Compreender as características físicas do material auxilia nas estratégias de projeto.
As esquadrias formam os elementos mais frágeis de uma edificação, principalmente sob o aspecto do desempenho térmico e energético. Pesquisas de campo demonstram que os especificadores normalmente são a própria indústria. Arquitetos e engenheiros na grande maioria dos projetos não detalham as esquadrias e os tipos de vidro pensando no desempenho, deixando o cliente decidir em função do custo. A falta de conhecimento técnico dos projetistas está obrigando os usuários a climatizarem suas edificações com baixa eficiência.
Assuntos abordados neste artigo
Propriedades físicas dos vidros
Vidro de controle solar
Vidro insulado composto
Vidro fotovoltaico
Primeiramente precisamos entender que a transferência de calor numa janela ocorre por quatro fontes ou formas: radiação solar, convecção, radiação térmica (infravermelha) e infiltração de ar. O tipo de vidro e suas propriedades físicas irão influenciar diretamente na quantidade de ganho ou perda de calor por radiação e convecção, enquanto as taxas de infiltração de ar dependem mais da esquadria.
Fator Solar
O fator solar (FS) é um índice que representa a parcela da radiação solar que atravessa o vidro na forma de calor. Corresponde à soma da parcela da radiação solar transmitida diretamente para o interior, mais a parcela que é absorvida no painel de vidro e irradiada para dentro do ambiente, conforme ilustrado na figura abaixo.
Por exemplo, um vidro incolor de 3 mm de espessura possui fator solar de 87%. Isso significa que 87% da radiação solar incidente no vidro o atravessa na forma de calor. Um vidro verde de mesma espessura tem fator solar de 62%, ou seja, há uma redução de um terço no ganho de calor entre o vidro verde e o vidro incolor.
Ao se optar por projetos com grandes áreas envidraçadas nas fachadas é indicado o uso de vidros com baixo fator solar, minimizando o sobreaquecimento. Em regiões tropicais, as fachadas voltadas a leste, oeste e norte são as mais castigadas pela radiação solar e por isso devem receber atenção especial para a especificação dos fechamentos transparentes. De forma geral, em climas tropicais deve-se optar por vidros com baixo fator solar (menor que 40%) quando a área envidraçada representa mais de 30% da área de fachada.
Brises compostos por vidros de controle solar, ou serigrafados podem ajudar a controlar o ganho de calor e luz em fachadas que recebem maior incidência da radiação solar ao longo do ano. Tais estruturas garantem o acesso visual ao exterior, com boas possibilidades de manutenção e limpeza.
Transmitância Térmica
A transmitância térmica é um parâmetro físico que representa o quanto de calor atravessa um metro quadrado de componente construtivo, quando submetido a uma diferença de temperatura. É medida em W/m².K. Ela depende da condutividade térmica dos materiais construtivos, suas espessuras, condições de acabamento superficial, velocidade do ar incidente no componente e de suas dimensões. Também é determinada sob condições padrão de laboratório e, apesar de sofrer variação ao longo do dia e do ano, serve como parâmetro para a escolha entre diferentes tipos de componentes construtivos.
No caso dos vidros, como a condutividade é praticamente a mesma para os diferentes tipos, e como as espessuras de chapa são sempre muito pequenas (da ordem de milímetros), o valor da transmitância térmica só apresenta alterações significativas se o vidro possuir uma face de baixa emissividade ou câmara de ar na composição (vidro insulado).
Os vidros duplos com câmara de ar possuem uma camada adicional de resistência térmica, o ar, o que reduz significativamente a transmitância térmica. Em climas com temperaturas mais extremas, pode-se produzir vidros insulados com outro tipo de gás que tenha condutividade ainda mais baixa do que ar, como argônio e criptônio, por exemplo.
Emissividade
A emissividade é uma propriedade física relacionada ao acabamento superficial de um material e representa o quanto de calor por radiação ele emite, quando comparado à quantidade de calor emitida por um corpo negro à mesma temperatura. Materiais com alta emissividade emitem mais calor por radiação e, portanto, esfriam mais rápido. Já os materiais com baixa emissividade têm maior dificuldade para emissão de calor, mantendo sua temperatura alta por mais tempo. Materiais com baixa emissividade provocam menos desconforto térmico por radiação nas suas proximidades.
Pensando num clima onde ocorram temperaturas elevadas em grande parte do ano, essa dificuldade de troca de calor proporcionada por um vidro insulado Low-e pode ser muito benéfica. O mesmo raciocínio aplica-se para climas onde haja grande quantidade de horas com temperaturas muito baixas. Neste caso, basta imaginar a composição insulada montada ao contrário. Nesse caso, há uma dificuldade de perda de calor do interior para o exterior. Essa é a composição comum encontrada nas janelas da Europa e em grande parte dos Estados Unidos, por exemplo.
Vidros de controle solar
Ao tratar dos tipos de vidro, o modelo de controle solar é aquele que possui um tratamento superficial por meio de um revestimento metálico, imperceptível a olho nu, que pode dar um aspecto mais refletivo ou mais escurecido ao vidro. Esse revestimento tem a função de minimizar o ganho de calor solar através do vidro, filtrando parte do espectro.
Dependendo da composição do revestimento, o vidro pode proporcionar baixo ganho de calor por radiação solar, enquanto permite a passagem de luz. Com a tecnologia de revestimento que existe atualmente é possível ter vidros com mesmo desempenho térmico e com colorações diferentes. Dessa forma, pode-se buscar alta eficiência energética, sem abrir mão da estética, contato visual com o exterior ou privacidade.
Em termos gerais, pode-se dizer que o revestimento metálico de vidros de controle solar funciona como uma “peneira” ou, mais precisamente, como um “filtro” para a radiação solar, permitindo o controle da transmissão de luz e calor para o ambiente de acordo com o projeto. Dependendo do tipo de revestimento e sua resistência à intempéries, o vidro de controle solar deve ser laminado ou insulado para proteger o o interior da composição.
A principal aplicação dos vidros de controle solar ocorre em janelas, fachadas e coberturas envidraçadas, permitindo maior área de abertura, com menor ganho de calor comparado ao vidro float incolor ou colorido. A norma da ABNT que trata das características e métodos de ensaio para garantia da qualidade dos vidros de controle solar é a NBR 16023 (Vidros revestidos para controle solar – Requisitos, classificação e métodos de ensaio).
Vidro Insulado
O vidro insulado é aquele que tem duas ou mais chapas de vidro unidas hermeticamente em suas bordas, que forma uma câmara de ar entre elas e cria um conjunto unitário. Chamado de “unidade insulada,” ou em inglês IGU (Insulated Glass Unit), é o mais eficaz para reduzir a transferência de calor por condução através do vidro. Quando usado em conjunto com vidros de controle solar e com acabamento Low-e (baixa emissividade), os vidros insulados podem garantir elevados níveis de isolamento térmico. A inclusão do segundo vidro diminui também o Fator Solar do envidraçamento, pois mais um “filtro” à radiação é adicionado ao sistema. Dessa forma, diversas configurações são possíveis. O segundo vidro pode ser incolor, colorido ou ainda com revestimento de controle solar.
A figura a seguir ilustra esquematicamente as três formas de transferência de calor por diferença de temperatura num vidro insulado. O painel de vidro externo irradia calor para o vidro interno. Além disso, ocorre o fluxo de calor por convecção do painel externo para o ar da câmara; e do ar da câmara para o vidro interno. Como resultado, a temperatura superficial do vidro interno será muito mais baixa nesta condição insulada, do que numa situação onde há apenas um painel de vidro, seja ele monolítico, laminado ou temperado.
A NBR 16015 estabelece as características, requisitos e métodos de ensaio do vidro insulado plano utilizado na construção civil.
Vidro Fotovoltaico
Pequenas lâminas de células fotovoltaicas compostas com silício, um material semicondutor, são instaladas em vidros simples, laminados ou duplos e dão origem aos vidros fotovoltaicos. Esses vidros absorvem a radiação solar, convertendo-a em eletricidade. Cada painel de vidro pode abrigar diversas células conectadas entre si. Fios instalados no interior dos perfis de alumínio conduzem a energia elétrica de um painel para outro, sucessivamente, até os conversores de frequência ou baterias de armazenamento. As configurações de células fotovoltaicas são inúmeras, podendo-se variar a cor, transparência, textura, formas e eficiência na geração de energia. As células fotovoltaicas podem ser laminadas também em vidros serigrafados.
O padrão estético do vidro no projeto arquitetônico tem relação direta com o conforto e a eficiência energética pretendida. Mas não é necessariamente determinante no nível de desempenho do projeto. Com a diversidade de produtos de controle solar existentes no mercado é possível alcançar bons padrões de conforto e eficiência e atender aos critérios anteriores: estética e segurança.
A área do fechamento transparente, a orientação solar e a localidade do projeto são determinantes nas propriedades térmicas e lumínicas do vidro a ser utilizado, bem como dos elementos de proteção e sombreamento adicionais. Mesmo com o uso do melhor vidro de controle solar, elementos de sombreamento são recomendados para diminuir o desconforto localizado e reduzir o consumo de energia em climatização.
Fonte: MANUAL TÉCNICO DO VIDRO PLANO PARA EDIFICAÇÕES. Fernando Simon Westphal. ABIVIDRO.
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