Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Construcción Civil “ESTUDIO Y ANÁLISIS EN LA MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA TÉRMICA DE LA ENVOLVENTE EN LA ESCUELA RURAL BAHÍA MANSA, OSORNO” Tesis para optar al título de: Ingeniero Constructor. Profesor Guía: Sr. Rubén Alejandro Seguel Vidal. Ingeniero Constructor. MAURICIO RIGOBERTO VEGA ARIZMENDI VALDIVIA, CHILE 2009 INDICE PÁGINA INTRODUCCIÓN OBJETIVOS RESUMEN SUMMARY METODOLOGIA GLOSARIO CAPITULO I.- ESCUELA RURAL BASICA BAHIA MANSA, OSORNO. 1.- Presentación Escuela Rural Bahía Mansa, Osorno…………………………. 1 1.1.- Generalidades……………………………………………………………1 1.2.- Edificio Antiguo…………………………………………………………………..1 1.2.1.- Emplazamiento………………………………………………………...1 1.2.2.- Paramentos Verticales………………………………………………..2 1.2.3.- Estructura de Cielo…………………………………………………….2 1.2.4.- Ventanas………………………………………………………………..2 1.2.5.- Instalación de Calefacción……………………………………………3 1.3.- Edificio Comedor………………………………………………………………...4 1.3.1.- Emplazamiento………………………………………………………...4 1.3.2.- Paramentos Verticales………………………………………………..5 1.3.3.- Estructura de Cielo…………………………………………………….5 1.3.4.- Ventanas………………………………………………………………..5 1.3.5.- Calefacción……………………………………………………………..5 1.4.- Edificio Internado………………………………………………………………...6 1.4.1.- Emplazamiento………………………………………………………...6 1.4.2.- Paramentos Verticales………………………………………………..6 1.4.3.- Estructura de Cielo…………………………………………………….6 1.4.4.- Revestimiento………………………………………………………….7 1.4.5.- Ventanas………………………………………………………………..7 1.4.6.- Calefacción……………………………………………………………..7 1.5.- Edificio Nuevo……………………………………………………………………8 1.5.1.- Emplazamiento………………………………………………………...8 1.5.2.- Paramentos Verticales………………………………………………..8 1.5.3.- Estructura de Cielo…………………………………………………….8 1.5.4.- Ventanas………………………………………………………………..9 1.5.5.- Calefacción…………………………………………………………….9 1.6.- Características de la Aislación Térmica Actual……………………………...10 1.6.1.- Fundamentos básicos para el cálculo de la resistencia térmica de un complejo………………………………………………………10 1.6.2.- Cálculo de la resistencia térmica total del complejo muro……………………………………………………………………………11 1.6.3.- Cálculo de la resistencia térmica total del complejo techumbre……………………………………………………………………..13 1.6.4.- Cálculo de la resistencia térmica total del complejo muro en Edificio Nuevo…………………………………………………….15 1.6.5.- Cálculo de la resistencia térmica total del complejo techumbre……………………………………………………………………..17 CAPITULO II.- CONCEPTOS DE AISLACION TERMICA. 2.1- Generalidades…………………………………………………………………..19 2.2.- Formas de Transferencia de calor……………………………………………20 2.2.1.- Conducción…………………………………………………………...20 2.2.2.- Convección……………………………………………………………22 2.2.3.- Radiación……………………………………………………………..25 2.2.4.- Coeficiente total de transferencia de calor U……………………..26 2.3.- Coeficiente de Transferencia de Calor………………………………………29 2.3.1.- Q de transmisión……………………………………………………..29 2.3.2.- Q de Infiltración………………………………………………………29 2.3.3.- Q de Ventilación……………………………………………………...30 2.4.- Consumo de Combustible…………………………………………………….30 2.5.- Ganancias de Energía…………………………………………………………31 2.5.1.- Ganancias Solares…………………………………………………..31 2.5.2.- Ganancias Personas………………………………………………...32 2.5.3.- Ganancia Equipos……………………………………………………32 2.6.- Perdidas Energéticas………………………………………………………….33 2.6.1.- Perdidas por Transmisión…………………………………………..33 2.6.2.- Perdidas por Infiltración……………………………………………..34 2.6.3.- Perdidas por ventilación…………………………………………….35 CAPITULO III.- MODELAMIENTO TÉRMICO EN CONDICIONES ACTUALES. 3.1.- Generalidades………………………………………………………………….36 3.2.- Cubicación………………………………………………………………………36 3.3.- Determinación de U……………………………………………………………37 3.3.1.- Edificio Antiguo y Edificio Internado………………………………..37 3.3.2.- Edificio Nuevo………………………………………………………...39 3.4.- Grados Dias…………………………………………………………………….40 3.5.- KWh/m2 mes……………………………………………………………………41 3.6.- Modelamiento Térmico en Condiciones Actuales………………………….42 3.6.1.- Ganancias de Energía……………………………………………….42 3.6.2.- Pérdidas de Energía…………………………………………………45 CAPITULO IV.- MODELAMIENTO TERMICO EN CONDICIONES MODIFICADAS. 4.1.- Aplicación de Soluciones………………………………………………….48 4.1.1.- Generalidades………………………………………………………..48 4.1.2.- Ventajas de la Aislación Exterior…………………………………...49 4.2.- Condiciones Modificadas de Aislación………………………………………50 4.2.1.- Complejo Cielo……………………………………………………….50 4.2.2.- Complejo Muro……………………………………………………….51 4.3.- Sistema de Aislación Térmica Exterior y Acabado, EIFS………………….51 4.4.- Sistema Alternativo de Revestimiento de Muro…………………………….53 4.5.- Generalidades del Modelamiento…………………………………………….54 4.6- Determinación de U…………………………………………………………….54 4.6.1.- Edificio Antiguo y Edificio Internado………………………………..54 4.6.2.- Edificio Nuevo………………………………………………………...55 4.7.- Ganancias Energeticas……………………………………………….............56 4.8.- Perdidas de Energía…………………………………………………………...56 CAPITULO V.- COSTOS DE SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS PROPUESTAS. 5.1.- Costos Sistema Pro-Muro, EIFS, para el Colegio………………………….59 5.3.- Costos del Sistema Alternativo para el Colegio…………………………….61 CAPITULO VI.- RECUPERACION DE RECURSOS. 6.1.- Generalidades………………………………………………………………….63 6.2.- Energía requerida………………………………………………………………63 6.3.- Consumo anual de combustible………………………………………………64 6.4.- Costo Consumo Anual de Combustible……………………………………..65 6.4.1.- Costo Consumo Anual de Combustible Requerido………………65 6.4.2.- Costo Consumo Anual de Combustible Proyectado……………..66 6.5.- Ahorro de Inversión en Combustible…………………………………………66 6.6.- Recuperación de recursos…………………………………………………….67 CONCLUSION BIBLIOGRAFIA ANEXOS INDICE DE IMÁGENES Y FIGURAS Capitulo I. - Imagen Nº 1: Fachada Este, Edificio Antiguo…………………………………….1 - Imagen Nº 2: Aislación complejo cielo…………………………………………….2 - Imagen Nº 3: Ventana de aluminio…………………………………………………3 - Imagen Nº 4: Combustión tipo de los distintos recintos del colegio……………4 - Imagen Nº 5: Fachada Norte y Este, Edificio Comedor………………………….4 - Imagen Nº 6: Fachada Oeste, Edificio Internado…………………………………6 - Imagen Nº 7: Fachada Oeste, Edificio Nuevo…………………………………….8 - Imagen Nº 8: Aislación complejo cielo, Edificio Nuevo…………………………..9 - Figura Nº 1: Elementos constructivos que componen el complejo muro………………………………………………………………………….11 - Figura Nº 2: Elementos constructivos que componen el complejo cielo…………………………………………………………………………...13 - Figura Nº 3: Elementos constructivos que componen el complejo muro, Edificio Nuevo…………………………………………………..…15 - Figura Nº 4: Elementos constructivos que componen el complejo techumbre, Edificio Nuevo…………………………………………………17 Capitulo II. - Figura Nº 5: Transferencia de energía por conducción………………………...21 - Figura Nº 6: Transferencia de calor por convección……………………………22 - Figura Nº 7: Esquema para determinar la transferencia de calor combinado, por convección y conducción…………………………………….26 - Figura Nº 8: Circuito térmico equivalente de la figura anterior………………..27 Capitulo IV. - Figura Nº 9: Complejo muro en condiciones modificadas……………………..50 - Figura Nº 10: Sistema de barrera o EIFS tradicional…………………………...52 - Figura Nº 11: Sistema con drenaje o Drainage Systems………………………52 - Figura Nº 12: Sistema con panel External Wall…………………………………53 Capitulo V. - Figura Nº 13: Revestimiento Sistema Pro-muro, EIFS, para el colegio…………………………………………………………………...59 - Figura Nº 14: Fachada de Sistema Alternativo de Revestimiento y Aislación de la Envolvente en Complejo Muro………………………………………61 INDICE DE TABLAS Capitulo I - Tabla Nº 1: Características elementos complejo muro…………………………12 - Tabla Nº 2: Características elementos complejo cielo…………………………14 - Tabla Nº 3: Características elementos complejo muro, Edificio Nuevo…………………………………………………………………..16 - Tabla Nº 4: Características elementos de complejo cielo, Edificio Nuevo……………………………………………………………………18 Capitulo II - Tabla Nº 5: Peso atómico de elementos…………………………………………19 - Tabla Nº 6: Tabla de conversión, peso molecular a gramos…………………..20 - Tabla Nº 7: Valores de conductividad térmica (W/m ºC)……………………….24 - Tabla Nº 8: Valores del coeficiente de transferencia de calor por convección……………………………………………………………………24 Capitulo III - Tabla Nº 8: Superficies de cada recinto………………………………………….36 - Tabla Nº 9: Superficies totales de cada recinto…………………………………37 - Tabla Nº 10: Determinación de U en complejo muro…………………………..38 - Tabla Nº 11: Determinación de U en complejo cielo……………………………38 - Tabla Nº 12: Determinación de U en complejo piso……………………………38 - Tabla Nº 13: Determinación de U en ventanas………………………………….38 - Tabla Nº 14: Cuadro resumen…………………………………………………….39 - Tabla Nº 15: Determinación de U en complejo muro, Edificio Nuevo…………………………………………………………………………..39 - Tabla Nº 16: Determinación de U en complejo cielo, Edificio Nuevo…………………………………………………………………………..39 - Tabla Nº 17: Determinación de U en complejo piso, Edificio Nuevo…………………………………………………………………………..40 - Tabla Nº 18: Determinación de U en ventanas, Edificio Nuevo…………………………………………………………………………..40 - Tabla Nº 19: Cuadro resumen…………………………………………………….39 - Tabla Nº 20: Valores de grados-día, mensual y anual, Provincia de Osorno……………………………………………………………………40 - Tabla Nº 21-a: KW/m2/ mes vertical……………………………………………..41 - Tabla Nº 21-b: KW/m2/ mes vertical……………………………………………..42 - Tabla Nº 22-a: Ganancias de energía, Edificio Nuevo y Antiguo……………..41 - Tabla Nº 22-b: Ganancias de energía, Edificio Internado……………………...42 - Tabla Nº 23-a: Perdidas de calor por transmisión, Edificio Nuevo y Antiguo en condiciones actuales…………………………………43 - Tabla Nº 23-b: Perdidas de calor por transmisión, Edificio Internado en condiciones actuales………………………………………….44 Capitulo IV - Tabla Nº 24: Valores de U en condiciones modificadas, complejo muro………………………………………………………………………….55 - Tabla Nº 24: Valores de U en condiciones modificadas, complejo cielo…………………………………………………………………………..55 - Tabla Nº 25: Valores de U en condiciones modificadas, complejo muro Edificio Nuevo………………………………………………………...55 - Tabla Nº 27 Valores de U en condiciones modificadas, complejo cielo Edificio Nuevo…………………………………………………………56 - Tabla Nº 28-a: Perdidas de calor totales en Edificio Nuevo y Antiguo, en condiciones modificadas………………………………………………...57 - Tabla Nº 28-b: Perdidas de calor totales en Edificio Internado, en condiciones modificadas…………………………………………………………...58 Capitulo V - Tabla Nº 29: Costos de inversión Sistema Pro-muro en Edificio Antiguo……………………………………………………………………...60 - Tabla Nº 30: Costos de inversión Sistema Pro-muro en Edificio Nuevo……………………………………………………………………….60 - Tabla Nº 31: Costos de inversión Sistema Pro-muro en Edificio Internado……………………………………………………………………60 - Tabla Nº 32: Resumen de inversión en colegio, Sistema Pro-muro………………………………………………………………………61 - Tabla Nº 33: Costos de inversión para el Sistema alternativo de aislación en Edificio Antiguo……………………………………………………….62 - Tabla Nº 34: Costos de inversión para el Sistema alternativo de aislación en Edificio Nuevo………………………………………………………...62 - Tabla Nº 35: Costos de inversión para el Sistema alternativo de aislación en Edificio Internado…………………………………………………….63 - Tabla Nº 36: Resumen de inversión en el colegio, Sistema alternativo……………………………………………………………………..63 Capitulo VI - Tabla Nº 37: Energía requerida según tablas Nº 21-a, Nº 21-b, tablas Nº 22-a, Nº 22-b y tablas Nº 27-a, Nº 27-b…………………………...…..…65 - Tabla Nº 38: Consumo anual de combustible…………………………………...66 - Tabla Nº 39: Costo anual de combustible requerido……………………………67 - Tabla Nº 40: Costo anual de combustible proyectado………………………….67 - Tabla Nº 41: Ahorro de inversión de combustible………………………………68 - Tabla Nº 42: Recuperación de recursos, Sistema EIFS……………………….69 - Tabla Nº 43: Recuperación de recursos, Sistema alternativo…………………70 INDICE DE FÓRMULAS Capitulo I. - Fórmula A: Calculo resistencia térmica…………………………………………..10 Capitulo II. - Fórmula (1)………………………………………………………………………….21 - Fórmula (2)………………………………………………………………………….21 - Fórmula (3)………………………………………………………………………….22 - Fórmula (4)………………………………………………………………………….23 - Fórmula (5)………………………………………………………………………….23 - Fórmula (6)………………………………………………………………………….23 - Fórmula (7)………………………………………………………………………….25 - Fórmula (8)………………………………………………………………………….25 - Fórmula (9)………………………………………………………………………….25 - Fórmula (10)………………………………………………………………………...27 - Fórmula (11)………………………………………………………………………...28 - Fórmula (12)………………………………………………………………………...28 - Fórmula (13)………………………………………………………………………...28 - Fórmula (14)………………………………………………………………………...28 - Fórmula (15)………………………………………………………………………...29 - Fórmula (16)………………………………………………………………………...29 - Fórmula (17)………………………………………………………………………...30 - Fórmula (18)………………………………………………………………………...30 - Fórmula (19)………………………………………………………………………...31 - Fórmula (20)………………………………………………………………………...32 - Fórmula (21)………………………………………………………………………...32 - Fórmula (22)………………………………………………………………………...33 - Fórmula (23)………………………………………………………………………...23 - Fórmula (24)………………………………………………………………………...24 INDICE DE GRAFICOS - Grafico Nº1: Recuperación de Recursos, Sist. EIFS………………………………………………………………………….69 - Grafico Nº 2: Recuperación de Recursos, Sist. Alternativo…………………………………………………………………..70 - Grafico Nº 3: Recuperación de Recursos………………………………...72 INTRODUCCION Hoy más que nunca el mundo toma conciencia de la importancia del ahorro de energía, dada la creciente escasez de combustibles. El aislamiento térmico de edificios tiene por finalidad principal ahorrar energía de calefacción o de refrigeración para conseguir niveles adecuados de confort térmico a la vez que evita el deterioro de materiales al disminuir, por ejemplo, las condensaciones. Además, el aislamiento térmico permite mejorar la calidad de vida de las personas ya que disminuye la proliferación de microorganismos, tales como hongos, causantes de mal olor y de diversas enfermedades. En 1996, el Ministerio de Vivienda y Urbanismo estableció un Programa de Reglamentación sobre Acondicionamiento térmico de viviendas que contemplo tres etapas: 1º Etapa: Aislación de cielos. 2º Etapa: Aislación de muros, ventanas y pisos. 3º Etapa: Certificación Térmica. En el año 2000 entro en vigencia la primera etapa y el 2007 comenzó a regir la 2º, ambas a través de modificaciones a la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción (OGUC). El Programa País de Eficiencia Energética ha trabajado desde su creación con entidades públicas y privadas en el área de construcción. Cómo resultado de ese trabajo se espera contar con datos actualizados de consumo energético y nivel de confort de viviendas y edificios, lo que constituirá una línea base para la evaluación de proyectos. En el presente estudio se abordará el tema del aislamiento térmico exterior, enfocándose en las características y aplicaciones de aquellos sistemas capaces de dar una solución eficiente en cuanto al aislamiento, en especial, para reacondicionamiento de edificios de uso publico (escuelas, hospitales, edificios gubernamentales, entre otros). Hoy por hoy están en carpeta diferentes colegios proyectados de forma que sean eficientemente energéticos, ya sea, construidos o en vías de construcción, lo que es una gran noticia y muestra la preocupación respecto al tema por el gobierno y por su política educacional. Es por esta razón que nace la inquietud y a la vez resalta la pregunta ¿qué pasa con los colegios que han sido construidos anteriormente a esta reforma?, la duda es si estos se mantendrán así o si se reacondicionarán y si es que es factible este reacondicionamiento de manera que exista una mejora en el confort de la población estudiantil ó exista una baja notoria en los recursos destinados al gasto de calefacción. OBJETIVOS - Estudiar las características físicas y funcionales de la Escuela Rural Bahía Mansa, Osorno. - Mostrar y aplicar las normativas y/o reglamentos referentes a la eficiencia térmica en envolvente de edificios públicos. - Estudiar y analizar los sistemas constructivos actuales en la Escuela Rural Bahía Mansa, Osorno, desde el punto de vista de eficiencia térmica de la envolvente. - Proponer soluciones constructivas para la envolvente del edificio que cumplan con los estándares mínimos de confort. - Realizar análisis de costo comparativo entre sobre-inversión en la envolvente térmica y ahorro energético en calefacción. RESUMEN Atendiendo al punto de las nuevas políticas de eficiencia energética, es que se realizó un estudio de envolvente térmica a un colegio cuyas características tanto constructivas como de habitabilidad son inmensamente deficientes. El colegio estudiado cumple con estas características, para lo cual se tomaron datos significativos para el cálculo energético de la envolvente térmica. Con estos datos se realizo cálculos a través de formulas establecidas para determinar lo KWh producidos y con los cuales se calefaciona cada recinto en particular. Una vez obtenidos estos resultados aplicamos una mejora a la envolvente del recinto mediante el sistema EIFS y una propuesta alternativa analizando de la misma manera y ver los cambios producidos en el ambiente, para luego establecer una comparación económica entre ambos sistemas añadiendo una comparación en la recuperación de recursos involucrados. SUMMARY Taking into account the point of new energy efficiency policies is that a study of thermal was made to a school which characterístics are inmensely poor(bad living and bad building conditions)That school meets these characteristics..Data was significant for calculating thermal energy bound. This data was calculated through Established formulas to determinate the KWH produced which heats each campus in particular. having obtained these results we applied an improvement on the compound through the EIFS system and on alternative analysis of the same wayAnd see the changes in the environment; then, to establish an economic comparison between the two systems by adding a comparison in the recovery of the Resources involved. METODOLOGIA DE TRABAJO Se realiza una visita a terreno para realizar mediciones sobre el colegio para su posterior análisis y cálculos que así lo requieran. Se analizan los datos obtenidos mediante formulas previamente establecidas para definir las condiciones térmicas en las que se encuentra el colegio. Se presentan alternativas de aislamiento de revestimiento exterior, volviendo a analizar según modificaciones hechas determinando la mejora producida. Se comparan económicamente las dos alternativas propuestas considerando los gastos y economías generadas mediante las modificaciones, además de la comparación de la recuperación de recursos a través de los años para cada sistema utilizado en particular. GLOSARIO Aislación térmica: es la capacidad de oposición al paso de calor de un material o conjunto de materiales, y que en construcción se refiere esencialmente al intercambio de energía calórica entre el ambiente interior y el exterior. Aislamiento exterior: sistema de la aislamiento de la envolvente de un edificio, puesto en la cara exterior de la misma. Albañilería armada: albañilería que lleva incorporados refuerzos de barras de acero en los huecos verticales y en las juntas o huecos horizontales de las unidades. Albañilería confinada: es aquella reforzada con pilares y cadenas de hormigón armado, las cuales enmarcan completamente el sistema de ladrillos o bloques. Barrera de vapor: lámina o capa que presenta una resistencia a la difusión del vapor de agua comprendida entre 10 y 230MN s/g. Barrera de humedad: lámina o capa que tiene la propiedad de impedir el paso de agua a través del mismo. Calor: se define como energía de transición, debido a una diferencia de temperatura entre los dos cuerpos que lo intercambian. Complejo de techumbre: conjunto de elementos constructivos que conforman una techumbre, tales como: cielo, cubierta, aislante térmico, cadenetas y vigas. Complejo de muro: conjunto de elementos constructivos que conforman el muro y cuyo plano de terminación interior tiene una inclinación de más de 60º sexagesimales, medidos desde la horizontal. Complejo de piso ventilado: conjunto de elementos constructivos que conforman el piso que no están en contacto directo con el terreno. Complejo de ventana: conjunto de elementos constructivos que constituyen los vanos vidriados de la envolvente de la vivienda. Condensación Superficial: la condensación superficial se produce cuando la humedad del aire se transforma en agua liquida, alcanzando el punto de rocío, por la disminución brusca de la temperatura al encontrarse con superficies frías. Conductividad térmica, λ: cantidad de calor que en condiciones estacionarias pasa en la unidad de tiempo a través de la unidad de área de una muestra de material homogéneo de extensión infinita, de caras planas y paralelas y de espesor unitario, cuando se establece una diferencia de temperatura unitaria entre sus caras. Se expresa en W/m2 K. Se determina experimentalmente según la norma NCh 850 oa NCh 851. Conductividad Térmica de un Material: es la propiedad que hace que este transmita calor desde el lado de mayor temperatura hacia el de menor temperatura. Se define como la cantidad de calor que un material transmite en condiciones unitarias de volumen, tiempo y diferencia de temperatura. Confort Térmico: es la condición en la que las personas se sienten cómodas, es decir, en equilibrio con el ambiente térmico que les rodea. Esta condición depende de la temperatura del aire, de la temperatura del aire, de las temperaturas de los muros del recinto habitado, de la velocidad del aire y de su humedad. Además influye la vestimenta, la actividad física que se desarrolle, la alimentación, la edad, y hasta factores subjetivos como el color y tipo de decoración, entre otros. Envolvente térmica de un edificio: serie de elementos constructivos a través de los cuales se produce el flujo térmico entre el ambiente interior y el ambiente exterior del edificio. Está constituida básicamente por los complejos de techumbre, muros, pisos y ventanas. Grados/día: en un período de un día, es la diferencia entre la temperatura fijada como "base", y la media diaria de las temperaturas bajo la temperatura de base, igualando a la "base" aquellas superiores a ésta. Dependiendo del período de tiempo utilizado, se puede hablar de grados/día, grados/hora, grados/año, etc. Inercia térmica: Es la capacidad de los materiales de absorber y entregar calor (Q). Infiltración de aire: Es el proceso que se da cuando una edificación o habitación determinada se relaciona con el aire exterior. Esta infiltración habla de la entrada descontrolada de aire exterior debido a que existe algún hueco o abertura que lo permite. Hormigón Armado: Una estructura de hormigón armado está formada : de hormigón (cemento portland, arena y pedregullo o canto rodado) y de una armadura metálica, que consta de hierros redondos, la que se coloca donde la estructura debido a la carga que soporta - está expuesta a esfuerzos de tracción. En cambio, se deja el hormigón solo, sin armadura metálica, donde este sufre esfuerzos de compresión. Tal disposición de los dos materiales (hormigón y hierro) está basado en el hecho de que el hormigón resiste de por sí muy bien a la compresión (hasta 50 Kg. por cm², siendo que el hierro presenta una gran resistencia a la tracción, de I000 a 1200 Kg. por cm: y más). Materiales Aislantes: Todo material aislante presenta cierta resistencia al paso de calor. Para ser más específico, se puede considerar como aislante térmico cualquier material con un bajo coeficiente de conductividad térmica, es decir, aquellos materiales que presenten una resistencia importante al flujo de calor. Permeabilidad de los materiales: La permeabilidad o difusividad al vapor de agua, δ, se refiere a la propiedad de permitir la difusión del vapor de agua a través de un material y es la cantidad de vapor de agua que se transmite a través de un material de espesor dado por unidad de área, unidad de tiempo y de diferencia de presión parcial de vapor de agua. La permeabilidad de un material se calcula como: δ = (1 x 0,185) / µ Pérdidas por renovaciones de aire: pérdida de calor de un espacio interior que se produce por efecto de la renovación de aire. Permeabilidad de los materiales: la permeabilidad o difusividad al vapor de agua, δ, se refiere a la propiedad de permitir la difusión del vapor de agua a través de un material y es la cantidad de vapor de agua que se trasmite a través de un material de espesor dado por unidad de área, unidad de tiempo y de diferencia de presión parcial de vapor de agua. Puente térmico: parte de un cerramiento con resistencia térmica inferior al resto del mismo, lo que aumenta la posibilidad de producción de condensaciones y pérdidas de calor en esa zona en invierno. R 100: Según la norma NCh 2251 es la resistencia térmica que presenta un material o elemento de construcción, multiplicado por 100. Resistencia térmica, R: oposición al paso del calor que presentan los elementos de construcción. Se pueden distinguir los siguientes casos: - Resistencia térmica de una capa material, R: para una capa de caras planas y paralelas de espesor e, conformado por un material homogéneo de conductividad térmica l, la resistencia térmica, R, queda dada por: R= e/l, y se expresa en m2K/W. - Resistencia térmica total de un elemento compuesto, RT: inverso de la transmitancia térmica del elemento. Suma de las resistencias de cada capa del elemento: RT=1/U, y se expresa en m2K/W. - Resistencia térmica de una cámara de aire no ventilada, Rg: resistencia térmica que presenta una masa de aire confinado (cámara de aire). Se determina experimentalmente por medio de la norma NCh 851 y se expresa en m2K/W. - Resistencia térmica de superficie, Rs: inverso del coeficiente superficial de transferencia térmica h, es decir: Rs=1/h, y se expresa en m2K/W. En el caso de un elemento compuesto por dos capas de distintos materiales con resistencias térmicas Ri y Re, y con una cámara de aire no ventilada con resistencia térmica Rg, la resistencia térmica total será: RT= Rsi + Ri + Rg+ Re + Rse. donde Rsi corresponde a la resistencia térmica de superficie al interior y Rse a la resistencia térmica de superficie al exterior. Resistencia térmica total de elementos compuestos por varias capas homogéneas, RT: para un elemento formado por una serie de capas o placas planas y paralelas de materiales distintos en contacto entre sí, la resistencia térmica total, queda dada por: RT=1/U=Rsi+ Σ e/λ + Rse en que Σ e/λ = sumatoria de las resistencias térmicas de las capas que conforman el elemento. Esta resistencia térmica total, RT, se expresa en m2 K/W. Temperatura: de acuerdo a la teoría cinética del calor, la temperatura de un cuerpo es la medida de la energía cinética media de sus moléculas. Temperatura base: es la temperatura que se fija como parámetro para el cálculo de confort o requerimientos de calefacción. Transmitancia térmica, U: flujo de calor que pasa por unidad de superficie del elemento y por grado de diferencia de temperatura entre los dos ambientes separados por dicho elemento. Corresponde al inverso de la resistencia térmica total RT de un elemento y se expresa en W/m2K. Se determina experimentalmente según la norma NCh 851 o bien por cálculo como se señala en la norma NCh 853. Vanos: Se asocian a los vanos las infiltraciones que tienen lugar a través del conjunto de la ventana o puerta. También se asocian a los vanos los dispositivos de sombra de fachada (salientes laterales, voladizos, retranqueos, y los dispositivos de sombra basados en láminas), de carácter fijo o móvil. Zona climática: caracterización de una zona geográfica según sus condiciones climáticas. El país está caracterizado por nueve zonas climáticas habitacionales, según la norma Nch1079. Zona térmica: caracterización de una zona geográfica según sus condiciones térmicas, basándose en los grados días que se registren. Según la OGOC, art. 4.1.10, el país tiene siete zonas térmicas bien diferenciadas. 1 CAPITULO I.- ESCUELA RURAL BASICA BAHIA MANSA, OSORNO. 1.1.- Presentación Escuela Rural Bahía Mansa, Osorno. 1.1.1- Generalidades. El colegio consta de 4 edificios los cuales serán analizados independiente uno del otro. En sus dependencias estudian 202 alumnos, 101 en el edificio nuevo y 101 en el edificio antiguo, quedando internos 67 alumnos entre hombres y mujeres del total de alumnos antes mencionados. Las características de los distintos edificios son las siguientes: 1.2.- Edificio Antiguo: 1.2.1.- Emplazamiento: Edificio independiente de dos niveles, conectado mediante un pasillo con el Edificio Nuevo y separado con muro medianero a Comedor. Imagen Nº 1: Fachada Este de Edificio Antiguo. Fuente: Elaboración propia. 2 1.2.2.- Paramentos Verticales. Su estructura consta de muros de albañilería de 24 cm de espesor, con 3 cm de estuco por ambos lados, sin ningún tipo de aislante sobre su superficie. Pilares y cadenas del muro son de hormigón armado. 1.2.3.- Estructura de Cielo. Consta de una superficie de OSB de 10 mm de espesor, a la cual va adherida una placa de poliestireno expandido de espesor 50 mm con densidad de 10 Kg/m3, seguido de otra placa de OSB de 10 mm, no existiendo cámaras de aire entre cada elemento. Imagen Nº 2: Aislación complejo techo. Fuente: Elaboración propia. 1.2.4.- Ventanas. Los marcos de las ventanas son de aluminio y el tipo de vidrio para todas las ventanas es monolítico de 3 mm. de espesor. 3 Imagen Nº 3: Ventanas de Aluminio. Fuente: Elaboración propia. 1.2.5.- Instalación de Calefacción. El sistema de calefacción es en base a leña, utilizando calefactores para este fin. Estos calefactores son de marca Amesti, modelo Nordic 350 cuya potencia es de 6000 kcal/hr (6,98 KW). Las dimensiones de estas combustiones son las siguientes: - Alto: 60 cm. - Ancho: 38 cm. - Profundidad: 47 cm. El rango de cobertura es aproximadamente de 30 a 100 m2. 4 Imagen Nº 4: Combustión tipo de los distintos recintos del colegio. Fuente: Elaboración Propia. 1.3.- Edificio Comedor: 1.3.1.- Emplazamiento: Edificio independiente de un nivel estructural, separado mediante muro medianero al Edificio Antiguo y conectado mediante un pasillo al Internado. Imagen Nº 5: Fachada Norte y Este de Edificio Comedor Fuente: Elaboración propia. 5 1.3.2.- Paramentos Verticales. Su estructura consta de muros de albañilería de 24 cm de espesor, con 3 cm de estuco por ambos lados sin ningún tipo de aislante sobre su superficie. Pilares y cadenas del muro son de hormigón armado. 1.3.3.- Estructura de Cielo. Consta de una superficie de OSB de 10 mm de espesor, a la cual va adherida una placa de poliestireno expandido de espesor 50 mm con densidad de 10 Kg/m3, seguido de otra placa de OSB de 10 mm, no existiendo cámaras de aire entre cada elemento,( ver imagen Nº 2). 1.3.4.- Ventanas. Los marcos de las ventanas son de aluminio y el tipo de vidrio para todas las ventanas es monolítico de 3 mm. de espesor, (ver imagen Nº 3). 1.3.5.- Calefacción. No consta de calefacción. 6 1.4.- Edificio Internado: 1.4.1.- Emplazamiento. Edificio independiente de dos niveles conectado a traves de un pasillo con el Comedor. Imagen Nº 6: Fachada Oeste, Edificio Internado. Fuente: Elaboración propia. 1.4.2.- Paramentos Verticales. La estructura consta de muros de albañilería de 24 cm de espesor, con 3 cm de estuco por ambos lados sin ningún tipo de aislante sobre su superficie. Pilares y cadenas del muro son de hormigón armado 1.4.3.- Estructura de Cielo. Consta de una superficie de OSB de 10 mm de espesor, a la cual va adherida una placa de poliestireno expandido de espesor 50 mm con densidad de 10 Kg/m3, 7 seguido de otra placa de OSB de 10 mm, no existiendo cámaras de aire entre cada elemento, (ver imagen Nº 2). 1.4.4.- Revestimiento. Bajo ventanas se encuentra como revestimiento un tabique de madera con piezas de 2x2”, con cámara de aire, y traslapos de madera de 1x4” sobre el muro de albañilería. Dichos revestimientos no influyen en demasía los cálculos térmicos solicitados, es por esto que serán obviados. 1.4.5.- Ventanas. Los marcos de las ventanas son de aluminio y el tipo de vidrio para todas las ventanas es monolítico de 3 mm. de espesor, (ver imagen Nº 3). 1.4.6.- Calefacción. Consta de dos combustiones lentas por nivel ubicadas en pasillo. Las características de estas combustiones son idénticas a las ya antes mencionadas en la descripción del Edificio Antiguo, (ver imagen Nº 4). 8 1.5.- Edificio Nuevo: 1.5.1.- Emplazamiento: Edificio Independiente de dos niveles, conectado a través de un pasillo con el Edificio Antiguo. Imagen Nº 7: Fachada Oeste, Edificio Nuevo. Fuente: Elaboración Propia. 1.5.2.- Paramentos Verticales. Su estructura consta de muros, pilares y cadenas de hormigón armado de 25 cm de espesor. 1.5.3.- Estructura de Cielo. Consta en su parte exterior de una superficie de terciado de 10 mm de espesor seguido de poliestireno expandido de 50 mm con densidad de 10 Kg/m3, no existiendo cámaras de aire entre cada elemento. 9 Imagen Nº 8: Aislación Complejo Techo, Edif. Nuevo. Fuente: Elaboración Propia. 1.5.4.- Ventanas. Los marcos de las ventanas son de aluminio y el tipo de vidrio para todas las ventanas es monolítico de 3 mm. de espesor, (ver imagen Nº 3). 1.5.5.- Calefacción. Consta de calefactores a leña ubicadas en cada sala de clases. Las características de estos calefactores son idénticas a las ya antes mencionadas en la descripción del Edificio Antiguo, (ver imagen Nº 4). 10 1.6.- Características de la Aislación Térmica Actual. En este punto analizaremos la resistencia y transmitancias térmicas de la envolvente de los edificios en cuestión, salvo el Edificio Comedor ya que su uso es mínimo respecto a los demás edificios, según los materiales de construcción utilizados, específicamente sus características térmicas actuales. Sólo se analizará el complejo muro y techumbre, puesto que el edificio no posee pisos ventilados. 1.6.1.- Fundamentos básicos para el cálculo de la resistencia térmica de un complejo. Para calcular la resistencia térmica de un complejo (INN 1991), se tiene la siguiente relación: Fórmula A Rt = Rse + Rsi + Σ (e / λ) + Rg [m2•K/W]. Fuente: NCh 853.Of91. Donde: Rt = Resistencia Térmica Total del complejo, se mide en [m2·°K/W] Rse = Resistencia Térmica Superficial Exterior, se obtiene de la Tabla N°2, NCh 853.Of91. Rsi = Resistencia Térmica Superficial Interior, se obtiene de la Tabla N°2, NCh 853.Of91. 11 e= Espesor de una capa de material que compone el complejo. Se expresa en metros. λ = Conductividad Térmica de cada material que compone el complejo. Su valor se obtiene de la Tabla N°6 de la NCh 853.Of91 . Se expresa en [W/m·°K] Σ(e/λ) = Sumatoria de las Resistencia Térmica de cada capa de material que compone el complejo. Rg = Resistencia Térmica de una cámara de aire cuando exista. 1.6.2.- Cálculo de la resistencia térmica total del complejo muro. Tanto el Edificio Antiguo y Edificio Internado constan de las mismas características constructivas del complejo muro. Dicho cálculo se realiza en base a la NCh 853.Of91. En primer lugar debemos identificar los elementos o materiales que constituyen el complejo muro (ver figura Nº 1) 12 Figura Nº 1. Elementos constructivos que componen el complejo muro. Fuente: Elaboración propia. Las características de los elementos que conforman el complejo muro se presentan en la Tabla Nº 1: TABLA Nº 1: Características Elementos de Complejo Muro. Espesor Densidad Conductividad MATERIAL [m] [Kg/m3] Térmica [W/m·ºK] Mortero Cemento Interior 0.03 2000 1.40 Ladrillo 0.23 1200 0.52 Mortero Cemento Exterior 0.03 2000 1.40 Fuente: Elaboración propia. 13 Notas: 1) La capa de mortero cemento se encuentra tanto en el exterior como en el interior del complejo muro, formando parte del revestimiento exterior e interior respectivamente. 2) La estructura de complejo muro no presenta cámaras de aire incorporado. Según Tabla Nº2 de la NCh 853.Of91, la Resistencia Térmica Superficial Exterior (Rse) es igual a 0.12 [m2·K/W]. Según Tabla Nº2 de la NCh 853.Of91, la Resistencia Térmica Superficial Interior (Rsi) es igual a 0.05 [m2·K/W]. Ya conocido los datos generales de cada material, procederemos a realizar los cálculos de resistencia térmica del complejo muro. Para esto ocuparemos el método señalado en el punto 1.6.1 (Fórmula A) señalado anteriormente, el cual se resume en la siguiente expresión: Rt = Rse + Rsi + Σ (e / λ) + Rg Rt = 0.12 + 0.05 + (0.03 + 0.23 + 0.03) 1.40 0.52 1.40 Rt = 0.65516 [m2·K/W]. 1.6.3.- Cálculo de la resistencia térmica total del complejo techumbre. Tanto el Edificio Antiguo y Edificio Internado constan de las mismas características constructivas del complejo de techumbre. 14 Dicho cálculo se realiza en base a la NCh 853.Of91. En primer lugar debemos identificar los elementos o materiales que constituyen el complejo techumbre (ver figura Nº 2). Figura Nº 2. Elementos constructivos que componen el complejo techumbre. Fuente: Elaboración propia. Las características de los elementos que conforman el complejo techumbre se presentan en la Tabla Nº2: TABLA Nº 2: Características Elementos de Complejo Techumbre. Espesor Densidad Conductividad MATERIAL [m] [Kg/m3] Térmica [W/m·ºK] Tablero Aglomerado 0.01 460 0.098 Poliestireno Expandido 0.05 10 0.043 Tablero Aglomerado 0.01 460 0.098 Fuente: Elaboración propia. 15 Según Tabla Nº2 de la NCh 853.Of91, la Resistencia Térmica Superficial Exterior (Rse) es igual a la Resistencia Térmica Superficial Interior tomando el valor de 0.1 [m2·K/W]. Observación: 1.- El Tablero Aglomerado se considera tanto para el interior, como para el exterior del complejo de cielo quedando conformado por una placa interior, poliestireno expandido en la parte media y, nuevamente una placa de tablero aglomerado en la parte exterior de ésta, no habiendo cámaras de aire entre cada elemento. Ya conocido los datos generales de cada material, procederemos a realizar los cálculos de resistencia térmica del complejo tehumbre. Para esto ocuparemos el método señalado en el punto 1.6.1 (Fórmula A) señalado anteriormente, el cual se resume en la siguiente expresión: Rt = Rse + Rsi + Σ (e / λ) + Rg Rt = 0.1 + 0.1 + (0.01 + 0.05 + 0.01 ) 0.098 0.043 0.098 Rt = 2.0267 [m2·K/W]. 1.6.4.- Cálculo de la resistencia térmica total del complejo muro en Edificio Nuevo. El edificio nuevo consta con características constructivas del complejo muro diferentes a los demás edificios y, al igual que en la situación anterior, dicho cálculo 16 se realiza en base a la NCh 853.Of91. En primer lugar debemos identificar los elementos o materiales que constituyen el complejo muro (ver figura Nº3). Figura Nº3. Elementos constructivos que componen el complejo muro, Edif. Nuevo. Fuente: Elaboración propia. Las características de los elementos que conforman el complejo muro se presentan en la Tabla Nº 3: TABLA Nº 3: Características Elementos de Complejo Muro, Edif. Nuevo. Espesor Densidad Conductividad MATERIAL [m] [Kg/m3] Térmica [W/m·ºK] Hormigón Armado 0.25 2400 1.63 Fuente: Elaboración propia. 17 Notas: 1.- La estructura de complejo muro no presenta cámaras de aire incorporado. Según Tabla Nº 2 de la NCh 853.Of91, la Resistencia Térmica Superficial Exterior (Rse) es igual a 0.12 [m2·K/W]. Según Tabla Nº 2 de la NCh 853.Of91, la Resistencia Térmica Superficial Interior (Rsi) es igual a 0.05 [m2·K/W]. Ya conocido los datos generales de cada material, procederemos a realizar los cálculos de resistencia térmica del complejo muro. Para esto ocuparemos el método señalado en el punto 1.6.1 (Fórmula A) señalado anteriormente, el cual se resume en la siguiente expresión: Rt = Rse + Rsi + Σ (e / λ) + Rg Rt = 0,12 + 0.05 + 0.25 1.63 Rt = 0.32337 [m2·K/W]. 1.6.5.- Cálculo de la resistencia térmica total del complejo techumbre. El edificio nuevo constas de características constructivas del complejo de techumbre diferentes a la de los demás edificios del colegio. Dicho cálculo se realiza en base a la NCh 853.Of91. En primer lugar debemos identificar los elementos o materiales que constituyen el complejo techumbre (ver figura Nº 4). 18 Figura Nº 4. Elementos constructivos que componen el complejo techumbre, Edif. Nuevo. Fuente: Elaboración propia. Las características de los elementos que conforman el complejo techumbre se presentan en la Tabla Nº 4: TABLA Nº 4: Características Elementos de Complejo Techo, Edif. Nuevo. Espesor Densidad Conductividad Material [m] [Kg/m3] Térmica [W/m·ºK] Terciado de Fibra 0.01 600 0.103 Poliestireno Expandido 0.05 10 0.043 Fuente: Elaboración propia. Según Tabla Nº2 de la NCh 853.Of91, la Resistencia Térmica Superficial Exterior (Rse) es igual a la Resistencia Térmica Superficial Interior tomando el valor de 0.1 [m2·K/W]. 19 Ya conocido los datos generales de cada material, procederemos a realizar los cálculos de resistencia térmica del complejo muro. Para esto ocuparemos el método señalado en el punto 1.6.1 señalado anteriormente, el cual se resume en la siguiente expresión: Rt = Rse + Rsi + Σ (e / λ) + Rg Rt = 0.1 + 0.1 + ( 0.01 + 0.05 ) 1.03 0.043 Rt = 1.3724 [m2·K/W]. 20 CAPITULO II.- CONCEPTOS DE AISLACION TERMICA. 2.1- Generalidades. El carnet de identidad de la edificación corresponde al número de kWh/(año·m2). También se debe cuantificar y optimizar $/kWh de acuerdo al tipo de energía y estrategia de uso. (electricidad, geotermia, leña, petróleo, solar, etc) También influye la calidad de la combustión. En la combustión actúa un combustible y un oxidante (por ejemplo, oxígeno O). Los componentes más importantes de los combustibles son el carbono e hidrógeno (hidrocarburos hidrógeno + carbono). En las reacciones de combustión las relaciones dependen de los pesos de los átomos de los elementos. La base de los pesos atómicos es el oxigeno O, al que se le asignó el valor arbitrario de 16 (peso atómico). Tabla Nº 5: Peso atómico de elementos. Elemento Símbolo M = Peso atómico [kg/kmol] Carbono C 12 Hidrógeno H y H2 1 y 2 Oxigeno O y O2 16 y 32 Nitrógeno N y N2 14 y 28 Azufre S 32 Fuente: Apuntes Jorge Sommerhoff, Diplomado Eficiencia Energética Puerto Montt, 2008. 21 Un mol de una sustancia es la cantidad de esa sustancia cuyo peso es igual al peso molecular expresado en gramos. Por ejemplo: Tabla Nº 6: Tabla de conversión, peso molecular a gramos. 1 mol de gramos C 12 gr H2 2 gr SO2 64 gr H2O 18 gr Fuente: Apuntes Jorge Sommerhoff, Diplomado Eficiencia Energética Puerto Montt, 2008. En un volumen de aire aproximadamente el O2 se encuentra en una proporción en volumen de 21%, y casi todo el resto, es decir el 79% es N2. En peso, los porcentajes son 23,1% de O2 y 76,9% de N2. A continuación se presentaran un listado de relaciones matemáticas que serán utilizadas para el cálculo de los distintos requerimientos que se presentarán más adelante. 2.2.- Formas de Transferencia de calor: 2.2.1.- Conducción. Se entiende por conducción, al flujo de calor desde una región de alta temperatura a otra de menor, por contacto directo. 22 Figura Nº 5: Transferencia de energía por conducción. Fuente: Energía Solar en Arquitectura y Construcción, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. Si designamos: qk = flujo de calor por conducción (W). k = conductividad térmica (W/mºC). ∆T = gradiente de temperatura a través de medio (ºC/m). ∆x A : Área perpendicular al flujo de calor (m2) Entonces rige: qk = k * A * ∆T ∆x [W ] (1) y designamos ∆x = Rk [º C / W ] k*A (2) 23 Llamamos Rk como resistencia térmica por conducción. Entonces podemos anotar: qk = T1 − T2 Rk [W ] (3) Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto Energía Solar en Arquitectura y Construcción, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.2.2.- Convección: Se dice del fenómeno de transferencia de calor por desplazamiento de un fluido. Figura Nº 6: Transferencia de calor por Convección. Fuente: Energía Solar en Arquitectura y Construcción, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 24 Si designamos qc : Flujo de calor por convección (W). A : área de transferencia de calor (m2). Ts : temperatura de superficie (ºC). Tf : temperatura de fluido (ºC). hc : coeficiente de transferencia de calor por convección (W/m2ºC). entonces tenemos: qc = hc * A * (Ts - Tf) (W) (4) y si definimos, Rc, como resistencia térmica por convección. 1 = Rc hc * A [º C/W ] (5) queda: qc = Ts − Tf Rc [W ] (6) Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto Energía Solar en Arquitectura y Construcción, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. Si el movimiento del fluido, se realiza por diferencia de densidad al calentarse, se llama convección natural. Si en cambio el movimiento se produce al mover el fluido con bomba o ventilador, se le designa como convección forzada. 25 Tabla Nº 7: Valores de conductividad térmica [W/m ºC]. K MATERIAL (W/m*K) Gases 0,007 - 0,17 Aislantes 0,03 - 0,2 Líquidos no metálicos 0,08 - 0,7 Sólidos no metálicos 0,03 - 2,6 Metales líquidos 8,0 - 78,0 Aleaciones 13,0 - 120,0 Metales puros 52,0 - 415,0 Aceros 40 - 70 Fuente: Energía Solar en Arquitectura y Construcción, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. Tabla Nº 8: Valores del coeficiente de transferencia de calor por convección [W/m2 ºC ] hc CASO (W/m2*K) Aire, convección natural 5 -28 Aire y vapor, convección forzada 28 - 280 Aceite, convección forzada 50 - 1.700 Agua, convección forzada 280-11.000 Agua en ebullición 2.800 - 50.000 Vapor condensándose 5.500 - 100.000 Fuente: Energía Solar en Arquitectura y Construcción, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 26 2.2.3.- Radiación: Es una de las formas de transferencia de energía por medio de ondas electromagnéticas. No necesita por lo tanto ningún medio para trasmitirse y puede realizarse a través del vacío. La cantidad de energía que un emisor ideal o “cuerpo negro” emite depende de su temperatura. Por lo tanto se designamos por: T : temperatura absoluta de la superficie en (K). σ : constante = 5 . 6699 × 10 − 8(W/m2*k4). qr : energía radiante emitida (W/m2). Rige: qr negro = σ *T 4 [W/m2 ] (7) Como un cuerpo real emite menor energía que uno ideal, se define “emisividad”, como: ε = [- ] q r real q r negro (8) Por lo tanto: qr real = ε * σ *T 4 [W/m2 ] (9) 27 Observación: - Ecuaciones obtenidas de Energía Solar en Arquitectura y Construcción, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.2.4.- Coeficiente total de transferencia de calor U. Observando la figura, y suponiendo temperatura del aire a la derecha del obstáculo mayor que la izquierda, podemos deducir que el aire entregará calor a la pared por convección, atravesará el sólido por conducción y posteriormente transmitirá calor al exterior por convección. Se a despreciado la transferencia de calor por radiación, lo que es válido para situaciones similares de la vida real. Figura Nº 7: Esquema para determinar la transferencia de calor combinada por convección y conducción. Fuente: Energía Solar en Arquitectura y Edificación, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 28 Para lo expuesto y según las ecuaciones Nº 3 y Nº 6 podemos escribir: Y considerando sólo Tin y qc1 = Tin − Tpi R1 [W ] qk = Tpi − Tpe R2 [W ] Tex : qc 2 = Tpe − Tex R3 q= [W ] Tin − Tex R1 + R 2 + R 3 (10) Observar circuito térmico equivalente en la siguiente figura. Figura Nº 8: Circuito térmico equivalente de la figura anterior. Fuente: Energía Solar en Arquitectura y Edificación, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 29 Definimos coeficiente total de transferencia de calor U, como: A *U = o sea: 1 R1 + R2 + R3 U = = 1 ∆X 1 1 + + hc1 * A k * A hc 2 * A 1 W 1 ∆X 1 m 2 × º C + + h c1 k hc2 (11) y por lo tanto: q = A * U * (Tin − Tex )[W ] (12) Como se puede deducir de la ecuación Nº 10, la resistencia total se puede obtener por la suma de las resistencias parciales, sean estas resistencias térmicas por conducción o convección. Es decir: ºC Rtotal = R1 + R2 + ......Rn (13) W Por lo tanto por (11), se puede concluir que U= 1 W Rtotal * 1 m2׺ C (14) Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 30 2.3.- Coeficiente de Transferencia de Calor: 2.3.1.- Q de transmisión: Q = A * U * (Tin − Text ) [W ] (15) Donde: U = coeficiente total de tramitancia de calor al elemento (W/m2ºC) A= Superficie del elemento (m2). Tin = temperatura interior. Text = temperatura exterior Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.3.2.- Q de Infiltración Qtra = 1290 * ACh * ∆T * V 3600 [W ] Donde: Ach= renovación de aire por hora. ∆T = diferencia de temperatura, ºC V= volumen del recinto, m3. V = Sp * h Sp= superficie planta, m2. h= altura recinto, mt. [m3] (16) 31 Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.3.3.- Q de Ventilación Qtra = 1290 * ∆ T * Av 3600 [W ] (17) Donde: ∆T = diferencia de temperatura, ºC Av= aire total de ventilación, m3/hr. Para la realización del calculo de Perdidas por Ventilación se tomo el valor de 7 l/s por alumnos menores de 9 años en sala de clases. Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.4.- Consumo de Combustible. Q * 859 ,8 C = * 1, 25 PCI * r Donde: C= consumo de combustible. Q= KWh mes totales. [m3 ] (18) 32 859,8= factor de conversión de KWh a Kcal. PCI= poder calorífico inferior. Para este caso se utilizara 900.000 kcal/m3, correspondientes a madera de Luma al 50% de humedad. r= rendimiento de las combustiones lentas, al 75%. Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.5.- Ganancias de Energía. 2.5.1.- Ganancias Solares. Gs = Tr * (∑ (Eng * Spv)) [KWh] (19) Donde: Gs = ganancias solares. Tr = transmisividad. Eng = datos de energía proveniente de tabla Nº 20-a y Nº 20-b. Spv = superficie de ventanas. Nota: la sumatoria de las energías por la superficie de ventanas en cada orientación cardinal. Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 33 2.5.2.- Ganancias Personas. Gp = Cs * N º P * (h * 30) 1000 [KWh ] (20) Donde: Gp= ganancias personas. Cs= calor sensible. NºP= número de personas en el recinto. h= horas de uso diarias del recinto. Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.5.3.- Ganancia Equipos. Ge = CTM * Sp * N º P [KWh ] (21) Donde: Ge= ganancia equipos. CTM= carga térmica mensual, (KWh/mes), (0,5 – 5) Kwh/mes. NºP= numero de personas en el recinto. Sp= superficie planta. Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 34 2.6.- Pérdidas Energéticas. Es importante saber cuan efectivo es el tipo de cerramiento que se dispone en un edificio de determinadas características en cuanto a las perdidas de energía. Una forma de determinar esto es por medio de cálculos simples que, considerando sólo las resistencias térmicas de los materiales de construcción, pueden entregar el gasto energético, el cual conviene expresar por metro cuadrado de superficie de planta permitiendo una determinación más precisa del gasto real del inmueble al considerar sólo aquellas superficies que se mantuvieron realmente calefacionadas. Es necesario determinar las pérdidas de calor del edificio al medio ambiente, pues es ésta energía la que debe suplir el sistema de calefacción. Estas pérdidas serán a través de las paredes, techos, ventanas, infiltraciones y piso. Estas pérdidas están dadas por las siguientes fórmulas: 2.6.1.- Perdidas por Transmisión: Qtra = 86 , 4 * qp * GD 3600 [Kw h / mes ] (22) Donde: qp = perdidas de calor al exterior qp = ∑ U * A [W / º C] U= coeficiente total de transferencia de calor del elemento ( W/m2 ºC) A= superficie del elemento (m2). GD = grados días mensuales, según tabla Nº 19. 35 Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.6.2.- Perdidas por Infiltración: Q inf = 86 , 4 * qa * GD 3600 [Kw h / mes ] (23) Donde: Qinf= perdidas por infiltración qa = calor entregado al aire introducido por ventilación o infiltración. qa = 1290 * V (W /º C ) V= aire introducido por ventilación o infiltración. V = Vol. planta * Ach(m3 / s ) Ach= renovación de aire por hora GD = Grados día mensuales Para el calculo de las Perdidas por Infiltración se tomo como valor de Ach = 2, valor para locales con más paredes exteriores. 36 Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Solar en Arquitectura y Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 2.6.3.- Perdidas por ventilación: Qvent = Atv * dair [Kw h / mes] (24) Donde: dair = densidad del aire , 1,29 kg/m3 Atv = aire total ventilado. Atv = Atp * 3600 * NP 1000 [m3 / hr ] Atp = Aire total por persona (lt/pers) NP = número de personas en el recinto. Observación: - Ecuaciones obtenidas de texto “Energía Construcción”, Autor: Ing. Pedro Sarmiento. Solar en Arquitectura y 37 CAPITULO III.- MODELAMIENTO TERMICO EN CONDICIONES ACTUALES. 3.1.- Generalidades. De manera de realizar un modelamiento térmico más exacto, es que se realiza una cubicación de las distintas superficies de los edificios correspondientes a la Escuela Rural Bahía Mansa. Para éste cálculo se consideran las superficies de complejo de muro, complejo de piso y complejo de techumbre. En el caso del complejo de muro se consideraran las superficies totales, así como también las de puertas y ventanas que serán descontadas para obtener una superficie real de muros. Para efectos de cálculo se excluirá el Edificio Comedor ya que su periodo de utilización es mínimo en comparación a la de los demás edificios estudiados. 3.2.- Cubicación. A continuación, la siguiente tabla indica las superficies de planta y alturas correspondientes a cada edificio con sus respectivas superficies de ventanas exteriores ubicadas en cada dirección cardinal. Tabla Nº 8: Superficies de cada recinto. RECINTO Superficie (m2) Altura (m) Edif. Antiguo 630 5,5 Internado Edif. Nuevo 563,94 359,1 Superficie Ventanas Exteriores (m2) Norte Este Oeste Sur 20,44 48,52 41,6 8,28 5,5 10,94 17,28 5,5 0 18,85 Fuente: Elaboración Propia. 28,1 30,2 5,98 21,88 38 La siguiente tabla indica la superficie totales de muros, pisos, ventanas, puertas y techumbre, así como también los valores de superficie de muros sin ventanas y puertas. Tabla Nº 9: Superficies totales de cada recinto. RECINTO Muros Ext. c/vent y puertas (m2) Piso (m2) Muros Ext. Ventanas s/vent y ext. puertas (m2) (m2) Puertas Techo (m2) (m2) Edif. Antiguo 396 315 277,13 118,87 20,09 315 Internado 472,51 281,97 410,21 62,3 16,08 281,97 Edif. Nuevo 312,95 7,5 179,55 179,55 242,06 70,89 Fuente: Elaboración Propia. 3.3.- Determinación de U. La transmitancia térmica, U, de un elemento es el inverso de la resistencia térmica total y representa el flujo de calor que pasa por elemento por m2 y diferencia de temperatura. Ésta será determinada de acuerdo a la fórmula (14). 3.3.1.- Edificio Antiguo y Edificio Internado. A continuación se presentan las tablas de cálculo de U correspondientes a edificios que poseen las mismas características constructivas. Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo muro son las siguientes: Rsi = 0,12 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. 39 Tabla Nº 10: Determinación de U en complejo muro. MURO Material Albañilería Mortero cemento Espesor (m) Conductividad (W/m*K) e/K U (W/m2*K) 0,24 0,46 0,52 1,361 0,06 1,4 0,04 Total Fuente: Elaboración propia. 0,56 Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo cielo son las siguientes: Rsi = 0,09 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. Tabla Nº 11: Determinación de U en complejo cielo. CIELO Material Poliestireno Expandido Espesor (m) Conductividad (W/m*K) e/K U (W/m2*K) 0,05 0,043 1,16 0,768 Total Fuente: Elaboración propia. 1,16 Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo piso son las siguientes: Rsi = 0,05 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. 40 Tabla Nº 12: Determinación de U en complejo piso. PISO Material Hormigon Espesor Conductividad (m) (W/m*K) 0,1 1,63 Total Fuente: Elaboración propia. e/K U (W/m2*K) 3,554 0,06 0,06 Tabla Nº 13: Determinación de U en ventanas. VENTANA Material U (W/m2*K) Vidrio Simple 6 Fuente: Elaboración propia. Tabla Nº 14: Cuadro resumen. RESUMEN Muro U (W/m2*K) Piso U (W/m2*K) Cielo U (W/m2*K) Ventana U (W/m2*K) 1,361 3,554 0,768 6 Fuente: Elaboración propia. 3.3.2.- Edificio Nuevo. A continuación se presentan las tablas de cálculo de U correspondiente al edificio nuevo, en donde las resistencias térmicas superficiales son las mismas utilizadas anteriormente. Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo muro son las siguientes: Rsi = 0,12 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W 41 las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. Tabla Nº 15: Determinación de U complejo muro, Edif. Nuevo. MURO Material Espesor (m) Conductividad (W/m*K) e/K U (W/m2*K) Hormigón 0,25 1,63 0,15 3,092 Total 0,15 Fuente: Elaboración propia. Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo cielo son las siguientes: Rsi = 0,09 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. Tabla Nº 16: Determinación de U complejo cielo, Edif. Nuevo. CIELO Material Espesor (m) Poliestireno Expandido 0,05 Conductividad (W/m*K) e/K 0,043 Total Fuente: Elaboración propia. 1,16 U (W/m2*K) 0,768 1,16 Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo piso son las siguientes: Rsi = 0,05 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. 42 Tabla Nº 17: Determinación de U complejo piso, Edif. Nuevo. PISO Material Hormigón Espesor (m) 0,1 Conductividad e / K (W/m*K) 1,63 0,06 Total Fuente: Elaboración propia. U (W/m2*K) 3,554 0,06 Tabla Nº 18: Determinación de U ventanas, Edif. Nuevo. VENTANA Material U (W/m2*K) Vidrio Simple 6 Fuente: Elaboración propia. Tabla Nº 19: Cuadro resumen. RESUMEN Muro U (W/m2*K) Piso U (W/m2*K) Cielo U (W/m2*K) Ventana U (W/m2*K) 3,092 3,554 0,768 6 Fuente: Elaboración propia. 3.4.- Grados Días. Datos sumamente necesarios para la realización del modelamieto térmico son los grados días, entendiéndose por estos a la diferencia entre la temperatura fijada como "base" (18,3 ºC), y la media diaria de las temperaturas bajo la temperatura de base, igualando a la "base" aquellas superiores a ésta. La siguiente tabla indica los valores de grados-día mensuales y el total anual para la localidad de Bahía Mansa, provincia de Osorno. 43 Tabla Nº 20: Valores de grado-día mensual y anual, Provincia de Osorno. ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO 73 83 119 193 266 313 336 AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE 314 252 157 126 82 TOTAL 2313 Fuente: Energía Solar en arquitectura y edificación. Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 3.5.- KWh/m2 mes. La siguiente tabla muestra los KWh/m2 mes a lo largo de un año utilizado para la realización del modelamiento. Tabla Nº 21-a: KWh/m2/mes vertical. KWh/m2/mes vertical norte este oeste sur enero febrero marzo abril mayo junio julio 77,3 120,2 120,2 74,2 64,7 91,2 91,2 47,6 72,5 77,1 77,1 39,7 54,9 46,1 46,1 25,8 31,1 24,9 24,9 15,1 21,7 17,0 17,0 10,5 23,3 18,7 18,7 11,9 PROMEDIO 97,97 73,65 66,59 43,19 24,00 16,54 18,15 Fuente: Energía Solar en arquitectura y edificación. Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 44 Tabla Nº 21-b: KWh/m2/mes vertical. KWh/m2/mes vertical agosto septiembre octubre noviembre diciembre norte este oeste sur 36,9 31,0 31,0 19,5 50,2 46,6 46,6 29,8 67,4 90,9 90,9 45,5 77,6 122,6 122,6 68,5 79,9 127,9 127,9 82,6 total 657,5 814,0 814,0 470,5 PROMEDIO 29,60 43,30 73,67 97,81 104,56 689,00 Fuente: Energía Solar en arquitectura y edificación. Autor: Ing. Pedro Sarmiento. 3.6.- Modelamiento Térmico en Condiciones Actuales. 3.6.1.- Ganancias de Energía. La siguiente tabla muestra las ganancias de energía Solares, de Personas y de Equipos producidas a lo largo de un año de acuerdo a las formulas (19), (20) y (21) respectivamente. Los resultados mostrados corresponden a los 3 edificios estudiados en las condiciones actuales de aislación. 45 Tabla Nº 22-a: Ganancias de Energía, Edif. Nuevo y Antiguo. GANANCIAS TOTALES (KWh mes) EDIFICIO NUEVO EDIFICIO ANTIGUO Personas Equipos Total Solares Personas Equipos Meses Solares Enero 4509 2424 898 7831 7819 2424 1575 11818 Febrero 3305 2424 898 6627 5961 2424 1575 9960 Marzo 2787 2424 898 6109 5255 2424 1575 9254 Abril 1692 2424 898 5014 3292 2424 1575 7291 Mayo 930 2424 898 4252 1804 2424 1575 5803 Junio 637 2424 898 3959 1237 2424 1575 5236 Julio 706 2424 898 4028 1356 2424 1575 5355 Agosto 1167 2424 898 4489 2225 2424 1575 6224 Septiembre 1761 2424 898 5083 3285 2424 1575 7284 Octubre 3270 2424 898 6592 5970 2424 1575 9969 Noviembre 4504 2424 898 7826 7922 2424 1575 11921 Diciembre 4845 2424 898 8167 8306 2424 1575 12305 Fuente: Elaboración propia. Total 46 Tabla Nº 22-b: Ganancias de Energía, Edif. Internado. Meses GANANCIAS TOTALES (KWh mes) INTERNADO Solares Personas Equipos Total Enero 4047 1608 1410 7065 Febrero 3078 1608 1410 6096 Marzo 2717 1608 1410 5735 Abril 1707 1608 1410 4725 Mayo 937 1608 1410 3955 Junio 642 1608 1410 3660 Julio 705 1608 1410 3723 Agosto 1156 1608 1410 4174 Septiembre 1706 1608 1410 4724 Octubre 3081 1608 1410 6099 Noviembre 4093 1608 1410 7111 Diciembre 4302 1608 1410 7320 Fuente: Elaboración propia. 47 3.6.2.- Pérdidas de Energía. La siguiente tabla muestra las pérdidas de energía por Transmisión, Infiltración y Ventilación producidas a lo largo de un año de acuerdo a las formulas (22), (23) y (24) respectivamente. Los resultados mostrados corresponden a los 3 edificios estudiados en las condiciones actuales de aislación. Para efectos de cálculos se desprecian los meses de verano (Enero, Febrero) y el mes de Julio debido a las vacaciones de invierno y verano en donde el colegio se encuentra sin alumnos en sus dependencias. Para el resultado final, de los valores obtenidos en perdidas de Infiltración y Ventilación se tomo la situación más desfavorable entre las dos para cada edificio, lo que conlleva a desestimar uno de los dos valores calculados para cada edificio. 48 Tabla Nº 23-a: Perdidas de calor por transmisión, Edif. Nuevo y Antiguo en condiciones actuales. PERDIDAS DE CALOR TOTALES EDIFICIO NUEVO EDIFICIO ANTIGUO Meses Transmisión Infiltración Ventilación Total Transmisión Infiltración Ventilación Total Enero - - - - - - - - Febrero - - - - - - - - Marzo 5600 0 2605 6592 7127 3546 0 10673 Abril 9083 0 4225 9452 11559 5751 0 17310 Mayo 12518 0 5822 21128 15931 7927 0 23857 Junio 14730 0 6851 24861 18745 9327 0 28072 Julio - - - - - - - - Agosto 14777 0 6873 24940 18805 9357 0 28162 Septiembre 11859 0 5516 20016 15092 7509 0 22601 Octubre 7388 0 3437 12470 9403 4678 0 14081 Noviembre 5930 0 2758 10008 7546 3755 0 11301 Diciembre 3859 0 1795 6413 4911 2444 0 7354 Fuente: elaboración propia. 49 Tabla Nº 23-b: Perdidas de calor por transmisión, Edificio Internado en condiciones actuales. Meses PERDIDAS DE CALOR TOTALES INTERNADO Transmisión Infiltración Ventilación Total Enero - - - - Febrero - - - - Marzo 7285 3174 0 10459 Abril 11815 5148 0 16963 Mayo 16283 7095 0 23379 Junio 19160 8349 0 27509 Julio - - - - Agosto 19222 8376 0 27597 Septiembre 15426 6722 0 22148 Octubre 9611 4188 0 13799 Noviembre 7713 3361 0 11074 Diciembre 5020 2187 0 7207 Fuente: elaboración propia 50 CAPITULO IV.- MODELAMIENTO TERMICO EN CONDICIONES MODIFICADAS. 4.1.- Aplicación de Soluciones. 4.1.1.- Generalidades. Al definir la envolvente de un edificio se debe tener en cuenta que los muros perimetrales deben cumplir con ciertos requisitos para ser considerados como un sistema en sí. Estos requisitos son: - Restringir los flujos de calor y de humedad. - Ser relativamente impermeable al aire. - Restringir las ganancias térmicas por radiación solar. - Proteger de las inclemencias del clima. - Colaborar en el aislamiento acústico del cerramiento. - Tener buen comportamiento al fuego en caso de incendio. - Proveer estabilidad y rigidez mecánica. - Ser durable, estéticamente agradable y económico. En Europa, Estados Unidos, Nueva Zelanda y otros países las aislaciones térmicas exteriores son ampliamente utilizadas, no sólo por su eficiencia sino también por su rapidez constructiva y por la posibilidad de usarlas en edificios ya existentes sin necesidad de molestar a sus ocupantes. Los sistemas de aislamiento exterior aparecieron en Europa en la década de 1930 pero su desarrollo se llevó a cabo después de la II guerra Mundial, principalmente en Alemania, dada a la necesidad de ahorrar energía, un bien escaso 51 en esos mementos. Desde allí esta técnica se hizo conocida en el resto de Europa y EE.UU. 4.1.2.- Ventajas de la Aislación Exterior. Entre las que podemos destacar: - No disminuye la superficie útil como lo hacen los aislantes que se colocan por dentro. - Protege los muros perimetrales de la lluvia con viento. - Protege los muros perimetrales del intenso soleamiento de verano, rebajando los gastos de refrigeración. - Son muy ventajosos en edificios ya construidos dado que su instalación no molesta a sus ocupantes. - Se pueden sobrepasar fácilmente los mínimos de aislamiento exigidos por la OGUC con las consiguientes economías de energía por concepto de calefacción y refrigeración. Con respecto a este último punto cabe señalar que la OGUC ha basado su zonificación térmica en grados-días base 15ºC en circunstancias que la mínima temperatura de confort es de 18 ºC, por esta razón los requerimientos de la OGOC resultan mínimos y los óptimos se obtienen fácilmente con los sistemas de aislamiento exterior. Cuando se diseña un sistema de aislación térmica exterior se debe considerar como se evacuaran las aguas lluvias de tal manera que estas no penetren en el sistema ni humedezcan los materiales aislantes. Para envolventes de hormigón armado se recomienda el uso de aislación exterior de tal manera de aprovechar la inercia térmica de la masa del hormigón, sobre todo si el recinto está destinado a un uso continuo, tal como es el caso. 52 En envolventes de albañilería también se puede aprovechar la inercia térmica, aunque es estos casos es algo menor. 4.2.- Condiciones Modificadas de Aislación Para realizar una mejora en el confort y por ende en el bienestar de la comunidad estudiantil y profesorado de la Escuela Rural Bahía Mansa, es que se realizan algunas modificaciones, agregando aislantes al complejo muro y complejo cielo de manera de obtener resultados que demuestren una mejora en la eficiencia de la envolvente térmica del colegio. 4.2.1.- Complejo Cielo El complejo cielo está constituido por una placa de poliestireno de 50mm de espesor. Al modificar las características de este complejo se agregó 100mm más de espesor en poliestireno. Figura Nº 9: Complejo muro en condiciones modificadas. Fuente: Elaboración Propia. 53 4.2.2.- Complejo Muro: En el complejo muro se utilizará un recubrimiento de aislante a base de poliestireno expandido de 40 mm de espesor. Para lo cual se propondrán dos alternativas de revestimiento y acabado. Las alternativas que se propondrán son: un revestimiento a base del sistema EIFS y una alternativa de revestimiento propuesta. 4.3.- Sistema de Aislación Térmica Exterior y Acabado, EIFS. El sistema de aislamiento térmico exterior y acabado, EIFS, es un sistema de terminación y aislamiento de muros exteriores que puede utilizarse en casi todos los tipos de edificios, nuevos o antiguos, siendo aplicable sobre casi cualquier superficie (muros de ladrillo, hormigón y paneles livianos, entre otros). Consiste básicamente en un sándwich de mortero modificado, aislante, malla de refuerzo, mortero y recubrimiento, que se adhiere a la cara exterior de los muros perimetrales. Existen tres tipos de sistemas EIFS: 54 Figura Nº 10: Sistema de barrera o EIFS tradicional. Fuente: Manual de diseño para soluciones térmico exterior en edificaciones. Figura Nº 11: Sistema con drenaje o Drainage Systems Fuente: Manual de diseño para soluciones térmico exterior en edificaciones. 55 Figura Nº 12: Sistema con panel External Wall. Fuente: Manual de diseño para soluciones térmico exterior en edificaciones. En el EIFS, el sistema debe ser impermeable en si para que no se moje el aislante, pero permeable al vapor de agua. El sistema EIFS está diseñado para tener una vida útil similar a la del edificio, siempre y cuando se instalen adecuadamente y se les brinde una manutención periódica. La decisión sobre el espesor de la placa aislante se basa en los requerimientos de las disposiciones reglamentarias, OGOC art. 4.1.10 como mínimo y el cálculo de la misma acudiendo a la Nch 853 para el valor de Rt de todo el muro, el nivel deseado de ahorro de energía y la estética. 4.4.- Sistema Alternativo de Revestimiento de Muro. De manera de presentar una segunda opción de revestimiento y por ende de aislación de la envolvente se propone la siguiente solución constructiva: Conformando un sobretabique de madera por sobre los muros perimetrales de la envolvente formando un encamisado que servirá de apoyo estructural para la 56 posterior colocación del revestimiento, para luego colocar una placa aislante térmico, poliestireno expandido de 40 mm, entre el encamisado formado anteriormente. Como revestimiento final se utilizara Northway de fibrocemento, permitiendo una fachada enlucida de aspecto agradable a la vista. 4.5.- Generalidades del Modelamiento. Para efectos de cálculo se mantienen los datos de grados días mensuales y KWh/m2 mes mostrados anteriormente en las tablas Nº 19, Nº 20-a y Nº 20-b. Con respecto a las ganancias energéticas, éstas serán las mismas mostradas anteriormente en las tablas Nº 22-a y Nº 22-b. 4.6- Determinación de U. De acuerdo a la formula (14) se determinaron las siguientes transmitancias correspondientes a los edificios cuyas envolventes han sido modificadas para el calculo de un nuevo modelamiento térmico en busca de una mejora en el confort de la población estudiantil. 4.6.1.- Edificio Antiguo y Edificio Internado. A continuación se presentan las tablas de cálculo de U correspondientes a edificios que poseen las mismas características constructivas: Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo muro son las siguientes. Rsi = 0,12 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. 57 Tabla Nº 24: Valores de U en condiciones modificadas, complejo muro. MURO Espesor Conductividad (m) (W/m*K) Material e/K U (W/m2*K) 0,601 0,24 0,46 0,52 0,06 0,04 1,4 0,043 0,04 0,93 Total Fuente: Elaboración Propia. 1,49 Albañilería Mortero cemento Poliestireno Expandido Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo cielo son las siguientes: Rsi = 0,09 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. Tabla Nº 25: Valores de U en condiciones modificadas, complejo cielo. CIELO Espesor Conductividad (m) (W/m*K) 0,15 0,043 Material Poliestireno Expandido Total Fuente: Elaboración Propia. U e / K (W/m2*K) 3,26 0,276 3,26 Los valores de U para piso y ventanas se mantienen de acuerdo a las tablas Nº 12 y Nº 13 del Capitulo III. 4.6.2.- Edificio Nuevo. A continuación se presentan las tablas de cálculo de U correspondiente al edificio nuevo. 58 Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo muro son las siguientes: Rsi = 0,12 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. Tabla Nº 26: Valores de U en condiciones modificadas, complejo muro. Material Hormigón Poliestireno Expandido MURO Espesor Conductividad (m) (W/m*K) 0,25 1,63 0,04 0,043 Total Fuente: Elaboración Propia. e/K 0,15 0,93 1,08 U (W/m2*K) 0,798 Las resistencias térmicas superficiales en m2*K/W según NCh 853 para complejo cielo son las siguientes: Rsi = 0,09 m2*K/W Rse = 0,05 m2*K/W las cuales se encuentran implícitas en el calculo final de U. Tabla Nº 27: Valores de U en condiciones modificadas, complejo cielo. Material Poliestireno Expandido CIELO Espesor Conductividad (m) (W/m*K) 0,15 0,043 Total Fuente: Elaboración Propia. e/K 3,49 3,49 U (W/m2*K) 0,276 Los valores de U para pisos y ventanas se mantienen de acuerdo a las tablas Nº 17 y Nº 18 del Capitulo III. 59 4.7.- Ganancias Energéticas. De acuerdo a los cálculos realizados anteriormente y mostrados en las tablas 22-a y 22-b del Capitulo III, estos se mantienen intactos para el desarrollo de este modelamiento térmico. 4.8.- Pérdidas de Energía La siguiente tabla muestra las perdidas de energía por Transmisión, Infiltración y Ventilación producidas a lo largo de un año de acuerdo a las formulas (22), (23) y (24) respectivamente. Los resultados mostrados corresponden a los 3 edificios en las condiciones modificadas de aislación. Para efectos de cálculos se desprecian los meses de verano (Enero, Febrero) y el mes de Julio debido a las vacaciones de invierno y verano en donde el colegio se encuentra sin alumnos en sus dependencias. Al igual que el Modelamiento en condiciones Actuales, se considero la situación más desfavorable entre las perdidas por Infiltración y Ventilación para cada edificio en particular. 60 Tabla Nº 28-a: Perdidas de calor totales en Edif. Nuevo y Edif. Antiguo en condiciones modificadas. Meses PERDIDAS DE CALOR TOTALES (KWh mes) EDIFICIO ANTIGUO MODIFICADO EDIFICIO NUEVO MODIFICADO Transmisión Infiltración Ventilación Total Transmisión Infiltración Ventilación Total Enero - - - - - - - - Febrero - - - - - - - - Marzo 3762 3546 0 7308 6082 0 2605 8687 Abril 6101 5751 0 11852 9864 0 4225 14089 Mayo 8408 7927 0 16331 13596 0 5822 19418 Junio 9894 9327 0 19221 15998 0 6851 22849 Julio - - - - - - - - Agosto 9925 9357 0 19282 16049 0 6873 22922 Septiembre 7965 7509 0 15474 12880 0 5516 18396 Octubre 4963 4678 0 9641 8024 0 3437 11461 Noviembre 3933 3755 0 7688 6440 0 2758 11198 Diciembre 2592 2444 0 5036 4191 0 1795 5986 Fuente: Elaboración propia. 61 Tabla Nº 28-b: Perdidas de calor totales en Edif. Internado en condiciones modificadas. Meses PERDIDAS DE CALOR TOTALES INTERNADO MODIFICADO Transmisión Infiltración Ventilación Total Enero - - - - Febrero - - - - Marzo 4974 3174 0 8148 Abril 8067 5148 0 13215 Mayo 11118 7095 0 18213 Junio 13082 8349 0 21431 Julio - - - - Agosto 13124 8376 0 21500 Septiembre 10533 6722 0 17255 Octubre 6562 4188 0 10750 Noviembre 5266 3361 0 8627 Diciembre 3427 2187 0 5614 Fuente: Elaboración propia. 62 CAPITULO V.- COSTOS DE SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS PROPUESTAS. 5.1.- Costos Sistema Pro-Muro, EIFS, para el Colegio. La siguiente figura muestra un detalle de muro con el sistema EIFS utilizado para esta ocasión. b Figura Nº 13: Revestimiento tipo sistema EIFS. Fuente: Elaboración propia. A continuación se presenta los valores referenciales del costo de instalación y mano de obra para cada edificio con el sistema EIFS sobre los muros del colegio. 63 Tabla Nº 29: Costos de inversión del Sist. Pro-Muro en Edif. Antiguo. EDIFICIO ANTIGUO MATERIAL Valor UF m2 0,411 Aislación Muro Sist. Pro-Muro Aislación Cielo Valor Total UF 114,00 Mano de Obra 0,256 71,02 Poliestireno 150 mm 0,203 63,85 Total Fuente: Elaboración propia. 248,87 Tabla Nº 30: Costos de inversión del Sist. Pro-Muro en Edif. Nuevo. EDIFICIO NUEVO MATERIAL Valor UF m2 0,411 Aislación Muro Sist. Pro-Muro Aislación Cielo Valor Total UF 99,58 Mano de Obra 0,256 62,04 Poliestireno 150 mm 0,203 36,39 Total Fuente: Elaboración propia. 198,01 Tabla Nº 31: Costos de inversión del Sist. Pro-Muro en Edif. Internado. EDIFICIO INTERNADO MATERIAL Valor UF m2 0,411 Aislación Muro Sist. Pro-Muro 0,256 Mano de Obra Aislación Cielo Valor Total UF 168,75 105,13 0,203 57,15 Total Fuente: Elaboración Propia. 331,03 Poliestireno 150 mm En la siguiente tabla se indica el valor total en UF del costo de instalación del sistema EIFS en muros, sumado al costo de la aislación de cielo de cada recinto del colegio. 64 Tabla Nº 32: Resumen de Inversión en colegio, Sist. Pro-Muro. Recinto TOTAL UF Edif. Antiguo 248,87 Edif. Nuevo 198,01 Edif. Internado 331,03 TOTAL 777,91 Fuente: Elaboración Propia. 5.2.- Costos del Sistema Alternativo para el Colegio. La siguiente figura muestra un detalle de muro con el sistema alternativo de revestimiento utilizado para esta ocasión. Figura Nº 14: Fachada de sistema alternativo de revestimiento y aislación de la envolvente en complejo muro. Fuente: Elaboración Propia. 65 A continuación se presenta los valores referenciales del costo de instalación y mano de obra para cada edificio con el sistema alternativo propuesto sobre el complejo de muros del colegio en cuestión. Tabla Nº 33: Costo de inversión para el sistema alternativo de aislación en Edif. Antiguo. EDIFICIO ANTIGUO MATERIAL Aislación Muro Poliestireno 40 mm Valor UF m2 0,080 Tabaquería Encamisado 2"x 2" 0,047 12,91 Poliestireno 150 mm 0,203 63,85 Tyvek 0,033 9,04 Mano de Obra 0,280 77,48 Total 185,38 Aislación Cielo Aislación Hidrófuga Muros Revestimiento Valor Total UF 22,11 Fuente: Elaboración propia. Tabla Nº 34: Costo de inversión para el sistema alternativo de aislación en Edif. Nuevo. EDIFICIO NUEVO MATERIAL Aislación Muro Poliestireno 40 mm Valor UF m2 0,080 Tabaquería Encamisado 2"x 2" 0,047 25,10 Poliestireno 150 mm 0,203 36,39 Tyvek 0,033 7,90 Mano de Obra 0,280 7,68 Aislación Cielo Aislación Hidrófuga Muros Revestimiento Total Fuente: Elaboración propia. Valor Total UF 19,31 156,37 66 Tabla Nº 35: Costo de inversión para el sistema alternativo de aislación en Edif. Internado. Aislación Muro EDIFICIO INTERNADO MATERIAL Valor UF m2 Poliestireno 20 mm 0,080 Tabaquería Aislación Cielo Aislación Hidrófuga Muros Revestimiento Valor Total UF 32,72 Encamisado 2"x 2" 0,047 57,34 Poliestireno 150 mm 0,203 57,15 Tyvek 0,033 13,38 Mano de Obra 0,280 114,68 Total Fuente: Elaboración propia. 275,30 En la siguiente tabla se indica el valor total en UF del costo de instalación del sistema alternativo propuesto en muros, sumado al costo de la aislación de cielo de cada recinto del colegio. Tabla Nº 36: Resumen de inversión en colegio, Sist. Alternativo. Recinto TOTAL UF Edif. Antiguo 185,38 Edif. Nuevo 156,37 Edif. Internado 275,30 TOTAL 617,05 Fuente: Elaboración Propia. 67 CAPITULO VI.- RECUPERACION DE RECURSOS. 6.1.- Generalidades. Datos Según datos proporcionados por rectoría de la escuela rural de Bahía Mansa, la cantidad de leña consumida y su valor se detalla a continuación. - Consumo de leña anual: 80 m3 - Costo de leña por m3: $17.000 (0,79 UF, con un valor UF de $21.461,58). - Costo anual en consumo de combustible: $1.360.000 (60,8 UF). NOTA: Cabe mencionar que el consumo realizado por el colegio no es el óptimo, y es sólo lo que con los limitados recursos que se les asignan pueden adquirir para la calefacción de los alumnos del colegio. 6.2.- Energía requerida. De acuerdo a los requerimientos de un establecimiento educacional, la energía solicitada para producir un mejoramiento significativo en el confort de la comunidad estudiantil es necesario volver a ver los cálculos realizados anteriormente sobre lo demandado para cada sector. La siguiente tabla nos muestra la energía requerida por los diferentes edificios según lo proyectado en los modelamientos térmicos efectuados en el Capitulo III y IV, esto es resultado de la diferencia establecida en las tablas Nº 22-a, Nº 22-b y Nº 23-a, Nº 23-b para la energía requerida actualmente, y entre las tablas Nº 22-a, Nº 68 22-b y Nº 28-a, Nº 28-b para la energía requerida según modificaciones térmicas efectuadas. Tabla Nº 37: Energía Requerida según tablas Nº 22 a, Nº 22-b, tablas Nº 23-a, Nº 23-b y tablas Nº 28-a, Nº 28-b. Recinto ENERGIA REQUERIDA KWh anual Actual KWh anual Modificado Edificio Antiguo 93.696,30 79.527,98 Internado 112.748,04 78.959,37 Edificio Nuevo 76.647,04 50.847,45 Fuente: Elaboración Propia. 6.3.- Consumo anual de combustible. Como se mencionó anteriormente, leña, es el combustible utilizado para calefacción en el colegio. Los cálculos realizados para determinar el consumo de combustible son en base a la formula Nº 18 mostrada en el Capitulo II, utilizando los requerimientos energéticos para cada recinto en particular. Cabe mencionar que éstos son los consumos ideales para el colegio, para así obtener una mejora en el confort en la calidad de vida de la población estudiantil y profesorado. A continuación se muestra la tabla con los resultados de los cálculos obtenidos para la determinación del consumo anual de combustible, consumo requerido y consumo proyectado de acuerdo a las modificaciones térmicas realizadas en capítulos anteriores. 69 Tabla Nº 38: Consumo anual de combustible Recinto Edificio Antiguo CONSUMO DE COMBUSTUBLE Consumo Requerido Consumo Proyectado m3 m3 149 127 Internado 180 126 Edificio Nuevo 122 81 Total 451 Fuente: Elaboración Propia. 334 6.4.- Costo Consumo Anual de Combustible. Por lo mostrado en los datos proporcionados por la escuela, el presupuesto anual para compra de leña para calefacción es de $1.360.000 (60,8 UF) lo que resulta un monto insuficiente para los requerimientos del colegio. A continuación se mostraran los costos de los consumos de leña requeridos y proyectados por recinto, según la modificación térmica realizada. 6.4.1.- Costo Consumo Anual de Combustible Requerido. De acuerdo a los cálculos realizados y mostrados en la tabla Nº 37, los costos de combustible requeridos en UF para cada recinto en particular son los siguientes: 70 Tabla Nº 39: Costo anual de combustible requerido. COSTO ANUAL DE COMBUSTIBLE Recinto Consumo Requerido Valor Leña Costo anual Edificio Antiguo m3 149 UF 0,79 UF 117,71 Internado 180 0,79 142,22 Edificio Nuevo 122 0,79 96,38 TOTAL Fuente: Elaboración Propia. 356,31 6.4.2.- Costo Consumo Anual de Combustible Proyectado. De acuerdo a los cálculos realizados y mostrados en la tabla Nº 37, los costos de combustible proyectados en UF para cada recinto en particular son los siguientes: Tabla Nº 40: Costo anual de combustible proyectado. COSTO ANUAL DE COMBUSTIBLE Recinto Consumo Proyectado m3 Valor Leña UF Costo anual UF Edificio Antiguo 127 0,79 100,33 Internado 126 0,79 99,54 Edificio Nuevo 81 0,79 81,79 TOTAL Fuente: Elaboración Propia. 281,66 6.5.- Ahorro de Inversión en Combustible A continuación se mostraran los resultados obtenidos, de acuerdo a datos obtenidos anteriormente, en el ahorro (en UF) que anualmente se obtendría al realizar un mejoramiento en la envolvente del colegio. 71 Los datos mostrados son los requeridos y los que se proyectan según mejoramiento térmico realizado al colegio en si. En ningún caso se tendrán en cuenta los costos que año a año desembolsa el colegio para el item calefacción, ya que estos son mucho menores a los que la escuela requiere para llevar una mejor calidad de vida. Tabla Nº 41: Ahorro de Inversión de Combustible Recinto AHORRO Costo Anual Costo Anual Requerido Proyectado Ahorro Costos Edificio Antiguo m3 117,71 UF 100,33 UF 17,38 Internado 142,22 99,54 42,68 Edificio Nuevo 96,38 81,79 14,59 TOTAL Fuente: Elaboración Propia. 74,65 6.6.- Recuperación de recursos En esta sección analizaremos los costos de inversión en nuestras soluciones constructivas propuestas, versus el ahorro en el consumo en el costo de combustión a base de leña. En las Tablas Nº 42 y Nº 43 se indican los costos de las soluciones constructivas propuestas como también el costo de ahorro en combustión. 72 Tabla Nº 42: Recuperación de Recursos, Sist. EIFS. RECUPERACIÓN DE RECURSOS SISTEMA EIFS Costo Inversión UF Recuperación Recursos Años Edificio Antiguo Ahorro Costo Combustión UF 17,38 226,07 13,00 Internado 42,68 178,09 4,17 Edificio Nuevo 14,59 297,28 20,37 12,51 Recinto Promedio Fuente: Elaboración Propia. A continuación vemos gráficamente lo anteriormente señalado en la tabla Nº 42, para el Sistema EIFS. Grafico Nº 1: Recuperación de Recursos Sist. EIFS. RECUPERACION DE RECURSOS SISTEMA EIFS 300,00 Costo Inversión 200,00 150,00 Ahorro Cost. Combustión 100,00 50,00 2 añ o añ o 3 s añ o 4 s añ o 5 s añ o 6 s añ o 7 s añ o 8 s añ o 9 s añ 10 o s añ 11 os añ 12 os añ 13 os añ os 0,00 1 VALORES UF 250,00 Fuente: Elaboración Propia. 73 Tabla Nº 43: Recuperación de Recursos, Sist. Alternativo. RECUPERACIÓN DE RECURSOS SISTEMA ALTERNATIVO Ahorro Costo Costo Combustión Inversión UF UF Recinto Recuperación Recursos Años Edificio Antiguo 22,00 174,33 10,16 Internado 23,70 146,72 4,51 Edificio Nuevo 33,55 258,92 Promedio Fuente: Elaboración Propia. 6,08 7,28 A continuación vemos gráficamente lo anteriormente señalado en la tabla Nº 43, para el Sistema Alternativo de revestimiento.. Grafico Nº 2: Recuperación de Recursos Sist. Alternativo. RECUPERACION DE RECURSOS SISTEMA ALTERNATIVO 200,00 Costo Inversión 150,00 100,00 Ahorro Cost. Combustión 50,00 añ os 8 añ os 7 añ os 6 añ os 5 añ os 4 añ os 3 añ os 2 añ o 0,00 1 VALOR UF 250,00 Fuente: Elaboración Propia. 74 6.7.- Análisis de Temperaturas. Hasta ahora se han mostrado los requerimientos y gastos energéticos en los que incurre el colegio. Para una mejor comprensión de lo analizado en capítulos anteriores, es que se mostrara un análisis simple de temperaturas que posee el colegio actualmente luego de la mejora realizada en su envolvente. Para esto sabemos que el consumo anual de combustible es de 80 m3 de leña, dato proporcionado por autoridades del colegio. Viendo la formula nº 18, tenemos: Q * 859,8 C= *1,25 PCI * r C= [m3] (kW x 859.8 kCal/Hr) x 1.25 900000 kCal/m3 x 0.75 Despejamos Q, que es la energía requerida para calefaccionar el recinto y teniendo en cuenta que el consumo de combustible anual es de 80 m3, tenemos: Q = 80 m3 x 900000 kCal/m3 x0.75 859.8 kCal/Hr x 1.25 75 Resultando Q = 50.244 kWh Esta es la energía que produce los 80 m3 de leña Ahora bien, de acuerdo a lo expresado en las tablas correspondientes, la energía que se pierde por grado de temperatura en el colegio es: Edificio Nuevo: 3.307 kWh/ºC Edificio Antiguo: 4.103 kWh/ºC Edificio Internado: 3.426 kWh/ºC Dando como total la cantidad de 10.836 kWh/ºC Recordando la relación matemática referente a la determinación de la energía necesaria para calefacción, se tiene Energía Total = (Pérdidas) x (Diferencia de Temperatura (T int – T ext)) Reemplazando los valores antes mencionados, tenemos: Energía Total = Energía producida por los 80 m3 de leña = 50.244 kWh Pérdidas = 10.836 kWh/ºC Diferencia de Temperatura = (T int – T ext) = (T int – 5.2ºC) Se considera una temperatura exterior promedio de 5.2ºC Por lo tanto, 50.244 kWh = (10.826 kWh/ºC) x ( T int – 5.2 ºC) Despejando T int T int = 9.8 ºC 76 Si realizamos la misma operación, pero ahora con las pérdidas de los edificios en condiciones mejoradas, obtenemos: T int = 12.2 ºC En resumen, llegamos a una temperatura promedio actual de 9,8º C en las condiciones en que se encuentra el colegio. Luego de realizada las modificaciones en la envolvente, y manteniendo el mismo consumo anual de combustible, las condiciones térmicas mejoran subiendo su temperatura promedio a 12,2º C. Grafico Nº 3: Análisis de Temperaturas. ANALISIS DE TEMPERATURAS Tº PROMEDIO ºC 14 12 10 8 6 4 2 0 SITUACION DEL COLEGIO ACTUAL MODIFICADA Fuente: Elaboración Propia. Según lo anterior se puede apreciar un aumento de 2,4º C en la temperatura interior del colegio, lo que se traduce en un incremento de un 24,49% en la sensación térmica interior con el cambio realizado a su envolvente. 77 CONCLUSION En el estudio realizado queda claramente demostrado las precariedades del colegio. Con una inversión de combustible para calefacción insuficiente para poder mantener al menos una temperatura adecuada que permita el correcto desarrollo de las actividades escolares. Del análisis se extrae que la mejora térmica en promedio es de 21000 KWh/mes requeridos, aplicando un aislante tipo poliestireno expandido de 50 mm en el complejo muro y de 150 mm de espesor en el complejo cielo. Lo que conlleva a un aumento en la temperatura interior del colegio, ya que en la actualidad presenta una temperatura promedio de 9,8ºC, la que sube a 12,2ºC promedio luego de la mejora térmica antes mencionada, un 25% más de confort para la población estudiantil. Se debe tener en cuenta que estos cálculos fueron realizados en base a una situación ideal del colegio, excluyendo el edificio comedor debido a que es utilizado solo un par de horas al día. Debiéndose realizar una inversión inicial que incluya reparaciones en distintos puntos de la infraestructura del colegio. Ya que se encuentra bastante deteriorado y esto influye notoriamente, produciéndose perdidas de calor bastante grandes. Para esto, se deben efectuar reparaciones en aleros, ventanas y otros sectores del colegio para que los cambios en la envolvente del colegio surjan un efecto notorio. Se plantean a su vez dos sistemas de revestimiento y aislación exterior de la envolvente, siendo el primero, el sistema EIFS, de mayor costo que la segunda alternativa propuesta. Cada una de estas alternativas cumple con las exigencias establecidas en este estudio, que es mejorar el confort térmico del colegio, reduciendo así, los KWh/ mes requeridos y ya antes mencionados. Si bien el alza de temperatura no alcanza a llegar al ideal del confort térmico, 18,3º C, contribuirá a que el ausentismo escolar a causa de enfermedades 78 producidas por el frió y la humedad, vaya disminuyendo en el transcurso del tiempo, ya que hoy en día esta cifra es bastante elevada en comparación a otros colegios básicos. Por otra parte, la recuperación de recursos invertidos a simple vista es alta, 12,51 años en el Sistema EIFS y 7,28 años con la segunda alternativa, esto se debe a que si bien hay un calculo de combustible requerido y uno proyectado, se trabaja con el real, es decir, 80 m3 de leña que son los recursos con los que dispone el colegio para un año. Se desestima la utilización del dato combustible requerido por que seria un cálculo irreal, teniendo en cuenta que solo se consumen 80 m3 de leña por año. Por ultimo cabe mencionar que, si bien la inversión es relativamente alta y el alsa en la temperatura no alcanza el óptimo, se debe tener en cuenta que la vida util de un colegio es alta, mucho más alta que la cantidad de años en que se demora en recuperar los recursos utilizados. Además, el costo de inversión en un colegio nuevo es aun mucho mayor. Por lo que mi apreciación es que este estudio es completamente aplicable y posible de llevar a cabo, teniendo en consideración que cualquier mejora en la que pueda ayudar a tener una mejor calidad de vida a estos niños es netamente realizable ya que es un colegio humilde de una zona de las mismas características en donde el invierno se hace sentir de verdad. 79 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION (INN). 1991. Acondicionamiento térmico – Envolvente térmica de edificios – Cálculo de resistencias y transmitancias térmicas (Norma NCh 853 of 91). CORPORACION DE DISEÑO PARA SOLUCIONES TÉRMICO EXTERIOR EN EDIFICACIONES. 2008. Manual de Diseño para Soluciones Térmico Exterior en Edificaciones. SOMMERHOFF, GEORGE. 2008. Formas de Transferencia de Calor. Apuntes Diplomado Eficiencia Energética Puerto Montt 2008. CERTIFICACION É INVESTIGACION DE LA VIVIENDA AUSTRAL, CIVA. Proyecto Reposición Escuela Rural de Pelluco, Puerto Montt. (Power Point). SARMIENTO, PEDRO.2007. Energía Solar en Arquitectura y Construcción. QUADRI, NESTOR P.1987. Manual de Calculo de Aire Acondicionado y Calefacción. MINISTERIO DE VIVIENDA Y URBANISMO (MINVU). 2008. Manual de Aplicación Reglamentación Térmica - Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones – Artículo 4.1.10. (Disponible en: http://www.mart.cl/htm/Manual.html, Manual RT parte 2. Planos de Zonificación Térmica. Consultado el: 15 de Noviembre de 2008). 80 SEGUEL VIDAL, RUBEN ALEJANDRO. 2007. Estudio aplicación D.O. 04.01.2006 sobre aislación térmica en viviendas sociales dinámicas sin deuda (VSDSD) del tipo 33.06 m2 y 48,9 m2 en Punta Arenas. AMESTI. 2008. Estufas Ecológicas. Productos. (Disponible en: http://www.amesti.cl/nordic_350.html. Consultado el: 26 de Noviembre de 2008). CONAF. 2005. Noticias: Recomiendan este verano comprar leña seca y certificada. (Disponible en: http://www.conaf.cl/page=home/contents&sección_id=0078unidad=0&articulo_unidad =0&articulo_id=452&muestra=1. Consultado el : 15 de Noviembre de 2008). 81 ANEXO A ESCUELA RURAL BAHIA MANSA, OSORNO. “BOSQUEJOS”. 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 ANEXO B PLANO ZONA TERMICA REGION DE LOS LAGOS Fuente: MINVU 2006. 92 ANEXO C Programa País Eficiencia Energética I. Inicio del Programa El Programa País Eficiencia Energética es un esfuerzo participativo iniciado a comienzos de 2005 para poner a Chile al día, de modo rápido y eficaz, en un campo que aún está postergado. El Presidente de la República encomendó su organización al Ministerio de Economía, y éste constituyó un Comité Convocante con las instituciones más relevantes del estado, el sector privado, los gobiernos locales y la sociedad civil. Dicha instancia ha operado activamente mediante sesiones de coordinación y diseño, talleres, grupos de trabajo y seminarios, poniendo en marcha 28 iniciativas a lo largo de ese año. En abril de 2005 ya había 400 actores del país que le daban fuerte respaldo al Programa, en el Seminario “Hacia un Sistema Nacional de Eficiencia Energética en Chile”, y luego 60 de ellos se comprometían como instituciones colaboradoras. En junio del mismo año se preparó el primer presupuesto público del Programa, para ejecución por diversos ministerios y servicios, y fue aprobado por el Congreso en septiembre. En enero de 2006 comenzará a operar como Programa formal del estado de Chile. II. Eficiencia Energética - un gran potencial de Chile Un aprendizaje necesario: Chile necesita aprender a usar la energía en forma eficiente, en todos los sectores: residencial, comercial, transportes, industrial, minero, de transformación de energía y público. Los países desarrollados llevan 30 años haciéndolo y han logrado que sus consumos de energía crezcan considerablemente 93 menos que sus economías (los han “desacoplado”). Lejos de cerrar sus programas o dar por concluido sus políticas de eficiencia energética después de un período de crisis energética, estos países han persistido por décadas en sus esfuerzos, logrando cada año más ahorros a través de la introducción de nuevas tecnologías, nuevos modelos de gestión y la afianza de la cultura de eficiencia energética. Los beneficios: Hay cuatro áreas básicas de beneficios de la Eficiencia Energética (EE) para el país, que harán su desarrollo más sustentable: · Estratégicos: Reducción de la vulnerabilidad del país por dependencia de fuentes energéticas externas. · Económicos: (a) Reducción de costos de abastecimiento energético para la economía en su conjunto. (b) Ahorro económico por reducción de consumo energético entre los consumidores y la industria (en todos los servicios energéticos tales como luz, acondicionamiento ambiental, transporte) para los consumidores y (c) Generación de actividad económica, empleo y oportunidades de aprendizaje tecnológico, en los nuevos mercados de bienes y servicios que se crearán para los diferentes sectores usuarios. · Ambientales: Alivio de las presiones sobre los recursos naturales y los asentamientos humanos al reducirse la tasa de crecimiento de la demanda por energéticos. Esto incluye alivio de presiones locales así como presiones globales tales como las emisiones de CO2, conducentes al calentamiento global. · Sociales y de género: Todos los beneficios serán más importantes para las familias de más bajos ingresos, porque ellas gastan un porcentaje mayor de su 94 ingreso en energía que las demás familias. Esto tiene relevancia especial para el alto porcentaje de hogares chilenos cuyos jefes son mujeres. III. Estrategia general Objetivo estratégico: Construir y consolidar un Sistema Nacional de Eficiencia Energética en Chile, con la participación activa de todos los actores nacionales relacionados con esta necesidad del país. El desarrollo de la Eficiencia Energética es un proceso multi-dimensional y se lo debe abordar en forma simultánea e interactiva en todas sus dimensiones. Principios estratégicos: _ Se requiere de un compromiso de largo plazo _ Se enfrenta un tema de todos los sectores y actores con iniciativas y proyectos que deben ser implementados simultáneamente para crear las sinergias suficientes para lograr los cambios de gestión, tecnológicos y culturales necesarios _ Se enfrenta un tema que requiere una coordinación político-técnica de alto nivel _ Se enfrenta un tema que integra objetivos económicos, energéticos, ambientales y sociales _ Se enfrenta un tema dinámico que requiere de flexibilidad en su implementación _ Se requiere de la combinación de instrumentos de regulación, de fomento y de educación Los pilares: El Programa cuenta con una institucionalidad para coordinar el tema, identificar prioridades, proporcionar un marco regulatorio y de fomento coherente y sistémico, convocar a todos los actores relevantes, y crear sinergias entre medidas y 95 actividades de los variados actores y sectores. El Programa se basa en tres ejes fundamentales: 1. Cooperación público-privada y participación. 2. Mix de instrumentos de política. 3. Medidas de gran impacto y altamente rentables. Cooperación público-privada y participación. Se invita a participar a distintos niveles en el Programa: el Comité Convocante, como institución colaboradora, en los Subcomités temáticos, en los seminarios y talleres organizados por el Programa para recoger opiniones e insumos de los actores, y finalmente pero no menos importante la Red de Actores. Mix de instrumentos de política. El instrumentario de política incluye en este caso instrumentos de fomento, de educación (incluyendo educación, capacitación e instrumentos de reconocimiento social) y de regulación. Ninguno de éstos tiene primacía por sobre los otros. En materia de las medidas e instrumentos utilizados en la experiencia internacional, se observan algunas convergencias, pero también existen algunas diferencias que revelan que no existe una medida o un paquete de medidas particular, que puedan ser consideradas como las más efectivas en todas las circunstancias. Medidas de gran impacto y altamente rentables. Las medidas comprendidas en el Programa, ya sea como instrumentos de política o como una actividad o intervención puntual, apuntan a contribuir a hacer la eficiencia energética visible y una fuente energética explícita. Para esto se eligen preferentemente medidas que son eficaces en cuanto a su impacto de ahorro energético, que son medibles, que son 96 trasparentes, que son fácilmente implementables, que tienen un gran impacto demostrativo, y/o que son altamente rentables. IV. La Visión de Desarrollo Con la participación de los actores del Comité Convocante y de especialistas se formuló en enero de 2005, y luego se validó y enriqueció en abril de 2005 con 100 actores, la Visión de Desarrollo del Sistema Nacional de Eficiencia Energética que se deberá construir en Chile, utilizando la herramienta mapa de acción. Dicha visión establece que este Sistema deberá estar constituido por trece grandes líneas de acción inter-dependientes, o líneas básicas, que son paralelas y todas necesarias para el objetivo global, de crear una cultura de eficiencia energética en el país y así lograr el desacoplamiento entre el crecimiento económico y el crecimiento en el consumo energético.
