Degradação de Unidades de Vidro Isolante: Desempenho Térmico, Medições e Impactos Energéticos

Data: 8 de agosto de 2023

Autores: Madison Likins-White, Robert C. Tenent e Zhiqiang (John) Zhai

Fonte: Edifícios 2023, 13(2), 551; MDPI

DOI:https://doi.org/10.3390/buildings13020551

(Este artigo pertence à Seção Construindo Energia, Física, Meio Ambiente e Sistemas)

A degradação da unidade de vidro isolante (IGU) tem sido estudada extensivamente. No entanto, há uma compreensão limitada de como os actuais padrões de avaliação da durabilidade se relacionam com a vida útil do produto. Além disso, há um debate sobre como quantificar o desempenho das janelas instaladas ao longo do tempo para compreender melhor os processos de degradação. É necessário mais conhecimento sobre estes tópicos para vincular a avaliação da durabilidade às projeções de vida útil do produto com base no desempenho energético. Os modelos energéticos fornecem estimativas úteis do consumo anual total de energia do edifício. No entanto, a maioria dos modelos baseia-se no desempenho “conforme instalado” dos componentes do envelope e não leva em conta a degradação do desempenho. Isto pode levar a uma subestimação do consumo de energia durante a vida útil do edifício.

Uma melhor compreensão da relação entre durabilidade e desempenho energético pode informar a integração da dinâmica de degradação em software de modelagem energética. Isto melhorará as estimativas de consumo de energia do edifício ao longo da vida, bem como informará estratégias e prazos de modernização apropriados. Este artigo revisa a literatura atual sobre durabilidade, vários padrões para classificações de desempenho de janelas e métodos de intemperismo, técnicas de medição de desempenho energético IGU existentes in situ e efeitos energéticos em todo o edifício. Os desafios e disparidades entre vários estudos são analisados ​​e discutidos. Os autores esperam que trabalhos futuros nesta área levem ao desenvolvimento de métodos de teste in situ aprimorados para avaliar a degradação de IGU no campo e vinculem esse conhecimento a abordagens aprimoradas de modelagem de desempenho energético.

O setor de construção é responsável por 40% do consumo total de energia e por mais de 35% das emissões de gases de efeito estufa nos EUA, conforme mostrado na Figura 1 [1].

A envolvente do edifício é a principal barreira térmica entre os ambientes interior e exterior e inclui paredes, janelas, telhado e fundação. A envolvente do edifício é um ponto fraco do consumo geral do edifício e é vital para melhorar o desempenho do edifício. Estima-se que a envolvente do edifício representa 30% do consumo de energia dos edifícios residenciais e comerciais, sendo as janelas responsáveis ​​por 15-50% do total das perdas de transmissão da envolvente e 10% do consumo total de energia dos edifícios [3,4,5,6 ]. Os efeitos do desempenho do envelope se espalham por todos os sistemas dentro de um edifício; um envelope mais eficiente não só reduz a transmissão térmica, mas também pode reduzir o tamanho do equipamento, reduzir o uso de água, melhorar o ciclo de vida geral de um edifício e aumentar o conforto térmico. Contudo, o desempenho térmico da envolvente não é estático ao longo da vida útil do edifício; diminui com a idade e o clima, levando a maiores necessidades de energia. Estima-se que a degradação da envolvente e do HVAC pode levar a um aumento no consumo de energia do edifício em 20-30% [7].

As janelas representam uma grande parte das perdas de envoltório, dependendo do tipo de janela, clima e tipo de construção [4,5]. As janelas não só têm um factor U elevado em comparação com os componentes opacos da envolvente, mas também têm ganhos solares que contribuem para a sua transferência global de calor para os espaços (coeficiente de ganho de calor solar). A Figura 2 mostra que 84% da radiação solar que atinge a janela é transferida para o espaço na forma de calor [8].

A radiação solar e a condutividade térmica levam a maiores ganhos de calor no verão, o que aumenta as cargas de resfriamento. No inverno, apenas a condutividade contribui para o aumento do aquecimento necessário. A condutividade associada a diferenças extremas de temperatura e às janelas que atingem a radiação solar também levam à degradação [9]. As janelas são normalmente divididas em dois componentes físicos: a unidade de vidro isolante (IGU) e a moldura. A IGU consiste em pelo menos duas placas de vidro que são separadas por um sistema espaçador, normalmente contendo um material dessecante com as bordas das unidades seladas com vários materiais poliméricos. O interior da unidade selada é normalmente preenchido com um gás inerte e de baixa condutividade térmica, e as placas de vidro podem ter revestimentos de baixa emissividade (Low-e) para mitigar os ganhos de calor solar.