UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA VICERECTORADO ACADEMICO DECANATO DE POSTGRADO E INVESTIGACION
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EVALUACIÓN DE UN SISTEMA PASIVO DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO
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Y SU RELACION COSTO - BENEFICIO EN VIVIENDAS PARA UN CLIMA CALIDO – HUMEDO
Trabajo Especial de Grado presentado por: Arq. Maria de Jesús Moran Peraza
Especialización en Construcción de Obras Civiles
Maracaibo, Enero de 2011
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SE E R SPASIVO DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO EVALUACIÓN DE UN SISTEMA O H C - BENEFICIO EN VIVIENDAS PARA UN CLIMA ECOSTO Y SU RELACION R E D CALIDO – HUMEDO
Trabajo Especial de Grado para Optar al Titulo de Grado de Especialista en Construcción de Obras Civiles presentado por.
Maria de Jesús Moran Peraza C.I. No V-6.550.869
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DEDICATORIA
A Dios, por ser mi guía espiritual que me ayuda en todo momento.
A mis padres, por traerme a este mundo, e inculcar en mí valores importantes.
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A mis hijos, fuente de inspiración y superación tanto personal como profesional.
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A mi esposo por formar parte de este gran logro que hoy por su infinito amor, paciencia, comprensión y sobre todo por su apoyo incondicional.
María Morán
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AGRADECIMIENTO
A Dios, por ayudarme a terminar esta especialización y por darme la fuerza necesaria para el término de la misma.
A la Universidad Rafael Urdaneta, por ser la institución que me abrió las
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puertas y que hoy me está dando la oportunidad de progresar en mi entorno profesional.
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A mis tutores, por su invaluable colaboración durante el desarrollo de este proyecto, por su acertada y oportuna asesoría cuando más la necesité.
A todas aquellas personas que de alguna y otra manera, contribuyeron en la realización de esta investigación. A todos Mil Gracias María Morán
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ÍNDICE GENERAL
TITULO DEDICATORIA AGRADECIMIENTO ÌNDICE GENERAL ÍNDICE DE CUADROS INDICE DE TABLAS INDICA DE FIGURAS RESUMEN
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CAPÍTULO I: FUNDAMENTACIÓN Planteamiento y Formulación del Problema Objetivos de la Investigación Objetivo General Objetivos Específicos Justificación de la Investigación Delimitación de la investigación
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Pág. II III IV V VII VIII IX X 1 1 6 6 6 7 9
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Antecedentes de la Investigación Bases Teóricas de la Investigación Costo de Construcción Viviendas para clima Cálido Húmedo Características del Sistema Constructivo Sistema pasivo de enfriamiento evaporativo Construcción Techo Tanque Beneficio Eficiencia Energética Enfriamiento Confort Térmico Normativa Legal Sistema de Hipótesis Mapa de Variables
10 10 16 16 18 20 22 25 30 31 35 37 45 48 49
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO Tipo y Nivel de Investigación Diseño de Investigación Unidades de Análisis Procedimiento de la Investigación Plan de Análisis de Datos
50 50 52 54 55 56
CAPÍTULO IV: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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Análisis y Descripción de los Resultados CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS
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58 83 86 88 92
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro
Pág.
No. 1.
Mapa de Variables
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No. 2.
Caracterización de Planta de Arquitectura Vivienda Tradicional
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No. 3.
Características Constructivas de una vivienda tradicional para
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clima cálido – húmedo No. 4.
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Costo de construcción de una vivienda tradicional para clima
ER S E Características Constructivas R de una vivienda con sistema de S O CH (techo tanque) enfriamiento evaporativo E R DEde construcción de una vivienda con sistema pasivo de Costo cálido – húmedo
No. 5.
No. 6.
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enfriamiento No. 7.
Cuadro comparativo de los Costos – Beneficio de una vivienda tradicional y otra con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
VII
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla No. 1. No. 2.
No. 3.
Pág. Resultados de la Evaluación de Calidad Térmica Vivienda Tradicional Resultados de la Evaluación de Calidad Térmica de la Vivienda con Sistema de Enfriamiento Pasivo Evaporativo (techo tanque) Comparación de la Calidad Térmica de la Vivienda Tradicional a una con Sistema de Enfriamiento Pasivo Evaporativo (techo tanque)
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura No. 1. No. 2. No. 3. No. 4. No. 5. No. 6. No. 7. No. 8. No. 9. No. 10. No. 11. No. 12. No. 13. No. 14. No. 15. No. 16. No. 17. No. 18. No. 19. No. 20. No. 21.
Sistema Pasivo evaporativo Principales factores y parámetros que afectan el confort térmico Mecanismos de Equilibrio Térmico Ábaco Psicometrico Grafica de confort de P. O. Fanger. Carta bioclimatica Olyay Planta de Arquitectura Vivienda Tradicional Fachada Norte Vivienda tradicional Fachada Este – Oeste Vivienda tradicional Detalle de Pared Vivienda Tradicional Fachada Sur Vivienda tradicional Detalle de Pared Con Friso Vivienda Tradicional Detalle Losa Techo Vivienda Tradicional Planta Techo Vivienda Tradicional Fachada Este y Oeste de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) Fachada Norte de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) Fachada Sur de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) Detalle de Pared de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) Planta de Techo de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo Detalle del Techo de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) Detalle del Tanque de la Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
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Pág. 27 40 41 42 43 45 59 60 61 61 63 63 64 64 70 70 70 71 72 73 73
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA VICERECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE POSTGRADO E INVESTIGACIÓN RESUMEN EVALUACIÓN DE UN SISTEMA PASIVO DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO Y SU RELACION COSTO - BENEFICIO EN VIVIENDAS PARA UN CLIMA CALIDO – HUMEDO
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Autora: María Morán Tutor: Jesús Medina Fecha: Enero, 2011
Esta investigación tiene como Evaluar la relación costo – beneficio de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto, en viviendas para un clima calido-húmedo la misma estuvo sustentada teóricamente en la Ordenanza sobre Calidad Térmica de las edificaciones en el municipio Maracaibo, por el Centro de optimización Energética de Enelven (COE) 2005. El tipo de investigación es descriptiva, evaluativa y comparativa bajo un diseño experimental, descriptivo transaccional, empleando como unidades de análisis los planos de diseño de una vivienda de construcción tradicional para clima cálido húmedo de Maracaibo y los de una vivienda modificadas con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque), sometidas ambas al cálculo de los VTTG, bajo la simulación de las condiciones climáticas extremas de la ciudad. Además, se emplearon los presupuestos de cada una de las viviendas para determinar los costos generales de cada una, para posteriormente a través de cuadros comparativos comparar la eficiencia energética de estas y la relación costo beneficio de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto Los resultados así obtenidos permitieron la aceptación de la hipótesis de investigación, demostrando que si se implementa un sistema Pasivo de enfriamiento evaporativo en una vivienda de construcción tradicional, entonces las condiciones térmicas mejoraran y la relación beneficio térmico - costo del sistema será lucrativa. Concluyéndose que el sistema implementado ofrece una relación costo – beneficio más favorable que la construcción de una vivienda tradicional, por lo que se recomienda desarrollar proyectos habitacionales permitan lograr una mayor eficiencia energética y confort térmico a un menor costo.
Palabras Clave: Sistema Pasivo de Enfriamiento, costo, beneficio. Correo Electrónico:
[email protected]
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CAPÍTULO I
FUNDAMENTACIÓN
Planteamiento y Formulación del Problema
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A través de los tiempos el hombre se ha valido de múltiples servicios que le
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han proporcionado confort a su subsistencia, tal es el caso de la energía eléctrica que ha tenido un papel preponderante en el desarrollo de la sociedad porque permite el avance de la tecnología en la vida moderna, y a su vez ésta ofrece equipos cada vez más sofisticados que brindan recreación, entretenimiento y comodidades, demandando mayor cantidad de energía, como lo son los electrodomésticos, los aires acondicionados, entre otros, que en el ámbito residencial representan un papel primordial, ya que cada día son más necesarios para facilitar las labores tanto en el hogar como en el trabajo.
En este contexto, en los países desarrollados desde inicio de la década del 2000 se han generado diversas normativas tendientes a mejorar las condiciones de uso de la energía en las edificaciones. Entre estas, las Normas de Climatización de Edificiós American Society of Herting Refrigerating and AirConditioning originadas en los Estados Unidos de Norteamérica; en España se desarrolló en el 2006 una amplia normativa legal asociada a la Estrategia de 1
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Ahorro y Eficiencia Energética y el Proyecto de Ley de Fomento de las Energía Renovables y del Ahorro y la Eficiencia Energética del mismo año; a partir de los cuales las principales provincias españolas han empleado sistemas y optimizadas sus edificaciones.
En el contexto latinoamericano, específicamente en México, a través del
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trabajo de la comisión para el Ahorro de Energía, se desarrollaron en el 2001
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diferentes normas tendientes a garantizar la eficiencia energética en edificios
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residenciales y no residenciales; además de propiciar la reflexión sobre el impacto del cambio climático global en las condiciones bioclimáticas necesarias en las edificaciones para mejorar el confort térmico humano, ante las cuales la arquitectura debe dar respuesta.
Por otra parte, en el ámbito nacional, en Venezuela la bonanza económica experimentada en épocas pasadas, dejo como herencia una serie de hábitos de consumo, hoy en día no adaptados a la realidad. Además de esto, la idea de recursos energéticos inagotables sumada a la ineficiencia tecnológica de los equipos de aire acondicionado; a la no consideración de criterios de uso eficiente en el desarrollo urbano y la construcción de edificaciones, fueron factores determinantes para el alto consumo de energía en el país. (Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano, 1999)
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Esta situación, es evidente cuando se compara el promedio de energía eléctrica que cada habitante Venezuela por año, con el promedio de consumo eléctrico de otros países. Estudios realizados por diferentes instituciones en el año 2001, han demostrado que un venezolano utiliza anualmente 2 veces más energía eléctrica que un colombiano, tres y media veces más que un paraguayo, 4 veces más que un ecuatoriano y casi 8 veces más que un boliviano. Dentro de estas
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estadísticas, el estado Zulia tiene un consumo eléctrico promedio del sector
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residencial el cual alcanza los 970 Kwh. /mes, triplicando casi el promedio
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nacional. (Centro de Optimización energética. COE 2005)
En virtud de esto, refiere el COE, esto se debe a tres factores principales: Hábitos de consumo de la población, la ineficiencia de los equipos eléctricos y las condiciones ambientales, con una arquitectura y urbanismo no adaptados al clima del Zulia. Para la gran mayoría de los venezolanos, la electricidad es algo que esta siempre disponible, se oprime el interruptor y se enciende, se conecta un artefacto electrodoméstico y éste funciona, pero pocos saben cómo se genera y se transmite la energía eléctrica.
De esta manera, el ciudadano común, parece ignorar sobre cómo detrás de esos agujeros o esos interruptores hay una gigantesca y complicada infraestructura que puede ser afectada por factores climáticos, políticos, económicos o sociales. Por lo cual, se hace evidente la necesidad de reducir el consumo de energía y de un cambio en el actual modelo energético, debiéndose 3
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implementar campañas para crear conciencia ciudadana y ayudar así a contribuir con el ahorro energético de viviendas.
En relación con las implicaciones anteriores, cabe decir que durante los últimos años el crecimiento de la ciudad de Maracaibo se ha caracterizado por un incremento poblacional del 220%, acompañado de una violenta expansión urbana
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y aumento de la densidad. Paralelamente la demanda de energía eléctrica se ha
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incrementado en un 234%. (COE. 2005)
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Aunado a esta situación, en períodos recientes se han producido profundos cambios en la calidad ambiental así como estética del área urbana, lo que ha conllevado a la degradación progresiva de sus edificaciones al igual que del entorno urbano, razón por la cual se presenta la necesidad de reenfocar el diseño urbano y arquitectónico con miras a crear ambientes confortables. Con el fin de garantizar que los ahorros de energía sean significativos y permanentes, produciendo beneficios sociales y económicos para el estado Zulia.
En virtud de esto, el COE, aprobó en Enero de 2006 la Ordenanza sobre Calidad Térmica de las Edificaciones en el Municipio Maracaibo, cuyo fin es garantizar que las condiciones de diseño y construcción de la envolvente de las edificaciones, cumplan con los limites del valor de Transferencia Térmica Global (VTTG) de techos y paredes establecido para el Municipio Maracaibo, con el objeto de procurar condiciones térmicas confortables, logrando la reducción del 4
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consumo de energía eléctrica por el uso de equipos de aire acondicionado y la disminución de la contaminación ambiental.
Constituyéndose dicha ordenanza del Centro de Optimización energética, en el primer instrumento legal elaborado en Venezuela; relacionado con la calidad térmica de edificaciones y el confort de sus ocupantes, el cual es aplicable a
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edificaciones para uso residencial, comercial, educativo, recreativo, turístico y
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asistencial, en el Municipio Maracaibo.
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A este respecto, el problema para esta investigación se puede abordar desde distintos ángulos. a) En la repercusión de la construcción masiva de viviendas en la expansión de la ciudad y en el elevado consumo energético. b) Con respecto a la construcción de edificaciones que no responden ambientalmente a las condiciones del clima en Maracaibo, por lo que surge la necesidad de utilizar sistemas artificiales de control ambiental (aires acondicionados), lo que eleva el consumo energético y genera una serie de inconvenientes por contaminación del medio ambiente. c) Con respecto al reacondicionamiento de viviendas adaptándolas térmicamente al clima de la ciudad de Maracaibo.
Por último, en la actualidad, la rehabilitación, remodelación, renovación y reacondicionamiento de edificaciones ocupa un lugar importante en el campo de la construcción; no obstante, al aplicar estas técnicas se deben tomar en cuenta aspectos bioclimáticos o de sostenibilidad para obtener un confort ambiental o un 5
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mayor ahorro energético, sin dejar a un lado la posibilidad de mejorar las características de una edificación mediante sistemas pasivos o activos de control.
Tal es el caso, del Sistema Pasivo de enfriamiento evaporativo indirecto a aplicar en el área privada de la vivienda en estudio, para mantener los niveles de temperatura interior, inferior a la temperatura exterior, cuantificando su eficiencia
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en términos de economía energética. Para lograr así controlar el comportamiento
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de la vivienda en cuanto a las condiciones climáticas de la zona. Los anteriores
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planteamientos llevan a formular la siguiente interrogante: ¿Cuál es la relación costo – beneficio de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto, en viviendas para un clima calido-húmedo?
Objetivos de la Investigación
Objetivo general
Evaluar la relación costo – beneficio de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto, en viviendas para un clima calido-húmedo.
Objetivos Específicos
Establecer el costo de construcción de una vivienda de tradicional para un clima calido-húmedo. 6
7
Establecer el costo de construcción de una vivienda con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque)
Comparar la eficiencia energética a través del el VTTG de una vivienda con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) con respecto a una de construcción tradicional
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Analizar la relación costo- beneficio de de la implementación de un Sistema
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Pasivo de enfriamiento Indirecto en viviendas para un clima calido-húmedo
Justificación del Problema
Con el fin de conseguir los objetivos de respeto al entorno natural, ahorro energético y, en consecuencia, la optimización de recursos que persiguen las viviendas ecológicas, es necesario que se sigan rigurosos criterios en su construcción con respecto a los materiales, a la ubicación, orientación, diseño, entre otros. Por todo esto, con esta investigación se ha pretendido, a partir de la evaluación de una vivienda unifamiliar, en base a la Ordenanza sobre Calidad Térmica de las Edificaciones en el Municipio Maracaibo analizar el costo beneficio de la implementación de un sistema Pasivo de enfriamiento.
Aun cuando la investigación se desarrolle en el ámbito de Maracaibo, se aspira que estos planteamientos sean aplicables a otras regiones con 7
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requerimientos y características medioambientales similares. Además, se desea profundizar en estos temas para incentivar a una construcción más sostenible, en la cual se logre un equilibrio entre los tres elementos fundamentales que intervienen en el diseño arquitectónico: hombre, lugar (ambiente natural y construido) y edificación; como resultado de la aplicación de criterios de cuidado ecológico, integración de la arquitectura con el paisaje, ahorro energético,
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capacidad biotérmica y aspectos psicológicos y sensoriales en ser humano.
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Dentro de este marco, esta investigación se realiza para ofrecer una alternativa ante la problemática del elevado consumo energético en el país, específicamente en el Estado Zulia; que ha aumentado a un ritmo superior al crecimiento económico, por su relación directa con mayores niveles de vida y confort. Y así como también para contribuir al desarrollo de edificaciones térmicamente confortables y por tanto generar una reducción significativa del consumo de energía, produciendo a largo plazo beneficios sociales y económicos para el Estado Zulia.
De igual manera, actualizar a arquitectos, ingenieros y constructores sobre métodos de diseño para edificaciones energéticamente eficientes y dar soporte a nuevas reglamentaciones para el desarrollo urbano y conducir a una nueva conciencia energética. Además busca ser referencia para futuras investigaciones de arquitectura, específicamente en el área de construcción de obras civiles, relacionadas con el tema de la eficiencia energética y el reacondicionamiento 8
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bioclimatico de viviendas, sirviendo así de antecedente en cuanto al uso de las técnicas e instrumentos apropiados para la medición de dichas variables.
Delimitación del Problema
La presente investigación se circunscribe en el área de construcción de obras
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civiles, dentro de la línea de investigación Edificaciones, está dirigida al análisis y
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reacondicionamiento bioclimatico de viviendas en el estado Zulia, específicamente
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en la ciudad de Maracaibo, en un período de tiempo comprendido entre Enero del 2010 al mes Enero de 2011. Sustentada teóricamente por la Ordenanza sobre Calidad Térmica de las edificaciones en el municipio Maracaibo, por el Centro de optimización Energética de Enelven (COE) 2005
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CAPÍTULO II
MARCOTEÓRICO
Antecedentes de la Investigación
Se
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Puede afirmar que en la actualidad, los temas relacionados con el
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medio ambiente, la bioarquitectura, la sostenibilidad y el eco urbanismo, forman parte de diversas investigaciones. Sin embargo, el gran auge de este tema responde a una preocupación global por los cambios que han venido ocurriendo en el medio ambiente como consecuencia del mal manejo que se le ha dado a los recursos naturales renovables y no renovables y de los incrementos desbordados de los índices de consumo energético y de contaminación. En este ámbito, se nombran algunos de los estudios previos que han abordado este problema.
Sobre este particular, destaca González (2009) en su estudio titulado Consideraciones técnicas básicas para el diseño bioclimática de fachadas de centros comerciales abiertos en climas calidos, el cual se desarrolló en la Universidad Rafael Urdaneta con el propósito de determinar las consideraciones técnicas básicas para el diseño bioclimática de fachadas de centros comerciales abiertos en climas calidos y así proponer un instrumento que permita la identificación de las consideraciones técnicas básicas para el diseño bioclimática 10
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de fachadas de centros Comerciales Abiertos en climas calidos. Teóricamente estuvo basada en los aportes de Davis (2002), Rogers (2004) y Foster (2004).
La investigación fue aplicada a través de un proyecto factible, en el cual se identificaron
los
elementos
característicos
bioclimaticos
en
los
Centros
Comerciales abiertos de la ciudad de Maracaibo para describir los que tienen
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función Bioclimática, así luego evaluar el comportamiento bioclimática de estos y a
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partir de allí crear el instrumento guía con los parámetros a considerar para la
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envolvente del edificio.
La población estuvo constituida por los Centros Comerciales abiertos en la ciudad de Maracaibo, siendo la muestra el Centro Comercial Delicias Norte. La técnica utilizada para recabar la información fue la observación directa y el instrumento fue un Check List. Fue validado por tres expertos. Los resultados indicaron que el centro comercial estudiado presenta muchas deficiencias en cuanto a la función bioclimática.
Seguidamente, se tomo en consideración la investigación por Vázquez, J. Eduardo; González y Elizondo (2008) titulada “Cubiertas y estanques para optimizar el sistema pasivo de techo estanque metálico en clima cálido seco extremo”, el mismo fue estudio experimental exploratorio, presentado en la Universidad de Colima de México con el objetivo de identificar el tipo de estanque
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metálico más eficiente para enfriar el agua y la cubierta que mejor protege a estos estanques en un ciclo diario durante el verano.
Para cumplir con dicho propósito, se empleó un estudio experimental exploratorio sobre un Sistema de Enfriamiento Pasivo (SEP) que aproveche el potencial de enfriamiento radiativo y evaporativo de lugares con clima cálido seco
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extremo. Cuya metodología se basó en probar un estanque abierto y otro cerrado,
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ambos con 4.5 cm de agua, ensayando 9 tipos de cubiertas, en 13 modelos
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iguales ubicados en una azotea en igualdad de condiciones.
Se registraron temperaturas del ambiente y del agua en los estanques y se realizó un análisis de correlación simple y un Análisis de Varianza (ANOVA) para su clasificación. Los resultados se evidenciaron satisfactorios en la mayoría de ellas, pero más en la cubierta con enfriamiento radiativo y evaporativo. La mejor cubierta para proteger al estanque fue el panel móvil; le siguió en orden la pérgola móvil, aunque se debe aislar térmicamente para mejorar su eficiencia.
Además, se concluyó que ambas cubiertas necesitan un dispositivo de apertura, lo que de acuerdo con la literatura es una desventaja por su costo inicial y de operación. Las cubiertas de concreto, panel fijo, bóveda, cañón corrido doble y pérgola fija dieron buenos resultados y es posible aun mejorarlos. La combinación de estas cubiertas con EA es una aportación del estudio, por sus ventajas térmicas y por ser cubiertas fijas que no necesitan mantenimiento. 12
13
Un tercer estudio, lo representó el realizado por Esteves y Gelardi (2003) el cual lleva por título “Docencia en arquitectura sustentable: Programa de optimización de proyectos de arquitectura basado en el balance térmico”, el cual forma parte de las iniciativas del Instituto de Estudios para el Medio Ambiente (IEMA) Departamento de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (DICYT) Universidad de Mendoza (UM) de Argentina.
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Dicho estudio, fue una investigación documental que presenta el contenido y el
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desarrollo del programa de optimización de edificios basado en el balance térmico invierno/verano del mismo. El mismo fue desarrollado en el Instituto de Estudios para el Medio Ambiente IEMA implementado en el Taller de Tesis de Grado de los alumnos avanzados de Arquitectura y en la Cátedra de Arquitectura V de la misma Facultad. El programa conserva un equilibrio entre dos posibilidades, elegir un valor previamente establecido o solicita el valor calculado en base a un conocimiento específico.
Los resultados del mismo demuestran la evaluación de la forma edilicia que se obtiene el FAEP (Factor de Area Envolvente Piso), con respecto a la necesidad de calefacción, la Fracción de Ahorro Solar, el Consumo de Energía Anual (o mensual), el Coeficiente Global de Pérdidas y el Coeficiente Neto de Pérdidas y la Potencia Instalada Necesaria; con respecto al enfriamiento en verano, la Carga Térmica de Verano, la Potencia Instalada Necesaria y el área de apertura necesaria si se elige el enfriamiento nocturno como estrategia pasiva. 13
14
De igual manera, se considera la investigación de Bravo y González (2001) titulada “Computadoras en la investigación en arquitectura, experiencia en el diseño y evaluación de una vivienda bioclimática prototipo”, presentada en Instituto de Investigaciones de la Facultad de Arquitectura y Diseño (IFAD de la Universidad del Zulia.
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Este trabajo presenta la experiencia en la aplicación particular de las
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computadoras y de algunos programas, como equipos y herramientas de trabajo,
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en el desarrollo de los diferentes proyectos y fases de investigación y divulgación desarrollados para el diseño y evaluación de una vivienda bioclimática prototipo dentro del programa de investigación, teniendo en cuenta la aplicación de sistemas pasivos de enfriamiento en viviendas bioclimáticas (ASPE-VB)
Dicho estudio aplicado, tomó tomo como muestras tres investigaciones vinculadas con la sección de Acondicionamiento Ambiental del Instituto de Investigaciones de la, entonces, Facultad de Arquitectura, las experiencias pasadas estaban orientadas hacia los estudios con modelos a escala. El mismo se desarrolló en el área de investigación de la arquitectura bioclimática, análisis climático, comportamiento térmico de materiales y edificaciones, entre otras.
Los resultados arrojaron que las investigaciones, provenientes, en su mayoría, de instrumentos de medición, generalmente se procesaban por métodos analógicos. Estos métodos, limitaban el número de cruces de variables y 14
15
demoraban los procesos de la investigación, es decir, el procesamiento, análisis y elaboración de conclusiones.
Con esta experiencia se demuestra la agilidad, versatilidad y potencialidad que tienen estas herramientas para la investigación en arquitectura, lo cual exige conocimientos actuales e integrales en computación y previos a la realización de
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actividades de investigación por parte del personal involucrado en el mismo.
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Corroborando el potencial de las computadoras y los programas computacionales
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para la investigación en arquitectura, en tanto que permite procesar mayores niveles de información en menor tiempo.
Por ultimo, se considera significativo, la investigación de Borderas, y Duran P. (S/F) sobre “Sistemas de Construcción Sostenible y Bioconstrucción” Donde plantean que al construir una casa con los criterios de la arquitectura sostenible, se deberán tener en cuenta una serie de conceptos básicos. Desde la perspectiva de dicho estudio, se plantea que los diseños han de ser bioclimáticos, con aprovechamiento de las energías renovables, orientaciones favorables hacia el sol, protecciones y aislamientos adecuados a cada situación. Demostrando así como los materiales deben ser naturales, preferentemente autóctonos, no tóxicos para la salud, duraderos y reciclables.
Así también, deja claro que los sistemas constructivos deben respetar el medio ambiente, aprovechando los recursos naturales con responsabilidad 15
16
ecológica, adaptando las soluciones de la arquitectura tradicional a las nuevas necesidades. Por lo tanto, con una correcta zonificación de la vivienda se consigue optimizar el consumo energético durante todo el año.
Además, es importante una adecuada distribución de espacios, atendiendo a consideraciones
bioclimáticas,
de
ahorro
energético
y
funcional,
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con
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acristalamientos, paredes y suelos de alta inercia térmica al Sur y estancias de
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poco uso al Norte. Por último, la vegetación contribuye considerablemente a crear
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un entorno saludable: renueva el oxígeno y regula la humedad ambiental. El uso de la vegetación exterior permite regular la captación solar de la vivienda y formar colchones acústicos para aislar zonas de distinto uso.
Bases teóricas de la Investigación
Sobre la base de la información obtenida durante el proceso de investigación básica, se ha formulado el marco conceptual para organizar las ideas, conceptos y teorías relacionados con el problema planteado. Las bases teóricas corresponden a ideas que permiten estudiar el problema a la luz de las teorías, planteadas por autores expertos en el área, que lo expliquen o fundamenten.
Costo de Construcción
Cuando se habla de costo se hace referencia a un valor cedido por una entidad para la obtención de bienes o servicios, ya que todos los gastos son costos, pero 16
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no todos los costos son gastos. Según Gómez (2002) la implantación de sistemas para la reducción de los costos permite el aumento de la productividad.
De esta manera, la posible influencia de los recursos con los resultados considerándose desde una perspectiva conjunta que también tenía en cuenta aspectos que la determinan. Al respecto, señala Hernández (2005) el análisis
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costo-beneficio, puede y debe ser chequeado con la eficacia, que establece la
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alternativa mejor para utilizar más eficazmente al menor costo posible los recursos
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a fin de obtener los beneficios, por ser un análisis que no parte del flujo de fondos, puede ser desarrollado de manera independiente.
Por otra parte, señala Arboleda (2007), que para conocer el costo de una obra es necesario realizar cálculos previos a través de los cuales se miden y cuentan las cantidades de recursos materiales contempladas en los planos, las actividades y subactividades relacionadas a los procesos constructivos requeridos para culminar la obra. Según el autor en el proceso de medir se emplea formulas geométricas y esquemas que explican los cálculos, mientras al contar es conveniente tener métodos de diferenciación con colores y símbolos marcados en los lugares de los planos de los cuales se han extraído los datos.
De esta manera, en el estudio presentado se evaluará las costo –beneficio de un sistema pasivo de enfriamiento en viviendas para un clima cálido -húmedo, teniendo en cuenta lo rangos obtenidos en el ahorro energético al comparar 17
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valores de inversión en el sistema, así como en el consumo de electricidad, comparando para ello los resultados del VTTG obtenidos en las viviendas construidas en Maracaibo, con respecto a una con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo, constituido principalmente por un techo tanque. A continuación se describen la tipología de viviendas para una clima cálido – húmedo, así como el comportamiento de la temperatura y humedad en estas.
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Viviendas para un clima Cálido Húmedo
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En climas cálido-húmedos y en muchos sitios con estaciones calurosas según expresa Morillón (2002), la humedad es el principal problema a combatir cuando se quiere enfriar el aire. Según el autor se han encontrado que hasta un 40% del consumo de la energía eléctrica para aire acondicionado en regiones calientes y húmedas es para deshumidificar el aire.
Según la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) debido a la acción de factores derivados del crecimiento poblacional y desarrollo industrial como la ausencia de la vegetación y la existencia de mayores temperaturas en el aire de las ciudades, afectando además la humedad relativa de estas.
Destaca dicha comisión que Maracaibo es una ciudad, que debido a su ubicación geográfica, radiación global, pluviosidad, clima marítimo, humedad 18
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relativa, desarrollo urbano, crecimiento poblacional, contaminación y calidad del medio ambiente, ha sido clasificada desde el punto de vista bioclimático humano, dentro del rango cálido húmedo, con temperaturas medias entre los 20 y 30 ºC y presión media del vapor de agua mayor de 15 mmHg, valores estos que colocan a la ciudad durante todo el año fuera de la zona de confort térmico.
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Explica la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las
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Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) que los mejores niveles de confort se
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logran de enero a marzo, meses en los cuales la media máxima alcanzada es de 91.6% del bienestar, sin embargo en abril de logra apenas un 37,5% y en diciembre el 33%, lo cual incrementa la insatisfacción durante el ciclo matutino.
Según registro de esta comisión durante el periodo de mayo a noviembre, la población se ve expuesta a 7 meses de insatisfacción térmica, debido a que durante la estación lluviosa, los elevados índices de temperatura combinados con el vapor de agua, nubosidad y radiación difusa, bajos niveles de movimiento de aire y de evaporación, causan una elevación significativa del consumo energético.
Toda esta situación empeora ante el crecimiento desordenado y el aumento población que la ciudad ha experimentado en los últimos 20 años, lo que acompañado del deterioro ambiental, ha impedido que la ciudad cuente con un ambiente térmicamente confortable, sometiendo a sus habitantes a continuas temperaturas que atentan contra su salud y equilibrio emocional. 19
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Características del Sistema Constructivo
Un sistema constructivo es para Arboleda (2007), “un conjunto de elementos que, ordenadamente relacionados entre sí, contribuyen a la realización de un determinado objeto” (p. 29), tanto en su funcionamiento estructural, como en capacidad de satisfacer las necesidades humanas específicas para las cuales
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fueron diseñados.
CH E R DE conocimiento de la geometría y su composición física interna. Según señala el
En este sentido, en la arquitectura el sistema constructivo hace referencia al
referido autor, para analizar un sistema constructivo hay que hacer uso de los planos y las especificaciones de acuerdo con el criterio que proporciona el conocimiento científico de los materiales, la mecánica estructural y las condiciones físicas donde se va a desarrollar el proyecto.
En el ámbito específico de las viviendas Peyloubet, De Salvo y Ortecho (2007) explican que en los países andinos, las vigas, columnas y losas de hormigón (concreto) armado y albañilerías armadas y confinadas de ladrillo cerámico o bloque de concreto, así como algunos prefabricados, especialmente viguetas pretensazas, se han identificado como los componentes constructivos que principalmente se utilizan para viviendas de interés social. Aunque en las zonas marginales de lagunas ciudades y en muchas pequeñas poblaciones se usa el adobe tradicional en la cierra y la costa, o la madera en la selva.
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Destacan, Peyloubet, De Salvo y Ortecho (2007) que las políticas que formulan y desarrolla los gobiernos, son sólo para el período para el cual han sido elegidas y el principal justificado interés en el sector vivienda es construir sin perder tiempo, prefiriendo en muchos casos la tecnología convencional. Por lo que, las pocas tecnologías innovativas en la construcción de viviendas empleadas por organismos gubernamentales, pueden llegar a carecer del necesario control de calidad.
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No obstante, en el caso de las construcciones de viviendas en Maracaibo, la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) ha desarrollado un conjunto de recomendaciones para mejorar el confort término, se encuentra la necesidad de aclarar el color de las superficies de las edificaciones, dado que las superficies blancas contribuyen a reducir el impacto de la radiación solar a través de un incremento de la reflectividad de la superficie promediada sobre el total del espectro solar, enfriando los espacios internos y aumentando el confort térmico de la edificación.
De igual manera, la comisión recomienda la implantación de árboles y el incremento de las áreas verdes mediante una extensa arborización para favorecer el cambio climático de toda el área urbana y una mejor calidad térmica de la habitabilidad de la ciudad. En el caso de las edificaciones ubicar árboles alrededor de estas mejora el balance energético y disminuye los requerimientos de enfriamiento, al reducir el impacto de la radiación solar sobre la superficie. 21
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Por otra parte, cuando se seleccionan dispositivos pasivos para un edificio en un clima cálido, la radiación solar es abundante, y generalmente aparecerá todos los días. Ahora bien, para evitar calentamiento cuando no se desea, existen
sistemas
que
escudan: los dispositivos sombreadores, aleros
y
parasoles. La radiación reflejada y emitida por superficies vecinas (en zonas desérticas suele ser importante), se puede escudar cuidando que las ventanas
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para iluminación natural y las áreas de circulación externas al edificio, se alojen
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en un patio interior, o con el auxilio de la jardinería en el exterior del edificio,
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cuando el recurso del agua lo posibilite.
Sistemas Pasivos de enfriamiento Evaporativo
Existen diferentes procesos que pueden ser usados para el enfriamiento,. Algunos sistemas inclusive tienen la propiedad de servir tanto para calentamiento como para enfriamiento. Entre estos los sistemas pasivos de enfriamiento que canalizan la energía térmica (calor) a través de movimiento de aire, temperatura del aire, humedad y radiación entre otros procesos.
Expone Morillón (2002), existen varias definiciones acerca de lo que es un sistema pasivo. En sí, el término pasivo se empezó aplicar hace sólo unos cuantos años a aquellos sistemas de climatización ambiental que, en contraste con los complejos y sofisticados equipos de aire acondicionado o calefacción modernos, resultaban muy simples, tanto en concepto como en funcionamiento y
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23
mantenimiento. En este sentido, se entiende que los sistemas pasivos de enfriamientos abordan diversos aspectos, entre estos la posibilidad de lograr el control térmico. Sobre este acota Morillón (2002), que se deben tener presentes las necesidades de calentamiento e enfriamiento mediante los sistemas pasivos.
De manera similar, sostiene que Morillón (2002), que en los sistemas pasivos de calentamiento y enfriamiento
habrá
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que dimensionar los dispositivos
seleccionados. Y cuando no es posible obtener condiciones de comodidad con
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el uso de las técnicas antes descritas, el auxilio de equipo mecánico aumenta el flujo natural de energía en el monto y dirección deseada, y en el momento conveniente; y cuando el costo y la energía de operación de éstos equipos se justifiquen en un mejor funcionamiento del sistema.
De hecho tratan de ser lo menos dependiente posible de equipos auxiliares convencionales de apoyo (bombas, ventiladores, condensadores), siendo, en la mayoría de los casos, totalmente independientes de éstos. En consecuencia, los sistemas pasivos de climatización se caracterizan por la nula dependencia de energéticos convencionales, como los de origen fósil, contribuyendo de manera contundente al ahorro y uso eficiente de los recursos no renovables.
En este orden de ideas, según Gálvez (2002) los sistemas pasivos se caracterizan por formar parte de la estructura misma de la edificación, aunque acoplados de tal manera a las características del medio ambiente, que pueden 23
24
captar, bloquear, transferir, almacenar o descargar energía en forma natural y casi siempre autorregulable, según el proceso de climatización implicado.
Dentro de los sistemas pasivos de enfriamiento se encuentra el sistema evaporativo. Para González, (2001) estos son un proceso que utiliza el efecto de la evaporación del agua como un pozo térmico. El agua, para evaporarse (pasar
OS D A RunV enfriamiento del aire y del vaporización). La evaporación del agua provoca E S E R S agua, es por ello que en los sistemas pasivos de enfriamiento también se HO C E ER establecen D sistemas para controlar la humedad en el ambiente. del estado liquido
a vapor), requiere de suministro de calor (calor latente de
Esto ocurre según Morillón (2002), debido a un proceso donde la elevada humedad impide el enfriamiento natural por medio de la evaporación del sudor, así la tolerancia del hombre para soportar temperaturas más altas se reduce. La temperatura del aire en el rango de los 23.9 a los 26.7 ºC, acompañada de alta humedad relativa, puede proveer bienestar térmico natural, al reducir la presión del vapor de agua.
Sostiene el autor antes señalado, las técnicas de enfriamiento pasivo que aprovechan los sumideros de calor naturales, que ya se han mencionado en párrafos anteriores, pueden suministrar enfriamiento sensible; sin embargo, no hace gran cosa en cuanto al enfriamiento latente. Algunos estudios han mostrado que en lugares muy húmedos, el enfriamiento sensible obtenido mediante medios
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pasivos no logró condiciones en interiores dentro de la zona de confort, y fue necesario un notable movimiento de aire y deshumidificación del mismo.
Por lo que agrega, las alternativas a la deshumidificación del aire con propósitos de confort son el movimiento del aire y la disminución de la temperatura radiante de las superficies de los alrededores. Cuando se tiene una humedad
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ambiente demasiado alta en el aire ambiente, el proceso de enfriamiento del
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cuerpo humano por respiración se ve limitado y entonces se hace necesaria la
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eliminación de calor desde la piel por convección y radiación. Se ha encontrado que la deshumidificación mediante los procesos de compresión de vapor en edificios enfriados pasivamente no es de mayor ayuda al ahorro de energía.
En este orden de ideas, el bienestar térmico está directamente influenciado por la humedad. El aire caliente y húmedo es sofocante, comparado con el aire caliente y seco.
Por lo cual, el factor humedad incide en el diseño de una
edificación. Para climas cálido-húmedos se requiere un tipo de diseño que permita la circulación de aire, al igual que deshumidificar los ambiente internos.
Construcción Techo Tanque
Agrega, Sámano (2002), los sistemas enfriadores en los edificios, varían en forma y disposición, pero en esencia son sistemas que presentan un espejo de agua, una superficie húmeda o un chorro de agua. En todos los caso es necesario 25
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que exista el recurso viento en el ambiente, para promover mediante vanos la circulación del aire dentro del edificio, alrededor del dispositivo enfriador y finalmente hacia el espacio o el usuario a enfriar.
Desde el punto de vista de Sámano (2002), en la arquitectura tradicional, existieron numerosos ejemplos de enfriadores de espacios a partir de la
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evaporación de agua sobre superficies húmedas, saltos de esta, o espejos de agua.
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Y recomienda utilizar primero estos últimos como sistemas pasivos
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incorporados a la arquitectura del edificio, y sólo completar las necesidades de enfriamiento con los sistemas mecánicos. Lo anterior permite obtener el edificio de menor impacto ambiental y por lo tanto, el más sustentable.
En este orden de ideas, sostiene González (2001), un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (SPEE) es aquel capaz de provocar la evaporación de agua y distribuir al ambiente habitable –directa o indirectamente-el efecto refrescante de tal evaporación sin suministro de energía convencional. Los sistemas pasivos de enfriamiento evaporativo pueden ser tipo directo (SPEED) o indirectos (SPEEI). Los techos y paredes pueden ser utilizados como componentes de la construcción en un SPEEI.
Para González, (2001), el enfriador evaporativo más sencillo es un estanque de agua, aplicada en infinitas modalidades en interiores y exteriores. Asimismo, los árboles y vegetación en general son poderosos enfriadores y humidificadores 26
27
del ambiente. El enfriamiento evaporativo de edificaciones, resulta una alternativa interesante en climas cálidos, o durante la estación de verano en climas templados. La aplicación de estos sistemas puede estar limitada por la tipología de edificios. (Ver figura 1) Figura 1 Sistema Pasivo evaporativo
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Fuente: González (2001)
En este contexto, los techos según sostiene Morillón (2002) son las superficies que más asoleamiento reciben, sobre todo para localidades dentro de los trópicos, por lo tanto debe cuidarse el calor captado por estos, para no sobrecalentar el interior del edificio. Una manera de lograrlo con sistemas pasivos, capaz de
consiste
en presentar una gran masa de material en la techumbre,
almacenar el calor captado, y retardar la
transmisión
de calor al
interior, para así transmitir la mayor parte al medio ambiente.
Además, agrega Morillón (2002) otras maneras de escudar el techo, consiste en presentar dos placas formando el techo. La placa superior recibirá 27
28
el calentamiento. Entre ambas placas se permitirá que el espacio se ventile. De esta manera, el calor captado se evacuará con este flujo de aire del medio ambiente, y la placa inferior, cuyo sobrecalentamiento pudiese presentar problemas de incomodidad, tendrá una temperatura que oscilará alrededor de la del medio ambiente. Una solución en la cual se ha trabajado es con la vigueta y bovedilla, simple y económica.
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Mientras que, otra superficie de la envolvente sensible al asoleamiento, es la
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pared poniente. La radiación incide sobre esta superficie durante la tarde, cuando también se presenta la máxima temperatura del día. Para no
recibir
este
calentamiento no deseado, se pueden emplear ideas similares a la techumbre, almacenamiento térmico que retarde la transmisión del calor, o muros dobles ventilados.
Dentro de los sistemas de enfriamiento, los de tipo evaporativo, según Sámano (2002),
son una opción para lograr las condiciones de comodidad
térmica en los edificios, tanto los habitados por humanos, como los de explotación pecuaria. Actualmente en el mercado, existen enfriadores mecánicos accionados por motores eléctricos, que aprovechan la disponibilidad del aire ambiente para evaporar agua, y a través de este efecto adiabático, obtener enfriamiento en el aire. Es de hacer notar, que los más tradicionales son, para habitaciones los de caja que contienen filtro de aire, contenedor y bomba de agua, ventilador y rejillas que orientan la salida del aire frío; y para espacios de explotación pecuaria, los 28
29
nebulizadores de agua, que permiten a un ambiente abierto, con circulación natural o forzada del aire, la obtención de aire frío.
Por otra parte, el enfriador evaporativo que según Samano, (2002), se utiliza a nivel casero consiste en una caja que contiene un ventilador centrífugo que toma el aire que proviene de la atmósfera. La caja tiene en tres de sus
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paredes verticales filtros de fibra (que pude ser fibra de coco), los cuales son
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bañados por agua que se rocía sobre la parte alta de estas. Al escurrir, el agua
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mantiene los filtros húmedos, y al pasar el aire, no solo retiran partículas de polvo, sino que permiten que el aire sufra un enfriamiento evaporativo.
Aunado a esto, la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) el agua es un elemento que ofrece beneficios para el mejoramiento del espacio que él habita, dado que además, de la influencia que pueda ejerce en la temperatura del agua, puede ejercer la temperatura del agua puede aprovecharse como elemento de descontaminación sonora y como herramienta de relajación.
Agrega la referida comisión que en ciudades de clima cálido – húmedo como Maracaibo, que presentan problemas de dispersión espacial en la periferia y densidad media de población en el macrocentro, se puede utilizar pueden utilizar varios criterios en relación al manejo de los postulados ambientales, entre los
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cuales destaca el aprovechamiento del agua conjuntamente con la vegetación, cuyas combinaciones pueden producir microclimas agradables.
Beneficio
El análisis de coste beneficio, según Pinto (2003) es una herramienta teórica
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desarrollada por los economistas, la cual resulta útil para la toma de decisiones de
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asignación de recursos, especialmente cuando éstos son escasos. El beneficio al
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igual que el coste puede medirse en unidades monetarias, de manera que una diferente mayor entre los beneficios y el cote incide en las acciones a tomar, otros sin embargo no pueden ser cuantificados de manera exacta como el bienestar de la población.
Agrega, De Rus (2008), los beneficios son el resultado de restar los ingresos con los gastos totales derivados de un proyecto, esperando que los primeros sean superiores a los segundos. Según la autora existe beneficios de tipo económico, están asociados al rendimiento y rentabilidad económica del proyecto. Dicha rentabilidad puede ser también social, asociada a beneficios sociales, que pueden o no ser cuantificables en la misma escala valorativa y de tiempo.
Al respecto, analizando lo expresado por De Rus (2008), el consumidor paga lo que está dispuesto a pagar, por lo que los beneficios de un proyecto suelen medirse por la disposición a pagar de los individuos. A los efectos del estudio, se 30
31
entiende entonces que el costo que pueda generar la construcción del sistema pasivo de enfriamiento adicionado, puede resulta poco significativo con los beneficios que a corto y largo plazo se pueden obtener en la disminución del consumo eléctrico y el aumento del confort térmico; el cual a su vez se traduce en una mejor calidad de vida para los individuos.
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La Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones
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y del Espacio Urbano (1999) establece recomendaciones que buscan contribuir
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directa e indirectamente en el balance energético de la edificación, entre estos destaca la disminución del requerimiento de enfriamiento, con una consecuente baja en el consumo de energía eléctrica empleada para el enfriamiento de los espacios internos y un impacto positivo en el confort térmico, de esta manera se mejora la calidad térmica de habilitabilidad del espacio urbano, que repercute en la economía, pero sobre todo en la salud física y mental de las personas.
Eficiencia Energética
La eficiencia, se asocia con el costo de alcanzar una meta, objetivo o resultado, con el uso de subsistemas y con otras capacidades; estando definida por el coste de la transformación de los insumos en productos. Al respecto, Ramos (2006) entiende la eficacia como la capacidad de lograr un máximo de utilidades por medios económicos y técnicos (eficiencia) o por medios políticos, o, como el grado en que aumentan todas las formas de recuperación energética. 31
32
De acuerdo a la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE, 2008), la eficiencia energética es el conjunto de acciones que permiten optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Dichas acciones tienen como objetivo la concienciación de todos los individuos sobre los beneficios de usar la energía racionalmente y promover el uso de equipos y tecnologías energéticamente eficientes para la industria, el comercio
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y los hogares. Esto se puede lograr a través de diversas medidas e inversiones a
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nivel tecnológico, de gestión y de hábitos culturales en la comunidad.
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En por ello, que la eficiencia energética permite emplear la energía de manera óptima, mejorando la calidad de vida, reduciendo costos y al mismo tiempo, limitando la producción de gases de efecto invernadero. En la actualidad, la eficiencia energética se concibe como un recurso limpio, disponible localmente para el abastecimiento de la demanda creciente de energía y de esta manera contribuir al desarrollo sostenible con seguridad de su abastecimiento.
Agrega, la OLADE (2008), que entre los beneficios que aporta la eficiencia energética destacan: a) Reducción de la vulnerabilidad del país por dependencia de fuentes energéticas externas; b) Reducción de costos de abastecimientos energético para la economía en su conjunto; c) Alivio de las presiones sobre los recursos naturales y los asentamientos humanos al reducirse la tasa de crecimiento de la demanda por energéticos así como de las presiones globales tales como las emisiones de CO2, conducentes al calentamiento global; d) 32
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Beneficios para las familias de bajos recursos, porque gastan un porcentaje mayor de su ingreso en energía.
De acuerdo a estudios efectuados por la OLADE (2009), América Latina y el Caribe ha logrado disminuir la intensidad energética en un 0,2% anual, esta escasa disminución es atribuida a la falta de programas de eficiencia a largo plazo y
poca
incorporación
de
tecnologías
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electrodomésticos y vehículos.
S por Omodernización D A RV
eficientes
de
Es por ello, que resulta fundamental, la iniciativa local de La Ordenanza sobre Calidad Térmica de las Edificaciones en el Municipio Maracaibo” (OCATEM, 2005) la cual ofrece lineamientos conducentes a mejorar la eficiencia energética, al establece los requisitos que deben cumplir las edificaciones en cuanto al Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG).
Según expresa OCATEM (2005) el VTTG, es un método que involucra en sus ecuaciones el cálculo de la Diferencia de Temperatura Equivalente (DTE), y demás variables térmicas, solares y físicas de uso generalizado en el diseño de sistemas de acondicionamiento ambiental para la determinación de la ganancia térmica y solar a través de los diferentes elementos de la superficie exterior de una edificación, las cuales se calculan bajo especificaciones de condiciones climáticas exteriores, consideradas extremas para la ciudad de Maracaibo, y una temperatura interior de confort de 25°C. 33
34
Asimismo, La Ordenanza sobre Calidad Térmica de las Edificaciones en el Municipio Maracaibo” (OCATEM, 2005) considera las características de la configuración constructiva, tanto de la porción opaca como de la porción transparente, así como el color de la superficie exterior de la edificación. Es de hacer notar que el cumplimiento de los límites establecidos en la Ordenanza, se traduce en una disminución de la energía eléctrica utilizada para aire
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acondicionado y de la capacidad a instalar de los equipos de enfriamiento.
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Específicamente, en el caso de viviendas unifamiliares y último piso de edificaciones multifamiliares, OCATEM (2005) plantea la reducción de consumo eléctrico será de un 25%, en edificaciones multifamiliares 10%. Es de hacer notar, que en términos del Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG), en edificaciones multifamiliares el promedio del VTTG es de 40 W/m2 para techos y 67 W/m2 para paredes, lo que sobrepasa en un 30% y 10% respectivamente, el límite exigido por la Ordenanza.
Dentro de dicha realidad la contribución a la carga térmica del techo es mucho más significativa, dado que en los casos citados, el VTTG promedio llega a tener valores en el orden de 70 W/m2; pero este valor puede alcanzar los 180 W/m2 en techos construidos con materiales livianos, lo que excede en 77% el límite de la Ordenanza. En cambio las paredes mantienen un VTTG muy cercano al límite exigido por la Ordenanza, debido principalmente a la proporción de ventana a pared y al color de los acabados. 34
35
Enfriamiento
La temperatura es la medida del grado de calor de una sustancia, es decir, su nivel de energía calorífica. Se mide usando una escala arbitraria a partir del cero absoluto, donde las moléculas teóricamente dejan de moverse. Según Leandro, (2005) es el grado de calor y de frío y la condición que determina el flujo neto de
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calor entre dos cuerpos.
CH E R E Dtemperatura De hecho, la esta condicionada por otros parámetros y factores como Además de ser posiblemente uno de los parámetros fundamentales del clima.
la radiación solar, el viento, la situación geográfica, la altura sobre el nivel del mar, el relieve, la vegetación, la topografía entre otros. Además en su valor influyen las variaciones periódicas de la evaporación, radiación y movimiento del aire.
Es conveniente destacar en relación a la arquitectura, que la temperatura es un factor fundamental en el análisis del comportamiento de las edificaciones, ya que junto al estudio de los parámetros y factores del clima se puede determinar si se ofrecen o no las condiciones climáticas de confort y además determina en gran medida el sistema constructivo a utilizar y las estrategias necesarias en el reacondicionamiento.
Toda edificación debe estar diseñada para permitir su adaptabilidad a las diferentes condiciones climáticas y situaciones de ganancias térmicas internas,
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cambiando su comportamiento energético en función de las necesidades de cada momento. Según Merincic, (2003) durante el diseño y funcionamiento de los edificios “se pueden emplear diversas estrategias de control para favorecer las condiciones climáticas interiores se acerquen más a la zona de confort para los ocupantes” (p.81)
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Ahora bien, el mismo autor sostiene que, el enfriamiento involucra la descarga
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de energía por acoplamiento selectivo del sistema, con las partes más frías del
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medio ambiente, buscando que ese flujo de energía se da por mecanismos naturales. Los posibles enfriadores o sumideros de calor del ambiente son: el cielo, la atmósfera y el suelo. En el enfriamiento al cielo, la radiación del sistema pasa a través de la atmósfera y se disipa al espacio exterior.
En este contexto, el enfriamiento radiactivo
al
cielo
funciona
bien
en
condiciones ambientales que presentan cielos claros, y tiene el potencial de enfriar el sistema por debajo de la temperatura del aire ambiente. El límite primario para este tipo de enfriamiento lo fija la ganancia de calor convectiva y radiactiva proveniente de la atmósfera circunvecina.
En este sentido agrega, que la energía del sistema puede también ser descargada a la atmósfera durante aquellos momentos
en los cuales
las
condiciones del ambiente son favorables para tal intercambio. El calor puede ser disipado por una elevación de la energía
36
de
calor sensible del aire
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circunvecino o por elevación de la energía de calor latente, como por ejemplo el enfriamiento evaporativo.
Confort Térmico
Confort se refiere a un estado ideal del hombre que supone una situación
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de bienestar, salud y comodidad en la cual no existe en el ambiente ninguna
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distracción o molestia que perturbe física o mentalmente a los usuarios. Según
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Ashrae, (1993) es una “Condición de la mente la cual expresa satisfacción con el medio ambiente” (p.14)
Han sido muchos los especialistas y los organismos internacionales que se han dedicado al estudio de este tema. La organización Mundial de la salud, citada por Simancas (2003), define el confort como “un estado de completo bienestar físico, mental y social” (p.9). Pero estos estudios, no solo se han orientado a conceptualizar este término, sino también han formulado clasificaciones en función de las energías que lo afectan (lumínico, térmico y acústico).
Asimismo, se han analizado los parámetros como los factores que inciden en las sensaciones de bienestar, elaborándose tablas, formulas, e incluso pautas de diseño, tomando en cuenta los niveles del confort que se deben alcanzar para satisfacer a los usuarios. De esta manera existen, diversos parámetros para lograr el confort, para Simancas (2003), estos son aquellas condiciones propias del lugar
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que inciden en las sensaciones de los ocupantes. Estas condiciones pueden variar con el tiempo y el espacio y las clasifica en parámetros ambientales y parámetros arquitectónicos.
Los Parámetros ambientales son muy importantes y los más estudiados, ya por su condición pueden ser medidos y se han determinado rangos y valores
OS D A RVdirecta que tienen sobre las para el individuo. Además, es evidente la S influencia E E R S sensaciones de las personas y sobre las características físicas y ambientales de HO C E ER un espacio,D sin ser determinante el uso y las actividades que allí se generan. estándar dentro de los cuales se pueden mantener unas condiciones de bienestar
Puppo, (1980) define los parámetros ambientales, temperatura del aire, temperatura de radiación, movimiento del aire y humedad, como condiciones biotermicas del confort.
Por otra parte agrega, Simancas (2003), se tienen los factores del confort como aquellas condiciones propias de los usuarios que determinan su respuesta al ambiente. Son independientes de las condiciones exteriores y más bien, se relacionan
con las características biológicas, fisiológicas, sociológicas o
psicológicas de los individuos. Los clasifica en factores personales y socioculturales. Los más analizados, e incluso cuantificados, han sido los factores personales, tales como el metabolismo, ropa, salud, aclimatación, historial térmico, lumínico, acústico y constitución corporal; pues es más fácil determinar su repercusión en el confort.
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Para efectos de esta investigación, se aborda la medición de los parámetros ambientales y arquitectónicos y comparados con valores recomendados por otros autores y con los establecidos por la ordenanza sobre calidad térmica de las edificaciones en el Municipio Maracaibo, con el objeto de determinar los rangos de confort en que se ubica la vivienda analizada y establecer requerimientos que se deben tomar en cuenta para el reacondicionamiento.
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El Confort térmico lo define la norma ISO 7730 citada por Simancas (2003),
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como “Esa condición de mente en la que se expresa la satisfacción con el ambiente térmico” (p.16). Es una de las variables más importantes a tomar en consideración en el reacondicionamiento bioclimatico de viviendas. Se refiere básicamente a las condiciones de bienestar en el individuo, pero desde el punto de vista de su relación de equilibrio con las condiciones de temperatura y humedad de un lugar determinado. No obstante, además de la temperatura y humedad del aire se ha de evaluar el estado del movimiento del aire y la temperatura de las superficies envolventes de las viviendas.
En este sentido, plantea González (1997), que el confort térmico es un fenómeno psicológico, no directamente relacionado con ambientes físicos o estados fisiológicos, lo cual hace compleja la comprensión y explicación de la manifestación individual de confort e disconfort. Por lo cual, cuando los individuos sienten frío o calor, modifican su conducta y disposición al trabajo, lo cual incide en la producción o productividad de los mismos. 39
40
Según Fanger, (1973) ciado por González (1997), son 6 los factores y parámetros básicos que influyen directamente en los porcentajes de pérdida de calor del cuerpo humano, afectando el bienestar térmico: 1)Temperatura del aire (Ta), 2) Temperatura media radiante (Tmr), 3)
Humedad relativa (HR),
4)Velocidad del aire (V), 5)Tasa metabólica (M), 6) La ropa (Clo). (Ver Figura 2) Figura 2 Principales factores y parámetros que afectan el confort térmico
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Fuente: Simancas Yovane, (2003)
Según Simancas, (2003), es importante tener presente que el confort térmico busca el equilibrio térmico entre el hombre y su medio por lo cual se requiere de una serie de mecanismos reguladores como la producción o la perdida de cierta cantidad de calor, dependiendo de los procesos metabólicos, del 40
41
desprendimiento de calor por evaporación o de los intercambios por radiación, conveccion o conducción que se dan entre el cuerpo humano y los elementos que conforman el entorno inmediato . (Ver Figura 3). Figura 3 Mecanismos de Equilibrio Térmico
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Fuente: Izard, J.L y Guyot, A. (1983)
Expone Simancas, (2003), que el estudio del confort térmico ha permitido el desarrollo de diferentes índices térmicos y graficas que identifican el modo de incidencia de los diferentes factores y parámetros sobre el equilibrio térmico. Entre estos destaca el Ábaco Psicométrico, el cual es muy utilizado para evaluar el confort térmico, por la sencillez de su manejo. Se trata de un grafico que muestra la relación entre la temperatura del aire y su contenido de vapor de agua. 41
42
En la Figura 4 se muestra
un ábaco psicometrico que ofrece la
interdependencia de la humedad relativa, en la escala a la izquierda, la temperatura seca en la escala horizontal, y la masa de vapor de agua por masa de aire seco con su equivalencia en presión de vapor, en mbar, en la escala de la derecha.
Figura 4 Ábaco Psicometrico
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Fuente: Simancas Yovane, (2003)
Destaca en este contexto, Fanger en su publicación de 1970, titulada “Termal confort” y que posteriormente se constituye en un estándar internacional (ASHRAE ISO7730), perfila las condiciones necesarias para el confort térmico y los principios y métodos para evaluar y analizar térmicamente un ambiente en relación al mismo González, (1986) plantea, que para que una persona de cuerpo entero 42
43
se encuentre en condiciones de confort, se deben cumplir los siguientes principios: el cuerpo debe encontrarse en balance térmico (la carga térmica es igual a cero), la tasa de sudoración y la temperatura media de la piel deben encontrarse dentro de los límites de confort.
Además, según Parsons (1993) deben medirse seis parámetros básicos
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como la temperatura del aire, la presión parcial de vapor de agua, la velocidad del
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aire, la temperatura media radiante, la resistencia térmica de la ropa y la
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producción metabólica derivada de la actividad realizada. En el desarrollo de la ecuación de equilibrio de Fanger, este investigador demuestra que siempre existirá un 5% de insatisfechos y diseña tres graficas que, en conjunto, permiten ver cual es el porcentaje de personas insatisfechas con unas determinadas condiciones climáticas mientras desarrolla una actividad de 100 W. (Ver figura 5) Figura 5 Grafica de confort de P. O. Fanger.
Fuente: Serra y Coch (1995)
43
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Sobre el Método de Fanger, se ha argumentado que su aceptada validez universal se le atribuye a la escasa diferencia detectada, hasta entonces, entre los estudios experimentales realizados con sujetos en poblaciones de diferentes partes del mundo y los estudios predictivos realizados en laboratorio basados en la aplicación del modelo.
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Sin embargo, según Bravo y González (1998), en las décadas de los 90,
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otras investigaciones reportaron diferencias encontradas entre las respuestas de
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las sensaciones térmicas de los sujetos y las predicciones de tales respuestas utilizando el método de Fanger. Estas diferencias ponen en tela de juicio su validez universal y han impulsado nuevos estudios bajo el principio adaptativo.
Otro método, es la Grafica de Olgyay, la cual según Simancas, (2003), es una carta bioclimatica en la cual se grafica y se define la zona de confort, las variables que la afectan y los mecanismos correctores. Para esto se señalan los valores medios de temperatura, humedad relativa, temperatura radiante, w de radiación y velocidad del viento que estarían dentro o fuera de esta zona.
Para trabajar con ella se deben introducir valores medios de los parámetros climáticos de cada mes del año y unir con líneas para ver en que parte de la grafica se encuentran. Estas tablas permiten determinar las decisiones a tomar en el diseño para responder adecuadamente al contexto desde el punto de vista térmico. (Ver Figura 6)
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Figura 6 Carta bioclimatica Olyay
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Confort lumínico y visual
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Fuente: Simancas Yovane, Katia (2003)
Normativa Legal
Dentro de los avances en la legislación Venezolana, destaca la “Ordenanza sobre calidad Térmica de las Edificaciones en el Municipio Maracaibo” de Enelven (2005) la cual surge en atención a la problemática existente con las edificaciones en Maracaibo, el 2 de febrero del presente año la Cámara Municipal de Maracaibo aprobó en sesión extraordinaria la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo, motivada en gran parte por la urgente necesidad de reenfocar y reestructurar el diseño urbano y arquitectónico de la 45
46
ciudad, con miras a crear ambientes térmicamente favorables que contribuyan a mejorar la calidad de vida de los habitantes. Por lo tanto, lograr edificaciones con un mayor confort en sus espacios interiores y por ende, la reducción de consumo de electricidad por concepto de aire acondicionado, es la prioridad de esta primera normativa a nivel nacional en su tipo.
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Destaca la referida fuente, que de los 336 municipios existentes en
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Venezuela, Maracaibo representa un aporte histórico y un gran avance gracias a
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esta Ordenanza aprobada en el 2005. De hecho, el objetivo de este instrumento legal consiste en regular la transmisión de calor a través de la envolvente de las edificaciones, estableciendo limites para techos y paredes, que deberán ser cumplidos en lo sucesivo considerando una temperatura de confort interno de 25 °C.
Según explica la Ordenanza sobre Calidad Térmica de las Edificaciones en el Municipio Maracaibo” (OCATEM, 2005) en su Art. 26 la metodología empleada se basa en el Método de Comportamiento Térmico, desde el cual se calcula el Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG), el cual representa la ganancia térmica máxima a través de las superficies exteriores de una edificación, desglosado para paredes y techos.
En este sentido, como parámetro de evaluación la Ordenanza establece el Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG), en el cual el limite máximo de 46
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transferencia de calor en lo que respecta a la envolvente de la edificación es de 25 W/m2 para paredes y 60 W/m2 para techos, requisitos que deberán cumplir las edificaciones como garantía para ser habitadas, tal como establece en sus Artículos 50 y 51.
Asimismo, ratificando en el Art. 28 de la OCATEM (2005) que sólo se entrega
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la Certificación de Calidad Térmica cuando se cumple con ambos límites. Pero
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perdiendo en el Art. 62, de dicha ordenanza, otorgar una Calificación Especial
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Urbana si la edificación construida logra un Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG) de paredes y techo, menor que el límite máximo establecido en la presente ordenanza, esta representa un “Sello de Calidad Térmica”, que se entrega en niveles oro, plata y bronce.
La calificación de oro se obtiene cuando el VTTG 30% menor que los limites aprobatorios; es decir, para paredes sea menor o igual que 42,00 W/m2 y para techos menor o igual que 17,50 W/m2. El plata, cuando el VTTG de paredes y techo de la edificación evaluada resulte entre 20% y 30% menor que los limites aprobatorios; es decir, el valor para paredes sea mayor que 42,00 W/m2 y menor o igual que 48,00 W/m2; y para techos, sea mayor que 17,50 W/m2 y menor o igual que 20,00 W/m2. Mientras el bronce se obtiene cuando el VTTG de paredes y techo sea del 10% y 20% menor que los limites aprobatorios; es decir, el valor para paredes sea mayor que 48,00 W/m2 y menor o igual que 54,00 W/m2; y para techos, sea mayor que 20 W/m2 y menor o igual que 22,50 W/m2. 47
48
De igual manera, continua en vigencia Manual de “Recomendaciones para mejorar la Calidad Térmica en las Edificaciones” realizado por la Comisión para el mejoramiento de la calidad térmica de las edificaciones y el espacio urbano, el de ENELVEN (1999). Dicho manual fue creado con el objeto de promover recomendaciones para tales fines. De hecho, esta comisión esta conformada por organizaciones relacionadas a los sectores de energía y su objetivo es
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proporcionar a los usuarios una herramienta que permita introducir criterios de
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acondicionamiento bioclimatico en el diseño, construcción o rehabilitación de
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edificaciones.
Esta realizado especialmente para el estado Zulia, tomando en consideración su clima, los materiales y prácticas constructivas, basado en experiencias de otros países con condiciones climáticas similares. La implementación de estas recomendaciones busca contribuir al desarrollo de edificaciones térmicamente confortables y por tanto generar una reducción significativa del uso de la energía y de los requerimientos de capacidad de generación eléctrica.
Sistema de Hipótesis
Hipótesis de Investigación: “Si se implementa un sistema Pasivo de enfriamiento evaporativo en una vivienda de construcción tradicional, entonces las condiciones térmicas mejoraran y la relación beneficio térmico - costo del sistema será lucrativa”. 48
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Hipótesis Nula: “Si se implementa un sistema Pasivo de enfriamiento evaporativo en una vivienda de construcción tradicional, entonces las condiciones térmicas se mantendrán iguales y la relación beneficio térmico - costo del sistema será equitativa”.
Cuadro No. 1
OS D A Objetivo general: Evaluar la relación – beneficio de la RVcosto E S implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto, en viviendas para E R S un clima calido-húmedo. HO C E DER VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES UNIDADES OBJETIVOS DE MAPA DE VARIABLES
ESPECIFICOS
Establecer el costo de construcción de una vivienda tradicional Establecer el costo de construcción de una vivienda con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) Comparar la eficiencia energética a través del VTTG de una vivienda de con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) con respecto a una de construcción tradicional Analizar la relación costo- beneficio de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto en viviendas para un clima cálido-húmedo
ESTUDIO
Costo de construcción
Viviendas para un clima cálidohúmedo Sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
Características del Sistema Constructivo
Planos
Construcción techo tanque
Presupuestos Bs
Enfriamiento Beneficio
Eficiencia energética
Confort Térmico
m2
Calculo del VTTG ºC Cuadros comparativos W/m2
Determinada a través de la técnicas y procedimientos aplicados en el estudio
Fuente: Elaboración propia. (Morán, 2011)
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CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
S O D A requeridas para el desarrollo y cumplimiento de los V específicos. El mismo Robjetivos E S E así como las unidades de análisis, R incluye el tipo y diseño de la investigación, S HO C E R de recolección de datos y procedimiento metodológico a instrumentos, técnicas DE El presente capítulo es relativo a las consideraciones metodológicas
seguir.
Tipo de Investigación
La investigación es un proceso que según exponen Tamayo y Tamayo (2005), “mediante la aplicación del método científico procura obtener información relevante y fidedigna, para entender el conocimiento” (p. 22). Lo que implica entonces la utilización de una serie de pasos sistemático para lograr los fines del estudio.
En este sentido, Chávez (2007) indica que “el tipo de investigación se establece en función del tipo de problema que se desea solucionar, los objetivos que se pretendan lograr y la disponibilidad de recursos”. (p. 34) Específicamente, el presente trabajo se considera de tipo descriptivo, por utiliza el método de
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51
análisis para caracterizar una tipología de vivienda, determinar el comportamiento climático de la misma; y evaluar la relación costo – beneficio de la implementación de un sistema pasivo de enfriamiento Indirecto, en viviendas para un clima calidohúmedo. Según lo reseña Sabino (1991):
Las investigaciones descriptivas se proponen conocer grupos homogéneos de fenómenos, de acuerdo a criterios sistemáticos, para poner de manifiesto su comportamiento. Seguidamente, señala que no se ocupa de la verificación de hipótesis, sino de la descripción de hechos a partir de un criterio o de una teoría previamente definida. (p. 28).
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De igual manera, la investigación es evaluativa según Hurtado (2009) su objetivo es “evaluar los resultados de uno o más programas, los cuales hayan sido, o estén siendo aplicados dentro de un contexto determinado” (p. 126). En este caso específico se justifica la elección de este tipo de investigación, puesto que la misma está dirigida a evaluar la relación costo – beneficio de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto, en viviendas para un clima calido-húmedo, empleando para ello los presupuestos de la construcción y los datos arrojados por el VVTG.
Además, esta investigación se considera comparativa, tal como refiere Hurtado (2009,) que se realiza con “dos o más grupos, y su objetivo es comparar el comportamiento de uno o más eventos en los grupos observados” (p. 108) Requiere como logro la descripción del fenómeno y la clasificación de los
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resultados ya que está orientada a destacar la forma diferencial en la cual un fenómeno se manifiesta en contextos o grupos diferentes.
Por su parte, para Chávez (2007) las investigaciones comparativas son estudios en el cual existen dos o más poblaciones y donde se quieren comparar algunas variables para contrastar una o varias hipótesis. Es así como, la
OS D A RVde enfriamiento evaporativo el VTTG de una vivienda con un sistema E pasivo S E R S (techo tanque) con respecto HaOuna de construcción tradicional teniendo en cuenta C E ER y el confort térmico. el costo de D construcción
comparación en este estudio implica comparar la eficiencia energética a través del
Diseño de la Investigación
El diseño de investigación es la estrategia general que adopta el investigador para responder al problema planteado. Según señala Tamayo y Tamayo (2005), el diseño “es la estructura a seguir en la misma, ejerciendo el control de la misma a fin de encontrar datos confiables en su relación con las interrogantes surgidas de los supuestos” (p. 108).
El diseño de investigación utilizado fue definido como De tal manera que la investigación empleó un diseño experimental, el cual, según Hernández, Fernández y Baptista (2006), “se utiliza cuando el investigador
pretende
establecer el posible efecto de una causa que se manipula” (p.160). Puesto que se obtienen los datos mediante la simulación de las condiciones de la vivienda
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analizada, determinando su comportamiento climático a través de las mediciones y el resultado del VTTG.
Por
otra
parte,
indican
además
estos
autores,
que
los
estudios
transaccionales descriptivos, “…son cuando presentan un panorama del estado de una o más variables en uno o más grupos de personas, objetos e indicadores en
OS D A R catalogó como descriptivo transaccional, porque lasV variables se medirán solo una E S E R S O vez, recopilando información en un solo periodo y tiempo de inicio; mediante el H C E R análisis de D losE datos ofrecidos por los planos, los presupuestos y el cálculo del determinado momento” (p. 186), por lo que el diseño de la investigación se
VVTG para cada una de las viviendas analizadas.
Gráficamente se expresa de la siguiente manera:
Vivienda A
X X1=
=
X
Vivienda B
Medición u observación en un momento único
Características constructivas de las viviendas.
X2=
Costo de Construcción
X3=
Eficiencia Energética VVTG
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Unidades de Análisis
De acuerdo con Tamayo y Tamayo (2005), la Unidad de Análisis
“es la
totalidad del fenómeno a estudiar, en donde estas poseen una característica común, la cual se estudia y da origen a los datos de la investigación”. (p. 97) En tal sentido y para cubrir los objetivos de la investigación, la unidad de análisis de esta
OS D A RVcon construcción tradicional y Municipio Maracaibo del Estado Zulia, una deE ellas S E R S otra con un sistema pasivoH deO enfriamiento evaporativo. C E DER
investigación estuvo constituida en el estudio de dos viviendas ubicadas en el
En Primer lugar, se hizo una descripción general de la vivienda para clima cálido – húmedo tradicional, atendiendo a sus características, distribución de los aspectos constructivos y los costos de construcción de esta, para la cual se emplearon los planos desde los cuales se obtuvieron los datos que luego serían incluidos para el cálculo del VVTG. En segundo lugar, se estableció el costo de construcción de una vivienda con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo, constituido por, partiendo de la descripción de sus características generales, aspectos constructivos y los costos de construcción del techo tanque de ésta.
En tercer lugar, se realizaron cuadros comparativos para contrastar la eficiencia energética de la vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo, respecto de una de construcción tradicional, a través del cálculo del VTTG a través del cual se analizó el comportamiento ambiental, tomando en cuenta los valores térmicos y los sistemas de control térmico para lograr el confort 54
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térmico dentro del rango de 22 a 28 ºC. Luego se analizó la relación costo – beneficio en el ahorro energético de las viviendas, siguiendo la metodología y los procedimientos establecidos en la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005)
Procedimiento de la Investigación
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Para la realización de este trabajo de investigación se llevaron a cabo las
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siguientes fases de desarrollo:
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-
Se identificó el problema del caso en estudio
-
Se analizaron las causas del problema
-
Se plantearon los objetivos para la investigación
-
Sobre la base de la información obtenida durante el proceso de investigación
básica, se formuló un Marco teórico para organizar las ideas, conceptos y teorías relacionados con el problema planteado.
-
Se selecciono el caso a estudiar (Vivienda ubicada en el municipio Maracaibo
del Estado Zulia). En este estudio se comparan dos opciones de Viviendas, una presentada, llamada Vivienda Original (Opción A) y la otra denominada Vivienda Propuesta (Opción B); que es la alternativa en donde se plantea reemplazar el techo del área privada de la Vivienda Original implementando el SPEEI.
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-
Se estableció el costo de la vivienda original y propuesta (con y sin el SPEEI),
para determinar la relación beneficio-costo del sistema.
-
Se determinaron los consumos energéticos de la vivienda con y sin el SPEEI,
(original y propuesta).
-
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Para la evaluación cuantitativa y cualitativa de la vivienda, en sus dos
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opciones, se tomaron como referencia el comportamiento térmico y requerimientos
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de confort establecidos, en base a los resultados obtenidos del VVTG y de lo
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contemplado en la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005)
-
Se compararon los resultados de la vivienda con construcción tradicional y la
vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
-
Se redactaron las conclusiones de acuerdo a los resultados obtenidos.
-
Se elaboraron una serie de recomendaciones para el mejoramiento del
comportamiento de la vivienda en respuesta a las variables medioambientales y de confort requeridas.
Plan de Análisis de Datos
A través de la metodología aquí desarrollada, se logró determinar el valor económico de un inmueble, mediante la comparación de dos modelos de vivienda,
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uno denominado Vivienda original (opción A) y el otro denominado vivienda propuesta (opción B), de cara a las condiciones actuales de mercado (tasas de interés, tasas de aumento del precio del kwh, tasas cambiarias, costos de equipos de climatización, entre otros.
El proceso de recolección de datos en este estudio se realizó utilizando para
OS D A RV análisis y evaluación de de la investigación, Entre las herramientas de E recolección, S E R S O datos se tiene: Análisis de Métricos y constructivos, a través de los Hcómputos C E DER de la vivienda y la observación de sus características planos arquitectónicos ello diversas técnicas e instrumentos, para así satisfacer los objetivos específicos
constructivas; midiendo las diferentes superficies (paredes, techos, aleros) y las aberturas de las ventanas y puertas; así como algunos detalles constructivos.
-
Los datos referentes a las características constructivas y de implantación de la
vivienda se introdujeron en el programa PROCATED para el cálculo del VVTG, para obtener los valores estimados de consumo energético comparando estos con los valores apropiados del confort contemplados en la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005)
Se simuló el estudio de los parámetros ambientales de la vivienda y su parcela, esto permitió establecer el comportamiento de la misma en respuesta a las variables medioambientales y de confort, que son medidas y cuantificadas. Finalmente los valores obtenidos fueron comparados y analizados en tablas comparativas para establecer la relación costo beneficio. 57
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CAPÍTULO IV
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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Análisis y Discusión de los Resultados
A continuación se exponen los resultados obtenidos al evaluar la relación costo – beneficio de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto, en viviendas para un clima calido-húmedo, para lo cual se procedió a seguir los objetivos de la investigación, el primero de los cuales se dirigió a establecer el costo de construcción de una vivienda de tradicional para un clima calido-húmedo como se muestra a continuación:
Variable: Costo de Construcción Cuadro No. 2 Caracterización de Planta de Arquitectura Vivienda Tradicional Cantidad 3 1 1 1 2 1
Habitaciones Sala Comedor Cocina Baños Lavadero
Fuente: Creación Propia a partir del análisis de los planos de vivienda tradicional 58 58
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Figura 7 Planta de Arquitectura Vivienda Tradicional
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Fuente: Planos de vivienda tradicional
Como puede observarse en el Cuadro No. 2 y en la Figura No. 7 la vivienda tradicional para clima cálido húmedo de Maracaibo presenta una planta de arquitectura constituida por una (1) sala, un (1) comedor, una (1) cocina, tres (3) habitaciones, dos (2) baños y un (1) lavadero. Esta corresponde a una distribución tradicional de una vivienda, que según referencia el plano se construye en forma apareada. A continuación se describen las características constructivas de la vivienda, destacando lo correspondiente a las paredes y el techo. (Ver anexo 1)
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Cuadro No. 3 Características Constructivas de una vivienda tradicional para clima cálido – húmedo Paredes
Techo
Bloque de Concreto de 15 cm Acabado en obra limpia en las fachadas norte, este y oeste Acabado en friso liso y pintura blanca en fachada sur. Losa nervada de 15cm de espesor, con bloques de poliestireno de 10cm de espesor Vaciado de concreto r'c=180kg/cm2 de 5cm impermeabilización de manto asfáltico de 3mm y pintura aluminizada Teja criolla de arcilla fachada sur
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Fuente: Creación Propia a partir del análisis de los planos de vivienda tradicional
Como se puede observar en la Cuadro No. 3 de la variable costo de construcción la vivienda tradicional para clima cálido – húmedo se caracteriza por paredes de bloque de concreto de 15 cm en toda su estructura, con dos tipos diferentes de acabado. Tal como lo demostró el análisis de los planos en las fachada Norte, Este y Oeste la vivienda presenta obra limpia, es decir la pared carece de friso y el color de la misma es ladrillo (Ver Figuras 8, 9 y 10)
Figura 8 Fachada Norte Vivienda tradicional
Fuente: Planos de vivienda tradicional 60
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Figura 9 Fachada Este – Oeste Vivienda tradicional
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Fuente: Planos de vivienda tradicional
S10E Figura E R OS
CH de Pared Vivienda Tradicional Detalle E R DE
Fuente: Planos de vivienda tradicional
Atendiendo a estos características de las paredes en las fachada Norte, Este y Oeste de la vivienda, se puede destacar que al carecer de friso pueden estarse reduciendo los costos de la construcción, lo que apoya lo planteado por Gómez (2002) en relación a como la implantación de sistemas para la reducción de los costos permite el aumento de la productividad. Sin embargo, alertan Peyloubet, De
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Salvo y Ortecho (2007) que las políticas que formulan y desarrollan los gobiernos en el sector vivienda, prefieren en muchos casos la tecnología convencional o bien tecnologías innovativas carentes del necesario control de calidad.
Es así como la denotada ausencia de cubrimiento, ocasiona que las paredes sean más delgadas y tengan un color oscuro, lo cual contradice las
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recomendaciones de la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de
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las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) la cual para la construcción de
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viviendas en Maracaibo, recomienda aclarar el color de las superficies de las paredes, para reducir el impacto de la radiación solar y enfriar los espacios internos aumentando así el confort térmico de la edificación.
Lo anterior implica que la vivienda en las fachada Norte, Este y Oeste, no cumple con tal recomendación, dejando expuesta a quienes habitan en ella a 7 meses (mayo a noviembre) de insatisfacción térmica, debido los elevados índices de temperatura combinados con el vapor de agua, nubosidad y radiación difusa, bajos niveles de movimiento de aire y de evaporación, lo que se traduciría en una elevación significativa del consumo energético.
En cambio, la fachada sur cumple con tales especificaciones, dado el Acabado en friso liso y el uso de pintura de caucho blanca (Ver Figura 11 y 12), de manera que esto incrementa la reflectividad de la superficie promediada sobre el total del
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espectro solar, enfriando los espacios internos y colabora al aumento del confort térmico de la edificación. Figura 11 Fachada Sur Vivienda tradicional
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CH E R Fuente: Creación DE Propia a partir del análisis de los planos de vivienda tradicional Figura 12 Detalle de Pared Con Friso Vivienda Tradicional
Fuente: Creación Propia a partir del análisis de los planos de vivienda tradicional
Por otra parte se puede observar en la Cuadro No. 3 de la variable costo de construcción la vivienda tradicional para clima cálido – húmedo se caracteriza por
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64
un techo constituido por una Losa nervada de 15cm de espesor, para el cual se emplearon bloques de poliestireno de 10cm de espesor, acompañado de un vaciado de concreto r'c=180kg/cm2 de 5cm, una impermeabilización de manto asfáltico de 3mm y pintura aluminizada. (Ver Figura 13 y 14)
Figura 13
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Detalle Losa Techo Vivienda Tradicional
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Fuente: Creación Propia a partir del análisis de los planos de vivienda tradicional Figura 14 Planta Techo Vivienda Tradicional
Fuente: Creación Propia a partir del análisis de los planos de vivienda tradicional
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Sobre este punto, es importante destacar que según lo planteado por Morillón (2002) los techos son las superficies que más asoleamiento reciben, sobre todo para localidades dentro de los trópicos y el clima cálido – húmedo por lo tanto debe cuidarse el calor captado por estos, para no sobrecalentar el interior del edificio.
OS D A Costo de construcción de una vivienda tradicional RV para clima cálido – E S húmedo E R S HO C Descripción TOTAL Bs. F. E R E D Cuadro No. 4
Obras preliminares Obras en concreto Encofrado en madera Acero Refuerzo Mampostería, Revestimiento, Cerramientos y Techos Obras de Instalaciones Eléctricas Puertas, Ventanas y Marcos Instalaciones Sanitarias Pintura Monto Acumulado (12% I.V.A) Total General (Viviendas apareadas)
1.535,09 48.885,56 20.905,67 20.913.76 56.349,00 18.944,52 41.642,55 26.813,92 23.410,30 259.400,30 31.128,04 290.528,41
Monto para una vivienda
145.264,205 Bs. F.
Fuente: Creación Propia a partir del presupuesto general de la vivienda
Como revela el cuadro No. 4 la vivienda tradicional tiene un costo de 145.264,205 Bs. F., siendo el valor de la vivienda apareada 290.528,41 Bs. F. La sumatoria de las obras preliminares, en concreto; encofrado en madera; acero de refuerzo; mampostería revestimiento, cerramientos y techos; instalaciones eléctricas; puertas, ventanas y marcos; instalaciones sanitarias y pintura, da un 65
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total de 259.400,30 Bs. F., al cual se adiciona un 31.128,04 Bs. F., correspondientes al Impuesto al Valor Agregado (I. V. A.)
Dichos resultados, fueron calculados a partir del programa Excel 2007 base a Windows Vista, que ratifica lo planteado por Arboleda (2007), en cuanto al uso de los cálculos previos de medir y contar los recursos empleados, las actividades y
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subactividades relacionadas a los procesos constructivos para conocer el costo de una obra.
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Al ser el monto obtenido, un monto bajo se puede encontrar que se puede generar un beneficio monetario que incide en el precio final de la vivienda, pero desde el punto de vista del confort térmico, es necesario someterla a un Estudio de Evaluación de la Calidad Térmica para establecer el Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG), es decir, la ganancia térmica máxima a través de las superficies exteriores de una edificación, fijando una temperatura interna de veinticinco grados centígrados (25°C). (ver anexo 2)
Es así como, a continuación se expresan los resultados de la Evaluación de Calidad Térmica, realizado por Almao
y Reyes (2010), de Energía y Confort
Consultores, siguiendo el método contenido en la Ordenanza sobre Calidad Térmica del Municipio Maracaibo, considerando las condiciones climáticas extremas para la ciudad de Maracaibo y se determina en forma separada para paredes y techos, por unidad de área total. 66
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Dentro de las actividades, realizadas se comenzó por la demarcación del área a considerar para evaluación de calidad térmica de cada una de las plantas de la edificación, la determinación de las áreas de cada fachada y del techo, por tipo de configuración constructiva y/o color, así como del coeficiente global de transferencia de calor “U” y la diferencia de temperatura equivalente “DTE a través de simulación numérica; luego se determinaron las variables requeridas para el
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cálculo del coeficiente de sombra externo de cada tipo de ventana con protección
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solar externa y se calculó el VTTG de paredes y techo de la edificación.
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La Tabla 1
Resultados de la Evaluación de Calidad Térmica Vivienda Tradicional
Fuente: Almao Tradicional.
y Reyes (2010), Evaluación de Calidad Térmica Vivienda
Los resultados de la Tabla 1 dejan en evidencia que el VTTG en la vivienda tradicional, las paredes de la vivienda original tienen un VTTG de 54,38 W/m2, el cual es menor al límite de 60 W/m2 establecido en la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005) para aprobar, sin 67
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embargo el Techo, a pesar de tener un material aislante como material de relleno, tiene un VTTG de 42,35 W/m2, el cual es mayor a los 25 W/m2 exigidos para aprobar; esto debido al poco espesor de techo. En este caso el diseño original de la vivienda no aprobaría los requerimientos establecidos como mínimos para aprobar la Ordenanza. (Ver anexo 3)
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Se debe destacar, que las paredes al tener un 54,38 W/m2 por lo que están
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dentro del límite establecido que es de 60 W/m2, Comisión para el Mejoramiento
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de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) que resulta común que en Maracaibo las en edificaciones multifamiliares presenten porcentajes de reducción que varían entre un 10% y un 25%.
Partiendo, de estos resultados en la investigación este modelo constructivo tradicional fue contrastado con una vivienda que incluye un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo, a continuación se expresa lo relativo al objetivo dedicado a establecer el costo de construcción de una vivienda con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque)
Para hincar, es importante destacar que las características de planta de arquitectura de la vivienda son iguales a la tradicional con una (1) sala, un (1) comedor, una (1) cocina, tres (3) habitaciones, dos (2) baños y un (1) lavadero, a continuación se describen las características constructivas de la vivienda, destacando lo correspondiente a las paredes y el techo. (Ver anexo 1) 68
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Cuadro No. 5 Características Constructivas de una vivienda con sistema de enfriamiento evaporativo (techo tanque) Paredes
Bloque de Concreto de 15 cm Acabado en friso liso y pintura blanca.
Techo
Losa nervada de 15cm de espesor, con bloques de poliestireno de 10cm de espesor
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Vaciado de concreto r'c=180kg/cm2 de 5cm
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Impermeabilización de manto asfáltico de 3mm y pintura aluminizada en área social
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CH E R E nervada de 25cm de espesor, con bloques de poliestireno de DLosa Teja criolla de arcilla fachada sur
20cm de espesor y vaciado de concreto r'c=180kg/cm2 de 5cm Mortero hidrofugo (sika 1), pintura epoxica en tanque. Tanque
Expuesto al flujo de aire con doble cubierta.
Fuente: Creación Propia a partir del análisis de los planos de vivienda tradicional Tal como se observa en Cuadro No. 5, la vivienda queda igual a como en su proyecto original, usando bloques de concreto de 15 cm, con la diferencia de las pareces cuyo acabado incluyó friso y pintura en blanco puro en todas sus paredes (ver figuras 15, 16 y 18). Es así como el tipo de cubrimiento y pintura de las paredes permite que sean mas gruesas, con mayor protección y tengan un color claro, lo cual apoya lo planteado en las recomendaciones de la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) en relación a la necesidad de aclarar el color de las superficies de las paredes, para reducir el impacto de la radiación solar y enfriar los espacios internos aumentando así el confort térmico de la edificación. 69
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Figura 15 Fachada Este y Oeste de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque)
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Fuente: Planos de vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
SE E R OS Figura 16
CH E R Fachada Norte DEde Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque)
Fuente: Planos de vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
Figura 17 Fachada Sur de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque)
Fuente: Planos de vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
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Figura 18 Detalle de Pared de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque)
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Fuente: Planos de vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
Lo anterior implica que la vivienda en cumple con la recomendación de la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999), dado el Acabado en friso liso y el uso de pintura de caucho blanca puede ayudar a disminuir los índices de temperatura que puede traducirse en una disminución del consumo energético, puesto que incrementa la reflectividad de la superficie promediada sobre el total del espectro solar, enfriando los espacios internos.
Además para el techo se empleó losa nervada y paredes de bloque de concreto de 15cm de espesor en el área social, mientras en el área privada la losa 71
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es de 25 cm para soportar peso del agua en los tanques. (Ver figuras 19, 20 y 21) La inclusión del tanque de agua en el techo en la vivienda consiste en un sistema de agua, expuesto al flujo de aire con doble cubierta (cámara de aire). La primera de estas cubiertas es una malla plástica que limita el acceso a los insectos, polvo y suciedad, sobre la cual se ubica una cubierta liviana aislante, y reflectiva que protege del sol y de la lluvia de agua del tanque y el espacio interior.
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Figura 19
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Planta de Techo de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
Fuente: Planos de vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
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Figura 20 Detalle del Techo de Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque)
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Fuente: Planos de vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
Figura 21 Detalle del Tanque de la Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
Fuente: Planos de vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo
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Es de hacer notar, que desde el punto de vista estructural, el uso de este techo tanque de agua requiere de un diseño que permita soportar el peso adicional, una adecuada impermeabilizacion y un sistema especial de drenaje, aparte de un tratamiento especial antialgas que se debe dar al agua, lo que puede representar un incremento en los costos de construcción, es por ello que a continuación se detalla el costo de la misma.
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Cuadro No. 6
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Costo de construcción de una vivienda con sistema pasivo de enfriamiento Descripción
TOTAL Bs. F.
Obras preliminares Obras en concreto Encofrado en madera Acero Refuerzo Mampostería, Revestimiento, Cerramientos y Techos Obras de Instalaciones Eléctricas Puertas, Ventanas y Marcos Instalaciones Sanitarias Pintura Monto Acumulado (12% I.V.A) Total Viviendas apareadas
1.535,09 48.885,56 20.905,67 20.913.76 81.331,09 18.944,52 41.642,55 26.813,92 23.410,30 284.382,46 34.125,90 318.508,36
Monto para una vivienda
159.254,18 Bs. F.
Techo tanque
5.319,76 Bs. F.
Total General
164.573,94 Bs. F.
Fuente: Creación Propia a partir del presupuesto general de la vivienda
Como revela el cuadro No. 4 la vivienda tiene un costo de 159.254,18 Bs. F., siendo el valor de la vivienda apareada 318.508,36 Bs. F. La sumatoria de las 74
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obras preliminares, en concreto; encofrado en madera; acero de refuerzo; mampostería revestimiento, cerramientos y techos; instalaciones eléctricas; puertas, ventanas y marcos; instalaciones sanitarias y pintura, da un total de 284.382,46 Bs. F., al cual se adiciona un 34.125,90 Bs. F., correspondientes al Impuesto al Valor Agregado (I. V. A.) Al adicionar el precio del techo tanque se obtiene un total general de 164.573,94 Bs. F.
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Pese a ser un monto alto el obtenido, se puede pensar que se puede estar
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perdiendo el beneficio monetario que incide en el precio final de la vivienda, pero desde el punto de vista del confort térmico, se explica a continuación los resultados del Estudio de Evaluación de la Calidad Térmica para establecer el Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG), donde pueden observase otro tipo de beneficios, siguiendo el método contenido en la Ordenanza sobre Calidad Térmica del Municipio Maracaibo, considerando las condiciones climáticas de la ciudad de Maracaibo y se determina en forma separada para paredes y techos.
Dentro de las actividades, realizadas se comenzó por la demarcación del área a considerar para evaluación de calidad térmica de cada una de las plantas de la edificación, la determinación de las áreas de cada fachada y del techo, por tipo de configuración constructiva y/o color, así como del coeficiente global de transferencia de calor “U” y la diferencia de temperatura equivalente “DTE”, de dos configuraciones no contenida en la base del PROCATED, a través de simulación numérica; luego se determinaron las variables requeridas para el cálculo del 75
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coeficiente de sombra externo de cada tipo de ventana con protección solar externa y se calculó el VTTG de paredes y techo de la edificación.
La Tabla 2 Resultados de la Evaluación de Calidad Térmica de la Vivienda con Sistema de Enfriamiento Pasivo Evaporativo (techo tanque)
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Fuente: Almao y Reyes (2010), Evaluación de Calidad Térmica Vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo.
Los resultados de la Tabla 2 tal como lo reflejan las conclusiones de la evaluación de Calidad Térmica, con las modificaciones introducidas a las paredes se logra reducir el VTTG de paredes a 43,41 W/m2, lo que significa una reducción de un 20,18%, únicamente por el frisado de las paredes y el cambio del color, dicho valor es menor al límite de 60 W/m2 establecido en la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005) por lo que se considera aprobado. 76
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Al respecto, según la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005) en sus Artículos 50 y 51 el limite máximo el Valor de Transferencia Térmica Global (VTTG), en lo que respecta a la envolvente de la edificación es de 25 W/m2 para paredes y 60 W/m2 para que las edificaciones cumplan la garantía para ser habitadas. En el caso del techo la reducción es de 42,35 W/m2 a 14,67 W/m2, lo cual implica una reducción del 65,36% cumpliendo
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así la vivienda propuesta los requerimientos mínimos para aprobar la Ordenanza. (Ver anexo 3)
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Es de hacer notar, que OCATEM (2005) entrega la Certificación de Calidad Térmica cuando se cumple con ambos límites, lo que se logra en el caso planteado para la vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo. Además, otorgar una Calificación Especial Urbana que se entrega en niveles oro, plata y bronce. En este caso, puesto que el techo logra 14,67 W/m2, corresponde a la calificación oro, aunque al superar las paredes los 42,00 W/m2 se ubica en calificación plata.
Siguiendo la presentación de los resultado, se prosigue a cumplir con el objetivo dedicado a comparar la eficiencia energética a través del el VTTG de una vivienda con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) con respecto a una de construcción tradicional, se procedió a mostrar los resultados en la siguiente tabla, en la cual se expone el VTTG de las paredes, el VTTG del techo y el porcentaje de reducción de cada uno, promediando el total de la vivienda. 77
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Tabla 3 Comparación de la Calidad Térmica de la Vivienda Tradicional a una con Sistema de Enfriamiento Pasivo Evaporativo (techo tanque)
OS D A V Térmica Vivienda con Fuente: Almao y Reyes (2010), Evaluación de RCalidad E S sistema pasivo de enfriamiento evaporativo. E R S HO C E ERobservar en la tabla 5 de la variable beneficios, los resultados Dpuede Como se obtenidos en la vivienda tradicional (original) muestran un VTTG de las paredes de 54,38 W/m2, y de 42,35 W/m2 para el techo, desde lo cual se evidencia una reducción del 20,18% desde lo cual dicha vivienda no aprueba las condiciones de confort término planteadas por la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005)
En parte esto se justifica, dado que la vivienda de construcción tradicional, no cumple con las recomendaciones dadas por la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) para mejorar el confort término, entre estas las referidas usar colores claros en las paredes. Además, estos resultados coinciden con los hallazgos de González (2009) que en su estudio dedicado a determinar las consideraciones técnicas básicas para el diseño bioclimática de fachadas de centros comerciales abiertos en climas calidos,
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en la ciudad de Maracaibo encontró que este tipo de edificaciones presentan muchas deficiencias en cuanto a la función bioclimática.
Sin embargo, como lo muestra la tabla 3, los resultados de VTTG en la vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque), fue de 43,41 W/m2 para las paredes, en las cuales el acabado y color blanco permitió
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reducir el impacto de la radiación solar e incrementar la reflectividad de la
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superficie, enfriando así los espacios internos de la vivienda.
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De igual manera, los resultados de VTTG medido en 14,67 W/m2 para el techo para la vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo, valor este que se muestran al igual que en las paredes por debajo de los límites previstos por la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005) y representando en conjunto una reducción de 65,36%.
Tales resultados coinciden con los planteamientos de Morillón (2002) para quien al aumentar la masa de material en la techumbre, como en el caso de reforzamniento dado para soportar el peso de los tanques sirve a su ves como un sistema pasivo de enfriamiento al aumenta la capacidad del techo para almacenar el calor captado, y retardar la transmisión de calor al interior. Además, según el autor la cámara de aire, o espacio entre ambas placas permite que el calentamiento permanezca más tiempo en la parte superior, facilitando al mismo tiempo que la inferior se ventile. 79
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Por otra parte, los resultados así expuestos ratifican los hallazgos de Vázquez; González y Elizondo (2008) presentado en la Universidad de Colima de México con el objetivo de identificar el tipo de estanque metálico más eficiente para enfriar el agua y la cubierta que mejor protege a estos estanques en un ciclo diario durante el verano, desde los cuales las cubiertas con enfriamiento radiativo y evaporativo aislar térmicamente y mejoran la eficiencia del tanque.
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En el ultimo, objetivo específico dedicado a analizar la relación costo-
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beneficio de de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto en viviendas para un clima calido-húmedo, se procede a presentar en forma resumida una comparación de los gastos, así como de los beneficios de cada de las viviendas estudiadas. Cuadro No. 7 Cuadro comparativo de los Costos – Beneficio de una vivienda tradicional y otra con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo Vivienda Vivienda con sistema Diferencia en Tradicional pasivo de rendimiento enfriamiento Costo
145.264,205 Bs. F.
164.573,94 Bs. F.
19.309,735 Bs. F.
Beneficio
20,18% 63.36% 43.18% de reducción de reducción del de reducción del VTTG VTTG Fuente: Creación Propia a partir de los presupuesto y evaluaciones realizadas
Como se puede observar en el cuadro No. 7 los costos de la vivienda de tradicional asciende a 145.264,205 Bs. F., mientras la construcción de la vivienda 80
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con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo tiene un costo de 164.573,94 Bs. F., lo que representa una diferencia de 19.309,735 Bs. F., la cual indicaría que es económicamente más rentable la construcción de la vivienda tradicional, pero este ahorro no representa necesariamente beneficios de otro tipo. Con respecto al beneficio, se puede observar en el cuadro comparativo que en la vivienda sólo se alcanza un 20,18% de la reducción del VTTG, mientras la vivienda con sistema
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evaporativo logró un 63.36% de reducción, lo cual indica que la segunda de estas
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superó en un 43.18% el rendimiento.
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De tal manera, que el caso de la vivienda con sistema pasivo de enfriamiento evaporativo,
el
aparentemente
desventajoso
rendimiento
económico,
es
constrastado por los beneficios que ofrece desde el punto de vista de confort y reducción de carga térmica, dadas por las modificaciones introducidas a la vivienda, especialmente en el techo, el cual es el elemento de la envolvente se encuentra expuesto a la radiación directa durante todo el periodo de asoleamiento. Desde el punto de vista económico, se debe destacar que a largo plazo, esta reducción impacta fuertemente el cálculo de los requerimientos de aire acondicionado.
Estos resultados, permiten aceptar la hipótesis de investigación desde la cual “Si se implementa un sistema Pasivo de enfriamiento evaporativo en una vivienda de construcción tradicional, entonces las condiciones térmicas mejoraran y la relación beneficio térmico - costo del sistema 81
será lucrativa”. Desde esta
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perspectiva, se evidencia al confrontar con los soportes teóricos e investigaciones que además de lucrativo, el beneficio de la implantación de estos sistemas es además cualitativamente ventajoso.
Este beneficio se considera significativo, al tener en cuenta lo plantado por la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el
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Espacio Urbano (1999) sobre como Maracaibo es una ciudad, que mantiene todo
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el año temperaturas que se mantienen fuera de la zona de confort térmico, lo que
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genera en la población insatisfacción térmica, que se traduce en una disminución de la calidad de vida de los ciudadanos, así como en un incremento del consumo de energía eléctrica.
De manera que al lograr valores, positivos en la medida de VTTG en la vivienda con sistema de enfriamiento evaporativo techo tanque, se consigue un doble beneficio, desde el punto de vista de disminuir la temperatura interior de la edificación para alcanzar un mayor confort térmico, lo que se traduce en un disminución del consumo de energía eléctrica, pero sobre todo en una mejoría de la calidad de vida de los habitantes.
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CONCLUSIONES
Una vez analizados los resultados de la investigación a través del análisis descriptivo de los planos, presupuestos y VTTG, una vez discutidos desde la perspectiva de los autores se establecen a continuación las conclusiones planteadas con el objetivo de evaluar la relación costo – beneficio de la
OS D A un clima calido-húmedo, se concluye que el sistema RV implementado ofrece una E S E que la construcción de una vivienda R S relación costo – beneficio más favorable HO C E tradicional. DER implementación de un sistema pasivo de enfriamiento Indirecto, en viviendas para
Seguidamente, al establecer el costo de construcción de una vivienda de tradicional para un clima calido-húmedo, se concluye a partir del resultados bajo de la sumatoria de los costos, que este el diseño y construcción busca una mayor rentabilidad económica, la cual ha descuidado los criterios planteados para la eficiencia energética, tal como lo demuestra las fachas en obra limpia, así como las delgadas paredes y techos, las cuales impiden la reflexión solar y el confort térmico.
De igual manera, al establecer el costo de construcción de una vivienda con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo, se concluye que, pese al incremento en el costo por la inclusión del techo tanque, desde el punto de vista del confort térmico, se evidencian con su implementación otro tipo de beneficios,
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entre los que destaca una mayor capacidad reflexiva de las paredes, cuyo color y espesor colabora al mantenimiento de una mejor temperatura interior; y el techo que por su diseño permite aislar el calor en las cubiertas más externas.
Por su parte, al comparar la eficiencia energética a través del el VTTG de una vivienda con un sistema pasivo de enfriamiento evaporativo (techo tanque) con
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respecto a una de construcción tradicional, se concluye que la vivienda con sistema
de
enfriamiento
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Ediferencia
ESa R S O evaporativo
de
la
cumple
más
apropiadamente las condiciones de confort térmico planteadas por la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005) así como las recomendaciones dadas por la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) referidas a usar colores claros en las paredes y otros aspectos que ayuden a generar mayor confort térmico y menor consumo eléctrico.
Por ultimo, al analizar la relación costo- beneficio de de la implementación de un Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto en viviendas para un clima calidohúmedo, se evidencia que la disminución en los costos de las viviendas tradicionales han sacrificado el uso de innovaciones constructivas tendientes a mejorar el confort térmico. Por lo que, pese a su mayor costo, la vivienda con Sistema Pasivo de enfriamiento Indirecto compensa la inversión inicial, al ofrecer beneficios cuantitativos el la reducción del VTTG y en el consumo energético derivado del uso de los aires acondicionados; además de ofrecer beneficios 84
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significativos en la generación de un mayor confort térmico a través del cual los habitantes pueden tener acceso a una mejor calidad de vida.
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RECOMENDACIONES
A partir de las anteriores conclusiones se recomienda a los entes gubernamentales en materia de vivienda tener en cuenta la relación costo – beneficio de la implementación de sistemas pasivos de enfriamiento en los proyectos habitacionales que se desarrollen en ciudades como Maracaibo que
OS D A temperaturas fuera del límite de confort térmico. RV SE E R S O H EC a dichos entes evaluar las políticas aplicadas para R E Además, se recomienda D están sometidas a condiciones ambientales y climáticas que mantienen
disminuir los costos de las soluciones habitacionales y mantener la rentabilidad, cuidando que las características de las viviendas cumplan con los estándares, condiciones y recomendaciones dadas por los organismos especializados para lograr un adecuado confort térmico.
Por otra parte, se recomienda a las empresas encargadas de desarrollar proyectos habitacionales incorporar sistemas pasivos de enfriamiento adaptados a las condiciones de la ciudad y manteniendo una elevada rentabilidad económica; diseñando viviendas cuyas paredes, techos, ventanas y arborización permitan lograr un mayor confort térmico.
De igual manera, se recomienda medir la eficiencia energética a través del VTTG de las vivienda diseñadas para verificar si esta cumple con las condiciones
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de confort térmico planteadas por la Ordenanza sobre Calidad Térmica de Edificaciones en el Municipio Maracaibo (2005) y si se apega a las recomendaciones dadas por la Comisión para el Mejoramiento de la Calidad Térmica de las Edificaciones y el Espacio Urbano (1999) para generar mayor confort térmico y menor consumo eléctrico.
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Por ultimo, se recomienda a los profesionales de la arquitectura diseñar
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proyectos e innovaciones constructivas basadas en Sistema Pasivo de
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enfriamiento Indirecto tendientes a mejorar el confort térmico con una mayor relación costo- beneficio que puedan ser implementadas en viviendas para un clima calido-húmedo, pensadas especialmente en las concisiones climáticas de ciudades como Maracaibo que gran parte del año mantienen temperaturas fuera del límite de confort.
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