].

El espectro solar se divide en la región ultravioleta UV (100 a 380 nm), la región visible (380 a 780) y la región infrarroja (780 a 3000). La transmisión de los acristalamientos para cada intervalo influye en algunas características.

1.1.1. Ultravioleta (UV) (100–380 nm)

La banda ultravioleta es más energética que la luz (tiene una longitud de onda más corta), por lo tanto, penetra más profundamente en la piel y provoca quemaduras dependiendo del tiempo de exposición a la radiación solar. Aunque sólo entre el 1 y el 5% de la radiación ultravioleta llega a la superficie terrestre, no debe ser ignorada por los efectos que ejerce.

En algunas situaciones, dicha radiación puede no ser importante, como en las áreas de recuperación de los hospitales, ya que es responsable de la síntesis de vitamina D a través de la piel y ejerce un efecto bactericida. Sin embargo, compromete la durabilidad de los materiales por la decoloración de los tejidos, ya que tiene capacidad fotoquímica. La región ultravioleta que provoca la decoloración de los materiales está entre 315 y 380 nm. Esta radiación también es responsable del bronceado.

La radiación ultravioleta se subdivide en tres intervalos: UV-C (entre 100 y 280), UV-B (entre 280 y 320) y UV-A (entre 320 y 380). La radiación UV-A (entre 320 y 380) provoca el bronceado directo de la piel con eritema débil o quemaduras solares. La reacción máxima del eritema ocurre 72 h después de la exposición al sol. La exposición continua no sólo provoca un rápido envejecimiento de la piel sino también implicaciones cancerígenas. La radiación UV-B provoca una respuesta de eritema y, en asociación, un bronceado indirecto. Bajo radiación intensa y frecuente, los rayos UV-B pueden producir carcinomas de piel. En tal caso, la reacción máxima ocurre entre 6 y 20 h después de la exposición. La radiación UV-C no llega a la Tierra, ya que la capa de ozono de la atmósfera absorbe longitudes de onda inferiores a 290 nm. Dicha radiación es germicida y altamente dañina para la piel humana, debido a su alto contenido energético [11].

1.1.2. Visible (Vis) (380–780 nm)

La región visible está asociada a la intensidad de la luz blanca transmitida e influye directamente en el grado de iluminación natural de un entorno. También se le llama luminoso y permite la sensación visual del paso de los días. Es la porción visible de la radiación solar incidente en la dirección normal al plano de la superficie.

La luz visible transporta suficiente energía para estimular reacciones químicas en los ojos y el funcionamiento del sistema visual. Esta longitud de onda sigue la secuencia: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo, sin embargo, el sistema visual humano es más efectivo en la longitud de onda que corresponde al verde y al amarillo. Además de ser fundamental para el ser humano, el sistema visual es indispensable para el desarrollo de los vegetales, debido al proceso de fotosíntesis, que requiere luz visible. La clorofila, agente responsable del proceso respiratorio celular vegetal, absorbe regiones específicas del espectro.

1.1.3. IR infrarrojo (780–3000 nm)

La región infrarroja es invisible para el sistema visual, aunque se percibe en forma de calor. Interfiere con las condiciones ambientales interiores a través de la ganancia de calor solar, por lo que no se puede ignorar. Se divide en tres bandas: el infrarrojo de onda corta, o infrarrojo cercano, cuyas longitudes de onda oscilan entre los 780 y los 1400 nm, el infrarrojo de longitud de onda media, que oscila entre los 1400 y los 3000 nm, y, por último, el infrarrojo de longitud de onda larga, que incluye la radiación que resulta de cuerpos calentados, cuyas longitudes de onda son superiores a 5000 nm.

El infrarrojo cercano corresponde a la mayor parte del espectro solar que atraviesa, por ejemplo, un cristal incoloro en grandes proporciones. Las referencias de algunos especificadores con respecto a dicha región del espectro incluyen afirmaciones como “el vidrio es generalmente opaco al infrarrojo”, sin embargo, esta es información incorrecta [8].

Se realizó una caracterización espectrofotométrica de acristalamientos para el estudio de componentes de un sistema de fachada modular en Portugal. El estudio se centró en los resultados de mediciones espectrofotométricas de propiedades ópticas, específicamente, la transmitancia de algunos tipos de acristalamientos simples y dos tipos de acristalamientos dobles [12,13,14].

Los resultados permitieron verificar la eficiencia del acristalamiento en términos de luz natural y la correlación con el rendimiento térmico y proporcionaron subsidios e indicaciones para la especificación y usos adecuados de las superficies transparentes. También complementaron las hojas de datos de los fabricantes. Una evaluación de la transmisión de los acristalamientos mediante ensayos espectrofotométricos permite analizar las diferentes regiones del espectro (ultravioleta, visible e infrarrojo) de forma individual y no en su conjunto, como ocurre con parámetros como el factor solar y el coeficiente de sombreado, que se calculan de forma global sin tener en cuenta las diferencias de comportamiento por región del espectro.

El desarrollo de esta investigación incluyó las siguientes tareas: I. Caracterización de materiales vidriados; II. Preparación del espectrofotómetro; III. Limpieza, Identificación y Fijación de la Muestra en el Dispositivo; y IV. Descripción de las Pruebas Espectrofotométricas.

2.1. Caracterización de los Materiales de Acristalamiento

En los ensayos espectrofotométricos se utilizaron muestras de acristalamientos de 6 mm de espesor. Se analizaron diez tipos de acristalamientos simples y dos tipos de doble acristalamiento. Los dobles acristalamientos se montaron sobre papel duro con la ayuda de un dispositivo (Figura 3a,b).

Este dispositivo permitió configurar el doble acristalamiento con una capa de aire interior. Las muestras se colocaron a 6 mm una de otra en el espectrofotómetro, a diferencia de la posición habitual, es decir, 12 mm. Sin embargo, los resultados serían significativos para el análisis de la influencia de la capa de aire en la transmisión del doble acristalamiento.

Se utilizaron muestras rectangulares de 50 mm × 50 mm para los ocho tipos de acristalamiento. El intervalo del espectro era de 200 a 1100 nm, que comprendía tres regiones: ultravioleta (200 a 380 nm), visible (380 a 780 nm) e infrarrojo cercano (780 a 1100 nm). En la Tabla 1 se muestran las características de las muestras analizadas.

Tabla 1. Características de las Muestras de Vidrio.

Los acristalamientos se seleccionaron principalmente según sus características en cuanto a transferencia de calor general (valor U) y transmitancia visible. El requisito de la calidad térmica es el valor U, al cual se limitan los valores máximos aceptables (Umáx) y se recomiendan valores de referencia (Uref), según el Código Portugués RCCTE [15]. Los valores U máximos superficiales (Umáx) aceptables en una zona actual y los valores de referencia (Uref) para los elementos de la envolvente de los edificios se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2. Coeficiente de transferencia de calor superficial máximo aceptable y coeficiente de transferencia de calor superficial de referencia [15].

Por lo tanto, el valor U de los acristalamientos no debe exceder los 3,30 W/m2·°C, para cubrir la mayoría de zonas. Además, se recomiendan los factores solares máximos aceptables (g┴). Ningún acristalamiento de cualquier edificación que no esté orientada al norte (entre el noroeste y el noreste) y cuya superficie total no supere el 5% del pavimento útil deberá presentar un factor solar correspondiente al vacío acristalado con los respectivos dispositivos de protección 100% activos. que supera los valores indicados (Tabla 3).

Tabla 3. Factor Solar Máximo aceptado para acristalamientos [15].

La Tabla 4 [16] muestra otras características de los vidrios, como los valores U, el factor solar, el coeficiente de sombreado y la ganancia de calor relativa de los acristalamientos estudiados. Respecto a las pruebas espectrofotométricas, se mostrarán imágenes de las muestras, de manera que proporcionen el aspecto visual del material seleccionado. Los vasos estudiados son:

Tabla 4. Características de los Acristalamientos.

La tabla 5 muestra las muestras de los acristalamientos seleccionados. Los acristalamientos con revestimiento de origen metálico, principalmente Vidrio D, Vidrio E y Vidrio F, se oxidan en contacto con el aire. Por tanto, en composiciones de doble acristalamiento, el revestimiento debe colocarse en el interior. En las muestras, la parte oxidada corresponde a la banda de abrasión que muestra la cara con la película, por lo que los vidriados pudieron posicionarse correctamente en los ensayos de caracterización espectrofotométrica.

Tabla 5. Muestras de Vidrios.

2.2. Preparación del espectrofotómetro

Según la ASTM [17], el espectrofotómetro es el equipo ideal para proporcionar datos del porcentaje de transmisión a las regiones ultravioleta, visible e infrarrojo cercano. También permite un barrido del espectro sólo en la región de interés.

En las pruebas se utilizó un espectrofotómetro. Permite que un haz de luz monocromática pase a través de una muestra y mide la cantidad de luz absorbida (Figura 4). Con la ayuda de un prisma, separa la luz en haces de diferentes longitudes de onda (como en el arco iris, con la separación de los colores de la luz blanca. Por lo tanto, un haz de luz monocromático (de una o casi una sola longitud de onda) puede pasan a través de la muestra.El espectrofotómetro muestra la cantidad de luz absorbida en cada longitud de onda y proporciona datos sobre la absorción, reflexión y transmisión del material para diferentes ángulos de incidencia.

UNICAM UV/VIS fue el dispositivo utilizado para las pruebas. Proporciona datos sobre absorción, reflexión y transmisión de los materiales probados. En virtud de nuestro objetivo, sólo se utilizó el modo de transmisión. Se utilizó una lámpara de tungsteno para todo el espectro. Las muestras se ensayaron a 0° con la incidencia normal (haz perpendicular a la muestra) y la incidencia de la gavilla estuvo de acuerdo con el recubrimiento de las muestras, ya que siguió las recomendaciones del fabricante tanto para acristalamientos simples como dobles analizados.

En el caso específico de la transmisión, se pueden generar gráficos con el porcentaje de transmisión para las regiones ultravioleta, visible e infrarrojo cercano y comparar los resultados entre sí o con un vidriado simple incoloro, por ejemplo, para la verificación de la eficiencia. de los acristalamientos respecto al nivel de iluminancia [7].

La información de los fabricantes de vidrio se limita a valores de resistencia mecánica, aislamiento acústico y transmisión energética de la radiación solar. Este último se trata de forma generalizada y los datos de la región visible y del factor solar ignoran el comportamiento del material ante la radiación ultravioleta e infrarroja. Los datos suelen referirse a la transmitancia de la incidencia de la radiación normal en la superficie, que se produce en un período de tiempo mínimo. Alguna información se refiere al coeficiente de ganancia de calor solar. Sin embargo, en la mayoría de los casos no se proporcionan datos sobre el infrarrojo, lo que dificulta un análisis individual y correcto del comportamiento espectral del vidrio.

La mayor concentración de infrarrojos se encuentra en el intervalo de 780 a 1500 nm y el porcentaje para longitudes de onda superiores a 1500 nm es muy pequeño. Por lo tanto, los análisis para el intervalo de 780 a 1100 nm utilizados en nuestra investigación son válidos. Este es el intervalo límite en el que el dispositivo utilizado realiza el barrido.

Los datos proporcionados por el espectrofotómetro permitieron crear curvas con los datos de transmisión y analizar la integración tanto de las áreas que corresponden a cada región del espectro (ultravioleta, visible e infrarrojo) como del área total de las curvas. Por tanto, la transmisión podría compararse en intervalos característicos.

2.3. Limpieza, Identificación y Fijación de la Muestra en el Dispositivo

Antes de las pruebas, las muestras se limpiaron con acetona y papel. No se utilizó agua, ya que los minerales ferrosos podrían reaccionar con las películas de algunos vidriados y dañarlos. Las muestras fueron identificadas mediante un marcador permanente en su espesor, ya que las caras principales no podían ser obstruidas. Luego de la limpieza e identificación, las muestras se almacenaron en un recipiente plástico y se cubrieron con papel de aluminio para que no se acumulara suciedad hasta el inicio de las pruebas.

Las muestras se fijaron cuidadosamente al dispositivo con cinta adhesiva para que la prueba no se dañara y las muestras no estuvieran inclinadas con respecto a la incidencia de la gavilla o que la gavilla no se enfocara en la cinta adhesiva. Las muestras de doble acristalamiento se montaron con ayuda de un dispositivo de papel duro y se fijaron con cinta adhesiva.

2.4. Descripción de las pruebas espectrofotométricas

El espectrofotómetro se ajustó al 100% de transmisión para la calibración. Luego se determinó una línea base para excluir cualquier posible error del equipo. Luego de la calibración, el equipo se mantuvo abierto para que se pudiera colocar la muestra en su interior (Figura 5).

Los acristalamientos con películas especiales (excepto el autolimpiante) fueron probados con la cara tratada, mirando hacia el interior del dispositivo y sin contacto con el haz de luz. Tal procedimiento se realizó de acuerdo con la recomendación del fabricante de que la cara debe mirar hacia la parte interna de la composición de vidriado para que el revestimiento esté intacto, ya que se oxida fácilmente cuando entra en contacto con el aire.

El software inició el procedimiento de barrido a 200 nm con el equipo cerrado y finalizó a 1100 nm. En esta prueba de caracterización espectrofotométrica se analizó un espectro de 200 a 1100 nm. En este intervalo se creó otra división y se generaron otros subintervalos para caracterizar las regiones ultravioleta (300 a 380 nm), visible (380 a 780 nm) y parte de la infrarroja (780 a 11 nm).

El proceso utilizó un gráfico generado con los resultados durante el barrido. Se ensayaron tres muestras de cada tipo de acristalamiento para establecer un valor medio de transmisión por intervalo total. El proceso se llevó a cabo con cuidado, especialmente en la fijación de la muestra, de modo que no se estableciera ninguna otra línea de base. Cada prueba se realizó durante 3 a 4 minutos (no se tuvo en cuenta el tiempo de preparación ni de limpieza).

Se emplearon los mismos procedimientos en las pruebas de las muestras de doble acristalamiento. La única diferencia fue el montaje de las muestras con ayuda de cinta adhesiva en el dispositivo de papel duro para la posterior fijación del conjunto al espectrofotómetro. Los datos obtenidos permitieron generar gráficos con las curvas de transmisión y la integración tanto de las áreas correspondientes a cada región del espectro analizado como del área total de las curvas, que se proporcionarán en los resultados.

Los resultados experimentales del espectrofotómetro se proporcionan en gráficos y tablas para una buena visualización de lo que ocurre en cuanto a transmitancia en el interior de los vidrios estudiados para cada muestra sometida a una incidencia normal (90°) de radiación. Dichos resultados se mostrarán por tipo de acristalamiento y en un gráfico y una tabla que incluye los ocho tipos de acristalamiento analizados.

Las muestras se analizaron en un intervalo que corresponde a una parte del espectro solar (de 100 a 1100 nm). Se realizó otra subdivisión para la caracterización de las regiones ultravioleta-UV (200 a 380 nm), visible (380 a 780) y parte de la infrarroja-IV (780 a 1100 nm). Los datos permitieron generar curvas integradas a las áreas de cada región del espectro, así como la integración del área total de las curvas para obtener los valores de transmisión de los acristalamientos.

En cuanto a la transmisión en la región visible, se recomienda el uso de acristalamientos cuya transmisión oscile entre el 30 y el 50%, ya que garantizan ambientes de nivel de iluminancia satisfactorio y permiten el desarrollo de actividades que requieren precisión del sistema visual. Se pueden establecer como parámetros [8] los siguientes intervalos de transmisión luminosa (LT):

El coeficiente LT debe estar entre el 30 y el 50% en superficies verticales y entre el 25% y el 40% en cubiertas. Además de la transmisión en la región visible, que suele ser el parámetro proporcionado por los fabricantes de acristalamientos, también se debe considerar la transmisión en los intervalos de ultravioleta e infrarrojos. Las curvas y tablas de resultados se discutirán en base a tales consideraciones y desde el punto de vista del confort térmico y la iluminación natural.

3.1. Vidrio A y Vidrio B: Control solar: translúcido y verde

La transmisión del Vidrio A con recubrimiento de control solar en los rayos UV es menor (9,24%) en comparación con un vidrio simple, como el Vidrio H (extra claro). La transmisión en la región visible ronda el 47,28% y en la infrarroja el 24,52%. Este último valor indica un menor calentamiento interno, en comparación con los vidrios analizados anteriormente (Figura 6).

El Vidrio B (control solar verde) mostró una gran disminución de transmisión en todas las regiones del espectro, principalmente en las regiones UV e infrarroja, con porcentajes del 2,85% y 4,80%, respectivamente. En cuanto a la transmisión visible, el valor fue del 14%. La transmisión en las regiones UV y IV ha confirmado las características de control solar del vidrio, que son menores en comparación con los vidrios flotados simples. En comparación con el vidrio H (extra claro, mayor transmisión en todas las regiones), por ejemplo, se encontraron diferencias del 28,8%, 58,78% y 81,38% en las regiones UV, visible y IV, respectivamente.

3.2. Vidrio C: Autolimpieza

El porcentaje de transmisión del Vidrio C (autolimpiante) en la región UV (17,03%) es un poco menor que el del Vidrio G (recocido flotador transparente). Respecto a la luz visible transmite un 82,52%, lo que garantiza una alta transmisión que favorece las condiciones de luz diurna. En términos de radiación infrarroja, su transmisión es cercana a la del Vidrio G (70,78%), lo que indica que su uso provocará un mayor calentamiento en el ambiente interior, aunque con una pequeña disminución de la radiación UV (Figura 7). En este caso, el revestimiento autolimpiante no provoca grandes diferencias en cuanto a transmisión en comparación con el Vidrio G (clear float recocido), un vidrio float, lo cual es una ventaja porque, además de una mayor iluminación natural y calefacción interna, una función de autolimpieza se espera.

3.3. Vidrio D y Vidrio E: Baja emisividad

Los dos tipos de vidrios con película de baja emisividad dieron lugar a valores de transmisión muy similares, con diferencias aproximadas del 1% en los intervalos analizados y del 0,4% en la transmisión total. La transmisión del Vidrio D (low-e) fue del 79,22% en la región visible, lo que puede considerarse fuerte y superior a la de los vidrios de control solar. Estos cristales reducen las pérdidas térmicas por radiación en invierno. El 52,75% de transmisión en la IV región favorece la calefacción (Figura 8).

El diferencial del Glass E es su emisividad inferior a la del Glass D. Sin embargo, en términos de transmisión, su comportamiento fue muy similar, con un 15,94% de transmisión en la región UV, un 78,07% en la región visible, un 54,38% en la región UV. IV y 57,10% de transmisión total. La principal diferencia de sus curvas con relación a las anteriores se encuentra en la región visible, a la que se llevó una transmisión un 1,15% mayor.

3.4. Vidrio F: Control Solar

La transmisión del vidrio de control solar Glass F (clear float), es de 10,19% en la región UV, 61,56% en la región visible y 20,47% en la región infrarroja analizada. Su porcentaje de transmisión en la región IV es inferior al de los vidrios analizados, lo que indica un menor calentamiento con su uso. En comparación con el Vidrio A (control solar), por ejemplo, muestra un aumento del 14% en la transmisión en la región visible, lo que sugiere mejores condiciones de luz diurna (Figura 9).

3.5. Vidrio G y Vidrio H: Flotado Simple

Los materiales transparentes incoloros suelen presentar comportamientos espectrofotométricos similares. La Figura 10 muestra que la transmisión del Vidrio H (extra claro) es alta en la región visible (88,92%) y en la región infrarroja (86,18%), lo que indica una fuerte transmisión luminosa. Además, favorece el calentamiento del ambiente interior, ya que presenta una alta transmisión en la región infrarroja. Tales características han confirmado su eficacia para su uso en estrategias de ganancias directas e indirectas, como muros Trombe e invernaderos, por ejemplo. Su característica como cristal extraligero también se ve confirmada por la alta transmisión en la zona visible.

Aunque también es un vidrio flotado, el Vidrio G muestra una menor transmisión de radiación ultravioleta en comparación con el Vidrio H (alrededor del 12%). Su transmisión en la región visible es cercana a la del Vidrio H (85,36%). Sin embargo, según el uso, si se busca un vidrio float de mayor bloqueo de las longitudes de onda del ultravioleta, el Vidrio G muestra una menor transmisión para este intervalo. Según el análisis de las características espectrofotométricas entre el Vidrio H y el Vidrio G, el primero se ha mostrado más adecuado para su uso en paredes Trombe.

Existen algunas hendiduras en el espectro solar debido a la absorción de parte de la energía radiante por parte de algunos de los gases que componen la atmósfera (Figura 2). Al comparar la composición del espectro solar con el comportamiento espectrofotométrico de vidrios flotados simples, se concluye que los vidrios flotados simples son muy transparentes a la radiación solar.

3.6. Doble acristalamiento 04 y 07

Se observó una disminución sustancial en todas las regiones del espectro del Vidrio 04, compuesto por el Vidrio B (control solar verde), una capa de aire y el Vidrio E (extremadamente baja emisividad). Destacan las regiones visible e infrarroja, que mostraron porcentajes del 25,15% y 2,63%, respectivamente. Los valores de transmisión más bajos entre todos los análisis en el intervalo infrarrojo han demostrado la eficiencia del uso de este tipo de acristalamiento (25,15%) en la disminución de las necesidades nominales de refrigeración en términos de transmisión visible (Figura 11). Se observa una disminución en la transmisión para la composición de un vidrio verde de control solar (exterior) y un vidrio de baja emisividad (interior).

El vidriado 07, compuesto por Vidrio C (autolimpiante), una capa de aire y Vidrio G (recocido flotado transparente), presentó el segundo mayor porcentaje de transmisión en la región UV (23,92%). Respecto a la luz visible, transmite un 70,34%, lo que garantiza una alta luminosidad natural. En términos de irradiación infrarroja, su transmisión es cercana a la del Vidrio D de baja emisividad (baja emisividad) y el Vidrio E (extremadamente baja emisividad), lo que indica que su uso puede calentar el ambiente interno, sin embargo, con una pequeña disminución en la transmisión de radiación UV (Figura 12). En este caso, el revestimiento autolimpiante no provocó diferencias en términos de transmisión respecto a la composición del doble acristalamiento con los vidrios de baja emisividad analizados.

En la Tabla 6 se muestra la transmisión en los intervalos analizados: ultravioleta, visible e infrarrojo de cada vidrio así como la transmisión total. Los valores más bajo y más alto están resaltados para cada intervalo de transmisión y transmisión total.

Tabla 6. Transmisión de radiación para las regiones ultravioleta, visible e infrarrojo cercano.

El Vidrio H, vidrio float extraclaro presenta los mayores porcentajes de transmisión de radiación respecto al resto de vidrios analizados, lo que ha confirmado su definición como vidrio float extraclaro y su eficiencia para su uso en sistemas de calefacción pasiva, como paredes Trombe. Los valores más bajos de transmisión total y en los intervalos visible e infrarrojo se encontraron para el doble acristalamiento 04, que emplea Vidrio B (control solar verde) en el panel exterior y Vidrio E (extremadamente baja emisividad) como en el panel interior. El resultado de transmisión más bajo se observó para el Vidrio B simple para la región ultravioleta.

Tal característica ha demostrado que el desempeño del vidrio verde era bueno para su uso en climas en los que la disminución de las necesidades nominales de refrigeración es una prioridad. Los resultados de estudios previos de simulaciones computacionales del rendimiento térmico han demostrado que las necesidades de energía de refrigeración eran las más bajas con el uso de dicho vidrio en el panel exterior, junto con el vidrio interior de baja emisividad E (extremadamente baja) [14]. En términos de transmisión total, los valores más bajos y más altos se encontraron para el doble acristalamiento 04 y el vidrio simple H, respectivamente (Figura 13).

Además del Vidrio H, que puede ser indicado para uso en paredes Trombe, hay que destacar el Vidrio G y el Vidrio C, que han mostrado los mayores valores de transmisión total en los intervalos característicos. La transmisión total del vidrio 07 (Vidrio C autolimpiante en el cristal exterior y Vidrio G-claro recocido float, en el cristal interior), principalmente en la región infrarroja, también ha demostrado su eficacia en cuanto a la disminución de las necesidades de energía térmica. . Los datos de transmisión de radiación solar están directamente relacionados con las condiciones de confort térmico, principalmente en relación con los resultados para el intervalo infrarrojo.

La Figura 14 muestra claramente los valores de transmisión máximo y mínimo para el Vidrio H (extra claro) y el acristalamiento 04, respectivamente. El vidrio B (control solar verde) permite una buena iluminación y debilita la radiación infrarroja en el intervalo analizado, reduciendo el calentamiento en esta región. Se sabe que los lentes verdes siempre tienden a disminuir la transmisión en longitudes de onda más largas.

Otro factor a destacar es la diversidad de comportamientos respecto a la transmisión que muestran las gafas (ver gráfico superior), incluso para materiales de características similares en cuanto a composición.

Según los resultados, los vidrios de control solar (incoloros, verdes, Vidrio F-claro flotador-control solar y Vidrio A-control solar) han mostrado poca transparencia al ultravioleta, por lo que pueden ser adecuados para escaparates, centros comerciales, museos. , e incluso residencias. En cuanto al control de la radiación solar ultravioleta, se destaca el vidriado 04, con la menor transmisión de esta región. Esta banda del espectro tiene un alto poder energético, lo que deteriora y decolora los materiales e incluso puede provocar enfermedades de la piel. Sin embargo, en algunas situaciones su incidencia puede ser importante, como en las áreas de recuperación de los hospitales, ya que es responsable de la síntesis de algunas vitaminas.

El vidrio C, que tiene un revestimiento autolimpiante, mostró un buen comportamiento térmico, según los resultados de simulaciones de rendimiento térmico de otras etapas de investigación [14]. Dichos resultados muestran que el desempeño de este vidrio es bueno, en cuanto a la disminución de las necesidades de energía térmica.

La Figura 14 también muestra una curva del posible comportamiento de un vidrio ideal en términos de transmisión de radiación, que varía en función del clima para el que será indicado el material. Por ejemplo, el vidrio considerado ideal para fachadas en regiones cálidas y expuestas diariamente a la radiación solar debe presentar una buena transmisión en la región visible y transmisión de luz en la infrarroja. El material debe permitir la entrada de luz y evitar la entrada de calor proveniente de las condiciones climáticas predominantes. Como el clima en Portugal es templado, el acristalamiento ideal debería funcionar como barrera contra la radiación ultravioleta, permitir el paso de la luz visible para favorecer la iluminación natural y permitir que una parte de la luz infrarroja promueva el calentamiento pasivo, de ahí el uso de vidrios de baja emisividad. es una buena indicación.

Si bien el estudio fue realizado para el clima de Portugal, se destaca que puede consultarse para su aplicación en otras localidades, según las necesidades que se busquen en la aplicación de vidriados adecuados al clima. Por ejemplo, si una aplicación en arquitectura requiere minimizar los problemas relacionados con el desvanecimiento de las superficies, se debe evitar el vidrio con mayor transmisión en la región ultravioleta. Si los objetivos de aplicación del acristalamiento son mejorar las condiciones de luz natural, se deberán buscar mayores valores de transmitancia en la región visible y, finalmente, si la principal característica de la aplicación del vidrio es minimizar el calor transmitido al interior, Se debe evitar el vidrio con alta transmitancia en la región infrarroja. Por tanto, este análisis de lo necesario a la hora de especificar el acristalamiento en función del clima (más o menos iluminación natural; más o menos transmisión de calor) se debe hacer primero y, conociendo la transmitancia del vidrio a aplicar en las tres regiones del espectro, es posible hacer que la especificación sea más adecuada al clima.

Según los resultados de las pruebas espectrofotométricas, el doble Vidrio B (control solar verde)—Vidrio E (extremadamente baja-e) (vidriado 04) ha mostrado una disminución sustancial de la transmisión en todas las regiones del espectro, especialmente en las regiones visibles ( 25,2%). Por su parte, el doble Vidrio C (autolimpiante)—Grista G (recocido float transparente) (vidriado 07) transmite el 70,3% de la luz visible, lo que garantiza mejores condiciones de luz natural.

El doble vidrio verde B—Glass E (acristalamiento 04) presentó el valor de transmisión más bajo en infrarrojos (2,6%) en términos de calor. Por tanto, dicho acristalamiento puede ser eficaz en la disminución de las necesidades nominales de refrigeración. Double Glass C—Glass G (acristalamiento 07) produjo una transmisión similar a la del low-e (47,9%) en términos de radiación infrarroja, lo que indica que su uso provocará un calentamiento más intenso en un espacio interior habitable.

Como el clima en Portugal es templado, el acristalamiento ideal debería funcionar como barrera contra la radiación ultravioleta y permitir el paso de la luz visible para favorecer la iluminación natural. En otras palabras, dicho acristalamiento debería permitir una buena transmisión en la región visible y una pequeña cantidad de calor del infrarrojo cercano para ayudar a calentar el ambiente interior. Los acristalamientos de baja emisividad presentan esas características ya que suelen mostrar un buen comportamiento térmico para climas templados. Los resultados de alta transmisión en el infrarrojo de algunos materiales analizados muestran su idoneidad para su uso en países de clima predominantemente frío.

Cada tipo de acristalamiento ha dado lugar a transmisiones distintas para cada banda del espectro solar. La concepción de un buen sistema de iluminación natural y de confort térmico requiere atención a la localización y orientación del edificio, pero también a las variaciones de la luz natural en función de las estaciones del año, el tiempo y las condiciones climáticas.

Los resultados de las pruebas espectrofotométricas muestran que definir la transmisión como adecuada sólo en función de la transmisión luminosa (en la región visible) del acristalamiento puede no ser correcto, ya que la transmisión en los demás intervalos también influirá en el confort térmico. También se debe tener en cuenta la dimensión de la zona acristalada, su orientación geográfica, latitud y época del año. En la evaluación de las condiciones de iluminación natural, por ejemplo, los niveles de iluminancia de un ambiente pueden ser adecuados mediante el uso de acristalamientos con diferentes porcentajes de transmisión visible mediante el cambio de tamaño de las ventanas. El nivel de iluminancia de un ambiente está relacionado no sólo con el tipo de acristalamiento sino también con la orientación solar, dimensión y disposición de la abertura y los obstáculos externos, colores de la superficie interna, entre otros factores.

Conceptualización, HMS y RC; Metodología, HMS y RC; Análisis formal, LB y MA; Investigación, HMS; Curación de datos, HMS; Redacción: preparación, revisión y edición del borrador original, HMS; Supervisión, LB y MA; Administración de proyectos, LB y MA; Adquisición de financiación, HMS Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Esta investigación fue financiada por la Ventana de Cooperación Externa Erasmus Mundus–ISAC: Improving Skills Across Continents (Acuerdo Marco de Asociación 2008-1021/001 FRAMEECW L16 Coimbra, Acuerdo de Subvención Específica 2008-3628/001-001-MUN-ECW).

No aplica.

No aplica.

Los datos que respaldan los resultados informados se pueden encontrar disponibles en línea en: https://repositorium.sdum.uminho.pt/.

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.