El acristalamiento , que deriva del inglés medio "vidrio", es una parte de una pared o ventana , hecha de vidrio . [1] [2] El acristalamiento también describe el trabajo realizado por un " cristalero " profesional . El vidriado también se utiliza con menos frecuencia para describir la inserción de lentes oftálmicas en la montura de unas gafas. [3]
Los tipos comunes de acristalamiento que se utilizan en aplicaciones arquitectónicas incluyen vidrio flotado transparente y tintado , vidrio templado y vidrio laminado , así como una variedad de vidrios revestidos, todos los cuales pueden acristalarse individualmente o como unidades de acristalamiento dobles o incluso triples . El vidrio transparente común tiene un ligero tinte verde, [4] pero varios fabricantes ofrecen vidrios especiales incoloros. [5]
El acristalamiento se puede montar en la superficie del marco de una ventana o del montante de una puerta , generalmente de madera , aluminio o PVC . El vidrio se fija en un rebajo (rebaje) en el marco de varias maneras, incluidos puntos de acristalamiento triangulares, masilla , etc. El vidrio templado y laminado se puede esmaltar atornillando los paneles directamente a una estructura metálica mediante pernos que pasan a través de orificios perforados.
El acristalamiento se usa comúnmente en colectores solares térmicos de baja temperatura porque ayuda a retener el calor recolectado.
El primer uso registrado de acristalamiento en ventanas fue por parte de los romanos en el siglo I d.C. Este vidrio era rudimentario, esencialmente un cilindro soplado, aplanado y poco transparente. En el siglo XI, se desarrollaron técnicas en las que el vidrio se hacía girar hasta formar un disco, creando una ventana circular más delgada, o se volvía a formar un cilindro, pero esta vez se cortaba de borde a borde y se desenrollaba para formar una ventana en forma de rectángulo. El método del cilindro más nuevo siguió siendo el método dominante hasta el siglo XIX y, por lo tanto, el tamaño de los paneles de vidrio individuales estaba limitado a las dimensiones de esos cilindros.
La producción continua de planchas fue inventada en 1848 por Henry Bessemer, quien dibujaba una cinta de vidrio a través de rodillos. Esto estandarizó el grosor del vidrio, pero su uso en la producción en masa estaba limitado por la necesidad de pulir ambos lados del vidrio después de la fabricación, lo que consumía mucho tiempo y era costoso. El proceso se fue perfeccionando lentamente a lo largo del siglo siguiente, y se agregaron esmeriladoras y pulidoras automáticas para reducir el costo.
El gran avance en la producción continua de vidrio a gran escala se produjo en la década de 1950 con el desarrollo del proceso de fabricación de vidrio flotado . El vidrio fundido se vierte sobre una superficie de estaño fundido, donde se aplana y se puede extraer formando una cinta. La ventaja de este proceso es que es escalable a cualquier tamaño y produce paneles de alta calidad sin necesidad de pulir ni esmerilar más. El vidrio flotado ha seguido siendo el tipo de acristalamiento más utilizado hasta la actualidad. [6]
El vidrio más común utilizado para esmaltar es el vidrio sodocálcico , que tiene muchas ventajas sobre otros tipos de vidrio. La sílice (SiO2) constituye la mayor parte de la composición de este material con un 70-75% en peso. La sílice pura tiene un punto de fusión que sería prohibitivamente costoso alcanzar con una fabricación a gran escala, por lo que se añade óxido de sodio (soda, Na 2 O), que reduce el punto de fusión. Sin embargo, los iones de sodio son solubles en agua, lo cual no es una propiedad deseada, por lo que se agrega óxido de calcio (cal, CaO) para reducir la solubilidad. El resultado final es un producto de alta calidad, transparente, relativamente barato de producir y que se recicla fácilmente. [7]
Aproximadamente entre el 25% y el 30% de los costos de energía de HVAC provienen del aumento y pérdida de calor a través del acristalamiento de las ventanas. [8] Por lo tanto, se han desarrollado múltiples métodos para minimizar la transferencia de calor a través del vidrio. El acristalamiento en sí es una barrera para la transferencia por convección, por lo que las dos estrategias para reducir la transferencia de calor se centran en minimizar la conducción y la radiación.
La estrategia para reducir la conducción es el uso de acristalamientos aislantes , donde se utilizan dos o más hojas de vidrio en serie, cada una separada entre sí por un espacio. Las ventanas de doble acristalamiento son la norma en las instalaciones residenciales nuevas, ya que ofrecen importantes ahorros de energía en comparación con el vidrio de un solo acristalamiento. Cada panel de vidrio individual tiene malas propiedades de aislamiento, con un valor R (aislamiento) , o medida de la resistencia de un objeto a la conducción de calor, de 0,9. Sin embargo, cuando dos paneles se colocan en serie con un espacio entre ellos, se mantienen en su lugar y se sellan con un espaciador, el gas quieto en el espacio actúa como aislante. El tamaño ideal del espacio varía según la ubicación, pero en promedio oscila entre 15 y 18 mm de espesor, lo que da un tamaño de ensamblaje final de 23 a 26 mm suponiendo un espesor de acristalamiento típico de 4 mm. [9] Una ventana de doble panel con aire en el espacio tiene un valor R de 2,1, que es mucho mejor que el 0,9 que produce un solo panel de vidrio. Una ventana de triple panel, que no es tan popular pero que se usa ocasionalmente en ambientes con temperaturas extremas, tiene un valor R de 3,2. Si bien estos valores son mucho más bajos que los de las paredes, que tienen valores R que comienzan en 12-15, la reducción en la transferencia de calor es sustancial. Aún se pueden obtener valores R más altos llenando el espacio con un gas menos conductor como el argón (o, menos comúnmente, criptón o xenón). [10] Un último método alternativo para reducir la conducción es crear y mantener un vacío entre los paneles de vidrio, logrando un valor R muy alto de 10 y minimizando en gran medida el espacio requerido entre los paneles a 2 mm, lo que produce un ensamblaje tamaño tan pequeño como 10 mm. Esta tecnología se lanzó comercialmente por primera vez en 1996 y, si bien se produjeron varios millones de unidades en las décadas siguientes, sigue siendo prohibitivamente costosa para la mayoría de los casos de uso y aún no ha visto una adopción generalizada. [11]
La estrategia para reducir la radiación implica recubrir el vidrio con una capa de baja emisividad (Low-E), que refleja gran parte de la luz infrarroja que incide sobre él. Hay dos tipos de recubrimientos de baja emisividad. [12] El primero es Solar Control Low-E, donde la intención es bloquear la radiación solar entrante, lo que reduce la ganancia de calor dentro del edificio y, por lo tanto, los costos de enfriamiento asociados con la eliminación de ese calor. Cuando se instala en una ventana de doble panel, el revestimiento se coloca en la cara interior del panel exterior y, opcionalmente, en la cara interior del panel interior para mejorar también el rendimiento aislante. Este tipo de revestimiento es más apropiado para climas dominados por la refrigeración y edificios con grandes cargas internas, donde el objetivo es principalmente evitar que los edificios se sobrecalienten.
En un clima dominado por la calefacción, el segundo tipo de revestimiento de baja emisividad es más apropiado. Se trata de Passive Low-E, donde el objetivo es retener el calor dentro del edificio. Estos recubrimientos no bloquean tanta luz infrarroja de onda corta del sol, pero sí bloquean cualquier luz infrarroja de onda larga proveniente del interior, funcionando como una especie de invernadero. Estos revestimientos se colocan en el panel interior de vidrio, en la cara exterior si se desea una menor ganancia de calor solar y en la cara interior si se desea una mayor ganancia de calor solar. Especialmente cuando se combinan con ventanas de doble o triple panel, los valores R logrados con revestimientos de baja emisividad pueden ser bastante altos, con una ventana de 3 paneles llena de argón con un revestimiento de baja emisividad que tiene un valor R de 5,4. . [10] Una desventaja de los recubrimientos de baja emisividad es que, si bien su objetivo principal es reducir la cantidad de luz infrarroja que pasa a través de la ventana, también reducen en cierta medida la cantidad de luz visible que la atraviesa, y el edificio puede incurrir en mayores costos. Como resultado, la demanda de iluminación.
Hay dos métodos para aplicar el recubrimiento Low-E al acristalamiento: Hard Coat y Soft Coat. Hard Coat se aplica dentro o directamente después del baño de estaño en el proceso de fabricación de vidrio flotado. Esto produce un recubrimiento que es muy duradero y económico, ya que se agrega durante el proceso de producción existente. Sin embargo, no es tan eficiente energéticamente y deja pasar más luz infrarroja que el método Soft Coat. El Soft Coat, en cambio, se aplica una vez fabricado y cortado el vidrio y suele ser más claro y mejor aislante. Sin embargo, el paso de fabricación adicional aumenta el costo de producción y el revestimiento se degradará cuando se exponga a los elementos, por lo que solo se puede colocar en las caras interiores de una ventana de doble panel. Generalmente, las ventanas de baja emisividad con control solar son de capa suave y las ventanas pasivas de baja emisividad son de capa dura debido a la menor emisividad de la capa suave. [13] [14]