Evaluación de desempeño Térmico en Edificaciones con condiciones de AA / No AA para la ciudad de Temixco, durante el mes más cálido (Mayo)

1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUT´ONOMA DE M´EXICO
INSTITUTO DE ENERG´IAS RENOVABLES
Roberto Balc´azar
barov@ier.unam.mx
2014
RESUMEN
El presente reporte, pretende dar a conocer los resultados obtenidos al evaluar
una edificaci´on con diversas caracter´ısticas para la ciudad de Temixco, Morelos du-
rante el mes m´as caluroso Mayo. Mediante la herramienta de clima del software
ECOTEC primero se obtuvo la orientaci´on ´optima para el sistema constructivo y
luego se aplic´o la misma al dise˜no; pudiendo constatar de que una edificaci´on para
Temixco debe estar orientada horizontalmente, siendo las caras Este y Oeste las de
menor superficie que las de Norte, Sur, al existir menor superficie de radiaci´on inci-
dente, tendremos menor trasferencia de calor al interior de la edificaci´on. De igual
manera, mediante el software SketchUp fueron dise˜nados modelos de edificaciones
y evaluados a diferentes condiciones con ayuda de EnergyPlus. Seg´un los criterios
o indicadores usados, tales como factor de decremento, grados hora de disconfort
t´ermico y gr´aficas de desempe˜no t´ermico, se obtuvo el siguiente orden como resulta-
do de mejor a peor zona t´ermica: alcoba Este, sala, alcoba Oeste. As´ı una vez m´as
son validados estos indicadores de desempe˜no t´ermico.
OBJETIVOS
• Evaluar el desempe˜no t´ermico de una edificaci´on en Temixco para el mes m´as
c´alido, usando diversos indicadores y criterios propuestos en la literatura.
• Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de Energ´ıa en Edificaciones.
• Hacer uso de las herramientas (softwares) disponibles para la obtenci´on de resul-
tados efectivos.
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2. ANTECEDENTES
En edificaciones la transferencia de calor entre el exterior e interior est´a influen-
ciada principalmente por sus techos y muros. Siendo un buen techo/muro aquel que
provea el confort t´ermico o menor n´umero de horas de disconfort t´ermico sin recurrir
al uso de sistemas y dispositivos de climatizaci´on (Barrios et al. 2010). De los dife-
rentes indicadores estudiados y propuestos en la literatura, el factor de decremento
y los grados hora de disconfort t´ermico son referentes aceptables y confiables en la
evaluaci´on del desempe˜no t´ermico de una edificaci´on. Si consideramos la transferen-
cia de calor dependiente del tiempo, un indicador muy empleado es el FD o factor de
decremento. “El FD mide la reducci´on de la amplitud de la oscilaci´on de temperatura
al interior con respecto a la del exterior” (Barrios et al. 2010). A dem´as el n´umero
de horas en que el interior se encuentra en confort t´ermico o disconfort t´ermico ha
sido tambi´en empleado como un indicador del desempe˜no t´ermico de techos/muros
(Synnefa et al. 2007).
CONDICIONES Y METODOLOG´IA EMPLEADA
Se simul´o la casa mostrada en la Fig.1 considerando que tiene una altura de 2.5m y
que todas las paredes y piso eran de CAD, con las propiedades t´ermicas mostradas en
la figura 2. La casa se evalu´o en el mes c´alido del lugar indicado (Temixco, Morelos).
La temperatura del suelo es el promedio de la temperatura ambiente menos dos
grados cent´ıgrados. Para la simulaci´on en EnergyPlus se consider´o cada alcoba como
una zona t´ermica independiente, y la sala, comedor, cocina, ropas y W.C. en otra
zona. A dem´as se consider´o 0.7 cambios de aire por hora para cada zona t´ermica. La
casa no contaba con ning´un tipo de carga t´ermica por habitantes o electrodom´esticos
al interior. Los datos fueron reportados cada 10 minutos. La ciudad donde se evalu´o la
casa es: Temixco, toda pintada de color blanco y evaluada en el mes c´alido (Mayo).
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3. Figura 1: .
Figura 2: Tabla de Propiedades t´ermicas para el concreto de alta densidad (CAD).
1. DETERMINACI´ON DE LA ORIENTACI´ON DE
LA CASA USANDO EL SOFTWARE ECOTEC Y
JUSTIFICACI´ON DEL CRITERIO
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4. Figura 3: Weather Tool: Gr´afica de Orientaci´on ´Optima para edificaci´on en Temixco,
Morelos.Fuente: Autor, 2014.
Mediante la herramienta de clima “Weather Tool” del software Ecotec, se deter-
min´o la orientaci´on ´optima para una edificaci´on en base al promedio de radiaci´on
incidente sobre una superficie (ver figura 3). Por defecto el software nos presenta un
promedio de radiaci´on, considerando los meses m´as fr´ıos y los meses m´as c´alidos para
la zona. El ´angulo considerado como peor orientaci´on fue 97.5, as´ı como el ´angulo de
mejor orientaci´on para las edificaciones en Temixco fue de 187.5, ya que al tratarse
de una zona de clima c´alido sus muros este y oeste deben ser los de menor superficie,
as´ı se reduce la transferencia de calor al interior de la edificaci´on. Para obtener una
vista final con la orientaci´on respectiva de nuestro dise˜no de edificaci´on, debemos
ingresar en el editor de Ecotec el valor del ´angulo obtenido 187.5 y por defecto se
reconocer´a autom´aticamente el ´angulo complementario -172.5; de esta manera po-
dremos visualizar la orientaci´on ´optima de nuestro dise˜no, tal como se presenta a
continuaci´on en la figura 4.
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5. Figura 4: ECOTEC: Dise˜no de edificaci´on con orientaci´on ´optima para Temixco,
Morelos. Fuente: Autor, 2014.
Al simular nuestra edificaci´on se obtuvo la orientaci´on ´optima para edificaciones
en la ciudad de Temixco, por lo tanto es importante comparar con la realidad ur-
ban´ıstica de la misma. Mediante im´agenes cartogr´aficas se visualiz´o la orientaci´on de
las edificaciones en Temixco, concluyendo que la mayor´ıa no cuentan con una previa
planificaci´on y an´alisis de desempe˜no t´ermico, por lo que presentan orientaciones
poco eficientes (´optimas). Mediante una captura de imagen de Google maps (figura
5) tambi´en se consider´o la orientaci´on de los edificios del Instituto de Energ´ıas Re-
novables, en el primer grupo de edificios (derecha) existe una diferencia peque˜na de
orientaci´on respecto a los de la izquierda, sin embargo esta diferencia puede ser muy
significativa al momento de evaluar su desempe˜no t´ermico.
Figura 5: Vista a´erea del Instituto de Energ´ıas Renovables de la UNAM, Temixco.
Fuente, Google-maps.
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6. 2. SIMULACI´ON CON EL SOFTWARE ENERGY
PLUS, BAJO CONDICI´ON DE NO AIRE ACON-
DICIONADO PARA EL MES C´ALIDO
MODELO 1: Edificaci´on sin ventanas
Zona 1: Alcoba izquierda (Oeste)
Zona 2: Alcoba derecha (Este)
Zona 3: Sala.
En base a las condiciones detalladas inicialmente, a continuaci´on en las figuras 6 y
7 se presentan los resultados de dise˜no para la edificaci´on, mediante las tablas en
las figuras 8 y 9 los resultados del factor de decremento y grados hora de disconfort
respectivamente y el desempe˜no t´ermico de este modelo sin ventanas es visualizado
a trav´es de la gr´afica correspondiente a la figura 10.
Figura 6: Modelo Autodesk DWG True View, orientaci´on para edificaci´on en Temix-
co. Fuente: Autor, 2014.
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7. Figura 7: Autodesk DWG True View, modelo para edificaci´on sin ventanas, Temixco.
Fuente: Autor, 2014.
a) Factor de decremento promedio del mes para cada una de las zonas
t´ermicas
A menor FD, mejor ser´a el sistema constructivo, de acuerdo a los resultados
presentados en la figura 8, podemos decir que la zona 2 (alcoba este) es la mejor
al presentar un FD igual a 0.582, seguida de la zona 3 (sala) con un FD 0.589 y
finalmente la zona 1 (alcoba oeste) con un FD 0.596.
Figura 8: Resultados del factor de decremento promedio del mes para cada zona
t´ermica.
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8. b) Grado - hora de disconfort t´ermico c´alido
De igual manera seg´un la figura 9 la zona 2 (alcoba este) presenta el valor men-
sual m´as bajo de grados hora de disconfort t´ermico c´alido siendo 2432.47, seguida la
zona t´ermica 2 (alcoba oeste) con un valor de 2473.36 y finalmente la zona t´ermica
3 (sala) con un valor de 2601.39.
Figura 9: Resultados de grados hora de disconfort t´ermico c´alido para cada zona
t´ermica.
Gr´afica de desempe˜no t´ermico
Mediante la figura 10: gr´afica de desempe˜no t´ermico en el modelo sin ventanas
para la semana del 15 al 21 de mayo, las temperaturas en las 3 zonas presentan com-
portamientos semejantes. As´ı mediante el criterio de Factor de decremento y grados
hora de disconfort t´ermico c´alido se verifica que la zona t´ermica 2 (alcoba este) es la
que presenta la mejor ubicaci´on dentro de la vivienda para el mes m´as c´alido.
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9. Figura 10: Gr´afica del desempe˜no t´ermico en modelo sin ventanas, para una semana
del mes m´as c´alido, Temixco. Fuente: Autor, 2014.
MODELO 2: Edificaci´on con ventanas
Zona 1: Alcoba izquierda (Este)
Zona 2: Alcoba derecha (Oeste)
Zona 3: Sala.
En base a las condiciones detalladas inicialmente, a continuaci´on en las figuras 11 y
12 se presentan los resultados de dise˜no para la edificaci´on, mediante las tablas de las
figuras 13 y 14 los resultados del factor de decremento y grados hora de disconfort
respectivamente y el desempe˜no t´ermico de este modelo sin ventanas es visualizado
a trav´es de la gr´afica correspondiente a la ilustraci´on 15.
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10. Figura 11: Modelo con ventanas - Autodesk DWG True View, orientaci´on para edi-
ficaci´on en Temixco. Fuente: Autor, 2014.
Figura 12: Autodesk DWG True View, modelo para edificaci´on con ventanas, Te-
mixco. Fuente: Autor, 2014.
a) Factor de decremento promedio del mes para cada una de las zonas
t´ermicas
Los resultados de la tabla en la figura 13, presentan la zona 1 (alcoba este) como
la de menor FD igual a 0.583, seguida de la zona 3 (sala) con un FD 0.599 y final-
mente la zona 2 (alcoba oeste) con un FD 0.618.
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11. Figura 13: Resultados del factor de decremento promedio del mes para cada zona
t´ermica.
b) Grado - hora de disconfort t´ermico c´alido
Seg´un la tabla en la figura 14 la zona 1 (alcoba este) presenta el valor mensual
m´as bajo de grados hora de disconfort t´ermico c´alido siendo 2449.55, seguida la zona
t´ermica 2 (alcoba oeste) con un valor de 2475.46 y finalmente la zona t´ermica 3 (sala)
con un valor de 2658.46.
Figura 14: Resultados de grados hora de disconfort t´ermico c´alido para cada zona
t´ermica.
Gr´afica de desempe˜no t´ermico
Mediante la figura 15: gr´afica de desempe˜no t´ermico en el modelo con ventanas
para la semana del 15 al 21 de mayo, las temperaturas en las 3 zonas tambi´en presen-
tan comportamientos semejantes. Considerando los criterios de Factor de decremento
y grados hora de disconfort t´ermico c´alido se verifica que la zona t´ermica 1 (alcoba
este) es la que presenta la mejor ubicaci´on dentro de la vivienda para el mes m´as
c´alido.
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12. Figura 15: Gr´afica del desempe˜no t´ermico en modelo sin ventanas, para una semana
del mes m´as c´alido, Temixco. Fuente: Autor, 2014.
CONCLUSIONES
Para todos los casos presentados, se verific´o que la zona de la alcoba Este es la que
presenta el mejor desempe˜no t´ermico en la vivienda, pues su factor de decremento
es menor en los 3 casos (modelo sin ventanas, con ventanas cerradas y con ventanas
abiertas en su totalidad) y su valor de grados hora de disconfort t´ermico c´alido, en
la gr´afica de desempe˜no tambi´en se constata su menor oscilaci´on con referencia a
la temperatura ambiente. Se comprob´o que los indicadores Factor de decremento y
grados horas de disconfort t´ermico, son efectivos y v´alidos en la evaluaci´on del desem-
pe˜no t´ermico de sistemas constructivos. Se logr´o aplicar los conocimientos adquiridos
en el curso de Energ´ıa en Edificaciones, al dise˜nar los modelos de edificaci´on de este
proyecto y evaluar su desempe˜no t´ermico usando los softwares: Ecotec, EnergyPlus
y SketchUp.
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13. BIBLIOGRAF´IA
Barrios, G., El´ıas, P., Huelsz, G., Rojas, R. 2010 An´alisis de indicadores del
desempe˜no t´ermico de la envolvente de una edificaci´on no climatizada. IER, UNAM.
Facultad de Arquitectura, Dise˜no y Urbanismo, Universidad Aut´onoma de Tamau-
lipas. SNES2010-ABC-065.
http://www.enerhabitat.unam.mx/Cie2/pdfs/Barrios2010AnalisisdeindicadoresANES.pdf
SynnefaA., SantamourisM., AkbariA.(2007).Estimatingtheeffectofusingcoolcoatingsonenergy
1174.
Softwaresusados : EnergyPlus, Ecotec, SketchUp, Latex.
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