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Cuádruple acristalamiento

Ventana estándar de cuatro cristales que se puede abrir
El acristalamiento cuádruple Q-Air en el edificio Deg 8 en Oslo, Noruega (2020). La renovación aporta un valor U g de 0,29 W/(m 2 K) [valor R 20

El acristalamiento cuádruple ( acristalamiento aislante de cuatro paneles ) es un tipo de acristalamiento aislante que comprende cuatro paneles de vidrio, generalmente equipados con un revestimiento de baja emisividad y gases aislantes en las cavidades entre los paneles de vidrio. El acristalamiento cuádruple es un subconjunto de los sistemas de acristalamiento de múltiples paneles (multicapa). El acristalamiento de múltiples paneles con hasta seis paneles está disponible comercialmente. [1]

El acristalamiento multicapa mejora el confort térmico (al reducir las corrientes de convección descendentes adyacentes al cristal de la ventana) y puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al minimizar la demanda de calefacción y refrigeración. El acristalamiento cuádruple puede ser necesario para lograr los niveles deseados de eficiencia energética en las regiones árticas [2] , o para permitir mayores proporciones de acristalamiento en los muros cortina sin aumentar la pérdida de calor en invierno. El acristalamiento cuádruple permite diseñar elementos de acristalamiento de edificios sin protección solar externa modulada, dado que la baja transmitancia térmica de tener cuatro o más capas de acristalamiento permite que la ganancia solar se gestione adecuadamente directamente mediante el propio acristalamiento de la ventana [3] . En los países nórdicos, algunos edificios existentes con triple acristalamiento se están actualizando para acristalamiento con cuatro o más capas [4] .

Características

Dependencia estacional de la transmitancia de energía solar directa en acristalamientos de múltiples paneles, medida y calculada con cielo despejado. [1]
Análisis de corrientes de aire frío descendentes en acristalamientos multicapa. [1]

Con acristalamiento cuádruple, se puede alcanzar fácilmente un valor U en el centro del panel (U g ) de 0,33 W/(m 2 K) [valor R 17]. [5] Con acristalamiento de seis paneles, se informó un valor U g tan bajo como 0,24 W/(m 2 K) [valor R 24]. [1] Esto trae varias ventajas, tales como:

Edificios energéticamente eficientes sin protección solar modulada
El valor de transmitancia térmica general deseado de la ventana inferior a aproximadamente 0,4 W/(m2 K ) es posible sin tener que depender de un sombreado externo modulado. Un estudio de Svendsen et al. demostró que con valores U de ventana tan bajos, el acristalamiento con una ganancia solar moderada tiene un rendimiento comparable al de un acristalamiento con un valor U comparable con sombreado externo variable y una ganancia solar alta. [3] Esto se debe a que con valores U generales mejorados, la demanda de calefacción de un edificio disminuye, hasta el punto de que la ganancia de calor solar en invierno por sí sola puede ser suficiente para calentar el edificio.


Dependencia estacional pronunciada de la ganancia solar
Debido a las reflexiones de Fresnel que dependen del ángulo de incidencia, las características ópticas de los acristalamientos de múltiples paneles también varían notablemente según la estación. Como la elevación media del sol varía a lo largo del año, la ganancia solar efectiva tiende a ser significativamente menor en verano. [1] El efecto también es visible hasta cierto punto a simple vista.


Comodidad para los ocupantes
En comparación con las ventanas tradicionales de doble o triple panel con sistemas de sombreado mecánicos o estructurales, el acristalamiento de múltiples paneles permite una visión más fácil entre los ambientes interiores y exteriores. Un valor U bajo mantiene las temperaturas del vidrio interior a un nivel más uniforme durante todo el año. Durante el invierno, las corrientes de convección descendentes (corrientes descendentes) son muy pequeñas, lo que permite que las personas sentadas cerca de una ventana de múltiples paneles se sientan tan cómodas junto a la ventana como lo harían si estuvieran sentadas junto a una pared sólida. [1] Sin embargo, la oclusión o el sombreado aún pueden ser necesarios para fines de privacidad.


Edificio con calefacción casi nula
En 1995 se predijo que con un valor U de acristalamiento de 0,3 W/(m2 K ) se podría conseguir un edificio sin calefacción. [6] También se ha demostrado [3] que la demanda de calefacción podría reducirse a casi cero en el caso de edificios acristalados con valores U del sistema tan bajos como 0,3 W/(m2 K ). Teóricamente, en verano, la demanda de refrigeración restante podría satisfacerse únicamente con generación fotovoltaica, y la mayor necesidad de refrigeración coincidiría casi con la incidencia de la luz solar más intensa sobre los paneles solares. [1] Sin embargo, en la práctica, podrían producirse desfases temporales entre la demanda de refrigeración y la producción de los paneles solares debido a factores como la humedad ambiental y la necesidad de deshumidificación, así como la inercia térmica del edificio y su contenido.

Ingeniería

Perfil de temperatura inducido por el calentamiento por radiación solar máxima del acristalamiento triple y cuádruple que comprende revestimientos de baja emisividad y relleno de gas argón. [1]

Los acristalamientos de múltiples paneles se diseñan a menudo con paneles de vidrio intermedios más delgados para ahorrar peso. [7] Para evitar que los paneles intermedios se agrieten por tensión térmica, a veces es necesario utilizar vidrio reforzado con calor. [7] [5] Con más de tres paneles de vidrio, se debe tener especial cuidado con las temperaturas del espaciador y del sellador, ya que los paneles de vidrio intermedios en contacto con estos elementos de acristalamiento pueden superar fácilmente los límites de temperatura de diseño de los respectivos materiales debido al calentamiento por radiación solar ( irradiancia ). [8]

Vista dependiente del ángulo a través del acristalamiento cuádruple desde el interior del edificio Deg 8 en Oslo.

El calentamiento por irradiación solar de los paneles de vidrio intermedios aumenta sustancialmente con un mayor número de paneles de vidrio. [1] [9] El acristalamiento de paneles múltiples debe diseñarse cuidadosamente para tener en cuenta la expansión de los gases aislantes que se colocan entre las capas de vidrio, porque dicha expansión gaseosa se convierte en una consideración cada vez más importante a medida que aumenta el número de paneles de vidrio. Se pueden incorporar respiraderos especiales, así como pequeños respiraderos que comuniquen entre los espacios de las capas, para controlar este efecto de abultamiento del vidrio. [10] [1] El análisis de elementos finitos se utiliza a menudo para calcular las resistencias adecuadas de las láminas de vidrio. El cálculo del equilibrio estático con paneles de vidrio delgados utilizados en acristalamiento de paneles múltiples puede implicar mecánica de placas no lineal. [11]

Actuación

Las ventanas de doble panel han sido el estándar de la industria durante décadas. Representan una gran mejora con respecto a las ventanas de un solo panel, pero el potencial de un ahorro de energía aún mayor con ventanas de mayor aislamiento ha sido difícil de alcanzar. Sin embargo, las recientes reducciones de precios en el vidrio delgado utilizado tanto en los teléfonos inteligentes como en los televisores de pantalla plana, así como en el gas criptón utilizado en las luces halógenas, han hecho posible construir ventanas de cuatro paneles más livianas y de alta eficiencia a un costo menor. Los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable evaluaron dos configuraciones de ventanas de cuatro paneles de Alpen High Performance (un fabricante estadounidense) en un edificio de oficinas en el Centro Federal de Denver. Ambas configuraciones tienen el mismo grosor y un peso comparable a una ventana de doble panel comercial estándar: un modelo utiliza dos capas de película suspendidas entre dos paneles de vidrio estándar, el otro reemplaza la película con dos paneles de vidrio ultrafino. Los investigadores descubrieron que, en promedio, las ventanas de cuatro paneles ahorraban un 24% de energía de calefacción y refrigeración en comparación con una ventana de doble panel de alto rendimiento. En el caso de construcciones nuevas y reemplazos de ventanas, las ventanas de cuatro paneles tienen una recuperación de la inversión de entre uno y seis años, dependiendo de la zona climática y las tarifas de los servicios públicos. [12]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcdefghij Kralj, Aleš; Drev, Marija; Žnidaršič, Matjaž; Černe, Boštjan; Hafner, Jože; Jelle, Bjørn Petter (mayo de 2019). "Investigaciones sobre acristalamientos de 6 hojas: Propiedades y posibilidades". Energía y Edificación . 190 : 61–68. doi : 10.1016/j.enbuild.2019.02.033 . hdl : 11250/2589488 .
  2. ^ Krick, Benjamin. "Acristalamiento óptimo en las regiones de Europa considerando la energía incorporada" (PDF) . Passive House Institute . Consultado el 3 de mayo de 2019 .
  3. ^ abc Vanhoutteghem, Lies; Skarning, Gunnlaug Cecilie Jensen; Hviid, Christian Anker; Svendsen, Svend (septiembre de 2015). "Impacto del diseño de ventanas de fachada en la energía, la iluminación natural y el confort térmico en casas de consumo de energía casi nulo" (PDF) . Energía y edificios . 102 : 149–156. doi :10.1016/j.enbuild.2015.05.018. S2CID  38055509.
  4. ^ Kristiansen, Øyvind Meyer. "Höegh Eiendom først i Norge med innovativ fasadeløsning". Enova . Consultado el 23 de mayo de 2019 .
  5. ^ ab Chmúrny, Ivan (enero de 2016). "¿Acristalamiento triple o cuádruple?". Applied Mechanics and Materials . 820 : 242–247. doi :10.4028/www.scientific.net/AMM.820.242. S2CID  111693176.
  6. ^ Feist, Wolfgang (1995). Erfahrungen mit Häusern ohne aktives Heizsystem . Darmstadt: IBK-Institut für das Bauen mit Kunststoffen.
  7. ^ ab "Unidad de vidrio aislante cuádruple". MEM4WIN . Consultado el 16 de febrero de 2020 .
  8. ^ Hombre estrella, Bojan; Maček, Andraž; Rusia, Primož; Obid, Stefan; Kralj, Aleš; Halilovič, Miroslav (19 de febrero de 2020). "Deformación del sello primario en unidades de acristalamiento de paneles múltiples". Ciencias Aplicadas . 10 (4): 1390. doi : 10.3390/app10041390 .
  9. ^ Grynning, Steinar; Jelle, Bjørn; Gustavsen, Arild; Gao, Tao; Time, Berit (2016). Tecnologías de acristalamiento multicapa: parámetros clave de rendimiento y perspectivas futuras. Aalborg, Dinamarca: CLIMA 2016 - Actas del 12.º Congreso Mundial de REHVA, vol. 2. págs. Artículo n.º 187. Consultado el 3 de mayo de 2019 .
  10. ^ Anderson, Martin; Simon, Nilsson (2014). "Abombamiento de unidades de vidrio aislante: análisis numérico y experimental". TVSM-5000 . Lund, Suecia: Universidad de Lund.
  11. ^ Halilovič, Miroslav; Maček, Andraž; Topo, Nikolaj; Koc, Pino; Plešnik, Filip; Rusia, Primož; Žnidaršič, Matjaž; Kralj, Aleš (1 de diciembre de 2023). "Determinación precisa del equilibrio estático en unidades de vidrio aislante bajo carga climática". Revista de ingeniería de la construcción . 80 . doi : 10.1016/j.jobe.2023.107955 . hdl : 20.500.12556/RUL-152298 .
  12. ^ https://www.gsa.gov/cdnstatic/Applied_Research/GPG%20048-Findings-Quad%20Pane%20Windows.pdf [ URL básica PDF ]

Enlaces externos