Vidros isolados - Insulated glazing

Perfil de janela de madeira EURO 68 com vidros isolados

Vidro isolante ( IG ) é composto de duas ou mais de vidro vidros das janelas separadas por um vácuo ou cheio de gás o espaço para reduzir a transferência de calor através de uma parte da envolvente do edifício . Uma janela com vidro isolante é comumente conhecida como vidro duplo ou janela de vidro duplo , vidro triplo ou janela de vidro triplo, ou vidro quádruplo ou janela de vidro quádruplo, dependendo de quantos vidros são usados ​​em sua construção.

As unidades de vidro isolante (IGUs) são normalmente fabricadas com vidro em espessuras de 3 a 10 mm (1/8 "a 3/8"). O vidro mais espesso é usado em aplicações especiais. O vidro laminado ou temperado também pode ser usado como parte da construção. A maioria das unidades é produzida com a mesma espessura de vidro em ambos os painéis, mas aplicações especiais, como atenuação acústica ou segurança, podem exigir que diferentes espessuras de vidro sejam incorporadas em uma unidade.

Um diagrama seccionado de uma unidade de vidro isolante fixa (IGU), indicando a convenção de numeração usada neste artigo. A superfície nº 1 está voltada para fora, a superfície nº 2 é a superfície interna do painel externo, a superfície nº 3 é a superfície externa do painel interno e a superfície nº 4 é a superfície interna do painel interno. A moldura da janela é identificada como # 5, um espaçador é indicado como # 6, os selos são mostrados em vermelho (# 7), o friso interno está no lado direito (# 8) e o peitoril externo à esquerda (# 9)

Janelas duplas e de proteção contra tempestades

Uma instalação típica de janelas de vidro isoladas com molduras de uPVC

Vidro isolante é uma evolução de tecnologias mais antigas conhecidas como janelas duplas-hung e janelas de tempestade . As janelas suspensas duplas tradicionais usavam um único painel de vidro para separar os espaços internos e externos.

  • No verão, uma tela de janela seria instalada no exterior sobre a janela dupla para impedir a entrada de animais e insetos.
  • No inverno, a tela foi removida e substituída por uma janela de tempestade , o que criou uma separação de duas camadas entre os espaços interno e externo, aumentando o isolamento da janela nos meses frios de inverno. Para permitir a ventilação, a janela de tempestade pode ser pendurada em alças de dobradiça removíveis e aberta usando braços dobráveis ​​de metal. Normalmente, nenhuma triagem era possível com janelas abertas contra tempestades, embora, no inverno, os insetos normalmente não estejam ativos.

As janelas e telas de proteção contra chuva tradicionais consomem relativamente tempo e trabalho intensivo, exigindo a remoção e armazenamento das janelas de proteção contra chuva na primavera e a reinstalação no outono e armazenamento das telas. O peso da grande moldura da janela de tempestade e do vidro torna a substituição em andares superiores de edifícios altos uma tarefa difícil, exigindo subir repetidamente uma escada em cada janela e tentar segurar a janela no lugar enquanto prendem clipes de retenção nas bordas. No entanto, as reproduções atuais dessas janelas de tempestade de estilo antigo podem ser feitas com vidro destacável no painel inferior que pode ser substituído por uma tela destacável quando desejado. Isso elimina a necessidade de mudar toda a janela de tempestade de acordo com as estações.

O envidraçamento isolado forma um sanduíche multicamadas muito compacto de ar e vidro, o que elimina a necessidade de janelas de proteção contra chuva. As telas também podem ser deixadas instaladas durante todo o ano com vidros isolados e podem ser instaladas de uma maneira que permita a instalação e remoção de dentro do edifício, eliminando a necessidade de subir pelo exterior da casa para fazer a manutenção das janelas. É possível readaptar o envidraçamento isolado em armações de suspensão dupla tradicionais, embora isso requeira uma modificação significativa na estrutura de madeira devido ao aumento da espessura do conjunto de IG.

As unidades de janela modernas com IG geralmente substituem completamente a unidade de suspensão dupla mais antiga e incluem outras melhorias, como melhor vedação entre as janelas superior e inferior e balanceamento de peso operado por mola que remove a necessidade de grandes pesos suspensos dentro da parede ao lado do As janelas, permitindo mais isolamento ao redor da janela e reduzindo o vazamento de ar, fornecem proteção robusta contra o sol e manterão a casa fresca no verão quente e quente no inverno. Esses mecanismos de equilíbrio operados por mola também permitem tipicamente que a parte superior das janelas oscile para dentro, permitindo a limpeza do exterior da janela IG de dentro do edifício.

Espaçador

Espaçadores híbridos - exemplos (da esquerda para a direita): TGI, Swisspacer V, Thermix TX.N e Cromatech Ultra

Os painéis de vidro são separados por um "espaçador". Um espaçador, que pode ser do tipo de borda quente , é a peça que separa os dois painéis de vidro em um sistema de vidro isolante e veda o espaço de gás entre eles. Os primeiros espaçadores foram feitos principalmente de aço e alumínio, que os fabricantes achavam que forneciam mais durabilidade, e seu preço mais baixo significa que eles permanecem comuns.

No entanto, os espaçadores de metal conduzem calor (a menos que o metal seja melhorado termicamente), prejudicando a capacidade da unidade de vidro isolado (IGU) de reduzir o fluxo de calor. Isso também pode resultar na formação de água ou gelo na parte inferior da unidade selada, devido à grande diferença de temperatura entre a janela e o ar ao redor. Para reduzir a transferência de calor através do espaçador e aumentar o desempenho térmico geral, os fabricantes podem fazer o espaçador com um material menos condutor, como espuma estrutural. Um espaçador feito de alumínio que também contém uma barreira térmica altamente estrutural reduz a condensação na superfície do vidro e melhora o isolamento, conforme medido pelo valor U geral .

  • Um espaçador que reduz o fluxo de calor em configurações de envidraçamento também pode ter características de amortecimento de som onde o ruído externo é um problema.
  • Normalmente, os espaçadores são preenchidos ou contêm dessecante para remover a umidade presa no espaço de gás durante a fabricação, diminuindo assim o ponto de orvalho do gás nesse espaço e evitando a formação de condensação na superfície # 2 quando a temperatura do painel de vidro externo cai.
  • Surgiu uma nova tecnologia para combater a perda de calor das barras espaçadoras tradicionais, incluindo melhorias no desempenho estrutural e durabilidade de longo prazo do metal aprimorado (alumínio com barreira térmica) e espaçadores de espuma.

Construção

Composição da unidade de envidraçamento isolado

Os IGUs são freqüentemente fabricados sob encomenda nas linhas de produção da fábrica, mas unidades padrão também estão disponíveis. As dimensões de largura e altura, a espessura das vidraças e o tipo de vidro de cada vidraça, bem como a espessura total da unidade, devem ser fornecidas ao fabricante. Na linha de montagem, espaçadores de espessuras específicas são cortados e montados nas dimensões gerais de largura e altura exigidas e preenchidos com dessecante. Em uma linha paralela, os painéis de vidro são cortados no tamanho certo e lavados para ficarem opticamente transparentes.

Exemplos de perfis modernos de janelas de plástico e madeira com vidros isolados

Um adesivo, selante primário ( poliisobutileno ) é aplicado na face do espaçador em cada lado e os painéis pressionados contra o espaçador. Se a unidade for preenchida com gás, dois orifícios são feitos no espaçador da unidade montada, linhas são conectadas para retirar o ar do espaço e substituí-lo (ou deixando apenas o vácuo) pelo gás desejado. As linhas são então removidas e os orifícios lacrados para conter o gás. A técnica mais moderna é usar um enchedor de gás online, o que elimina a necessidade de fazer furos no espaçador. O objetivo do selante primário é evitar que o gás isolante escape e o vapor de água entre. As unidades são então envolvidas no lado da borda usando polissulfeto ou selante de silicone ou material semelhante como selante secundário que restringe os movimentos do selante primário de plástico emborrachado. O dessecante removerá vestígios de umidade do espaço de ar para que nenhuma água apareça nas faces internas (sem condensação) dos painéis de vidro voltados para o espaço de ar durante o tempo frio. Alguns fabricantes desenvolveram processos específicos que combinam o espaçador e o dessecante em um sistema de aplicação de etapa única.

A unidade de envidraçamento isolante, consistindo de dois painéis de vidro unidos em uma única unidade com uma vedação entre as bordas dos painéis, foi patenteada nos Estados Unidos por Thomas Stetson em 1865. Foi desenvolvido em um produto comercial na década de 1930, quando várias patentes foram depositadas e um produto foi anunciado pela Libbey-Owens-Ford Glass Company em 1944. Seu produto foi vendido sob a marca Thermopane, que foi registrada como uma marca comercial em 1941. A tecnologia Thermopane difere significativamente dos IGUs contemporâneos . Os dois painéis de vidro foram soldados entre si por uma vedação de vidro e os dois painéis foram separados por menos de 0,5 polegadas (1,3 cm) típicos das unidades modernas. O nome da marca Thermopane entrou no vocabulário da indústria de vidros como a marca registrada genérica para qualquer IGU.

Performance térmica

A eficiência máxima de isolamento de um IGU padrão é determinada pela espessura do espaço. Normalmente, a maioria das unidades seladas atinge valores máximos de isolamento usando um espaço de 16–19 mm (0,63–0,75 pol.) Quando medido no centro do IGU.

A espessura IGU é um compromisso entre maximizar o valor de isolamento e a capacidade do sistema de estrutura usado para transportar a unidade. Alguns sistemas de envidraçamento residenciais e a maioria dos comerciais podem acomodar a espessura ideal de uma unidade de painel duplo. Surgem problemas com o uso de vidros triplos para reduzir ainda mais a perda de calor em um IGU. A combinação de espessura e peso resulta em unidades que são muito pesadas para a maioria dos sistemas de envidraçamento residenciais ou comerciais, especialmente se esses painéis estiverem contidos em armações móveis ou caixilhos.

Imagem TIR de janela equipada com VIG

Esta compensação não se aplica ao vidro isolado a vácuo (VIG) ou envidraçado evacuado, pois a perda de calor devido à convecção é eliminada, deixando as perdas de radiação e condução através da vedação da borda e pilares de suporte necessários sobre a área da face. Essas unidades VIG têm a maior parte do ar removida do espaço entre os painéis, deixando um vácuo quase completo . As unidades VIG que se encontram atualmente no mercado são seladas hermeticamente ao longo de seu perímetro com vidro de solda, ou seja, uma frita de vidro (vidro em pó) com ponto de fusão reduzido é aquecida para unir os componentes. Isso cria uma vedação de vidro que sofre estresse crescente com o aumento do diferencial de temperatura em toda a unidade. Esse estresse pode limitar o diferencial de temperatura máximo permitido. Um fabricante fornece uma recomendação de 35 ° C. Pilares bem espaçados são necessários para reforçar o envidraçamento para resistir à pressão da atmosfera. O espaçamento e o diâmetro dos pilares limitaram o isolamento alcançado pelos projetos disponíveis no início da década de 1990 a R = 4,7 h · ° F · ft2 / BTU (0,83 m2 · K / W) não melhor do que as unidades de vidro isolado de vidro duplo de alta qualidade. Produtos recentes afirmam desempenho de R = 14 h · ° F · ft2 / BTU (2,5 m2 · K / W) que excede as unidades de vidro isolado com vidros triplos. Os pilares internos necessários excluem aplicações onde uma visão desobstruída através da unidade de envidraçamento é desejada, ou seja, a maioria das janelas residenciais e comerciais e vitrines refrigeradas de alimentos. As janelas equipadas com VIG, no entanto, apresentam baixo desempenho devido à intensa transferência de calor nas bordas.

A tecnologia de vácuo também é usada em alguns produtos de isolamento não transparentes chamados painéis isolados a vácuo .

Uma forma mais antiga de melhorar o desempenho do isolamento é substituir o ar no espaço por um gás de menor condutividade térmica . A transferência de calor por convecção do gás é uma função da viscosidade e do calor específico. Gases monoatômicos como argônio , criptônio e xenônio são freqüentemente usados, pois (em temperaturas normais) eles não transportam calor em modos rotacionais , resultando em uma capacidade de calor mais baixa do que os gases poliatômicos. O argônio tem uma condutividade térmica de 67% da do ar, o criptônio tem cerca de metade da condutividade do argônio. O argônio ocupa quase 1% da atmosfera e está isolado a um custo moderado. O criptônio e o xenônio são apenas vestígios de componentes da atmosfera e muito caros. Todos esses gases "nobres" são atóxicos, transparentes, inodoros, quimicamente inertes e estão disponíveis comercialmente devido à sua ampla aplicação na indústria. Alguns fabricantes também oferecem hexafluoreto de enxofre como gás isolante, especialmente para isolar o som. Possui apenas 2/3 da condutividade do argônio, mas é estável, barato e denso. No entanto, o hexafluoreto de enxofre é um gás de efeito estufa extremamente potente que contribui para o aquecimento global. Na Europa, SF
6
se enquadra na diretiva de gases fluorados que proíbe ou controla seu uso para várias aplicações. Desde 1 de janeiro de 2006, SF
6
é proibido como gás traçador e em todas as aplicações, exceto aparelhagem de alta tensão .

Em geral, quanto mais eficaz um gás de enchimento é em sua espessura ideal, mais fina é a espessura ideal. Por exemplo, a espessura ideal para o criptônio é menor do que para o argônio e menor para o argônio do que para o ar. No entanto, uma vez que é difícil determinar se o gás em um IGU se tornou misturado com o ar no momento da fabricação (ou se torna misturado com o ar uma vez instalado), muitos projetistas preferem usar lacunas mais espessas do que seria ideal para o gás de enchimento se ele eram puros. O argônio é comumente usado em vidros isolados, pois é o mais acessível. O criptônio, que é consideravelmente mais caro, geralmente não é usado, exceto para produzir unidades de vidros duplos muito finos ou unidades de vidros triplos de desempenho extremamente alto. O Xenon encontrou muito pouca aplicação em IGUs devido ao custo.

Propriedades de isolamento térmico

Edifício de escritórios com vidros quádruplos em Oslo, Noruega, valor U 0,29 W / m 2 K, valor R 20

A eficácia de vidro isolante pode ser expressa como um valor-R . Quanto mais alto o valor R, maior é sua resistência à transferência de calor. Um IGU padrão que consiste em painéis de vidro (ou lâmpadas) transparentes não revestidos com ar na cavidade entre as lâmpadas normalmente tem um valor R de 0,35 K · m 2 / W.

Usando unidades usuais dos EUA , uma regra prática na construção do IGU padrão é que cada mudança no componente do IGU resulta em um aumento de 1 R-valor para a eficiência da unidade. A adição de gás argônio aumenta a eficiência para cerca de R-3. Usar vidro de baixa emissividade na superfície # 2 adicionará outro valor-R. IGUs com vidros triplos adequadamente projetados com revestimentos de baixa emissividade nas superfícies # 2 e # 4 e preenchidos com gás argônio nas cavidades ou unidades VIG resultam em valores R tão altos quanto R-11. Certas unidades IG com múltiplas câmaras resultam em valores R tão altos quanto R-24.

Camadas adicionais de envidraçamento oferecem a oportunidade de melhorar o isolamento. Embora o vidro duplo padrão seja o mais amplamente utilizado, o vidro triplo não é incomum, e o vidro quádruplo é produzido para ambientes frios como o Alasca ou a Escandinávia. Mesmo vidros quíntuplos e seis painéis (quatro ou cinco cavidades) estão disponíveis - com fatores de isolamento dos painéis intermediários equivalentes às paredes.

Propriedades de isolamento acústico

Em algumas situações, o isolamento se refere à mitigação de ruído . Nessas circunstâncias, um grande espaço de ar melhora a qualidade do isolamento acústico ou a classe de transmissão do som . Vidros duplos assimétricos, usando diferentes espessuras de vidro em vez dos sistemas simétricos convencionais (espessuras de vidro iguais usadas para ambas as luzes) irão melhorar as propriedades de atenuação acústica do IGU. Se espaços de ar padrão forem usados, hexafluoreto de enxofre pode ser usado para substituir ou aumentar um gás inerte e melhorar o desempenho de atenuação acústica.

Outras variações do material de envidraçamento afetam a acústica. As configurações de envidraçamento mais amplamente utilizadas para amortecimento de som incluem vidro laminado com espessura variada da camada intermediária e espessura do vidro. Incluir um espaçador de ar de barreira térmica de alumínio termicamente melhorado estrutural no vidro isolante pode melhorar o desempenho acústico, reduzindo a transmissão de fontes de ruído externas no sistema de fenestração.

A revisão dos componentes do sistema de envidraçamento, incluindo o material do espaço aéreo usado no vidro isolante, pode garantir a melhoria geral da transmissão do som.

Longevidade

Temperaturas de pico do painel de verão do painel triplo preenchido com argônio e IGU revestido de baixo E
Dependência da temperatura da permeação de vapor de água do selante primário de PIB

A vida útil de um IGU varia de acordo com a qualidade dos materiais utilizados, tamanho do vão entre o painel interno e externo, diferenças de temperatura, acabamento e localização de instalação tanto em termos de direção de face e localização geográfica, quanto do tratamento que a unidade recebe. As unidades de IG normalmente duram de 10 a 25 anos, com janelas voltadas para o equador geralmente durando menos de 12 anos. Os IGUs normalmente têm garantia de 10 a 20 anos, dependendo do fabricante. Se os IGUs forem alterados (como a instalação de um filme de controle solar), a garantia pode ser anulada pelo fabricante.

A Insulating Glass Manufacturers Alliance (IGMA) realizou um extenso estudo para caracterizar as falhas de unidades comerciais de vidro isolante em um período de 25 anos.

Para uma unidade IG de construção padrão, a condensação se acumula entre as camadas de vidro quando a vedação do perímetro falha e quando o dessecante fica saturado e geralmente só pode ser eliminada substituindo-se o IGU. A falha do selo e a substituição subsequente resultam em um fator significativo no custo geral de propriedade de IGUs.

Grandes diferenças de temperatura entre os painéis interno e externo sobrecarregam os adesivos espaçadores, que podem eventualmente falhar. As unidades com um pequeno intervalo entre os painéis são mais propensas a falhas devido ao aumento da tensão.

Mudanças na pressão atmosférica combinadas com clima úmido podem, em casos raros, levar ao preenchimento da lacuna com água.

As superfícies de vedação flexíveis que evitam a infiltração em torno da janela também podem degradar, rasgar ou danificar. A substituição dessas vedações pode ser difícil ou impossível, devido às janelas IG geralmente usarem estruturas de canal extrudadas sem parafusos ou placas de retenção de vedação. Em vez disso, as vedações de borda são instaladas empurrando um lábio flexível unilateral recortado em forma de seta em uma fenda no canal extrudado e, muitas vezes, não podem ser facilmente extraídas da fenda extrudada para ser substituída.

No Canadá, desde o início de 1990, existem algumas empresas que oferecem manutenção de unidades IG defeituosas. Eles fornecem ventilação aberta para a atmosfera por meio de furos no vidro e / ou espaçador. Esta solução freqüentemente reverte a condensação visível, mas não pode limpar a superfície interna do vidro e manchas que podem ter ocorrido após exposição prolongada à umidade. Eles podem oferecer uma garantia de 5 a 20 anos. Esta solução diminui o valor de isolamento da janela, mas pode ser uma solução "verde" quando a janela ainda está em boas condições. Se a unidade IG tiver um enchimento de gás (por exemplo, argônio ou criptônio ou uma mistura), o gás é dissipado naturalmente e o valor R é afetado.

Desde 2004, também existem algumas empresas que oferecem o mesmo processo de restauração para unidades de vidro duplo com defeito no Reino Unido, e há uma empresa que oferece restauração de unidades de IG com falha na Irlanda desde 2010.

Fissuração por estresse térmico

Fissuração por estresse térmico

A fissuração por tensão térmica não é diferente para vidraças isoladas e vidraças não isoladas. As diferenças de temperatura na superfície dos painéis de vidro podem causar rachaduras no vidro. Isso normalmente ocorre quando o vidro é parcialmente sombreado e uma seção é aquecida à luz solar. O vidro colorido aumenta o aquecimento e o estresse térmico, enquanto o recozimento reduz o estresse interno embutido no vidro durante a fabricação, deixando mais força disponível para resistir ao craqueamento térmico.

A expansão térmica cria pressão interna, ou estresse, onde a expansão do material quente é restringida por um material mais frio. Uma rachadura pode se formar se a tensão exceder a resistência do material e a rachadura se propagará até que a tensão na ponta da rachadura esteja abaixo da resistência do material. Normalmente, as rachaduras se iniciam e se propagam a partir da borda de corte sombreada estreita onde o material é fraco e a tensão é espalhada sobre um pequeno volume de vidro em comparação com a área aberta. A espessura do vidro não tem efeito direto sobre as rachaduras térmicas em janelas porque tanto o estresse térmico quanto a resistência do material são proporcionais à espessura. Embora o vidro mais espesso tenha mais resistência remanescente após suportar as cargas de vento, isso geralmente é apenas um fator significativo para grandes unidades de envidraçamento em edifícios altos e o vento melhora a dissipação de calor. O aumento da resistência a rachaduras com vidros mais finos em aplicações residenciais e comerciais comuns é o resultado mais confiável do uso de vidro temperado para atender aos códigos de segurança de construção que exigem seu uso para reduzir a gravidade dos ferimentos em caso de quebra. As tensões da aresta de corte devem ser reduzidas por recozimento antes do revenido e isso remove as concentrações de tensão criadas durante o corte do vidro e aumenta significativamente a tensão necessária para iniciar uma rachadura na aresta. O custo para processar o vidro temperado é muito maior do que a diferença de custo entre o vidro de 1/8 "(3 mm) e o material de 3/16" (5 mm) ou 1/4 "(6,5 mm), levando os vidraceiros a sugerir a substituição do vidro trincado com vidro mais espesso. Também pode evitar a revelação ao cliente de que o vidro temperado deveria ter sido usado inicialmente.

Eficiência

Dadas as propriedades térmicas do caixilho, moldura e peitoril, e as dimensões da vidraça e propriedades térmicas do vidro, a taxa de transferência de calor para uma determinada janela e conjunto de condições podem ser calculados. Isso pode ser calculado em kW (quilowatts), mas mais útil para cálculos de benefício de custo pode ser expresso como kWh pa (quilowatt-hora por ano), com base nas condições típicas de um ano para um determinado local.

Os painéis de vidro nas janelas de vidro duplo transmitem o calor em ambas as direções por radiação, através do vidro por condução e através do vão entre os painéis por convecção, por condução através da moldura e por infiltração em torno das vedações do perímetro e da vedação da moldura para o construção. As taxas reais variam de acordo com as condições ao longo do ano e, embora o ganho solar possa ser muito bem-vindo no inverno (dependendo do clima local), pode resultar no aumento dos custos do ar-condicionado no verão. A transferência de calor indesejada pode ser atenuada, por exemplo, usando cortinas à noite no inverno e cortinas de sol durante o dia no verão. Em uma tentativa de fornecer uma comparação útil entre as construções de janelas alternativas, o British Fenestration Rating Council definiu uma "Classificação de energia da janela" WER, variando de A para o melhor até B e C, etc. Isso leva em consideração uma combinação da perda de calor através da janela (valor U, o recíproco do valor R ), o ganho solar (valor g) e perda por vazamento de ar ao redor da moldura (valor L). Por exemplo, uma janela com classificação A em um ano típico ganhará tanto calor do ganho solar quanto perde de outras maneiras (no entanto, a maior parte desse ganho ocorrerá durante os meses de verão, quando o calor pode não ser necessário para o ocupante do edifício ) Isso fornece melhor desempenho térmico do que uma parede típica.

Veja também

Referências

links externos