Mejoramiento Térmico de Viviendas con

Trabajo presentado en el
CONGRESO INTERNACIONAL DE ENERGIAS SUSTENTABLES SENESE X,
Punta Arenas, Chile, 18 al 20 de Noviembre de 1998:
E-mail actualizado 2013: [email protected] / [email protected]
__________________________________________________________________________
Mejoramiento Térmico de Viviendas con Climatización Pasiva
para la Zona Central de Chile con Programas de Simulación Térmica
Ernst Müller (físico)
Laboratorio de Construcción Experimental de la Universidad de Kassel (Alemania)
Forschungslabor für Experimentelles Bauen, FB 12, Universität Gesamthochschule Kassel,
Menzelstraße 13, D-34109 Kassel, Alemania;
e-mail: [email protected]
Escuela de Arquitectura de la Universidad de Santiago de Chile
e-mail: [email protected]
RESUMEN
La calidad térmica y energética de la vivienda en Chile es un tema, que no recibe la atención
que merece: es así, que el uso de energía en viviendas resulta altamente ineficiente y el confort
térmico muchas veces es insuficiente. Debido a sus condiciones climáticas favorables, pero
complejas, la Zona Central de Chile presenta condiciones propicias para la construcción de viviendas
que combinan un buen confort térmico con un bajo consumo de energías convencionales.
El mejoramiento térmico de viviendas con climatización pasiva y uso pasivo de la energía solar
exige una optimización compleja de todos los elementos constructivos en su interacción con las
condiciones de clima y de uso, que herramientas tradicionales de cálculo y diseño no pueden ofrecer.
Programas computacionales de simulación térmica permitieron el cálculo dinámico del
comportamiento térmico de una vivienda a nivel horario y así el estudio de la influencia que tienen los
principales parámetros constructivos y de manejo en las condiciones de confort térmico. De ésta
forma, estudios paramétricos detallados con la introducción de índices de disconfort y la elaboración
gráfica de los resultados formaron la base para recomendaciones de diseño para la Zona Central y
para la optimización del diseño de una vivienda prototipo.
Esta vivienda prototipo se está realizando cerca de Santiago con la finalidad de verificar con
mediciones térmicas las herramientas de simulación y diseño aplicadas y además demostrar la
viabilidad técnica y económica de viviendas pasivas sismorresistentes, realizadas con materiales
locales.
1
1
Introducción y Metodología
La investigación fue realizado dentro de un proyecto de investigación interdisciplinar "Viviendas
Sismorresistentes con Climatización Pasiva, Construidas Con Materiales Locales en Zonas Rurales de la
Región Andina"1. Una meta importante del proyecto es el diseño de una vivienda prototipo en barro y la
elaboración de recomendaciones de diseño. Fueron empleados varios métodos tradicionales y modernos de
diseño pasivo en esta tarea, cuya utilidad se compara en la Tabla 1. El presente trabajo se concentra en los
resultados de las simulaciones térmicas con el programa DEROB-LTH2, que representa la parte
metodológicamente más novedosa.
Tabla 1: METODOS TRADICIONALES Y MODERNOS DE DISEÑO PASIVO
Métodos Tradicionales
Métodos Modernos
Tipos y
Ejemplos
Ventajas
•
•
•
•
•
•
•
•
Desventajas
Utilidad
Principal
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2
gráficos climáticos
diagramas solares y de sombra
cálculo de posición solar
diagramas bioclimáticos (Givoni)
diagramas de Mahoney
normas térmicas (RT, UL, GV)
exige poca información sobre:
el proyecto y su ubicación
el clima
las condiciones de uso
aplicación rápida en casos
simples
de fácil manejo
generales, poco específicos
limitados a pocos factores de
influencia
poco detallados
poca precisión
recomendaciones generales de
diseño
casos estándares
análisis inicial
diseño preliminar (p. ej.
elementos de sombreamiento)
•
•
programas computacionales de simulación térmica y energética
con modelos matemáticos detallados de los procesos físicos: p.
ej. DEROB-LTH (U. de Lund, Suecia), HAUSer (U. de Kassel),
TRNSYS (U. de Wisconsin, EE.UU. – prog. comercial)
descripción detallada sobre:
el proyecto
el clima
las condiciones de uso
resultados detallados y exactos de:
el comportamiento térmico
el comportamiento energético
exige gran cantidad de información
tiempo de aprendizaje
complejos y de difícil manejo
mayor tiempo de aplicación
-
•
•
•
•
•
•
•
•
proyectos novedosos
proyectos grandes
investigación:
estudios de caso
pautas de diseño
herramientas simples de diseño y dimensionamiento
diseño pasivo o bioclimático
Estudio Paramétrico con Simulación Térmica
Para el diseño de los elementos de climatización pasiva de la casa prototipo se realizó un estudio
paramétrico sobre el comportamiento térmico de una vivienda de dimensiones típicas en la zona de Santiago de
Chile mediante la simulación del comportamiento térmico del modelo de una vivienda para un día promedio de
enero y julio3 con el programa DEROB-LTH. Este programa utiliza en forma detallada los datos climáticos a
nivel horario, el perfil de uso, el proyecto arquitectónico con su geometría y las características de los materiales
de todos los elementos constructivos.
La vivienda simulada tiene un área de 62,72 m² (medido en el centro de los muros exteriores). La
distribución de sus espacios interiores corresponde de forma aproximada a una situación típica y al prototipo
previsto.
1 Este proyecto se realiza en cooperación entre las Universidades de Kassel (Alemania), la Universidad de Santiago de Chile (USACH), la
Universidad del Bio-Bio y la Universidad de Mendoza y recibe financiamiento de la Cooperación Técnica Alemana (gtz) y la Comunidad
Alemana de Investigación (DFG).
2 Este programa en la versión 96 para Windows se puede utilizar gracias a una cooperación con el Department of Building Science de la
Universidad de Lund (Suecia); DEROB ya fue utilizado y validado en climas calurosos y secos, p. Ej. (Rosenlund 1995).
3 datos de temperatura de (Dirección Meteorológica de Chile 1991); datos de radiación solar de (Sarmiento 1995).
2
Tabla 2: DESCRIPCIÓN DE LOS CASOS ANALIZADOS EN EL ESTUDIO PARAMÉTRICO
Caso graficado
caso estándar
s/ sombr. móvil
caso estándar
c/ sombr. móvil
ventanas pequeñas
ventanas grandes
pared externa oscura
pared interna oscura
Adobe 30cm
Tapial 60cm
Tapial liviano 40cm
Ladrillo 10cm (s/ zócalo)
Tabique c/ aislante
(s/ zócalo)
Tapial 40cm s/ zócalo,
s/ sombr. móvil
Tapial 40cm s/ zócalo,
c/ sombr. móvil
Quincha mejorada
s/ zóc., s/ sombr. m.
Tabique interior
cielo c/ 100mm aislante
entretecho ventilado
caso estándar
s/ vent. noct.
dobles ventanas
grandes
dobles ventanas medios
invernadero 1
c/ vent. diurna, c/ s. m.
invernadero 2
c/ vent. diurna, s/ s. m.
invernadero 5
s/ vent. diurna, s/ s. m.
invernadero 3
c/ ventilación a sala
invernadero 4
s/ vent. diurna, c/ s. m.
muro trombe barro
25cm - 1%
muro trombe barro
25cm - 3%
muro trombe barro
25cm - 0%
muro trombe barro
25cm - 6%
muro trombe barro
40cm - 1%
m. trombe barro 40cm,
doble v., 3%
m. trombe barro 40cm,
doble v., 6%
m. trombe barro 15cm,
doble v., 3%
m. trombe b. 40cm,
d. v., 3%; casa s. vent.
m. trombe barro 40cm,
d. v., s/ prot. s. ver.
m. trombe b. 40cm,
d. v., Al lat.; c. s. v.
m. trombe b. 40cm,
d. v., negro lat.;
c. s. v.
Descripción de Parámetros (modificados frente al caso estándar)
- (caso estándar con muros externos de tapial de 40cm, muros internos de 13cm
de adobe y barro, zócalo de concreto, ventanas medianas, 1/h cambios de aire)
verano: sombreamiento móvil durante el día
Análisis breve
muros externos de tapial de 40cm sin zócalo, sin sombreamiento móvil
aceptable en verano,
deficiente en invierno
mejora notable (aunque
existe sombreamiento fijo)
algo negativo en invierno
algo positivo en invierno
poca influencia
poca influencia
poca influencia (negativa)
poca mejora en invierno
mejora en invierno
peor material en invierno
peor material en verano,
aunque con aislante
poca influencia
muros externos de tapial de 40cm sin zócalo, con sombreamiento móvil
poca influencia
muros externos de quincha mejorada de 20cm (sin sombreamiento móvil)
mejora en invierno
muros internos de tabique (en casa de tapial de 40cm)
cielo con 100mm de aislante (estándar: 50mm)
mayor ventilación del entretecho: 5 cambios de aire por hora (estándar: 2 / h)
sin ventilación nocturna en verano
poca influencia
mejora en invierno
poca influencia
ventilación nocturna es
imprescindible en verano
mejora clara
ventanas pequeñas
ventanas grandes (con sombreamiento móvil durante el día en verano)
pared externa oscura: 65% de absorción (estándar: 30%, blanco)
pared interna oscura: 50% de absorción (estándar: 30%, blanco)
muros externos de adobe de 30cm
muros externos de tapial de 60cm
muros externos de tapial liviano de 40cm
muros externos de ladrillo de 10cm
muros externos de tabique de madera con 5cm de aislante
ventanas grandes de doble vidrio
(con sombreamiento móvil durante el día en verano)
ventanas medianas de doble vidrio
invernadero frente a la sala; en verano con ventilación permanente y sombreamiento
móvil; en invierno sin ventilación a la sala; casa con ventanas medianas de doble vidrio
(caso estándar para el invernadero, simple vidrio interno y externo)
invernadero frente a la sala; en verano con ventilación permanente
y sin sombreamiento móvil; casa con ventanas medianas de doble vidrio
invernadero frente a la sala; en verano solo con ventilación nocturna
y sin sombreamiento móvil; casa con ventanas medianas de doble vidrio
invernadero frente a la sala; en invierno con ventilación a la sala;
casa con ventanas medianas de doble vidrio
invernadero frente a la sala; en verano solo con ventilación nocturna
y con sombreamiento móvil; casa con ventanas medianas de doble vidrio
muro trombe en un dormitorio: 25cm de barro pesado, 1% de superficie
de ventilación en invierno; casa con ventanas medianas de doble vidrio
muro trombe en un dormitorio: 25cm de barro pesado, 3% de superficie
de ventilación en invierno; casa con ventanas medianas de doble vidrio
(caso estándar para el muro trombe en invierno, tamaño constante pequeño)
muro trombe en un dormitorio: 25cm de barro pesado, sin abertura
de ventilación en invierno; casa de tapial de 40cm con ventanas medianas
de doble vidrio; (caso estándar para el muro trombe en verano: sin ventilación)
muro trombe en un dormitorio: 25cm de barro pesado, 6% de superficie
de ventilación en invierno; casa con ventanas medianas de doble vidrio
muro trombe en un dormitorio: 40cm de barro pesado, 1% de superficie
de ventilación en invierno; casa con ventanas medianas de doble vidrio
muro trombe de doble vidrio en un dormitorio: 40cm de barro pesado,
3% de superficie de ventilación en invierno; casa con ventanas medianas de doble vidrio
muro trombe de doble vidrio en un dormitorio: 40cm de barro pesado,
6% de superficie de ventilación en invierno; casa con ventanas medianas de doble vidrio
mejora
verano: sala sin problemas
invierno: mejora – espacio
tapón y ganancia solar
verano: influencia negativa
sombreamiento importante
verano: como anterior
ventilación nocturna basta
invierno: poca influencia
verano: mejor invernadero
en verano
invierno: poca influencia de
baja ventilación
invierno:
aporte
solar
notable a la calefacción
(sala sin influencia)
verano: sin problema
invierno: poca influencia de
baja ventilación
invierno: poca influencia de
mayor ventilación
invierno: influencia negativa de baja ventilación
invierno: influencia positiva
de doble vidrio
invierno: influencia positiva
de doble vidrio y de mayor
ventilación
muro trombe de doble vidrio en un dormitorio: 15cm de barro pesado,
invierno: influencia positiva
3% de superficie de ventilación en invierno; casa con ventanas medianas de doble vidrio de doble vidrio; influencia
negativa de bajo espesor
muro trombe de doble vidrio en un dormitorio: 40cm de barro pesado,
verano: sin problemas
3% de superficie de ventilación en invierno; casa con ventanas medianas de simple vidrio invierno: menor eficiencia
muro trombe de doble vidrio en un dormitorio: 40cm de barro pesado,
verano: poca influencia
sin protección solar en verano; casa con ventanas medianas de simple vidrio
negativa
muro trombe de doble vidrio en un dormitorio: 40cm de barro pesado, 6% de superficie
invierno: poca influencia de
de ventilación en invierno, aluminio lateral; casa con ventanas medianas de simple vidrio mayor ventilación y lados
muro trombe de doble vidrio en un dormitorio: 40cm de barro pesado, 6% de superficie
invierno: poca influencia de
de ventilación en invierno, pintura negra lateral;
mayor ventilación y lados
casa con ventanas medianas de simple vidrio
3
El diseño del modelo no corresponde a una construcción típica sino considera un ”buen diseño
térmico”4, como p. Ej. el sombreamiento y el barro (tapial) como material estándar5. A partir de un caso
estándar se varió diferentes parámetros de la construcción para determinar su influencia en el comportamiento
térmico. Las diferencias y variaciones de temperaturas en los diferentes escenarios simulados son más
significativos que los valores absolutos, ya que varios factores de influencia, como las temperaturas ambientales
y el comportamiento de los usuarios, pueden cambiar de un día o de un proyecto a otro. Como referencia se
puede tomar un rango de confort térmico de 19°C a 26°C6, aunque las temperaturas interiores aceptables en
invierno en Chile generalmente son más bajas7
El diseño del modelo estándar se puede ver en las siguientes figuras, generadas con DEROB y vistos
desde la posición solar con la fachada vidriada grande orientada hacia el norte. En estas figuras se puede
observar el asoleamiento completo de las ventanas en invierno y su sombreamiento en verano. Los marcos
pequeños dibujados alrededor de las ventanas corresponden a los muros gruesos, que sombrean las ventanas
insertas en su centro.
Casa el 15 de Julio a las 13hrs:
Casa el 15 de Febrero a las 14hrs:
El material de los elementos de construcción consta de la Tabla 2 junto con un resumen de los casos
simulados. Otros parámetros estándar del modelo son:
• piso: de hormigón encima de 0,5m de tierra;
• cielo: 12mm de yeso - cartón (con aislante de poliestireno expandido encima);
• ventilación nocturna: 20/h de 19hrs a 8hrs entre diciembre y enero; infiltraciones de aire en la casa: 1/h;
• cada volumen tiene una sola ventana y no hay ventanas en la fachada sur. Se diferencia entre tres tamaños
relativos a la superficie en planta:
fachada:
ventana pequeña
ventana mediana
ventana grande
muro trombe
norte
15%
20%
25%
33%
este, oeste
10%
15%
20%
-
•
El perfil de uso considera ganancias de calor por personas y equipamientos de 12,5kWh/día con un uso
diurno (8hrs~23hrs) variable en la sala grande central y un uso nocturno (20hrs~8hrs) variable en las cuatro
habitaciones.
• En ningún caso se consideró un sistema de calefacción o refrigeración de acuerdo con la finalidad de
diseño pasivo en esta investigación.
Debido al gran número de variantes simulados y la cantidad de datos resultantes (más de 120
Megabytes) solamente se puede presentar aquí un resumen de la información en forma de gráficos y tablas.
El gráfico ”Santiago – verano” muestra las temperaturas durante un día promedio de enero en la sala
principal hacia el norte (Ti_1) y el espacio de entretecho (Ti_6) para el caso estándar.
4 de acuerdo con los métodos tradicionales de diseño, trabajos anteriores (Müller 1997) y la bibliografía.
5 Los valores de material fueron tomados de la norma Chilena NCh 849.Of87, (Minke 1995), (Gut et. al. 1993), la bibliografía mencionada al
final y de (Hohmann 1993).
6 (Bansal et. al. 1994)
7 Temperaturas interiores de invierno medias, medidas en Santiago: 14,3°C hasta 18,4°C dependiendo del estrato socio-económico; de
acuerdo con (Taboada 1987, p. 79).
4
Santiago - verano (enero)
datos climáticos, caso estándar de tapial en comparación con otros casos
40
1000
800
30
Temperatura (°C)
700
25
600
20
500
400
15
300
10
200
5
Radiación Solar Global Ig (Wh/m²h
900
35
Ig
Te
Ti_1: sala
Ti_1-ladrillo
Ti_1-tabique
Ti_1-s/ vent. noct.
Ti_6: entretecho
100
0
0
0
6
12
18
24
Hora
Santiago - invierno (julio)
20
1000
18
900
16
800
14
700
12
600
10
500
8
400
6
300
4
200
2
100
0
0
Radiación Solar Global Ig (Wh/m²h
Temperatura (°C)
datos climáticos, caso estándar de tapial en comparación con otros casos
Ig
0
6
12
18
24
Te
Ti_1: sala
Ti_1-ladrillo
Ti_1-invernadero
Ti_2: dormitorio, doble vidrio
Ti_2-muro trombe, doble vidrio
Hora
5
El entretecho no habitado muestra el típico sobrecalentamiento en verano. La temperatura en la sala (y
los demás espacios habitados) nunca supera los 26°C, gracias a una serie de medidas ya incluidas en el caso
estándar: sombreamiento fijo, construcción de gran inercia térmica con ventilación nocturna y aislamiento
térmico del cielo. No obstante la temperatura interior llega cerca del límite superior de confort de 26°C en las
primeras horas de la tarde, lo que hace deseable un mejoramiento. Las variaciones repentinas de temperatura
de una hora a la próxima corresponden a cambios de uso. La comparación directa con la curvas de temperatura
para otros casos permite observar claramente el cambio en la dinámica del comportamiento térmico, lo que
ningún método tradicional puede ofrecer: el calentamiento rápido durante el día en construcciones más livianas
de tabique y ladrillo, el enfriamiento eficiente de las 19hrs en adelante a través de la ventilación nocturna, que
en el caso estándar de tapial se mantiene durante todo el día.
El gráfico ”Santiago – invierno” muestra los datos climáticos junto con las temperaturas de la sala
durante un día promedio de julio: la casa de ladrillo se calienta y se enfría mucho más rápido con una
temperatura casi siempre inferior a la casa de tapial; tanto el invernadero frente a la sala '1' como el muro
trombe frente al dormitorio '2' elevan la temperatura durante el día, lo que se mantiene durante toda la noche.
Un resumen mucho más completo de todos los casos simulados, paralelamente en invierno y verano,
muestran los dos gráficos "Santiago – resumen de temperaturas" para la sala8: para cada caso se indica la
variación diaria de la temperatura entre mínimo, promedio y máximo diario de los 24 valores horarios. En verano
el énfasis de la interpretación tiene que estar en los máximos y promedios, mientras que en invierno son más
importantes los mínimos y promedios de temperatura en relación al rango de confort de 19°C a 26°C.
Otro enfoque de evaluar en forma cuantitativa el confort térmico en los diferentes casos muestra el
gráfico subsiguiente "Santiago - resumen de grados-hora diarias de calor y frío". Aquí se definió y calculó los
grados-hora de frío (en °Ch; base 19°C) y grados-hora de calor (en °Ch; base 24°C) en forma análoga a los
grados-dia usados en cálculos tradicionales de calefacción:
[suma sobre las temperaturas Ti de las 24 hrs de un día]
grados-hora = 1Σ24 (Ti – Tbase)
Se optó por la base 24°C para el calor para mostrar mejor la diferencia entre casos con Tmax < 26°C.
La ventaja de este método frente a las máximas - mínimas consiste en la menor dependencia de valores
extremos singulares y la síntesis de un día completo en un solo número.
3
Recomendaciones de Diseño Para la Zona Central de Chile
3.1
Verano
Tanto la inercia térmica como la ventilación nocturna son imprescindibles para el confort térmico; una
construcción demasiado liviana con paredes de ladrillo de 10cm o de tabique no puede ofrecer condiciones
adecuadas. La variación del espesor de las paredes externas de barro de 30cm hasta 60 cm o el uso de barro
liviano de 1000kg/m³ no causa mayores diferencias, pero no se debe prescindir de las paredes internas de 13
cm de barro (adobe parado de 10cm con revoque de barro). La causa es la limitada penetración que tiene la
onda de temperatura diaria en las paredes, lo que hace más importante su superficie que un aumento del
espesor sobre los 30cm. El color de las paredes externas e internas no tiene influencia significativa en
comparación con el caso estándar. Tampoco influye un aumento del aislamiento del cielo de 50mm a 100mm o
un aumento de la ventilación del entretecho, como este ya está aislado de forma suficiente del interior de la
vivienda para las condiciones de verano. Un mejoramiento de la protección solar con sombreamiento móvil
(10% de transmisión, 20% de absorción, sin resistencia térmica) puede mejorar las condiciones de confort
térmico porque también protege el interior de la vivienda de la radiación solar difusa, no sombreada por el
sombreamiento fijo. En comparación, la reducción del área de ventanas no trae ventajas y un aumento del área
de ventanas, interesante para el invierno, tampoco causa problemas si es combinado con sombreamiento móvil.
Esto es válido tanto para ventanas de vidrio simple como doble, por lo cual el confort térmico en verano no pone
mayores límites a la optimización de las ventanas para el invierno en este tipo de construcciones. Lo mismo se
puede concluir de diferentes muros trombe para los dormitorios con orientación norte, cuando estos están con
las aberturas de ventilación al dormitorio cerradas y protegidos del sol.
El invernadero frente a la sala fue evaluado dentro de una casa de doble vidrio por razones de prioridad
y costo. Como el invernadero sobresaliente no cuenta con sombreamiento fijo en su fachada norte, resultó
mejor en verano una solución con cortinas adicionales como protección solar móvil en esta fachada. Gracias a
la gran inercia térmica de la construcción y la ventilación nocturna, el invernadero se mantiene debajo de la
temperatura exterior durante el día, así que una ventilación diurna no resulta conveniente y este invernadero
resultará habitable incluso en verano.
8 La sala en algunos casos cuenta con invernadero; el dormitorio, que no cabe mostrar aquí, en algunos casos cuenta con muro trombe.
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Temperatura (°C)
Santiago - resumen de temperaturas
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20
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15
15
10
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grados-hora de calor en verano y frío en invierno (°Ch)
sala '1' y dormitorio '2': calor en verano (base 24°C, >0) y frío en invierno (base 19°C, <0)
Santiago - resumen de grados-hora diarias de calor y frío
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
Calor_1
Frío_1
Calor_2
8
Frío_2
3.2
Invierno
La estrategia de calefacción solar pasiva en invierno consiste en aumentar las ganancias solares y
reducir las pérdidas del calor generado por los equipos, personas y la radiación solar. Como se verá más
adelante, en algunos casos ambas metas compiten (p. Ej. tamaño de ventanas), en otros se refuerzan (p. Ej.
invernadero). Una reducción del tamaño de las ventanas disminuye las ganancias de energía solar más que las
pérdidas de calor, mientras que un aumento del tamaño de ventanas tiene un efecto neto positivo, pero
insuficiente como para que las ganancias solares directas puedan ser la principal estrategia en una construcción
con vidrios simples de grandes pérdidas de calor (UL=5,9W/m²K). Las ventanas de vidrio doble son
recomendables gracias a sus pérdidas de calor inferiores (UL=2,9W/m²K), sin embargo enfrentan problemas de
costo en Chile. Las paredes internas oscuras no mejoran de forma significativa las ganancias solares, pero un
color externo oscuro posee una leve ventaja gracias a la mayor absorción de radiación solar que aumenta la
temperatura exterior de la pared. En el caso del material de las paredes externas domina el efecto de su
transmisión térmica, lo que hace especialmente recomendable en este proyecto el barro liviano (1000kg/m³) con
una conductividad térmica λ de solo 0,35W/mK frente al barro común (2000kg/m³) con λ=0,93W/mK. También el
aumento del aislamiento del cielo a 100mm genera un efecto positivo notable en invierno.
Casa con invernadero el 15 de Junio a las 14hrs
•
El invernadero, medio integrado al perímetro de la casa,
medio sobresaliente frente a la sala en la fachada norte,
resultó una solución atractiva en muchos sentidos, ya
que:
• es habitable en todas las épocas del año por lo
menos en algunas horas del día (tarde en verano,
día en invierno) y amplía así el espacio habitable;
• reduce las pérdidas de calor de la casa como
espacio tapón;
• aumenta las ganancias solares indirectas de la sala
y permite ganancias directas en la sala a través del
vidrio que separa los dos espacios;
Debido a que el invernadero de vidrio simple no alcanza temperaturas muy altas, no conviene una
ventilación aumentada hacia la sala.
Como segunda posibilidad para aumentar las ganancias solares en una casa de barro con ventanas
dobles de tamaño medio, se evaluó un muro trombe en la fachada norte del dormitorio 2. La superficie del muro
trombe corresponde a 33% de la superficie del espacio calefaccionado. En el muro trombe el vidrio simple no
tiene sentido en ninguna variante debido a las mayores temperaturas en su superficie y por consecuencia
mayores pérdidas de calor del propio muro trombe. El muro trombe con doble vidrio puede elevar de forma
significativa la temperatura del espacio calefaccionado, aunque el ejemplo calculado esté subdimensionado por
una falta de espacio en la fachada norte debido a las exigencias de construcción sismorresistente en tapial.
También el muro trombe de doble vidrio funciona bien dentro de una casa con ventanas de vidrio simple, si eso
es inevitable por razones de costo. En síntesis la variación de los parámetros constructivos junto con un estudio
de la literatura llevó a las siguientes recomendaciones constructivas para el muro trombe:
♦ El material del muro trombe tiene que tener alta conductividad térmica y capacidad térmica, por lo cual
conviene en este caso el uso del barro pesado con piedras (calculado: densidad 2200kg/m³, λ=1,4W/mK).
♦ Un muro trombe de espesor bajo (15cm, 25cm) funciona bien con una sección total de 3% de las aperturas
de ventilación en relación al área del muro. Estos valores corresponden al rango de recomendaciones
encontradas en la literatura. Un muro trombe grueso de 40cm, en algunos casos necesario por razones
estructurales, dificulta el traspaso del calor al interior de la vivienda por conducción térmica, por lo cual un
aumento de las aberturas de ventilación a 6% en invierno resulta importante.
♦ Los muros trombe de 15cm y 30cm fueron calculados insertos en paredes de mayor espesor y pintados de
negro en sus partes laterales y con una distancia libre de 10cm entre el muro y el vidrio interior. El muro de
40cm lleva el vidrio sobrepuesto al muro a la misma distancia de 10cm en un marco de madera con 1cm de
aislante lateral de poliuretano, resistente a altas temperaturas. Aunque el calor absorbido lateralmente por
la pintura negra del aislamiento solamente puede llegar al interior a través de la convección, esta variante
es mínimamente superior a los lados interiores con papel aluminio reflectante.
♦ Bajo las condiciones climáticas de Chile no es recomendable el uso del muro trombe para un aumento de la
ventilación diurna del espacio habitado en verano, porque se trata de un clima seco; la protección contra el
9
sobrecalentamiento del muro trombe se puede realizar más fácilmente con una combinación de
sombreamiento y el cierre de las aberturas de ventilación.
Una interpretación resumida de todos los casos se encuentra en la Tabla 2.
Los resultados de las simulaciones térmicas y de otros métodos tradicionales de diseño pasivo,
mencionados en la Tabla 1, sirvieron además para la elaboración de una matriz de recomendaciones de diseño
para la Zona Central, que no cabe aquí.
4
Perspectivas y Conclusiones
Los resultados de las simulaciones térmicas fueron utilizados para la optimización del diseño de una
vivienda prototipo que se está construyendo en la zona rural de la Región Metropolitana. Este prototipo permitirá
verificar algunas de las recomendaciones de diseño presentadas aquí y demostrará su viabilidad técnica y
económica. Además servirá para evaluar y validar la metodología de simulación térmica y el programa DEROB
utilizado mediante la comparación del comportamiento térmico de un modelo de la casa y las mediciones
térmicas efectuadas en terreno en épocas de verano e invierno.
Los métodos y gráficos nuevos elaborados en este estudio paramétrico para resumir, comparar y
evaluar la gran cantidad de información generada serán útiles en futuras simulaciones térmicas, que prevén el
cálculo de años completos con 8760 horas de datos climáticos reales para obtener recomendaciones de diseño
al mismo tiempo más detallados y aún más confiables.
El trabajo realizado y presentado resumidamente aquí demostró la gran eficiencia y flexibilidad que
tiene la simulación térmica: permite evaluar rápidamente y a bajo costo un gran espectro de alternativas de
diseño que sería imposible cubrir con prototipos o módulos de experimentación. De esta forma constituye una
herramienta ideal para el mejoramiento de diseños novedosos de climatización pasiva, su adaptación a nuevas
zonas climáticas y la elaboración de recomendaciones y pautas de diseño.
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Bibliografía
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(12)Sarmiento M., Pedro: Energía Solar, Aplicaciones e Ingeniería, Sistemas Pasivos; 3ª edición, Valparaíso
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(13)Taboada Rodrigues, Jorge A.: Reacondicionamiento térmico del parque de viviendas del Gran Santiago:
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