Vetro ad alte prestazioni

Il vetro ad alte prestazioni consente una trasmissione naturale della luce, contribuendo al contempo a limitare il guadagno termico e il trasferimento di energia termica.

Grazie ai continui miglioramenti nell’isolamento termico e nelle prestazioni di controllo solare, il vetro è un materiale da costruzione flessibile che può contribuire a migliorare l’efficienza energetica degli edifici. Un modo per ottenere queste prestazioni è l’uso del vetro rivestito ad alte prestazioni, una parte fondamentale della vetratura, che consente agli occupanti dell’edificio di interagire visivamente con l’ambiente esterno da un interno confortevole.

Cos’è il vetro ad alte prestazioni e perché lo usiamo? 

Il vetro ad alte prestazioni nella vetratura architettonica può aiutare a controllare le temperature all’interno di un edificio fornendo diversi livelli di isolamento termico e/o controllo solare. La vetratura ad alte prestazioni è in grado di offrire molta luce naturale agli spazi interni, contribuendo a migliorare il comfort degli occupanti e l’efficienza energetica dell’edificio. 

I rivestimenti in vetro ad alte prestazioni offrono inoltre agli architetti un’ampia gamma di opzioni estetiche in termini di colori, consentendo loro di scegliere il look più adatto al loro progetto.

Quali sono i vantaggi del vetro ad alte prestazioni?

I rivestimenti ad alte prestazioni offrono varie opzioni per le vetrature architettoniche.

In termini estetici, la vetratura può essere realizzata per conferire un aspetto neutro o colorato, con il livello desiderato di riflessione, trasmissione della luce e privacy. Gli architetti sono liberi di creare splendide facciate vetrate che aiutano a integrare l’edificio nel suo contesto geografico riflettendo l’ambiente circostante o mostrando ciò che avviene all’interno di un edificio. In termini di prestazioni energetiche, ciò incide sulla trasmissione dell’energia solare e sull’intensità dell’isolamento termico. I rivestimenti ad alte prestazioni possono aiutare a soddisfare i programmi di costruzione ecosostenibile, come il programma LEED® del Green Building Council statunitense e altri requisiti della normativa in ambito energetico.

Come funziona il vetro ad alte prestazioni?

Per capire come funziona il vetro ad alte prestazioni, occorre considerare come il vetro interagisce con lo spettro elettromagnetico. 

L’energia solare (o radiazione a onde corte) viene ricevuta sulla superficie della terra dal sole. Include lunghezze d’onda ultraviolette, visibili e nel vicino infrarosso, comprese tra 300 e 2.500 nm. Il vetro rivestito a controllo solare è in grado di bloccare una quantità significativa di questa energia riflettendone e assorbendone una parte.

La radiazione a onde lunghe include lunghezze d’onda da 5.000 a 50.000 nm. I rivestimenti ad alte prestazioni sul vetro sono progettati per rallentare il trasferimento di calore radiante. I rivestimenti ad alte prestazioni riflettono le radiazioni (calore) a onde lunghe nella struttura durante i periodi più freddi. 

Prestazioni di isolamento termico del vetro ad alte prestazioni

Il trasferimento di calore avviene attraverso tre meccanismi: radiazione, conduzione e convezione. All’interno di una vetrata isolante si verificano tutti e tre i tipi di trasferimento di calore. 

• La radiazione consiste nel trasferimento di calore mediante energia elettromagnetica e in tal caso l’energia a onde lunghe si sposta attraverso l’insieme della vetratura.
• La conduzione è il trasferimento di calore all’interno di un mezzo (solido o gassoso) causato da differenze di temperatura. Questo trasferimento viene ridotto utilizzando l’argon all’interno della vetrata isolante a causa della sua minore conduttività termica rispetto all’aria. Lungo il bordo della vetrata isolante, il calore conduttivo si sposta dal vetro al distanziatore e di nuovo al vetro. Questo trasferimento può essere rallentato utilizzando un distanziatore a bordo caldo.
• La convezione è il trasferimento di calore attraverso correnti di aria o gas che si muovono lentamente all’interno della vetrata isolante.

Le prestazioni di isolamento si riferiscono alla riduzione del trasferimento di calore associato alle differenze di temperatura dell’aria esterna rispetto a quella interna.

Climi freddi

Nei climi freddi, le prestazioni isolanti sono un vantaggio. Il vetro termoisolante può consentire l’ingresso dell’energia a onde corte e migliora il trattenimento del calore all’interno dell’edificio, con l’energia a onde lunghe che viene riflessa.

Nei climi caldi, la vetratura dovrebbe ridurre sia l’energia a onde corte in entrata, sia l’energia a onde lunghe in entrata incidentale, il che può aiutare a ridurre la necessità di aria condizionata. 

Indipendentemente dal clima, una vetratura che riduce il trasferimento di calore è un vantaggio per le prestazioni energetiche.

Le prestazioni isolanti della vetratura possono essere migliorate con l’uso di un rivestimento ad alte prestazioni che riflette bene l’energia a onde lunghe. Queste prestazioni possono anche essere migliorate aggiungendo un’altra lastra di vetro alla vetrata isolante in modo tale che più cavità e superfici rivestite possano contribuire alle prestazioni di isolamento.

Come vengono misurate le prestazioni di isolamento?

Le prestazioni di isolamento vengono misurate usando un parametro detto “valore U”, che descrive il trasferimento di energia per unità di tempo, ossia la durata necessaria per il trasferimento di energia per unità di area di vetratura e per grado di differenza di temperatura tra la condizione esterna e interna.

Se un’unità di vetratura ha elevate prestazioni termoisolanti, verrà trasferita solo una piccola quantità di energia e il valore U sarà basso.

Il vetro e il modo in cui interagisce con l’energia solare 

Quando un raggio di energia elettromagnetica colpisce una lastra di vetro, una parte dell’energia viene riflessa, un’altra parte viene assorbita e l’energia rimanente verrà trasmessa.  

Come viene misurato il guadagno termico solare? 

Il fattore solare (valore g) e il coefficiente di guadagno di calore solare (SHGC) vengono usati per misurare l’energia solare che viene trasferita al chiuso. Ciò include la trasmissione diretta e la trasmissione indiretta a causa dell’assorbimento e la ri-irradiazione interna. Il fattore solare, o SHGC, è il valore decimale che indica l’energia solare trasmessa attraverso una composizione di vetrature. Ad esempio, se il 31% dell’energia solare in ingresso passa attraverso la vetratura, il valore g o SHGC è 0,31 (31%). 

Climi caldi 

Per un progetto riguardante gli edifici in climi caldi o temperati, è preferibile un valore g o SHGC basso. Il posizionamento di un rivestimento a controllo solare sulla superficie numero 2 spesso favorisce migliori prestazioni perché riflette parte dell’energia solare in ingresso prima che possa penetrare la vetratura. 

In climi particolarmente freddi, un valore g o SHGC più elevato potrebbe essere vantaggioso per consentire un guadagno termico solare passivo.

Tipi di rivestimento e processi di produzione ad alte prestazioni

I rivestimenti ad alte prestazioni possono essere suddivisi in due categorie: quelli applicati attraverso la deposizione pirolitica (rivestimenti duri) e quelli applicati attraverso la deposizione di polveri (rivestimento magnetronico). Gli impianti di produzione di Guardian Glass utilizzano solo il processo di deposizione magnetronico. 

Rivestimento magnetronico

I rivestimenti magnetronici vengono applicati in una grande macchina di deposizione sotto vuoto di magnetron sputtering, fuori linea rispetto al processo di produzione del vetro float. Il vetro completamente formato si sposta lungo un sistema trasportatore attraverso una lunga camera sotto vuoto in cui vari materiali si accumulano in sequenza sulla superficie del vetro.  Insieme, questi materiali sono all’incirca 500 volte più sottili di un foglio di carta.   

I rivestimenti magnetronici vengono applicati con maggiore precisione rispetto ai rivestimenti pirolitici. I rivestimenti magnetronici odierni ad alte prestazioni sono multistrato, dalla progettazione complessa, ideati per fornire un’elevata trasmissione della luce visibile, una bassa riflessione della luce visibile e ridurre il trasferimento di calore.

Rivestimenti pirolitici 

I rivestimenti pirolitici vengono applicati in linea durante il processo di produzione del vetro float. La superficie superiore del nastro di vetro viene spruzzata di un materiale, tipicamente ossido di stagno. Man mano che il vetro si raffredda, il legame superficiale si solidifica, creando un legame forte, molto durevole per la trasformazione del vetro durante la fabbricazione. Tuttavia, le loro proprietà sono molto limitate a causa della loro struttura semplice.

Come viene rivestito il vetro ad alte prestazioni? Vedi il processo di rivestimento magnetronico in questa animazione video.

L’effetto dell’argento

A seconda del requisito di prestazioni del rivestimento, potremmo avere bisogno di ben 15 strati per ottenere le prestazioni desiderate. 

Tra i materiali utilizzabili per un rivestimento basso emissivo magnetronico, l’argento è quello che influisce maggiormente nel miglioramento delle prestazioni energetiche. Più strati di argento vengono aggiunti alla composizione del rivestimento, migliore sarà la selettività spettrale del vetro.

Applicazioni e usi del vetro ad alte prestazioni 

Le vetrate architettoniche avanzate hanno un’ampia varietà di applicazioni. Dalle finestre e facciate continue ai tetti e ai lucernari, in effetti, in qualsiasi applicazione in cui la vetratura è una barriera fisica tra l’interno e l’esterno di un edificio, può essere presa in considerazione una vetratura ad alte prestazioni.

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