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UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍO
FACULTAD DE ARQUITECTURA, CONSTRUCCIÓN Y DISEÑO
TÍTULO
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones
Solares en Edificios de Oficina en relación a la Demanda
Energética.
TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN HÁBITAT
SUSTENTABLE Y EFICIENCIA ENERGÉTICA
AUTOR: JARA CÓRDOVA, JAZMÍN.
ARQUITECTO
Profesor Guía: Bobadilla Moreno, Ariel.
CONCEPCIÓN, 2013.
TABLA DE CONTENIDOS
Resumen
Abstract
Abreviaturas y Siglas
Unidades de Medida
INTRODUCCIÓN..................................................................................................................1
1.0.
Problema de la Investigación……………………………………………………...…..…4
2.0.
Justificación……………………………………………………………………………...…6
3.0.
Hipótesis de la Investigación..……………………………………………………………7
4.0.
Objetivos……………………………………………………………………………………8
4.1.
Objetivo General…………………………………………………………………..8
4.2.
Objetivos Específicos……………………………………………………………..8
4.0.
Estado del Arte en relación al Diseño del Control Solar………………………..…….9
5.0.
Metodología de la Investigación………………………………………………………..12
CAPÍTULO I
MARCO CONCEPTUAL Y REFERENCIAL…………………………………………………..14
1.0.
Clima y Habitabilidad……………………………………………...……………………..14
1.1.
Clima……………………..……………………………………………………….14
1.2.
Parámetros y Factores del Clima…………………………………….………..16
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
1.2.1. Temperatura………………………………………………………..……16
1.2.2. Humedad……………………………………………………………..….16
1.2.3. Radiación Solar………………………..………………………………..16
1.2.4. Vientos……………………………………………………………………17
1.3.
Habitabilidad y Confort………………………………………………….………17
2.0.
Estrategias de Diseño Arquitectónicos: Frío y Calor……………………..…………..20
3.0.
Control Solar……………………………………………………………..……………….23
3.1.
El Sol y su Trayectoria……………………..……………………………………23
3.2.
Orientación…………………………….…………………………………………26
3.3.
Protecciones Solares……………………………………………………..……..30
3.4.
Factor Solar, Factor de Sombra y Factor Solar Modificado…………………36
CAPÍTULO II
IDENTIFICACIÓN DE
VARIABLES
PARA
EVALUACIÓN DE PROTECCIONES
SOLARES Y DEFINICIÓN DEL PROCEDIMIENTO ………………………….…..…..……..39
1.0.
Metodologías para la Evaluación de las Protecciones Solares………....………....39
1.1.
En relación al Bioclima y Confort en Aleros y Parasoles ………..………….39
1.2.
En relación al Limitación Demanda Energética CTE de España……....…46
1.3.
En relación a Estudios de Escenarios Simulados en Software………….…48
1.4.
En relación a Empresas del Rubro: Hunter Douglas…………….…….…….51
2.0.
Identificación de Variables de las Metodologías Catastradas..……………………..56
3.0.
Definición del Procedimiento……………..…………………………………………..…59
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
4.0.
Pauta de Evaluación de Protecciones Solares en Relación a la Demanda
Energética…………………………………………………………………………………62
4.1.
Análisis de Antecedentes……………………………………..………………..63
4.1.1. Emplazamiento y Orientación del Edificio……………………………63
4.1.2. Envolvente, transmitancia térmica y factor solar modificado……..64
4.1.3. Clima y Parámetros Climáticos……………..…………………………66
4.1.4. Confort Térmico…………………………………………………..……..66
4.1.5. Condición de Operación y Ganancias Internas……………….……..67
4.1.6. Ventilación e Infiltración……………………………………………..…67
4.1.7. Definición, Clasificación, Orientación y Determinación de Cálculo
Superficies Transparentes…………………………………………..…68
4.2.
Definiciones de Protecciones Solares a Utilizar……………….……………..69
4.3.
Cálculo del Factor Solar Modificado y Escenarios a Evaluar en TAS…....69
4.4.
Análisis de Resultados……………………………………………………….....70
4.4.1. Resultados en Relación a la Temperatura del Bulbo Seco…….70
4.4.2. Resultados en Relación a la Demanda Energética………………...71
CAPÍTULO III
APLICACIÓN DE PAUTA DE EVALUACIÓN A UN CASO DE ESTUDIO……….….....73
1.0.
Evaluación de Protecciones Solares en relación a la Demanda Energética………74
1.1.
Análisis de Antecedentes………………………………………………………74
1.1.1. Emplazamiento y Orientación del Edificio……………………………74
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
1.1.2. Envolvente, Transmitancia Térmica y Factor Solar Modificado…..75
1.1.3. Clima y Parámetros Climáticos …………………………………….....77
1.1.4. Confort Térmico………………………………...……………………….77
1.1.5. Condición de Operación y Ganancias Internas…………………..….78
1.1.6. Ventilación e Infiltración………………....……………………………..79
1.1.7. Definición, Clasificación, Orientación y Determinación de Cálculo
Superficies Transparentes……………………..………………………80
1.2.
Definiciones de Protecciones Solares a Utilizar………………………...……81
1.3.
Cálculo Factor Solar Modificado y Escenarios a Evaluar en TAS…………82
1.4.
Análisis de Resultados ……………………………………………………..…..87
1.4.1. Resultados en Relación a la Temperatura del Bulbo Seco……..….87
1.4.2. Resultados en Relación a la Demanda Energética……………........91
CAPÍTULO VI
CONCLUSIONES…………………………………………….………………………………..…95
1.0.
En relación a la Hipótesis de la Investigación……………………………….….…….95
2.0.
En relación al procedimiento de evaluación de la Investigación…..….…………….96
3.0.
En relación a los Resultados…………………………………………………………....98
4.0.
En relación a Posibles Investigaciones Futuras………………………….…….….100
BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………….……101
ANEXOS………………………………………………………………………………………….108
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
Resumen:
Determinar las ganancias solares en el vano– ventana con protecciones solares y analizar
el comportamiento térmico en un edificio, es un tema relativamente nuevo a nivel
nacional, no obstante el poco manejo del control solar, en algunos casos, genera
problemas de sobrecalentamiento al interior de la edificación. Esta investigación busca
formular un procedimiento que permita evaluar las protecciones solares de edificios de
oficina a través de las demandas energéticas, que permitirá establecer una solución
enfocada a la eficiencia y ahorro de energía.
El contenido de esta investigación se centra en el estado del arte e identificación de
variables de las diversas metodologías de control solar, formulación del procedimiento,
traducido en el diseño de una pauta de evaluación, para posteriormente ser aplicado a un
caso de estudio.
Las conclusiones radican en la Formulación del Procedimiento, la cual está validada en
una pauta de evaluación de protecciones solares donde los resultados de la demanda
energética se analizan de acuerdo a porcentajes de disminución o aumento en torno a un
escenario referencial, que permite establecer los dispositivos de sombreado más eficiente
y/o acorde, según los requerimientos del edificio y clima particular.
Palabras Claves: Protecciones Solares, Demanda Energética, Estrategia Pasiva,
Simulación Térmica, Edificio de Oficina.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
Abstract:
To determine solar gains in window openings with solar protection and analyze the thermal
behaviour in a building, it is a relatively new national topic, however the poor solar control
management, in some cases, generates overheating problems within building. This
research seeks to develop a procedure for evaluating solar protection office buildings
through energy demands, which will allow a solution focused on energy efficiency and
savings.
The content of this research focuses on the state of the art and identification of variables of
various solar control methodologies, formulation of the procedure resulted in the design of
a pattern of assessment and then are applied to a case study.
The findings lie in the formulation process, which is validated in a pattern sunscreens
assessment where energy demand results are analyzed according to percentages of
decrease or increase around a reference scenario, which allows for the devices hatch
more efficient and / or chord, according to the requirements of the building and particular
climate.
Keywords: Solar Protection, Energy Demand, Strategy Passive Thermal Simulation,
Office Building.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
Abreviaturas y Siglas Principales
ANSI
:
Instituto Nacional Standards Americano, EEUU.
ASHRAE
:
Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y
Acondicionamiento de Aire, EEUU.
CCTE-CL V2 :
Software de Certificación de Comportamiento Térmico para Edificios
en Chile.
CITECUBB
:
Centro de Investigación en Tecnologías de la Construcción,
Universidad del Bío Bío.
CNE
:
Comisión Nacional de Energía.
CONAE
:
Comisión Nacional para el Ahorro Energético.
CPR
:
Comercial, Público y Residencial.
CTE
:
Código Técnico de Edificación, España.
DECONUC
:
Dirección de Extensión en Construcción de la Escuela de
Construcción Civil de la Pontificia Universidad Católica de Chile.
I+D
:
Investigación y Desarrollo.
LIDER
:
Software de Limitación de la Demanda Energética, CTE de España.
MOP
:
Ministerio de Obras Públicas.
NCh
:
Norma Chilena.
OGUC
:
Ordenanza General de Urbanismo y Construcción.
OCDE
:
Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico.
PPEE
:
Programa País de Eficiencia Energética.
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en relación a la Demanda Energética.
SAF
:
Sistema de Apoyo Informático a Fiscales.
TAS
:
Thermal Analysis Simulation Software.
TDRe
:
Términos de Referencia Estandarizados con Parámetros de
Eficiencia Energética, para Licitaciones de Diseño y Obras de la
Dirección de Arquitectura, Según Zona Geográficas del País y
Según Tipología de Edificación.
UGI
:
Unidad de Gestión e Informática.
UNAM
:
Universidad Nacional Autónoma de México.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
Unidades de Medida
[°]
:
Grados de Sexagesimal.
[°C]
:
Grados Celsius.
[%]
:
Porcentaje.
[ahc]
:
Recambio por Volumen por Hora.
[CLO]
:
Unidad de Vestimenta.
[hab/m2]
:
Densidad en Superficie Construida.
[m]
:
Unidad de Longitud.
[m2]
:
Unidad de Superficie.
[m3]
:
Unidad de Volumen.
[MET]
:
Unidad de Actividad.
[kWh/m2*año ]
:
Demanda Energética.
[W]
:
Unidad de Potencia.
[W/m2]
:
Emisión de Energía en Superficie Construida.
[W/m2K]
:
Transmitancia Térmica.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
INTRODUCCIÓN
El Estado de Chile está enfocado
en
a mejorar la calidad ambiental y la eficiencia energética
y el ahorro de la energía de los Edificios Públicos, sobre todo considerando los problemas
económicos y sociales que afecta la seguridad energética nacional
nacional.
Los edificios destinados a oficina se insertan en uno de los
s tres sectores de consumo que
se define a nivel nacional,, denominada “CPR”1. El balance nacional de energía del año
2011 establece que este sector posee un consumo de 27% en relación al total.
Figura 1.1. Consumo Sectorial Teracalorías año 2011.
CPR
27%
TRANSPORTE
34%
INDUSTRIAL Y
MINERO
39%
Fuente: Elaboración Propia a partir de Balance Nacional de Energía 2011.
“Estudios previos demostraron que si en el decenio 2006-2015
2006 2015 el país redujera sólo un
1,5% su consumo energético en el sector de edificios, el ahorro esperado
espera sería de USD
3450 millones” (Instituto de la Construcción, 2009), situación que demuestra la
1
Comercial, Público y Privado.
Formulación
mulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
1 - 129
importancia de contar con estudios que verifiquen un ahorro energético en este tipo de
infraestructura, considerando además que el gobierno ha anunciado reducir en 12% la
demanda energética antes del 2020.
En el marco normativo nacional la edificación terciaria, en especial los destinados a
oficinas, no existen normas oficiales que regulen su acondicionamiento térmico, sólo hay
exigencias de aislación térmica destinada a viviendas en un artículo de la OGUC2. Por
otra parte las normas técnicas de aplicación voluntaria poseen grandes limitaciones, lo
cual se traduce en la carencia de regular desempeños y prestaciones, con exigencias y
valores límites que permitan determinar el comportamiento térmico de un edificio.
Bajo este contexto, el año 2010 la Dirección de Arquitectura del MOP solicitó al Instituto
de la Construcción un trabajo de I+D el cual condujo al desarrollo de “Términos de
Referencia Estandarizados con Parámetros de Eficiencia Energética y Confort Ambiental,
para Licitaciones de Diseño y Obras de la Dirección de Arquitectura, Según Zonas
Geográficas del País y Según Tipología de Edificios”, realizado por DECONUC y
CITECUBB, el cual define valores límites, para los parámetros térmicos de la envolvente
en las distintas zonas climáticas del país, donde una de las exigencias es el factor solar
modificado que tiene el propósito de reducir a límites aceptables el impacto de las
ganancias solares en los vanos.
2
Artículo 4.1.10. de la Ordenanza de Urbanismo y Construcción.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
2 - 129
Este último concepto es nuevo en nuestro país, sin embargo el poco manejo de éste
genera efectos conocidos principalmente en edificios destinados a oficinas, donde la
libertad proyectual en muchos casos se traduce en excesivas envolventes transparentes y
altas ganancias solares. Esta situación se torna crítica cuando coincide con alta carga
interna, lo que determina altas demandas de refrigeración, incluso en invierno.
La relevancia de los elementos trasparentes en el comportamiento térmico de un edificio
radica, en que es en ellos donde se realiza los traspasos de calor, en forma de radiación
térmica, que puede, dependiendo del caso, afectar severamente el hábitat interior. Por
tanto se deben considerar estrategias de control solar que disminuyan la demanda de
refrigeración, y con ello disminuir el gasto energético de los equipos de climatización.
Esta tesis tiene sólo su génesis en el contexto de políticas energéticas a nivel de Estado,
donde una de las exigencias es la determinación de un valor límite “Factor Solar
Modificado”, que busca controlar las ganancias solares y evitar sobrecalentamiento, por
cuanto esta investigación apunta a establecer un procedimiento de evaluación de
protecciones solares en edificios de oficina en torno implicancia en la demanda
energética, determinada de un estudio y análisis de variables de cuatro metodologías
catastradas , la cual se sintetiza en el diseño de una pauta de evaluación y la forma de
analizar los resultados.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
3 - 129
1.0.
Problema de la Investigación.
En nuestro país existen problemas de sobrecalentamiento al interior de algunas
edificaciones, más aún en los destinados a oficinas, los cuales en muchas ocasiones
requieren más energía para refrigerar que para calefaccionar, considerando las ganancias
internas producidas por iluminación, ocupación y equipos.
“En la actualidad es común que se requiera más energía para refrigerar un ambiente que
para calefaccionarlo, sobre todo en edificios de oficina. En Chile no existen normas
legales que regulen el comportamiento térmico de las construcciones y la información de
estudios al respecto para climas de Chile es escasa”.(Bustamante et al. 2010, 1p).
Para el caso de edificio estatales: “No hay normas nacionales sobre clases y requisitos en
materia energética ambiental de Edificios Públicos” (Bobadilla et al. 2012, 2p).
Frente a esta situación, existen nuevos proyectos enfocados a comenzar un proceso de
eficiencia energética y confort ambiental, liderado por el Estado, cuyo resultado ha
determinado incorporar exigencias en forma de Términos de Referencias en las Bases de
Licitación de Proyectos de Edificación Pública.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
4 - 129
Este proyecto plantea una serie de valores límites, donde el factor solar modificado
corresponde a las exigencias mínimas que debe poseer los vanos-ventanas para definir
una demanda energética adecuada de acuerdo al clima particular.
Si bien el proyecto pone sobre la mesa el tema de las protecciones solares y la
implicancia de la demanda energética en edificios públicos, este no posee todas las
herramientas que permitan afrontar la evaluación de estos dispositivos en relación a
resultados energéticos concretos.
Por otro lado existen diversas metodologías de evaluación del control solar, sin embargo
los procedimientos difieren de acuerdo a las variables utilizadas y resultados obtenidos
por cada investigación.
Bajo esta situación, el problema de investigación se sintetiza en el desconocimiento que
existe sobre el tema de sobrecalentamiento en Edificios de Oficina, más aún cuando el
Estado, como ente promotor en el del ahorro energético, ha determinado valores límites
para factores solares modificados que implica ahondar en conocimientos en torno
a
procedimientos de evaluación de dispositivos de sombras.
Las preguntas de investigación son:
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
5 - 129
•
¿Cuáles son las variables que influyen en la evaluación de las protecciones
solares frente a la demanda energética?
•
¿Cómo definir un procedimiento que permita establecer distintas estrategias de
protecciones solares?
•
¿Cómo establecer un procedimiento que permita definir el impacto en la demanda
energética y el clima interior las distintas modalidades de protecciones solares, así
como también evaluar la protección solar y factor solar más adecuado?
2.0.
Justificación.
“Para fomentar la innovación y el desarrollo tecnológico se adoptan marcos normativos
basados en las prestaciones u objetivos.
26 de los 31 países de la OCDE utilizan códigos y sistemas de control prestacional o por
desempeño” (Arriagada 2011, 15p.).
Cuando la mayoría de los países miembros de la OCDE poseen códigos y/o normativas
prestacionales, es posible entender el por qué Chile posee limitaciones para desarrollar y
aplicar métodos de calificación energética y ambiental en sus edificaciones.
El tema de contar con exigencias para regular aspectos del diseño e instalaciones en
edificios de oficina está enfocado a los de carácter públicos (que pueden ser igualmente
aplicados a los de carácter privado), las cuales serán obligatorias para el contrato de
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
6 - 129
proyectos de ejecución de diseños y obras del MOP, sin embargo estos valores límites no
han sido comprobados, y además no existen muchos estudios que contegan
procedimientos de evaluación de estas exigencias a nivel nacional que orienten sobre el
tema.
La investigación, frente al escenario actual del control solar en edificios de oficina, se
plantea como un tema contingente en el ámbito Privado, Estado y profesionales del área
de la construcción, el cual aborda la formulación del procedimiento desde la
conceptualización hasta su aplicación, que podrá ser un aporte complementario a la
investigación del Estado como a los profesionales del área que requieran de la
información.
3.0.
Hipótesis de la Investigación.
La hipótesis general de la investigación se define de la siguiente manera: “Para establecer
un procedimiento para la evaluación de las protecciones solares en edificios de oficina en
relación a la demanda energética se debe considerar cuatros campos de acción:
conceptualización del tema del control solar, identificación de variables claves en la
evaluación de las protecciones solares, formulación de un procedimiento de evaluación en
relación a la demanda energética y su aplicación a un caso de estudio, cuyo sustento
radica en el orden metodológico de una investigación”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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4.0.
Objetivos.
4.1.
Objetivo General.
Establecer un procedimiento a través de la conceptualización y estudio de diversas
metodologías de control solar, que permita identificar variables para generar una
pauta de evaluación de las protecciones solares en edificios de oficina en relación
a la demanda energética, cuya aplicación determine una solución acorde al caso
de estudio.
4.2.
Objetivos Específicos.
•
Identificar e investigar los conceptos básicos, fundamentos teóricos y
metodologías existentes a través de un estudio exploratorio.
•
Identificar variables y criterios de diversos estudios en relación a las
protecciones solares, que permitan establecer un procedimiento con
resultados empíricamente comprobables.
•
Formular el Procedimiento y elaborar la Pauta de Evaluación para
determinar la mejor opción para las Protecciones Solares en relación a la
Demanda Energética.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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•
Aplicar el procedimiento y Pauta de Evaluación a un Caso de Estudio.
•
Analizar los resultados que permitan comprobar tendencias tanto en el
procedimiento, resultados e investigaciones futuras.
5.0.
Estado del Arte en relación al Diseño del Control Solar.
En el tema sobre aplicaciones del control solar en edificios se han encontrado
innumerables estudio como además procesos normativos y/o recomendaciones
institucionales que buscan proteger los edificios del sobrecalentamiento interior.
La primera aproximación al tema corresponde a la evolución del estudio de los
dispositivos de sombreado “aleros y parasoles” desarrollado por Olgyay y Olgyay (1957)
el cual permite determinar el factor de sombra de estos elementos. Posteriormente otros
autores continúan con esta misma metodología e ingresan nuevos conceptos desde el
recorrido solar hasta llegar a variables como el clima y las condiciones de confort, a través
de cálculo manual y mediante software de apoyo, esto último por autores como Morillón3.
Por otro lado existen diversas normativas y/o recomendaciones que se han implementado
en distintos países para enfrentar el tema del control solar. Tal es el caso de:
3
Investigador, Instituto de Ingeniería, UNAM (2010).
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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•
CONAE en 2001 (México), que publica en el Diario Oficial de la Federación, la
Norma
Oficial
Mexicana
NOM-008-ENER-2001,
Eficiencia
Energética
en
Edificaciones, para envolvente de edificios no residenciales, el cual entre otras
consideraciones presenta las herramientas para calcular la ganancia de radiación
solar con elementos de protección, de acuerdo al tipo de dispositivo, orientación y
latitud.
•
ANSI/ASHRAE Standart 90.2-2004 (EEUU), que se refiere al tema del control solar
bajo un método prescriptivo, indica límites máximos o mínimos de transmitancia
térmica U de elementos opacos y transparentes, factor solar de cerramientos
transparentes según área de ventana de la fachada y orientación solar, de acuerdo
al tipo de edificación.
•
Documento Básico HE “Ahorro de Energía”, CTE en 2006 que establece en HE1
la Limitación de la Demanda Energética, que tiene por objetivo considerar reglas y
procedimientos que permiten cumplir con las exigencias básicas de ahorro de
energía, y donde el tema de las protecciones solares es determinado por un factor
solar límite modificado de acuerdo a la orientación y tipo de clima por método de
cálculo manual o considera otras alternativa a través de comprobación mediante
Software. Este documento es el antecedente principal para los términos de
referencia y guías técnicas de edificios públicos realizado por DECONUC y
CITECUBB en Chile.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
10 - 129
Otros estudios han considerado casos de estudios que buscan evaluar el desempeño
solar y el comportamiento de sombras cuyos procesos de análisis se han determinado de
acuerdo a escenarios que contemplan diversas estrategias con el objetivo de determinar
la demanda energética de una edificación a través de software de simulación térmica. Tal
es el caso de los estudios de Edificio Municipal en Loranca, España (Salazar, 2005), cuyo
proceso se realiza en tres escenarios (sin protecciones, con protecciones de aleros y
protecciones óptimas), obteniéndose que el segundo escenario reduce un 36.68% en
relación al primero, y el tercero reduce un 31,80% en relación al segundo, es decir, el
diseño óptimo de control solar reduce un 68,48% en relación al edificio sin protecciones.
Bajo este mismo tipo de estudio existe uno realizado en la ciudad de Londres para un
edifico con protección solar (Kolokotroni et al., 2006), el cual optimiza el tamaño de
ventanas, minimiza ganancias internas y aplica ventilación nocturna en época de
refrigeración, en éste se concluye que una adecuada protección solar y tamaño de
ventanas disminuye la demanda de energía de 23% para una semana con temperaturas
moderadas y el 40% para una semana con temperaturas extremas, donde además la
ventilación nocturna reduce adicionalmente un 13%. Por otra parte existe otro estudio en
Chile (Bustamante et al., 2010), de dos edificios de oficinas en Santiago de Chile, bajo
simulación dinámica “software TAS”, donde se concluyó que un buen diseño de
protección solar con vidriado doble selectivo, aislación térmica en muros y/o ventilación
nocturna en verano, puede alcanzar una disminución en la demanda de energía para la
refrigeración de 50% y cerca del 68% para la calefacción, en relación a lo que ocurre en la
actualidad.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
11 - 129
Por último, existen ciertas empresas dedicadas a la comercialización de protecciones
solares, donde las bases conceptuales son similares a las descritas, sin embargo se
utilizan para las simulaciones de softwares creado específicamente para el uso de la
empresa, cuyo acceso es limitado.
6.0.
Metodología de la Investigación.
La metodología de la investigación se presenta en cinco fases, las cuales están
enfocadas a cumplir con los objetivos planteados y utilizar metodologías de evaluación de
protecciones solares comprobadas.
La primera fase corresponde a la recopilación de la información relevante, a través de
bibliografía y entrevistas, la cual permite establecer el marco referencial y conceptual a
través de un estudio exploratorio.
La segunda fase tiene como objetivo analizar y evaluar metodologías de control solar,
para identificar variables claves que permitan establecer un procedimiento.
La tercera fase, corresponde a la formulación del procedimiento como además generar
una pauta de evaluación de las protecciones solares en relación a la demanda energética
en edificios de oficina.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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La
a cuarta fase corresponde a la aplicación de la pauta de evaluación
evaluaci
en un caso de
estudio, cuya importancia es la forma de establecer el análisis de resultados.
Por último, la quinta fase corresponde a las conclusiones,, en cuanto será posi
posible evaluar
sobre tres aspectos: apreciación sobre el procedimiento utilizado, resultado del caso de
estudio y posibles investigaciones futuras.
Figura 1.2.
1.2 Esquema Metodológico de la Investigación.
Fuente: Elaboración Propia.
Formulación
mulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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CAPÍTULO I
MARCO CONCEPTUAL Y REFERENCIAL
1.0.
Clima y Habitabilidad.
1.1.
Clima.
El clima está definido por el lugar geográfico, característica del medio físico y
variables atmosféricas que existe en un territorio, es decir, es dependiente de: la
latitud,
sujeta
a una trayectoria solar
que determina las temperaturas
predominantes y la duración de las estaciones, las características geofísicas y
distribución relativa al medio físico: presencia de mar, montaña, bosques,
glaciares, etc. y parámetros climáticos como la temperatura, velocidad del viento,
precipitaciones, nubosidad, humedad relativa, radiación solar, presión atmosférica
y otras. La combinación de estas variables determina que las condiciones
climáticas no sean iguales entre un lugar y otro.
En Chile podemos considerar distintos tipo de climas que se determinan de
acuerdo a dos modalidades de zonificación: uno en relación a la Zonificación
Térmica4 y la otra en relación a la Zonificación Climático Habitacional de la Norma
NCh1079-20085, este último recomendado para decisiones de tipo arquitectónicos.
4
5
Define 7 zonas climáticas en base al criterio de los Grados Día de Calefacción anuales.
Define 9 zonas, las cuales se basa en los factores climáticos.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
14 - 129
Figura 1.3. Mapa de la Zonificación Climática
Habitacional de la Norma NCh1079-2008.
Fuente: Bustamante, 2009.
Figura 1.4. Mapa de la Zonificación
Térmica.
Fuente: Bustamante, 2009.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
15 - 129
1.2.
Parámetros y Factores del Clima.
El clima está definido por distintos parámetros climáticos fundamentales que
caracterizan un lugar particular, los cuales son:
1.2.1. Temperatura.
La temperatura del aire depende de la radiación solar que es acumulada
por el suelo y luego entregada al aire como radiación infrarroja. Este
parámetro de clima normalmente es medido como temperatura relativa del
aire en grados Celsius (°C). La temperatura interior de un recinto se debe
considerar la temperatura del aire y la temperatura radiante de los muros.
1.2.2. Humedad.
Es la cantidad de vapor de agua que contiene el aire y varía en función a la
altura y la temperatura. El aire a mayor temperatura es capaz de contener
mayor cantidad de agua, lo cual es entendido como humedad relativa,
definida como la relación expresada en % entre la cantidad de vapor de
agua que puede contener el aire a esa misma temperatura.
1.2.3. Radiación Solar
La Radiación Solar es el más importante contribuyente natural de las
ganancias de calor en las edificaciones y depende directamente de la
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
16 - 129
Trayectoria solar. Este concepto se definirá en mayor extensión en ítem
4.1., considerando que es fundamental en el esta investigación.
1.2.4. Vientos.
Los vientos son movimientos de aire que se generan a partir de la
diferencia de presión de la atmósfera causada principalmente por el
calentamiento diferenciado de las masas de aire. Los parámetros del viento
son la velocidad, la dirección y la frecuencia.
Por otra parte se suman los factores climáticos que se asocian para determinar
características en la definición del clima los cuales son las precipitaciones,
nubosidad, etc., que para efectos de esta investigación resulta imprescindible
definir el concepto de nubosidad, entendiendo que es la extensión de cielo
cubiertas por nubes, por tanto tiene repercusión en la captación solar y por ende
es un factor a considerar en la evaluación de un caso de estudio.
1.3.
Habitabilidad y Confort.
El tema de habitar es un concepto amplio que tiene diferentes acepciones de
acuerdo al campo desde donde se defina, sin embargo para el caso puntual de la
arquitectura y el área de construcción es el ambiente construido que ocupa una
persona para permanecer temporal o permanentemente.
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en relación a la Demanda Energética.
17 - 129
Este ambiente construido debe presentar características que aseguran las
condiciones mínimas de habitabilidad que son principalmente determinadas por
aspectos de dimensionamiento, técnicos y condiciones ambientales adecuadas
para el desarrollo de actividades en situación de confort.
“El confort ambiental puede definirse operacionalmente como el rango de las
condiciones del entorno consideradas aceptables dentro de un espacio habitable,
en el que el ser humano desarrolla sus actividades. La ausencia de confort implica
una sensación de incomodidad o molestia, ya sea por frío, calor, deslumbramiento,
por exceso de ruido, por olores desagradables y por falta de iluminación, entre
otros” (Bustamante 2009, 37p).
Existen tres tipos de confort: higro-térmico, lumínico y acústico, para el caso de
esta investigación se ahondará en la primera considerando que sólo está en
cuestión la condición de rango de confort de la temperatura.
Se debe indicar que la temperatura corporal (36,5° - 37°C) es distinta a la
temperatura de confort que oscila entre los 21°Ca 27°C y depende de las
condiciones de clima, de la cultura y de los factores fisiológicos de cada individuo
actividad (MET) y vestimenta (CLO).
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en relación a la Demanda Energética.
18 - 129
Figura 1.5. Valor MET.
Fuente: D'Alençon, 2008.
Cuadro 1.1. Valor CLO
Fuente: D'Alençon, 2008.
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en relación a la Demanda Energética.
19 - 129
2.0.
Estrategias de Diseño Arquitectónicos: Frío y Calor.
Las estrategias de diseño arquitectónicos son de índole pasivos, es decir, contemplan
soluciones propias del proyectos en función del clima, en beneficio a la eficiencia
energética de un medio construido, que pueden ser de Frio y Calor. Estas deben ser
compatibles entre sí, siendo eficientes cuando se utilice y sin afectar el comportamiento
en períodos donde ésta no aplica.
Las Estrategias de Calentamiento Pasivo se generan principalmente en periodos fríos del
año, cuyo objetivo es aprovechar el asoleamiento y protegerse de las temperaturas bajas,
conteniendo todo las ganancias en una envolvente bien aislada.
Figura 1.6. Estrategia de Calentamiento Pasivo: Capta, conservar, almacenar, distribuir.
Fuente: Bustamante, 2009.
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en relación a la Demanda Energética.
20 - 129
Las Estrategias de Enfriamiento Pasivo se generan principalmente en periodos calurosos
del año, en climas cálidos o en edificaciones que posean una alta carga interna (condición
de muchos edificios de oficinas). El objetivo es lograr el confort higro-térmico con mínima
demanda de energía a través de la protección de su envolvente de las ganancias solares
(para superficies opacas y transparentes), minimizar las ganancias internas, extraer calor
del interior de la edificación por medio de la ventilación, etc.
Del cuadro 1.2., se puede observar que el tema del control solar para la zona Sur Litoral
es opcional en edificios públicos, sin embargo el problema de sobrecalentamiento al
interior de la edificación se genera indistintamente del clima considerando que causas
generalmente son el mal manejo de superficies transparentes en relación a la orientación,
mala evaluación de las cargas internas, exceso de aislación térmicas etc., que
necesariamente debe contemplar estrategias de enfriamiento.
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en relación a la Demanda Energética.
21 - 129
Cuadro 1.2. Relaciones entre Estrategia de Diseño en Edificios Públicos y Zonas
Climáticas en Chile.
Fuente: CITECUBB, 2012.
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en relación a la Demanda Energética.
22 - 129
3.0.
Control Solar.
Si bien las estrategias de enfriamiento se asocian a un buen manejo de la ventilación
natural, existe otra estrategia clave que permitiría interceptar la energía antes de incidir en
el edificio, ésta es denominada como control solar en las superficies transparentes cuyo
elementos principal son las “Protecciones Solares”. Para comprender de mejor manera el
control solar resulta fundamental explicar el concepto de la trayectoria solar, orientación y
la situación de la envolvente y por último ahondar en estos elementos.
3.1.
El sol y su trayectoria.
La trayectoria solar varía de acuerdo al ángulo de incidencia de los rayos del sol
sobre la tierra que cambia minuto a minuto, en cada latitud y época del año. Es así
que esta trayectoria se describe a través de puntos con los que se identifica la
posición del sol, donde el azimut es al ángulo del sol respecto al norte y la altitud el
ángulo respecto del zenit.
En las latitudes cercanas al Ecuador, la radiación es más perpendicular sobre la
horizontal, y en los polos, ésta incidirá más oblicuamente sobre la horizontal.
En los solsticios de inviernos se genera el menor ángulo respecto a la horizontal, y
por el contrario para el solsticio de verano el ángulo generado es el mayor.
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en relación a la Demanda Energética.
23 - 129
Figura 1.7. Ángulos de la Posición Solar.
Fuente:http://fa5mtaller.blogspot.com/2010_05_07_archive.html
http://fa5mtaller.blogspot.com/2010_05_07_archive.html
Figura 1.8. Incidencia de la Radiación Solar en Diferentes Latitudes.
Fuente: Morrillón, 2004.
Figura 1.9. Trayectoria Solar en relación superficie Horizontal Terrestre.
Fuente: Bustamante, 2009.
Formulación
mulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
24 - 129
Una forma práctica de entender este proceso corresponden a las cartas de
trayectoria solar, la cual indica el registro de un año de una latitud determinada,
que sería la base referencial de las estrategias pasivas como: la orientación y
distribución de los recintos, tamaños y ubicación de ventanas y estrategias de
captación directa, indirecta y aislada, así como estrategias de control solar, etc.
Figura 2.0. Carta de Trayectoria Solar, Ciudad de Concepción.
Fuente: Hunter Douglas, 2012.
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en relación a la Demanda Energética.
25 - 129
3.2.
Orientación.
La orientación tiene directa relación con el clima, la trayectoria solar y las
condiciones del entorno donde el edificio está inserto.
En el hemisferio sur, se recomienda generalmente la orientación norte para
captara el calor y obtener luz natural. Sin embargo para edificio de oficinas, se
recomienda una
orientación más equilibrada de manera de controlar el
sobrecalentamiento generado por las ganancias internas al interior del edificio.
La relación entre la envolvente y la orientación es clave en el comportamiento
térmico del edificio, los cuales poseen distintos flujos de calor. Este
comportamiento queda demostrado en un caso de estudio de una vivienda ubicada
en Nueva York, realizado por Olgyay en la década del 50, el cual analiza los
componentes de la envolvente, donde son las ventanas las que permiten el mayor
flujo de calor en el interior de la edificación, por cuanto la orientación de las partes
trasparentes juegan un papel fundamental en el comportamiento térmico.
Este fenómeno se puede verificar en otro caso de estudio, en el cual se analizan
dos superficies orientadas al oriente: panel de madera y vidrio. Los casos a
evaluar son: la transmitacia total diaria de calor sin sombra (en línea continua) y la
transmitancia total diaria de calor con sombra (con línea de puntos).
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
26 - 129
Figura 2.1. Flujo de Calor de los distintos componentes de la envolvente de una Vivienda.
Fuente: Olgyay, 1998.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
27 - 129
Figura 2.2. Transmitación de Calor
Diaria de Superficie de Madera.
Fuente: Olgyay, 1998.
Figura 2.3. Transmitación de Calor
Diaria Superficie de Vidrio.
Fuente: Olgyay, 1998.
El ejemplo ilustrado es determinante, considerando que el vidrio es más vulnerable
a los efectos solares que la superficie opaca, pero con sombra son similares.
Por otro lado resulta imprescindible exponer variaciones de transmitacia de calor
según la orientación del vidrio, en condición de sombra (línea a puntos) y sin
sombra (línea continua). En este caso las variaciones más acentuadas son al este
y oeste, y donde los elementos de sombra reducen considerablemente la carga de
calor, concluyendo que estos elementos son relevantes para el control solar.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
28 - 129
Figura 2.4. Transmitación de Calor en Vidrio según la Orientación en Nueva York.
Fuente: Olgyay, 1998.
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en relación a la Demanda Energética.
29 - 129
3.3.
Protecciones Solares
“Son elementos opacos que se diseñan y construyen para interceptar toda la
radiación solar directa y una parte considerable de la radiación difusa” (Morillón
2004, 16p.)
La localización de la protección solar es un factor relevante que determina su
grado de efectividad, para la obstrucción de las ganancias solares. Estos
elementos ubicados al interior de la ventana no interceptan la radiación y
solamente eliminan al exterior la parte que puede pasar nuevamente por el vidrio.
En tanto para las protecciones solares en el vidrio, la radiación solar sólo es
interceptada en dicha superficie, por lo tanto la energía se irradia tanto al interior
como al exterior. Por último, las protecciones solares al exterior, disipan la
radiación solar en el aire exterior, por lo tanto cuanto son más efectivas.
Es en base a esta efectividad que se decide analizar sólo las protecciones solares
ubicadas al exterior.
Las protecciones solares poseen varias clasificaciones, sin embargo para efectos
prácticos de este estudio se definirán según su disposición.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
30 - 129
a.
Horizontales: Son dispositivos en sentido horizontal que sobresalen de la
superficie tranparente y obstruyen la componente vertical de la radiación
solar. Estos están determinados principalmente por su ángulo de
protección, formado por el plano horizontal en la base de la ventana y una
línea imaginaria que une la parte más sobresaliente del elemento con el
punto más bajo de la ventana. (Figura N°2.5.), los cuales se determinan por
tres casos. (Figura N°2.6.).
•
Ángulo de protección de 0°, corresponde a un elemento horizontal
cuya longitud obstruye toda la radiación solar.
•
Ángulo de protección de 90°, corresponde a la ausencia de
elementos horizontal, es decir, la ventana está expuesta a toda la
radiación solar.
•
Ángulo de protección mayores a 0° y menores a 90°, corresponde a
los casos intermedios, es decir, la radiación es obstruida generando
sombra y la otra parte incide en la ventana.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
31 - 129
Figura 2.5. Determinación del Ángulo de Protección en Elementos Horizontales.
Fuente: Morillón, 2004.
Figura 2.6. Cortes de los Casos del Ángulo de Protección Elementos
Horizontales.
Fuente: Morillón, 2004.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
32 - 129
Los
elementos
horizontales
pueden
tener
diversas
soluciones
arquitectónicas como aleros o voladizos, lamas horizontales, toldos, etc.
b.
Verticales: Son dispositivo en sentido vertical que obstruye la componente
horizontal de la radiación solar, sobre todo en las horas de salida y puesta
de sol. Al igual que los elementos horizontales, estos están determinados
por su ángulo de protección, pero esta vez por el plano vertical de la
ventana y por una línea imaginaria que une el punto sobresaliente del
elemento con el extremo opuesto de la ventana. (Figura N°2.7.), los cuales
se determinan por tres casos. (Figura N°2.8.).
•
Ángulo de protección de 0°, corresponde a un elemento vertical cuya
longitud obstruye toda la radiación solar.
•
Ángulo de protección de 90°, corresponde a la ausencia de elementos
vertical, es decir, la ventana está expuesta a toda la radiación solar.
•
Ángulo de protección mayores a 0° y menores a 90°, corresponde a
los casos intermedios, es decir, la radiación es obstruida generando
sombra parcial y la otra parte incide en la ventana.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
33 - 129
Figura 2.7. Determinación del Ángulo de Protección en Elementos Verticales.
Fuente: Morillón, 2004.
Figura 2.8. Planta de los Casos del Ángulo de Protección Elementos Verticales.
Fuente: Morillón, 2004.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
34 - 129
Las soluciones arquitectónicas para estos elementos verticales son
partesol, lamas verticales, muro escudo, etc.
c.
Mixtos: Son dispositivos combinados, es decir, poseen tantos elementos
horizontales como verticales que obstruyen la radiación solar. Para el caso
del ángulo de protección se analiza con la superposición en los dos
sentidos. En cuanto a las soluciones arquitectónicas son variadas, pero
deben poseer las dos componentes.
Otros tipos de protecciones solares corresponden a elementos móviles y flexibles,
y el uso de vegetación, sin embargo no serán analizadas considerando que son
regulables y con sombra variable, por cuanto la sombra que proyectan cambia
continuamente según su disposición o crecimiento de sus hojas, respectivamente.
Figura 2.9. Ejemplos de Protecciones Solares Fijos, Móviles y Flexibles.
Fuente: Reconsost, 2006, 2008.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
35 - 129
3.4.
Factor Solar Modificado, Factor Solar y Factor de Sombra.
La posibilidad de comparar las diversas estrategias de protecciones solares se
puede establecer en base a un porcentaje que permite obtener la ganancia total de
calor procedente de la energía transmitida, adsorbida y nuevamente radiada por
una combinación de elementos del vano – ventana en conjunto con los elementos
de control solar definida como Factor Solar Modificado (F).
En superficies acristaladas la ganancia solar se produce por la alta transmisividad
que presenta el material ante la radiación directa del sol (longitud de onda corta).
Esta energía transferida hacia el interior del edificio respecto a la energía solar
incidente se expresa mediante el Factor Solar (g﬩), el cual varía de acuerdo a las
distintas superficies vidriadas.
Por otro lado existe un Factor de Sombra (Fs) el cual es determinado por las
protecciones solares, donde el valor 1,00 es para una ventana expuesta al sol, sin
proyección de sombra. En este caso existen autores como Olgyay que determina
una biblioteca de soluciones en base a este factor (Anexo A). En el caso de
Morillón este factor corresponde al ángulo de protección traspasado a porcentaje.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
36 - 129
Por último están los factores de sombra que se expone en el CTE y que son los
antecedentes de los requerimientos para Edificios Públicos en Chile TDRe. (Anexo
C).
En síntesis, los conceptos básicos son:
•
Factor Solar Modificado (F): Es el producto del “factor solar” por el “factor
de sombra”.
•
Factor Solar (g﬩): Es el cociente entre la radiación solar que pasa por la
parte semitransparente y la radiación que pasaría si el hueco estuviera
libre.
•
Factor de Sombra (Fs): es la fracción de radiación incidente en el hueco
no bloqueada.
Estos conceptos se definen por porcentajes (0 a 1), que según su valor alto o bajo,
permite más y menos las ganancias solares, respetivamente.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
37 - 129
Figura 3.0. Factor Solar, Factor de Sombra y Factor Solar Modificado.
Fuente:http://ocw.uib.es/ocw/arquitectura/instalaciones/instalaciones-de-energia
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
38 - 129
CAPÍTULO II
IDENTIFICACIÓN DE
VARIABLES
PARA
EVALUACIÓN DE PROTECCIONES
SOLARES Y DEFINICIÓN DEL PROCEDIMIENTO
1.0.
Metodologías para la Evaluación de las Protecciones Solares.
De acuerdo al estado del arte en relación al Diseño del Control Solar, se ha determinado
ahondar en cuatro metodologías y/o guías técnicas con el fin de conocer los objetivos de
los procedimientos de cada una de ellas, así como también identificar variables que
resulten importantes para definir el desarrollo de esta investigación.
1.1.
En Relación al Bioclima y Confort en Aleros y Parasoles6.
Esta metodología se realiza sólo una vez para cada orientación del Vano –
ventana. Los antecedentes que requiere este método son los siguientes:
•
Diagrama de Requerimientos de Climatización, que corresponde a
determinar una gráfica de requerimientos térmicos, en relación a las
temperaturas horarias promedio de cada mes, las cuales se analizarán de
acuerdo a una temperatura de confort y su rango. Las temperaturas
superior al rango de confort, evidencian sobrecalentamientos y las
temperaturas bajo de ese umbral contempla periodos de enfriamiento.
6
Estudio Realizado por Morillón, D. y Meza, N., 2005.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
39 - 129
•
Gráficas Solares Estereográficas, que muestran para cada latitud, la
posición del sol para cada mes, día y hora del año.
•
Mascarilla de Sombreado, que representan el ángulo de obstrucción de la
radiación solar cada 10°, en los cuales los aleros, se determinan desde el
horizonte hasta el cenit, y para los parasoles, desde el sur hasta el norte.
Figura 3.1. Diagrama de Requerimientos Térmicos del Área Metropolitana de Mendoza.
Fuente: Morillón, D. y Mesa, N., 2005.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
40 - 129
Figura 3.2.Gráfica Estereográfica, latitud -32,85 (Mendoza) y Mascarilla de Sombreado.
Fuente: Morillón, D. y Mesa, N., 2005.
El procedimiento de cálculo, comienza al ingresar la información del diagrama de
requerimientos a cada gráfica solar (por semestre), resaltando si el requerimiento
es de calefacción (T1) o enfriamiento (T2). (Figura 3.3.).
Esta metodología considera que los días de frio y calor se deben dejar sin
protección y con protección, respectivamente. En momento de confort se puede
considerar una de las dos alternativas.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
41 - 129
Figura 3.3. Gráficas Solares de los semestres Enero – Junio y Julio – Diciembre.
Fuente: Morillón, D. y Mesa, N., 2005.
Para el diseño de protecciones, se sobrepone la mascarilla de sombreado, de
aleros o parasoles, en las gráficas solares determinadas por T1 y T2, con diversos
ángulos de protección indicados en la Figura 2.6. y 2.8. de esta investigación.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
42 - 129
Figura 3.4. Mascarilla de Sombreado y Gráficas Solares, para un alero en
orientación Norte, Semestre Enero – Julio. Mendoza. Ángulos de 60°, 40° y 20°.
Fuente:Morillón, D. y Mesa, N., 2005.
Figura 3.5. Mascarilla de Sombreado y Gráficas Solares, para un parasoles en
orientación Norte, Semestre Enero – Julio. Mendoza. Ángulos de 10°, 40° y 70°.
Fuente: Morillón, D. y Mesa, N., 2005.
De las gráficas se puede establecer las horas que requieren sombra y no son
protegidas (K) y las horas que requieren sol y no quedan protegidas (L), para lo
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
43 - 129
cual se calcula la eficiencia de la protección solar para periodos de calor (EPC) y
periodos de frío (EPF), en las siguientes relaciones:
EPC=(1-(K/T2))x100
EPF=(L/T1)x100
Donde,
T1
=
Horas por mes que requieren soleamiento o aprovechamiento solar.
T2
=
Horas por mes que requieren protección solar o sombra.
K
=
Horas que requieren sombra y no son protegidas.
L
=
Horas que requieren sol y no quedan protegidas.
EPC
=
Eficiencia para periodos de Calor.
EPF
=
Eficiencia para el periodo de Frío.
Para obtener la eficiencia global de los elementos durante todo el año (ED), se
calcula mediante la siguiente relación:
ED=(T1/(T1+T2)) x EPF + (T2/(T1+T2)) x EPC
Donde,
T1
=
Horas por mes que requieren soleamiento o aprovechamiento solar.
T2
=
Horas por mes que requieren protección solar o sombra.
EPC
=
Eficiencia para periodos de Calor.
EPF
=
Eficiencia para el periodo de Frío.
ED
=
Eficiencia Ponderada.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
44 - 129
Considerando las diversas variables presentadas, se tiene que el ángulo óptimo es
el valor máximo de la eficiencia global (ponderada) de ambos semestres, es decir
el ángulo corresponde al valor del punto que cruza las eficiencias para periodos de
calor (EPC) y de frío (EDF).
Figura 3.6. Eficiencia de los Ángulos del Alero en Orientación Norte. Mendoza.
Fuente: Morillón, D. y Mesa, N., 2005.
Este procedimiento se basa en cálculo manual, sin embargo existe una
herramienta informática, que nace de este procedimiento, el cual correspondería a
software Biosol, que según información de Dr. David Morillón, estaría
próximamente disponible en la página web del Instituto de Ingeniería de la UNAM.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
45 - 129
1.2.
En Relación a la Limitación de la Demanda Energética.
Los recientes TDRe para edificios públicos de la Dirección de Arquitectura del
MOP, presenta el tema de la limitación de la demanda energética, el cual definen
exigencias, indicadores, límites y procedimientos para verificación de diseño y
obras construidas, basado en el CTE Español.
“Esta evaluación se realizará mediante la comparación del estándar prescriptivo –
en el caso de superficies inferiores a 700 m2 - y del desempeño potencial del
edificio – en el caso de superficies sobre 700 m2” (CITECCUBB-DECONUC, 2012)
El primer procedimiento al cual se refiere este documento es bajo método
simplificado, el cual debe dar cumplimiento a los estándar y valores límites de cada
zona climática (ver valores límites para zona sur litoral Anexo J) y donde se debe
calcular la transmitancia térmica de elementos de la envolvente, factor solar
modificados de ventanas y lucernarios y la permeabilidad del aire, de acuerdo a
tablas y fórmulas planteadas en el documento.
Para efectos de esta investigación resulta sólo importante describir el cálculo del
factor solar modificado, el cual es extraído del CTE español y expuesto en este
documento de uso nacional, el cual se expone a continuación:
F=Fs * [(1-Fm)*g ﬩+ Fm*0,04* Um *α]
[1]
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
46 - 129
Donde,
Fs: factor de sombra del vano o lucernario obtenido del Anexo C en función del
dispositivo de sombra o mediante simulación. En caso de que no se justifique
adecuadamente el valor de Fs se debe considerar igual a la unidad;
Fm: fracción del vano ocupada por el marco, en el caso de ventanas, o la fracción
de la parte maciza en el caso de puertas.
g﬩: factor solar de la parte semitransparente del vano o lucernario a incidencia
normal. El factor solar puede ser obtenido por el método descrito en la norma UNE
EN 410:1998, o de certificados oficiales.
Um: transmitancia térmica del marco del vano o lucernario.
α: absortividad del marco, obtenida del Anexo B.
Existen ciertos valores que deben ser contextualizados a nivel nacional, es el caso
de g﬩, Um y Fm, que se exponen en Anexo L y Anexos I e H, respectivamente.
En cuanto al segundo procedimientos corresponde a la simulación computacional
del edificio proyectado en TAS, Desing Builder, Energy Plus, Trnsys, IES, el cual
debe considerar todos los antecedentes del edificios (geométricos, climatológicos,
de operación, etc.) con el fin de obtener la estimación de la demanda energética
de calefacción y refrigeración, los cuales deben ser iguales o inferiores de su
modelo de referencia, es decir, del edificio en estudio con las exigencias y valores
límites determinadas por zona climática.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
47 - 129
1.3.
En relación a Estudios de Escenarios en Simulación Dinámica.
Existen diversos estudios que consideran simulaciones energéticas a través de
software, de los cuales uno de ellos realizado en Chile llamado “Análisis del
Comportamiento Térmico de Edificios de Oficina en Comunas de la Región
Metropolitana” de Bustamante et al. 2010, enfrenta el tema de las protecciones
solares evaluadas bajo escenarios en simulación dinámica.
La metodología corresponde a la búsqueda de dos edificios de oficinas típicos
construidos en el periodo 2005 a 2010: uno con 100% de la fachada vidriada con
vidrio doble “Edificio Las Condes” y otro con fachada combinada con vidrio simple
“Edificio Providencia”.
Con los antecedentes técnicos (planimetría, especificaciones técnicas, etc), base
del clima y características de operaciones se comenzó la simulación, de los
escenarios planteados, en régimen dinámico con el software TAS, considerando
dos tipos de modelaciones: sin termostato y con termostato, de manera de obtener
datos
de
posible
sobrecalentamiento
y
de
la
demanda
energética,
respectivamente. Los escenarios a evaluar fueron:
a. Edificio Las Condes: Escenario N°1 (Edificio con sus características
actuales), Escenario N°2: (Edificio con Protecciones Solares estratégicamente
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
48 - 129
diseñadas) y Escenario N°3 (Edificio considerado en Escenario N°2 con
ventilación Nocturna).
b. Edificio Providencia: Escenario N°1 (Edificio con sus características
actuales), Escenario N°2 (Edificio con características actuales, pero con el
cambio de sus vidrios simples a dobles herméticos) y Escenario N°3 (Edificio
considerado en Escenario N°2 con Protecciones Solares y aislación térmica).
Las conclusiones para este estudio en relación a las protecciones solares es: “Al
aplicar protección solar al edificio con fachada 100% vidriada se obtienen
reducciones de demanda de refrigeración de 60 a 49 kWh/m2·año, pero aumenta
levemente la demanda de calefacción de 1,2 a 1,5 kWh/m2·año. La
recomendación de aplicar protección solar parece ser efectiva pero se contrapone
con la idea de tener un diseño con alta transparencia en su envolvente. En el
edificio con facha combinada la protección solar es aplicada en combinación con
aislación de muros exteriores. El efecto que se obtiene en verano es peor que sólo
con DHV selectivo, pues se incrementa la inercia térmica del edificio. Sin embargo,
el comportamiento en invierno es mejorado considerablemente, llegando a ser de
alto nivel al requerir sólo 3,5 kWh/m2·año para calefacción” (Bustamante et al.
2010, 9p.)
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
49 - 129
Los resultados del estudio de la demanda energética se determinan en el cuadro
1.3.y cuadro N°1.4.
Cuadro 1.3. Demanda Energética del Edificio Las Condes.
Fuente: Bustamante et al., 2010.
Cuadro 1.4. Demanda Energética del Edificio Las Providencia.
Fuente: Bustamante et al., 2010
Si bien el estudio determina que las protecciones reducen los efectos de
sobrecalentamiento, también establece la existencia de otros fenómenos que
poseen cierta implicancia en la demanda energética, sin embargo el desarrollo de
escenarios parece un procedimiento adecuado para abordar esta investigación.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
50 - 129
1.4.
En relación a Empresas del Rubro: Hunter Douglas.
Hunter Douglas dispone de dos procedimientos para determinar una protección
solar: una corresponde al método de gráficas solares que se define en forma
similar a la establecida por Morillón, 2004, en base a determinar el ángulo de la
protección solar a través de mascarilla de sombreado y carta de trayectoria solar y
por otra parte establecer una simulación a través de un software propio
“EnergyTool” que determina la demanda energética.
Figura 3.7.Superposición de Mascarilla de Sombreado y Trayectoria Solar.
Fuente: Hunter Douglas, 2012.
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en relación a la Demanda Energética.
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Figura 3.8. Diversas Gráficas de Sombras de los Productos de Protecciones
Solares, de Hunter Douglas.
Fuente: Hunter Douglas, 2012.
Para el caso puntual del software se debe considerar antecedentes técnicos,
climáticos y ocupaciones, donde se analiza dos situaciones: uno en relación al
Cálculo Referencial (el cual se realiza excluyendo los productos de control solar) y
otro al Cálculo Actual: (el cual se realiza incluyendo los productos de control solar).
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
52 - 129
Estos casos son comparados para obtener como resultado el ahorro energético
final, de estos Hunter Douglas sólo entrega a sus clientes sólo indicadores
comparativos y referenciales.
Este método en relación al software valida nuevamente la importancia de
comparar resultados en relación a la demanda energética del edificio.
Figura 3.9. Datos a Ingresa en SoftawareEnergyTool en relación a las
Características del Recinto.
Fuente: Hunter Douglas, 2012.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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Figura 4.0. Datos a Ingresa en SoftawareEnergyTool en relación a las
Sistema de Protección Solar a Utilizar.
Fuente: Hunter Douglas, 2012.
Figura 4.1. Resultados Mensuales en SoftawareEnergyTool, del Cálculo de
Referencia y Actual.
Fuente: Hunter Douglas, 2012.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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Figura 4.2. Resultados Anuales en Software EnergyTool, del Cálculo de Referencia y
Actual.
Fuente: Hunter Douglas, 2012.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
55 - 129
2.0.
Identificación de Variables en las Metodologías Catastradas.
El estudio en relación al mecanismo de evaluación de protecciones solares es amplio y
poseen diversos procedimientos que dependen del objetivo propuestos para cada
investigación.
Para esta tesis de investigación se busca un procedimiento que reúna la mayor cantidad
de variables, con el objetivo de obtener resultados lo más cercanos a lo real.
Para definir un procedimiento acorde a lo requerido se ha determinado realizar un cuadro
comparativo (Cuadro 1.5.), de acuerdo a un itemizado de las variables extraídas de las
cuatro metodologías analizadas, en relación a: Antecedentes, Condición de Confort,
Protecciones Solares, Software y Resultados, cuya importancia es determinar una pauta
que permitirá comparar, comprender y valorar la forma de proceder frente a la obtención
de resultados.
En relación al cuadro N°1.5. se puede inferir que la metodología:
•
En relación al Bioclima y Confort en Aleros y Parasoles, mediante cálculo manual y
software, contempla antecedentes particulares del clima y geometría de protección
solar, sin embargo carece de antecedentes como ganancias internas, ocupación,
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
56 - 129
materialidad de ventana, etc., lo que responde a que el enfoque de este
procedimiento está determinado para cada ventana y no para el edificio.
Cuadro 1.5. Cuadro Comparativo de los Metodologías Catastradas.
Fuente: Elaboración Propia.
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en relación a la Demanda Energética.
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•
En relación a la Limitación de la Demanda Energética con método simplificado,
este permite determinar el factor solar modificado de acuerdo a una formula dónde
interviene la implicancia de todos los materiales en el
resultado final. Estos
últimos están regulados por un valor límite que se ha determinado considerando el
clima y condiciones operacionales del edificio en una zona climática en particular.
Por otro lado está la simulación computacional, que permitiría establecer más
libertad en el diseño de protecciones solares y que tiene como procedimiento
comparar dos escenarios en relación a la demanda energética.
•
En relación a Estudios de Escenarios en Simulación Dinámica, este posee una
base sólida de antecedentes en el cual se simula diversos escenarios para ser
evaluados en software TAS para calcular la demanda energética. Sin embargo la
determinación del factor solar modificado no considera las variables de los
materiales de las protecciones solares, sino más bien se utiliza el factor de sombra
modelado en el software.
•
En relación a Empresas del Rubro “Hunter Douglas”, este se evalúa mediante
cálculo y software; el primero contempla sólo conceptos de geometría solar y el
segundo considera las mismas variables utilizadas por el TAS, sin embargo no se
tiene la certeza del procedimiento real del programa de simulación, ya que es de
uso exclusivo de Hunter Douglas.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
58 - 129
3.0.
Definición del Procedimiento
En general se puede inferir que el método por cálculo manual y software son
complementarios, considerando que el primero va enfocado particularmente en el hueco
ventana y el segundo determina el comportamiento del edificio.
En relación a la metodología más integral para establecer un procedimiento técnicamente
viable para esta tesis de investigación se ha determinado comprobar el método N°2 y N°3,
puesto que las dos contemplan como resultado la modelación en software TAS, que tiene
por finalidad determinar demanda energética del edificio, sin embargo la diferencia en
obtener el resultado particular en el hueco ventana con protecciones solares difiere,
considerando que uno permite lograr un valor de factor solar modificado calculado de
acuerdo a la fórmula [1], donde las variables de materialidad influyen directamente en el
resultado, en tanto la modelación de protecciones solares en software sólo considera el
factor sombra debido a la modelación de este elemento en 3D.
Para establecer las diferencias que conlleva esta última situación, se ha determinado
comprobar distintos mecanismos para evaluar la forma de ingresar las protecciones
solares en TAS, simulando un recinto ubicado en Concepción, de las mismas
dimensiones, materialidad, condiciones de ganancias internas, protección solar, etc. Estos
casos son:
•
Caso N°1: Recinto sin protecciones solares.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
59 - 129
•
Caso N°2: Recinto con modelación de protección solar en 3D Modeller de TAS.
•
Caso N°3: Recinto con modelación de protección solar en Building Simulator de
TAS.
•
Caso N°4: Recinto ingresando el Factor Solar Modificado calculado por fórmula [1],
considerando protección solar, vidrio y marco e ingresado este valor a las
especificaciones técnicas de vidrio y marcos en Building Simulator de TAS.
•
Caso N°5: Recinto ingresando el Factor Solar Modificado calculado por fórmula [1],
considerando protección solar y vidrio e ingresado este valor a las especificaciones
técnicas de vidrio y marcos en Building Simulator de TAS.
El cuadro 1.6. se expone los resultados del caso N°1 (sin Protecciones Solares), los
cuatro opciones para ingresar un mismo tipo de protección solar (para este caso un alero
de 1,3 mts) y el promedio de estos últimos, obteniéndose distintos resultados en relación
a la demanda de calefacción, refrigeración y total.
Cuadro 1.6. Demanda de Calefacción, Refrigeración y Total por Caso.
Fuente: Elaboración Propia.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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Considerando que se está realizando un análisis de procedimientos no de resultados, se
tiene que:
•
Todas las demandas de calefacción son superior al caso N°1 (original) y las
demandas de refrigeración son inferior al caso N°1 (original), por cuanto TAS
asume los efectos de la protección solar.
•
El caso N°3, posee una demanda total más alta en relación al restos de los casos
(1,16%) y por el contrario el caso N°5 posee una demanda total más baja (1,18%).
•
El caso N°2 y N°4 poseen una demanda total similar (1,12%), sin embargo la
última contempla un factor solar modificado que contempla tres elementos: vidrio,
marcos y protección solar, que permite obtener más variables y por lo tanto se
obtiene un resultado más real. En el otro caso (N°2), la modelación en 3D del TAS,
es difícil precisar las variables que influyen puesto que el programa no está
diseñado para la evaluación de protecciones solares.
Esta última situación determina que la forma más real para llegar a un resultado confiable
es determinar el Factor Solar Modificado según formula [1], ocupando todos los
antecedentes técnicos que ésta relación determina (vidrio, marcos y protecciones
solares). Posteriormente con estos valores definidos se establecerán escenarios que
serán evaluados en simulación dinámica software TAS, considerando para ellos todos los
datos necesarios, que serán definidos para el caso de estudio.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
61 - 129
4.0.
Pauta de Evaluación de Protecciones Solares en Relación a la Demanda
Energética.
La definición del procedimiento determina la forma general de la evaluación de las
protecciones solares, sin embargo la opción práctica v que subyace de este
procedimiento radica en la elaboración de una pauta de evaluación que podrás ser
aplicada a casos de estudio, el cual debe poseer al menos los antecedentes que se
indican en cuadro 1.7. que deben ser utilizado en el cálculo manual o mediante el
software TAS.
Cuadro 1.7. Antecedentes para Pauta de Evaluación de Protecciones Solares en
Relación a la Demanda Energética.
Los antecedentes requeridos para realizar la propuesta de evaluación de las protecciones
solares de un edificio en relación a la demanda energética de esta investigación, debe
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
62 - 129
contener al menos las referencias del edificio, clima y condiciones de uso del caso de
estudio, dónde sólo el primer antecedente permite los cálculos manual y el resto se
ingresa al software TAS.
Es preciso mencionar que esta pauta de evaluación de protecciones solares que busca
medir la implicancia en la demanda energética, está diseñada para edificios con alta carga
interna, por cuanto se ha determinado concentrar los casos en aquellos destinados a
oficinas donde las ganancias por equipos e iluminación son relevantes.
La pauta de evaluación se realizó en relación a distintos análisis, definiciones y cálculos
se detalla y describe a continuación:
4.1.
Análisis de Antecedentes.
4.1.1. Emplazamiento y Orientación del Edificio
Corresponde a contextualizar el edificio en su sitio y situación, con el
objetivo de definir el entorno (proyección de sombras de edificios) y
orientación de fachadas, según Anexo M.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
63 - 129
4.1.2. Envolvente, transmitacia térmica y factor solar modificado
Este análisis corresponde a definir la envolvente opaca y transparente del
edificio, según planimetría y especificaciones técnicas, que posteriormente
permitirá calcular la transmitancia térmica de cada unos de estos
elementos.
Para el cálculo de la transmitancia térmica se sugiere el cálculo manual de
acuerdo a la siguiente antecedentes:
•
Calcular transmitancia térmica de Piso según CTE (Anexo D).
•
Calcular transmitacia térmica de elementos opacos de acuerdo a la
NCh853-20077(Anexo E).
•
Calcular elementos tranparentes de acuerdo a CTE, es decir,
fórmula [2] o extraer valor según Anexo L, cuyos valores son
obtenidos del “Manual de Referencias Técnicas para la Aplicación
del Software CCTE-CL V2 en Chile”, considerando que “Los perfiles
de aluminio inciden 15% de la superficie de la ventana y por tanto
no son relevantes en el cálculo del U total” (Indalum, 2006).
La fórmula del CTE para elementos transparentes se expresa según la
siguiente relación:
UH = (1-FM)*UH,v+ FM * UH,m
7
[2]
Acondicionamiento Térmico- Envolvente térmica de Edificios- Cálculo de Resistencias y Tramitancias Térmicas.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
64 - 129
Siendo,
UH,v:
la transmitancia térmica de la parte semitransparente
[W/m2K];
UH,m:
la transmitancia térmica del marco de la ventana o lucernario,
o puerta [W/m2K];
FM: la fracción del hueco ocupada por el marco.
Para efectos de cálculos, estos valores se definieron de acuerdo al
contexto técnico nacional, donde UH,v, UH,m y FM, son expuesto en
Anexo L, I e H, respectivamente.
Los resultados de transmitancia térmica de la envolvente deben ser
ingresados manualmente al material creado en el software TAS.
Para el caso del cálculo del Factor Solar Modificado, se determina de
acuerdo a la formula [1], expuesta en el ítem 5.2. del Capítulo I. Los datos
técnicos utilizado para esta relación se basan en antecedentes técnicos
nacionales y son: Fs (Anexo A o C, o especificación que considere el factor
sombra), FM (Anexo H), g﬩ (Anexo L), Um (Anexo I) y α (Anexo B).
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
65 - 129
Para el cálculo del factor solar modificado la incorporación del marco es
relevante, ya que provee de sombra que disminuye el traspaso de las
ganancias solares al interior. Esta situación queda demostrada en Anexo K,
donde se expone la condición existente sin considerar el marco y otra
contemplando este elemento. Una vez calculado este factor es ingresado al
software TAS editando el material de un vidrio y reemplazando el valor “G”,
para posteriormente definir el elemento constructivo vano-ventana (vidrio y
marco) con este material. Este proceso se realiza para factores solares
modificados existentes y proyectados según tipo de protección solar a
utilizar en los diversos escenarios propuestos.
4.1.3. Clima y Parámetros Climáticos
La base de datos del clima de la ciudad particular debe ser compatible con
el software TAS y poseer los datos horarios de: Radiación Solar Global y
Difusa,
Nubosidad, Temperatura del Bulbo Seco, Humedad Relativa,
Velocidad y Dirección del Viento, antecedentes necesarios para la
modelación dinámica.
4.1.4. Confort Térmico
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
66 - 129
Se debe considerar como antecedentes el rango de confort térmico, el cual
puede ser del ambiente interior del edificio para una la actividad específica
o bien el rango de confort de un clima particular, cuyas temperaturas deben
ser ingresadas al software para determinar la demanda energética.
4.1.5. Condición de Operación y Ganancias Internas
Las condiciones operacionales del edificio se resumen en los días y
jornadas laborales, cuyos datos con la cantidad de personas por recintos,
superficie y datos del cuadro 1.8. permiten calcular las ganancias internas
que deben ser ingresadas al software TAS.
Cuadro 1.8. Emisión de Calor, Ganancias Iluminación y Equipos.
Fuente: Elaboración Propia, a partir de Bustamante et al., 2010.
4.1.6. Ventilación e Infiltración.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
67 - 129
La ventilación y la infiltración de cada caso particular deben ser
antecedentes proporcionados por el especialista o bien considerar datos
referenciales confiables.
Para el caso de esta investigación se obtuvo los siguientes datos
referenciales que fueron extraídos del estudio de Bustamante et al. 2010, el
cual plantea que una persona trabajando en una oficina requiere 10 l/s
(36m3/h) de aire exterior y una infiltración 0,3 ach las 24 horas en todos los
recintos.
Si bien existen recintos que no pertenecen a la categoría de oficina, se
sugiere utilizar estos mismos datos considerando que ningún de ellos
estipula una actividad que involucre más emisión de calor. En tanto existen
otros recintos donde no existen actividades que deben contemplar
contemplan sólo infiltración las 24 horas del día.
4.1.7. Definición, Clasificación, Orientación y Determinación de Cálculo
Superficies Transparentes.
Este análisis busca definir a través de una nomenclatura cada superficie
tranparente para posteriormente clasificarlas según las especificaciones
técnicas y determinar su orientación, según Anexo M.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
68 - 129
La orientación permitirá establecer cuáles de estas superficies están
ubicadas hacia el sur, (orientación que no será analizada) y por otra parte
definir el factor solar de las protecciones solares en caso de ocupar el
Anexo C, cuyo valor depende de la orientación.
4.2.
Definiciones de Protecciones Solares a Utilizar
Las protecciones solares a utilizar para el procedimiento planteado en esta
investigación, deben poseer dentro de sus especificaciones técnicas el valor del
factor de sombra, considerando que este dato debe ser ingresado en la fórmula [1]
y determinará el valor del factor solar modificado ingresado al software TAS.
Para esta investigación se sugiere utilizar los valores de protección solar del TDRe
(Anexo C), considerando que se estandariza los dispositivos de sombras más
utilizados en las fachadas de edificios. A pesar de ello también se expone en
Anexo A factores de sombras determinados por Olgyay, no obstante carecen de
dimensiones reales que pudieses ser aplicadas a casos de estudios.
4.3.
Cálculo del Factor Solar Modificado y Escenarios a Evaluar en TAS
La determinación del factor solar modificado tiene directa relación con los
escenarios a evaluar en modelación dinámica “software TAS”.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
69 - 129
En general, se presentará un escenario referencial, el cual contempla la situación
existente del edificio, es decir, con todas las condiciones planimetrícas,
transmitancia térmica de la envolvente, factores solares modificados, condiciones
de operación y ganancias internas, ventilación e infiltración.
El resto de los escenarios deben poseer las mismas condiciones del escenario
referencial a excepción del cambio de los factores solares modificados que se
determinan según las protecciones solares a utilizar.
4.4.
Análisis de Resultados
Una vez establecidos los escenarios del caso de estudio se busca obtener dos
tipos de resultados: uno en relación a la temperatura del bulbo seco y otra en
relación a la implicancia de la demanda energética, que dependen principalmente
de la forma en que se simulará en el software TAS y los objetivos del analisis.
4.4.1. Resultados en Relación a la Temperatura del Bulbo Seco.
El objetivo de analizar la temperatura del bulbo seco al interior del edificio
permitirá verificar si el edificio posee problemas de sobrecalentamiento en
condición existente, identificar la zona térmica más crítica y por último
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
70 - 129
evaluar el comportamiento de las temperaturas en relación a los escenarios
a evaluar.
La simulación en software TAS se realiza sin termostato, cuyo resultado
permiten establecer los resultados de temperaturas de cada zona térmica,
en días específicos.
Los resultados para el caso de las protecciones solares pueden estar
enfocados a evaluar los escenarios planteados de uno o más recinto.
4.4.2. Resultados en Relación a la Demanda Energética.
El objetivo de analizar la demanda energética del caso de estudio es
obtener el comportamiento del edificio, considerando que si bien es posible
encontrar una protección solar óptima para disminuir sobrecalentamientos,
es necesario además evaluar el comportamiento térmico del éste en torno a
la eficiencia energética.
Para establecer la modelación de los escenarios, a diferencia del análisis
anterior, esta simulación contempla la incorporación del termostato, lo cual
se traduce en la definición de un rango de confort , lo que implica que el
software dará como resultado las demandas energéticas cuando este rango
de temperaturas no se cumpla.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
71 - 129
Los resultados que entrega el software se deberá presentar considerando
un modelo referencial, desde donde se establecerá la comparación que
determinará el aumento o disminución de la demanda energética.
En general, esta pauta se sintetiza en la Cuadro 1.9. , donde se describe los ítems,
objetivos y antecedentes requeridos.
Cuadro 1.9. Pauta de Evaluación de Protecciones Solares de Edificios de Oficina en
relación a la Demanda Energética.
Fuente: Elaboración Propia.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
72 - 129
CAPÍTULO III
APLICACIÓN DE PAUTA DE EVALUACIÓN A UN CASO DE ESTUDIO
La elección del caso de estudio “Fiscalía Regional del Bío Bío” responde en ser un edificio
público de oficina ubicado en la Ciudad de Concepción, cuyo carácter está dentro de la
infraestructura de los TDRe que ha implementado el MOP, por cuanto su desarrollo
permitiría ser un aporte a la región. Además el edificio pertenece a proyectos
contemporáneos, caracterizado por grandes superficies vidriadas como respuesta a los
conceptos de modernidad y transparencia de la Reforma Procesal Penal, lo que sumado
a las altas cargas internas, conlleva a problemas de sobrecalentamiento al interior.
Los antecedentes fueron entregados por el Arquitecto encargado de la Infraestructura de
las Fiscalías a nivel regional, previa aprobación del Fiscal Regional que impuso como
condicionante la privacidad del edificio, lo que determinó sólo la utilización cierto material.
Figura 4.3. Fiscalía Regional Bío Bío.
Fuente: Elaboración Propia.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
73 - 129
1.0.
Evaluación de Protecciones Solares en relación a la Demanda Energética
1.1.
Análisis de Antecedentes.
1.1.1. Emplazamiento y Orientación del Edificio
La Fiscalía Regional del Bío Bío corresponde a un edificio de 1.214,72 m2
distribuido en 4 pisos, emplazado en el Centro Cívico de la Ciudad de
Concepción, rodeado de edificios aislado y espacios públicos amplios, que
conjuntamente determinan una escala urbana,, que permite el asoleamiento
completo de éste durante el día.
Figura 4.4. Ubicación Fiscalía Regional. Bío Bío.
Fuente: Elaboración Propia.
Formulación
mulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
74 - 129
En cuanto a la orientación del edificio se ha definido de acuerdo al Anexo
M, determinándose en Figura 4.5.
Figura 4.5. Determinación de Orientación de Fachadas de la Fiscalía
Regional Bío Bío
FACHADA DERECHAOESTE (HACIA EL RÍO)
FACHADA IZQUIERDANORESTE (FRENTE MOP)
FACHADA POSTERIOR- SUR(FRENTE CONTRALORÍA)
FACHADA PRINCIPAL - NOROESTE (FRENTEPLAZA)
Fuente: Elaboración Propia.
1.1.2. Envolvente, Transmitancia Térmica y Factor Solar Modificado.
La envolvente de este edificio está definida principalmente por los
elementos de radier, muros y losas de hormigón armado, de los cuales
estas últimas consideraron aislación térmica, para efectos de modelación.
Para definir la transmitancia térmica de los elementos constructivos del
edificio procedió de acuerdo a lo estipulado en la pauta de evaluación (ítem
4.1.2.), cuyos resultados están expuesto en Anexo D y E, para
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
75 - 129
posteriormente ser ingresado manualmente al material creado en el
software TAS.
En cuanto a los elementos tranparentes, el edificio contempla cuatro tipos:
(1) Muro Cortina con doble vidrio hermético (DVH) de vidrio claro de 4 mm
interior y vidrio verde de 6 mm exterior, con marcos metálicos color mate
con ruptura del puente térmico (Muro cortina hacia el Noroeste y Oeste),
(2) Muro Cortina con doble vidrio hermético (DVH) de vidrio claro de 4 mm
interior y vidrio claro de 6 mm exterior, con marcos metálicos color mate
con ruptura del puente térmico (Muro cortina hacia el Sur y Noreste), (3)
Ventanas con doble vidrio hermético (DVH) de vidrio claro de 4 mm interior
y vidrio claro de 6 mm exterior, con marcos metálicos color mate con
ruptura del puente térmico (Ventanas Normales Envolvente) y (4) Ventanas
de vidrio simple de 6mm con marcos metálicos color mate (principalmente
en puertas envolvente y tabiques vidriados interiores).
Los valores obtenidos de transmitancia térmica de cada tipo de ventana
según formula [2] son: (1) U= 3,14 [W/m2/K], (2) U= 3,21 [W/m2/K], (3) U=
3,31 [W/m2/K] y (4) U= 5,73 [W/m2/K].
Por otra parte existe una base de datos nacional Anexo L, donde la
transmitancia térmica de los elementos transparentes (1), (2) y (3) poseen
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
76 - 129
un valor de 3,1 [W/m2K], para vidrios dobles de 4 mm y 6 mm claro – claro
y claro absorbente y en el caso del vano-ventana de vidrio simple, este
valor es de 5,7 [W/m2K]. La similitud de resultados permite utilizar estos
últimos valores con el fin de simplificar la base de datos en el software TAS.
Para el caso del Factor Solar Modificado, se procedió calcularlo de acuerdo
a la formula [1], cuyo resultados se exponen en Anexo K.
1.1.3. Clima y Parámetros Climáticos
La base del clima de Concepción para el software TAS, fue solicitada al
CITECUBB, la cual entregó el archivo con los requerimientos expuestos en
ítem 4.1.3.
1.1.4. Confort Térmico
El confort térmico, determinante para estimar la demanda energética, se
definió de un archivo climático de la Ciudad de Concepción de Weather
Manager de 2009, el cual muestra las temperaturas máximas y mínimas
diarias durante el año, la radiación directa y difusa y el rango de confort
anual que va desde los 18° a 24°C.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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Figura 4.6. Gráfico Rango de Temperatura de Confort en Concepción.
Fuente: Weather Manager, 2009.
1.1.5. Condición de Operación y Ganancias Internas.
Las condiciones operacionales del edificio se resumen en: la jornada
laboral de la Fiscalía Regional, de 8:00 AM a 18:00 PM (todos los días
hábiles del año), y la cantidad de personas distribuidas en los recintos, lo
cual es clave para el cálculo de la emisión de calor por persona en cada
zona térmica.
Cuadro 2.0. Cantidad de Personas en Superficie.
Fuente: Elaboración Propia.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
78 - 129
A partir del Cuadro 1.8. se puede calcular el calor sensible y latente, de
acuerdo a la densidad y la emisión de calor por zona, según los porcentajes
definidos.
Cuadro 2.1. Calor Sensible y Latente por Zona Térmica.
Fuente: Elaboración Propia.
Las ganancias interna por equipo e iluminación se establecen directamente
de lo expuesto en Cuadro 1.8.
1.1.6. Ventilación e Infiltración.
El edificio posee una ventilación mecánica durante el periodo de operación
y se ha considerado una infiltración permanente en cada recinto.
Para efectos de cálculo se ha considerado lo estipulado en ítem 4.1.6. de
acuerdo a los datos de ventilación e infiltración estandarizada, que de
acuerdo a la densidad y volumen del recinto han dado como resultado la
ventilación requerida. Existen recintos donde sólo se considera la
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
79 - 129
infiltración (entretecho y espacio sin uso). Los resultados por zona térmica
se exponen en cuadro 2.2.
Cuadro 2.2. Determinación de Ventilación e Infiltración por Zona Térmica.
Fuente: Elaboración Propia.
1.1.7. Definición, Clasificación, Orientación y Determinación de Cálculo
Superficies Transparentes.
Las superficies tranparentes del caso de estudio se han definido mediante
tres siglas: (V) correspondiente a hueco ventana típica, (MC) Muro Cortinas
y (PV) puerta ventana, cuya definición presenta su característica especifica
(ventana o puerta).
La clasificación según las especificaciones técnicas y orientación de los
elementos tranparentes se realiza según ítem 4.1.2. y Anexo M,
respectivamente. De estas superficies trasparentes, se les aplicará
protección solar a las definidas en el cuadro 2.3., por cuanto no se
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
80 - 129
analizarán las ubicadas al sur y las superficies tranparentes que son parte
de puertas.
Cuadro 2.3. Definición, Orientación, Especificaciones Técnicas y Determinación Cálculo.
Fuente: Elaboración Propia.
1.2.
Definiciones de Protecciones Solares a Utilizar.
Los Protecciones Solares a utilizar para este caso de estudio son aquellos
definidos en el TDRe, los cuales corresponden a: Voladizos, Retranqueo, Lamas
Horizontales y Verticales, cuyo valor de sombra se define en Anexo C.
Las dimensiones del voladizo se analizan de acuerdo a la Tabla N°1 del Anexo C y
son: L=1 [m], D=0,2 [m] y H es variable, de acuerdo al vano ventana.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
81 - 129
Para el caso del retranqueo, las dimensiones se analizan de acuerdo a la Tabla
N°2 del Anexo C y son: L=1 [m], W y H son variables, de acuerdo al vano ventana.
Para el caso de las lamas horizontales y verticales los requerimientos de
dimensión se analizan de acuerdo a la Tabla N°3 del Anexo C. Los ángulos de
inclinación a utilizar son todos los definidos en la tabla, y donde cabe mencionar
que la relación D/L
debe ser igual o menor a 1 para generar sombra en la
superficie, cuya condición impone el CTE (documento normativo donde es extraída
esta tabla). Prueba de situación es la que existe actualmente en el edificio con
lamas horizontales, con las siguientes dimensiones: D=0,5 [m] y L=0,2 [m], cuyo
resultado es mayor a 1, y evidencia la nula acción de sombra sobre el muro
cortina, cuestión por la cual no es modelada en los escenarios de condición
existente “escenario 01 y 02”.
1.3.
Cálculo Factor Solar Modificado y Escenarios a Evaluar en TAS.
Como condición existente se presenta dos escenarios, de los cuales sólo uno de
ellos actuará como el modelo referencial. Uno es el “escenario 01”, el cual
contempla la situación existente del edificio, pero sin considerar la protección solar
existente y ventilación mecánica. En cuanto el “escenario 02”, es idéntico al
anterior, pero considerando la ventilación mecánica, por cuanto esta situación la
convierte en un modelo más real y por ello referencial.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
82 - 129
El resto de los escenarios posee la misma condición que el “Escenario 02”, no
obstante cambia de los factores solares modificados que se determinan según las
protecciones solares a utilizar, es decir, para el caso de las lamas horizontales
existen 3 escenarios (ángulo de inclinación 0°, 30° y 60°), para lamas verticales
siete escenarios (ángulo de inclinación -60°, -45°, -30°, 0°, 30°, 45° y 60°), para el
caso de aleros y retranqueo, un escenario para cada caso. Además se han
planteado otros dos escenarios con el objetivo de considerar por una parte todos
los factores solares modificados y otro para comprobar las exigencias establecidas
por CITECUBB y DECONUC (Anexo J).
El factor solar modificado y los escenarios del Caso de Estudio se exponen en el
cuadro 2.4. y 2.5.
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en relación a la Demanda Energética.
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Cuadro 2.4. Determinación del Factores Solares Modificados por Nivel.
Fuente: Elaboración Propia.
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en relación a la Demanda Energética.
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Cuadro 2.5. Escenarios Bases a Evaluar en relación a las Protecciones Solares y
Condición del Edificio. Escenario 01 al 16.
Fuente: Elaboración Propia.
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en relación a la Demanda Energética.
85 - 129
Otro punto a mencionar es la sub-clasificación de cada escenario, los cuales se
determinan con letra A, B y C. Los escenarios del tipo A, corresponden a la
aplicación del factor solar modificado de las protecciones solares proyectadas a
todas las superficies transparentes de la envolvente, definidas en el cuadro 2.3.
En el caso que este factor sea aplicado sólo a los muros cortinas se denomina
Tipo B. Por último si está aplicado sólo a vanos -ventanas (V), dejando fuera los
muros cortinas se denominará Tipo C.
Figura 4.7. Imágenes Referenciales de los Escenarios Tipo A, B y C
Tipo A
Tipo B
Tipo C
Fuente: Elaboración Propia, a partir de software TAS.
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en relación a la Demanda Energética.
86 - 129
1.4.
Análisis de Resultados
1.4.1. Resultados en Relación a la Temperatura del Bulbo Seco.
Como primera parte del procedimiento se establece a través de la
simulación en software Tas los dos escenarios que contemplan la condición
existente “Escenario 01 y 02”, sin termostato para identificar el espacio
físico habitable que posee la mayor temperatura del bulbo seco, analizado
para dos días puntuales que corresponden al “solsticio de verano e
invierno”, determinados por ser días de mayor y menor cantidad de horas
de sol.
Como resultado de este proceso se ha identificado que el recinto con más
alta temperatura del bulbo seco corresponde a la “Oficina Técnico SAF”, del
Tercer Nivel ubicada al Noroeste, la cual será uno de los focos de análisis.
Como contraparte se ha establecido determinar una oficina en el mismo
piso, pero con una orientación Sur “Oficina Técnicos Informáticos UGI”,
para realizar las comparaciones respectivas.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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Figura 4.8. Ubicación Oficinas en Tercer Nivel para el Análisis de Temperatura
Bulbo Seco.
OFICINA
T ECNICOS INFORM AT ICOS UGI
OFICINA T ECNI CO SAF
FACHADA DERECHAOESTE (HACIA EL RÍO)
FACHADA IZQUIERDANORESTE (FRENTE MOP)
FACHADA POSTERIOR- SUR (FRENTE CONTRALORÍA )
FACHADA PRINCIPAL - NOROESTE (FRENTE PLAZA )
OFICINA
TECNICOS INFORMATICOS UGI
OFICINA TECNICO SAF
Fuente: Elaboración Propia.
Para evaluar la implicancia de las protecciones solares en la temperatura
interior de las dos oficinas, se analizan el resto de los escenarios desde 03
a 16, sólo del tipo A, con excepción del 13 que sólo posee tipo C, por
cuanto será analizado en esa condición (más adelante se explicará esta
decisión).
Los resultados de la variación de la temperatura interior del bulbo seco en
las dos oficinas, para dos días específicos se detallan en el Anexo N y sólo
las temperaturas máximas son graficados en la Figura 4.9. y 5.0.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
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Figura 4.9.: Temperatura Máxima de Oficina Técnico SAF en Solsticio Verano e Invierno.
Fuente: Elaboración Propia.
Figura 5.0.: Temperatura Máxima de Oficina Técnicos Informáticos UGI en Solsticio
Verano e Invierno.
Fuente: Elaboración Propia.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
89 - 129
Considerando el rango de confort para la ciudad de Concepción de18 a
24°C, se pudo inferir que los dos recintos, en el solsticio de verano, poseen
problemas de sobrecalentamiento, sin embargo la oficina SAF posee una
gran disminución por la implicancia de las protecciones solares. El otro
recinto posee una leve diminución, puesto que está ubicado al sur, lugar
donde no se ha proyectado este tipo de dispositivos. En cambio en el día
de invierno las dos oficinas poseen una temperatura máxima similar.
Para este análisis se puede establecer que la brecha de temperaturas
máximas entre los dos días analizados, debe ser mínima para determinar
un escenario óptimo.
Frente a esta situación es posible determinar que el escenario 15A es el
más óptimo para los dos recintos, sin embargo es una situación que implica
una combinación de protecciones solares. Bajo esta situación, se tiene que
la protección solares más eficientes del punto de vista de la mínima
diferencia de temperatura es el escenario 14A y 5A que corresponde al
retranqueo
(considera
componente
vertical
y
horizontal)
y
lamas
horizontales 60°. Estos tres escenarios coinciden por poseer valores
mínimos de factor solar modificado lo cual sería determinante en la
definición de un escenario óptimo para el caso de estudio.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
90 - 129
1.4.2. Resultados en Relación a la Demanda Energética.
En segunda instancia el procedimiento para determinar la demanda
energética contempla los mismos escenarios definidos por cuadro 2.4. y
2.5., a lo cual se suma la sub-clasificación del Tipo A, B y C, cuyo resultado
da un total de 37 escenarios a evaluar.
Existe un escenario referencial “Escenario 02”, desde el cual se determina
los porcentajes de disminución o aumento de las distintas demanda, con el
objetivo de facilitar la lectura de los resultados cuyo resultados se exponen
en Anexo O y se grafican en la figura 5.1.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
91 - 129
Figura 5.1.: Gráfico del Resultado de la Demanda Energética de Refrigeración,
Calefacción y Total en KW.*h/m2*a.
Fuente: Elaboración Propia.
De los resultados expuestos se tiene que en los escenarios de tipo “A”, la
demanda de refrigeración disminuye en un 33 a 74 % y la demanda de
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
92 - 129
calefacción aumenta en un 19 a 36%, por el contrario en el caso de sólo un
escenario esta última disminuye en un 40% (escenario 16A, considerando
que se ha modificado la transmitancia térmica de la envolvente opaca).
Bajo esta situación la demanda energética total en el resto de los
escenarios en relación al “Escenario 02”, disminuye en un 24 a 36%.
En los escenarios de tipo “B”, la demanda de refrigeración disminuye en un
52 a 72 % y la demanda de calefacción aumenta de un 16 a 31% por
cuanto la demanda total en relación al “Escenario 02”, disminuye en todos
los escenarios entre un 24 a 31%.
En los escenarios de tipo “C”, la demanda de refrigeración disminuye en un
1 a 3% y la demanda de calefacción aumenta en un 1 a 4% por cuanto la
demanda total en relación al “Escenario 02” es 0.
Si bien el problema del sobrecalentamiento debiera tener un cierto énfasis
de las demanda de refrigeración, se puede afirmar que la de calefacción
tiene la misma relevancia puesto que son inversamente proporcionales,
por tanto la menor demanda total energética en relación a la condiciones
existente contemplaría el mejor escenario. Frente a esta situación se puede
establecer que:
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
93 - 129
Los escenarios tipos “A” y “B”, poseen diferencias mínimas en relación a la
demanda energética total, en cambio los de tipo “C” no tiene ninguna
implicancia. Frente a esta situación se puede concluir que es más eficiente
ubicar protecciones solares en grandes superficies vidriadas “Tipo B”
considerando que se logran los mismos resultados que la utilización de
estos dispositivos solares en todas las superficies transparentes de la
envolvente.
El tipo de protección solar que presenta menor demanda energética total
de acuerdo a la condición existente (escenarios de 03 a 14), corresponde a
Lamas Horizontales de ángulo de inclinación de 60° “Escenario 05B”
En general, el escenario 15B contempla los mínimos valores de factor solar
modificado de 0,13 a 0,16, lo cual permite concluir
que para las
protecciones solares definidas para esta investigación, aplicadas al caso de
estudio en Concepción, la demanda energética total no disminuiría más del
un 31%. El caso del escenario 16, donde la disminución de la demanda
total de 36%, es atribuible a la reducción de la demanda de calefacción por
valores de transmitancia térmica de la envolvente definidas par al zona sur
litoral en TDRe.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
94 - 129
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES
Con la idea de establecer una estructura en relación a las etapas principales de los
aportes de esta investigación, se ha definido determinar cuatro tipos de de conclusiones:
en relación a la hipótesis de la investigación, a la formulación del procedimiento, a los
resultados de caso de estudio y a posibles investigaciones futuras, las cuales se pasan a
detallar a continuación:
1.0.
En relación a la Hipótesis de la Investigación.
La hipótesis de esta investigación se enfoca principalmente en la metodología a utilizar
para la formulación de procedimiento, por cuanto las conclusiones se centran en torno a la
forma de constituir la pauta de evaluación.
•
La formulación del procedimiento es la forma general de establecer una evaluación
de protecciones solares, cuya forma práctica y aporte a la investigación se
sintetiza en el diseño de una pauta de evaluación.
•
La metodología determinada en la hipótesis de esta investigación, considera un
orden desde la conceptualización, identificación de variables, formulación del
procedimiento y aplicación del caso de estudio, que es coherente con lo planteado
en esta investigación, sin embargo la parte práctica del procedimiento definida en
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
95 - 129
la Pauta de Evaluación, sólo fue posible ser validada con la aplicación del caso de
estudio.
En síntesis, el orden metodológico apunta a verificar la hipótesis planteada, sin embargo
el caso de estudio posee un rol
esencial por cuanto no sólo demuestra un ejemplo
práctico, sino válida la pauta de evaluación que es determinada por la formulación de un
procedimiento que se constituye por cuatro metodologías catastradas.
2.0.
En relación a la formulación del procedimiento.
El estado actual del arte en relación al tema del control solar es variado y posee diversas
metodologías, no obstante esta investigación se centró sólo en cuatro de las cuales se
identificaron las variables claves, cuya importancia resultan estar más relacionada con los
objetivos de la investigación. Este hecho permitió formular un procedimiento del cual se
concluye que:
•
La posibilidad de identificar y ordenar todas las variables de las metodologías
analizadas, permitió comprender los problemas más allá de un simple cálculo de la
demanda energética, en la cual se pudo concluir que el método de cálculo manual
y mediante software son análisis complementarios, que constituyen conjuntamente
el procedimiento de esta investigación.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
96 - 129
•
El cálculo del factor solar modificado en base a la fórmula [1] se basa no sólo en el
factor de sombra definido por la protección solar y factor solar del vidrio, sino que
además se suma el elemento marco, el cual (de acuerdo a su tamaño) disminuye
este valor. La importancia de este cálculo radica principalmente en que es posible
considerar tanto el tamaño, transmitancia térmica y color del marco, para ser
incorporados en forma manual al TAS, entendiendo que este tipo de simulación
dinámica no está diseñada para desarrollar el tema exclusivo de protecciones
solares, por lo cual estas variables son desconocidas por el evaluador, sobre todo
si se desea realizar el procedimiento sólo a través de software.
•
La importancia de la evaluación a través de simulación dinámica radica en tres
aspectos, los cuales fueron asumidos en los análisis de los diversos estudios
donde el software era la herramienta principal y posteriormente fue ratificado en el
proceso de esta investigación, los cuales son: definir un análisis en relación a la
evaluación de escenarios, cuyo modelo es replicado en varios estudios de control
solar; definir el comportamiento de sobrecalentamientos en dos recintos, para
evaluar las temperaturas máximas en periodo de verano e invierno; y evaluar las
demandas energéticas anuales del edificio, cuyo resultado es el objetivo de esta
investigación.
•
La formulación del procedimiento cuya forma práctica es a través de una pauta de
evaluación de protecciones solares en edificios de oficina en relación a la
demanda energética, resulta como el gran aporte de esta investigación.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
97 - 129
El procedimiento en relación al cálculo manual permite analizar cada superficie
trasparentes obteniéndose como resultado el factor solar modificado. Por el contrario, la
otra parte del procedimiento, mediante software, permite obtener el resultado de la
totalidad de la superficie construida, que se traduce en la demanda energética. Esta
síntesis permite establecer que el objetivo general de la investigación fue determinante
para encontrar los caminos en los cuales fue posible definir el procedimiento que permitió
generar la diseñar la pauta de evaluación.
3.0.
En relación a los Resultados del Caso de Estudio.
Los resultados en relación a las temperaturas máximas del bulbo seco en dos recintos en
solsticio de verano e invierno, contemplan dos condiciones:
•
En condición existe “Escenario 01 y 02”, se verifica los problemas existentes de
sobrecalentamiento interior y diferencia de temperaturas de casi 10°C, en recintos
analizados.
•
En condición proyectada (escenarios), esta diferencia de temperatura en los dos
recintos disminuye de 1° a 2°C.
El análisis de los dos recintos permite establecer que los efectos son relevantes, sin
embargo para evaluar el comportamiento del edificio se debe estimar la demanda
energética frente a los escenarios planteados, obteniéndose los siguientes resultados:
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
98 - 129
•
Los distintos escenarios planteados con soluciones de protecciones solares tienen
el mismo patrón de comportamiento, es decir,
se reduce la demanda de
refrigeración y aumenta la de calefacción.
•
La diferencia obtenidas en relación a la demanda energética entre los escenarios
tipo A,B y C, establecen que existe una relación entre la ubicación de estos
elementos y los ahorros de energía, que debe ser considerada para optimizar los
recursos económicos del proyecto.
•
El mejor escenario planteado es aquel que no determina la disminución de la
demanda de refrigeración, sino que establece la disminución de la demanda total,
los cuales son los escenarios 5B y 15B.
•
Los factores solares modificados del escenario 15B, pertenecen a los mínimos
factores solares modificados, por cuanto se puede concluir que para el caso de
estudio la demanda energética total no disminuirá más de un 31%.
•
El escenario 16A, determina una disminución mayor de la demanda energética, sin
embargo contempla cambio en la transmitancia térmica en la envolvente, variable
que no es parte de este estudio.
En síntesis, se puede apreciar que la evaluación en relación a la condición existente,
pudiese no ser el resultado real de la demanda energética, no obstante todo el
procedimiento de evaluación de las distintas protecciones solares, se realizó en torno a un
sólo escenario referencial, demostrando que los impactos son reales, puesto que se
basan en porcentajes de aumento o disminución, según sea el caso. En este mismo
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
99 - 129
sentido se puede concluir que cualquier tipo de solución planteada de los escenarios (Tipo
A y B), permite disminuir la demanda total en más de un 12%, por cuanto este sólo hecho
permitiría lograr el desafío del actual gobierno propuesto para el año 2020.
4.0.
En relación a Posibles Investigaciones Futuras.
La presente investigación se formuló, desarrollo y obtuvo resultados en relación a los
objetivos propuestos para este estudio, sin embargo es posible encontrar una serie de
temas que podría complementar este trabajo con posibles investigaciones futuras.
Algunas de ellas se mencionan a continuación:
•
Constituir nuevos escenarios con otras estrategias pasivas que disminuyan aún
más la demanda energética total del edificio. Ejemplo de ello puede ser
Transmitancia Térmica, Ventilación Nocturna, etc.
•
Evaluar más casos de estudio en Concepción u otras ciudades que permitan
estandarizar resultados.
Por último, es necesario mencionar la poca experiencia en Chile a nivel profesional de la
evaluación de las protecciones solares en el comportamiento térmico del edificio, por
cuanto se recomienda utilizar la pauta desarrollada en esta investigación o bien solicitar
asesoría técnica a empresas especialistas que comercializas estos elementos
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
100 - 129
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DECRETO SUPREMO N°47. (V. y U.) de 1992. D.O. de 13.04.09. CHILE.
Ordenanza General de Urbanismo y Construcción. Ministerialito de Vivienda y
Urbanismo, Chile, abril 2009.
•
NCh853-2007. Acondicionamiento Térmico- Envolvente Térmica de EdificiosCálculos de Resistencias y Tramtancias Térmica. Ministerialito de Vivienda y
Urbanismo, Chile, mayo 2007.
Normas Extranjeras.
•
CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN, (2006). DB HE: Ahorro de energía.
Limitación de la Demanda Energética. [en línea] Real Decreto 314/2006, de 17 de
marzo.
Boletín
oficial
del
Estado,
28
de
marzo
de
2006,
núm.
74.
<www.codigotecnico.org> [consulta: 15 noviembre 2012].
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
106 - 129
Papers:
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BOBADILLA A., Trebilcock M., Muñoz C., Figueroa R., Espinoza R., Arriagada R.,
Besser D., Guzmás F., Piderit B., Aguilera C. y Sánchez R., (2012). Propuesta de
Método de Calificación Energética y Ambiental de Edificios Públicos en Chile.
PLEA 2012-28th Conference, Opportunities, Limits & Needs Towards an
environmentally responsable architecture Lima, Perú 7-9 Noviembre 2012.
Seminarios:
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ARRIAGADA B., R. Certificación Prestacional y Certificación Energética Viviendas.
En: SEMINARIO Envolvente Térmica, aspectos de la reglamentación Térmica y su
Certificación.: Septiembre 2011. Concepción, Universidad del Bío Bío, Centro de
Investigación en Tecnologías de la Construcción. 38p.
Sitios
•
MINISTERIO
PÜBLICO.
Quienes
Somos:
La
Fiscalía.
[En
Línea]
<
http://www.fiscaliadechile.cl/Fiscalia/quienes/index.jsp> [consulta 17 noviembre
2012]
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
107 - 129
ANEXO A
“Factores de Sombra de Protecciones Solares Determinados por Olgyay. Factores de Sombra de 1,00 a 0,75”.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina en relación a la Demanda
Energética.
108 - 129
“Factores de Sombra de Protecciones Solares Determinados por Olgyay. Factores de Sombra de 0,75 a 0,50”.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina en relación a la Demanda
Energética.
109 - 129
“Factores de Sombra de Protecciones Solares Determinados por Olgyay. Factores de Sombra de 0,50 a 0,25”.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina en relación a la Demanda
Energética.
110 - 129
“Factores de Sombra de Protecciones Solares Determinados por Olgyay. Factores de Sombra de 0,25 a 0,10”.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina en relación a la Demanda
Energética.
111 - 129
ANEXO B
“Absortividad del marco para radiación solar α, según TDRe”
ANEXO C
Tabla N° 1: “Factores de Sombra para obstáculos de fachada (voladizos)”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
112 - 129
Tabla N° 2: “Factores de Sombra para obstáculos de fachada (retranqueo)”
Tabla N°3: “Factores de Sombra para obstáculos de fachada (lamas)”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
113 - 129
ANEXO D
“Método de Cálculo Transmitación Térmica Radier “Caso 1”, según CTE”
El radier no contempla aislación. El área es 328,722 m2 y el perímetro es 113,89 m.
entonces B´ es igual a 5,77. La transmitancia Térmica Us es de 0,765 W/m2K.
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
114 - 129
ANEXO E
“Cálculo Transmitancia Térmica Superficies Opacas” W/m2K.
ANEXO F
“Tabla Especificaciones Técnicas Vidrios Incoloro Pilkington”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
115 - 129
ANEXO G
“Tabla Especificaciones Técnicas Vidrios Verde Cebrace Pilkington”
ANEXO H
“Porcentaje Superficie según el tipo de Marco Ventana, INDALUM””
ANEXO I
“Transmitancia Térmica Marco Ventana según CCTE-CL V2”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
116 - 129
ANEXO J
“Parámetros Característicos según Zona Climática”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
117 - 129
ANEXO K
“Tablas de los Valores del Factor Solar Modificado. Condición Existente considerando
Marcos de Vanos-Ventanas”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
118 - 129
“Tablas de los Valores del Factor Solar Modificado. Condición Existente sin considerar
Marcos de Vanos-Ventanas”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
119 - 129
“Tablas de los Valores del Factor Solar Modificado. Condición Proyectada para Lamas
Horizontales, considerando Marcos de Vanos-Ventanas. Primer y Segundo Nivel”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
120 - 129
“Tablas de los Valores del Factor Solar Modificado. Condición Proyectada para Lamas
Horizontales, considerando Marcos de Vanos-Ventanas. Tercer y Cuarto Nivel”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina
en relación a la Demanda Energética.
121 - 129
“Tablas de los Valores del Factor Solar Modificado. Condición Proyectada para Lamas Verticales, considerando
Marcos de Vanos-Ventanas. Primer y Segundo Nivel”
Formulación de un Procedimiento de Evaluación de Protecciones Solares en Edificios de Oficina en relación a la Demanda
Energética.
122 - 129
“Tablas de los Valores del Factor Solar Modificado. Condición Proyectada para Lamas Verticales, considerando
Marcos de Vanos-Ventanas. Tercer y Cuarto Nivel”
Evaluación de Distintos Factores Solares Modificados y su Implicancia en la Demanda Energética: Caso Edificio Fiscalía
Regional del Bío Bío.
123 - 129
“Tablas de los Valores del Factor Solar Modificado. Condición Proyectada Aleros y
Retranqueo, considerando Marcos de Vanos-Ventanas. Primer y Segundo Nivel”
Evaluación de Distintos Factores Solares Modificados y su Implicancia en la Demanda Energética:
Caso Edificio Fiscalía Regional del Bío Bío.
124 - 129
“Tablas de los Valores del Factor Solar Modificado. Condición Proyectada Aleros y
Retranqueo, considerando Marcos de Vanos-Ventanas. Tercer y Cuarto Nivel”
Evaluación de Distintos Factores Solares Modificados y su Implicancia en la Demanda Energética:
Caso Edificio Fiscalía Regional del Bío Bío.
125 - 129
ANEXO L
“Transmitancia Térmica y Factor Solar por tipo de Vidrio”.
ANEXO M
“Determinación de Orientación de Fachadas”.
Fuente: CITECUBB- DECONUC, 2012.
Evaluación de Distintos Factores Solares Modificados y su Implicancia en la Demanda Energética:
Caso Edificio Fiscalía Regional del Bío Bío.
126 - 129
ANEXO N
“Temperaturas del Bulbo Seco e Oficina SAF. Solsticio de Verano e Invierno”
Evaluación de Distintos Factores Solares Modificados y su Implicancia en la Demanda Energética: Caso Edificio Fiscalía
Regional del Bío Bío.
127 - 129
“Temperaturas del Bulbo Seco e Oficina UGI. Solsticio de Verano e Invierno”
Evaluación de Distintos Factores Solares Modificados y su Implicancia en la Demanda Energética: Caso Edificio Fiscalía
Regional del Bío Bío.
128 - 123
ANEXO O
“Resultado de la Demanda Energética de Refrigeración, Calefacción y Total en
kWh/m2*año y Porcentaje Aumento o Disminución de la Demanda Total en
relación al Escenario Base “Escenario 02”.
Evaluación de Distintos Factores Solares Modificados y su Implicancia en la Demanda Energética:
Caso Edificio Fiscalía Regional del Bío Bío.
129 - 129