análisis del comportamiento térmico y evaluación de estrategias de mejora en escuela municipal...

7/21/2019 Anlisis Del Comportamiento Trmico y Evaluacin de Estrategias de Mejora en Escuela Municipal Loica Sector Rur

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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

ANLISIS DEL COMPORTAMIENTO TRMICO Y EVALUACIN DEESTRATEGIAS DE MEJORA EN ESCUELA MUNICIPAL LOICA,

SECTOR RURAL PITRUFQUN

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULO

DE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CARDENAS RAMREZ

CAMILA CONSTANZA BRUN CORTS

2012


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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

Anlisis del Comportamiento Trmico y Evaluacin de Estrategias de Mejora en EscuelaMunicipal Loica, Sector Rural Pitrufqun

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULO

DE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CARDENAS RAMREZ

CAMILA CONSTANZA BRUN CORTS2012


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AGRADECIMIENTOS

Finalizando esta importante etapa de mi desarrollo acadmico que

concluye con ste Trabajo de Ttulo debo agradecer primero a Dios y a mifamilia, en especial a mis padres; Roberto y Eugenia y mis hermanos; Nicols e

Ignacio y mi abuelita Eugenia. Por el apoyo entregado en estos aos, por los

consejos, palabras de aliento, formacin y valores que me han inculcado y

sobre todo por la confianza que han tenido siempre en m.

Tambin agradezco a mis amigas, amigos y compaeros por los

momentos vividos en estos cinco aos, en especial a Carlita y Pame quesiempre estuvieron a mi lado entregando su compaa, apoyo, alegra y

compaerismo sobre todo en los momentos ms difciles, ya que, si bien saba

que esto no sera fcil gracias a ellas fue menos difcil. Tambin agradezco de

forma especial a mi amigo Jse que fue quien influy en mi decisin de estudiar

sta carrera, siempre confi en m y entreg sus palabras de aliento y amistad

en cada momento que lo necesitaba. Y a todas esas personas importantes que

de una u otra manera han formado parte de mi vida en esta etapa.

Otro importante agradecimiento al profesor Seor Juan Pablo Crdenas,

por guiarme en el desarrollo de mi Trabajo de Ttulo y entregar sus

conocimientos del rea. Sin dejar de mencionar a todos los profesores que han

cooperado con mi formacin.

Por todo esto..Gracias!!

Camila Brun Corts.


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INDICE DE CONTENIDOS

Pgina

CAPTULO 1- INTRODUCCIN 1

Antecedentes del Problema 1Exposicin General del Problema 1

Nivel Actual del Tema 3

Objetivos del Trabajo 5

Objetivo General 5

Objetivos Especficos 5

CAPTULO 2- CONTEXTUALIZACIN 6

Introduccin 6

Climatizacin en Edificios 6

Perdidas Energticas 7

Gasto Energtico e Impacto Ambiental 8

Confort Trmico 9

Climatizacin en Edificios Educacionales 10

Confort Trmico en Edificios Educacionales 11

Comuna de Pitrufqun 12

Educacin en Pitrufqun 14

Escuela Municipal Loica 17

Infraestructura de la Escuela 17

Calefaccin en la Escuela 18

CAPTULO 3- METODOLOGA 19

Introduccin 19

Eleccin del Caso a Estudiar 19


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Metodologa y Plan de Trabajo 20

Mtodo de Accin 20

Mediciones Planimtricas de la Escuela 20

Mediciones in Situ 21

Modelacin mediante Software 29

Simulacin Estrategias de Mejoramiento 39

CAPTULO 4- RESULTADOS 42

Introduccin 42

Diagnostico de Caso Base o Actual 42

Anlisis de Variables segn Matriz Taguchi 50Anlisis Energtico y Econmico por Variable 53

Diagnostico Caso Mejorado 70

CAPTULO 5- CONCLUSIONES 87

BIBLIOGRAFA 90

ANEXO A- MEDICIONES IN SITU TEMPERATURA Y HUMEDAD

RELATIVA Y CONTENIDO DE CO2 92

Introduccin 92

Resultados de Medicin Interior de Temperatura y Humedad Relativa 92

Resultados de Medicin de Contenido de CO2 95

Resultados de Medicin Exterior de Temperatura y Humedad Relativa 96

ANEXO B- INFORME DE SIMULACIN TRMICA DE LA ESCUELA

MUNICIPAL LOICA 97

Contenido del Informe 97

Resumen Ejecutivo 98

Introduccin 99

Metodologa 99


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Estructura del Trabajo 99

Metodologa de Clculo 100

Resultados 114


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INDICE DE TABLAS

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Tabla 2.1 Proyeccin de la poblacin comunal y nacional al ao 2008 12

Tabla 2.2 Establecimientos Educacionales de la Comuna de Pitrufqun 14

Tabla 2.3Matricula por Dependencia 15

Tabla 2.4Indicadores Educacionales de Cobertura Municipal 16

Tabla 4.1 Aislacin de Muros 53

Tabla 4.2 Aislacin de Cielo 57

Tabla 4.3 Infiltraciones 61

Tabla 4.4 Ventanas 65

Tabla 4.5 Tabla Resumen 87

Tabla B.1 Parmetros Climticos para Temuco 104


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INDICE DE FIGURAS

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Fig. 3.1 Data Loggers, sensor de Temperatura y Humedad Relativa 21

Fig. 3.2 Instalacin Sensor Exterior Escuela 22

Fig. 3.3 Instalacin Sensor en Sala de Clases 23

Fig. 3.4 Instalacin Sensor en Cocina 23

Fig. 3.5 Instalacin Sensor en Oficina Profesor 24

Fig. 3.6 Sensor utilizado para medir contenido de CO2 24

Fig. 3.7 Blower Door Test 25

Fig. 3.8 Ensayo de Infiltraciones mediante software Fantestic 26Fig. 3.9 Cmara Termogrfica 28

Fig. 3.10 Termografa Infrarroja 29

Fig. 3.11 Pestaas superiores DesignBuilder 30

Fig. 3.12 Pestaa Modelo 31

Fig. 3.13 Pestaa Actividad 32

Fig. 3.14 Pestaa Construccin 33

Fig. 3.15 Pestaa Aberturas 34

Fig. 3.16 Pestaa Iluminacin 35

Fig. 3.17 Pestaa HVAC 36

Fig.3.18 Grfico de Resultados de Simulacin en Intervalo Anual 37

Fig. 3.19 Grfico de Resultados de Simulacin en Intervalo Mensual 38

Fig. 3.20 Matriz Taguchi 39

Fig. 3.21 Datos completados en Matriz Taguchi 40

Fig. 3.22 Planilla con datos para realizar Simulaciones Mejoramiento 40


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Fig. 4.1 Grfico N 1: Demanda Energtica Anual 42

Fig. 4.2 Grfico N 2: Consumo Energtico Anual 43

Fig. 4.3 Grfico N 3: Ganancias y Prdidas Energticas 44

Fig. 4.4 Grfico N 4: Demanda Energtica Anual por metro cuadrado 44

Fig. 4.5 Grfico N 5: Consumo Energtico Anual por metro cuadrado 45

Fig. 4.6 Grfico N 6: Ganancias y Prdidas Energticas Anuales 46

por metro cuadrado

Fig. 4.7 Grfico N 7: Demanda Energtica Anual para Sala de Clases 46


Anuales en Sala de Clases

Fig. 4.9 Grfico N 9: Demanda Energtica Anual por metro 48

cuadrado para Sala de Clases


por metro cuadrado en Sala de Clases

Fig. 4.11 Resultados Matriz Taguchi 50

Fig. 4.12 Tabla ANOVA 51

Fig. 4.13 Resultado Graficado de cada Variable de la Matriz Taguchi 51

Fig. 4.14 Relacin entre espesor de aislacin de muros, 54

demanda energtica del edificio y costo

Fig. 4.15 Relacin entre Diferencia de Energa y Costo Total 55

Fig. 4.16 Proporciones de Variables 56


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Fig. 4.17 Relacin entre espesor de aislacin de cielo, 58




Fig. 4.20 Relacin entre nivel de infiltraciones, 62




Fig. 4.23 Relacin entre Transmitancia Trmica, 66





con mejoramiento Caso 1


con mejoramiento Caso 1


Anuales con mejoramiento Caso 1


por metro cuadrado luego de mejoramiento Caso 1


por metro cuadrado luego de mejoramiento Caso 1


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Anuales en mejoramiento Caso 1

Fig. 4.32 Grfico N 17: Demanda Energtica Anual en 75

Sala de Clases con mejoramiento Caso 1


Anuales en Sala de Clases con mejoramiento de Caso 1


por metro cuadrado en Sala de Clases segn Mejoramiento Caso 1


por metro cuadrado en Sala de Clases con Mejoramiento Caso 1

Fig. 4.36 Grfico N 21: Demanda Energtica Anual con 79

Mejoramiento Caso 2

Fig. 4.37 Grfico N 22: Consumo Energtico Anual con 80

MejoramientoCaso 2


Anuales con mejoramiento del Caso 2


por metro cuadrado luego de Mejoramiento Caso 2


por metro cuadrado luego de Mejoramiento Caso 2


Anuales en Mejoramiento Caso 2


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Fig. 4.42 Grfico N 27: Demanda Energtica Anual en 83

Sala de Clases con mejoramiento del Caso 2


en Sala de Clases en mejoramiento de Caso 2

Fig. 4.44 Grfico N 29: Demanda Energtica Anual por 85

metro cuadrado en Sala de Clases segn Mejoramiento Caso 2


por metro cuadrado en Sala de Clases con Mejoramiento Caso 2

Fig. A.1 Temperatura y Humedad Relativa medida en Cocina 92

Fig. A.2 Temperatura y Humedad Relativa medida en Oficina Profesor 93

Fig. A.3 Temperatura y Humedad Relativa medidas en Sala de Clases 94

Fig. A.4 Medicin de Contenido de CO2 en Sala de Clases 95

Fig. A.5 Medicin de Temperatura y Humedad Relativa Exterior 96

Fig. B.1 Ubicacin Geogrfica de la Escuela Loica 102

Fig. B.2 Plano Planta Escuela Municipal Loica 103

Fig. B.3 Grfico Anual de Escuela todas las Variables 114

Fig. B.4 Grfico Mensual de la Escuela todas las Variables 115

Fig. B.5 Grfico Anual de la Escuela Ganancias Internas 116

Fig. B.5 Grfico Mensual de la Escuela Ganancias Internas 117

Fig. B.6 Grfico Anual de Escuela Variables de Confort 118

Fig. B.7 Grfico Mensual de Escuela Variables de Confort 119


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RESUMEN

En los ltimos aos Chile ha avanzado en el desarrollo de diversas

fuentes de energa y en el uso eficiente de stas, impulsando un crecimiento

econmico adecuado que busca mejorar la calidad de vida de todos loschilenos, proteger al medio ambiente y asegurar el suministro energtico para

el pas.

La Comisin Nacional del Medio Ambiente (CONAMA) y la Comisin

Nacional de Energa (CNE), a travs de su Programa Pas de Eficiencia

Energtica (PPEE), han venido desarrollando un trabajo conjunto en el mbito

de la educacin, relevando la importancia de la Eficiencia Energtica en el

Currculum Nacional con un enfoque integral, considerando todos los espaciosdel proceso educativo desde lo pedaggico hasta la relacin con la comunidad.

A partir del anlisis y sistematizacin de auditoras energticas en

establecimientos educativos de diversas regiones del pas realizadas por el

PPEE y por CONAMA, se detectaron en algunos casos deficiencias en la

infraestructura y el uso de la energa, lo que generaba como consecuencia,

espacios poco adecuados para el desarrollo de las actividades educativas que en

ellos se promueven.

Tambin se advirti que, en dichos casos, existen inadecuadas

condiciones del espacio de trabajo para los docentes y deficientes condiciones

de confort en la sala que impiden una buena concentracin y aprendizaje en los

nios.

Vale destacar que, desde 1997, el MINEDUC en conjunto con UNESCO,

se encuentra aplicando el proyecto Reforma Educacional Chilena: optimizacin

de la inversin en infraestructura educativa que contempla una serie de

iniciativas en el mbito de la arquitectura de apoyo a la Reforma Educacional,

con la finalidad de mejorar las condiciones de aprendizaje. Las lneas

fundamentales de dicho proyecto se centran, entre otros, en impulsar el diseo

de establecimientos educacionales que respondan al proyecto educativo


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institucional y a las variables socioeconmicas y culturales de la localidad en

que se insertan. A su vez, considerando el diagnstico sealado, se han

incorporado las variables medioambientales y el uso de energas renovables,

que en su conjunto buscan la adaptacin de establecimientos ya existentes al

uso de energas sustentables, con el objetivo de mejorar las condicionesinfraestructurales y de vida.

En este contexto el objetivo general de este estudio fue: Determinar el

comportamiento energtico trmico del edificio de la Escuela Municipal Loica

para establecer estrategias que disminuyan su demanda energtica.

Se pretende realizar un anlisis del comportamiento trmico de laEscuela Municipal Loica, a travs de mediciones in situ de Temperatura

Interior y Exterior y de contenido de CO2, adems de mediciones de Infiltracin

de Aire y Termografa Infrarroja. Adems de estimar la Demanda de Energa de

la Escuela y luego la disminucin de sta demanda a travs del anlisis de

estrategias de mejoramiento, para lo cual se model y simul cada caso en el

software DesignBuilder. Para posteriormente analizar los resultados obtenidos

de forma ambiental y econmica y dar cumplimiento a los objetivos propuestos.

Al estudiar el comportamiento de las variables y aplicar estrategias de

mejoras se consigui una disminucin del consumo energtico anual de 5005

kWh, lo que se traduce en un ahorro econmico cercano a los $900.000, a la

vez se estim una disminucin de alrededor del 60% del consumo de lea y por

lo tanto una disminucin en los impactos ambientales asociados al consumo de

biomasa.


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CAPTULO 1

INTRODUCCIN


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CAPITULO 1- INTRODUCCION

ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO TERMICO Y EVALUACION DE ESTRATEGIAS DEMEJORA EN ESCUELA MUNICIPAL LOICA, SECTOR RURAL PITRUFQUEN

1.1 Antecedentes del Problema

1.1.1 Exposicin General del Problema

Segn el estudio de la Comisin Nacional de Energa CNE. El consumo

de energa en el mundo se incrementar en un 57% entre 2004 y 2030, a pesarde que se espera que el aumento de precios tanto del petrleo como del gas

natural siga en aumento. Gran parte de este incremento ser producido por el

crecimiento experimentado en los pases con economas emergentes. El informe

"Internacional Energy Outlook 2005 (IEO 2007)" prev que el consumo de

energa en el mercado experimente un incremento medio de un 2,5% por ao

hasta 2030 en los pases ajenos a la OCDE(organizacin para la cooperacin y

el desarrollo econmico), mientras que en los pases miembros ser tan solo del

0,6%, entre ellos Chile, as, durante este periodo, los pases OCDE

incrementarn su demanda energtica en un 24%, mientras que el resto de

pases lo harn al 95%. (Fuente Agencia Internacional de Energa).

Se prev adems que el mantenimiento del predominio de los

combustibles fsiles implicar un incremento de las emisiones mundiales de

CO2 superior al crecimiento del consumo de energa (2,1% anual por trmino

medio). Se estima que para el ao 2030 las emisiones mundiales de CO2sern

ms del doble de las registradas en 1990. Con respecto a las proyecciones para

2030, en la Unin Europea (UE) estas emisiones sern superiores a las

registradas en 1990 en un 18%, mientras que en los EE.UU. el aumento sera

cercano al 50%. Los pases en vas de desarrollo, cuyas emisiones de CO2slo

representaban un 30% del total en 1990, sern causantes en 2030 de ms de la

mitad de las emisiones mundiales. (Fuente CNE.)

En Chile como dice la constitucin poltica; toda persona tiene el

derecho a vivir en un medio ambiente libre de contaminacin. Es deber del

estado velar para que este derecho no sea afectado y tutelar la preservacin de

la naturaleza.


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Es por esto que en el ltimo cuarto de siglo, la conciencia sobre los

aspectos ambientales del desarrollo y el concepto asociado de desarrollo

sostenible han penetrado gradualmente en las polticas pblicas y en las

prcticas econmicas y sociales. Esto se refleja, en particular, en el desarrollode instituciones, estrategias y polticas gubernamentales para la proteccin del

medio ambiente, as como en la lenta penetracin de conceptos de desarrollo

sostenible en el sistema educativo, en la cultura, en las demandas sociales y en

las prcticas empresariales.

Segn un estudio presentado por la Comisin Nacional del Medio

Ambiente CONAMA, las fuentes residenciales generan ms del 70% del material

contaminante presente en el aire de Temuco, por lo cual los sistemas de

calefaccin que se utilicen en la ciudad deben ser eficientes, por ende sistemas

que respeten la calidad del aire.

Por esto, uno de los puntos ms relevantes en la construccin, es mejorar

la calidad de vida de los habitantes, con el fin de entregar una adecuada

capacidad de habitabilidad y confort a las viviendas, pero tambin logrando

una ptima utilizacin de los recursos, con mtodos constructivos eficientes

que ayuden a lograr este objetivo. Con esto se pueden mejorar los

requerimientos bsicos e imprescindibles para la actividad humana.

El desafo es continuar creciendo con menos gasto de energa, lo que

permitir ser ms eficientes y ganar competitividad en los mercados

internacionales.


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1.1.2 Nivel Actual del Tema.

La demanda energtica de Chile seguir creciendo fuertemente al menos

en los prximos 20 aos, y el sistema con los actuales proyectos energticos

aprobados, tomando como supuestos que se lleven a cabo iniciativas como

HidroAysn est en condiciones de responder hasta por lo menos el ao 2021

sin mayores problemas.

As lo seal el ministro de Energa, Marcelo Tokman (Febrero 2010),

quien indic que segn un estudio encargado por la autoridad y realizado por la

Universidad de Chile, la demanda energtica que incluye el consumo de

combustibles, elctrico y de otras fuentes, como lea del pas crecer a una

tasa superior al 5% anual entre el 2008 y el 2030.

En este escenario, Tokman indic que en este periodo la dependencia que

Chile tendr de los derivados del petrleo para producir energa todava ser

amplia, llegando a casi el 70% del total de las necesidades del pas.

"El consumo energtico total del pas da un aumento del 5,3%, y lo que

uno ve es que se mantiene en trminos de importancia cada uno de los tipos de

consumo. Los derivados del petrleo se mantienen todava importantes, con

68%, la electricidad un 18,2%, la lea con un 11% y gas natural con un 1,6%.

Ac estamos hablando de la proyeccin de largo plazo de consumo energtico

total, dijo Tokman. (www.latercera.cl).

La demanda energtica utilizada hoy en da es principalmente para

generar microclimas internos en los edificios contribuyendo a generar un

confort trmico al interior de stos. El confort trmico se define como la

condicin en la que el usuario siente satisfaccin respecto al ambiente trmico

en el que est.

La forma en que las personas responden al ambiente trmico depende de

la temperatura del aire, de las temperaturas de los cerramientos del local, de la


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velocidad del aire y de su humedad, adems de depender del vestido y de la

actividad que desarrollan.

Si se le permite, el usuario se adapta para sentirse confortable en un

ambiente, por ello es importante permitirle el control de su ambiente trmico.Los usuarios adems desean unas condiciones estables en el edificio que

habitan frecuentemente, por ello deben evitarse las fuertes oscilaciones de las

condiciones interiores a lo largo del da o entre das sucesivos.

Este confort trmico esta cada vez ms presente al momento de disear

los edificios, lo que influye directamente en el presupuesto de stos, tanto en el

diseo de edificios destinados a uso habitacional, como edificios educacionales

que es el caso de anlisis.

En este contexto los presupuestos de los colegios pblicos dependen en

gran medida de su nivel de gasto. As, un colegio que reduzca sus consumos

energticos podra ver disminuido su presupuesto anual, razn por la cual la

motivacin para efectuar mejoras de rendimiento energtico es muy baja entre

el personal, profesores y alumnos. Sin embargo este ahorro energtico podra

reinvertirse en mejoramientos de infraestructura o mobiliario para el mismo

colegio.


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1.2 Objetivos del Trabajo

1.2.1 Objetivo General

Determinar el comportamiento energtico trmico del edificio de la

Escuela Municipal Loica para establecer estrategias que disminuyan sudemanda energtica.

1.2.2 Objetivos Especficos

- Auditar trmicamente la Escuela Municipal Loica para caracterizar su

comportamiento trmico y perdidas energticas

- Cuantificar la demanda energtica actual necesaria para mantener

condiciones de confort en la Escuela Municipal Loica.

- Evaluar tcnicamente estrategias de intervencin que permitan la

disminucin de la demanda energtica en la Escuela Municipal Loica.

- Cuantificar econmica y ambientalmente las estrategias que permitan

disminuir la demanda energtica segn los estndares de confort de uso.


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CAPTULO 2

CONTEXTUALIZACIN


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CAPITULO 2- CONTEXTUALIZACION

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2.1 Introduccin

El presente trabajo se realiz con el apoyo del Laboratorio de Evaluacin

de Eficiencia Energtica en Edificios y Viviendas, perteneciente al

Departamento de Obras Civiles de la Universidad de La Frontera. Consisti en

realizar un estudio de evaluacin energtica y trmica de la Escuela Municipal

Loica, del Sector Rural Loica, ubicada en la Comuna de Pitrufqun, con el

objetivo de obtener datos concretos del real funcionamiento de la Escuela,

grado de confort para sus ocupantes y la evaluacin de las posibles estrategias

de mejoramiento, tanto eficiente, econmica y ambientalmente.

2.2 Climatizacin en Edificios

Una definicin de climatizacin podra ser la siguiente:

Climatizacin; consiste en crear condiciones de temperatura, humedad y

limpieza del aire adecuadas para la comodidad de los usuarios dentro de los

espacios habitados.

La climatizacin de un espacio o edificio puede ser lograda a travs de

dos formas; pasiva (natural) o activa (artificial) o una combinacin de ambas.

La climatizacin pasiva est relacionada con la arquitectura y diseo del

edificio, teniendo en cuenta las condiciones climticas, aprovechando los

recursos disponibles, sol, vegetacin, lluvia y viento, para disminuir los

impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energa. La tipologa

popular de la zona con una localizacin y dimensin de espacios vidriados,

estudiada de forma estratgica en lugares donde el aporte solar es importante

funciona como estrategia para conseguir un ptimo comportamiento climtico

de la edificacin. Se evitan las prdidas de calor en invierno y la entrada de

calor en verano. Consecuentemente se reduce el gasto energtico invertido en la

climatizacin del edificio.

La climatizacin artificial est basada en la utilizacin de sistemas

mecnicos con funcionamiento en base al uso de energa.


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La climatizacin tiene dos aspectos a considerar; la calefaccin

(climatizacin de invierno) y la refrigeracin (climatizacin de verano).

La eleccin del sistema de calefaccin es muy importante para la

eficiencia energtica. Las alternativas ms eficientes desde el punto de vista

ambiental son las que utilizan energas renovables (biogs, solar trmica),

calderas centralizadas de alto rendimiento de condensacin a gas, bajas

temperaturas de funcionamiento e inercia trmica (como suelo radiante) y

bombas de calor centralizadas a gas. La combinacin de calderas de

condensacin con la mejora de la resistencia trmica de los cerramientos

(grosor del aislamiento mas vidrio cmara) permite reducir el consumo

energtico y las emisiones asociadas de la calefaccin hasta en un 47%.

El sistema de refrigeracin ms eficiente es la bomba de calor a gas en

instalaciones colectivas y bombas de calor elctricas en instalaciones

individuales. Es importante no utilizar refrigerantes basados en gases que

daen el ozono de la atmosfera, el cual acta como un filtro de las radiaciones

solares nocivas. Un sistema interesante pero no suficiente desarrollado es la

absorcin que aprovecha el calor ambiental y no utiliza fluidos refrigerantes

para producir aire frio. En el norte de Europa tambin han dado buenos

resultados los sistemas de superficies radiantes que hacen circular por ellos

agua fra.

2.3 Prdidas Energticas

Existen sistemas de calefaccin para edificios como las estufas de

combustin lenta, calefaccin central por calderas, losas radiantes, o sistemas

nuevos va energa elctrica, de grandes costos iniciales, pero que a la larga

conllevan a tener un ahorro econmico importante. Pero esto no tiene sentido si

el edificio a calefaccionar tiene perdidas trmicas, por una inadecuada

ventilacin, malos diseos arquitectnicos, materiales inadecuados al sistema,

pinturas y terminaciones en general que podran deteriorarse por exceso de

humedad ambiental mezclado con calor, o a la inversa, desecamiento del


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ambiente resquebrajando pinturas, dilataciones de materiales cediendo

incontrolablemente. Al tener claro las conveniencias de los sistemas de ahorro

energtico, en relacin a la energa trmica, conllevara a una base de exigencias

para el usuario para la compra o adquisicin de una vivienda de mayores

prestaciones y calidad de construccin, como el tipo de construccin, segnmaterialidad y sistema de construccin, hormign armado, albailera, madera

o perfiles metlicos.

2.4 Gasto Energtico e Impacto Ambiental

Todo sistema de climatizacin consume energa, ya sea esta del tipo no

renovable (la mayora de los casos) o renovable. Cuanta ms energa es

necesaria para alcanzar y mantener las condiciones de confort en un edificio

menos eficiente ser su sistema de climatizacin en trminos energticos, y

mayor ser su impacto ambiental. El consumo de energa de un sistema de

climatizacin depende de los siguientes parmetros:

1.- Diseo del edificio considerando su orientacin, forma, materiales tipo y

dimensin de huecos y carpinteras.

2.- Utilizacin de mecanismos de aislamiento e inercia trmica.

3.- Tipos de infiltraciones y ventilacin.

4.- Usos y costumbres de los usuarios.

5.- Disponibilidad de sistemas de gestin.

Climatizacin es energa y energa es impacto ambiental. El uso de

energas no renovables, las que son de origen fsil y nuclear, comporta el

bombeo incesante de recursos naturales que se estn agotando y no se puedenreponer nunca ms. Emplear energas no renovables es tambin lanzar al aire

grandes emisiones de CO2, causa principal del cambio climtico, subidas de

temperaturas, deshielo, temporales, inundaciones, etc.


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El consumo energtico de climatizacin en una vivienda estndar supone

el 45% de la energa y el 39% de las emisiones de CO2asociadas totales.

Hoy en da la mayor costumbre es casi exclusivamente a la electricidad y

al gas como las fuentes de energa mas usadas, aunque el futuro est en

aquellas otras que tienen origen en el sol: elica, solar fotovoltaica, solar

trmica, biogs, biomasa, etc. Estas fuentes de energa, adems de no agotar

recursos ni contaminar, son las que ms crecen en todo el mundo: elicas,

30%, fotovoltaica 21,5%( mientras tanto el gas natural lo hace en un 2,2%, el

petrleo en 1,3%, y las nucleares en 0,6%). Si bien an no se puede hablar de

una sustitucin energtica sostenible total, las renovables cada vez se usan

ms, gracias al desarrollo competitivo del sector, el afloramiento de los costos

ambientales de las no renovables y las ayudas econmicas.

2.5 Confort Trmico

Una forma de definir confort trmico es la siguiente:

Confort Trmico; es la condicin de la mente la cual expresa satisfaccin

con el acondicionamiento trmico ambiental.

La comodidad trmica, importante para el bienestar, est sujeta a tresfactores:

Factor humano: la manera de vestir, el nivel de actividad y el tiempo

durante el cual las personas permanecen en la misma situacin, influye

sobre la comodidad trmica.

El espacio: la temperatura radiante media de los paramentos del local

considerado y la temperatura ambiental.

El aire: intervienen la temperatura, velocidad y humedad relativa.

Entre estos factores, el humano puede ser muy variable, puesto que

depende del gusto o actividad de las personas. Los otros factores pueden

controlarse para ofrecer una sensacin de bienestar. La combinacin perfecta

entre estos factores crea las condiciones de confort humano que pueden


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establecerse con temperaturas entre 15C y casi 30C y una humedad relativa

entre 30% y cerca de un 70%.

2.6 Climatizacin en Edificios Educacionales

En los ltimos aos Chile ha avanzado en el desarrollo de diversas

fuentes de energa y en el uso eficiente de stas, impulsando un crecimiento

econmico adecuado que busca mejorar la calidad de vida de todos los

chilenos, proteger al medio ambiente y asegurar el suministro energtico para

el pas.

La Comisin Nacional del Medio Ambiente (CONAMA) y la Comisin

Nacional de Energa (CNE), a travs de su Programa Pas de Eficiencia

Energtica (PPEE), han venido desarrollando un trabajo conjunto en el mbito

de la educacin, relevando la importancia de la Eficiencia Energtica en el

Currculum Nacional con un enfoque integral, considerando todos los espacios

del proceso educativo desde lo pedaggico hasta la relacin con la comunidad.

En esta lnea de trabajo, se ha elaborado material informativo y

educativo, que entregar informacin relevante para mejorar las competencias

docentes a travs de actividades de sensibilizacin y capacitacin, que

marcarn las pautas para implementar una cultura de Eficiencia Energtica.

A partir del anlisis y sistematizacin de auditoras energticas en

establecimientos educativos de diversas regiones del pas realizadas por el

PPEE y por CONAMA, se detectaron en algunos casos deficiencias en la

infraestructura y el uso de la energa, lo que generaba como consecuencia,

espacios poco adecuados para el desarrollo de las actividades educativas que en

ellos se promueven.

Tambin se advirti que, en dichos casos, existen inadecuadascondiciones del espacio de trabajo para los docentes y deficientes condiciones

de confort en la sala que impiden una buena concentracin y aprendizaje en los

nios.


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Vale destacar que, desde 1997, el MINEDUC en conjunto con UNESCO,

se encuentra aplicando el proyecto Reforma Educacional Chilena: optimizacin

de la inversin en infraestructura educativa que contempla una serie de

iniciativas en el mbito de la arquitectura de apoyo a la Reforma Educacional,

con la finalidad de mejorar las condiciones de aprendizaje. Las lneasfundamentales de dicho proyecto se centran, entre otros, en impulsar el diseo

de establecimientos educacionales que respondan al proyecto educativo

institucional y a las variables socioeconmicas y culturales de la localidad en

que se insertan. A su vez, considerando el diagnstico sealado, se han

incorporado las variables medioambientales y el uso de energas renovables,

que en su conjunto buscan la adaptacin de establecimientos ya existentes al

uso de energas sustentables, con el objetivo de mejorar las condiciones

infraestructurales y de vida.

2.7 Confort Trmico en Edificios Educacionales

El objetivo es describir los requerimientos de una instalacin educativa,

de tal manera que el edificio proporcione el medio ambiente para el adecuado

crecimiento del alumno.

Hay que reconocer que la construccin, de acuerdo con el medio

ambiente limita, en mayor o menor grado, el alcance de los programas

educativos y tiene un efecto sobre el bienestar fsico, mental y social de los

alumnos. La provisin de una instalacin educativa de una calidad apropiada,

es esencial si el edificio educativo no va a interferir entre los alumnos y su

mximo desarrollo.

El fracaso de muchos reglamentos que incluyen normas que afectan el

confort, se ilustra en el campo de la iluminacin natural en los espacios

educativos.


31/144


12


2.8 Comuna de Pitrufqun

Pitrufqun del mapudungun, significa lugar de cenizas, comuna ubicada

en la Provincia de Cautn, Regin de la Araucana, Chile. Situada a 38 59

latitud Sur y 72 38 longitud Oeste, se encuentra a 30 km al sur de la Ciudad

de Temuco, capital regional. Tiene una superficie de 542,00 km. Fue fundada

en 1882 en el curso medio del Ro Toltn. Se caracteriza por tener una

poblacin pluricultural, esto porque sus miembros tienen orgenes culturales

distintos, destacando un legado histrico Prehispnico y una posterior

inmigracin proveniente de pases como Italia, Alemania, Suiza, Holanda,

Blgica, Israel y Francia.

Segn el Censo Poblacional del ao 2002 Pitrufqun tiene una poblacin

de 21.988 habitantes segn datos del INE (Instituto Nacional de Estadstica) de

los cuales 11.086 son mujeres lo que es el 50,42% de la poblacin y 10.902 son

hombres, el 49,58% de la poblacin total.

Una proyeccin para el ao 2008, se indica en la Tabla 2.1, de un 7,4%

de sobre crecimiento poblacional para la comuna.

Tabla 2.1Proyeccin de la poblacin comunal y nacional al ao 2008.

Ao 2002 Proyeccin 2008 Variacin (%)

Comuna 21.988 23.624 7,4

Pas 15.116.435 16.763.470 10,9

Fuente: Instituto Nacional de Estadstica (INE) 2008.


32/144


13


Respecto del ltimo Censo Poblacional (2002) la comuna presenta un

incremento poblacional, lo que conlleva a la creacin y desarrollo de nuevas

reas urbanas y con esto la necesidad de ms recursos energticos con la

finalidad de calefaccin, que en esta zona principalmente es la lea.

Las caractersticas climticas de la comuna de Pitrufqun son similares a

las de la ciudad de Temuco que se caracteriza por tener un tipo de clima

templado lluvioso con influencia mediterrnea, presenta temperaturas

promedio cercanas a los 12C y precipitaciones de ms de 1.000 mm anuales.

No se puede hablar de estaciones ya que en invierno sucesivas perturbaciones

dejan caer estas precipitaciones y en verano se registran precipitaciones

superiores a los 50mm.

Existen marcadas diferencias de temperatura entre los meses de invierno

y verano entre las mximas y mnimas, las extremas absolutas pueden variar

entre los 5C (junio) y 37C (febrero). Es por estas temperaturas extremas que

se hace necesario el uso de calefaccin.


33/144


14


2.9 Educacin en Pitrufqun

Desde el ao 2002 al ao 2007 existi una variacin en la cantidad de

establecimientos que existen en la comuna de Pitrufqun lo que se muestra en

la Tabla 2.2.

Tabla 2.2Establecimientos Educacionales de la Comuna de Pitrufqun.

Comuna Ao 2002 Ao 2007

Corporacin Municipal 0 0

Municipal DAEM 24 22

Particular Subvencionado 16 17

Particular Pagado 1 0

Corporacin Privada 0 0

Total 41 39

Fuente: Ministerio de Educacin MINEDUC (2007)

La matricula existente en la comuna para los aos 2002 al 2007 se

muestra en la Tabla 2.3


34/144


15


Tabla 2.3 Matricula por Dependencia

Comuna Ao 2002 Ao 2007

Corporacin Municipal

Municipal DAEM 2.881 2.568

Particular Subvencionado 3.363 3.846

Particular Pagado 17 0

Corporacin Privado

Total 6.261 6.414

Fuente: Ministerio de Educacin MINEDUC (2007)

Se ve que la matricula ha aumentado en el transcurso de los aos

mencionados anteriormente y que el principal aumento es para la educacin

particular subvencionado.

En Educacin Municipal perteneciente a la Direccin de Administracin

de Educacin Municipal DAEM, la Comuna de Pitrufqun cuenta con 22

establecimientos educacionales, los cuales la componen:

1 Escuela Especial

1 Escuela de Adultos en Centro de Detencin Preventiva de Pitrufqun

18 Escuelas Bsicas de Nios y Nias, de las cuales 10 son Unidocentes y 8

bsicas completas

2 Liceos Cientfico Humanista

De acuerdo a su ubicacin geogrfica 7 son urbanas y 15 funcionan en

sectores rurales.

Algunos indicadores de la Educacin Municipal se indican en la Tabla N

2.4


35/144


16


Tabla 2.4 Indicadores Educacionales de Cobertura Municipal.

Indicadores 2001 2002 2003 2004 2005

Cobertura

Matricula 2979 3050 3122 3078 2907

%Asistencia 89,96 90,95 90,65 90,84 90,54

%Retiro E. Bsica O,29 2,04 0,71 1,01 0,64

%Retiro E. Media 0,72 1,30 1,04 0,66 0,73

Cobertura E. Municipal 56,61 48,88 51,16 54,33 48,78

Fuente: MIDEPLAN

De estos antecedentes, entregados por el Ministerio de Planificacin

Nacional y Poltica Econmica MIDEPLAN, actualmente llamado Ministerio de

Desarrollo Social, se puede observar que la Educacin Municipal de Pitrufqun,

observa una tendencia hacia la baja en su matrcula. Esta disminucin se debe

a la oferta del sector particular y a la disminucin de la demanda, sus

indicadores de resultados son positivos, en cuanto a porcentaje de aprobacin y

retencin escolar y con un alza sostenida en obtencin de puntajes mnimos

para postular a la educacin superior, pero pesa en su contra la baja inversin

que se realiza por alumno del sistema.


36/144


17


2.10Escuela Municipal Loica

La Escuela Municipal Loica est ubicada en la comuna de Pitrufqun, a

10 km hacia el sureste en el sector rural Loica, la Escuela fue fundada en 1949.

Actualmente tiene una matrcula de 9 alumnos de Primero a Sexto bsico, las

clases las imparte el Profesor Sr. Armando Galloso, quien cumple el rol de

Profesor y Director, adems hay dos profesores mas encargados de las clases de

Educacin Musical y Educacin Fsica quienes asisten una vez a la semana. El

horario de la Escuela es de lunes a viernes de 09:00 hrs a 16:00 hrs.

2.10.1 Infraestructura de la Escuela

La escuela est fundada en cimientos y sobrecimientos de 20 cm de alto

de hormign, el piso es de radier revestido y tiene un revestimiento exterior de

madera en todas sus fachadas. La cubierta es de planchas de zinc.

La escuela est compuesta por varias zonas, las cuales son:

-

Una sala de 33 m aproximadamente, construida en base a tabiques

de madera y un revestimiento interior de muros de madera y un

revestimiento de piso de flexit. Tiene ventanas de marco y sobre

marcos de madera con divisiones metlicas.-

Cocina de aproximadamente 15 m, construida con tabiques de

madera y los muros revestidos con planchas de terciado y el piso es

un afinado de pavimento. Las ventanas tienen marcos y sobre marcos

de madera y divisiones metlicas.

-

Una bodega o despensa de 4,3 m, construida con tabiques de madera

y con revestimiento de muros en base a planchas de terciado, el piso

es un afinado de pavimento. Tiene una ventana con marcos y sobre

marcos de madera.

-

Oficina para el director de 4 m, la cual est construida con tabiques

de madera revestidos con madera y piso revestido con cermicos.

Tiene una ventana con marco de aluminio y sobre marco de madera.


37/144


18


-

Bao para mujeres de 3 m, construido con tabiques de madera y

revestido con cermico, tanto en muros y piso. Las ventanas son con

marco de aluminio y sobre marco de madera.

-

Bao para hombres de 4 m, tambin construido con tabiques de

madera y revestimiento de cermico en muros y piso. Tiene ventanascon marcos de aluminio y sobre marcos de madera.

-

Bao para profesor de 3 m, construido con tabiques de madera y

revestido con cermicos en muros y piso. Sus ventanas son de marco

de aluminio y sobre marcos de madera.

La escuela tiene un total de 67 m aproximadamente de espacios

habitables construidos, adems tiene un pasillo techado de 2 metros de

ancho con un piso de cermico.

2.10.2 Calefaccin en la Escuela

En la Escuela Municipal, del sector Rural Loica, se utiliza una estufa a

lea para calefaccionar el recinto, la estufa se encuentra ubicada en la sala de

clases y funciona todos los das desde las 8:00 hrs hasta las 16:00 hrs. La

materia prima utilizada para calefaccin es la lea (biomasa), durante el ao se

utiliza 4 m3 de lea, la cual es obtenida de los arboles del mismo recinto de laescuela.


38/144

CAPTULO 3

METODOLOGA


39/144

CAPITULO 3- METODOLOGIA

19

ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO TERMICO Y EVALUACION DE ESTRATEGIAS DE

MEJORA EN ESCUELA MUNICIPAL LOICA, SECTOR RURAL PITRUFQUEN

3.1 Introduccin

En la presente seccin muestra la metodologa utilizada para realizar el

trabajo. Esta metodologa determinada es fundamental, ya que con ella se

llevara a cabo el desarrollo del trabajo y el posterior cumplimiento de los

objetivos propuestos.

Es por esto que se da a conocer el plan de trabajo, la seleccin del

elemento a estudiar, las mediciones realizadas in situ, modelaciones con

software, los resultados obtenidos y el anlisis de estos.

3.2 Eleccin del caso a Estudiar

Se pretende comenzar a realizar mediciones y anlisis en colegios, para

evaluar el real funcionamiento de stos, en el mbito de calefaccin y confort

trmico.

Inicialmente se eligi un Colegio Municipal en Freire, el cual tena un

sistema de calefaccin mediante losa radiante y la fuente de energa era la

tierra, geotermia, pero en los antecedentes solicitados al Ministerio de Obras

Publicas MOP, no se encontr el proyecto de calefaccin, por lo que no se tena

la base para poder realizar las comparaciones, adems de que los alumnos anno entraban a clases, ya que el colegio estaba en etapa de ampliacin y

remodelacin y la obra aun no haba sido recepcionada definitivamente. Fue as

que se opt por un colegio rural, en este caso la Escuela Municipal Loica, ya

que estaba a disposicin inmediata por parte del Director y estaba en un sector

relativamente cercano para poder hacer las mediciones necesarias.


40/144


20



3.3 Metodologa y Plan de Trabajo

A continuacin se muestra el mtodo y plan de trabajo empleado para llevar

a cabo y cumplir con los objetivos planteados.

Planimetra del Edificio, medir el edificio en su totalidad y observarmaterialidad de la que se compone.

Medicin de temperatura y humedad en el edificio, instalar data

loggers que permiten medir la temperatura ambiente en los sectores ms

especficos de la escuela y tambin medir la temperatura exterior.

Medicin de contenido de CO2, instalar data loggers que permiten

medir y captar los datos para obtener los niveles de CO2presentes.

Medicin de infiltraciones, definir da y hora para realizar el ensayo con

el equipo Blower Door Test en la instalaciones de la escuela.

Recoleccin y modelacin de datos obtenidos en los ensayos,

recolectar los datos obtenidos mediante la realizacin de ensayos y

posterior modelacin computacional de los datos mediante el software

DesignBuilder.

Clculos y anlisis de resultados, se realizan clculos matemticos de

tipo terico y experimental, necesarios para cumplir con los objetivos

planteados.

3.4 Mtodo de Accin

3.4.1 Mediciones Planimtricas de la Escuela

Mediante una visita a la Escuela se realiza la medicin de longitudes de

forma manual de las dependencias de la escuela. Y con estas mediciones se

dibuja y ejecuta el plano de la escuela, con su respectiva planta y elevaciones.


41/144

ANALISIS DEL COMPORTA

MEJORA EN ESCUELA MUN

3.4.2 Mediciones In Sit

3.4.2.1 Medicin de Te

La medicin de

temperaturas exterior edependencias donde se

obtener una representa

los intervalos de tiempo

de la Escuela con datos

con las curvas de tempe

Temperatura y H

La humedad relativa

Escuela Loica se obtien

mostrado en Figura 3.1

para tomar mediciones e

Figura 3.1 Data Lo

Estos dispositivos e

llamados termogramas,

variables de temperatur

CAPITULO

MIENTO TERMICO Y EVALUACION DE EST

ICIPAL LOICA, SECTOR RURAL PITRUFQUE

u

peraturas y Humedad Relativa

temperatura y humedad relativa

interior se realiza por siete das enrealizaron las mediciones. Las med

in grfica de las variaciones que est

programados. Lo que permite hacer un

reales obtenidos, de estos datos se g

atura interior y exterior llamado Term

medad Relativa Exterior

y la temperatura de aire exterior par

e mediante la instalacin de un sens

, en el exterior de la escuela, el cual

n intervalos de media hora durante un

gers, sensor de Temperatura y Hum

tregan resultados que se pueden l

donde se pueden analizar de me

que presentan los ambientes medidos

3- METODOLOGIA

21

ATEGIAS DE

N

y registro de

ada una de lasciones permiten

s presentan, en

anlisis trmico

enera un grafico

grama

el estudio de la

r, data loggers,

fue programado

a semana.

edad Relativa.

levar a grficos

or manera las

.


42/144



Figura

Temperatura y H

La humedad relativa

mediante sensores, dat

dentro de la escuela, seFigura 3.3, un segundo

y un tercer y ltimo se

Figura 3.5. Los sensore

mediciones en intervalos

puntos de altura media

la temperatura real.

CAPITULO



.2 Instalacin Sensor Exterior Escu

medad Relativa Interior

y la temperatura interior se obtiene

loggers,que se instalaron en tres p

instalo un sensor en la Sala de Clases sensor en la Cocina, el que se muestra

sor en la Oficina del Profesor, que s

son programados mediante un progr

de media hora durante una semana, s

no cerca a fuentes de calor ya que es

3- METODOLOGIA

22

ATEGIAS DE

N

la.

con mediciones

ntos especficos

, lo que se ve enen la Figura 3.4

e muestra en la

ma para realizar

on instalados en

os interfieren en


43/144



Figura

Figu

CAPITULO



.3 Instalacin Sensor en Sala de Cla

ra 3.4 Instalacin Sensor en Cocina.

3- METODOLOGIA

23

ATEGIAS DE

N

es.


44/144



Figura 3.

3.4.2.2 Medicin de

La medicin de CO2s

Figura 3.6, este fue p

durante un da, este se

programa en el mismo l

Figura 3.6 S

CAPITULO



5 Instalacin Sensor en Oficina Prof

CO2

e realiza con un sensor, data loggers, e

rogramado para hacer mediciones c

nsor fue instalado en la Sala de Clas

gar donde va a ser instalado en el men

nsor utilizado para medir contenido

3- METODOLOGIA

24

ATEGIAS DE

N

sor.

l cual se ve en la

ada un minuto

es. El sensor se

que trae.

de CO2.


45/144



3.4.2.3 Ensayo de I

Blower Door Tes

ventilador calibrado par

de un edificio o vivienda

tal como se muestra en

diferencia de presin en

hacia el exterior del e

edificio (presurizacin)

diferencias de presin s

conecta al ventilador (D

se establece la estanqu

obliga a que el aire pa(Hope y Gonzlez, 2009).

CAPITULO



filtraciones por medio del Blower D

es una prueba que consiste bs

medir un caudal de aire. Este se ins

en conjunto con un panel que se ajus

la Figura 3.7, el ventilador genera u

re el interior y exterior. El flujo de air

ificio (despresurizacin), o bien haci

bien una combinacin de ellas. El fl

n registrados y controlados por un d

-2). Mediante la combinacin de flujo

idad o hermeticidad de la zona anal

e a travs de los orificios o abertura

Figura 3.7 Blower Door Test.

3- METODOLOGIA

25

ATEGIAS DE

N

or Test

camente en un

ala en la puerta

a a dicha puerta

flujo de aire y

se puede dirigir

el interior del

jo de aire y las

spositivo que se

y presin de aire

zada, ya que se

no controladas


46/144



Para la realizacin

que se muestra en la F

volumen y rea de la

respecto al nivel del ma

por lo tanto entrega los

reporte.

Figura 3.8 Ens

CAPITULO



del ensayo se utiliz el software Fant

gura 3.8. Aqu se ingresan los datos

ivienda en estudio, velocidad del vi

y otros. Este software est intercon

resultados de manera ms ordenada,

yo de Infiltraciones mediante softw

3- METODOLOGIA

26

ATEGIAS DE

N

stic de Retrotec,

de temperatura,

nto, altura con

ctado al DM-2 y

or medio de un

re Fantestic


47/144


27



Con este ensayo se pueden obtener importantes datos para la simulacin

dinmica de la demanda energtica del establecimiento, que se realizara ms

adelante en el software. De los datos obtenidos se puede mencionar:

-

Renovaciones de aire por hora a 50 Pa (ach50).

-

rea equivalente de fuga (EqLA) en cm.

-

rea efectiva de fuga (EfLA) en cm.

Termografa

La termografa es el registro grfico del calor emitido por la superficie de un

objeto en forma de radiaciones infrarrojas. Las radiaciones que emiten los objetos

aumentan con la temperatura, por lo tanto al detectar estas radiaciones

infrarrojas las cmaras termogrficas nos permiten visualizar las diferencias de

temperatura de los objetos.(www.quiminet.com La termografa y el anlisis

trmico en edificios)

Para realizar una buena termografa, se deben tener consideraciones previas

al ensayo, lo ms importante es realizar una inspeccin visual del lugar a

ensayar, determinar qu puntos eran importantes para intervenir, donde se

pueden obtener mejores fotos, que sean representativas como lo es en la uninde dos muros, unin cielo-muro o unin muro-piso, unin entre dos materiales,

esquinas de ventanas y puertas.

3.4.2.4 Anlisis de Termogramas

Los termogramas son analizados grficamente para cada zona de la escuela

donde se realizaron las mediciones. Adems de los datos numricos obtenidos,

permiten extraer informacin de las temperaturas mnimas y mximas

registradas, dentro y fuera de la escuela. Lo cual permite obtener el rango de

temperaturas que experimentaron las distintas zonas medidas en la escuela

durante el periodo de registro. Tambin es posible obtener las temperaturas

promedio, interiores y exteriores. Y las diferencias o deltas de temperatura

exterior e interior a cada hora que fue registrada.


48/144



3.4.2.5 Anlisis de

La termografa infrar

infrarroja invisible (par

condicin trmica. Una

una imagen en vivo (

radiacin.

La cmara termogr

calientes y fras las cua

ejemplo en la Figura 3.1

tonos, donde los tonos

tonos azules y violetas r

CAPITULO



ermografa Infrarroja

oja es la tcnica de producir una ima

nuestros ojos) emitida por objetos

mara termogrfica mostrada en la Fi

isualizada como fotografa de la te

igura 3.9 Cmara Termogrfica.

ica entrega imgenes donde se pued

es se distinguen por diferencias de to

0, se observan reas calientes y fras

amarillos y rojizos representan rea

presentan reas fras.

3- METODOLOGIA

28

ATEGIAS DE

N

en visible de luz

e acuerdo a su

ura 3.9 produce

peratura de la

observar reas

nalidades, como

or diferencia de

calientes y los


49/144



F

3.4.3 Modelacin m

Obtenidos los datos

en la Escuela se proced

forma computacional po

Este modelamiento y

predecir y estimar la

Obteniendo estos resul

mejoramiento, para dis

forma mejorar las condi

CAPITULO



gura 3.10 Termografa Infrarroja.

diante Software

edidos en terreno y el ensayo de infilt

a realizar el modelamiento y simulac

medio del software DesignBuilder.

simulacin energtica se realiza pri

emanda y consumo energtico de l

tados se pueden proponer y evalua

inuir el consumo que posee la escuel

iones de confort para los ocupantes de

3- METODOLOGIA

29

ATEGIAS DE

N

acin realizados

n energtica de

cipalmente para

Escuela Loica.

estrategias de

y lograr de esta

lugar.


50/144



l momento de rea

consideracin las difere

variables son tales c

materialidad que presen

ocupacin de luz artifiocupacin, etc), ventilac

Conociendo las va

DesignBuilder se com

establecidos en el prog

presenta tal como se m

de forma ordenada se r

orden que se presentan

Figura 3.

Se explicar de fo

de las pestaas del prog

CAPITULO



lizar el modelamiento energtico ha

tes variables de entrada que posee e

mo: ubicacin del edificio, forma

a el edificio, ganancias de energa (gan

ial, ganancias otorgadas por equipon que presenta el edificio e infiltracio

iables de entrada ya mencionada

ienza con el modelamiento siguie

ama de acuerdo a las pestaas sup

estra en la Figura 3.11. Para realizar

comienda llenar las pestaas superio

n el software.

11 Pestaas superiores DesignBuilde

ma general los datos que se deben lle

ama:

3- METODOLOGIA

30

ATEGIAS DE

N

que tener en

l software, estas

y orientacin,

ancias solar, por

, ganancias pores presentes.

s del software

ndo los pasos

eriores que ste

una modelacin

res en el mismo

r.

ar en cada una


51/144



Modelo (Layout):

visualizacin del

espesor de muros,

que componen la

CAPITULO



En esta pestaa del programa se real

ibujo en 3D de la Escuela, aqu se d

distancias y geometra completa de la

scuela.

igura 3.12 Pestaa Modelo.

3- METODOLOGIA

31

ATEGIAS DE

N

iza la creacin y

be especificar el

zonas trmicas


52/144



Actividad (Activi

que presenta cad

ocupacin de las

mnimas para que

aire fresco mnim

las ganancias que

cada zona (L/m-d

Fi

CAPITULO



y): En esta pestaa se debe especifi

zona de la escuela (se debe especifi

zonas), se establecen las temperat

funcione la calefaccin y refrigeraci

(L/s-persona), la cantidad de lux req

presentan las zonas, la ocupacin de

ia), entre otros detalles.

gura 3.13 Pestaa Actividad.

3- METODOLOGIA

32

ATEGIAS DE

N

ar la ocupacin

ar el horario de

ras mximas y

, la cantidad de

eridos por zona,

agua potable de


53/144



Construccin (C

caractersticas de

que presentan lo

espesor de cada

cubiertas, pisos

infiltracin de aire

en el ensayo de in

Fig

CAPITULO



nstruction): En esta pestaa se de

construccin de la escuela, como lo e

distintos muros que la componen,

material, esto se especifica para c

puertas. Otro dato a ingresar en e

en unidades de renovaciones de aire

iltracin.

ra 3.14 Pestaa Construccin.

3- METODOLOGIA

33

ATEGIAS DE

N

ben agregar las

la materialidad

especificando el

da muro, cielo,

ste punto es la

or hora medida


54/144



Aberturas (Openi

los vidrios y de los

las zonas de la esc

CAPITULO



gs):En esta pestaa se ingresan las c

marcos de cada una de las ventanas q

uela.

igura 3.15 Pestaa Aberturas.

3- METODOLOGIA

34

ATEGIAS DE

N

ractersticas de

e componen


55/144



Iluminacin (Lig

de iluminacin y

las zonas de la e

ganancias interna

lux).

F

CAPITULO



ting): En esta pestaa se deben ingr

l tipo de iluminacin que presenta p

cuela, esto se ingresa con el objetiv

s de energa aportadas por la ilumin

gura 3.16 Pestaa Iluminacin.

3- METODOLOGIA

35

ATEGIAS DE

N

sar los horarios

ra cada una de

de calcular las

cin (W/m-100


56/144



HVAC: En la pe

(Heating, Ventilat

zonas de la escuel

se debe ingresar

rendimiento del si

material, el rend

ventilacin natura

CAPITULO



taa donde se ingresan los datos

ng and Air Conditioning); primero se

a estn acondicionadas con calefacci

l tipo de materia que se utiliza para

tema de calefaccin, esto para calcula

miento del sistema de refrigeracin

que se otorga a las zonas.

Figura 3.17 Pestaa HVAC.

3- METODOLOGIA

36

ATEGIAS DE

N

e climatizacin

debe saber que

y refrigeracin,

calefaccionar, el

r el consumo del

y el horario de


57/144



Una vez realizado es

el programa, se proce

calculada por el motor

entregan los resultados

selecciona, anual, mens3.18 y Figura 3.19.

Figura 3.18 Grfic

CAPITULO



e proceso y completado todos los dato

e a realizar la simulacin, la cual

e clculo Energy Plus. Una vez hecha

en forma grafica o de tablas y en p

ual, diario o por hora, esto se puede

de Resultados de Simulacin en In

3- METODOLOGIA

37

ATEGIAS DE

N

s solicitados por

es realizada y

la simulacin se

riodos que uno

ver en la Figura

ervalo Anual.


58/144



Figura 3.19 Grfico

Cabe mencionar queque estos se pueden ver

CAPITULO



de Resultados de Simulacin en Int

ambin se puede elegir la apariencia den forma de barras o lneas.

3- METODOLOGIA

38

ATEGIAS DE

N

rvalo Mensual.

e los grficos, ya


59/144



3.4.4 Simulacin de Es

Para realizar las e

calculo estadstico medi

3.20.

La matriz Taguch

medida de cada una de l

Variable 1: islacion de

Variable 2: islacion de

Variable 3: Infiltracion (

Variable 4: entana (Oc

Tambien tiene tre

completan de forma macaso se completo con los

CAPITULO



trategias de Mejoramiento

strategias de mejoramiento se comien

nte la Matriz Taguchi la cual se obse

Figura 3.20 Matriz Taguchi.

contempla cuatro variables y especif

as variables, las cuales son:

Muros (Am) [cm, centimetros]

Cielo (Ac) [cm, centimetros]

n) [Ach, renovaciones de aire]

[U, transmitancia termica].

s niveles para cada uno de las vari

nual de acuerdo a lo que uno quierasiguientes datos.

3- METODOLOGIA

39

ATEGIAS DE

N

a realizando un

rva en la Figura

ca la unidad de

bles los que se

evaluar, en este


60/144



Figura

Una vez completa

simulaciones a real

vinculada a los datos

Figura 3.22 Pl

CAPITULO



.21 Datos completados en Matriz Ta

os los datos de la matriz se obtienen

zar que en este caso sern 9. Es

de los niveles de la Matriz.

anilla con datos para realizar Simula

Mejoramiento.

3- METODOLOGIA

40

ATEGIAS DE

N

guchi.

los datos de las

ta planilla est

ciones de


61/144


41



Cada uno de los nueve casos tiene distintos datos a ingresar de las cuatro

variables consideradas en la Matriz, estos datos se ingresan como proyectos

nuevos en el software DesignBuilder, el cual luego de haber cambiado los datos

arroja las respuestas de calefaccin y refrigeracin para cada uno de los casos.


62/144

CAPTULO 4

RESULTADOS


63/144

ANALISIS DEL COMPORTAMEJORA EN ESCUELA MUN

4.1 Introduccin

En este captulo

metodologa descrita e

entregados y presentad

dichos resultados. Se ti

de la escuela y finalme

evaluar estrategias de m

4.2 Diagnstico de Cas

Mediante un anl

travs del software Desi

trmico de la escuela se

Anlisis de Escue

Energa Anual

La demanda energt

Municipal Loica se p

representado mediante

condiciones actuales de

Figura 4.1

CAPITUL

MIENTO TERMICO Y EVALUACION DE ESTICIPAL LOICA, SECTOR RURAL PITRUFQUE

se presentan los resultados obteni

la seccin anterior (Capitulo 3),

s mediante grficos. Adems se realiz

ne un resultado del modelamiento y

te los resultados de las simulaciones

ejoramiento, que son nueve casos estu

Base o Actual

sis activo basado en el modelamient

nBuilder, el cual analiza el comporta

obtiene lo siguiente:

la Municipal Loica

ica en un periodo de tiempo anual

ede observar en el Grfico N 1

na barra de color rojo. La demanda e

a Escuela es de 7756 kWh por ao.

Grfico N 1: Demanda Energtica

O 4- RESULTADOS

42

ATEGIAS DEN

os mediante la

los cuales son

a un anlisis de

simulacin base

realizadas para

iados.

y simulacin a

iento energtico

para la Escuela

n el cual est

ergtica bajo las

nual.


64/144


Mientras que el cons

calefaccin de la Escuel

salamandra, la cual se

Grafico N 2 mediante u

de 14102 kWh al ao.

Figura 4.2

En el anlisis de la

energticas y perdidas e

donde se representan la

eje cero hacia arriba) y

(del eje cero hacia abajo)

Las principales gana

exteriores 3055 kWh, p

kWh y por iluminacin

un ao.

Mientras que las prkWh, a travs de cubier

por las ventanas -1315

CAPITUL


mo energtico en un periodo anual p

Municipal Loica basado en una estu

bastece de combustible a lea, est re

a barra de color naranjo. Este consu

Grfico N 2: Consumo Energtico

Escuela Municipal Loica tambin se

ergticas las cuales se representan e

ganancias energticas a travs de bar

las perdidas energticas a travs de

.

cias energticas estn otorgadas por g

r ocupacin 2454 kWh, por elemento

46 kWh, esto medido en un periodo

ncipales perdidas energticas estnas -4214 kWh, por infiltraciones exter

Wh, estos valores son en un periodo d

O 4- RESULTADOS

43

ATEGIAS DEN

ra el sistema de

a a lea del tipo

presentado en el

o tiene un valor

nual.

ienen ganancias

el Grfico N 3,

as positivas (del

arras negativas

anancias solares

s de cocina 913

e tiempo igual a

n muros -4660as -1395 kWh y

tiempo anual.


65/144


Figura 4.3 Gr

Energa Anual Norm

l hablar de energaao para un metro cuad

La demanda energti

Loica se observa en el

de color rojo, en este gr

metro cuadrado es de 1

Figura 4.4 Grfico N

CAPITUL


fico N 3: Ganancias y Prdidas Ene

lizada

anual normalizada, es la energa queado del edificio en estudio.

a anual por metro cuadrado para la E

rfico N 4 en el cual est representa

afico se observa que la demanda ener

7 kWh/m.

4: Demanda Energtica Anual por

O 4- RESULTADOS

44

ATEGIAS DEN

rgticas.

se utiliza en un

cuela Municipal

a por una barra

gtica anual por

etro cuadrado.


66/144


Tambin se tiene el

Grfico N 5 en donde

este grafico se tiene un

kWh/m.

Figura 4.5 Grfico N

Mientras que en el

prdidas energticas a

Municipal Loica, en do

metro cuadrado media

energticas por metro

hacia abajo).

nalizando este grf

por metro cuadrado en

solar exterior 42,40 kW

luego por elementos de

7,57 kWh/m. Mientracuadrado en el periodo

-58,47 kWh/m, infiltr

ventanas -18,75 kWh/m

CAPITUL


consumo anual energtico por metro

e observa a travs de una barra de c

consumo anual de energa por metro

5: Consumo Energtico Anual por

Grfico N 6 se puede observar las

uales por metro cuadrado al interio

de estn representadas las ganancias

te barras positivas (cero hacia arrib

uadrado a travs de barras negativa

co se tiene que las principales gana

el periodo de un ao estn otorgada

/m, en segundo lugar por ocupaci

cocina 12,67 kWh/m y finalmente

que las principales prdidas energe un ao estn en muros -64,66 kWh/

aciones externas -19,36 kWh/m

.

O 4- RESULTADOS

45

ATEGIAS DEN

cuadrado en el

olor naranjo. De

uadrado de 195

etro cuadrado.

ganancias y las

r de la Escuela

energticas por

) y las prdidas

s (desde el cero

cias energticas

s por ganancias

34,05 kWh/m,

por iluminacin

ticas por metrom, en cubiertas

finalmente en


67/144


Figura 4.6 Grfico N

Anlisis de Sala

Energa Anual

La demanda energ

el Grfico N 7 donde e

grfico se ve una dema

demanda energtica es i

nica zona donde hay c

Clases.

Figura 4.7 Grfico N

CAPITUL


6: Ganancias y Prdidas Energtica

metro cuadrado.

e Clases

tica anual para la sala de clases se p

st representada por una barra de co

da energtica anual de 7756 kWh, se

gual a la de la Escuela en general, est

alefaccin dentro de la Escuela Loica

7: Demanda Energtica Anual para

O 4- RESULTADOS

46

ATEGIAS DEN

Anuales por

ede observar en

or rojo. En este

bserva que esta

debido a que la

es en la Sala de

ala de Clases.


68/144


En la sala de cla

energticas las que se p

por barras positivas (d

barras negativas (del cer

nalizando el gr

energticas anuales es

ocupacin 1676 kWh, p

y equipos 249 kWh.

Mientras que tam

energticas anuales est

kWh, a travs de muro

finalmente por medio de

Figura 4.8 Grfico N

CAPITUL


es tambin existen ganancias energ

eden observar en el Grafico N 8 dond

l cero hacia arriba) las ganancias e

o hacia abajo) las perdidas energticas.

fico N 8 se tiene que las princi

n dadas por ganancias solar exte

r iluminacin 311 kWh y finalmente p

bin se puede observar que las prin

n dadas por los siguientes elementos:

-2110 kWh, por infiltraciones extern

las ventanas -1066 kWh.

: Ganancias y Prdidas Energticas

de Clases.

O 4- RESULTADOS

47

ATEGIAS DEN

ticas y perdidas

e se representan

ergticas y por

ales ganancias

ior 2013 kWh,

r computadores

cipales prdidas

cubiertas -2718

as -2048 kWh y

nuales en Sala


69/144


Energa Anual Normali

Se tiene una dem

de Clases mediante el si

en el Grafico N 9 repr

energtica anual por me

Figura 4.9 Grfico N

En el Grfico N 1

y prdidas energticas l

positivas (del cero haci

cuadrado y por barras

anuales por metro cuad

nalizando las ga

de un ao se tiene que l

exterior 63,05 kWh/miluminacin 9,75 kWh/

kWh/m.

CAPITUL


ada

nda energtica anual por metro cuadr

stema de calefaccin utilizado la cual

esentada por una barra de color rojo

ro cuadrada es igual a 242 kWh/m.

9: Demanda Energtica Anual por m

para Sala de Clases.

se observa que en la Sala de Clases e

s cuales estn representadas grfica

arriba) las ganancias energticas a

egativas (del cero hacia abajo) las per

ado.

ancias energticas por metro cuadra

s mayores ganancias estn dadas por:

, despus por ocupacin 52,50 kWm y finalmente por computadores

O 4- RESULTADOS

48

ATEGIAS DEN

ado para la Sala

ue se puede ver

. Esta demanda

tro cuadrado

isten ganancias

ente por barras

uales por metro

idas energticas

do en el periodo

ganancias solar

/m, luego pory equipos 7,80


70/144


Finalmente analiz

el periodo anual se tie

siguientes elementos: c

infiltraciones externas

kWh/m.

Figura 4.10 Grfico N

m

CAPITUL


ndo las prdidas energticas por metr

e que las principales prdidas se en

biertas -85,13 kWh/m, muros -66,

-64,13 kWh/m y finalmente por

10: Ganancias y Prdidas Energtic

tro cuadrado en Sala de Clases.

O 4- RESULTADOS

49

ATEGIAS DEN

o cuadrado para

cuentran en los

7 kWh/m, por

entanas -33,41

s Anuales por


71/144


4.3 Anlisis de Variabl

La evaluacin de

Loica a travs de la m

(Capitulo 3), arrojo los s

Figur

Luego del anlisis

en un programa Qualite

en la Tabla ANOVA, p

demanda energtica y c

CAPITUL


s segn Matriz Taguchi

strategias de mejoramiento para la E

triz Taguchi, segn se explica en la

guientes resultados:

4.11 Resultados Matriz Taguchi.

de la Matriz Taguchi se colocan los

k el cual entrega los siguientes datos

ra analizar que variable es ms in

al es menos influyente.

O 4- RESULTADOS

50

ATEGIAS DEN

cuela Municipal

seccin anterior

atos entregados

ue se muestran

luyente para la


72/144


Figura 4.13

CAPITUL

MIENTO TERMICO Y EVALUACION DE ESTICIPAL LOICA, SECTOR RURAL PITR

análisis del comportamiento térmico y evaluación de estrategias de mejora en escuela municipal...

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