Transferência de calor através de unidades de vidro isolante submetidas a cargas climáticas

Data: 30 de janeiro de 2023

Autor: Zbigniew Respondek

Fonte:Materiais2020, 13(2), 286

https://doi.org/10.3390/ma13020286

(Este artigo pertence à Edição Especial Energia na Construção e Materiais de Construção)

Um dos elementos estruturais utilizados na construção de unidades de vidro isolante (IGUs) são vãos estanques preenchidos com gás, cujo objetivo é melhorar as propriedades térmicas dos vidros dos edifícios. Mudanças naturais nos parâmetros climáticos: pressão atmosférica, temperatura e vento influenciam as mudanças de pressão do gás nas aberturas e, consequentemente, as cargas e deflexões resultantes dos painéis de vidro componentes de uma unidade. Em condições de baixa temperatura e quando a pressão atmosférica aumenta, as vidraças componentes podem ter uma forma côncava de deflexão, de modo que a espessura das lacunas em tais vidraças carregadas pode ser inferior à sua espessura nominal.

O artigo analisa o efeito da redução desta espessura em condições de inverno na perda de calor projetada através de unidades de vidro isolante. Para tanto, foram determinadas as deflexões dos vidros nas unidades amostrais e, com base nisso, foi estimada a espessura das lacunas em condições de operação. A seguir, foram comparadas a transmitância térmica e a densidade da taxa de fluxo de calor determinadas para vãos de espessura nominal e de espessura reduzida sob carga. Foi demonstrado que levar em conta a influência das cargas climáticas pode, sob certas condições, resultar num aumento na perda de calor calculada através das IGUs. Isto acontece quando as lacunas não transferem calor por convecção, ou seja, numa faixa linear de mudanças na transmitância térmica.

Por exemplo, para IGUs de vidros triplos atualmente fabricados em condições de “inverno ameno”, as perdas de calor calculadas podem aumentar para 5%, e para IGUs de vidros duplos com vãos de 10–14 mm esta proporção é de cerca de 4,6%. Em outros casos – por exemplo, grande espessura das lacunas em uma unidade, grande redução na temperatura externa – a convenção aparece nas lacunas. Assim, a redução da espessura dos vãos não prejudica o isolamento térmico do vidro. Este efeito deve ser levado em consideração ao projetar IGUs. Verificou-se também que a carga do vento não afeta significativamente a espessura dos vãos.

Geralmente utilizadas na indústria da construção como preenchimento de janelas ou fachadas de vidro, as unidades de vidro isolante (IGUs) consistem em dois ou mais painéis de vidro componentes, conectados nas bordas por um espaçador de vidro. O espaço entre os painéis de vidro dos componentes forma um espaço apertado preenchido com gás. A fim de melhorar o desempenho térmico da divisória do edifício construída desta forma, a lacuna é preenchida com gás com condutividade térmica inferior à do ar, na maioria das vezes argônio. Melhorias adicionais no desempenho são alcançadas pelo uso de painéis de vidro com revestimento de baixa emissividade – tal revestimento deve ser localizado na lateral da lacuna porque corrói rapidamente quando exposto às condições climáticas. A estanqueidade do vão nas unidades de vidro isolante é, portanto, um fator necessário para manter um bom isolamento térmico dos vidros transparentes [1,2].

No entanto, lacunas estreitas determinam algumas propriedades específicas dos IGUs no contexto da transferência de cargas ambientais e da deformação associada dos elementos estruturais. A lacuna é preenchida com gás no processo de produção da unidade, portanto o gás na lacuna possui alguns parâmetros iniciais de pressão, temperatura e volume. Em condições de funcionamento, uma unidade de vidro isolante está exposta a cargas climáticas que geram cargas e deflexões dos vidros componentes devido à diferença de pressão entre o vão e o ambiente. Por exemplo, um aumento na pressão atmosférica ou uma diminuição na temperatura do gás no vão resulta em uma forma côncava de deflexão das vidraças (Figura 1a) e as alterações opostas desses parâmetros em uma forma convexa (Figura 1b). A magnitude da sub ou sobrepressão no vão depende não apenas do valor das cargas climáticas, mas também da estrutura do IGU. Em geral, aumenta com dimensões reduzidas de IGU (largura x comprimento), aumento da espessura do intervalo de gás e aumento da espessura das placas de vidro componentes. Como a diferença de pressão afeta as deflexões no IGU será apresentado posteriormente neste artigo.