Todo depende del cristal con que se mire

Ventanas hay muchas. Pero aquellas que integran filtros solares pueden discriminar la radiación solar con una eficacia de hasta 85 por ciento, cantidad nada despreciable si se piensa en el ahorro que representa un espacio naturalmente fresco frente al que necesita climatización para lograrlo

Rafael Almanza

La radiación emitida por el Sol es una de las principales causas del aumento de la ganancia térmica, la cual se introduce a través de las ventanas. Los cuerpos del espacio interior la absorben y la reflejan, transformándola en calor, mientras que la radiación infrarroja cercana (o calor) provoca un calentamiento directo del aire, que eleva la temperatura del medio. Como consecuencia, en las temporadas calurosas, la edificación tiene una gran ganancia térmica a través de las ventanas y el interior experimenta un aumento considerable de temperatura. Por otro lado, en el invierno las temperaturas frías también penetran al interior y se vuelven un problema.

Para remediar el problema por las inadecuadas propiedades ópticas y térmicas de las ventanas, una alternativa consiste en colocar recubrimientos de materiales que impidan la radiación solar, mas no la luz solar. Estos reguladores son los filtros solares.

En la actualidad sólo hay filtros solares pasivos, los cuales conservan sus propiedades ópticas ante cualquier cambio de parámetros térmicos del medioambiente; sin embargo, hay un avance importante en filtros solares activos, los cuales tienen como característica primordial que pueden modificar sus propiedades ópticas ante los cambios de parámetros ambientales. Este tipo de material es más utilizado, sobre todo, en gafas y lentes, ya que son aquellos que se oscurecen ante la incidencia de radiación solar.

En este tipo de alternativas para el diseño de edificios, los arquitectos y demás involucrados en el proyecto suelen usar elementos externos para brindar sombra a las ventanas: persianas externas, aleros, postigos o pantallas solares; también se hace uso de dispositivos internos, como cortinas o persianas. Sin embargo, estos recursos representan ciertas complicaciones, pues oscurecen las habitaciones, además de que algunas dejan pasar parte del calor.

Los dispositivos externos para sombra son 50 por ciento más eficientes que los internos, en cuanto al bloqueo del calor solar, pero pueden afectar la estética de la construcción y, generalmente, son costosos. Además, resulta poco práctico construir aleros que proyecten, en forma eficiente, sombra en las ventanas orientadas al este y al oeste.

Remediar la ineficiencia de las características térmicas de las ventanas con vidrio normal se convirtió en uno de los principales objetos de investigación y desarrollo para controlar las temperaturas interiores en las viviendas. Esto ha llevado a la creación de vidrios con filtros solares de baja emisividad, conocidos como Low-E, los cuales controlan la ganancia y pérdida de calor, además de que proporcionan buena visibilidad, reducen el resplandor, minimizan la decoloración del género, ofrecen intimidad e, incluso, llegan a brindar más seguridad en zonas de viento, sismos y otros riesgos naturales.

Los materiales modernos de vidriería para ventanas se dividen en vidrio tratado química o físicamente, vidrio con filtros solares y conjuntos de múltiples capas, con o sin alguno de los dos primeros elementos.

Para predecir con exactitud el ahorro de energía que se logra con la vidriería para control solar, es necesario considerar diferentes variables, como el tamaño y la orientación de las ventanas, el coeficiente de ganancia de calor solar y el factor de carga de enfriamiento.

Para simplificar este concepto, algunas referencias combinan dichas variables en una cifra: el multiplicador de la transferencia de calor (que varía según la ubicación), los cambios de estación, la hora del día, la sombra, la orientación, la temperatura y el color del edificio.

Tomar en cuenta todos estos factores hará que la envolvente del edificio se vea auxiliada en el uso de ventanas. En caso de omitir estos valores, se podría incurrir en un diseño en el que la ganancia térmica sea mayor y se puede poner en riesgo el confort al interior de la edificación.

Sorteando la radiación

Sorteando la radiación

Recientemente se desarrollaron filtros solares con base en cinco diferentes materiales: óxido de cobre (Cu2O), óxido de cobre más sulfuro de cobre (Cu2O + CuS), cobre más óxido de cobre (Cu + Cu2O), óxido de vanadio (VO2) y óxido de hierro (FeO).

En su tesis doctoral, Genaro Correa Miranda desarrolló dos tipos de vidrio para ventanas que dejan pasar la mayor cantidad de luz visible y bloquean casi por completo el paso de rayos infrarrojos. La radiación infrarroja que logra detener en la ventana es de 50 por ciento, con un filtro de Cu2O, y hasta 85 % si se le incorpora CuS, además del Cu2O.

La visibilidad de la ventana permanece casi sin cambio, pues, si bien el paso de la luz solar disminuye entre 40 y 80 %, sigue habiendo suficiente paso de luz para el ojo humano. Durante condiciones de calentamiento, estas ventanas dejan pasar, en el peor de los casos, la mitad del calor. En condiciones de frío, la ventana permite la salida del calor a la mitad de la velocidad, manteniendo durante más tiempo la temperatura confortable en el interior.

Con el objetivo de investigar el ahorro de energía alcanzado al emplear estas ventanas, se simuló el comportamiento térmico en un modelo de habitación similar a los departamentos de interés social durante todo un año. Se trabajó con departamentos de 70 metros cuadrados con orientación norte-sur para los climas de Mexicali y la Ciudad de México.

En el caso del departamento ubicado en clima extremo (Mexicali), el ahorro de energía resultó de cerca de 20 por ciento anual, mientras que en el de clima templado (Ciudad de México), el ahorro fue menor de 10 por ciento, principalmente por la reducción en el consumo de electricidad para calentamiento. El filtro solar VO2 es el único activo que se ha desarrollado. Éste es sensible a cambios de temperatura, de manera que arriba de los 60 grados centígrados cambia sus propiedades ópticas y bloquea 50 por ciento más la parte de infrarrojo.

En la revista Mundo HVAC&R de mayo 2016 te compartimos un análisis de los valores típicos de distintos tipos de ventanas.

Sobre el autor

Rafael Almanza
Estudió Física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México. En 1964, se incorporó como investigador Auxiliar al Instituto de Física, ascendiendo hasta obtener la plaza de investigador Titular C de tiempo completo definitivo, en el Instituto de Ingeniería. Actualmente, participa en el Programa de Primas al Desempeño del Personal Académico con el nivel D y forma parte del Sistema Nacional de Investigadores con el nivel III. Las líneas de investigación que aborda son la energía solar, películas delgadas, fotocatalizadores, ahorro de energía y el estudio de las propiedades térmicas de materiales.

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