Alberto Chiavarini Dow Corning

Dow Corning INTERNAL

Fachadas Sostenibles en ClimasExtremos: una Realidad Posible

Estudio Comparativo del Desempeño Térmicoy del Consumo de Energía en Fachadas de Edificios Comerciales

Alberto Chiavarini

Dow Corning


Agenda

• Introducción

• Objetivos

• Metodología Experimental– Descripción de los Sistemas de Vidriado– Descripción de los Sistemas de Muros Cortina– Descripción de los Espaciadores

• Resultados– Comparación de los valores U, FS y Temperaturas– Comparación de los costos y consumos de Energía– Comparaciones de las emisiones de CO2

• Conclusiones


Directrices:• Urbanización

Eficiencia Energética y Construcción Sostenible: un Tema Candente


Directrices:• Urbanización• Precios de la energía y de las materias primas



Directrices:• Urbanización• Precios de la energía y materias primas • Confiabilidad del suministro energético




• Emisiones de CO2 y Cambio Climático





Acciones: Necesidad de reducir las emisones de CO2 / Consumo de energía

22% Transporte35% Domiciliario + 50% para calefacción/refrigeración ~ 25% del Consumo global43% Industrial Fabricación de los Materiales utilizados en la Construcción

Procesos de alta energía vs. Procesos de baja energía

• La Construcción representa en Occid. el 40% del total del Consumo de Energía• Las Edificaciones emiten el 25% del gas de invernadero (CO2)





Acciones: Necesidad de reducir las emisones de CO2 / consumo de energía

“El mayor potencial de ahorro en términos de costos radica en el sector de Construcción (residenciales y comerciales). Más del 20% puede ser economizado aplicando estándares más estrictos en las construcciones” (Andris Piebalgs / Comisionado de la UE)



Un Desafío para el Medio Ambiente

• Crecimiento de la Población

• Expansión en el Terreno

• Incremento de los gases de invernadero


Estudio de la eficiencia energética de sistemas de muro cortina bajo condiciones climáticas extremas

• Comparación entre los sistemas de muros cortina vidriados “en Seco” vs. los Vidriados con Silicona Estructural

• Comparación entre Cristales de Alto Desempeño vs. Vidrio Transparente común

• Comparación entre espaciadores para DVH de esponja de silicona vs. espaciadores de aluminio

• Comparación de las temperaturas del marco metálico para condiciones exteriores de -16°C, 40°C, y 50°C + alta carga solar

• Comparación de los valores U y FS• Comparación de los consumos de energía para un edificio

• Comparación de las emisiones de CO2 para un edificio

OBJETIVOS:


FS: Factor SolarTLV: Transmitancia de Luz Visible

Metodología Experimental

• Cálculo y comparación de los valores Ufachada y FS para los distintos sistemas de muros cortina utilizados en construcciones comerciales– Sistemas de Vidriado y de Perfilería

– Softwares THERM y WINDOW (LBNL)

• Comparación del Consumo de Energía de los diferentes sistemas de muro cortina basados en los valores U, FS y de Infiltración de aire:– Software EFEN (Carli Inc.)

Factor U

Fugas de Aire


Elección de los sistemas de vidriadoen climas extremos

• Esencial con el objeto de:– Reducir el calor entrante sin pérdida de luminosidad– Reducir el tamaño de los equipos de acondicionamiento de

aire y los costos operacionales– Incrementar el confort para sus ocupantes

• Energía proveniente del Sol = 50% luz visible + 50% IR

– Reduciendo la luz visible: » ↑ reflección (cristales reflectivos)» ↑ absorción (vidrios de color, revest. oscuros)» Combinación de ambas

– Reduciendo la IR: » ↑ reflección (revest. reflect. de IR)» ↑ absorción (vidrio de color, revest. oscuros)» Combinación de ambas

• Unidades de DVH con vidrio incoloro vs. DVH de alto desempeño con absorción incrementada de IR y alta transmitancia de luz visible.

Dow Corning INTERNALSistemas de VidriadoCálculo y Comparación de Desempeñocon WINDOW

• DVH de Bajo Desempeño:– Incoloro de 6mm

– Cámara de aire: 14mm

– Incoloro de 6mm

Incoloro de 6mm

Cámara de 14mm

UUvidriovidrio = 2.68W/m²K = 2.68W/m²K

FS = 0.70FS = 0.70

T.L.V. = 79% T.L.V. = 79%

UUvidriovidrio = 1.64W/m²K = 1.64W/m²K

FS = 0.27FS = 0.27

T.L.V. = 62% T.L.V. = 62%

• DVH de Alto Desempeño:– Low-E3 de 6mm (rev. en Cara 2)

– Cámara de aire: 14mm

– Incoloro de 6mm

Cámara de 14mm

Incoloro de 6mm

Incrementa reflección de IR y absorción + reduce la transmisión indirecta


Muro Cortina Vidriado en Seco

Guarniciones de EPDM

Temp. Interior21°C

Marco de Aluminio

de 50mmx100mm

DVH

Perfil de ret. de aluminio

Ruptura térmica de Nylon

Perno de Acero 236mm

Espaciador de aluminio

Disecante

Sello primario de PIB

Sello Secund.de Silicona

DVH con Espaciador de Aluminio

Dow Corning INTERNALMuro Cortina Vidriado con Silicona Estructural

Junta Estructural de Silicona 8mm x 12 mm

Temp. Interior 21°C

Marco de Aluminio 50mm x 100mm

Espaciador de Esponjade Silicona 8mm x 6mm

Sellado de Estanquidad de Silicona 15mm

Cordón de respaldo

Sello Primario

de PIB

Espac. de Esponja de Silicona

Sello Secundario

de Silicona

Esponja de Siliconacon Disecante


Resultados del Montaje:

Peor Condición: Sistema de Muro Cortina Vidriado en Seco con cristales de bajo desempeño y DVHs con espaciador de aluminio

1200mm

2500

mm


Resultados del Montaje:

Mejor condición: VES utilizando cristales de alto desempeño (bajo FS) y espaciador de esponja de silicona

1200mm

2500

mm


Comparativa: U, FS y Temperatura

Desem

p. D

ecreciente

• El VES brinda mejores (menores) valores U que los sistemas Vidriado en Seco para todas las combinaciones

• Con el VES se consiguen menores temperaturas interiores que con el sistema Vidriado en Seco para todas las combinaciones

• Los espaciadores de Esponja de Silicona proveen un mejor (menor) valor U que los de aluminio para todas las combinaciones

Sistema Espac. Vidrio U (W/m²K) FSTransmitancia

Luz Visible

Temp. Interior del Mullion (exterior 50°C) alta carga

1120W/m2VES Si LoE3/incol. 1.80 0.28 0.59 29.8VES Si Incol./incol. 2.72 0.68 0.74 31.4VES Al LoE3/incol. 2.01 0.30 0.59 34.3VES Al Incol./incol. 2.87 0.69 0.74 35.4Seco Si LoE3/incol. 2.19 0.27 0.58 40.0Seco Si Incol./incol. 3.07 0.67 0.74 41.0Seco Al LoE3/incol. 2.30 0.27 0.58 42.0Seco Al Incol./incol. 3.17 0.67 0.74 42.7


Variación de la Temperatura - VES a 50°C, 1120 W/m²

15.5C

Vidrio de Alto DesempeñoEspaciador de Silicona

Vidrio Incoloro,Espaciador de Si

31.4C29.8C

35.4C

Vidrio Incoloro, Espaciador de Aluminio

34.3 C

+1.6°C

+4.5°C

+4.0°C

+1.1°C

Vidrio de Alto Desempeño, Espaciador de Aluminio

76-78°C

Mediciónde la Temp.


15.5C+1.0°C

+1.7°C

42.0C 42.7C

40.0C 41.0C

+2.0°C

+0.7°C

Variación de la Temp. - Vidriado en Seco a 50°C, 1120 W/m²

Vidrio de Alto Desempeño, Espaciador de Silicona

Vidrio Incoloro,Espaciador de Si

Vidrio Incoloro, Espaciador de Aluminio

Vidrio de Alto Desempeño, Espaciador de Aluminio


Comparación de Temperaturas: Vidriado Estructucturalcon Silicona vs. Vidriado en Seco a 50°C, 1120W/m²:

31.4CVES: 29.8°C

VES: 35.4°C

+10.2°C

+7.3°C

76-7

8°C

15.5CSeco: 40.0°C

Seco: 42.7°C

Mediciónde Temp.

Vidrio de Alto Desempeño Espaciador de Silicona

Vidrio IncoloroEspaciador de Aluminio

Dow Corning INTERNALComparativa para diferentes cargas térmicas

• Las variaciones de temperatura son mayores en climas con condiciones extremas• El impacto sobre la temp.del sistema > espaciador > sistema de acristalado

Dow Corning INTERNALAnálisis de los sistemas para climas extremos

Clima de Abu Dhabi

50m50m

3 plantas


Metodología Experimental

• Comparar el Consumo de Energía (electricidad para refrigeración e iluminación y gas para calefacción) de los distintos sistemas de muro cortina basados en:– EFEN (Carli)– Valor U, FS: calculado con THERM y WINDOW– Infiltraciones de Aire: de 0 (burletería nueva o Vidriado Estructural

con Silicona) a 16.5m³/m²h para simular el envejecimiento de las guarniciones

– Costo de la Energía: $ 0.16/kWh (elect.), $ 0.07/kWh (gas)

• Cálculo de las emisiones de CO2 en base a:– Emisiones de CO2: 0.480kg por cada 1kWh de electricidad de

generación mixta– Emisiones de CO2 : 53.8 kg por cada 1GJ de gas consumido


Resultados: Consumo de Energía

Reducción del consumo de energía considerando infiltración de aire: ~292GJ

Reducción en los costos de energía considerando infiltración de aire: ~US$ 9300

~292GJ

~U$S 9300


Resultados: Consumo de Energía– Peor Desempeño: Sistema Seco, burletería envejecida, vidrio incoloro, espaciador de Al

– Mejor Desempeño: Sistema:VES, baja infiltración, cristal de alto desempeño, espaciador de esponja de silicona

– Ahorro Energético de hasta 292 GJ: ~5% de reducción en el consumo

– Ahorro en costos de energía para un edificio de 3 pisos de altura: ~7%

Sistema Seco / VES

VidriadoPobre/Bueno

Espaciad.Al / Sil.

Infiltración(m³/m²h)

Consumo Total de

Energía (GJ)

Ahorro Total en los Costos

de Energía

Costo Total de la

Energía

Ahorro Total Energía (GJ)

en Seco Pobre Alum. 16.5 6092 0 135671 0en Seco Pobre Sil. 16.5 6091 5 135666 1en Seco Pobre Sil. 11.0 6027 1386 134285 65en Seco Pobre Alum. 11.0 6027 1381 134290 65en Seco Pobre Alum. 16.5 5969 5525 130146 123en Seco Pobre Sil. 16.5 5966 5577 130094 126

VES Pobre Alum. 5.5 5963 2765 132906 129en Seco Pobre Sil. 5.5 5963 2775 132896 129en Seco Pobre Alum. 5.5 5963 2770 132901 129

VES Pobre Sil. 5.5 5961 2801 132870 131en Seco Bueno Alum. 11.0 5911 6776 128895 181en Seco Bueno Sil. 11.0 5909 6825 128846 183

VES Pobre Alum. 0.0 5900 4159 131512 192VES Pobre Sil. 0.0 5898 4194 131477 194

en Seco Bueno Alum. 5.5 5856 7994 127677 236VES Bueno Alum. 5.5 5855 8014 127657 237

en Seco Bueno Sil. 5.5 5854 8040 127631 238VES Bueno Sil. 5.5 5851 8100 127571 241VES Bueno Alum. 0.0 5804 9186 126485 288VES Bueno Sil. 0.0 5800 9267 126404 292


Resultados: Emisiones de CO2

Reducción en las emisiones de CO2 por reducción del consumo de energía: 52.4 tons

Cálculo de las emisiones de CO2:

• Emisiones de CO2 : 0.480kg/kWh de electricidad de generación mixta

• Emisiones de CO2 : 53.8kg/GJ gas consumido

52.4 ton


Resultados: Emisiones de CO2

– Reducción de 52.4 tons de CO2 para un edificio de 3 pisos de altura

– Emisiones anuales de CO2 por consumo de combustibles fósiles en la U.E.A. = 137.82 MILLONES DE TONELADAS

Sistema Seco / VES

VidriadoPobre/Bueno

Espaciad.Al / Sil.

Infiltración(m³/m²h)

Emisiones de CO2 por

cosumo de gas (tons)

Emisiones de CO2 por cosumo

eléctr. (tons)

Total de Emisiones

de CO2

(tons)

Emisiones Evitadas de CO2 (tons)

en Seco Pobre Alum. 16.5 46.0 698.2 744.2 0.0en Seco Pobre Sil. 16.5 46.0 698.2 744.2 0.0en Seco Pobre Sil. 11.0 45.2 691.4 736.6 7.6en Seco Pobre Alum. 11.0 45.3 691.4 736.7 7.5en Seco Pobre Alum. 16.5 56.5 655.8 712.3 31.9en Seco Pobre Sil. 16.5 56.4 655.6 712.0 32.2

VES Pobre Alum. 5.5 44.6 684.5 729.1 15.1en Seco Pobre Sil. 5.5 44.7 684.4 729.1 15.1en Seco Pobre Alum. 5.5 44.7 684.4 729.1 15.1

VES Pobre Sil. 5.5 44.6 684.3 728.9 15.3en Seco Bueno Alum. 11.0 56.0 649.5 705.5 38.7en Seco Bueno Sil. 11.0 55.9 649.3 705.2 39.0

VES Pobre Alum. 0.0 44.1 677.4 721.5 22.7VES Pobre Sil. 0.0 44.1 677.2 721.3 22.9

en Seco Bueno Alum. 5.5 55.5 643.3 698.8 45.4VES Bueno Alum. 5.5 55.5 643.2 698.7 45.5

en Seco Bueno Sil. 5.5 55.5 643.1 698.5 45.7VES Bueno Sil. 5.5 55.5 642.8 698.2 46.0VES Bueno Alum. 0.0 55.2 637.0 692.2 52.0VES Bueno Sil. 0.0 55.2 636.6 691.8 52.4


Conclusiones

– La adecuada selección del vidrio es crítica para el desempeño. – Los Sistemas Vidriado Estructural con Silicona superan a los sistemas de

Vidriado en Seco • Se obtienen valores U menores al compararlos manteniendo los restantes

componentes• Las temperaturas del marco estan próximas a las del interior tanto en climas cálidos

como fríos.• Menor consumo de energía y menor emisiones de CO2

– Los espaciadores de esponja de silicona presentan un mejor desempeño que los de aluminio

• Menor valor U cuando se los compara uno con otro, manteniendo los restantes items iguales

• Las temperaturas del marco están próximas a la temperatura ambiente interior tanto en climas cálidos como fríos.

• Menor consumo de energía y menor emisiones de CO2. El uso combinado del VES y espaciadores tipo “warm edge” brindan los mejores resultados.

– La infiltración de aire es crítica para minimizar el consumo de energía, siendo conveniente la elección de sistemas de vida prolongada.


Referencias

• A Thermal Modeling Comparison of Typical

Curtainwall Glazing Systems – L. Carbary & F. Albert

• THERM - Lawrence Berkeley National Laboratory

http://windows.lbl.gov/software/therm/therm.html

• WINDOW - Lawrence Berkeley National Laboratory

http://windows.lbl.gov/software/window/window.html

• EFEN – Carli Inc.

http://www.designbuildersoftware.com/efen.php


MUCHAS GRACIAS!

Alberto Chiavarini Dow Corning

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