INER (20015) Estrategias Bioclimaticas Viviendas 2 2

Pág.
1. Introducción
2. Condiciones climáticas del Ecuador y zonificación climático habitacional
3. Recomendaciones de diseño para edificaciones ubicadas en las distintas
Macro-Regiones del País
4. Conclusiones
5. Anexos
Autores
Massimo Palme
Andrea Lobato
Andrés Gallardo
R. David Beltrán
Juan Kastillo
Geovanna Villacreses
Manuel Almaguer
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14
50
51
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Presentación
El Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER), es un
Instituto Público de Investigación, adscrito al Ministerio de Electricidad y Energía
Renovable (MEER), que se crea con el fin de fomentar la investigación científica
y tecnológica en el Ecuador en temas relacionados con la promoción de la
eficiencia en el uso de los recursos energéticos y una mayor participación de
energías renovables sostenibles en la generación local, a través de procesos
que incluyen la innovación y formación científica; la difusión del conocimiento;
el desarrollo y uso de prácticas tecnológicas amigables con el ambiente; lo
que se constituye en un aporte fundamental para la diversificación de la matriz
energética nacional.
MSc. Martín Cordovez
Director Ejecutivo (E)
Una de las líneas de investigación del INER se enfoca en Eficiencia Energética en
Edificaciones, dentro de la cual se ha trabajado en el sector residencial debido
a que representa un 12% del consumo energético del país según el Balance
Energético Nacional 2015 publicado por el Ministerio Coordinador de Sectores
Estratégicos (MICSE). Es importante destacar el crecimiento que este sector ha
presentado en los últimos años, ya que entre el 2013 y el 2014 fue de un 4,2% y entre
el 2004 y el 2014 el sector evidenció un incremento del 33%. Entre los consumos
asociados principalmente están el gas licuado de petróleo (53%) y la electricidad
(33%), pero no se puede descartar el uso de leña que representa un 14%. Estos
consumos varían significativamente según las características climáticas de la zona
donde se emplazan las viviendas, lo cual hace imperante estudiar las condiciones
de habitabilidad que las viviendas construidas ofrecen a sus ocupantes como
una estrategia para promover un consumo eficiente de energía.
Emplear estrategias pasivas para optimizar el uso de energía y garantizar las
condiciones ambientales al interior de las viviendas es una de las sugerencias
principales propuestas en esta guía. Esto ha sido posible mediante la investigación
de los diferentes componentes que se pueden aprovechar para reducir consumos
en las viviendas, utilizando y optimizando las condiciones del entorno. El análisis
de comportamiento de la envolvente en las viviendas a partir de las condiciones
climáticas puede generar un ambiente interno habitable sin necesidad de recurrir
a sistemas de climatización para obtener un resultado similar.
Esperamos que este documento sea un insumo para los diferentes actores que
están involucrados en el sector de la edificación y que pueda ser actualizado y
enriquecido de manera participativa para incrementar su alcance y utilidad.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Prefazione
Italiano
La necessità di mantenere l’incremento di temperatura della Terra a
meno di 2°C rispetto ai valori preindustriali pone una sfida di grande
portata al settore edilizio, che contribuisce significativamente alle
emissioni di CO2. La sfida, che si sta affrontando con decisione nell’U.E.
e – sia pure in misura minore – anche in altri paesi sviluppati, deve
essere affrontata con grande decisione anche e soprattutto nei Paesi
in Via di Sviluppo. In questi paesi, infatti è in corso un processo di rapida
urbanizzazione che comporterà un forte incremento dei consumi
energetici e quindi delle emissioni. La dimensione del fenomeno è tale
che se questi consumi non verranno tenuti sotto controllo avranno ben
poco peso le misure tendenti al miglioramento efficienza energetica
negli edifici dei paesi sviluppati e sarà impossibile il contenimento
dell’incremento di temperatura nei limiti occorrenti.
Federico Butera
Profesor Emérito del Politécnico de
Milán y consultor de Un-Habitat para la
eficiencia energética de los edificios.
Larga parte delle emissioni del parco edilizio dei Paesi in Via di Sviluppo
sarà dovuta alla climatizzazione, in particolare al condizionamento
dell’aria, dato che la maggioranza di essi si trova in clima tropicale o
sub-tropicale. Oggi, purtroppo, le nuove costruzioni in clima tropicale
risultano spesso enormemente energivore perché ripropongono
acriticamente modelli architettonici che hanno origine in climi freddi, e
di solito né il progettista né il committente ne hanno coscienza.
L’esperienza dei paesi in cui già da molti anni sono state introdotte
misure legislative per imporre dei limiti al consumo energetico degli
edifici ha mostrato che non bastano leggi e regolamenti per ottenere
dei buoni risultati, ma è indispensabile la formazione dei tecnici che
devono applicarli. È indispensabile, cioè, che il progettista conosca i
principi della progettazione di edifici sostenibili e le faccia sue, perché
non esistono regole univoche, applicabili in qualsiasi circostanza
e contesto: un edificio confortevole che consumi poca energia
progettato per un luogo non è replicabile in un altro. I fattori climatici
sono determinanti, assieme a quelli sociali, culturali ed economici, e ciò
comporta che ogni paese deve darsi le sue regole. In questa direzione
va la guida “Estrategias para mejorar las condiciones de habitabilidad
y el consumo de energía en viviendas“, che costituisce un efficace
strumento per la progettazione di edifici sostenibili e si pone come
indispensabile corredo a una futura legislazione sul contenimento dei
consumi energetici in edilizia.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Prólogo
Español
La necesidad de mantener el incremento de temperatura de la Tierra en menos de 2ºC respecto a
los valores pre-industriales pone un desafío de gran envergadura para el sector de la edificación,
que contribuye de forma significativa a las emisiones de CO2 . El desafío, que está siendo enfrentado
con decisión en la Unión Europea y – aunque en forma menor – en otros Países desarrollados,
debe igualmente ser enfrentado con gran decisión en los Países en desarrollo. Donde está
ocurriendo un proceso rápido de urbanización que implicará un fuerte aumento de los consumos
energéticos y consecuentemente de las emisiones. La dimensión del fenómeno es tan grande
que si no se controlan estos consumos, las medidas tomadas en los Países desarrollados para
mejorar la eficiencia energética de los edificios tendrán muy poco efecto y será imposible evitar
el incremento de temperatura dentro del límite previsto.
Una gran parte de las emisiones del parque edificado en los Países en desarrollo se debe a la
climatización, especialmente al acondicionamiento del aire, debido a que la mayoría de estos
se encuentra en zonas tropicales o subtropicales. Lamentablemente, hoy en día las nuevas
construcciones en clima tropical resultan grandes consumidores de energía debido a la
reproducción acrítica de modelos arquitectónicos que se originan en climas fríos, y normalmente
ni el diseñador, ni el constructor están conscientes de ello.
La experiencia de Países en donde, desde hace ya muchos años han sido introducidas normativas
para imponer límites a los consumos energéticos de los edificios han demostrado que las leyes
y reglamentos no son suficientes para obtener buenos resultados, sino que es indispensable
la formación de los técnicos que deben aplicarlos. En otras palabras, es importante que el
proyectista conozca los principios del diseño sostenible y los haga propios, porque no existen
reglas unívocas, aplicables en cualquier circunstancia y contexto: un edificio confortable y que
consume poca energía en un lugar no es automáticamente replicable en otro. Los factores
climáticos son determinantes, juntamente con los factores sociales, culturales y económicos, y eso
implica que cada país debe implementar sus propias reglas. En esta dirección va la publicación
“Estrategias para mejorar las condiciones de habitabilidad y el consumo de energía en viviendas”,
que constituye un eficaz instrumento para el diseño de edificios sostenibles y se postula como
ayuda indispensable a una futura normativa sobre la habitabilidad y los consumos energéticos en
el sector.
Federico Butera
Profesor Emérito del Politécnico de Milán
y consultor de Un-Habitat para la eficiencia energética de los edificios.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
1. INTRODUCCIÓN
En septiembre de 2015, las Naciones Unidas acordaron un set
de objetivos de desarrollo sostenible [1], que debiera guiar la
agenda internacional hasta 2030. De estos objetivos, entre
los más importantes (objetivos 11 y 13) están relacionados
con las ciudades y las edificaciones, especialmente en
cuanto a su desempeño energético en un entorno climático
cambiante. América Latina juega un rol muy importante
en el reto para la sostenibilidad, ya que en este continente
se están experimentando paralelamente una mejora
sustancial en el desarrollo humano y urbanización acelerada,
contribuyendo al incremento de la huella ecológica en los
países de la región. No es casual que la ciudad de Medellín
haya organizado el último foro urbano mundial en 2014 y
que la ciudad de Quito se aproxime a hospedar en octubre
de 2016, la tercera conferencia Habitat III, que dictará las
líneas estratégicas para el futuro urbano de la humanidad.
En Ecuador, los objetivos del plan nacional del buen vivir
[2] también enfocan temas relacionados con habitabilidad
y eficiencia energética de la edificación como prioritarios
para el desarrollo del país (objetivos 3, 7 y 11). La propuesta
de una vivienda eficiente, digna, confortable, accesible
a todos en el respeto de la sostenibilidad territorial es
seguramente uno de los logros a los que hay que apostar
para el futuro próximo.
El desarrollo urbano acelerado surge como consecuencia
del crecimiento poblacional y por lo tanto el incremento
en la demanda de vivienda. Actualmente, 130 millones de
familias habitan en las áreas urbanas de América Latina [3].
De estas, 42 millones viven bajo las condiciones mínimas de
habitabilidad afectando la salud y confort de los usuarios.
El déficit de vivienda calculado es aproximadamente de
2 millones de unidades, de las cuales el 72% corresponde
al déficit cualitativo y tan solo el 28% al déficit cuantitativo
[4]. Como consecuencia, surge la necesidad de promover
políticas y reglamentos que impulsen la construcción y
rehabilitación de viviendas que garanticen condiciones de
habitabilidad (confort térmico).
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Scipio
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Información presentada en 2015 por el Ministerio
Coordinador de Sectores Estratégicos en el balance
energético con
año base 2014,
establece que
el consumo energético residencial en el Ecuador
representa un 12.3% del total nacional en el año
2013, experimentando un crecimiento del 4.6% anual.
Asimismo, el consumo de electricidad específico del
sector residencial representa un 28.8% del total eléctrico.
Estos valores exponen la tendencia creciente que
experimenta el consumo energético de las viviendas en
el país. Este escenario requiere de acciones adecuadas,
con el fin de asegurar que la implementación de
medidas de eficiencia energética sea considerada
como parte del crecimiento del sector de la edificación
(6,9% de participación dentro del PIB en 2000, a 10,6%
en 2009) [5].
Por estas razones, la provisión de edificaciones
adecuadas y accesibles se ha convertido en un
importante reto en la región, según lo reportado en
el estudio de Rojas [6]. El reporte del Programa de las
Naciones Unidas para el Medio Ambiente [7] indica
claramente la tendencia regional por implementar
políticas públicas, planes y estrategias enfocadas en
fomentar la eficiencia energética en edificaciones. Los
reglamentos y ordenanzas vigentes que rigen el sector
de la construcción en el país incluyen parámetros
urbanísticos [8], arquitectónicos [9, 10], estructurales [11–
23] habitabilidad y salud [24], entre otros. Sin embargo,
no existe un reglamento que regule la eficiencia del
uso energético en edificaciones y que además exija
condiciones adecuadas de confort higrotérmico.
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En la actualidad, la eficiencia energética y el
confort higrotérmico en edificaciones nuevas
y en rehabilitación son abordados en normas
consultivas
internacionales
y
nacionales.
En el Ecuador la norma INEN – 2009 señala
la necesidad de considerar criterios sobre
aislación térmica, factor de forma, eficiencia
en iluminación, uso de energías renovables
[25]. Asimismo, el capítulo 13 del documento
norma ecuatoriana de la construcción (NEC
11), que se encuentra en elaboración, abordará
los temas de eficiencia energética [26]. Por
otro lado, existen normas y reglamentos para
regular la eficiencia energética de equipos de
acondicionadores de aire [27, 28], de artefactos
de uso doméstico para producción de frío [29] y
el rendimiento térmico de colectores solares de
placa plana y colectores solares de vacío [30].
Además, varias normas establecen métodos de
cálculo para estimar requerimientos de cargas
de calefacción y refrigeración [31, 32], cálculo
de los coeficientes de transferencia de calor
por transmisión y ventilación [33, 34], evaluación
de las condiciones de confort interior [35–
40], y estimación energía anual utilizada en
calefacción y refrigeración [41].
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Las normas expuestas presentan requisitos mínimos y
métodos para evaluación de diferentes parámetros de
eficiencia energética y confort térmico. Sin embargo,
actualmente no existen criterios técnicos sobre el uso
eficiente de la energía en edificaciones validados, que
respondan a los requerimientos climáticos del país, ni
mecanismos efectivos de transferencia de este tipo de
conocimiento al alcance de los actores del sector de
la edificación. Como debilidades en este sector, a nivel
nacional se han identificado a las siguientes:
• El desconocimiento sobre las características
de los materiales y sistemas constructivos que
respondan a las condiciones climáticas del país.
• La falta de información desagregada sobre el
consumo energético en las edificaciones en el
país.
• La inexistencia de políticas sobre eficiencia
energética en edificaciones para Ecuador,
basadas en normativa vigente y de obligatorio
cumplimiento.
• Inexistencia de datos climáticos históricos,
a nivel horario de condiciones ambientales
interiores y de consumo energético de viviendas
debidamente sistematizados.
La naturaleza del problema y la situación actual
acerca de esta temática, demuestran la necesidad
de incentivar la investigación aplicada y el desarrollo
tecnológico, abordando las condiciones bioclimáticas,
geográficas y socio-culturales del país. Por esta razón
el Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energía
Renovable abrió la línea de investigación en Eficiencia
Energética en Edificaciones. Una de las primeras tareas
de la línea, ha sido la recopilación de la información
climática disponible y su adaptación para ser utilizada
en el proyecto de edificaciones. Con esta información
se generó un mapa térmico de zonificación del País,
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que establece un criterio nuevo de subdivisión, más
preciso del simple “sierra, costa, oriente” todavía muy
utilizado. Resultan seis zonas térmicas, dos calurosas
(correspondientes a zonas del oriente y costa), dos
intermedias (correspondientes a los valles andinos y a
las explanadas de la región central) y dos frías (zonas de
páramos sobre los 3000 y 5000 metros sobre el nivel del
mar ms.n.m.).
A partir de la información climática, se desarrollaron
estrategias y recomendaciones para la construcción y
el acondicionamiento de las viviendas en cada zona.
Estas estrategias generales a su vez se subdividieron
en ejemplos de estrategias detalladas de elección de
materiales, orientación, diseño de sitio, desarrollo de
sistemas complejos de acondicionamiento pasivo y en
algún caso activo. Esta información se recoge ahora
en este compendio de recomendaciones, para que
pueda ser una base sobre la cual desarrollar proyectos
más eficientes de vivienda, especialmente social.
También se encontró la necesidad de empezar a
contar con datos de desempeño real de viviendas,
para calibrar modelos y verificar los conceptos de la
arquitectura sostenible que circulan con amplia difusión
a nivel internacional. El logro de vincular la realidad del
País con los conocimientos disponibles implicó el diseño
de casos de estudio, para emplazar y monitorizar en
diferentes regiones del Ecuador. Un primer modelo de
vivienda ha sido estudiado en la ciudad de Yachay en la
Sierra, mientras que un segundo ha sido diseñado para
ser ubicado en la Amazonia. Un tercer modelo, todavía
por desarrollar, se ubicará en la costa, para tener un
panorama suficientemente amplio del desempeño de
edificaciones en términos de confort y eficiencia, punto
de partida para plantear una estrategia de desarrollo
urbano para Ecuador. Los resultados obtenidos hasta
ahora se recogen en los anexos, juntamente a los
diagramas psicométricos de las capitales de provincia
del Ecuador.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
2. CONDICIONES CLIMÁTICAS DEL ECUADOR Y ZONIFICACIÓN CLIMÁTICO
HABITACIONAL
Existen muchas metodologías para clasificar los
climas. Las más apreciadas por los climatólogos
utilizan datos de movimiento de aire en la
atmósfera como variable principal. Los ecólogos
prefieren utilizar mapas de carácter florafaunístico, mientras que los geógrafos prefieren
mapas cuantitativos, como el propuesto por
Koppen [42] y perfeccionado más tarde por
Gaiger [43], que ha venido siendo actualizado
por varios autores hasta la actualidad [44]. Los
arquitectos y otros operadores del sector de
la construcción también prefieren mapas de
tipo cuantitativo, para poder relacionarlos con
tipologías constructivas y materiales adecuados.
Acorde a la clasificación de Koppen, Ecuador
cuenta con los climas Af (ecuatorial), Aw
(tropical con invierno seco), Bwh (árido cálido),
Bsh (semiárido cálido), Cwa (subtropical con
estación seca) y Cwb (templado con invierno
seco). Sin embargo, a la hora de definir
estrategias arquitectónicas, la información
proporcionada por Koppen puede no ser la más
adecuada. Instituciones como ASHRAE [45] han
desarrollado propuestas diferentes, tomando
en cuenta parámetros relacionados con la
percepción humana del ambiente construido
(confort). Acorde a la clasificación ASHRAE,
Ecuador cuenta con los climas 1-A (muy
caluroso húmedo), 1-B (muy caluroso seco), 2-A
(caluroso húmedo) y 3-A (templado húmedo).
Esta clasificación utiliza datos satelitales
proporcionados por la NASA (2008) y considera
tres parámetros: precipitación media diaria
mensual, grados días de calefacción y grados
día de refrigeración. Esta metodología ya puede
definirse como climático-habitacional, porque
utiliza los conceptos de confort térmico.
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Johnny-Chunga
Oscar F. Hevia
NealeA
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Un mapa obtenido con una clasificación como esa
(tiene una precisión de 1° de latitud por 1° de longitud),
sin embargo, debe ser afinado para cada región
del continente. Sobre todo, para el análisis térmico y
energético de los materiales de construcción de una
vivienda es importante la caracterización climática de
la zona específica de estudio, ya que los parámetros
meteorológicos serán mandatorios sobre la elección
adecuada de los materiales en las fases de diseño
y construcción. Por tal razón, se recomienda tener
mediciones meteorológicas in-situ por la precisión que se
puede alcanzar. Caso contrario se debe buscar fuentes
de datos que ayuden a obtener esta información como,
por ejemplo: estaciones meteorológicas cercanas a la
zona, datos meteorológicos históricos, bases de datos
satelitales, etc.
De este principio fundamental nace la importancia de
caracterizar el clima en el Ecuador y de contar con una
zonificación climática de alta resolución adecuada que
responda con las necesidades de los análisis térmicos y
energéticos de edificaciones. Los estándares establecen
una serie de requerimientos en base a la zona climática
donde se encuentra ubicada una edificación, teniendo
en cuenta lo anterior, se unieron varias fuentes de
información que permitieron obtener las condiciones
climáticas que poseen un impacto importante en el
análisis del uso de energía de las edificaciones.
El Ecuador continental tiene una superficie de 249 mil
km2, está situado al noroeste de América del Sur y posee
tres regiones o macro zonas bien definidas: Costa, Sierra
y Amazonía, que presentan diferentes condiciones
climáticas determinadas por la altitud, ubicación,
presencia de la Cordillera de los Andes y la influencia
marítima. La región Costa tiene una estación lluviosa y
otra seca, la región Sierra tiene una estación lluviosa y
fría y otra seca [46], mientras que la región Amazónica
presenta lluvias a lo largo del año.
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Una variable meteorológica muy importante en
el análisis térmico y energético de los materiales
es la radiación solar. En el 2008 el Ministerio de
Electricidad y Energías Renovables publica el
Atlas Solar del Ecuador donde se estima el recurso
solar mediante la integración de mapas digitales.
Esto ha permitido identificar la distribución del
recurso solar sobre el territorio ecuatoriano, en el
cual existe un promedio de insolación global de
4575 Wh/m2/día.
En cuanto a la humedad relativa, la temperatura
y la precipitación a nivel nacional son variables
que dependen de la orografía del país, lo cual
genera zonas o microclimas en cada región. Por
tanto, no se puede generalizar la variable para
cada macro zona. Con los datos de estaciones
meteorológicas disponibles y proporcionadas
por el INAMHI, se pudo obtener los grados día de
calefacción y refrigeración necesarios para la
realización de un mapa de zonificación climática
para el Ecuador.
En algunos casos, la interpolación entre
estaciones meteorológicas puede generar
datos aproximados, especialmente en lo
correspondiente a las variaciones en la altitud
sobre el nivel del mar, que en el Ecuador son
muy importantes. Por esta razón, a las categorías
consideradas por ASHRAE, en el trabajo
realizado en el INER se adjuntan dos categorías
de climas de altura como se muestra en la Tabla
1. A continuación se muestra la zonificación
climática resultante, la misma que posee 6 zonas
climáticas que han sido identificadas en base a
los parámetros propuestos por las normas ASHRAE
(Figura 1). Ademas, en la tabla 2 se muestra las
zonas climáticas de las capitales del provincia
del Ecuador.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Figura 1. Mapa de zonificación climática del Ecuador.
Tabla 1. Definición de Zonas Climáticas para el Ecuador
ZONA CLIMÁTICA
1
Húmeda muy calurosa
2
3
4
5
6
Húmeda calurosa
Continental lluviosa
Continental templada
Fría
Muy fría
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Guayaquil, Esmeraldas, Nueva Loja,
Machala, Santa Elena
Tena, Puyo, Macas
Quito, Loja, Cuenca
Ibarra, Ambato, Azogues
Latacunga, Riobamba, Tulcan
Páramos
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Tabla 2. Zonas Climáticas de las Capitales de Provincia del Ecuador.
ZONA CLIMÁTICA
Región costa
1
2
3
4
5
6
Región sierra
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Región oriente
18
19
20
21
22
23
Región insular
24
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El Oro
Esmeraldas
Guayas
Los Rios
Manabí
Santa Elena
Machala
Esmeraldas
Guayaquil
Babahoyo
Portoviejo
Santa Elena
Humeda muy calurosa
Humeda muy calurosa
Humeda muy calurosa
Humeda muy calurosa
Humeda muy calurosa
Humeda muy calurosa
Azuay
Bolívar
Cañar
Carchi
Chimborazo
Cotopaxi
Imbabura
Loja
Pichincha
Santo Domingo de los Tsachilas
Tungurahua
Cuenca
Guaranda
Azogues
Tulcan
Riobamba
Latacunga
Ibarra
Loja
Quito
Santo Domingo
Ambato
Continental lluviosa
Continental templado
Continental templado
Fria
Fria
Fria
Continental templado
Continental lluviosa
Continental lluviosa
Humeda calurosa
Continental templado
Morona Santiago
Napo
Orellana
Pastaza
Sucumbios
Zamora Chinchipe
Macas
Tena
Francisco de Orellana
Puyo
Nueva Loja
Zamora
Humeda calurosa
Humeda calurosa
Humeda muy calurosa
Humeda calurosa
Humeda muy calurosa
Humeda calurosa
Galápagos
Puerto Baquerizo Moreno
Humeda calurosa
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
3. RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA EDIFICACIONES UBICADAS EN LAS
DISTINTAS MACRO-REGIONES DEL PAÍS
Las edificaciones a nivel mundial y especialmente
en los países de más altos ingresos por habitante,
son responsables de un 30% de los consumos
energéticos y de las emisiones de gases de efecto
invernadero relacionadas con la transformación de
la energía necesaria. En Ecuador, como en otros
países de bajos o medianos ingresos per cápita, los
consumos energéticos de la construcción (sobre
todo los relativos a la operación de los edificios),
son bastante menores hoy en día, pero esta
situación está cambiando muy rápidamente. La
razón del menor impacto en los consumos está
en la diferente concepción de habitabilidad y
confort que los habitantes de estos países tienen,
respecto a los habitantes de países con más poder
adquisitivo. Es frecuente encontrar en Ecuador
viviendas, oficinas y hasta espacios educacionales
o del sector hospitalario que no cumplen con
requerimientos mínimos de habitabilidad, ni hablar
de ser percibidos como espacios confortables, en
donde es placentero estar desde un punto de vista
perceptivo y fisiológico. Incluso se puede plantear
la hipótesis de existencia de unas enfermedades
relacionadas con la vivienda, especialmente en los
sectores más pobres y vulnerables de la sociedad.
INER
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Las herramientas normalmente utilizadas en el
desarrollo de normativas y guías sobre la eficiencia
energética de los edificios [48], [49], utilizan como
término de medición la demanda térmica de los
espacios. En el Ecuador puede parecer absurdo
medir la eficiencia de los edificios en esos términos,
pues se recomendarían estrategias para generar
un ahorro sobre una demanda de energía que es
en muchos casos puramente teórica, debido a
que usualmente no se acondicionan los espacios y
se deja simplemente al usuario la responsabilidad
de adaptarse con sus propios medios al entorno
construido. No hay que olvidar que, sin embargo,
en un sinnúmero de casos, la calidad de los
espacios es tan baja que excede los límites de
tolerancia (ni hablar de bienestar) asumibles
por los habitantes utilizando esas estrategias de
adaptación.
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En otras palabras, existe una relación directa entre la
demanda (ficticia en muchos casos) de energía térmica
y el bienestar adaptativo de los usuarios: si estos tuvieran
acceso a más recursos económicos, emplearían algún
sistema de acondicionamiento para obtener su confort.
Si las edificaciones no responden a estas futuras posibles
expectativas, los usuarios implementarán sistemas activos
(de alto consumo energético) para acondicionar edificios
mal diseñados en un principio, generando posiblemente
un derroche energético sin precedentes.
Si las edificaciones, se diseñan para responder a estas
expectativas siguiendo criterios reconocidos de carácter
adaptativo, los sistemas pasivos (es decir los mismos
edificios) serán capaces de adsorber las demandas
futuras de los usuarios, mejorando su condición de vida sin
generar consumo energético adicional. En esta guía, se
emplearán ambos conceptos de demanda energética
y confort, tomando en cuenta la relación muy estrecha
que tienen por lo anteriormente descrito. Las estrategias
pasivas que permitan reducir esa demanda (o mejorar el
confort y la habitabilidad), serán descritas por cada zona
climático-habitacional identificada utilizando el criterio
de grados hora expuesto anteriormente.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
En la toma de decisiones sobre las estrategias pasivas
recomendables en cada emplazamiento climático,
son muy útiles unos gráficos conocidos como ábacos
de Olgyay [50] y de Givoni [51]. El ábaco de Givoni,
especialmente, se construye a partir de los datos de
temperatura y humedad de un año meteorológico típico
(por lo menos de frecuencia horaria). La figura 2 muestra
en eje horizontal las temperaturas (°C) y en eje vertical la
humedad absoluta (gr agua en kg de aire). También se
encuentran evidenciadas 7 áreas del diagrama: el área
de confort (azul), el área de confort extendida utilizando
la estrategia de captación solar (marrón oscuro), la que
se alcanza con inercia térmica (marrón claro), la con
inercia y ventilación nocturna (marrón claro), la relativa
a la ventilación natural (verde), y las correspondientes a
los ciclos de evaporación directo (azul oscuro) e indirecto
(negro). Las líneas celestes representan el clima exterior
(en este caso, de Quito) y se construyen a partir de los
datos de temperatura y humedad relativa media diaria.
Se toma para cada mes el valor de temperatura media
más bajo y el de humedad relativa media más alto, luego
el de temperatura media más alto con el de humedad
relativa media más bajo. Llegar a generar condiciones
confortables en el interior de una edificación significa,
para Givoni, lograr que las rectas enteras caigan dentro
del rango de confort extendido utilizando la estrategia
oportuna. Hay que recordar además de la existencia de
estrategias de climatización pasiva como, la protección
de la radiación solar incidente y la conservación del calor,
que no es posible visualizar en el diagrama de Givoni.
Para un diseño adecuado de las estrategias pasivas, es
necesario complementar este ábaco con los diagramas
de asoleamiento y con datos de temperatura máxima
y mínima sobre base horaria, con el fin de identificar los
períodos en los que será más oportuno intervenir con
una u otra de las soluciones sugeridas por Givoni.
Figura 2. Rangos de temperaturas mensuales para Quito y estrategias pasivas aplicables
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Rango de confort y
Conceptos de confort adaptativo.
+ 3 Muy Caliente
+ 2 Caliente
+ 1 Poco Caliente
+ 0 Neutro
PMV
Calor
Frío
Cuando hablamos de confort, nos referimos a la
combinación de los parámetros ambientales, fisiológicos,
psicológicos y culturales que generan en el individuo
una sensación de bienestar. Es algo controvertido si la
neutralidad térmica (la ausencia de intercambio térmico
entre el cuerpo y el ambiente) corresponda a este
bienestar. Algunos estudios sugieren de hecho que el ser
humano necesita ser estimulado, y no mantenido en una
situación de neutralidad estática. En cualquier caso, la
presencia de factores de carácter psicológico y cultural
impide una definición unívoca de confortabilidad, a
pesar de los estudios realizados para explicar la compleja
fisiología del intercambio térmico del cuerpo por Fanger
[52]. Otros científicos propusieron definiciones de confort
de tipo adaptativo, relacionadas con las costumbres de
las poblaciones [53, 54]. Todo lo que podemos admitir, sin
faltar de generalidad, es la existencia de unos rangos de
valores para los parámetros en los que la mayor parte de
los usuarios con cierta característica de arropamiento y
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metabolismo se encontraría en condiciones aceptables.
Pero atención: los rangos son estacionales, o sea que
combinaciones de los parámetros iguales pueden ser
percibidas de forma muy diferente si estamos en invierno
o verano (o en temporada seca y húmeda para el caso
de climas tropicales). Por ejemplo, 18 °C son aceptables
en invierno, pero no en verano. De la misma forma, 26 °C
interiores en invierno harán percibir el ambiente como
caluroso. Existe de alguna manera una dependencia de
la temperatura exterior: cuando esta baja, el rango de
aceptación se desplaza hacia temperaturas menores y
viceversa.
En general, Givoni coloca la zona de confort en
su ábaco de la forma explicada en la figura 3 y 4. El
límite inferior se sitúa en 18-19 grados (depende de la
humedad relativa: un frío muy seco (debajo del 25%
de humedad relativa) – por otro lado, muy improbable
de encontrar – puede resultar más molesto que un frío
húmedo – siempre por debajo de 90% en todo caso).
Esto explica la pendiente ligera que tiene la recta de
la izquierda, según la cual 18 °C estarían en el rango al
90% de humedad, pero necesitaríamos 19 °C al 30%. El
límite superior se establece de manera parecida: si 24
°C (o incluso 26 °C) serían aceptables en un ambiente
suficientemente seco (pero no demasiado: entre 50% y
30%), en ambientes más húmedos solamente 22-23 °C lo
serían. Esto explica la pendiente en la línea de la derecha.
Es importante notar el hecho que en temporada fría el
90% de humedad puede ser aceptado, mientras que
en temporada de calor solamente estar debajo de un
70% nos coloca en condición de bienestar. De alguna
manera, el cuerpo humano está consciente de que
el frío casi siempre es húmedo, mientras que el calor
no. Por esto desarrollamos solamente una estrategia
de reacción automática hacia la pérdida de calor (la
vasorestricción), mientras que tenemos dos posibilidades
frente al calor (la vasodilatación y la sudoración). Esta
última, no será efectiva si el aire está ya saturado de
vapor, generando esa sensación de bochorno típica de
los climas cálido-húmedos.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Figura 3. Rango de confort con límites 18°C (90%HR), 19°C (30%HR) 24°C (20%HR) y 22°C (70%HR) para una actividad metabólica media.
Figura 4. Extensión de la zona de confort con estrategias pasivas.
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
DESCRIPCIÓN DE LAS ZONAS
ZONA 1
Zona 1: húmeda muy calurosa
En esta zona climático-habitacional, que
caracteriza las zonas costeras y la región
amazónica profunda del Ecuador, con cierta
diferencia en las oscilaciones de temperatura
día-noche (más pronunciadas en el oriente),
las estrategias principales según un análisis
del ábaco de Givoni serán la ventilación
natural y en algunos casos la inercia térmica
(con o sin ventilación nocturna). También
será muy importante minimizar las ganancias
de calor por radiación solar. Habrá en todo
caso algún momento del día en el que será
necesario utilizar un equipo artificial por lo que
se recomienda seleccionar el más eficiente
posible. Ciudades que se encuentran en esta
zona son: Babahoyo, Esmeraldas, Portoviejo,
Machala, Nueva Loja, Francisco de Orellana,
Santa Elena y Guayaquil.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
ZONA 2
Zona 2: húmeda calurosa
Esta zona climático-habitacional, similar a la
anterior, se caracteriza por una oscilación
térmica más elevada que reduce la necesidad
de refrigeración, especialmente durante
la noche. Por esta razón la estrategia más
útil podría ser la construcción de espacios
sombreados y de alta inercia, utilizando la
ventilación nocturna para evacuar el calor
residual acumulado. Ciudades de referencia
para este clima serán: Macas, Puyo, Santo
Domingo, Tena, Puerto Baquerizo Moreno y
Zamora.
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
ZONA 3
Zona 3: continental lluvioso
El análisis efectuado en función de los grados día
de calefacción y refrigeración indica que existe
una zona con necesidades tanto de calefacción
como de refrigeración, debido a las variaciones
de ciclo dia-noche. Esta zona es la que separa
las regiones más calurosas de los valles andinos
y se extiende por todo el país en el eje vertical.
La mayoría de las localidades incluidas en esta
zona reciben una cantidad muy alta de lluvia,
con la excepción de la región ubicada más al sur,
en donde se puede dar cierta aridez localizada.
En estas ubicaciones las estrategias pasivas a
utilizarse serán la inercia térmica (sin ventilación
nocturna), la ventilación natural diurna, la
protección solar. En algunos casos, la captación
solar puede ser utilizada en conjunto con la
inercia, para acumular el calor y almacenarlo
hasta la inversión del ciclo térmico. Ciudades en
esta zona: Loja, Cuenca y Quito.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
ZONA 4
Calefacción solar (CS)
Inercia térmica (IT)
Zona 4: continental templado
En los valles de la región andina, el clima es
templado con temperaturas medias de unos 20
grados centigrados todo el año. Las oscilaciones
térmicas no son elevadas y en general las
necesidades térmicas son de calefacción
durante las horas nocturnas. Por lo tanto, las
estrategias más recomendables son la inercia
térmica y la captación solar. Ciudades de
referencia son: Ambato, Guaranda, Azogues e
Ibarra.
Minimizar las pérdidas de calor
(MPC)
Equipos (E)
Ventilación natural (VN)
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CSP 1
CSP 2
CSP 3
CSP 4
IT 3
IT 4b
IT 6
MPC 1
MPC 2
MPC 3
MPC 4
MPC 5
MPC 6
MPC 7
MPC 8
MPC 9
E1
E2
E3
E4
E5
VN 1
VN 2
VN 3
VN 4
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Zona 5: fría
Las localidades emplazadas en zonas 5 y
6, con altitud de entre 3000 y 5000 metros
deben tratarse por separado, por lo tanto,
se define una zona fría, con necesidades de
calefacción nocturna y diurna. En esta zona
las estrategias más recomendables serán la
inercia, el aislamiento y la captación solar.
Ciudades ubicadas a esa altura son: Tulcán,
Latacunga y Riobamba.
ZONA 5 Y 6
Zona 6: muy fría
Las localidades por sobre los 5000 metros,
a su vez se separan en una zona muy fría,
en donde las estrategias necesarias serán
inercia, aislamiento, captación solar directa e
indirecta. En esta zona las edificaciones que
se pueden encontrar son refugios y casas
aisladas como: Refugio del Cotopaxi.
El análisis climático de las zonas del Ecuador, hace notar
como dos de las áreas identificadas por Givoni en su
diagrama no estén prácticamente presentes en el país.
Se trata de las dos zonas que corresponden a estrategias
para climas cálidos y secos: enfriamiento por evaporación
directo e indirecto. Las estrategias consideradas para cada
zona del Ecuador serán entonces agrupadas como se
describe a continuación, considerando Givoni y también
los conceptos de protección de pérdida o ganancia de
calor. También se incorporan estrategias para la instalación
de equipos. De esta forma, las macro estrategias serán:
ventilación natural, inercia térmica, captación solar,
minimización de ganancias de calor, minimización de
pérdidas de calor.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
DESCRIPCIÓN DE ESTRATEGIAS
VENTILACIÓN NATURAL
En los climas cálido-húmedos (o en los que tienen una
estación así), la principal estrategia pasiva a utilizarse es
la ventilación natural. Esta tiene un efecto muy directo
sobre el cuerpo humano, aumentando la capacidad de
sudoración que tenemos. Por lo tanto, incorpora unos 5
°C a la derecha del rango de confort, pero sobre todo
permite acceder a la zona de humedades entre el 70%
y el 90%, cosa que ningún otro sistema pasivo permitiría.
Sistemas de esta tipología son muchos y dependen de
la presencia de vientos exteriores y de su variabilidad
en intensidad y dirección. Si captamos aire en la parte
más alta del edificio, tendremos una torre de viento; si
lo captamos en la parte baja, tendremos ventilación
cruzada y ascendente. En ambos casos necesitamos
ofrecer al aire una salida en la parte alta del edificio. Si
utilizamos el efecto Venturi en un dispositivo adecuado,
tendremos una chimenea, y si utilizamos la energía
del sol, será una chimenea solar. Podemos también
aprovechar la inercia del terreno, y generar un sistema
de ventilación subterráneo. La ventilación puede ser
aprovechada también para enfriar los materiales:
tendremos en ese caso fachadas o cubiertas o suelos
ventilados (Figura 5).
Figura 5. zona del diagrama incorporada al confort con ventilación natural
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
VN-1.
Usar ventanas que maximicen el flujo de aire
En zonas climáticas calurosas y con alta humedad relativa es
recomendable diseñar edificaciones con ventanas grandes,
como se observa en la figura. Con esto se asegura un flujo
continuo de grandes masas de aire dentro de la edificación.
Lo cual crea un efecto de enfriamiento psicológico en los
ocupantes, debido a un aumento en la tasa de evaporación
del sudor.
Debido a las características del lugar es recomendable usar
mosquiteros o mallas sobre las ventanas para evitar que
insectos y animales propios de la zona entren en la edificación.
VN-2.
Permitir la ventilación cruzada
En zonas climáticas con una alta humedad relativa, y en
donde se tiene una velocidad de viento considerable se debe
maximizar el efecto de la ventilación cruzada. Para esto se
ubican las ventanas o ventoleras de suministro y extracción
de aire en fachadas opuestas de la vivienda, tratando que
la relación del área de suministro y extracción sea la misma.
Con esta estrategia se garantiza un flujo de aire constante
dentro de la vivienda. Además, es muy importante asegurar
que en esta dirección no exista ningún obstáculo que afecte
o disminuya la velocidad del viento, como se observa en la
figura.
VN-3.
Orientar la fachada de mayor longitud del edificio en la
dirección del viento predominante.
Para obtener una mayor eficiencia en la renovación de aire
interior de las edificaciones es recomendable diseñar edificios
que aprovechen la ventilación cruzada. Dichas edificaciones
se caracterizan por ser delgadas, y con una distribución de
planta abierta. Es decir que los espacios se encuentren
conectados por ductos de salto o con puertas tipo persiana
como se observa en la figura. Otro factor importante se
centra en la orientación de las fachadas, las cuales deben ser
perpendicularmente orientadas hacia las brisas predominantes
del viento.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
VN-4.
Orientar las ventanas en la dirección predominante del
viento
Para fachadas donde existen ventanas fijas se recomienda
orientar dicha fachada en la dirección perpendicular a la
dirección predominante del viento, como se observa en la figura.
Con lo cual se asegura el mayor suministro de aire dentro de la
edificación.
H
J
H
VN-5.
Utilizar muros operables (que se pueden abrir y cerrar)
Para garantizar un flujo de aire en todo el volumen de la vivienda
se recomienda instalar muros operables sobre las fachadas.
Dichos muros permiten la regulación manual del flujo de aire,
como se observa en la figura.
VN-7.
Maximizar la distancia vertical entre la entrada y la salida
de aire para producir ventilación por el efecto de succión
del aire (chimenea solar).
En lugares donde existe mucha vegetación es importante el
diseño de chimeneas solares. Este tipo de estrategias aprovechan
el efecto de la flotabilidad del viento para generar condiciones
de confort. Como se observa en la figura, estas estrategias deben
ser ubicadas sobre los techos de las viviendas, con lo cual se
asegura que el aire caliente sea extraído de la vivienda.
Para mejorar la eficiencia de la chimenea solar se utilizan áticos
muy bien ventilados con techos inclinados, que por un lado
ayudan a que el aire se dirija hacia la abertura de extracción y
por otro lado ayudan a desfogar el agua de lluvias. Este tipo de
estrategias también ayudan a ventilar el techo que está expuesto
a ganancias solares.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
INERCIA TÉRMICA
Un sistema útil en todos los climas templados, y también
en los climas áridos de alta oscilación térmica día-noche
es el de la inercia. La inercia expresa la capacidad de
los materiales de construcción para acumular calor
en su propia estructura, y es una combinación de las
propiedades de calor específico y densidad. Como se
observa en la Figura 6, la inercia permite extender el
rango de confort hacia la izquierda (unos 5 °C) y hacia la
derecha (unos 8 °C). Además, lo amplifica ligeramente
hacia arriba, permitiendo cierto aumento de la
humedad relativa. Los sistemas inerciales consideran la
utilización de materiales de alto calor específico como
adobes, piedras, agua y hormigones. En algunos casos,
requieren de sistemas móviles para ser más efectivos,
especialmente cuando se instalan en cubierta.
La inercia térmica puede ser combinada con la
refrigeración nocturna por ventilación (Figura 7), pero
atención: en muchos casos las temperaturas nocturnas
bajan lo suficiente como para no ser confortables. Esto
limita la utilización de este sistema a los edificios (o
los locales) en donde no haya ocupación en horario
nocturno. Cuando se implementa esta estrategia, se
puede extender el límite superior del rango de confort
térmica hasta en 2-3 °C.
Patricio Lobato Z.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Figura 6. Zona del diagrama incorporada al confort con inercia térmica
Figura 7. Zona del diagrama incorporada al confort con inercia térmica y ventilación nocturna
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
IT 1.
Utilizar materiales de alta densidad y calor
específico en elementos sombreados de la
edificación.
En zonas calurosas, puede ser importante mantener
elementos masivos sombreados, para que contribuyan
a la estabilidad térmica del interior. Elegir materiales de
alta efusividad térmica, para que tengan una respuesta
rápida al contacto, como metales, tierras y piedras.
IT 2.
Utilizar sistemas operables para ventilar durante
las horas nocturnas los interiores y los elementos
de inercia.
En situaciones de oscilación térmica día-noche (pero
sin que las temperaturas bajen por debajo de los 18-20
°C), puede ser oportuno ventilar durante el período más
fresco para evacuar el calor acumulado en el período
caluroso. La ventilación puede bien ser transversal, si
hay brisas disponibles, o vertical por efecto venturi o por
gradiente térmico.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
IT 3.
Utilizar materiales de alta densidad y calor específico en la envolvente, para que reciban el sol durante el día y lo devuelvan durante la noche.
Con el fin de evitar perder el calor aprovechado del sol y
de las ganancias internas en la edificación, es necesaria
una adecuada selección de los materiales a ser usados
en la construcción. En climas fríos como los de la región
Sierra de Ecuador, es importante almacenar todo el
calor recibido y generado durante el día para ser usado
por la noche. Materiales como el adobe, ladrillo que
tienen elevada masa térmica son adecuados para
este fin. Este tipo de materiales tienen la capacidad
Pág. 30
de almacenar en su interior el calor ganado por el
sol durante el día y entregarlo hacia el interior de la
vivienda durante la noche. El periodo de tiempo que
el material realiza el proceso de carga y descarga de
calor está relacionado directamente con el espesor del
mismo. Una pared de masa térmica muy gruesa podría
no llegar a calentarse lo suficiente como para brindar
su calor durante la noche. Por el contrario, una pared
muy delgada podría llegar a calentarse tan rápido que
el interior de la vivienda también se calentará en el día
y ayudan a que el aire se dirija hacia la abertura de
extracción y por otro lado ayudan a desfogar el agua
de lluvias. Este tipo de estrategias también ayudan a
ventilar el techo que está expuesto a ganancias solares.
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
IT 4.
Utilizar cubiertas de agua o con otro
material de elevada inercia y sistemas
móviles de protección
Los materiales de elevado calor específico,
como el agua y en menor nivel las piedras, las
tierras y los hormigones, pueden ser utilizados
como elementos inerciales en cubierta. También
pueden concebirse sistemas tecnológicos más
complejos, que utilicen materiales con cambio
de fase para retrasar los efectos térmicos.
Agua
Los sistemas de este tipo tienen dos mecanismos
diferentes de funcionamiento: uno para
temporadas cálidas y otro para temporadas
frías. En el caso de Ecuador, se sugiere el
primero para zonas 3 y el segundo para zonas
4-5.
En el primer caso, un elemento móvil de
protección (aislante y reflectante) se cierra
durante el día y se abre durante la noche.
De esta manera durante el día el elemento
absorbe el calor interno del local, mientras que
en la noche lo dispersa de forma radiante hacia
el entorno (especialmente hacia el cielo).
En el segundo caso, un elemento móvil de
protección (aislante y bajo emisivo) se abre
durante el día para permitir al sol calentar la
cubierta, luego se cierra durante la noche,
evitando dispersiones y calentando el ambiente
interior.
Caso a)
Protege del sol y acumula calor interno durante el día.
En la noche emite el calor acumulado hacia el cielo.
Agua
Caso b)
Acumula sol en el día y evita perdidas en la noche .
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
IT 5.
Utilizar la inercia del terreno con construcciones
bien asentadas, adosadas a las pendientes o
enterradas
El terreno tiene normalmente la temperatura media del
mes o incluso del año, esto significa que es mucho más
estable que la temperatura del aire exterior. Por esta
razón, en lugares fríos, se recomienda el adosamiento en
pendiente con enterramiento parcial. Si la orientación
deja además acceso al sol de mañana, mejor.
Construcción enterrada
IT 6.
Utilizar sistemas de ventilación subterráneos
para precalentar o refrigerar el aire interior
Otra posibilidad de utilizar la inercia del terreno es la
de precalentar o pre-enfriar el aire de ventilación con
un sistema de conductos subterraneos. Este sistema,
conocido como como “tubo canadiense” o “tubo
provenzal”, es muy interesante en climas templados,
cuando la cantidad de grados que es necesario
adicionar o quitar al aire exterior no es muy elevada y
puede conseguirse con el intercambio geotérmico.
Pág. 32
Sistema de ventilación subterráneo
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MINIMIZAR LAS GANANCIAS O PÉRDIDAS
DE CALOR
Las edificaciones pierden calor sensible hacia el
ambiente (o ganan calor sensible desde el) de tres
formas: conducción, convección y radiación. El calor se
transfiere por conducción principalmente a través de los
elementos opacos de la envolvente de la edificación
(techos, muros y pisos). La convección generalmente
está relacionada con las ganancias o pérdidas de
calor a través de las infiltraciones de aire del exterior,
lo cual depende del viento en una localidad o de las
diferencias de presiones que generan el movimiento
del aire. La transferencia de calor por radiación se da
principalmente a través de las ventanas y techos de las
edificaciones, debido a la incidencia de la radiación
solar. Comprender estos procesos fundamentales
de transferencia de calor es esencial para diseñar y
construir edificaciones energéticamente eficientes y
confortables.
Desde la perspectiva del flujo de energía (calor), la
envolvente de una edificación es una composición
de varias capas con diferentes propiedades térmicas,
superficiales y de permeabilidad. Por esta razón, resulta
importante conocer las condiciones climáticas del
lugar de emplazamiento de una edificación, para
determinar la combinación adecuada de materiales
de construcción y las estrategias que permitan alcanzar
condiciones adecuadas de confort térmico en un
ambiente interior con la menor demanda de energía.
La envolvente debería filtrar, absorber o repeler
los elementos ambientales (temperatura del aire,
radiación, aire en movimiento, y humedad) de acuerdo
a los efectos beneficiosos o adversos que estos pueden
ofrecer al confort térmico humano.
En base a lo anteriormente expuesto y teniendo en
consideración las diferentes zonas climáticas del
Ecuador, la tipología de una edificación se debe
adaptar al ambiente que la rodea. De esta forma, si
las condiciones climáticas en el exterior son cálidas y
húmedas, los materiales que forman la envolvente y el
diseño de la edificación deberían reducir las ganancias
de calor desde el exterior hacia el ambiente interior. Por
otro lado, si las condiciones climáticas en el exterior son
frías, los materiales y el diseño de la edificación deberían
reducir las pérdidas de calor desde el ambiente interior
hacia el exterior. Teniendo esto en consideración,
las principales opciones en cuanto al diseño de la
envolvente de una edificación se pueden clasificar
de forma general en: hermética compacta y abierta
ventilada.
En climas fríos y templados, generalmente la envolvente
de una edificación debe ser hermética, compacta y
bien aislada, con el fin de retener las ganancias internas
de calor de una edificación. Para ello, es importante
que se limite lo mayor posible el contacto con el aire
frío del exterior, sellando adecuadamente las fisuras
o aberturas que puede haber en la envolvente y/o
protegiendo las superficies más expuestas al viento
mediante vegetación, cerramientos, o estructuras
exteriores (estacionamientos, bodegas, etc.). De esta
manera, se pretende evitar las pérdidas de calor
debido a las infiltraciones de aire del exterior. Por otro
lado, para minimizar la transferencia de calor desde el
ambiente interior hacia el exterior, es importante que
una edificación sea compacta, bien aislada y que se
eviten los puentes térmicos. De esta forma, se minimiza la
transferencia de calor a través de la envolvente gracias
al uso de materiales con baja transmitancia térmica y a
una menor área de transferencia de calor.
En climas cálidos y húmedos, generalmente una
edificación debe ser abierta y ventilada con el fin
de facilitar el movimiento del aire para conseguir su
enfriamiento (ver estrategia de ventilación natural).
Además, en este tipo de climas es importante controlar
la entrada de radiación solar y, por tanto, de calor,
principalmente a través de ventanas. Para esto, es
importante tener muy en cuenta la trayectoria solar y
Pág. 33
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
por ende la orientación de las superficies translúcidas,
de forma que se reduzcan las ganancias de calor
solar durante el día. Además, se pueden instalar
protecciones solares en las ventanas (voladizos, toldos
o parasoles operables) o incluso ventanas de alto
rendimiento que permitan el ingreso de iluminación
natural pero que reduzcan al mínimo las ganancias de
calor. Adicionalmente y considerando que la cubierta
puede ser uno de los elementos a través del cual se
transfiere la mayor cantidad de calor hacia el interior
de una edificación, en climas cálidos húmedos es
importante el uso materiales para cubiertas con una
alta emisividad y de colores claros para minimizar las
ganancias de calor por conducción.
A continuación se presenta información más detallada
sobre las estrategias orientadas a minimizar las
ganancias o pérdidas de calor:
MINIMIZAR LAS GANANCIAS DE CALOR
MGC-1.
Evitar instalar ventanas en la fachada oeste
de la edificación y además generar sombras
utilizando la vegetación propia del lugar.
El uso de estrategias pasivas para evitar que la
temperatura operativa de la edificación aumente
debido a ganancias solares a través de las ventanas
es muy importante en climas cálidos húmedos. Para
lo cual se hace muy importante no ubicar ventanas
sobre las fachadas este y oeste debido a que se tiene
una incidencia directa de los rayos del sol durante
todo el día. Más bien, se recomienda proteger estas
fachadas para evitar el sobrecalentamiento tanto en
la mañana como en la tarde. Como se observa en la
figura generalmente se usa vegetación propia de la
zona para proteger dichas fachadas.
Pág. 34
NO
OESTE
SI
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MGC-2.
Instalar protecciones solares en ventanas (voladizos,
toldos o parasoles operables).
Usar aleros o voladizos sobre las ventanas permiten una
protección contra la radiación solar, lo cual se ve reflejado
en la disminución de las temperaturas del aire interior. Otras
estrategias de protección solar como se muestra en la figura,
son las utilizadas sobre porches. Este tipo de estrategias se
construyen con el fin de brindar sombra al porche de la
vivienda y al mismo tiempo crear un espacio ventilado que
tiene la característica de estar a una menor temperatura
que la exterior.
MGC-3.
Instalar ventanas de alto rendimiento.
Este tipo de ventanas son muy utilizadas en climas cálidoshúmedos debido a que permiten el ingreso de iluminación
natural y al mismo tiempo protegen a la edificación de un
sobrecalentamiento debido a ganancias solares. Esto se
logra al crear una cámara de aire entre el vidrio exterior y
el interior, con la cual se crea un efecto aislante, como se
observa en la figura.
MGC-4.
Usar materiales de construcción de colores claros o
materiales aislantes reflectantes especialmente en el
techo.
Mediante simulaciones energéticas de edificaciones se
ha identificado que la cubierta es uno de los elementos de
la envolvente más críticos en climas cálido-húmedos, ya
que puede ser uno de los elementos a través del cual se
transfiere la mayor cantidad de calor hacia el interior de una
edificación. Por esta razón, en la cubierta de las edificaciones
se recomienda utilizar materiales con un alto índice de
reflectancia solar (Solar Reflectance Index - SRI), para lograr
una máxima emisividad que reduzca al mínimo la cantidad
de calor absorbido. Usar materiales de cubierta con una alta
emisividad y de colores claros ayuda a minimizar las ganancias
de calor por conducción a través de la cubierta.
Pág. 35
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MGC-5.
Instalar una barrera radiante que ayude a reducir
las ganancias de calor por radiación a través del
techo.
Para reducir las ganancias de calor a través de la
cubierta de las edificaciones en climas cálido-húmedos,
se recomienda instalar una barrera radiante que ayude
a reducir las ganancias de calor por radiación. Una
barrera radiante puede ser simplemente una capa de
papel brillante, con una emitancia de 0.05 o menor,
como se observa en la Figura.
MGC-6.
Utilizar cubiertas y fachadas vegetales como
protección solar.
Las cubiertas vegetales son cubiertas convencionales
con la adición de un sustrato y de plantas. El sustrato
y la vegetación actúan como aislamiento y como
protección del impermeabilizante. Además, la
vegetación ofrece una gran protección contra la
radiación solar al no permitir que se caliente la cubierta.
En la medida en que se protege el punto más vulnerable
de una edificación, que es la cubierta, se minimizan
los flujos energéticos entre ambiente exterior e interior.
Con el uso de cubiertas y fachadas vegetales también
se incrementa el aislamiento térmico, ya que tanto el
sustrato como la vegetación retienen aire en su interior,
lo que les proporciona propiedades aislantes.
Por otro lado, las plantas de las cubiertas vegetales
retienen parte del agua de lluvia que llega a la cubierta.,
lo cual mejora el desagüe pluvial de una edificación.
Además, en condiciones de calor, la evaporación
del agua retenida puede producir grandes efectos
refrigerantes dentro de la edificación e incluso dentro
de las ciudades. Grandes superficies verdes dentro de
los densos centros urbanos pueden incluso reducir el
efecto de isla de calor.
Pág. 36
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MINIMIZAR LAS PÉRDIDAS DE CALOR
MPC-1.
Mantener un espacio interior hermético,
bien aislado para retener las ganancias de
calor de las luces, las personas y de los
equipos eléctricos.
En climas fríos y muy fríos las ganancias térmicas
internas así como el calor que se puede
aprovechar del sol son importantes para subir
la temperatura interior de una vivienda. Dichas
ganancias térmicas se generan por elementos
que producen calor dentro de la vivienda como
puede ser la iluminación, equipos, accesorios y
electrodomésticos y en gran medida los ocupantes
de la vivienda. Con el fin de evitar perder el calor
aprovechado del sol y de las ganancias internas
en la edificación, es importante mantener la
vivienda aislada y compacta.
MPC-2.
Diseñar edificios compactos con formas
cuadradas y varios pisos para minimizar la
pérdida de calor por la envolvente (Minimizar
el factor de forma)
El factor de forma es la relación entre el
volumen total de la edificación y la superficie
de la envolvente. Para climas fríos y muy fríos, es
recomendable diseñar la edificación tomando
en cuenta un factor de forma lo más bajo
posible. Esto significa que la edificación es más
compacta y que se perderá menos calor por las
superficies expuestas al ambiente. Esto se puede
lograr distribuyendo el espacio necesario para la
edificación en varios pisos.
Lámparas
Ganancias solares directas
a travez de las ventanas
Calor latente
de plantas
Accesorios
MALO
Volumen total = 13.824
Superficie de la envolvente = 4.992
Factor de forma = 0.36
BUENO
Volumen total = 13.824
Superficie de la envolvente = 2.688
Factor de forma = 0.19
MEJOR
Volumen total = 13.824
Superficie de la envolvente = 1.920
Factor de forma = 0.14
Pág. 37
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MPC-3.
En caso de usar chimeneas, recubrirlas
con elementos constructivos de elevada
masa térmica para almacenar el calor.
En climas muy fríos (6B), el uso de chimeneas de
biomasa puede ser necesario para aumentar
la temperatura de la vivienda. Se puede sacar
mayor provecho de este tipo de elementos
al recubrirlos de materiales constructivos de
elevada masa térmica para que almacenen
el calor de la chimenea y lo proporcionen al
ambiente cuando se apaga la misma.
MPC-4.
Proteger las superficies más expuestas al
viento mediante vegetación, cerramientos,
o estructuras exteriores.
Al colocar elementos como cerramientos,
árboles u otros elementos que eviten la
incidencia directa del viento, se logra proteger
a la vivienda de la exposición directa de vientos
que pueden bajar la temperatura en su interior.
Dichos elementos no deben generar sombras
sobre las superficies acristaladas para lo cual
se toma en cuenta que la distancia entre la
vivienda y el elemento de protección debe ser
dos veces la altura del mismo.
Pág. 38
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MPC-5.
Realizar una distribución de planta de
tal manera que las zonas no ocupadas
como garajes y bodegas estén expuestas
a los vientos predominantes
En climas fríos y muy fríos es necesario proteger
las viviendas del viento para evitar pérdidas
considerables de calor. Por esta razón, es
recomendable que las zonas no habitables
como bodegas, estacionamientos o baños
estén expuestas a los vientos predominantes.
De esta manera, se puede evitar que las
zonas habitadas pierdan calor .
MPC-6.
Sellar cuidadosamente una edificación
para minimizar las infiltraciones de aire
y eliminar corrientes de aire indeseadas.
Las infiltraciones se producen por el aire que
se transporta a través de fisuras o aberturas
de la envolvente (muros, puertas, ventanas,
techumbres) de manera no intencional
debido a diferencias de presión de aire entre
el interior y exterior de las viviendas, que a su
vez dependen del viento, efecto chimenea y
sistema de ventilación.
Instalar burletes alrededor
de los marcos de puertas
Instalar burletes en la parte superior
e inferior de los marcos de ventanas
Las pérdidas de calor por infiltraciones
indeseadas de aire frío del exterior puede ser
perjudicial en climas fríos. Por esta razón, las
infiltraciones deben ser reducidas a través de
mejores diseños de la envolvente, procesos
constructivos
adecuados,
y
utilizando
materiales y elementos que aporten al sellado
de la edificación.
Pág. 39
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MPC-7.
Instalar persianas aislantes, cortinas pesadas, o protectores de ventanas operables
para reducir las pérdidas de calor durante
las noches.
Adicional a los vidrios, existen elementos en las ventanas que se pueden incluir para mejorar su rendimiento.
Estos elementos pueden ser cortinas de piso a techo,
enrollables o cualquier tipo de cortina que permita el
ingreso de luz y calor, o en su defecto evitar pérdidas
de calor cuando sea requerido ya que funcionan como
una barrera térmica entre el ambiente interior y la ventana.
MPC-8.
Utilizar materiales aislantes en la envolvente de la edificación para mantener la temperatura interior más uniforme, especialmente en la cubierta.
Con el fin de evitar perder el calor aprovechado del sol
y de las ganancias internas en la edificación, es necesaria una adecuada selección de los materiales a ser
usados en la construcción. Existen soluciones constructivas poco comunes en el país que pueden llegar a
tener un impacto positivo tanto en las condiciones de
habitabilidad como en el consumo de energía de ser
el caso. Dichas soluciones tienen que ver con el uso
de aislamiento térmico en la envolvente, así como una
tecnología más reciente como materiales de cambio
de fase para almacenar calor. En las condiciones de
la sierra Ecuatoriana, es recomendable usar este tipo
de materiales principalmente en las cubiertas de las
viviendas ya que es el elemento de la envolvente que
mayores ganancias y pérdidas térmicas genera en la
vivienda. De igual manera, el rendimiento de estos
materiales dependerá directamente del espesor del
mismo.
Pág. 40
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MPC-9.
Uso de cubiertas inclinadas, con áticos
ventilados sobre un entrepiso correctamente
aislado funciona bien en climas fríos (ayuda
al drenaje de lluvia).
Al diseñar una vivienda con un ático ventilado,
éste funciona como un aislante natural que evita
la pérdida de calor de la vivienda por la cubierta.
Esta estrategia debe estar acompañada de
aislamiento térmico en el techo falso para evitar
transferencia de calor directa entre el aire del
ático y el ambiente interior.
Aislamiento
del techo
Flujo de aire
de cresta
Viga
Flujo continuo
por falso techo
Ventolera
Aislamiento
Espacio debajo
de techo
MPC-10.
Evitar puentes térmicos de los sistemas
estructurales de las viviendas mediante
aislamiento.
Transferencia de calor conductivo acurre
a travez de todos los elementos de la
envolvente del edificio
En referencia a los sistemas constructivos y de
materialidad de las edificaciones en climas fríos, los
puentes térmicos son poco tomados en cuenta a
la hora de diseñar y construir. Los puentes térmicos
pueden llegar a ser un problema potencial de
pérdida de calor en una vivienda por lo que es
indispensable aislarlos correctamente.
Aislamiento
del techo
Flujo de aire
de cresta
Flujo continuo
por falso techo
Pág. 41
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
MPC-11.
Utilizar entradas tipo vestíbulo (cámara de
aire) para minimizar las infiltraciones de aire
y eliminar corrientes de aire indeseadas en
sitios fríos y ventosos.
Con el objetivo de reducir las infiltraciones y las
corrientes de aire indeseadas en climas fríos y muy
fríos, se recomienda diseñar las viviendas de forma
que los ingresos sean tipo vestíbulo. De esta forma,
se crea una cámara de aire en los ingresos a la
vivienda de forma que se reduzcan en gran medida
las infiltraciones de aire que generan pérdidas
considerables de calor.
Pág. 42
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
CALEFACCIÓN SOLAR PASIVA
se pueden corregir con cierta facilidad con sistemas
de humidificación (colocando agua en un recipiente
En climas fríos, como son los climas continentales, algunos y dejándola evaporar). Ténganse mucho cuidado con
de los mediterráneos y de los costeros y todos los climas de la captación directa: puede hasta sobrecalentar los
montaña, la principal estrategia pasiva es la captación ambientes y sobre todo supone una gran superficie
de la energía solar, combinada con el buen aislamiento transparente que en la noche se convertirá en un emisor
térmico de la construcción. Como se puede apreciar de calor hacia afuera será necesario prever un sistema
en la Figura 8, la captación solar permite extender el móvil de protección para los horarios de ausencia de la
límite inferior del rango de confort térmico desde los radiación (ver estrategias para minimizar las pérdidas de
18 °C hasta los 10 °C o incluso menos, por efecto de la calor).
temperatura radiante del sol sobre el cuerpo humano y
también por el aumento de la temperatura en el interior
de una edificación debido a la radiación incidente en
las superficies.
Existen varias formas de captar el sol, o mejor dicho de
utilizar o almacenar esa energía. Un sistema de captación
directa será una sencilla superficie acristalada, que
dejará que la radiación caliente el interior. Este tipo
de sistema tiene un efecto muy rápido, pero cesa en
ausencia de la fuente energética radiante. Un sistema
de tipo semi-directo puede ser un invernadero adosado,
o incluso un muro Trombe, que utilizan un vidrio como
superficie selectiva y una combinación de movimiento
de aire y acumulación en paredes o suelos para tener un
efecto inmediato, pero también guardar energía para
cuando la fuente primaria no esté presente (de noche).
Un sistema indirecto puede ser un muro invernadero, o
un sistema de captación asociado a inercia en suelos o
cubiertas, que no tiene efecto inmediato, pero conserva
energía durante unas 6-8 horas desde la captación. Para
implementar cualquiera de los sistemas mencionados
es esencial tener en consideración la trayectoria del
sol a lo largo de todo el año, con el fin de optimizar el
funcionamiento del sistema de captación solar.
Considerando que este es un sistema de calefacción
pasiva, el aire se deshumidifica, por lo que se vuelven
aceptables hasta los límites del 100% de humedad
relativa. En cuanto a las humedades muy bajas, estas
Pág. 43
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Figura 8: zona del diagrama incorporada al confort con calefacción solar
CSP-1.
Usar ventanas sin elementos que generen
sombras para maximizar las ganancias de calor
solar.
En zonas climáticas de clima templado y frío las
ganancias solares son beneficiosas ya que existe
poco riesgo de sobrecalentamiento. En este sentido
y de acuerdo a la trayectoria solar que se presenta
en Ecuador, las superficies acristaladas no deben
tener elementos que generen sombras y deben ser
orientadas principalmente en sentido este-oeste para
aprovechar el sol de la mañana y de la tarde.
Pág. 44
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
CSP-2.
No obstaculizar con vegetación u otros objetos las
ventanas por donde se genera ganancia de calor
solar.
Como se menciona en la estrategia CSP-2, en climas fríos
cualquier ganancia solar es beneficiosa ya que en este
tipo de climas hay pocas posibilidades de que se produzca
sobrecalentamiento en el interior de las viviendas. Por esta
razón, es importante que las ventanas por donde ingresa la
luz y el calor del sol no sean obstaculizadas con vegetación
u otros objetos que puedan generar sombras.
CSP-3.
Usar acristalamiento que admita el ingreso de luz
y calor solar pero que evite la pérdida de calor del
interior de la vivienda (minimizar el factor U de
acristalamiento).
Otro elemento que tiene gran impacto en el rendimiento
térmico de las viviendas es la materialidad de las ventanas.
En la actualidad en Ecuador, es común encontrar vidrios
simples de 3 o 6 mm de espesor. Sin embargo en climas fríos
donde las ganancias solares son importantes para mejorar
las condiciones interiores, son necesarios vidrios de mayores
prestaciones. En este sentido, vidrios selectivos que permitan
el ingreso de luz así como de calor durante el día y que a su
vez eviten pérdidas de calor durante la noche son favorables.
VIDRIO CLARO
SIMPLE
VIDRIO CLARO
DOBLE
VIDRIO LAMINA LOW E
DOBLE
36%
64%
48%
52%
58%
42%
34%
66%
43%
57%
37%
63%
11%
89%
49%
51%
60%
40%
CSP-4.
Orientar la fachada de mayor longitud hacia el este
para maximizar la cantidad de ventanas expuestas al
sol durante la mañana y el atardecer.
Debido a la posición del Ecuador en el globo terráqueo, el
sol sigue una trayectoria de este a oeste durante todo el año.
Por este motivo, las fachadas ubicadas en dirección este
oeste son las que mayor incidencia solar reciben. Para climas
fríos y muy fríos donde las ganancias solares son beneficiosas,
dichas fachadas deben ser acristaladas para aumentar la
ganancia de calor por el sol. Además, estas fachadas no se
deben cubrir o generar sombreamiento.
Pág. 45
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
EQUIPOS
A pesar de que las reglas de la sostenibilidad indican que
el acondicionamiento en el interior de una edificación
debería ser casi totalmente pasivo, habrá situaciones
climáticas o períodos del año en los que será necesario
utilizar algún sistema activo, ya sea para iluminar, calentar
agua, y/o calentar o enfriar los espacios. Teniendo esto
en consideración, es importante que los sistemas que
se utilicen tengan una alta eficiencia energética, es
decir, que cumplan su función con el menor consumo
de energía.
Con este fin, en las dos últimas décadas los fabricantes
principalmente de electrodomésticos y equipos
eléctricos han desarrollado importantes avances
para producir nuevos productos con mayor eficiencia
energética que generen ahorros de energía y por ende
ahorros económicos. Además, en varios países se han
desarrollado programas de “etiquetado de eficiencia
energética”, los cuales están diseñados para ayudar
a los consumidores a reducir los costos energéticos
mediante el uso de productos de alta eficiencia.
En el Ecuador los principales consumidores de energía
en el hogar son: sistemas de calentamiento de
agua sanitaria, electrodomésticos (refrigeradoras,
microondas, secadora de ropa, etc.), y sistemas de
iluminación. Además, en algunas zonas climáticas
puede ser necesario el uso de sistemas mecánicos de
climatización para mantener condiciones adecuadas
de confort térmico en un ambiente interior. Teniendo
esto en consideración, se presentan las siguientes
recomendaciones:
Para cumplir con esto se utilizan colectores solares planos
o tubos al vacío, los cuales funcionan bajo el efecto
termosifón, lo cual hace que el consumo de energía
debido a equipos auxiliares sea nulo. Estos sistemas
se ubican sobre el techo de las edificaciones para así
aprovechar la mayor radiación posible.
E-2.
Usar refrigeradoras y en general electrodomésticos
energéticamente eficientes (Por lo menos Energy
Star).
La refrigeradora puede ser el electrodoméstico que
más electricidad consume en el hogar. Por esta razón,
es fundamental tener en consideración la eficiencia
energética de este tipo de electrodomésticos a la hora
de comprarlos, ya que esta eficiencia se verá traducida
en importantes ahorros energéticos y por lo tanto
económicos.
E-3.
Usar sistemas de iluminación energéticamente
eficientes.
Para conseguir una buena iluminación hay que analizar
las necesidades de luz en cada una de las partes de
la vivienda y estudiar el tipo de bombillas que hay
actualmente, para comprar las más apropiadas. Al
igual que los electrodomésticos, es fundamental tener
en consideración la eficiencia energética a la hora de
comprar focos o sistemas de iluminación, ya que esta
eficiencia se influirá en importantes ahorros energéticos
y por lo tanto económicos.
E-1.
Instalar sistemas de calentamiento de agua a
partir de energía solar.
En lugares donde se tienen un recurso solar alto y con
pocos días con nubosidad se recomienda instalar
sistemas de calentamiento de agua con energía solar.
Pág. 46
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
E-4.
Usar hornos/calderas energéticamente eficientes
(Mínimo Energy Star).
En zonas climáticas frías (5C y 6B), las temperaturas pueden
ser tan bajas que el uso de sistemas de calefacción
resulta imprescindible para mantener condiciones
adecuadas de confort térmico en un ambiente interior.
Cuando se emplean este tipo de sistemas, resulta de gran
importancia que los mismos tengan una alta eficiencia
energética, de forma que se mantengan condiciones
de confort con el menor consumo de energía. Para ello,
es importante que al momento de seleccionar el sistema
de calefacción requerido, se deberá primero reducir
mediante estrategias pasivas las cargas de calefacción
a partir de las cuáles se dimensiona este tipo de sistemas.
También es importante que la decisión de compra de
este tipo de sistemas, sea basada no en el precio inicial
de inversión del sistema, sino en la eficiencia del equipo.
De esta forma, si se analiza el desempeño del sistema
de calefacción a largo plazo, los ahorros económicos
relacionados al bajo consumo energético, hacen que el
período de retorno de la inversión resulte rentable y más
conveniente que adquirir equipos más baratos pero con
menor eficiencia.
Aire calentado a la casa
Aire exterior para
la combustión
Quemadores
Gas
Caldera debe ser tan eficiente
como para que los gases
de escape sean lo suficientemente
fríos para ser expulsados por una
Ventilador
tubería de plástico
de gases de
(no necesita chimenea)
escape
Aire de
retorno
desde la casa
Intercambiador de
calor de flujo cruzado
Calderas eficientes
usan intercambiadores
de calor de flujo cruzado
Drenaje del
condensado
Figura 9. Sistema de calefacción de alta eficiencia energética.
Pág. 47
Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
E-5.
Reducir el uso de iluminación artificial durante el
día, instalando pequeños lucernarios debidamente aislados (menos del 5% de la superficie del techo).
Pequeñas claraboyas bien aisladas (menos del 3% de la
superficie del techo para lugares soleados, 5% en lugares
nublados) reducen la iluminación artificial requerida
durante el día, con el beneficio extra de recibir ganancia
solar como se presenta en la figura.
E-6.
Instalar ventiladores de techo en habitaciones de
larga permanencia.
A pesar de que no es una estrategia pasiva, se recomienda
el uso de ventiladores de techo principalmente en
habitaciones de larga permanencia en climas cálidohúmedos, como se muestra en la figura. El uso de este
tipo de ventiladores puede producir una sensación
térmica que permita ampliar los rangos de temperatura
operativa aceptables hasta en 3 °C o más, reduciéndose
así el uso de aire acondicionado.
Pág. 48
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
E-7.
Usar sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia energética.
En climas cálido-húmedos, la temperatura y la humedad
pueden ser tan elevadas que el uso de sistemas
mecánicos de climatización resulta imprescindible para
mantener condiciones adecuadas de confort térmico
en un ambiente interior. Cuando se emplean este tipo
de sistemas, resulta de gran importancia que los mismos
tengan una alta eficiencia energética, de forma que
se mantengan condiciones de confort con el menor
Pág. 49
consumo de energía. Para ello, es importante que al
momento de seleccionar el sistema de climatización
requerido, primero que nada se reduzcan mediante
estrategias pasivas las cargas térmicas a partir de las
cuáles se dimensiona este tipo de sistemas.
También es importante que la decisión de compra de
este tipo de sistemas, sea basada no en el precio inicial
de inversión del sistema, sino en la eficiencia del equipo.
De esta forma, si se analiza el desempeño del sistema
de climatización a largo plazo, los ahorros económicos
relacionados al bajo consumo energético, hacen que el
período de retorno de la inversión resulte rentable.
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
4. CONCLUSIONES
Javier Ignacio Acuña Ditzel
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Un eje fundamental de la investigación en eficiencia
energética es el de edificaciones. Esto queda registrado a
nivel internacional por la demanda energética relacionada
con la construcción y las emisiones de gases de efecto
invernadero con la producción y distribución de la energía
final necesaria a cubrir esa demanda. En países como el
Ecuador, una parte importante de la población vive en
condiciones de habitabilidad inadecuadas, sin generar
gastos energéticos, pero con una calidad de vida inferior
a lo aceptable. Enfermedades asociadas a la baja
calidad de la vivienda están bajo investigación, en todo
caso es un objetivo relevante para el país ofrecer a todos
sus ciudadanos unas condiciones confortables en sus
residencias. Este documento realizado por el INER, es un
primer paso hacia una definición climático-habitacional
del Ecuador, y a partir de allí presenta recomendaciones
generales y consejos que deberan llevar a una mejora
sustancial de la calidad ambiental de las viviendas en todo
el país. Los datos relativos a la construcción y al monitoreo de
los prototipos realizados por el INER, confirman hasta la fecha
estas hipótesis. Sin embargo, queda un camino muy largo
para recorrer. La eficiencia energética de la vivienda, aquí
enfrentada como disciplina aislada, debe ser en realidad
insertada en conceptos más generales de eficiencia
metabólica de las ciudades. Este reto, aprovechando la
presencia en octubre 2016 de la conferencia Habitat en el
Ecuador, podrá significar el inicio de una investigación de
vanguardia a nivel continental para el país.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
ANEXOS
ANEXO A: Climogramas de las capitales de provincia
Ambato
Azogues
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Babahoyo
Cuenca
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Esmeraldas
Guaranda
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Guayaquil
Ibarra
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Latacunga
Loja
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Macas
Machala
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Nueva Loja
Portoviejo
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Franscisco de Orellana
Puyo
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Quito
Riobamba
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Santa Elena
Santo Domingo
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Tena
Tulcán
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Zamora
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
ANEXO B: CASOS DE ESTUDIO
En busca de comprender el comportamiento térmico de las edificaciones destinadas a vivienda en nuestro país,
así como mejorar las condiciones de habitabilidad. El INER tiene el objetivo de desarrollar prototipos de vivienda
que sirvan como laboratorios para monitoreo de variables atmosféricas, térmicas y de confort. Hasta el momento,
se han diseñado dos prototipos considerando condiciones térmicas de dos diferentes zonas climáticas del Ecuador:
(a) La vivienda prototipo diseñada y construida para la zona climática continental templada y (b) la vivienda
prototipo diseñada y aún por construir en la zona climática húmeda calurosa. En ambos casos, se ha tomado
como modelo base para el desarrollo del prototipo, el diseño de la vivienda social genérica desarrollada por el
Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda (MIDUVI). En un futuro se prevé diseñar más prototipos de vivienda social
para las zonas climáticas restantes en el país con el objetivo de fijar un antecedente para mejorar la calidad de
habitabilidad de las edificaciones.
a. CASO DE ESTUDIO ZONA CONTINENTAL TEMPLADA
Para el prototipo que ha sido diseñado y construido en la zona climática continental templada, se ha seleccionado
la localidad de Urcuquí en la provincia de Imbabura, dentro del campus de Yachay Tech (Figura A-1). El modelo de
vivienda desarrollado tiene un área de aproximadamente 45 m2 y alberga de tres a cuatro personas (Figura A-2).
Figura A-1. Ubicación
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Figura A-2. Planta
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Tomando en cuenta las estrategias recomendadas en el presente documento para este tipo de clima, se ha
considerado la ventilación natural (VN), minimizar las ganancias de calor (MGC) evitar ganar calor durante el día
y evitar perderlo durante la noche como principales estrategias pasivas de diseño. En referencia a la ventilación
natural, se usaron las estrategias VN 1, VN 2, VN 3, VN 4 y VN 6. Por otro lado, para minimizar las ganancias de
calor, se usaron las estrategias MGC 1, MGC 2, MGC 3 y MGC 4. Finalmente, para evitar ganar calor durante el día
y perderlo durante la noche, se probó el aislamiento térmico en paredes, piso y cubierta como se muestra en la
Figura A-3. El aislamiento térmico que se utilizó es Prorox SL 940 (ROCKWOOL 231), el cual es un panel rígido de lana
de roca volcánica indicado para el aislamiento térmico y acústico de equipos industriales y es apto para todo tipo
de aplicaciones en horizontal o vertical. El objetivo de este cambio en la materialidad de la vivienda es analizar la
eficacia de este tipo de solución constructiva poco usada en el Ecuador para mejorar las condiciones térmicas de
la vivienda. En la Figura A-4 se puede observar la vivienda terminada.
Figura A-3. Detalle de los muros exteriores con aislamiento térmico, cubierta, piso y paredes.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Figura A-4. Prototipo de Vivienda-Laboratorio
Con el fin de evaluar el comportamiento térmico y la eficacia de las estrategias aplicadas en la vivienda, se
ha instalado un sistema de monitoreo que recoge datos horarios meteorológicos, datos de temperatura del aire
interior de la vivienda, temperaturas superficiales, nivel de iluminación, niveles de ruido y concentración de CO2
(Figura A-5). Los datos se han recopilando desde marzo de 2014. Cabe mencionar que, a pesar de que la vivienda
fue diseñada como tal, actualmente funciona como oficinas en Yachay Tech, por lo que no posee ocupación
nocturna.
Figura A-5. Ubicación de sensores de medición de variables atmosféricas
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Resultados
Los datos que se han recogido desde el inicio del monitoreo de la vivienda, han permitido evaluar el comportamiento
térmico de la vivienda y la efectividad de las estrategias aplicadas en la misma. De estos resultados, a continuación
se describen los hallazgos más importantes con respecto al periodo de monitorización.
Con respecto al comportamiento de la temperatura operativa interior, en la Figura A-6a, se muestran las temperaturas
de las tres zonas térmicas de la vivienda en contraste con la temperatura exterior. Es notable que con el sistema
constructivo implementado, la temperatura ambiental presenta un comportamiento estable durante las 24 horas.
Durante la noche, donde la temperatura exterior tiene en promedio 15°C, el ambiente interior se mantiene entre
21 y 24°C proporcionando un ambiente térmicamente agradable, el cual además, no demandaría un sistema de
calefacción. Por otro lado, durante las horas del día, la temperatura interior se mantiene por arriba de la temperatura
exterior, lo cual demandaría en ciertos momentos ventilación natural.
Con respecto a la ventilación natural, la medida de concentración de CO2 es un claro indicativo del comportamiento
de las estrategias de ventilación natural implementadas en la vivienda con el fin de mantener un ambiente
saludable. En este contexto, la Figura A-6b presenta los niveles de concentración de dióxido de carbono a lo largo
del día. Como se observa, en todas las zonas térmicas de la vivienda existe un nivel constante de CO2 a lo largo
del día. Sin embargo, la zona B presenta más concentración, lo que refleja que esa habitación no está ventilada
adecuadamente. La zona A y C, se encuentran directamente influenciadas por la abertura principal de la vivienda
(tienen menor concentración de CO2). Es notable que en todas las zonas aumenta ligeramente la concentración
aproximadamente de 8:00 a 10:00 de la mañana debido a que es la hora de entrada de las personas que ocupan
el lugar. No obstante, en la zona C ocurre un alza abrupta de la concentración desde las seis de la tarde, la cual
responde a una avería del sistema que fue corregida posteriormente.
Figura A-6. Perfil diario de variables de calidad ambiental interior
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Conclusiones
La calidad ambiental que las estrategias pasivas aplicadas pueden generar en la vivienda prototipo fueron
evaluadas a través de cuatro factores que afectan el confort de los ocupantes. Por un lado, se analizó la temperatura
interna del prototipo en contraste con la temperatura exterior. Por la noche, el sistema constructivo de aislamiento
genera un ambiente más cálido en el interior que no demanda calefacción. Durante el día, el elemento de la
envolvente que presenta mayor incidencia solar es la cubierta, en donde el sistema de aislación térmica evita
sobrecalentamiento al interior del prototipo de vivienda. Sin embargo, en ciertas horas del día es indispensable la
ventilación natural. La estrategia de ventilación natural en el prototipo está influenciada por ventilación cruzada
en las fachadas norte-sur y ventilación vertical por diferencia de presiones por una abertura en la cubierta. Para
analizar la efectividad de la ventilación natural, se evaluó el perfil de la concentración de CO2 en las tres zonas
térmicas de la vivienda. Los resultados demostraron que la vivienda está bien ventilada a lo largo del día y noche
manteniendo niveles bajos de concentración de CO2 con lo que se garantizan buenas condiciones de calidad de
aire.
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b. CASO DE ESTUDIO ZONA HÚMEDA CALUROSA
Para el prototipo de vivienda que ha sido diseñado para la zona climática húmeda calurosa, se ha tomado en
cuenta la localidad del Tena en la provincia de Napo (Figura A-7). El modelo de la vivienda social ha sido diseñada
con un área total de 49.78 m2, dividida en una zona interior de 40.64 m2 y otra exterior de 9.14 m2 con una densidad
de ocupación de cuatro usuarios como se muestra en la Figura A-8.
Figura A-7. Ubicación de IKIAM
Figura A-8. Planta
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Tomando en cuenta las estrategias recomendadas para este tipo de clima, se ha seleccionado la ventilación natural,
inercia térmica y minimizar ganancias de calor. En referencia a la ventilación natural, se usaron las estrategias VN
1, VN 2, VN 4, VN 5, VN 6 y VN 7. Con respecto a la estrategia de inercia térmica, se usaron las estrategias IT 1 e IT2.
Finalmente, dentro de la estrategia de minimizar ganancias de calor se usaron la MGC 1, MGC 2, MGC 4 y .MGC 5
(Figura A-9). Dentro de este conjunto de estrategias que se aplicaron en el diseño de una vivienda prototipo de la
amazonia se destacan tres por su poco uso en el país y de las que se espera mejores resultados.
Con respecto a la ventilación natural, el uso de muros operables para maximizar el ingreso de aire hacia el interior
de la edificación (Figura A-10). Con respecto a inercia térmica, destaca el uso de un muro interior ventilado que
funciona como inercia térmica, y además, proporciona aire fresco proveniente de la parte inferior sombreada de
la casa (Figura A-11). Finalmente, una estrategia poco usada para minimizar las ganancias de calor en Ecuador, es
el uso de cubiertas vegetales. En este caso, una parte de la cubierta está diseñada para usar una cubierta verde
de musgo, el cual puede proliferar fácilmente en climas húmedos sin necesidad de un sustrato de gran espesor
(Figura A-9). El techo, a más de evitar ganancias de calor durante el día, proporciona frescor durante la noche.
Figura A-9. Modelo de vivienda
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Figura A-10. Esquema de zonas ventiladas
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habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
Figura A-11. Esquema de funcionamiento de la chimenea solar
Resultados esperados
El principal objetivo de la construcción de esta vivienda es el evaluar la efectividad de las estrategias pasivas
diseñadas para el tipo de clima donde va a ser construída. Dichas estrategias han sido evaluadas mediante
programas de simulación obteniendo resultados prometedores de reducción de temperatura interior al compararlos
con la vivienda genérica del MIDUVI. Sin embargo, estos resultados deben ser contrastados con datos reales. Por
este motivo, al igual que la vivienda construida en Yachay Tech, la vivienda de la amazonia contará con un
sistema de monitoreo de variables meteorológicas, de temperatura interior, temperatura superficial, medidores
de concentración de CO2, y medidores de niveles de iluminación y ruido. Además, se espera que los habitantes
de la vivienda respondan continuamente encuestas de confort térmico. Con estos resultados se determinará
la efectividad de las estrategias diseñadas para este clima, y si las mismas cumplen con los requerimientos de
confort de los ocupantes. Mediante este estudio, se determinará además, los rangos de temperatura y humedad
relativa que los habitantantes de zonas cálidas húmedas con viviendas pasivas pueden llegar a considerar como
confortables.
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Estrategias para mejorar las condiciones de
habitabilidad y el consumo de energía en viviendas
5. REFERENCIAS
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Report 884
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Iñaquito N35-37 y Juan Pablo Sanz
Colegio de Economistas de Pichincha
Quito - Ecuador
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