Protección solar y aislamiento de ventanas

Vamos a exponer en detalle, de  la información del «Manual de Protección Solar del cerramiento (Persianas, toldos y textiles)«, los parámetros a tener en cuenta en la protección solar de las ventanas.

En muchos artículos de nuestro blog, explicamos de forma sencilla las buenas propiedades aislantes de las ventanas de PVC. Este artículo, es de carácter más técnico y explica en detalle el cálculo de la protección solar del hueco, teniendo en cuenta los tres factores que son la transmitancia térmica, el factor solar y la transmitancia luminosa.

 

1.2. PARÁMETROS DE LA PROTECCIÓN SOLAR

A la hora de evaluar la protección solar en el hueco de un edificio, existen diferentes parámetros que ayudan a evaluar el comportamiento de los materiales / sistemas en relación a distintos parámetros: iluminacióneficiencia energéticavisión, etc. Estos parámetros se evalúan para elementos individuales (ej. el acristalamiento) o conjuntos de elementos (ej. acristalamiento + tejido, marco + acristalamiento + cajón, etc).

Tres son los parámetros que tienen especial importancia en la caracterización de un sistema de protección solar:

• La transmitancia térmica, Ug (en W/m2K).

Describe la transferencia de calor a través del vidrio, o del conjunto de elementos que conforman el sistema del hueco, debida a la diferencia de temperatura entre el lado exterior e interior del acristalamiento o del conjunto.

El valor U (medido en W/m2K) representa las pérdidas o ganancias energéticas a través de la ventana o el conjunto de elementos del hueco. Para una ventana sencilla (sin persiana) este coeficiente depende del valor U del acristalamiento (Ug) y del valor U del marco (Uf) y de la unión entre el acristalamiento y el marco (Ψg).
La transmitancia térmica de la ventana puede evaluarse mediante distintos métodos:

– La tabla F.1de la Norma UNE-EN ISO 10077-1,
o por cálculo utilizando:
– la norma UNE-EN ISO 10077-1 o,
– la norma UNE-EN ISO 10077-1 y UNE-EN ISO 10077-2
o por el método de caja caliente (ensayo) basado en:
– la norma UNE-EN ISO 12567-1 o
– la norma UNE-EN ISO 12567-2

Según sea apropiado.
El apartado 5 de la norma UNE EN ISO 10077-1 define la transmitancia térmica de la ventana sencilla, según la siguiente fórmula:

 

transmitancia térmica formula ventana

Donde: Ag = es la superficie del acristalamiento (m2). Ug = es la transmitancia térmica del acristalamiento (W/m2K). Af = es la superficie del marco (m2). Uf = es la transmitancia térmica del marco (W/m2K). lg = es el perímetro total del acristalamiento (m). Ψg = es el coeficiente de transmisión térmica lineal debido a los efectos térmicos combinados del marco, el vidrio y el intercalario, en el caso del doble acristalamiento (UVA) (W/mK).

En el caso de ventanas que incorporan cajón de persiana el cálculo de la transmitancia térmica del conjunto es el siguiente:

transmitancia térmica fórmula ventana cajón

 

UH la transmitancia térmica del hueco (ventana, lucernario o puerta) [W/m2K];
UH,v la transmitancia térmica del acristalamiento [W/m2K];
UH,m la transmitancia térmica del marco [W/m2K];
UH,p la transmitancia térmica de la zona con panel opaco o cajón de persiana [W/m2K];
Ψ v la transmitancia térmica lineal debida a la unión entre marco y acristalamiento [W/m2K];
Ψ p la transmitancia térmica lineal debida a la unión entre marco y paneles opacos o cajón de persiana [W/m2K];
AH,v el área de la parte acristalada [m];
AH,m el área del marco [m];
AH,p el área de la parte con panel opaco o cajón de persiana [m ];
l v la longitud de contacto entre marco y acristalamiento [m];
l p la longitud de contacto entre marco y paneles opacos o cajón de persiana [m];

 

Un sistema de protección solar desplegado completamente por delante de la ventana genera una cámara de aire adicional caracterizada por una resistencia térmica adicional, designada como ΔR (medida en m2K/W). El valor de ΔR se calcula de acuerdo con la norma UNE-EN 13125 y depende principalmente de la permeabilidad al aire del dispositivo y de la resistencia térmica de la cortina (designada como Rsh). El término cortina puede hacer referencia por ejemplo a un paño de persiana.
El efecto de la resistencia térmica adicional de una persiana o celosía en la ventana se calcula según la siguiente fórmula:

Uws = 1/((1/Uw)+ΔR)

Donde, Uw es la transmitancia térmica de la ventana y ΔR es la resistencia térmica adicional debida a la cámara de aire comprendida entre la ventana y el sistema de protección. Esta fórmula se define en la norma UNE-EN ISO 10077-1. Para una ventana dada, puede utilizarse para evaluar la mejora del valor U de la ventana provista de una persiana o celosía en posición desplegada.
La siguiente tabla aporta ejemplos de cálculo para tres valores diferentes de ΔR y tres tipos de ventanas. Los valores de ΔR considerados son:
• 0,08 m2K/W, por ejemplo una persiana exterior muy permeable
• 0,15 m2K/W, por ejemplo una persiana estándar enrollable de aluminio
• 0,25 m2K/W, por ejemplo una persiana enrollable estanca al aire

 

valores u ventanas protección solar

 

La persiana o la celosía disminuyen en todos los casos el valor de U de la ventana, lo que reduce las pérdidas de calor en invierno.

• El factor solar, g.

Indica el porcentaje de la energía solar incidente que finalmente se transmite al interior del recinto en forma de calor, siendo la suma de la transmisión energética (TE) directa y la parte reemitida al interior después de haberse calentado el vidrio. Cuando se trata del factor solar del acristalamiento y una protección solar adicional (por ejemplo un tejido), el parámetro a considerar es el gtot.

Como se indicaba antes, el valor g es el factor solar del acristalamiento, el valor gtot es el factor solar de la combinación de un acristalamiento y de un sistema de protección solar.
Se define:
 Factor solar: es el cociente entre la radiación solar a incidencia normal que se introduce en el edificio a través del acristalamiento y la que se introduciría si el acristalamiento se sustituyese por un hueco perfectamente transparente.
• Factor de sombra: es la fracción de la radiación incidente en un hueco que no es bloqueada por la presencia de obstáculos de fachada tales como retranqueos, voladizos, toldos, salientes laterales u otros.

El valor, tanto de g como de gtot, es un valor entre 0 y 1 (0 significa que no se transmite radiación al interior del recinto y 1 significa que se transmite toda la radiación).
El valor de g del acristalamiento se mide según la norma UNE-EN 410. Existen dos métodos para el cálculo del gtot de un sistema de protección solar asociado a un acristalamiento:
– Método simplificado dado en la norma UNE-EN 13363-1 (dispositivos de protección solar combinados con acristalamiento. Cálculo del factor de transmitancia solar y luminosa. Parte 1: Método simplificado).
– Método detallado dado en la norma UNE-EN 13363-2 (dispositivos de protección solar combinados con acristalamiento. Cálculo del factor de transmitancia solar y luminosa. Parte 2: Método de cálculo detallado).
En ambos métodos se tienen en cuenta las propiedades del acristalamiento y del material que constituye el dispositivo de protección solar.
Es habitual que los fabricantes de protecciones solares con tejidos aporten tablas de gtot para combinaciones de los tejidos con 4 tipos estándar de acristalamiento, denominados A (vidrio simple), B (vidrio doble), C (vidrio doble bajo emisivo) y D (vidrio doble bajo emisivo con control solar).
En el método simplificado de la norma UNE-EN 13363-1, se tiene en consideración el valor de U y el valor de g del acristalamiento y la transmitancia de energía y reflectancia del sistema de protección solar.
Las fórmulas empleadas son las siguientes:

Fórmulas transmisión energía factor solar

 

Donde:
te es la transmitancia solar de la persiana o celosía.
re es la reflectancia solar de la persiana o celosía.
ae es la absortancia de la persiana o celosía.
g es el factor solar del acristalamiento.
G1, G2 y G3 son valores fijos dados en la norma.
Estas fórmulas pueden aplicarse solo si la transmitancia y la reflectancia solar del dispositivo de protección solar están dentro de los siguientes rangos:
0 ≤ te ≤ 0,5 y 0,1 ≤ re ≤ 0,8
Y con el requisito adicional de que el factor solar del acristalamiento esté comprendido entre 0,15 y 0,85.

 

• La transmitancia luminosa, T (TLE).

Indica el porcentaje de luz visible que se transmite a través del acristalamiento o del conjunto de acristalamiento y protección solar desde el exterior al interior.

Como con el factor solar, es necesario distinguir entre la transmitancia visual del acristalamiento de forma independiente y de un acristalamiento en una ventana y utilizado con un sistema de protección solar (la designación en todos los casos es la misma, TLE).
El valor de la transmisión es un valor entre 0 y 1 (0 significa que no se transmite luz al interior del recinto y 1 significa que se transmite toda la luz). También puede expresarse en tanto por ciento.
Al igual que el factor solar, la aportación de luz natural se ve reducida por la instalación de elementos de protección solar.
Las normas para su cálculo son las mismas que para el factor solar: UNE-EN 410 para el acristalamiento y dos posibilidades para un sistema de protección solar combinado con un acristalamiento:
– Método simplificado dado en la norma UNE-EN 13363-1.
– Método detallado dado en la norma UNE-EN 13363-2.
En el caso del cálculo simplificado, las fórmulas para el cálculo son las siguientes:
– Sin persiana ni celosía, la transmisión que corresponde a la superficie del vidrio.

Fórmulas transmisión luminosa

 

Donde: tv es la transmitancia luminosa del acristalamiento. tv,blind es la transmitancia luminosa de la persiana o celosía. rv es la reflectancia luminosa del lado del acristalamiento sobre el que llega la radiación incidente. r’v es la reflectancia visual de lado opuesto del acristalamiento a la radiación incidente. Fuente: Manual de Protección Solar del cerramiento (Persianas, toldos y textiles) de ASEFAVE.