consideraciones tecnicas para la seleccion de una ventana termica
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CONSIDERACIONES TECNICAS PARA LA SELECCION DE UNA VENTANA TERMICA CONSIDERACIONES TECNICAS PARA LA SELECCION DE UNA VENTANA TERMICA ACLARACION: Este documento presenta los alcances técnicos de la nueva Reglamentación Térmica, que empezará a regir el 4 Enero 2007, en relación al cumplimiento térmico de las ventanas en las edificaciones con destino de uso vivienda. Sin embargo se aclara que el responsable único del correcto y completo uso de esta reglamentación es el profesional a cargo del proyecto. INDICE 05 Introducción 06 La ventana y el confort habitacional 08 La eficiencia energética de la ventana en la arquitectura 10 La reglamentación térmica y su impacto en el tamaño y ubicación de las ventanas 13 ¿Por que las ventanas de Indalum cumplen con la R.T.? 14 La incidencia de los perfiles en la pérdida de calor de una ventana 18 Tratamiento de la condensación y de la ventilación 23 Aspectos a tener en cuenta al momento de decidir por una ventana u otra 24 ¿Puede medirse la infiltración de aire en las ventanas? ANEXOS 28 Calculo de aislamiento térmico de ventanas 29 Transmitancia térmica de los acristalamientos 29 Temperatura de confort 32 Glosario 33 Tabla de presión y velocidad viento 34 Bibliografía INTRODUCCION Indalum S.A. tiene el agrado de presentarle su nuevo catálogo dedicado al tema de la reglamentación térmica, cuyo propósito es entregarle a ud. una herramienta con el cuál podamos modestamente, ayudarlo a introducirse en los nuevos requerimientos que en materia de transmisión térmica, empezarán a ser exigidas en nuestro país. Como es de su conocimiento, el Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, ha introducido una modificación a la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción incorporando en ella la llamada segunda etapa que normaliza el comportamiento térmico de la vivienda en lo que a muros, pisos ventilados y ventanas, se refiere. La reglamentación empezará a regir a partir del 4 de enero de 2007. Este catálogo se refiere en concreto a las ventanas y su relación con la envolvente completa de la vivienda, es decir, cómo interactúan los muros y las ventanas en algún proyecto determinado, en donde comparten un mismo espacio perimetral. Sin duda que para Chile esta nueva normativa representa un avance importante en materia de contribuir a mejorar las condiciones humanas de confort térmico, ahorrar en el consumo de energía residencial y a una menor contaminación ambiental. Indalum S.A. participó activamente dentro del Instituto de la Construcción en todas las etapas que dieron origen a la nueva normativa y por lo tanto, se ha preparado con tiempo para dar asistencia técnica a los profesionales de la construcción que necesiten conocer si su proyecto , en lo referido a ventanas, da cumplimiento o nó a las exigencias de transmisión térmica. En el catálogo ud. podrá encontrar una completa guía con datos que le permitirán estimar si el vano de su o sus ventanas en relación a la superficie de la envolvente, cumple o nó con los valores U exigidos y así evitar problemas a la hora de tramitar el permiso municipal correspondiente. Es importante que ud. tenga en cuenta que la norma dice explícitamente que la transmisión térmica de la ventana, se medirá cómo un todo y no se medirán separadamente sus componentes, es decir, el marco por un lado y el cristal por otro. Lo invitamos a recorrer sus páginas quedando desde ya a su entera disposición para asistirlo técnicamente en su proyecto. Lo saluda cordialmente, Indalum S.A. Santiago de Chile, octubre de 2006 05 LA VENTANA Y EL CONFORT HABITACIONAL EFICIENCIA ENERGETICA y HABITABILIDAD EN LA ARQUITECTURA La eficiencia energética (E.E.) busca optimizar el consumo de energía en la edificación, disminuyendo los costos asociados, pero sin reducir el confort habitacional para los usuarios. La condición térmica de una vivienda se evalúa por la temperatura, la humedad relativa interior y el riesgo de condensación los que a su vez están determinados por: las condiciones climáticas exteriores: temperatura, humedad, viento el diseño y forma de la vivienda, características térmicas de la envolvente la renovación y velocidad del aire el tamaño, orientación y ubicación de muros y ventanas Las ventanas son claves en la habitabilidad, ya que condicionan el diseño térmico y controlan el ingreso de la luz natural, la aislación acústica y la infiltración de agua. Las condiciones climáticas en Chile son diferentes a Europa y USA, lo cúal no permite usar las mismas soluciones implementadas en dichos países. Caracteristicas Climáticas en Chile Ciudad T. Interior T. Exterior Amplitud Radiación Solar Presión media Dirección confort diseño térmica Invierno (horizontal) Viento predom. (°C) (°C) (°C) (*) (w/m2) (Pa) Viento Santiago 21 3 1420 780 0.5 SW Concepción 21 3 1060 800 15.3 N Puerto Montt 21 0 1050 800 12.2 N (*) Diferencia entre temperaturas medias máximas y mínimas anuales Estos valores son referenciales y no son válidos para diseño. 06 FACTORES CRITICOS QUE INFLUYEN EN EL CONFORT HABITACIONAL El gráfico nos muestra la evaluación que le dan las personas a como se han solucionado los diferentes factores que influyen en el confort. Dentro de ellos los peor evaluados son: el bienestar térmico y la aislación contra el ruido. En concecuencia una buena ventana contribuye a mejorar el confort térmico y acústico. Bienestar térmico Invierno Satisfacción aislación ruidos 0.9 Percepción desarrikki actividades Percepción intimidad Percepción ruidos 0.8 Percepción privacidad Percepción tamaño 0.7 Satisfacción iluminacion 0.6 Luminocidad verano Satisfacción artefactos baño Satisfacción tamaño baño 0.5 Percepción Aspecto Satisfacción puertas 0.4 Percepciónservicio alcantarillado Satisfacción aislación térmica 0.3 0.2 Percepción servidio agua potable Percepción Calidad 0.1 Humedad 0 Satisfacción muros Satisfacción living-comedor Satisfacción cocina Satisfacción instalaciones alcantarillado Satisfacción instalaciones agua Percepción Servicio electricidad Satisfacción aislación lluvias Satisfacción ventanas Satisfacción dormitórios Satisfacción ventilación Satisfacción instalaciones gas Aislación visual Bienestar térmico verano Luminosidad invierno Satisfacción tabiques Satisfacción tamaño vivienda Satisfacción instalaciones eléctricas Fuente: Proyecto de investigación Fondef Conicyt, N° D00/1039: Guía de diseño para un hábitat residencial sustentable. 07 LA EFICIENCIA ENERGETICA DE LA VENTANA EN LA ARQUITECTURA CRITERIOS DE EFICIENCIA ENERGETICA PARA LA SELECCION DE VENTANAS La selección adecuada de la ventana para una vivienda requiere tener en mente los diferentes factores de performance energética y no-energética. PRINCIPALES FACTORES DE PERFORMANCE ENERGETICA: Aislación térmica: ganancias y pérdidas por diferencia de temperatura aire-aire entre el interior y el exterior. Control solar: ganancias de calor por radiación solar. Transmisión de luz: porcentaje de luz que ingresa respecto de la luz incidente. Fugas térmicas: debido a la ventilación (controlada) y a la infiltración (incontrolada) de las ventanas, puertas y celosías. ESTIMACIONES DE PÉRDIDAS DE CALOR EN UNA VIVIENDA: Aislación Térmica 1. Techo 10% 2. Paredes 35% 3. Piso 10% 4. Ventanas 25% 5. Infiltraciones 20% (ductos, celosías, logias, etc.) 08 % pérdida FORMAS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR 1. CONDUCCION Y CONVECCION DEL CALOR TRANSMITANCIA TERMICA TOTAL U: Fórmula: W/m2°C 0°C 21°C flujo de calor (por conducción y convección) dividido por el área y por la diferencia de temperatura entre el aire exterior e interior. la resistencia térmica es el inverso de la transmitancia: R = 1 U mientras más bajo sea el valor U, mayor es la resistencia de la ventana a los flujos de calor por conducción y convección. la reducción del U limita las pérdidas de calor en un edificio en la situación de invierno, quedando además limitadas las ganancias de calor en la situación de verano. el comportamiento térmico no es proporcional a la conductividad del material, sino que al valor U y a la superficie de la ventana. 2. GANANCIA POR RADIACION SOLAR SHGC (SOLAR HEAT GAIN COEFICIENT) Definición: es la fracción de la radiación solar incidente que se introduce en el edificio a través del acristalamiento (considera transmisión directa y re-radiación, después de la absorción). mientras más bajo sea el coeficiente SHGC, menos radiación solar es transmitida. La radiación solar es una onda electromagnética de frecuencia corta que se propaga en el vacío, sin requerir de un medio físico para su transmisión 09 10 1.6 1.1 0.6 5 6 7 18 14 12 50 40 25 21 MONOLITICO Vidrio 51 37 28 60 60 60 60 2.4 < U <3.6 W/m2C DVH 80 55 37 2.25 1.86 1.33 0.50 0.39 0.32 3.60 0.87 0.70 0.60 5.80 3.80 2.80 2.48 W/m2C 80 80 80 80 U W/m2C U U PONDERADO U 2.4 DOBLE VIDRIADO HERMETICO(*) % MÁXIMO SUPERFICIE RESPECTO A PARAMENTOS VERTICALES DE LA ENVOLVENTE VENTANAS Va l o r e s d e t r a n s m i t a n c i a t é r m i c a e n : ( W / m 2 ° C ) 0.62 0.90 1.66 0.25 0.33 0.52 0.58 m2C/W W/m2C 4.0 3.0 1.9 1.7 Rt U 1 2 3 4 ZONA MUROS 2.00 2.56 3.12 0.28 1.15 1.43 1.67 m2C/W Rt PISOS VENTILADOS LA NUEVA REGLAMENTACION TERMICA PARA PUERTAS Y VENTANAS DECRETO 192, PUBLICADO EN EL DIARIO OFICIAL DEL 04/01/06 LA REGLAMENTACION TERMICA Y SU IMPACTO EN EL TAMAÑO Y UBICACION DE LAS VENTANAS 11 10 13 15 27 59 3,0 1,9 1,7 1,6 1,1 0,6 Arica a Iquique Antofagasta a Valparaiso Santiago a Rancagua Curico a Los Angeles Collipulli a Villarica Frutillar a Chaiten Coyhaique a Pta Arenas ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 ZONA 5 ZONA 6 ZONA7 53 20 8 - - - - Albañiler. (mm) 12% 14% 18% 21% 25% 40% 50% (%) Max. % de ventana 75 40 20 20 20 - - Espesor aislación (mm) 0,49 0,82 1,32 1,32 1,32 - - valor U (W/M2°C) Muro H.A. con aislación mejorada 14% 19% 23% 28% 35% 40% 50% (%) Max. % de ventana 75 30 20 - - - - Espesor aislación (mm) 0,46 0,88 1,11 1,70 1,90 - - Valor U (W/M2°C) Muro de albañileria con aislacion mejorada 14% 18% 25% 21% 25% 40% 50% (%) Max. % de ventana 0,6 1,1 1,6 1,7 1,9 3,0 4,0 Valor U (W/M2°C) Aislacion Mínima Muro según R.T. Se consideró una resistencia superficial de ambas caras el muro igual a 0.17 [m2 °C/W] Para la albañileria de las zonas 3 y 4 se considero albañileria con ladrillos especiales Para la albañileria del resto de las zonas (1, 2, 5, 6 y 7) se consideró un muro de ladrillo macizo de 14 cm de espesor (K=0.6 [W/m °C) con 2.5 cm de estuco a cada lado (k=1.4[W/m °C] Para los muros de hormigón armado se consideró un espesor del muro de 20 cm con un k del hormigón = 1.63 [W/m °C] Todas las aislaciones se diseñaron agregando una capa de poliestireno expandido (de diferentes espesores expresados en mm) y considerando un k de EPS = 0.043 [W/m °C] U vidrio monolítico = 5.8 [W/m2 °C] y U doble vidrio hermético (Dvh) = 3.1 [W/m2 °C] (con separador de 12 mm), según valores obtenidos de la NCh853.Of91 El valor U de 5.8 [W/m2 °C] para cristales monolíticos incoloros es válido para espesores entre 3.0mm y 10.0mm El valor U de 3.1 [W/m2 °C] para dobles vidrios herméticos (Dvh) considera 2 cristales incoloros con 4mm de espesor y con cámara de aire de 10mm Los porcentajes máximos de ventanas se calcularon según el método del U ponderado U expresado en [W/m2 °C] 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) NOTA: en la elaboracion de la tabla anterior se han hecho los siguientes supuestos: Tabla realizada con la colaboración técnica del Ing. Adelqui Fissore, U. de Concepción 28% 37% 51% 60% 60% 60% 60% (%) Max. % de ventana Muros considerando los valores máximos de U exigidos por la reglamentación DVH INCOLORO: U = 3.1 (10) * El porcentaje máximo de ventana se expresa como el % de área de vanos respecto al % total de paramentos verticales de la envolvente (incluyendo medianeros y muros divisorios) 2 - 4,0 CIUDADES H.A. (mm) Espesores Minimos aislacion EPS (mm) requerida para muros ZONA TERMICA Valor U (W/m2°C) Valor Exigido para Muro según R.T. Muros considerando los valores máximos de Muro de hormigón armado con suplemento Muro de albañineria de ladrillo con suplemento U exigidos por la reglamentación extra de aislación extra de aislación VIDRIO MONÓLITICO: U = 5,8 (10) MAXIMO PORCENTAJE DE VENTANAS DE ALUMINIO POR ZONA TERMICA 12 ¿POR QUE LAS VENTANAS DE INDALUM CUMPLEN CON LA R.T.? 1) cumplen con los valores de U exigidos por la reglamentación. 2) los accesorios que se usan en los sistemas Xelentia, Superba y Superba RPT han sido homologados previamente por Indalum para asegurar que reduzcan al máximo posible las infiltraciones de aire. 3) en el Manual de Instalación de Ventanas IBS de Indalum, se detalla cuál es el procedimiento correcto para asegurar una adecuada instalación de las ventanas, con especial referencia a las soluciones de sello. 4) para minimizar los riesgos de una inadecuada fabricación e instalación, Indalum dispone de una red nacional de armadores acreditados, los cuales reciben permanente entrenamiento en el Instituto del Aluminio (IA) de Indalum. 5) para aclarar cualquier duda de proyecto respecto de la aplicación de la Reglamentación Térmica, Indalum ofrece a los arquitectos y constructoras su servicio SEP, (Especificación Detallada de Planos); así como también está a disposición de los clientes un servicio ATO, de Asistencia Técnica en Obra. A partir del 4 de enero del 2007 entrara en vigencia, a través de una modificación de la OGUC, la nueva reglamentación térmica en Chile para todas las edificaciones con destino a vivienda. 13 LA INCIDENCIA DE LOS PERFILES EN LA PERDIDA DE CALOR DE UNA VENTANA CRITERIOS DE EFICIENCIA ENERGETICA PARA LA SELECCION DE VENTANAS Estudio térmico de ventanas La Universidad de Concepción realizó un estudio llamado: Evaluación de la incidencia de los perfiles de la ventana en la pérdida de calor de una vivienda, con el objeto de determinar los factores más críticos en las pérdidas de calor de una ventana. El estudio consideró las siguientes variables de análisis: 2 viviendas típicas en Chile, una de 32 m2 y otra de 142 m2 de superficie, con las soluciones constructivas de muros y techumbres más frecuentes. Las ubicaciones consideradas son: Santiago, Concepción y Puerto Montt. Las orientaciones utilizadas son: norte, este, sur o/y oeste. Se supuso una superficie de ventanas igual al máximo admisible de vidrio simple por ciudad: Santiago: 25%, Concepción: 21% y Puerto Montt: 14%. Las soluciones de cristales consideradas: cristal simple y doble vidriado hermético Las infiltraciones de aire usadas son: 15 (m3/m2 h) para las ventanas reforzadas y 30 (m3/m2 h) para las ventanas sin refuerzos. A continuación se presentan los principales resultados: Tipos y tamaños de las ventanas a considerar en el estudio: Se considerarán diferentes tipos de ventanas según se detalla a continuación: Descripción 14 Dimensiones Ventana corredera antepecho 1,6 x 1,3 m Ventana corredera piso-cielo 3,2 x 2,2 m Ventana fija 1,6 x 1,3 m Ventana proyectante y abatibles 1,6 x 1,3 m Valores promedios de Transmitancia térmica: La siguiente tabla muestra los valores de U promedio para los 4 tipos de ventanas consideradas en el estudio: %Marco Uw, 1v Aluminio 15.5 5.97 3.63 Aluminio RPT 23.8 5.43 3.43 Plástico normal 18.2 5.21 3.10 Plástico alta calidad 26.2 4.90 3.00 Tipo de marco Uw, 2v Las variables indicadas en la tabla son las siguientes: Atot: área total del vano incluido marco y vidrio Avidrio: área de la porción del vidrio. Área traslucida de la ventana % Marco: porcentaje de la superficie del marco con respecto a la superficie total de la ventana Uw.1V : U promedio de la ventana como conjunto para el caso de 1 vidrio simple monolítico Uw.2V : U promedio de la ventana como conjunto para el caso de doble vidriado hermético. RESULTADOS DEL ANÁLISIS TÉRMICO: Ubicación de la vivienda y tipo de cristal: Se analizó la incidencia energética de la ubicación de la vivienda, para lo cual se consideran 3 ciudades. Se aísló diferenciadamente los muros y techumbres según requerido por la Reglamentación Térmica para cada ciudad. Santiago Concepción Puerto Montt Consumo Energía Consumo Energía Consumo Energía (kWh al año) (kWh al año) (kWh al año) Ventana de aluminio con vidrio simple 26,690 26,680 21,667 Ventana de aluminio con doble vidrio 22,090 22,080 18,498 - 0% - 18% - 17% - 17% - 15 Tipo de ventana Variación por ubicación, respecto a Santiago: Variación por tipo de cristal: 15 Orientación de la vivienda: Se analizó la orientación de la vivienda, para lo cual se considero una rotación sobre los 4 puntos cardinales para una vivienda ubicada en Santiago, aislada según requerido por la Reglamentación Térmica. Tipo de ventana Ventana de aluminio Norte Sur Este Oeste Consumo Energía Consumo Energía Consumo Energía Consumo Energía (kWh al año) (kWh al año) (kWh al año) (kWh al año) 5,633 6,324 5,991 5,972 + 12% + 6% + 6% con vidrio simple Variación Hermeticidad de la ventana: Se analizó la incidencia energética de la hermeticidad de la ventana, para lo cual se consideran 2 niveles de infiltración de aire, uno de 15 (m3/m2 h) y uno de 30 (m3/m2 h). Se aísló los muros y techumbres según requerido por la Reglamentación Térmica. Santiago Tipo de ventana Nivel de infiltración Consumo Energía (m3/m2 h) (kWh al año) 15 5783 30 7980 Ventana de aluminio alta hermeticidad Ventana de plástico baja hermeticidad Variación + 38% Iluminación Natural: debido a la mayor capacidad estructural del aluminio respecto del Pvc, las ventanas de aluminio ocupan una superficie inferior del vano y por ello permiten una mayor captación de luz natural, con los consiguientes beneficios de confort habitacional y menor consumo energético. Tipo de marco 16 % superficie Variación Marco % Aluminio 15.5 - Aluminio RPT 23.8 + 53% Plástico normal 18.2 + 17% Plástico europeo 26.2 + 69% CONCLUSIONES: Considerando la nueva reglamentación térmica (2° etapa) se puede concluir que en las condiciones reales de temperatura y radiación en Chile, y considerando las tipologías constructivas más típicas, las prioridades de inversión en mejoramiento energético son las siguientes: Aprovechar al máximo posible la orientación, ubicación y dimensiones de las ventanas. Usar ventanas que tengan un buen nivel de hermeticidad, para reducir las pérdidas por infiltraciones de aire. Incorporar termopaneles en las ventanas para mejorar la transmitancia térmica y reducir las pérdidas de calor en invierno. La pérdida de calor a través de los perfiles depende del material de los mismos, así como de la geometría de su sección y de la manera de sujetar los vidrios. En el caso de las ventanas de aluminio esta incidencia es menor, ya que la perfilería representa un 15% aproximado de la superficie del vano. Uso de sistemas de recolección de las aguas de condensación, para evitar que se mojen los muros. 17 TRATAMIENTO DE LA CONDENSACION Y DE LA VENTILACION LA CONDENSACION EN LAS VIVIENDAS La condensación es un fenómeno que aparece en las viviendas y que depende principalmente del diseño del edificio y de las condiciones de uso de la vivienda. En dichas condiciones de uso, influyen sensiblemente los siguientes factores: En el exterior: el sol, la lluvia, la temperatura y la humedad del aire. En el interior: la calefacción, el vapor de agua de la cocina o del baño y el tipo de ventilación. Además está presente la humedad cedida al ambiente por las personas o por las plantas. Por ejemplo, una planta como el ficus libera cerca de 20 gr/hr de vapor de agua. Las personas aportan al ambiente casi 40 gr/hr. Si en un ambiente interior permanecen, por ejemplo, 3 personas durante 8 horas, el aporte de humedad es de casi 1 litro, al cual se suma el vapor de agua proveniente de la cocina y del baño. Por lo tanto, al interior de una vivienda puede llegar a formarse muchos litros de agua al día, que se agregan a la humedad ya presente en el aire ambiental. PUNTO DE ROCIO El aire es una combinación de diversos gases y de una cierta cantidad de vapor de agua que produce una presión en su interior. Cuando se alcanza la presión de saturación, el vapor de agua sobrante se transforma en líquido. Tiene lugar la condensación que ocurre a una cierta temperatura llamada punto de rocío. La difusión del vapor a través de un cerramiento (ventana) tiende a igualar las presiones de vapor. El vapor se transfiere desde el ambiente con más presión (normalmente el interior, más caliente y capaz de contener más vapor de agua) hacia el de menor presión (normalmente el exterior más frío). Cuando el aire húmedo y caliente se encuentra con una superficie fría, baja su temperatura y desprende, por condensación, el vapor de agua excedente, ya que el aire frío no puede contener tanto vapor como el caliente. Esta condensación puede ocurrir tanto en la superficie del cerramiento como en su interior. 18 HUMEDAD RELATIVA ( H.R. ) El aire puede contener una determinada cantidad de vapor de agua en función de su temperatura. Por ejemplo , a 20 °C un m3 de aire puede contener hasta 17,3 gr de agua, llegando al punto de saturación con el 100% de humedad relativa. A 0 °C puede contener solo 4,8 gr, siempre con el 100% de h.r. En la medida que aumenta la temperatura del aire, más crece su capacidad de absorción y de saturación. Con el 100% de h.r., el aire está completamente saturado, con el 50% está saturado a la mitad y puede todavía absorber la misma cantidad. La humedad relativa ideal para las personas fluctúa entre 40 y 60%. SOLUCIONES Naturalmente el primer remedio para evitar el exceso de humedad relativa del aire es la ventilación controlada de los locales, tratando de realizar los recambios del aire ambiental. El riesgo de formación de condensación es evitable aumentando la aislación de las paredes y de las ventanas expuestas al exterior, y que tienden a tener una temperatura del lado interno más baja, que el de las otras paredes. Es igualmente importante disponer de un sistema de recolección y evacuación de aguas de condensación (a través de un adecuado diseño de los perfiles con aletas). También ayuda mucho a reducir el fenómeno de la condensación una buena disposición de la calefacción y del alhajamiento interior, el cual debe favorecer la circulación de aire. RESISTENCIA TERMICA Los cerramientos que dan al exterior tienen esencialmente la función de mantener al interior del edificio un microclima en forma independiente de las variaciones del clima externo. Además deben simultáneamente respetar las exigencias de iluminación, que pueden estar en contraposición con las prestaciones de aislación térmica. El parámetro fundamental con el cuál es evaluado esta importante función es el coeficiente de transmisión térmica , llamado comúnmente: U. 19 FACTORES PSICOLOGICOS ASOCIADOS A LA CONDENSACION A los factores técnicos ya mencionados, hay que agregar los siguientes de tipo psicológico: Si la ventana tiene un vidrio monolítico y de bajo espesor, la condensación aparecerá contemporáneamente sobre el vidrio y el marco siendo más relevante lo que pasa con el vidrio por ser la superficie mayor (casi 90%), el usuario tiende a responsabilizar al marco de aluminio del problema de la condensación buscando la solución por este lado y frustrándose por no terminar con su problema al tomar un camino equivocado. En realidad, la formación de condensación en la ventana no es un fenómeno grave en sí mismo, por que no hace más que indicar la existencia de un contenido de humedad presente en el ambiente y que se podrá depositar en los materiales porosos (como cielos y muros) dando origen a hongos y otras patologías.. Por el contrario, y paradojalmente, la condensación constituye una substracción de humedad del ambiente: esto es un efecto positivo, especialmente si la condensación es canalizada en la base de la ventana y luego es evacuada al exterior. Pero la impresión psicológica sobre el usuario es negativa, porque la condensación es interpretada erróneamente como una creación de humedad. DIAGRAMA DE AIRE HÚMEDO Gramos de vapor de agua por m3 Temperatura de condensación o 20 tsi = ti - U * Rsi * (ti - te) Temperatura CHEQUEO DE LA CONDENSACION ¿CÓMO EVITAR LA CONDENSACION SUPERFICIAL? Para evitar la condesación superficial es necesario cumplir con la siguiente condicion termica. Tsi > Tr En donde: Tsi = Tr = temperatura de la superficie interior temperatura o punto de rocío del ambiente interior CALCULO DEL PUNTO DE ROCIO Tr (°C) T aireHr máx HUMEDAD RELATIVA °C gr/m3 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 2 5.6 -9.0 -7.7 -6.5 -5.4 -4.4 -3.4 -2.6 4 6.4 -7.4 -6.1 -4.9 -3.7 -2.7 -1.8 -0.9 6 7.3 -5.8 -4.4 -3.2 -2.1 -1.0 -0.1 -0.9 8 8.3 -4.2 -2.8 -1.6 -0.4 10 9.4 -2.6 -1.2 0.0 12 10.7 -1.0 0.4 14 12.1 0.6 16 13.6 18 -1.8 -1.0 -0.2 0.5 1.0 1.7 2.5 3.0 -1.9 -2.8 -3.7 -4.5 -5.0 0.0 0.9 0.7 1.8 2.9 3.8 4.8 5.7 6.5 7.0 1.4 2.6 3.7 4.8 5.8 6.7 7.6 8.4 9.0 1.9 3.2 4.5 5.7 6.7 7.7 8.7 9.6 10.4 11.0 2.3 3.7 5.1 6.4 7.5 8.6 9.7 10.6 11.5 12.4 13.0 2.4 4.1 5.6 7.0 8.2 9.4 10.5 11.6 12.5 13.5 14.3 15.0 15.4 4.2 5.9 7.4 8.8 10.1 11.3 12.4 13.5 14.5 15.4 16.3 17.0 20 17.3 6.0 7.7 9.3 10.7 12.0 13.2 14.4 15.4 16.4 17.4 18.3 19.0 22 19.4 7.8 9.5 11.1 12.5 13.9 15.1 16.3 17.3 18.4 19.4 20.3 21.0 24 21.8 9.6 11.4 12.9 14.4 15.8 17.0 18.2 19.3 20.3 21.3 22.2 23.0 26 24.4 11.3 13.2 14.8 16.3 17.6 18.9 20.1 21.2 22.3 23.3 24.2 25.0 28 27.2 13.1 15.0 16.6 18.1 19.5 20.8 22.0 23.1 24.2 25.2 26.2 27.0 30 30.3 14.9 16.8 18.4 19.9 21.4 22.7 23.9 25.0 26.2 27.2 28.2 29.0 35 39.4 19.3 21.3 23.0 24.6 26.0 27.4 28.7 29.9 31.0 32.1 33.1 34.0 40 50.7 23.9 25.8 27.6 29.2 30.7 32.1 33.5 34.7 35.9 37.0 38.0 39.0 45 64.5 28.3 30.3 32.2 33.8 35.4 36.9 38.2 39.5 40.7 41.9 42.9 44.0 50 82.3 32.7 34.8 36.7 38.4 40.1 41.6 43.0 44.3 45.6 46.8 47.9 49.0 Nota: si T aire = a 18°C y H.R. = 70% entonces Tr = 12.4°C 21 CALCULAR EL PUNTO DE ROCÍO O CONDENSACIÓN Definición Ti = Te = U = temperatura ambiente interior temperatura ambiente exterior transmitancia térmica de la ventana Cerramientos verticales: flujo de calor horizontal, U en kcal/hm2°C Ti - Te (°C) K=0.50 30 K=1.00 K=1.50 K=2.00 25 20 K=2.50 15 K=3.00 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Tsi - Ti (°C) Cristal Ti (°C) H.R. (%) T rocio (°C) Te (°C) DVH + Lowe 18 70% 12.4 0 DVH + Monol 18 70% 12.4 Monol Incoloro 18 70% 12.4 Ti Te U (Kcal/hr* m2°C) Ti T si T si T si > T r 18 1.5 3.6 14.4 No condensa 0 18 2.5 5.5 12.5 En el límite 0 18 5.0 10.0 8.0 Si condensa Nota: DVH = Doble vidrio hermético Se observa que con las condiciones de T° y H.R. supuestas el cristal monolítico incoloro condensa, mientras los DVH no condensan. 22 ASPECTOS A TENER EN CUENTA AL MOMENTO DE DECIDIR POR UNA VENTANA U OTRA Las fugas térmicas son una importante fuente de ineficiencia energética Debido a la ventilación (controlada) y a la infiltración incontrolada de las ventanas ya sean de corredera o de abatir, puertas y celosías, es importante asegurar que entre marco y hoja exista una adecuada hermeticidad. Para ello el énfasis debe ponerse en: Las felpas Los burletes Los sellos Los mecanismos de cierre Los talones de apoyo en la parte inferior de las puertas FUGAS DE AIRE: Aberturas incontroladas en las ventanas pueden anular la inversión en cristales especiales y en sistemas de cierre. Control de ingreso de aguas por techumbre Sellos de marcos a muros Sellos batientes a marcos Sellos vidrios a batientes Control de pérdidas térmicas incorporando sellos en jambas, dinteles, marcos, etc. 23 ¿PUEDE MEDIRSE LA INFILTRACIÓN DE AIRE EN LAS VENTANAS? Efectivamente existen ensayos de hermeticidad para las ventanas, los cuales son realizados en los laboratorios competentes bajo la NCh 888 Of. 2000. En general, las ventanas practicables (o de doble contacto) exhiben mejor hermeticidad al aire que las ventanas correderas: 15 m3/h*m2 contra 30 m3/h*m2 respectivamente. Por otra parte, las pruebas de presurización (en terreno) de viviendas muestran que las infiltraciones totales aumentan debido a las fugas existentes en toda la envolvente (encuentros, ductos, celosías, puertas, etc.). Las puertas que dan hacia el exterior generan fugas importantes y deben prever talones de apoyo y sistemas de sellos. 1. SOLUCIONES PARA LOGRAR UNA MEJOR HERMETICIDAD DE LA VENTANA Zonas de vientos fuertes: Es recomendable instalar ventanas de proyección o doble contacto con cierres multipuntos o doble cierre cuando el ancho sea mayor a 1 metro. En las uniones los burletes deberán ser continuos, sin cortes y se deberá aplicar un adecuado sello. Las felpas no pueden dejar de colocarse Se deberán colocar deflectores de viento en los rieles inferiores 24 SOLUCIONES ARQUITECTÓNICAS VENTILACION NATURAL CRUZADA 25 2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO Y TIPOS DE VENTANAS Desde el punto de vista de las pérdidas de energía a través de las ventanas, éstas dependen sólo de las temperaturas interiores y exteriores. En efecto, una ventana al Norte pierde tanto como una al Sur; la diferencia estriba en su aporte de energía según la captación solar. Como criterio general podemos decir que en climas fríos las ventanas con doble vidrio son recomendables y necesarias, por cuanto las pérdidas de energía al exterior se reducen considerablemente. En zonas más templadas puede ser suficiente una ventana de un sólo vidrio, con los límites de porcentajes de ventana indicados en la página 11. La decisión final debe ser tomada sólo después de realizar los cálculos térmicos. La orientación más conveniente desde el punto de vista de captación de energía solar y para evitar sobrecalentamiento en verano, es la ventana al Norte (complementada con aleros). En la zona central la ganancia directa por una ventana al Poniente implicará sobrecalentamiento en verano por ganancia solar excesiva. La ventana Oriente no podrá en cambio acumular energía para un periodo nocturno. La ventana Sur captará radiación difusa solamente. Considerar la ventilación natural (controlada y evitar las infiltraciones indeseadas), iluminación natural e inercia térmica de la edificación, para evitar grandes oscilaciones interiores de temperaturas. CONCLUSION Para obtener la mejor solución térmica de las ventanas de un proyecto, el arquitecto deberá evaluar los tipos de ventanas a usar (de proyección, de abatir, correderas) y deberá definir las dimensiones y ubicaciones de las mismas que optimicen el comportamiento energético de la vivienda, y asegurando al mismo tiempo la mayor cantidad de iluminación natural. 26 3. CRITERIOS PARA DETERMINAR LA DIRECCIÓN DEL VANO a) Trayectoria del sol 90° 90° 80° 80° 70° 70° 60° 60° 50° 50° 40° 40° 30° 30° 20° 20° 10° 10° 0° 120° 110° 100° W 80° 70° 60° 50° 40° 30° 20° 10° N 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 0° E 100° 110° 120° Fecha: Diciembre 21 Latitud: 33 grados Sur 90° 90° 80° 80° 70° 70° 60° 60° 50° 50° 40° 40° 30° 30° 20° 20° 10° 10° 0° 120° 110° 100° W 80° 70° 60° 50° 40° 30° 20° 10° N 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 0° E 100° 110° 120° Fecha: Junio 21 Latitud: 33 grados Sur b) Dimensionamiento del vano 2 1- dibuje el muro a escala. 3 2- dibuje la línea con la posición del sol en verano desde la parte inferior del vano. 4- dibuje la línea según la posición del sol en invierno desde la parte inferior del alero. 2.4 metros 3- dibuje el alero hasta que intersecte la línea de la posición del sol en verano. 5 4 40 grados 1 80 grados 5- use una pared sólida sobre la línea donde llega el sol de invierno, la porción restante debe ser vidriada. c) Conclusion Cuando las ventanas están bien dimensionadas y orientadas resultan beneficiosas para la eficiencia energética de la vivienda. La simulación energética permite evaluar en fase de proyecto la superficie óptima y los beneficios esperados 27 VENTANAS QUE CUMPLEN CON LA REGLAMENTACIÓN: ANEXOS A) CALCULO DE AISLAMIENTO TERMICO DE VENTANAS Formula cálculo A U + AfUf + IgYg UW = g g Ag + Af U ventana: según norma ISO 10077-1 Donde: A: superficie [m2]. Corresponde a la superficie del vidrio U: coeficiente global de transferencia de calor [W/m2C] L: perímetro [m] Y: coeficiente lineal de transferencia de calor que considera el efecto combinado de los vidrios, el espacio de aire y el marco. Ag: valor de transmitancia térmica del vidrio Af: valor de transmitancia térmica del marco El comportamiento térmico de la ventana depende del U y de la superficie de los materiales y no es directamente proporcional a la conductividad de los materiales. Los perfiles de aluminio inciden 15% de la superficie de ventana y por tanto no son relevantes en el cálculo del U total. Para vidrio simple monolítico Ug = 1 Rse + d + Rsi l Doble vidriado hermético DVH Ug = Ug = U Dvh depende del espesor del separador entre cristales U vidrio igual para cualquier espesor entre 3mm. y 10mm. 28 1 = 5.7 0.04 + 0.004 + 0.13 1.2 1 Rse + Rs,i + Rs,ea + d1 + d2 l l Espesor del separador [mm] 6 10 12 Ug 3.3 3.1 2.9 Nota: Considerando la baja incidencia térmica de la perfilería, no se indican las formulas de calculo. B) TRANSMITANCIA TERMICA DE LOS ACRISTALAMIENTOS Vidrios Normales Un vidrio normal y un vidrio de baja emisividad = 0.89 0.1 < 0.2 0.03 < 0.1 0.03 composición Peso kg/m2 UH,v horiz. UH,v UH,v UH,v UH,v UH,v UH,v vert. horiz. vert. horiz. vert. horiz. UH,v vert. Acristalamiento sencillo 4 10.0 7.1 5.9 - - - - - - 6 15.0 6.8 5.7 - - - - - - 33.1 15.5 6.8 5.7 - - - - - - 33.1a 15.5 6.8 5.7 - - - - - - 44.1a 20.5 6.8 5.7 - - - - - - Doble acristalamiento 4-6-4 20.0 3.7 3.3 2.9 2.7 2.8 2.6 2.7 2.5 4-6-6 25.0 3.7 3.3 2.9 2.7 2.8 2.6 2.6 2.4 4-6-33.1 25.5 3.7 3.3 2.9 2.7 2.8 2.6 2.6 2.4 4-10-4 20.0 3.3 3.0 2.5 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 C) TEMPERATURA DE CONFORT El organismo humano tiene un sistema termorregulador que mantiene su temperatura en 37 °C. Para ello el metabolismo (producto de los alimentos que se ingieren) genera energía en cantidad tal que hace frente a las perdidas térmicas del cuerpo más la energía gastada en actividad física. Si esas pérdidas se salen de cierto rango hacen que el organismo se sienta cada vez más incómodo, tanto más cuanto más distante este del equilibrio térmico. Si la temperatura ambiente sube demasiado (climas tropicales) el organismo siente calor y transpira. La evaporación del sudor roba calor a la piel a razón de 540 calorías por gramo de sudor evaporado, lo cual enfría la piel equilibrando la situación de exceso de calor. Por el contrario, si la sensación de temperatura es baja (climas fríos) el organismo no tiene otro mecanismo que no sea gastar más energía interna para compensar la sensación de frío. Pero este mecanismo es relativamente más lento que la transpiración y más costoso para la biología del organismo. 29 El calor que pierde el cuerpo hacia el exterior depende principalmente de dos factores: temperatura del aire circundante y temperatura radiante de los muros y objetos que nos rodean. Esta sensación térmica se ve afectada por la humedad del aire (mejor dicho su sequedad) y por el movimiento del aire alrededor del cuerpo. Este último factor es influenciado por la vestimenta que dificulta las pérdidas por convección y radiación. Por eso en verano se prefieren ropas livianas y en invierno gruesas. En resúmen, la sensación térmica, llamada comúnmente temperatura de confort, depende de 4 factores bien definidos a saber: temperatura del aire, temperatura superficial de los elementos interiores, humedad del aire y velocidad del mismo. De estos factores el único que no depende del aire es la temperatura superficial. Se ha comprobado en la práctica influye desfavorablemente cuando se aparta más de 3 °C en más o en menos de la temperatura del aire. Por ejemplo, si la temperatura del aire es 2 °C, la temperatura superficial interior no debe ser inferior a 17°C ni superior a 23°C. De lo contrario se siente frío o calor, respectivamente, sobre la piel desde la superficie radiante en cuestión (el caso típico se produce cuando uno se ubica frente a una ventana, en invierno se siente frío y en verano, calor.) ¿Cuál es la temperatura del aire a la cuál el cuerpo humano se siente en equilibrio térmico? En los países desarrollados se han hecho miles de experiencias para conocerla y el resultado es aproximadamente 20°C o bien su equivalente 68 °F. (a esta temperatura se le llama temperatura normal) se han encontrado pequeñas diferencias entre mujeres y hombres, entre niños y adultos, entre gente del sur y del norte, entre gente que se alimenta principalmente de carbohidratos o de proteínas, etc. Sin embargo estas diferencias no superan los 2°C siempre que la humedad del aire no sea ni alta ni baja (50-60%) y la velocidad un metro por segundo, todo esto con una vestimenta de tipo medio. Pero variaciones de la velocidad del aire y de la humedad relativa por sobre los límites señalados hacen variar la temperatura de confort, de modo que se produce una sensación térmica distinta a la que marca un termómetro común y corriente. El movimiento del aire influye porque a mayor velocidad se activa la evaporación del sudor sobre la piel con lo cuál ésta se enfría, dando la impresión de que la temperatura ambiente es menor. En cambio, la humedad del aire influye inversamente porque a mayor humedad hay más dificultad para evaporar ese sudor, con lo cual la sensación térmica sube. Sin embargo, estas variaciones no son muy marcadas porque la velocidad del aire no se puede aumentar desmesuradamente en el interior de los edificios ni disminuir la humedad a voluntad. Así pués se considera un movimiento del aire inferior a 1.0 m/s y una humedad relativa comprendida entre 35 y 75%. Bajo éstas condiciones el organismo humano se siente en equilibrio térmico cuando el aire a su alrededor es de aproximadamente 20 +- 2°C. 30 Mantener esta temperatura al interior de las viviendas y edificios es fácil cuando el clima es benigno pero no lo es cuando el clima es frío porque en tal caso hay que forzosamente producir calor adicional en forma de calefacción. Tampoco lo es cuando el clima es demasiado caluroso porque hay que refrigerar. Los gastos de calefacción constituyen un oneroso gasto para las familias, gastos que pueden disminuirse apreciablemente si se dificultan las fugas de calor a través de muros y techos, siempre que se aíslen adecuadamente, lo que se consigue por medio de materiales aislantes térmicos que actúan pasivamente, vale decir por presencia. Estas aislaciones, si son adecuadamente diseñadas, cumplen varias funciones, a saber: a) frenan las fugas de calor (ahorro de energía) ayudando a mantener la temperatura de confort más estable y regular. b) Permiten conseguir temperaturas superficiales radiante de los muros envolventes necesarias para el confort( como se dijo entre 17 y 23°C) c) Evita, por la misma razón anterior, que se produzca condensación en los muros perimetrales y en los techos (cielos) previniendo sus efectos nocivos para el edificio y para la higiene ambiental. d) Disminuye las manchas de hongos que se producen en las terminaciones interiores a causa de puentes térmicos que dibujan la estructura interior, especialmente en los cielos de planchas de yeso-cartón. e) Elimina los puentes térmicos formados por estructuras más o menos conductoras (caso de perfiles metálicos u otros) en muros envolventes y en techos. f) Ayuda a mantener un mejor equilibrio higrotérmico con el ambiente, mejorando los niveles de salud de sus habitantes, al disminuir la ocurrencia de enfermedades, especialmente resfríos y enfermedades bronco pulmonares, que muchas veces gatillan a otras mas graves. g) A nivel país disminuyen los gastos de salud. h) A nivel país disminuye la importación de energéticos de uso en viviendas, especialmente petróleo y gas. 31 VENTANAS QUE CUMPLEN CON LA REGLAMENTACIÓN: En resúmen, la temperatura de confort es una temperatura necesaria por razones biológicas y no es materia de discusión. Mediciones minuciosas la han determinado en 20°C para gente normal (suponiendo humedad media y movimiento de aire bajo). En casos especiales, por ejemplo uso hospitalario, se recomiendan 22°C. No debe confundirse esta temperatura de confort con la temperatura de cálculo que se fija para determinar gastos de energía para calefacción, como es la temperatura base para calcular los grados-día de una localidad, la que se suele fijar en niveles de entre 12 a 18 °C según consideraciones de ganancias térmicas por otras circunstancias como pueden ser las ganancias solares, el gasto eléctrico por electrodomésticos, el agrupamiento de unidades de viviendas por pareos, etc. D) GLOSARIO Complejo de Techumbre: definido como el conjunto de elementos constructivos que conforman la techumbre, tales como: cielo, cubierta, aislante térmico, cadenetas, vigas. Conductividad Térmica: cantidad de calor que bajo condiciones estacionarias pasa en la unidad área de una muestra de material homogéneo de extensión infinita, de caras planas paralelas y de espesor unitario, cuando se establece un diferencia de temperatura unitaria entre sus caras. Se determina experimentalmente según Norma NCh 850. Transmitancia Térmica: (U) flujo térmico que pasa por un área debido a la diferencia e temperatura entre los ambientes situados a cada lado del sistema. Resistencia Térmica: (R) oposición al paso del calor que presente un material o elemento de construcción, de espesor "e", bajo condiciones unitarias de superficie y de diferencia de temperatura. Puede determinarse en forma experimental, según la norma NCh 851, o bien mediante cálculo, según la NCh 853. Resistencia Térmica total: es la suma de las R parciales de cada uno de los componentes. R 100: resistencia térmica que presenta un material o elemento de construcción, multiplicado por 100. Se expresa en unidades del Sistema Internacional de Unidades. 32 Puente Térmico: en la situacion de invierno o épocas frias, es la parte de un cerramiento con una resistencia térmica inferior al resto del mismo y, como consecuencia, con temperatura también inferior, lo que aumenta la posibilidad de producción de condensaciones y pérdidas energéticas en esa zona. Aislación Térmica: es la capacidad de oposición al paso de calor de un material o un conjunto de materiales, y que en construcción se refiere esencialmente al intercambio de energía calórica entre el ambiente interior y el exterior. Grados/día: en un punto de un día, es la diferencia entre la temperatura fijada como "base", y la media diaria de las temperaturas bajo la temperatura base, igualando a la "base" aquellas superiores a esta. dependiendo del período de tiempo utilizado, se puede hablar de grados/día, grados/hora, grados/año, etc. E) TABLA PRESIÓN Y VELOCIDAD VIENTO SEGÚN DATOS DE AERONAUTICA CIVIL Presión media Velocidad viento viento (Kg/m2) (Km/hr) Santiago 0.05 3.2 Concepción 1.53 15.2 Puerto Montt 1.22 16.2 ciudad 33 F) BIBLIOGRAFIA 1. Catálogo IBS Indalum, version 2006 - Autor, Indalum S.A. año 2006 2. Estudio sobre la influencia de los perfiles de ventanas en el comportamiento térmico de una ventana - Autor, Ing. Adelqui Fissore, Universidad de Concepción. Año 2005 3. La Eficiencia Energética del cerramiento de aluminio. - CTE: Código Técnico de la edificación, España. Año 2006 4. Textos técnicos de aluminio RPT. - Technoform, España. Año 2002 al 2005. 5. Guía de diseño para un Habitat Residencial Sustentable. - Proyecto Fondef Conicyt N° D00/1039, Año 2004. 6. Nuevo Código Técnico de la Edificación en España. - CTE: Código Técnico de la edificación, España. Año 2006 34 NOTAS www.indalum.cl www.superba.cl SERVICIO DE ESPECIFICACION DE PLANOS www.xelentia.cl www.clubfa.cl INSPECCION TECNICA EN OBRA CLUB DE FABRICANTES ACREDITADOS VENGA A CONOCER NUESTRAS SOLUCIONES EN NUESTRO SHOWROOM (Av. Las Condes 6932, Santiago)
