Seminario de la Investigación.
Segundo semestre 2021
INFORME FINAL
Título: Análisis comparativo de transmitancia térmica en la envolvente y gasto
energético en viviendas sociales de albañilería y de entramado ligero en madera. Caso
vivienda social, región de O’Higgins.
Autor(es): Nadia Olave Salvatierra
Profesor Guía: Andrea Martínez Arias Ph.D.
Fecha de entrega: 13 diciembre 2021
Resumen
La presente investigación aborta las estrategias normativas implementadas en el ámbito de
la construcción de viviendas sociales, bajo el contexto de contrarrestar el cambio climático. Y
la relación de variables como la transmitancia térmica y el gasto energético en el ahorro
energético anual.
Esto por medio de la metodología de investigación de tipo descriptivo con enfoque
cuantitativo. Las técnicas implementadas para la recolección de datos se relacionan con los
objetivos específicos y corresponden a un análisis bibliográfico para la caracterización de los
complejos que componen la envolvente. Y, al cálculo de las variables correspondientes a la
transmitancia térmica (Valor U), gastos energéticos (W) y ahorros energéticos ($/kWh) en
ambos sistemas constructivos estudiados.
Con ello se espera obtener resultados que permitan la comparación y relación de las
variables estudiadas para poder responder la pregunta de investigación.
Palabras Clave: Transmitancia térmica | Gasto energético | Ahorro energético | Sistema
constructivo | Vivienda social.
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1. Marco Teórico
La situación medioambiental cada vez más vulnerable que enfrenta el planeta con el
fuerte cambio climático, producto del calentamiento global y la emisión de gases de
invernadero (GEI), ha llevado desde hace años a la industria global a tomar medidas para
contrarrestar estos cambios (Pedrero. L, 2018). En el ámbito de la construcción se han
planteado diversas estrategias para bajar la huella de carbono; estrategias como la
prefabricación e industrialización de elementos constructivos, reducir el consumo de energía
a través de construcciones con alta eficiencia energética, proyectos I+D, entre otras
(Construye2025, 2016).
En el caso de Chile, estas estrategias y/o medidas de ajuste se han producido a partir del
sector público, privado y académico, siendo un aporte importante de cara al desafío que tiene
el país por convertirse al 2050 en carbono neutral (CTEC Innovación, 2021).
Alianzas entre ellos se ven reflejados en programas como: Construye2025, que busca
transformar el sector de la construcción y la sustentabilidad de esta, para lograr un desarrollo
nacional productivo e impactante en el ámbito social, económico y medioambiental.
(Construye2025, 2016). Otra iniciativa es Construcción Sustentable, que ha sido liderada
desde 2012 por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU) en colaboración con los
Ministerios de Obras Públicas (MOP), Energía (MinEnergia) y Medio Ambiente (MMA).
Construye Sustentable, tiene el objetivo de coordinar, promover, difundir y fomentar la
construcción sustentable en el país a través de la creación mesas consultoras, revisión y
diagnóstico de documentos relacionados a las estrategias de construcción sustentables,
definición consensuada del concepto de Construcción Sustentable para Chile y, comisiones
regionales para impulsar y fomentar estos objetivos a nivel regional (MINVU, 2012).
En este marco de innovación en la construcción y teniendo en cuenta los recursos forestales
del territorio chileno, es que la Corporación de Desarrollo Tecnológico (CDT) indica que hay
una gran oportunidad de posicionar la madera como medio de construcción sustentable,
gracias a las características que la hacen un material noble y carbono negativa permitiendo
reducir las emisiones de CO2.
La utilización de la madera ha adquirido mayor protagonismo a lo largo de los años, siendo el
segundo material más usado en construcciones habitacionales alcanzando un 26,1%,
después de la albañilería (47,8%) (Observatorio Urbano, 2020), esta tendencia al alza, y la
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producción industrializada de las plantaciones forestales (alrededor de un 98,6%,
principalmente de la especie pino radiata) permiten asegurar una calidad estándar de sus
propiedades mecánicas, térmicas y acústicas, posicionándola como una alternativa real de
implementación (Centro de Transferencia Tecnológica (CTT). 2003).
El Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU) como organismo encargado de gestionar las
soluciones habitacionales, viviendas sociales, entendiéndose esta como una vivienda
económica de carácter definitivo cuya tasación no supera las 400 UF y con una superficie
total máxima de 140 m2 (OGUC,1959). Establece un listado de normas técnicas obligatorias
para la construcción de las viviendas sociales, donde se hace énfasis en los complejos que
componen la envolvente de la vivienda.
La principal función de la envolvente es limitar el flujo de energía, entre interior-exterior de la
vivienda, y viceversa. Para ello, es importante que las soluciones constructivas consideren
materiales de baja conductividad térmica en su conformación (Schepp, F.2016).
Dentro del listado antes mencionado, se contempla la normativa chilena NCh1079/2008
“Arquitectura
y
construcción
‐
Zonificación
climático
habitacional
para
Chile
y
recomendaciones para el diseño arquitectónico”. Donde se establece la zonificación climática
del territorio, basado en el conjunto de variables meteorológicas que definen el clima de la
zona, junto a la descripción de sus características generales y recomendaciones para el
diseño arquitectónico. Estas recomendaciones se enfocan a modo de no sobrepasar la
transmitancia térmica o valor U indicado para la envolvente (techo, muros y piso) según sea
el caso de la zona climática. Con el fin de reducir el consumo de los recursos energéticos y
asegurar una calidad térmica mínima en la vivienda, haciendo más eficientes las
construcciones (Instituto Nacional de Normalización de Chile (INN). NCh 1079/2008).
Por otro lado, la Reglamentación Térmica (RT) contenida en la Ordenanza General de
Urbanismo y Construcciones (OGUC) en el artículo 4.1.10 establece una zonificación térmica
basada en el criterio de Grados/Dia año (GD), es decir, que se relaciona directamente con
las demandas de energía que la vivienda requiere en periodos fríos (Bustamante, W. 2009).
Junto a esta se especifican las exigencias de acondicionamiento térmico traducidas en
valores de transmitancia térmica (valor U) para los complejos que componen la envolvente;
muros, techos, piso ventilado y porcentaje de ventanas respecto a los parámetros verticales.
Los Grados Dia (GD) mencionados anteriormente, se definen como la diferencia entre la
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temperatura base y la media diaria de temperatura bajo la temperatura base, es decir que,
las temperaturas superan el umbral de temperatura base se igualan a esta.
El termino se puede utilizar en periodos de Grados/Dia, GD hora, GD mes, GD año, etc.
(CDT y CChC, 2015).
Para el cálculo de GD mes, se utilizará una temperatura base (T°base) de 18°celsius.
Ecuación 1. Grados/Dia Mes
𝐺𝐷 𝑚𝑒𝑠 = (𝑇°𝑏𝑎𝑠𝑒 − 𝑇°𝑚𝑚 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎) ∗ 𝐷𝑖𝑎𝑠
En ambas normativas se hace referencia a la transmitancia térmica como criterio
determinante en los elementos de envolvente, esta condicionante de transmitancia térmica o
valor U. La transmitancia térmica se define como el flujo de calor que pasa por unidad de
superficie del elemento (muro, piso o techo) y por grado de diferencia de temperaturas entre
dos ambientes separados por dicho elemento. Su cálculo se expresa en la siguiente
ecuación.
Ecuación 2. Transmitancia térmica o Valor U
𝑈=
1
[𝑊/𝑚²𝐾]
𝑅𝑇𝑠𝑒 + ∑ 𝑅𝑇 + 𝑅𝑇𝑠𝑖
Donde;
RTse: Resistencia térmica superficial exterior.
RT: Resistencia térmica total de los materiales.
RTsi: Resistencia térmica superficial interior.
Se utiliza para determinar las pérdidas de calor en una edificación a través de los elementos
de la envolvente y se expresa en W/(m²·K) (Instituto Nacional de Normalización de Chile
(INN). NCh 853/2007). Es decir, que mientras más bajo sea el índice de transmitancia
térmica (valor U), mejor es la aislación térmica y menor es la pérdida de calor que produce.
Por lo que, el Gasto Energético (W) es menor aportando así a la eficiencia energética de la
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construcción.
Teniendo en consideración lo planteado anteriormente, es que se hace necesario reflexionar
en cómo y que materialidades se utilizan para la construcción de viviendas sociales. A modo
de cumplir con los requerimientos mínimos establecidos por normativa, a la vez que se
minimiza el consumo de recursos energéticos en cuanto a la envolvente se trata, realizando
así construcciones más sustentables y eficientes.
Para efectos de la investigación se considera la transmitancia térmica como criterio principal
de comparación en los elementos de la envolvente térmica. Estos elementos de la
envolvente se definen como:
Techumbre: Todo elemento cuya inclinación sea igual o menor a 60º sexagesimales
medidos desde el plano horizontal y al conjunto de elementos constructivos que lo
conforman, tales como cielo, cubierta, aislación térmica, cadenetas, vigas (OGUC. Art
4.1.10/2017).
Muros: Todo elemento cuya inclinación sea mayor a 60º sexagesimales medidos desde el
plano horizontal, muros y/o tabiques soportantes y no soportantes, que limiten los espacios
interiores de la vivienda con el espacio exterior o con uno o más locales abiertos (bodegas,
leñeros, estacionamiento, invernadero) (OGUC. Art 4.1.10/2017).
Piso: Elementos horizontales en contacto con el terreno. En este elemento se emplea
excepcionalmente el concepto de transmitancia térmica lineal (K), que es igual al flujo de
calor que sale del local por metro de perímetro exterior (NCh853/2017).
La ecuación para cálculo de la transmitancia térmica lineal (Kl) para el complejo de piso en
contacto con el terreno, según se indica en apartado 5.6 NCh853.
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Ilustración N°1. Transmitancia térmica lineal, según resistencia térmica (RT) del piso.
Ecuación 3. Resistencia térmica (RT)
𝑅𝑇 =
𝑒
ʎ
Donde;
e: Espesor de la capa de material en metros.
ʎ: Conductividad térmica del material.
En segundo lugar, se considera el Gasto Energético (W) anual, este se refiere a la energía
necesaria para mantener una temperatura de confort optima al interior del recinto.
A través del Coeficiente de perdidas volumétricas totales (Gv2) se consideran los elementos
constructivos que conforman el complejo de la envolvente, la transmitancia térmica y
superficies respectivas de cada elemento, además de las perdidas por renovaciones de aire
por hora (CDT y CChC, 2015).
Para simplificar el cálculo de Gasto Energético (W) no se consideran las ganancias aparatos,
ni las ganancias por usuarios. Por lo que, el cálculo queda expresado como:
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Ecuación 4. Gasto Energético Anual (W)
𝑊=
𝐺𝑣2 ∗ 𝑉 ∗ 𝐺𝐷 ∗ 24
[𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜]
1000
Donde;
Gv2: Coeficiente de perdidas volumétricas totales.
V: Volumen total cerrado por la envolvente.
GD: Grados Día año.
Ecuación 4.1. Coeficiente de Perdidas Volumétricas Totales (Gv2)
𝐺𝑣2 = 𝐺𝑣1 + 0,35𝑛 [𝑊/𝑚³𝐾]
Donde;
Gv1: Coeficiente volumétrico global de perdidas térmicas
n: Renovaciones de aire por hora
Ecuación 4.1.1. Coeficiente Volumétrico Global de Perdidas Térmicas (Gv1)
𝐺𝑣1 =
∑[(𝑈𝑡 +𝑈𝑚 ) ∗ (𝐴𝑡 + 𝐴𝑚 )] + 𝐾𝑙 ∗ 𝐿
[𝑊/𝑚³𝐾]
𝑉
*El cálculo de Gv1 y Gv2, se desarrolla en base a lo expresado en la NCh 1960 of.89.
Donde;
Ut: Transmitancia térmica del complejo de envolvente techo.
Um: Transmitancia térmica del complejo de envolvente muro.
At: Superficie del complejo de envolvente techo.
Am: Superficie del complejo de envolvente muro.
Kl: Transmitancia térmica lineal del complejo de envolvente piso.
L: Perímetro del recinto.
V: Volumen total cerrado por la envolvente.
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2. Caso de estudio
El caso usado en este estudio es una vivienda social representativa la región de O’Higgins.
Se escoge esta región ya que, según los índices de utilización de materialidades en la
construcción presentados en el MT, donde más se hace evidente la tendencia nacional
decreciente de la albañilería como material de construcción, es en la región de O’Higgins.
Pasando de utilizarse en el 75% de las construcciones (2001) a solo un 17% (2021)
constituyendo una baja del 58% en los últimos 20 años (ICH,2021).
La vivienda es de tipo aislada construida con sistema albañilería de ladrillo confinada, consta
de una superficie construida de 48,75 m2 (7.8 x 6.25 m), además de una ampliación
proyectada graficada en Plano arquitectónico adjunto en Anexo 1.
3. Pregunta de investigación
¿Qué sistema constructivo permite un mayor ahorro energético, considerando el
comportamiento térmico de la envolvente mediante las variables de transmitancia térmica y
gasto energético anual?
4. Objetivos
4.1 General:
Establecer el costo-beneficio considerando la transmitancia térmica y gasto energético
en dos sistemas constructivos utilizados en viviendas sociales (Sist. albañilería de
ladrillo confinada y Sist. de entramado ligero en madera), en el caso estudio (vivienda
económica en la Región de O’Higgins). Con el objetivo de propiciar un aporte
cuantitativo frente a la elección del sistema constructivo utilizado en viviendas
sociales.
4.2 Específicos:
a. Caracterizar y calcular la transmitancia térmica de los elementos de la envolvente
en los sistemas constructivos de albañilería de ladrillo confinada y entramado ligero
en madera.
b. Calcular el gasto energético anual en los sistemas constructivos de albañilería de
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ladrillo confinada y entramado ligero en madera.
c. Comparar un costo-beneficio siempre, basado en una estimación de ahorro
energético de ambos sistemas constructivos.
5. Metodología
La investigación es de tipo descriptivo con enfoque cuantitativo, debido a que el estudio
establece como objetivo obtener información respecto a las variables de transmitancia
térmica en ambos sistemas constructivos (Sist. albañilería de ladrillo confinada y Sist.
entramado ligero en madera), mediante la simulación del sistema constructivo distinto al
original (Sist. Entramado ligero en madera) manteniendo las dimensiones contempladas en el
diseño arquitectónico original; y el gasto energético anual, para comparar e identificar los
beneficios entre ambos sistemas constructivos.
5.1 Técnicas de recolección de datos
-
Análisis documental: Asociado al OE (a) como instrumento para la recolección y
caracterización de datos planimétricos y constructivos de los elementos de la
envolvente.
-
Cálculo de transmitancia térmica: Asociado al OE (a) como mecanismo de
medición de la variable en la suma de los materiales que componen los elementos
de la envolvente, este cálculo se realizará de forma manual según lo especificado
en la NCh 853.Of2007 para la transmitancia térmica lineal del piso, simulación en
programa Ubakus o consultada en el listado oficial de soluciones constructivas del
MINVU.
-
Cálculo de gasto energético anual: Asociado al OE (b) como instrumento para
definir la energía necesaria para mantener una temperatura base al interior de la
vivienda.
-
Cálculo de gasto económico energético anual: Asociado al OE (c) como
instrumento base para la estimación de ahorro energético en ambos sistemas
constructivos.
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5.2 Plan de Trabajo
Semana
Fecha
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
23-25
Ago.
30
Ago.-01
Sep.
06 - 08
Sep.
13-15
Sep.
20-22
Sep.
27-29
Sep.
04-06
Oct.
11-13
Oct.
18-20
Oct.
25-17
Oct.
01-03
Nov.
08-10
Nov.
15-17
Nov.
22-24
Nov.
29
Nov.-01
Dic.
06 - 08
Dic.
13 Dic.
Revisión de contenido
Coordinación con profesor/a guía
Entrega: Propuesta de
Investigación Ajustada
Ajuste y replanteo del objeto de
estudio
Construcción del instrumento
Desarrollo de análisis documental
Determinación de la relacion entre
las variables del estudio
Recopilación de antecedentes
planimétricos del caso de estudio
Determinación de las variables en
los elementos de la envolvente
Desarrollo del calculo de la
transmitancia térmica en los
elementos de la envolvente
Desarrollo del análisis comparativo
de las variables aplicadas a los
elementos de la envolvente
Desarrollo de conclusiones, a partir
de las variables estudiadas
Entrega: Avances y Resultados
Desarrollo y corrección del informe
Revisión y edición del paper final
Entrega: Paper final
6. Resultados
Los resultados se presentan distribuidos en tres apartados desarrollados de acuerdo con los
objetivos específicos previamente definidos. Para un posterior cruce de información a modo
de obtener conclusiones que permitan responder la pregunta de la investigación.
Punto “a”, Objetivo Específico
Como parte de la caracterización de los elementos de la envolvente y cálculo de
transmitancia térmica, respectivo al OE (a), se identifican los elementos constructivos de
cada elemento de la envolvente (techo, muro y piso) junto a sus propiedades térmicas,
respectivamente graficados (ver Anexo 2 y 3). Primeramente, se desglosan los elementos
constructivos del escantillón desarrollado con sistema de albañilería de ladrillo confinada, que
corresponde a la materialidad original del caso de estudio, para posteriormente simular el
desarrollo del mismo escantillón con sistema de entramado ligero en madera, manteniendo
en los espesores totales correspondiente a cada complejo de la envolvente identificados en
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el sistema original.
Con los datos obtenidos, se calcula la transmitancia térmica respectiva de cada complejo que
compone la envolvente térmica en ambos sistemas constructivos.
Tabla N°1. Características de elementos de la envolvente - Sist albañilería en ladrillo
confinada.
ESPESOR
CONDUCTIVIDAD
ESPESOR
SUPERFICIE
ELEMENTO (mm)
TERMICA W (m*K)
TOTAL (mm)
TOTAL (m2)
0,35
110
Perfil madera de pino dimensionado 2x2” x 3,20m
41
0,104
Cámara de aire exterior 4 cm
40
-
0,03
0,17
Perfil madera de pino dimensionado 1x4” x 3,20m doble
90
0,104
Lana de vidrio 100mm densidad 11 kg/m3
100
0,035
200
65,3
Polietileno 0,03 mm
0,03
0,33
Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
10
0,25
Espaciador madera de pino dimensionado 2x2” x 3,20m
41
0,104
Cámara de aire interior 4 cm
40
-
Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
10
0,25
Ladrillo hecho a máquina “Santiago Te 9” 32x15,4x9,4 cm
154
1,00
Mortero de pega dosificado 1/3, 15mm entre ladrillos
150
1,40
169
66,03
Enlucido de Yeso blanco
15
0,35
Mejoramiento de suelo Ripio compactado 8 cm
80
0,81
0,03
0,414
Radier H15, 7 cm
70
1,63
188
48,75
Mortero de pega 30 mm
30
0,87
Baldosa cerámica, 8 mm x 45 cm x 45cm
8
1,75
SIST. ALBAÑILERIA DE LADRILLO CONFINADA
Plancha Zincalum acanalada 0,35mm x 851mm x 2m
MURO
TECHO
Papel fieltro 10 lbs
PISO
Polietileno 0,03 mm
Fuente: Elaboración propia con base en anexo 2.
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Tabla N°2. Características de elementos de la envolvente - Sist entramado ligero en madera.
SIST. ENTRAMADO LIGERO EN MADERA
ESPESOR
0,35
110
Perfil madera de pino dimensionado 2x2” x 3,20m
41
0,104
Cámara de aire exterior 4cm
40
-
0,03
0,17
Perfil madera de pino dimensionado 1x4” x 3,20m doble
90
0,104
Lana de vidrio 100mm densidad 11 kg/m3
100
0,035
Polietileno 0,03 mm
0,03
0,33
TECHO
Papel fieltro 10 lbs
MURO
ESPESOR
SUPERFICIE
ELEMENTO (mm) TERMICA ʎ W(m*K) TOTAL (mm) TOTAL (m2)
Plancha Zincalum acanalada de 0,35mm x 851mm x 2m
Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
10
0,25
Espaciador madera de pino dimensionado 2x2” x 3,20m
41
0,104
Cámara de aire interior 4 cm
40
-
Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
10
0,25
Madera de pino tinglada 3/4x5” x 3,2m
19
0,104
Perfil montante 2x2” x 3,20m
41
0,104
Cámara de aire exterior 4cm
40
-
Membrana hidrofuga
0,15
0,23
Lana de vidrio 100mm densidad 11 kg/m3
100
0,035
Perfil madera de pino dimensionado 2x4" x 3,2m
90
0,104
Placa OSB 11mm x 1,2m x 2,4m
11
0,13
Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
10
0,25
Mejoramiento de suelo Ripio compactado 8 cm
80
0,81
0,03
0,414
Lana de vidrio 40mm densidad 11kg/m3
40
0,043
Radier H15 5 cm
50
1,63
Madera de pino tinglada 3/4x5” x 3,2m
19
0,104
Polietileno 0,03 mm
PISO
CONDUCTIVIDAD
200
65,3
170
66,03
189
48,75
Fuente: Elaboración propia con base en anexo 3.
Para el cálculo de la transmitancia térmica de los elementos de la envolvente, se consideran
las cualidades térmicas de los elementos constructivos que lo componen identificados en el
apartado anterior (tabla N°1 y tabla N°2).
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Ilustración N° 1. Complejo de techo, representativo de ambos sistemas constructivos Simulación en Ubakus.
Fuente: Ubakus.
Ilustración N° 2. Complejo de muro con sistema de entramado ligero en madera Simulación en Ubakus
Fuente: Ubakus.
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Ilustración N°3. Complejo de muro con sistema de albañilería de ladrillo confinada – Listado
oficial de soluciones constructivas, MINVU.
Fuente: Listado oficial de soluciones constructivas para el acondicionamiento térmico,
MINVU.
Cálculo de resistencia térmica (ver Ecuación 3) de los materiales que componen el complejo
piso - Sist. Albañilería de ladrillo confinada.
1. Ripio
𝑅𝑇 =
0,08 𝑚
0,81
= 0,0987 𝑚²𝐾𝑊
2. Polietileno
𝑅𝑇 =
0,003 𝑚
= 0,0072 𝑚²𝐾𝑊
0,414
3. Radier H15
𝑅𝑇 =
0,07 𝑚
= 0,0429 𝑚²𝐾𝑊
1,63
4. Mortero de pega
𝑅𝑇 =
0,03 𝑚
0,87
= 0,0344 𝑚²𝐾𝑊
5. Baldosa cerámica
𝑅𝑇 =
0,008 𝑚
1,75
= 0,0045 𝑚²𝐾𝑊
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Resistencia Térmica total del complejo de piso - Sist. Albañilería de ladrillo confinada.
∑ 𝑅𝑇1 + 𝑅𝑇2 + 𝑅𝑇3 + 𝑅𝑇4 + 𝑅𝑇4 + 𝑅𝑇5
∑ 0,1877 𝑚²𝐾𝑊
Cálculo de resistencia térmica (ver Ecuación 3) de los materiales que componen el complejo
piso - Sist. Entramado ligero en madera.
1. Ripio
𝑅𝑇 =
0,08 𝑚
0,81
= 0,0987 𝑚²𝐾𝑊
2. Polietileno
𝑅𝑇 =
0,003 𝑚
0,414
= 0,0072 𝑚²𝐾𝑊
3. Lana de vidrio
𝑅𝑇 =
0,02 𝑚
0,043
= 0,4651 𝑚²𝐾𝑊
4. Radier H15
𝑅𝑇 =
0,07 𝑚
1,63
= 0,0429 𝑚²𝐾𝑊
5. Madera de pino
𝑅𝑇 =
0,019 𝑚
0,104
= 0,1826 𝑚²𝐾𝑊
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Resistencia Térmica total del complejo de piso, Sist. Entramado ligero en madera.
∑ 𝑅𝑇1 + 𝑅𝑇2 + 𝑅𝑇3 + 𝑅𝑇4 + 𝑅𝑇4 + 𝑅𝑇5
∑ 0,7925 𝑚²𝐾𝑊
Los índices de transmitancia térmica o Valor U, se ven reflejados en la siguiente tabla
resumen.
Tabla N°3. Transmitancia térmica de los complejos de la envolvente.
COMPLEJO DE LA
TRANSMITANCIA TERMICA
W/(m2K)
ENVOLVENTE
SIST. ALBAÑILERIA DE LADRILLO CONFINADA
SIST. ENTRAMADO LIGERO DE MADERA
TECHO
0,342¹
0,342¹
MURO
1,58²
0,382¹
TRANSMITANCIA TERMICA LINEAL
PISO
W/(mK)
1,4³
1,0³
¹ Calculo mediante simulación en programa Ubakus.
² Transmitancia térmica según Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Acondicionamiento
Térmico, Código 1.2.M.B9.2. MINVU 2014.
³ Calculo de Transmitancia Térmica Lineal, según NCh853
Fuente: Elaboración propia, con base en Ubakus, MINVU, Nch853.
Punto “b”, Objetivo Específico
Para el cálculo de Gasto Energético (W) anual, se establece un orden lógico de obtención de
datos, dispuesto en el siguiente orden:
1. Cálculo de la temperatura media mensual, correspondiente a la ubicación del caso de
estudio (Región de O’Higgins).
2. Cálculo de Grados/Dia mes (ver Ecuación 1) y Grados/Dia año.
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3. Cálculo del Coeficiente Volumétrico Global de Perdidas Térmicas (Gv1). Ver Ecuación
4.1.1.
4. Cálculo del Coeficiente de Perdidas Volumétricas Totales (Gv2). Ver Ecuación 4.1.
5. Cálculo de Gasto Energético (W) anual. Ver Ecuación 4.
1. Calculo de la temperatura media mensual, Región de O’Higgins.
Tabla N°4. Temperaturas medias mensuales, región de O’Higgins.
Temperatura Mensual - Región de O’Higgins
Tº
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Media Max
29
28
26
22
18
15
14
16
18
22
25
28
Media Min
15
14
12
9
7
5
4
5
7
9
11
13
Media Mensual
22
21
19
15,5
12,5
10
9
10,5
12,5
15,5
18
20,5
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Fuente: Elaboración propia en base a datos de WeatherSpark.
2. Calculo de Grados/Dia mes y Grados/Dia año.
Tabla N°5. Grados/Dia mes de calefacción (HDD).
GRADOS DIA MENSUAL CALEFACCION (HDD)
Mes
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto
Tº Media Mensual
22
21
19
15,5
12,5
10
9
10,5
12,5
15,5
18
20,5
Tº Base
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
Tº mm Corregida
18
18
18
15,5
12,5
10
9
10,5
12,5
15,5
18
18
Días Mes
31
28
31
30
31
30
31
31
30
31
30
31
0
0
0
75
170,5
240
279
232,5
165
77,5
0
0
HDD
*T°mm: Temperatura media mensual.
Fuente: Elaboración propia con base a datos obtenidos en WeatherSpark.
Los Grados/Dia año se obtienen mediante una suma simple de los Grados/Dia mes.
𝐺𝐷 𝑎ñ𝑜 = ∑ 𝐻𝐷𝐷
→
𝐺𝐷 𝑎ñ𝑜 = ∑ 1239,5
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3. Calculo del Coeficiente Volumétrico Global de Perdidas Térmicas (Gv1).
3.1. Sistema de albañilería de ladrillo confinada.
𝐺𝑣1 =
∑[(0,342 + 1,58) ∗ (65,3 + 66,03)] + 1,4 ∗ 28,1
114,56
𝐺𝑣1 =
∑[(1,92) ∗ (131,33)] + 1,4 ∗ 28,1
114,56
𝐺𝑣1 =
∑ 252,1536 + 39,34
114,56
𝐺𝑣1 =
∑ 291,4936
114,56
𝐺𝑣1 = 2,54 𝑊/𝑚³𝐾
3.2) Sistema de entramado ligero en madera.
𝐺𝑣1 =
∑[(0,342 + 0,382) ∗ (65,3 + 66,03)] + 1,0 ∗ 28,1
114,56
𝐺𝑣1 =
∑[(0,72) ∗ (131,33)] + 1,0 ∗ 28,1
114,56
𝐺𝑣1 =
∑ 94,8203 + 28,1
114,56
𝐺𝑣1 =
∑ 122,9203
114,56
𝐺𝑣1 = 1,07 𝑊/𝑚³𝐾
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4. Calculo del Coeficiente de Perdidas Volumétricas Totales (Gv2).
4.1. Sistema albañilería de ladrillo confinada.
𝐺𝑣2 = 𝐺𝑣1 + 0,35𝑛
𝐺𝑣2 = 2,54 + 0,35 ∗ 1
𝐺𝑣2 = 2,89 𝑊/𝑚³𝐾
4.2. Sistema de entramado ligero en madera.
𝐺𝑣2 = 𝐺𝑣1 + 0,35𝑛
𝐺𝑣2 = 1,07 + 0,35 ∗ 1
𝐺𝑣2 = 1,42 𝑊/𝑚³𝐾
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5. Calculo de Gasto Energético (W) anual.
5.1. Sistema albañilería de ladrillo confinada.
𝑊=
𝐺𝑣2 ∗ 𝑉 ∗ 𝐺𝐷 ∗ 24
1000
𝑊=
2,89 ∗ 114,56 ∗ 1239,5 ∗ 24
1000
𝑊=
9882999,552
1000
𝑊 = 9883 [𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜]
5.2. Sistema de entramado ligero en madera.
𝑊=
𝐺𝑣2 ∗ 𝑉 ∗ 𝐺𝐷 ∗ 24
1000
𝑊=
1,42 ∗ 114,56 ∗ 1239,5 ∗ 24
1000
𝑊=
4873341,158
1000
𝑊 = 4873 [𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜]
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Punto “c”, Objetivo Específico Comparar un costo-beneficio siempre, basado en una
estimación de ahorro energético de ambos sistemas constructivos.
Para el cálculo de ahorro energético se considera la tarifa BT1, que mide solo la energía
consumida por el cliente final y se emplea generalmente a clientes residenciales. El valor
correspondiente a esta es de $157/kWh. (CGE,2021)
Tabla N°6. Gasto energético anual y proyección en 5, 10, 20 y 40 años.
PROYECCION
SISTEMA
kWh/año
VALOR $ kWh/año
5 AÑOS
10 AÑOS
20 AÑOS
40 AÑOS
Albañilería de ladrillo confinada
9883
$
1.551.631
$7.758.155
$15.516.309
$31.032.619
$62.065.237
Entramado ligero en madera
4873
$
765.115
$3.825.573
$ 7.651.146
$15.302.291
$30.604.582
Fuente: Elaboración propia, con base en los valores obtenidos del cálculo de gasto
energético.
Los datos obtenidos permiten establecer un ahorro energético del 50,69% en construcciones
con sistema entramado ligero en madera, respecto del sistema albañilería de ladrillo
confinada.
7. Discusión de Resultados
Como se mencionó al inicio de este documento, la situación medioambiental ha llevado a
implementar estrategias y/o medidas en las distintas disciplinas tanto públicas y privadas
como académicas, a modo de contrarrestar el cambio climático que afecta al planeta.
Es así como en el ámbito de la construcción el eje transversal de las estrategias y/o medidas,
es reducir el consumo de recursos energéticos. Naciendo ahí la interrogante de que variables
son las que afectan directamente el comportamiento energitérmico de las construcciones.
Durante la investigación se tuvo como principal lineamiento el cálculo de las variables de
transmitancia térmica y gasto energético de las viviendas sociales, buscando identificar el
comportamiento energitérmico y los recursos energéticos requeridos. De esta manera es
posible relacionar los resultados obtenidos en los objetivos específicos.
En primer lugar, con la caracterización e identificación de las capas que estructuran los
complejos que componen la envolvente, clasificados en complejo de techo, complejo de
muro y complejo de piso; se pudieron obtener los datos necesarios para el cálculo de la
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transmitancia térmica de cada complejo.
En segundo lugar, el cálculo del gasto energético anual permitió tener una estimación de los
recursos energéticos requeridos por el caso de estudio.
Y; en tercer lugar, la estimación de ahorro energético calculada permitió hacer una
comparativa de costo-beneficio de ambos sistemas constructivos estudiados.
Entonces, ¿Qué sistema constructivo permite un mayor ahorro energético, considerando el
comportamiento térmico de la envolvente mediante las variables de transmitancia térmica y
gasto energético anual? El sistema constructivo de entramado ligero en madera presento
menor índice de transmitancia térmica y menor gasto energético anual, por tanto, un mayor
ahorro energético.
Resumiendo, se establece una tendencia inversamente proporcional de ahorro energético y
las variable estudiadas, es decir, que mientras menores son los índices de transmitancia
térmica mayor es el ahorro energético.
8. Conclusiones
En conformidad con los resultados obtenidos se puede determinar que la variable de
transmitancia térmica influye directamente en el cálculo y estimación de ahorro energético.
Esto permite hacer una evaluación comparativa simple de que sistema constructivo es mejor
considerando el ahorro energético como base.
En consideración del tipo de investigación y los objetivos planteados, la metodología permitió
obtener los valores necesarios para llevar a cabo el cálculo de ahorro energético. Logrando
así, permitir la comparación y relación de las variables estudiadas en ambos sistemas
constructivos.
Añadido a lo anterior, la presente investigación logró cumplir con los objetivos planteados en
un inicio por medio de resultados que han permitido dar cuenta de nuevos lineamientos y
variables posibles de abordar en futuras investigaciones que aborden la comparativa de
costo-beneficio en sistemas constructivos utilizados en viviendas sociales.
Posibles líneas de investigación futuras:
-
Potencial de los sistemas activos y pasivos para el ahorro energético en viviendas
sociales.
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-
Soluciones constructivas con mejor comportamiento energitérmico de la envolvente.
Posibles variables de investigación futuras a incluir:
-
Análisis de precios unitarios (APUS), para cada sistema constructivo
Ganancias térmicas.
Agradecimientos
A mi profesora guía Andrea Martínez Arias, por el apoyo constante en el proceso de
esta investigación y siempre motivarme a trabajar a pesar de las dificultades iniciales del
proceso.
A mis padres, amigos y compañeros, por su apoyo incondicional y siempre motivarme
a seguir cuando el cansancio prevalecía.
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INFORME FINAL
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https://cchc.cl/uploads/comunicacion/archivos/manual_CDT_2016.pdf
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Anexo 1. Planimetría Arquitectónica Esc. 1.50 Caso de Estudio, Vivienda Social.
Fuente: Depto. Obras, Ilustre Municipalidad de Quinta de Tilcoco.
N
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Anexo 2. Escantillón Esc. 1.20 Albañilería de ladrillo confinada, Caso de Estudio, Vivienda
Social.
T.1 Plancha Zincalum acanalada de 0,35mm x 851mm x 2m
T.2.1 Perfil madera de pino dimensionado 2x2” x 3,20m
T.2.2 Cámara de aire exterior 4 cm
T.3 Papel fieltro 10 lbs
T.4.1 Perfil madera de pino dimensionado 1x4” x 3,20m doble
T.4.2 Lana de vidrio 100mm densidad 11 kg/m3
T.5 Polietileno 0,03 mm
T.6 Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
T.7.1 Espaciador madera de pino dimensionado 2x2” x 3,20m
T.7.2 Cámara de aire interior 4 cm
T.8 Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
M.1.1 Ladrillo hecho a máquina “Santiago Te 9” 32x15,4x9,4 cm
M.1.2 Mortero de pega dosificado 1/3, 15mm entre ladrillos
M.2 Enlucido de Yeso blanco
P.1 Mejoramiento de suelo Ripio compactado 8 cm
P.2 Polietileno 0,03 mm
P.3 Radier H15, 7 cm
P.4 Mortero de pega 30 mm
P.5 Cerámica, 8 mm x 45 cm x 45cm
Fuente: Depto. Obras, Ilustre Municipalidad de Quinta de Tilcoco.
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Anexo 3. Escantillón Esc. 1.20 Rediseño Entramado ligero de madera
T.1 Plancha Zincalum acanalada de 0,35mm x 851mm x 2m
T.2.1 Perfil madera de pino dimensionado 2x2” x 3,20m
T.2.2 Cámara de aire exterior 4 cm
T.3 Papel fieltro 10 lbs
T.4.1 Perfil madera de pino dimensionado 1x4” x 3,20m doble
T.4.2 Lana de vidrio 100mm densidad 11 kg/m3
T.5 Polietileno 0,03 mm
T.6 Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
T.7.1 Espaciador madera de pino dimensionado 2x2” x 3,20m
T.7.2 Cámara de aire interior 4 cm
T.8 Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
M.1 Madera de pino tinglada 3/4x5” x 3,2m
M.1.1 Perfil montante 2x2” x 3,20m
M.1.2Camara de aire exterior 4cm
M.2 Membrana hidrofuga
M.3.1 Lana de vidrio 100mm densidad 11 kg/m3
M.3.2 Perfil madera de pino dimensionado 2x4" x 3,2m
M.4 Placa OSB 11mm x 1,2m x 2,4m
M.5 Placa yeso-cartón 10mm x 1,2m x 2,4m
P.1 Mejoramiento de suelo Ripio compactado 8 cm
P.2 Polietileno 0,03 mm
P.3 Lana de vidrio 40mm densidad 11kg/m3
P.4 Radier H15 5 cm
P.5 Madera de pino tinglada 3/4x5” x 3,2m
Fuente: Elaboración Propia con base en Manual de Soluciones Constructivas de Entramado
Ligero en Madera Marco Plataforma, CIMUC (2021).
