Continuamos la serie de artículos para dar a conocer la información del «Manual de Protección Solar del cerramiento (Persianas, toldos y textiles)», en este caso, varias consideraciones sobre las soluciones para la protección solar.
Hemos explicado en varios artículos de nuestro blog, de forma más sencilla lo que el «Manual de Protección Solar» de Asefave, explica a continuación de una forma más técnica. Creemos importante resaltar su contenido para los más técnicos en la materia.
Flujos de energía
La figura 2 muestra los flujos de energía más importantes en una situación con una combinación de acristalamiento y protección solar exterior.
La flecha amarilla representa la radiación solar de onda corta. A medida que atraviesa cada capa, una parte de la radiación se transmite, otra se refleja y otra se absorbe. Las flechas negras indican la absorción, esta energía provoca el incremento de temperatura en el vidrio y en la protección solar. Parte se pierde en el ambiente en forma de radiación térmica hacia ambos lados de la protección solar (de onda larga, flechas rojas) y de convección (flechas naranjas).
Las protecciones solares pueden también incorporarse en el doble acristalamiento en el interior de la cámara, pero en esta posición es necesario estudiar detenidamente tanto las consecuencias sobre los vidrios (pueden incrementar el riesgo de rotura por estrés térmico y por tanto obligar a utilizar vidrios tratados térmicamente) así como en la estanqueidad de la cámara y la temperatura interior de la misma, pudiendo afectar a los sellantes.
En resumen, la hoja interior transmite energía de tres maneras diferentes al recinto:
1. Directamente, la radiación de onda corta, qt
2. La radiación de onda larga secundaria emitida por la hoja interior, qri
3. El calor de convección generado por la hoja interior, qci
Siendo qi la radiación incidente, el factor solar se obtiene como:
Con esta fórmula, se asegura que el factor solar es siempre superior a la transmitancia solar.
En la norma UNE-EN 410,
se denomina factor secundario de transferencia interna de calor.
Sobre el factor solar, gtot, es importante señalar lo siguiente, que se ha de tener en cuenta a la hora de efectuar cálculos detallados:
– El factor solar depende del ángulo de incidencia de la radiación solar.
– En el caso de persianas venecianas, el factor solar depende principalmente del ángulo de la lama y del ángulo de incidencia (tanto vertical como azimutal)
– El factor solar que normalmente se indica en las especificaciones de los productos es con incidencia normal. En el caso de persianas venecianas, el factor solar se indica con la persiana cerrada.
En la figura 3 se muestran los flujos de energía más importantes en el caso de una combinación de un acristalamiento con protección solar interior.
En este caso, el flujo primario de la radiación de onda corta atraviesa el vidrio. La energía llega al interior del recinto. Dado que el vidrio no es transparente a la radiación infrarroja de onda larga emitida por la protección solar, el calor queda atrapado en el interior del recinto (efecto invernadero).
La protección solar por el interior solo resulta eficiente para el control del calor si es altamente reflectiva o si tiene un elevado valor de aislamiento y va provista de sellados laterales eficientes. En este último caso, el calor queda retenido en la cámara entre la ventana y la protección. La temperatura en esta cavidad se puede incrementar hasta valores elevados y puede provocar la rotura del vidrio, si este no está templado. Este efecto se puede eliminar si el aire caliente se disipa hacia el exterior.
Flujos de convección
La calidad de los sistemas de protección solar desde el punto de vista del control del calor viene determinada por la proporción de calor que se transmite al interior mediante convección. Es preferible que la mayor parte de la energía absorbida por el sistema de protección solar se transmita al recinto como radiación térmica, ya que esta radiación será absorbida por la masa del edificio. De esta forma, la temperatura del recinto se incrementa ligeramente debido a la inercia térmica de la masa del edificio. Si la mayor parte se transmite por convección, la temperatura del recinto sube rápidamente.
El factor de convección CF es un número adimensional entre 0 y 1 que representa la parte de energía transmitida al recinto mediante convección y puede definirse como:
De modo similar, se puede definir una fracción de radiación RF y una fracción directa DF sustituyendo qci en el numerador por qri y qt respectivamente.
Si se comparan sistemas de protección solar interiores y exteriores, los sistemas exteriores, a priori, tienen mejores características de protección que los interiores en relación al factor solar gTOT. No obstante, existen muy buenos sistemas interiores. Cuando se comparan con los sistemas interiores, o incluso los que van entre las hojas del doble acristalamiento, debe tenerse en cuenta, junto con el factor solar, el factor de convección.
Por ejemplo, si se consideran un sistema de protección exterior y otro interior, ambos con un factor solar gTOT= 0,2, y los factores de convección son, respectivamente, 0,05 y 0,25, para el sistema exterior 0,05×0,2=0,01 (1%) del calor solar pasaría al interior del recinto por convección. Para el sistema interior, el porcentaje sería del 5% (0,25 x 0,02= 0,05).
Efectos de la radiación solar en los flujos de aire de los recintos
La solución más habitual de ventilación en los edificios es la ventilación mixta. Para conseguir bajas velocidades del aire en los recintos con ocupación, se necesitan bajos caudales de aire. Así, para cumplir con las necesidades de acondicionamiento, la diferencia de temperaturas entre el aire de entrada y el de salida suele ser de 10 º C.
Las ventanas tienen una influencia significativa en el acondicionamiento de los recintos. La capacidad de acondicionamiento del aire depende principalmente de la orientación del edificio y el sistema completo de protección solar (conjunto del acristalamiento y los dispositivos de protección solar, exteriores o interiores). De hecho, la situación geográfica del edificio desempeña un papel menos importante del que se podría suponer: las necesidades de acondicionamiento son similares en Europa septentrional y meridional, para una misma configuración de acristalamiento, orientación y protección solar.
La distribución del aire en los recintos es el resultado de una compleja interacción entre el caudal de ventilación y el flujo de convección generado por aparatos, ocupantes, temperatura de la superficie de la ventana y equipamiento, en el caso de las oficinas. Depende de diversos factores: disposición de los equipos de acondicionamiento, caudal de ventilación, distribución de los puestos de trabajo, potencia de los equipos, etc. La distribución del aire es muy sensible a los incrementos de las ganancias de calor en el recinto.
Temperatura superficial de la ventana
En caso de doble acristalamiento, un sistema de protección solar por el exterior normalmente reduce la temperatura de la hoja interior y más si contamos con un vidrio exterior con control solar. La temperatura de la hoja exterior, por el contrario, puede ser más alta aún con protección solar exterior. Ello es debido a la transferencia de calor por radiación y convección entre la protección y la hoja exterior. El uso de protecciones solares exteriores que sombrean parcialmente el vidrio puede implicar la necesidad de la utilización de vidrios templados, para evitar la rotura por choque térmico.
En la fase de diseño de un edificio, hay que tener en cuenta el efecto de la asimetría de la temperatura de radiación en la ventana y su efecto sobre el confort interior.
En general, si se utiliza un sistema de protección solar por el interior, la temperatura es más alta ya que la temperatura superficial de la protección es más alta que la de una ventana sin protección solar interior. Mientras que este efecto se ha de evitar en verano, puede ser deseable en invierno (calentamiento pasivo).
La instalación de protecciones solares interiores puede exigir el templado del vidrio para evitar posibles roturas de origen térmico. En el caso de utilizar vidrios recocidos (no templados) no deben situarse las protecciones solares interiores muy próximas al acristalamiento o elementos que impidan la evacuación de la energía acumulada por efecto de la protección solar. Siempre es preferible situar protecciones solares en el exterior.
Influencia de la protección solar sobre las necesidades de iluminación
El consumo de energía debido a la iluminación artificial puede representar un porcentaje elevado de la energía eléctrica consumida en un edificio típico de oficinas. Un aprovechamiento óptimo de la luz natural puede suponer un ahorro significativo en la factura. En una situación ideal, la luz natural debería ser regulable de modo continuo de forma que se consigan los flujos de luz necesarios para el trabajo. En la práctica, el control de la luz natural se complementa con sensores de ocupación.
Dado que los sistemas de protección solar reducen el flujo de radiación solar en los recintos, y aunque protegen del deslumbramiento también reducen la cantidad de luz. Hay que considerar el equilibrio entre el ahorro de energía en climatización de los edificios y el incremento de consumo debido a la iluminación artificial. En la práctica, se ha comprobado que un sistema de protección solar automatizado correctamente programado no supone un incremento de consumo por iluminación artificial.
Se define la autonomía en luz natural como el porcentaje de horas durante las cuales la luz natural es adecuada para satisfacer las necesidades de iluminación del ser humano. La protección solar, en general, influye en la autonomía en luz natural de un recinto, especialmente para las zonas más alejadas de la ventana.