En un inicio, las principales funciones de los acristalamientos en las construcciones eran las de permitir pasar la luz natural y otorgar una protección contra las inclemencias climáticas. La tecnología ha evolucionado desde el siglo pasado, desarrollando vidrios aislantes, con control solar y selectivos, que favorecen la entrada de la luz natural, bloqueando parte de la radiación infrarroja causante de calentamientos en verano.

Estos sobrecalentamientos tienen diversas consecuencias, tal y como se enumeran a continuación:

• Disminución importante del confort.
• Deslumbramientos en la zona.
• Incremento del consumo de energía de aire acondicionado.
• Falta de potencia en frío en momentos de gran afluencia y radiación importante.
• Caída de la eficiencia de los sistemas de aire acondicionado.

1Parámetros característicos de los acristalamientos

Se distinguen cuatro parámetros importantes de los cuales tres en el ámbito energético y el último lumínico, que caracterizan un acristalamiento:

1. Factor solar g
2. Emisividad ε
3. Transmitancia térmica U (en W/m². K)
4. Transmitancia luminosa Tl

Factor solar g

El factor solar corresponde al porcentaje de energía transmitida al interior de un recinto a través de un material simple o compuesto. Este factor solar según las normas europea DIN 67507, EN 410, EN 13363 se anota FS o g.

Este factor solar considera tanto el acristalamiento como su elemento de protección. Su cálculo está definido por la normativa EN 410 y EN 13363.

Desde un punto de vista energético, observamos que la radiación solar incidente en un acristalamiento se descompone en tres conceptos que son:

• Energía reflejada hacia el exterior (Re)
• Energía introducida directamente hacia el interior del recinto (Te) 
• Energía absorbida por el material (Ab) que incrementa su temperatura. Este incremento de temperatura implica que parte de la energía será transmitida hacia el interior del local y hacia el exterior.

Este factor solar se sitúa entre 0 y 1, donde el valor 1 implica que toda la energía de la radiación es introducida al local y 0 que no se transmite.

El sumatorio de la absorción, transmisión y reflexión siempre es igual a 1.

Emisividad del material ε

La emisividad de un acristalamiento simbolizada por la letra ε expresa el porcentaje de energía emitida por el cristal, es decir la capacidad que tiene para absorber y devolver ese calor.

Su valor se sitúa entre 0 y 1. A título indicativo, se aporta el coeficiente de emisividad de cristales de 4 mm de espesor.

Vidrio normal	Vidrio poco emisivo	Vidrio muy poco emisivo
0.89	< 0.2	< 0.03

Transmitancia térmica U

La conducción corresponde a la energía térmica que atraviesa el material. El sentido del flujo de calor es del lado caliente hacia el lado frío. Esta cantidad de calor que atraviesa un cerramiento o acristalamiento por conducción en un tiempo determinado es directamente proporcional a la conductividad térmica y espesor del material, así como de la diferencia de temperatura entre ambas caras de la superficie.

En definitiva, la resistencia térmica de la ventana con la persiana se calcula con base en:

Donde,

• Uw: Corresponde al valor del coeficiente de transmisión de la ventana, expresado en W/m². °C. 
• ΔR: Resistencia térmica adicional debido a la cámara de aire existente entre la persiana y la ventana.

El valor de ΔR depende de dos características que son:

• La resistencia térmica total de la propia protección Rsh
• El hueco total efectivo entre los bordes de la protección y los de la apertura de la ventana.

Transmitancia luminosa Tl

A diferencia de la aportación energética de la radiación solar donde se considera todo el espectro solar (energía calorífica), la transmitancia luminosa únicamente considera la parte visible del espectro que se sitúa en una longitud de onda de 380 à 780 nm (luz).

Cuando la luz visible del sol es interceptada por un cerramiento, una parte de la luz es reflejada hacia el exterior, otra parte es absorbida por los materiales y otra es transmitida hacia el interior.

El porcentaje de luz transmitida se denomina transmisión luminosa del cerramiento o acristalamiento.

Al igual que para la radiación solar la suma de los coeficientes de absorción, reflexión y transmisión es siempre igual a 1.

A continuación, se muestra una tabla con los valores de un vidrio normal y uno extra claro, donde se puede apreciar que la transmisión luminosa es mucho mejor en el último caso.

Tipo de vidrio	Espesor del vidrio en mm
	8	10	12	15	19
Vidrio extra claro	0.91	0.91	0.91	0.90	0.90
Vidrio normal	0.87	0.86	0.85	0.84	0.82

En la descripción de los diferentes tipos de protección, se considera por lo tanto la transmisión luminosa de la protección solar y no del conjunto del acristalamiento y protección.

Un acristalamiento con una transmisión de 85% implica que deja pasar 85% de luz al interior del local. Se debe tener en cuenta que los acristalamientos aislantes con una transmisión inferior al 70% corresponden a vidrios de control solar donde el calor de la radiación es disminuido considerablemente y la luz es afectada ligeramente.

Resumen

A continuación, se muestran bajo forma de tabla, los valores aproximados de los diferentes tipos de acristalamientos.

Tipo de acristalamiento		Coeficiente de transmisión U	Transmisión luminosa Tl	Factor solar g
		W/m². °C	-	-
Simple	Claro (8mm.)	5.8	0.9	0.86
Doble	Clara	2.8	0.81	0.76
	Claro + baja emisividad	1.6	0.70	0.55
	Claro + absorbente	2.8	0.36 a 0.65	0.46 a 0.67
	Claro + reflejante	2.8	0.07 a 0.66	0.10 a 0.66
	Claro + baja emisividad y reflejante	1.6	0.70	0.40
	Claro + baja emisividad + gas aislante	1 a 1.3	0.70	0.55
Triple	Claro	1.9	0.74	0.68
	Claro + baja emisividad + gas aislante	0.6 a 0.8	0.65 a 0.75	0.50 a 0.70
	Claro + baja emisividad (int) +control solar (ext.) y gas aislante	0.6 a 0.8	0.60 a 0.70	0.30 a 0.40

2Selección de una ventana considerando aspectos energéticos

La eficacia de un acristalamiento se caracteriza por tres componentes que son:

• Las necesidades de calefacción que dependen de las pérdidas de calor por los acristalamientos.
• Las necesidades de climatización que varían en base a la inversa del factor solar g.
• Las necesidades de iluminación que son inversamente proporcionales a la transmisión luminosa.

La elección de un acristalamiento debe asumir un compromiso entre estos tres parámetros para limitar el consumo de energía y garantizar el confort del usuario del recinto.

En este ejemplo, observamos que el tipo de protección solar más ajustado sería la de la protección fuerte.

3Tipos de acristalamientos

Doble acristalamiento claro

Concepto

El doble acristalamiento se basa en vidrios unidos y sellados de fábrica, donde la separación hermética entre ambos componentes alberga aire o un gas deshidratado.

El material desecante ubicado en el espaciador tiene como función el mantener seco el gas en el interior de la separación. Los parámetros que definen este tipo de acristalamientos son tres números separados de una barra diagonal.

• El primer número indica el espesor del vidrio del lado externo del acristalamiento expresado en mm
• El segundo número muestra el espesor de la cámara de aire o gas en mm
• El tercer número corresponde al espesor del vidrio del lado interno de la ventana expresado en mm.

Características energéticas y luminosas

Los dobles acristalamientos frente a los simples vidrios ofrecen una menor transferencia de calor debido a la existencia de una cámara de aire o gas.

Esta lámina de aire o gas reduce las pérdidas de calor por conducción ya que los gases y en particular el aire dispone de un coeficiente de transmisión 4 veces menor que la del vidrio tradicional.

En el doble acristalamiento se manifiestan intercambios energéticos de tipo convección, transmisión y radiación. En este tipo de acristalamiento disponemos de una menor transmisión y radiación que en los acristalamientos simples.

Doble acristalamiento de baja emisividad

Concepto

Este doble acristalamiento fue diseñado con el fin de reducir la transmisión térmica frente al doble acristalamiento claro.

Para ello, el diseño se basa en reducir la emisividad del acristalamiento. Recordemos que la energía solar absorbida por un acristalamiento es posteriormente restituida al ambiente por convección del aire y por radiación de la superficie acristalada hacia los cuerpos más fríos. Cuanto menor sea su emisividad, menor será la energía intercambiada por el acristalamiento.

Estos dobles acristalamiento se denominan acristalamiento Low-E.

Los materiales emiten una radiación en una longitud de onda superior a la del espectro solar, es decir en la zona de infrarrojos.

Por ello, estos acristalamientos transmiten la energía solar a través de un acristalamiento evitando la aportación de energía calorífica de longitud de onda importante o su salida en invierno. 

La baja emisividad se logra a través de una capa suplementaria de origen metálico en el interior del doble acristalamiento.

A nivel del coeficiente de transmisión U del acristalamiento, la posición de la capa no altera su valor. Sin embargo, a nivel del factor solar, si afecta tal y como puede observarse en el esquema adjunto.

4Tipos de protecciones solares

Aunque la radiación solar es beneficiosa en periodos de invierno ya que limita el consumo de energía ligado a la calefacción, se corre el riesgo que en periodo de verano o intermedio existan sobrecalentamientos de la zona y falta de confort importante. 

Por lo tanto, la protección solar representa un componente importante a la hora de considerar una estrategia ligada a la climatización.

Se comprobó en el capítulo referente a los parámetros de un acristalamiento, que el indicador que considera la eficacia de una protección solar es el factor solar g.

Se distinguen principalmente tres tipos de protecciones solares que son:

• Protecciones móviles
• Protecciones interiores
• Protecciones permanentes

Protecciones móviles

Estas protecciones se usan según las necesidades del usuario y permiten una protección relativamente importante y en particular en los periodos de verano.

Este tipo de protecciones engloban los estores exteriores, paneles, entre otros.

Protecciones solares interiores

Este tipo de protección suelen ser poco eficaces ya que dejan entrar la transmisión energética solar y por lo tanto la energía calorífica al interior del local.

Ciertamente, estas protecciones evitan que las personas en el interior de un local perciban la radiación solar directa.

En esta categoría de protecciones encontramos las cortinas, por ejemplo.

Protecciones solares permanentes

En esta tipología de protecciones se distinguen dos categorías que son:

• Protecciones arquitectónicas que aportan una protección solar permanente pero que varía con base en la posición solar. Por lo tanto, es indispensable garantizar un correcto diseño para lograr la eficacia requerida.
• Protecciones a través de acristalamientos solares o films autoadhesivos: Este tipo de sistemas limitan las aportaciones solares tanto en época de invierno como de verano y reducen la transmisión luminosa en el interior del local.

5Ejemplo: Optimización de un centro expositor

Tal y como se detalló en los apartados anteriores, un acristalamiento se caracteriza por tres factores importantes que son:

• Conducción U: Correspondiente a la energía calorífica transmitida por medio de los propios materiales del acristalamiento (marco, cristal, cámaras de aire…)
• Emisividad: Correspondiente al poder de reflexión del acristalamiento para reflejar la radiación en longitudes de onda infrarrojas.
• Transmisión luminosa: Correspondiente a la facilidad de dejar pasar radiación en longitudes de onda visibles.

En el caso del centro expositor de nuestro ejemplo, la conducción U no podría ser modificada debido al elevado costo de sustitución del conjunto de los acristalamientos, invalidando los ahorros económicos y energéticos obtenidos.

Sin embargo, uno de los factores importantes que puede ser considerado como mejora energética es el calor transmitido por radiación solar en longitudes de onda infrarrojas. En efecto, el centro expositor de nuestro ejemplo sufre de un fuerte sobrecalentamiento de la temperatura interior de su zona de acceso (Lobby), perjudicando tanto el confort del usuario como el consumo de energía ligado al uso de los equipos de aire acondicionado.

Las características del acristalamiento instalado se muestran a continuación en forma de gráfica.

Por ello, se puede considerar la instalación de un film reductor que aportará una reducción notable de las aportaciones caloríficas debidas a la radiación.

La eficacia selectiva del acristalamiento reflejante gris deja pasar una gran cantidad de luz (TL=43%) pero bloqueando casi en su totalidad la radiación infrarroja (FS= 25%).

La instalación de un film protector en el conjunto de los acristalamientos de la zona de acceso del centro aportará una mejora en el consumo de energía eléctrica, así como un aumento del confort del usuario.

El ahorro que se obtendría por la aplicación del film es de 134,310 kWh, implicando una disminución de la factura de 140,193 pesos/año.

Considerando una inversión de 994,000 pesos y un ahorro de 140,193 pesos/ año, se obtiene un tiempo de retorno de 7 años.

En cuanto a la mejora medioambiental, se realizó el cálculo de la reducción de CO2, mediante el comparativo entre la situación de referencia y la futura, obteniendo una reducción de 67,021 kg CO2 al año. Los datos utilizados para el cálculo de las emisiones son a nivel de CFE de 0.499 kgCO2 / kWh elect.

6Conclusión

La sustitución de un acristalamiento por elementos más eficiente no se rentabiliza a corto plazo, en vista de las tarifas energéticas actuales. Sin embargo, considerando la evolución de los costos de esas energías a futuro y la mejora considerable del confort otorgada por las nuevas tecnologías implica una buena inversión para los gestores y administradores de bienes.

Se debe mencionar que la rentabilidad de este tipo de tecnologías se obtiene en las nuevas construcciones donde la amortización de la inversión corresponde a la diferencia entre materiales.