Passivhaus: Ventanas y el sol

Si fuéramos capaces de aprovechar de una manera efectiva la energía que nos llega del sol, no nos haría falta ninguna fuente adicional de energía. Esto, aunque parece obvio, tiene una gran importancia que muchas veces olvidamos.

El aprovechamiento del sol como fuente de energía eléctrica fotovoltaica es una de las posibilidades más seguras que en un futuro próximo tiene la humanidad para salir de la terrible crisis energética a la que se va a enfrentar. Dicha crisis ya ha comenzado y podemos verlo en los medios públicos cuando hablan de conceptos que antes ni conocíamos como la pobreza energética.

El aprovechamiento térmico es la otra faceta, de forma indirecta a partir de captadores solares térmicos que pueden ser usados desde una baja temperatura para aporte de calefacción y hasta para procesos industriales o producción de electricidad.

En este artículo hablaremos sobre las ventanas en el estándar Passivhaus y el aprovechamiento directo de la energía solar para el calentamiento de edificios. Calentar con energía solar es fácil y cualquiera sabe hacerlo, sólo hay que dejar que el sol entre a través de la ventana.

Conceptos sobre el vidrio

Las propiedades naturales del vidrio dejan pasar la radiación solar visible (térmica) pero bloquean la radiación de onda larga (infrarroja) emitida desde el interior del edificio, por ello el desequilibrio energético producido supone el aumento de la temperatura interior, lo que habitualmente conocemos como efecto invernadero.

De una manera sencilla, se intuye que para aprovechar el sol como elemento para el calentamiento del edificio hay que introducir en él toda la energía posible y evitar que se pierda. Sin embargo lo más difícil es dimensionar las ventanas de una manera adecuada para equilibrar la ganancia solar con las pérdidas térmicas.

Estas pérdidas de calor se producen por conducción y aquí es donde tenemos el problema, ya que el vidrio tiene una elevada conductividad térmica y hace que las ventanas sean normalmente los puentes térmicos más destacados en cualquier edificio. A todo esto le tenemos que añadir las pérdidas por conducción de los marcos o carpinterías, que pueden ser elevadas si se usa aluminio sin ruptura del puente térmico.

En climas como los del sur de Europa, el diseño bioclimático también tiene que preocuparse del excesivo calentamiento en verano.

Otra de las cuestiones importantes al diseñar una vivienda o edificio es la iluminación natural, ya que es una estrategia muy efectiva que permite un gran ahorro energético y de paso, un incremento en el confort y de la calidad de vida. Para ello es conveniente que la mayoría de las estancias activas de la vivienda tengan luz natural.

Como ya se sabe en el caso que se pretenda sólo iluminación la mejor orientación es la norte, pero puede incluso tratar de optimizarse en función de la utilización de las estancias: orientar las habitaciones de forma que las habitaciones y la cocina estén orientados al este, el comedor hacia la zona sur y la zona donde se cena hacia el oeste.

Conceptos básicos

  • Factor solar: coeficiente de calentamiento por ganancia solar. Es el porcentaje de radiación solar incidente que atraviesa la ventana o que es absorbida y posteriormente emitida hacia el interior. A más factor solar, más calor del sol se transmite al interior.

  • TV (Transmitancia en el visible): porcentaje de radiación visible que atraviesa la ventana.

  • U (Coeficiente global de transmisión de calor): desde un punto de vista físico es la cantidad de energía que fluye, en la unidad de tiempo, a través de una unidad de superficie del elemento, cuando hay un gradiente térmico unidad. Es muy normal cuando se mira una fachada con una cámara termográfica el darse cuenta fácilmente de que los mayores puentes térmicos de la fachada lo constituyen las propias ventanas, primero sobre todo a causa de la elevada conductividad del cristal y segundo por culpa de la propia carpintería.

Características de las ventanas

Como hemos indicado, las pérdidas de calor a través de las ventanas son proporcionales a su coeficiente U, por lo que en general resulta conveniente reducir el valor de U en todas las orientaciones en las que se coloquen.

Descripción

Coeficiente U

Vidrio simple

5,70

Vidrio doble

2,80

Vidrio triple

1,90

Vidrio triple sellado con revestimiento bajo emisivo

1,40

Anterior + argón

1,20

Anterior + dos revestimientos de baja emisividad

0,80

Vidrio con vacío (alto vacío)

0,50

Vidrio con 20mm de Aerogel

0,30

Sin embargo, por otra parte, al reducir el coeficiente U suele reducirse la radiación que pasa a través de la ventana y consecuentemente la ganancia térmica solar será menor.

La mejora del comportamiento térmico de las ventanas se consigue a través de la combinación de los siguientes factores de diseño:

  1. Incrementar el número de láminas. La mejor solución suele ser dos pero se puede llegar hasta tres o incluso cuatro.

  2. Ventanas rellenas con diferentes tipos de gases.

  3. Ventanas con vacío. Se reduce la transmisión de calor a través de la evacuación del espacio entre paneles a una presión sobre 0,01 Pa.

  4. Aerogel. Es un material que otorga al conjunto un valor de conductividad térmica extremadamente bajo. Sin embargo es caro y no completamente transparente.

  5. Diferentes tipos de recubrimiento de baja emisividad.

Estrategias de diseño

Como ya hemos comentado, es necesario un compromiso entre el aporte de luz y el calor natural en el periodo invernal, tratando de evitar el excesivo sobrecalentamiento en verano, esto supone que la solución óptima energéticamente no sea la misma en cualquier localización.

De forma general deberían seguirse los siguientes criterios:

Para climas fríos
  • Sería necesario reducir los acristalamientos en las orientaciones norte, este y oeste, lo justo para iluminación natural. La mayor parte del acristalamiento debería estar por tanto orientado al sur, todavía incluso más si se hace uso de la inercia (muros masivos) para el almacenamiento de energía térmica que será desprendida al interior de la vivienda durante el periodo nocturno.

  • El acristalamiento a cara sur deberá tener un factor solar en el rango 0,3-0,6.

  • El coeficiente global de transmisión de calor (U) en general menor de 0,35.

  • Finalmente la transmitancia al visible (TV) debería ser ciertamente muy alta.

Para un clima intermedio
  • Factor Solar en el rango 0,4-0,55.

  • Coeficiente U debe ser bajo.

  • TV también alta.

  • Será necesaria la utilización de protecciones solares adecuadas.

Finalmente para climas calurosos
  • Es más conveniente el uso preferencial de ventanas al norte combinado con ventanas al sur con sombreamientos adecuados pero muy efectivos: arbolado, jardinería, toldos y pantallas.

  • El coeficiente U también tendrá que ser tan bajo como sea posible, en este caso para mantener el calor en el exterior.

  • Factor Solar también tan bajo como sea posible, menor de 0,4.

Con este artículo hemos visto la importancia que tienen las ventanas en el ahorro energético. Con unas ventanas bien dimensionadas y unas carpinterías con ruptura del puente térmico conseguimos reducir considerablemente las pérdidas energéticas que se producen en nuestras viviendas y aumentar el confort y calidad de vida. Un gran beneficio si tenemos en cuenta el ahorro en consumo energético que nos va a suponer, ¿no?.

En nuestro siguiente artículo de la serie Passivhaus hablaremos a cerca de la estanqueidad y de la necesidad de conseguirla en nuestros edificios según el estándar Passivhaus.

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