Casa RH
Fecha de consultoría: Febrero de 2009. Proyecto arquitectónico: LaBor Studio > Adriana Ramos, con la colaboración de Jesús Ramos. Análisis térmico y energético: Sol-arq - Arturo Ordóñez.

1. Objetivo

El objetivo central del estudio fue optimizar, en términos ambientales y energéticos, el proyecto de una vivienda de dos niveles ubicada en la ciudad de Chihuahua (latitud 28º, longitud -106.1º), considerando para ello diversas estrategias de diseño y constructivas.

2. Metodología

El estudio se basó en el desarrollo de simulaciones dinámicas mediante el módulo EnergyPlus del programa DesignBuilder. En dichas simulaciones se empleó un archivo de datos climáticos horarios para la ciudad de Chihuahua generado con el programa especializado Meteonorm.

Se efectuaron dos fases de análisis. En la primera se evaluó el proyecto original planteado por el equipo de diseño (Anteproyecto 01), incluyendo dos opciones constructivas (Anteproyecto 01a y Anteproyecto 01b). El cometido central de esta fase fue identificar las áreas de oportunidad y proponer alternativas para mejorar su desempeño.

En la segunda fase se evaluó el proyecto mejorado (Anteproyecto 02), en el cual se incorporaron las recomendaciones de diseño emitidas en la fase anterior. En este caso también se incluyeron dos opciones constructivas (Anteproyecto 02a y Anteproyecto 02b).

Las cuatro opciones descritas arriba se simularon tanto en modo pasivo como en modo mecánico, de acuerdo a los parámetros que se indican en la Tabla 1. En las simulaciones en modo pasivo se consideró exclusivamente el uso de recursos naturales como la ventilación y el soleamiento, evaluando el nivel de confort que era posible alcanzar en cada una de las opciones sin hacer uso de sistemas mecánicos de climatización. En las simulaciones en modo mecánico, por otro lado, se consideró el uso de sistemas HVAC para mantener niveles óptimos de confort. En este caso la información más relevante se relaciona con los consumos energéticos que tendría cada opción.

CasaRH-OrganizacionSimulaciones
Tabla 1. Organización de las simulaciones.

3. Datos de entrada relevantes

Muchos de los datos de entrada son idénticos en los modelos de simulación de las cuatro opciones analizadas. Tal es el caso, por ejemplo, de los datos relacionados con la ocupación, las ganancias internas por aparatos, el funcionamiento de la iluminación artificial y las características de los sistemas HVAC. En cambio hay diferencias significativas respecto a la configuración geométrica y constructiva, las cuales reseñamos aquí.

Configuración geométrica

La configuración geométrica de los modelos de simulación del Anteproyecto 01 se basa en la información proporcionada originalmente por el equipo de diseño, como se muestra en las Imágenes 1 a la 3.

Imagen 1 :: Anteproyecto 01 Imagen 2 :: Anteproyecto 01 Imagen 3 :: Anteproyecto 01
Imágenes 1 a la 3. Anteproyecto 01.

Los modelos de simulación del Anteproyecto 02 mantienen una configuración general parecida, pero incorpora cambios orientados a mejorar su desempeño ambiental y energético (Imágenes 4 a la 6). Entre los más importantes se encuentra la redistribución del acristalamiento, que busca un mejor aprovechamiento de la radiación solar durante el invierno y una mayor protección contra la misma en verano. También se incluyó una torre de ventilación sobre el hueco de la escalera (Imagen 6), con el objeto de mejorar el efecto de la ventilación natural como recurso de enfriamiento en verano.

Imagen 4 :: Anteproyecto 02 Imagen 5 :: Anteproyecto 02 Imagen 6 :: Anteproyecto 02
Imágenes 4 a la 6. Anteproyecto 02.

Configuración de los cerramientos

  • Anteproyecto 01a. Se consideran sistemas constructivos típicos de la localidad, los cuales suelen ofrecer un desempeño térmico deficiente: muros exteriores de ladrillo recocido sencillo, cubiertas de losas de concreto reforzado aligeradas con casetón de poliestireno, ventanas de vidrio sencillo sin protección solar.
  • Anteproyecto 01b. Similar a la opción anterior, pero a los muros exteriores y a las cubiertas se les añade aislamiento externo mediante placas de poliestireno expandido de 1” en el primer caso y placas de poliisocianurato de 1 ½” en el segundo.
  • Anteproyecto 02a. Muros exteriores de bloques térmicos rellenos de tierra (aislamiento ligero y masa térmica), cubiertas de losas de concreto reforzado aligeradas con casetón de poliestireno y con aislamiento exterior mediante placas de poliisocianurato de 1 ½”. Las ventanas se consideran de vidrio doble con protección solar interior.
  • Anteproyecto 02b. Similar a la anterior, pero los muros exteriores se consideran de ladrillo recocido con aislamiento exterior mediante placas de poliestireno expandido de 1” (masa térmica interna y mayor nivel de aislamiento). En las colindancias se proponen muros de ladrillo doble con cámara rellena de concreto aligerado, con el objeto de facilitar el proceso de construcción.

4. Síntesis de los resultados

Los resultados obtenidos a través de las simulaciones muestran la posibilidad de mejorar significativamente el desempeño térmico y energético de la vivienda, gracias a las estrategias de diseño y constructivas planteadas. Esto resulta más evidente con la vivienda operando en modo mecánico, lo cual también se traduce en importantes ahorros económicos durante su vida útil.

La Gráfica 1 muestra una comparativa de las horas en disconfort calculadas para cada una de las opciones en modo pasivo. Los valores expresan la suma del número de horas con temperatura en o por arriba de los 29ºC durante el periodo de simulación de verano, más el número de horas en o por debajo de los 18ºC durante el de invierno. La Gráfica 2 muestra una comparativa de los consumos energéticos (kWh) asociados a los sistemas de climatización de los modelos simulados en modo mecánico. La Gráfica 3 muestra una comparativa de los gastos derivados de dichos consumos, incluyendo la energía eléctrica empleada por el sistema de refrigeración y el gas LP empleado por el sistema de calefacción.

Gráfica 1 :: Horas en disconfort Gráfica 2 :: Consumos energéticos Gráfica 3 :: Gastos energéticos
Gráficas 1 a la 3. Horas en disconfort, Consumos energéticos y Gastos energéticos.

Las gráficas de resultados horarios correspondientes al balance térmico, obtenidas con las simulaciones en modo pasivo, permiten visualizar con mayor detalle el impacto benéfico de las estrategias de diseño planteadas en el Anteproyecto 02. Las Gráficas 4 y 5 muestran los balances de pérdidas y ganancias de calor durante el periodo de verano en el Anteproyecto 01a y el Anteproyecto 02b, respectivamente. En ésta última se aprecia una reducción muy importante de las ganancias por radiación solar, así como un aumento significativo de las pérdidas de calor debidas a la ventilación natural.

Gráfica 4 :: Balance térmico en verano, Anteproyecto 01a Gráfica 5 :: Balance térmico en verano, Anteproyecto 02b
Gráficas 4 y 5. Comparación de balances térmicos en verano.

Por otro lado, las Gráficas 6 y 7 muestran los balances de pérdidas y ganancias de calor durante el periodo de invierno, también para el Anteproyecto 01a y el Anteproyecto 02b. En este caso se aprecia que las ganancias de calor por radiación solar son sensiblemente mayores en el Anteproyecto 02, lo cual obedece principalmente a la redistribución del acristalamiento y explica en buena medida la reducción de la demanda de calefacción.

Gráfica 6 :: Balance térmico en invierno, Anteproyecto 01a Gráfica 7 :: Balance térmico en invierno, Anteproyecto 02b
Gráficas 6 y 7. Comparación de balances térmicos en invierno.

Nota: El presente artículo es de carácter sintético y tiene un cometido meramente informativo. Sol-arq no puede asumir responsabilidad alguna por el uso inadecuado que se dé a la información aquí vertida.


 

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