EFICIENCIA TERMO-ENERGÉTICA: MEJORAS ASEQUIBLES DE LA

ENVOLVENTE DE UN CAPS EN SAN MIGUEL DE TUCUMÁN

Amalita Fernández1, 2, Beatriz S. Garzón1,2 1Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)

2Facultad de Arquitectura y Urbanismo- Universidad Nacional de Tucumán (FAU- UNT) C.P. 4000 - Tel. 00 54 (381) 436-4093 - e-mail: amalitaf93@gmail.com, bgarzon06@gmail.com

Recibido 16/08/19, aceptado 22/10/19

RESUMEN: El presente trabajo realiza un análisis del comportamiento termo-energético de un Centro de Atención Primaria de Salud (CAPS) ubicado en la ciudad de San Miguel de Tucumán, Tucumán (zona bioclimática IIb). La metodología de análisis es normativa, a través de IRAM (Instituto Argentino de Normalización). A partir de los resultados obtenidos, se proponen mejoras asequibles en la envolvente y se realiza el análisis de comportamiento con la implementación de las propuestas. Los resultados giran en torno a la factibilidad de un proyecto de mejoras, tanto desde el punto de vista económico como operacional, que representa una importante mejora en el comportamiento termo- energético de la edificación, verificable en su etiquetado de eficiencia energética, logrando pasar de una etiqueta clase “D” a “C”. Palabras clave: eficiencia termo-energética, envolvente arquitectónica, arquitectura sanitaria

INTRODUCCIÓN En la provincia de Tucumán existen 348 establecimientos para la salud administrados por el Sistema Provincial de Salud (Si.Pro.Sa.), de los cuales 298 son de CAPS (Ministerio de Salud Pública, Gobierno de Tucumán, s.f.). El área de Recursos Físicos del Si.Pro.Sa. se encarga de la remodelación, mantenimiento y construcción de obras nuevas. Se rigen por los decretos expuestos en las “Normas de Organización y funcionamiento” del Programa Nacional de Garantía de Calidad de la Atención Médica (2004), los cuales contemplan exigencias mínimas de equipamientos y superficies, como así también los tipos de tratamiento de las superficies, materiales (por cuestiones de higiene), instalaciones, etc. En los últimos 15 años se evidencia un proceso de construcción, remodelación y mejoras de edificios destinados a la salud. Entre construcciones nuevas y reformas se realizaron más de 270 obras de CAPS1. Si bien, por un lado, es indudable el énfasis puesto en los aspectos funcionales e higiénicos, por otro, es visible la escasa consideración de la eficiencia energética y bioclimatismo. También, en general, puede observarse materializaciones con resoluciones constructivas muy similares entre ellos. Las principales similitudes abarcan las tres siguientes resoluciones: paredes simples de ladrillo cerámico macizo o hueco, cubiertas de chapa con lana de vidrio como aislante y carpinterías de aluminio con vidrio común sin elementos de protección. Sobre lo antes mencionado, el objetivo del presente trabajo es evaluar térmica y energéticamente el comportamiento de un CAPS ubicado en la ciudad de San Miguel de Tucumán, para exponer una propuesta de re-diseño de envolvente posible y asequible de su envolvente con el fin de mejorar las prestaciones termo-energéticas de la edificación. METODOLOGÍA 1 Entrevista realizada a la Arq. Marcia Lenarduzzi, Inspectora de obras, Departamento de Recursos Físicos del SIPROSA el 06/08/2019

ASADES Acta de la XLII Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente

Vol. 7, pp. 01.227-01.236, 2019. Impreso en la Argentina. ISBN 978-987-29873-1-2

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En cuanto a las actividades desarrolladas, en una primera etapa se definieron las características geográficas y climáticas del caso de estudio a partir de los datos meteorológicos provinciales (Estación Experimental Obispo Colombres, s.f.) y de la “Clasificación Bioambiental de la República Argentina” (IRAM 11603, 2012). Luego, se realizó un análisis arquitectónico del edificio y se propusieron refacciones factibles de la envolvente edilicia existente para mejorar las prestaciones termo- energéticas. Posteriormente, se analizó el comportamiento térmico del caso original y de las propuestas planteadas a partir de las siguientes variantes: coeficiente de transmitancia térmica K (IRAM 11601, 2002), coeficiente volumétrico de pérdidas de calor (IRAM 11604, 2001), coeficiente volumétrico de refrigeración (IRAM 11659-2, 2007) e Índice de Prestaciones Energéticas (IRAM 11900, 2017). Para cada caso, se compararon los resultados obtenidos. Por último, se evaluó la incidencia económica de las modificaciones propuestas en relación al costo por unidad de cada elemento de la envolvente y se extrajeron conclusiones finales. RESULTADOS Y DISCUSIONES Identificación y caracterización del área de trabajo El CAPS analizado se encuentra en Villa Amalia, al sur de la ciudad de San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina. Dicha ciudad se ubica en la zona bioclimática II, templado cálido, subzona b (IRAM 11603, 2012).

Figura 1: Zona bioclimática y ubicación.

ZONA

BIOAMBIENTAL ÁREA GEOGRÁFICA LATITUD LONGITUD ALTITUD

II-b Ciudad de San Miguel de Tucumán, Depto.

Capital. 26°49’ S 65°13’ O 450msnm

Tabla 1: Datos geográficos.

Verano Invierno Temp. Mín. med.

HR max. med

Temp. med.

HR med.

Temp. Max. Med.

HR Min. Med.

Temp. Mín. med.

HR max. med

Temp. med.

HR med.

Temp. Max. Med.

HR Min. Med.

20,44°C 89% 26,49°C 68% 36,9°C 46,9% 6,69°C 89,8% 12,6°C 71,5% 24,6°C 46,3% Tabla 2: Datos climáticos. Fuente elaboración propia a partir de la información climática de la

Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres.

Características arquitectónicas y tecnológicas del tipo analizado El CAPS se emplaza en forma de “L”, la totalidad de su perímetro linda con el exterior y posee un eje en sentido norte-sur y otro en sentido este-oeste. Por esta situación, gran parte de las fachadas se encuentran hacia las orientaciones más desfavorables, este-oeste.

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Figura 2: Planta y vista aérea y de fachada Norte.

En cuanto a la resolución constructiva, los cerramientos verticales exteriores (CVE) se materializaron con ladrillo cerámico hueco revocado en ambas caras y carpinterías de aluminio con vidrio común de 3mm. La única cubierta se resolvió en chapa, cámara de aire, lana de vidrio de 0,05m, como aislación térmica, y cielorraso suspendido de placas de yeso.

Figura 4: Corte constructivo del prototipo analizado.

Propuesta de mejora de la envolvente El propósito principal de la modificación en la envolvente para mejorar las prestaciones termo- energéticas fue que sea asequible, tanto desde el punto de vista económico como desde la obtención del material y ejecución en obra. Esto posibilita que la propuesta pueda ser adoptada por la repartición pertinente. La propuesta se aplica sobre la envolvente actual y no implican su demolición, de manera tal que no genera residuos ni mayores costos económicos. Otra premisa fue que las refacciones sean de ejecución rápida y en seco para no interferir con el funcionamiento del CAPS.

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Para el caso del techo, se propuso incrementar el espesor del aislante térmico sobre el cielorraso (lana de vidrio con foil de aluminio) de 0,05m a 0,10m, se optó por este espesor por ser la medida comercial de dicho material. En el CVE, se propuso que la modificación sea en la cara interior: colocación de placas de yeso con perfilería metálica, con una capa de dos pulgadas de lana de vidrio con foil de aluminio entre esta y el muro. Los puntos favorables de esta solución en tecnología en seco son, por un lado, su rápida ejecución y, por otro sus características de obra limpia en comparación con tecnologías por vía húmeda (factor importante a tener en cuenta en un edificio para la salud). Sumado a esto, al tratarse de una intervención desde el interior de la edificación, la misma no está condicionada por las inclemencias del tiempo, lo cual permite una buena programación de la obra. En las carpinterías, se propuso la incorporación de protecciones móviles de madera conservando las puertas y ventanas actuales.

Figura 5: Corte constructivo solución propuesta para la envolvente.

Comportamiento de la envolvente original y propuesta: El análisis del comportamiento de la envolvente tanto para la situación existente como para la propuesta de mejora se dividió en cuatro etapas: 1. Cálculo de transmitancia térmica, 2. Verificación de riesgo de condensación superficial e intersticial, 3. Cálculo de los coeficientes coeficiente volumétricos: de calefacción y refrigeración, 4. Cálculo de IPE con su etiquetado. A continuación, se detallan los mismos. Cálculo de transmitancia térmica Se realizó el cálculo del coeficiente de transmitancia térmica K, tanto para la envolvente original como para la propuesta de mejora, según el procedimiento de cálculo expresado en la norma IRAM 11601. Una vez calculado, se procedió a compararlo con los niveles de confort térmico recomendados en la norma para la zona bioclimática II: Nivel A: ecológico, Nivel B: recomendado y Nivel C: mínimo. Los valores obtenidos se expresan en la Tabla 3.

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Situación actual Propuesta de mejora

Coeficiente K

[w/m2°K] Nivel de confort

higrotérmico Coeficiente K

[w/m2°K] Nivel de confort

higrotérmico

CVE (opaco) 2.16 No cumple 0.51 Nivel B Techo 0.63 Nivel C 0.34 Nivel B

Tabla 3: Coeficientes de transmitancia térmica y su correspondiente nivel de confort higrotérmico para la envolvente actual y la propuesta de re-diseño.

En cuanto a las carpinterías, con la incorporación de protecciones móviles de madera, el coeficiente de transmitancia térmica obtenido de la tabla A5 transmitancia térmica de ventanas (en posición vertical)” de la norma IRAM 11.601, mejora significativamente: de 5,00 W/m2°K a 2,79 W/m2°K. Cabe destacar que este valor, se alcanza cuando la protección se encuentra con sus tablillas en posición cerrada. Verificación de riesgos de condensación Se procedió a evaluar el riesgo de condensación de vapor de agua, a través de IRAM 11625, en los elementos constructivos originales. Para el caso del techo, no existe riesgo de condensación por la presencia de una barrera de vapor (foil de aluminio), la cual se mantiene en la propuesta de rediseño, motivo por el cual esta tampoco presenta riesgo (Figura 6).

Figura 6: Comparación de temperatura superficial e interna con temperatura del punto de rocío para

el techo original y propuesta de mejora.

En el muro original, se observa que existe riesgo de condensación tanto superficial, en la superficie interior, como intersticial, entre el revoque y el ladrillo hueco. Para el caso de la propuesta de rediseño del muro se pudo verificar que no presenta riesgo de condensación ni superficial ni intersticial (Figura 7) esto se debe, por un lado, al incremento de la aislación térmica y, por otro, a la incorporación del foil de aluminio de la lana de vidrio como barrera de vapor.

Figura 7: Comparación de temperatura superficial e interna con temperatura del punto de rocío para

el muro original y la propuesta de mejora. Cálculo de los coeficientes volumétricos de calefacción y refrigeración

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Para realizar una evaluación térmica de manera global en la edificación existente, se procedió a calcular el coeficiente volumétrico de calefacción y el de refrigeración según IRAM 11.604 y 11.659-2 respectivamente. Estos cálculos son necesarios ya que el cálculo de coeficiente K de los elementos de la envolvente (muros, solados, cubiertas y carpinterías) de manera aislada, no representan el comportamiento del edificio en su totalidad y pueden ser insuficientes para controlar las pérdidas y ganancias totales de calor en su conjunto. La norma IRAM 11.604 de Aislación Térmica de Edificios, permite realizar una evaluación con el objeto del ahorro energético edilicio en función del coeficiente volumétrico de pérdida de calor “Gcal”. Este coeficiente tiene en cuenta las pérdidas de calor a través de cerramientos opacos y no opacos, superficies en contacto con el terreno y las renovaciones de aire de los locales de la edificación. Las variables que perciben mejoras a raíz de las modificaciones de la envolvente, son las pérdidas a través de los cerramientos opacos y no opacos. La norma IRAM 11659-2 de Acondicionamiento Térmico de Edificios, Ahorro de Energía de Refrigeración, determina las ganancias térmicas (en Watts) a través de distintas fuentes: la carga térmica por conducción a través de la envolvente (Qc), la carga térmica por ventilación (Qa), la carga térmica solar (Qs) y la carga térmica por fuentes internas (Qo). Los valores afectados por la mejora de la envolvente son Qc y Qs. A partir de dichos cálculos, se determinó que el CAPS en su estado actual no verifica con la norma en ninguno de los dos casos, ya que Gcal ≥G adm.

Coeficiente volumétrico de pérdidas de

calor Coeficiente volumétrico de

refrigeración G cal

(W/m³K) G adm

(W/m³K) G cal

(W/m³) G adm

(W/m³)

1,912 1,38 14,2 12,4

Tabla 4: Comparación de coeficientes volumétricos de pérdidas de calor y refrigeración con valores admisibles según normas IRAM para la situación actual.

A través del procedimiento de cálculo se determinó que los componentes de la envolvente más desfavorables, tanto para pérdidas de calor en invierno como para ganancias en verano, son: C1 (cubierta), M1 (muro oeste), M2 (muro norte), M5 (muro este) y M10 (muro sur). Los gráficos de la figuras 5 muestran comparativamente el comportamiento de la envolvente para ambos casos.

Figura 8: Planta con muros y carpinterías nomencladas.

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Figura 9: Comportamiento de la envolvente de la situación actual en invierno y verano.

En cuanto a las carpinterías las mayores pérdidas térmicas (en invierno) y ganancias térmicas (en verano), se dan a través de las ventanas tipo V1 y V2, siendo despreciables las que suceden a través de los ventiluces V3.

Figura 10: comportamiento térmico de ventanas de la situación actual en invierno y verano.

A partir de los resultados, se determinó realizar las modificaciones propuestas para la cubierta completa, todas las ventanas tipo V1 y V2, y en el caso de los muros, solo los más desfavorables (tanto para pérdidas en invierno como para ganancias térmicas en verano): M1, M2, M5 y M10. Se procedió a calcular los coeficientes volumétricos de refrigeración y calefacción logrando que verifiquen dichos valores.

Coeficiente volumétrico de pérdidas de calor (IRAM 11.604)

Coeficiente volumétrico de refrigeración (IRAM

G cal

(W/m³K) G adm

(W/m³K) G cal

(W/m³) G adm

(W/m³)

1,38 1,38 8,6 12,4

Tabla 5: Comparación de coeficientes volumétricos de pérdidas de calor y refrigeración con valores admisibles según normas IRAM para la propuesta de mejora de la envolvente.

Cálculo de IPE y etiquetado Se realizó el etiquetado de eficiencia energética a partir del cálculo del IPE (Índice de Prestaciones Energéticas kWh/m²año) para calefacción, refrigeración, producción de agua caliente de servicio e iluminación (IRAM 11900, 2017). El cálculo se llevó a cabo con el aplicativo on-line de la Secretaria de Estado de la Energía de la Provincia de Santa Fe (2018). Los resultados se presentan en su situación actual con un IPE de 126 kW/m2año, posicionándose en la clase “D”, mientras que los resultados del análisis que contemplan las mejoras para la envolvente, presentan un IPE de 90 kW/m2año, ubicándose en la clase “C”.

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Figura 11: Valores IPE y clase de eficiencia energética.

Análisis económico Una vez alcanzadas las mejoras en cuanto a la eficiencia energética del prototipo tras la incorporación de las modificaciones propuestas, se procedió a evaluarlo económicamente para conocer la variación de los costos de construcción. Este análisis se realizó a partir de los precios de mercado para el mes de abril del 2019 (Arquitectura y Construcción, 2019). La incidencia de cada propuesta de mejora en la envolvente por unidad es la siguiente:

Existente Propuesta de mejora

(incremento) Propuesta de mejora (total)

Incremento porcentual

Cubierta 2085 $/m2 372 $/m2 744 $/m2 17,84%

CVE 1679 $/m2 657 $/m2 1314 $/m2 39,13%

Ventanas 3625 $/unidad 2056 $/unidad 4112 $/unidad 56,72% Tabla 7: Análisis económico de la envolvente propuesta por unidad.

Se observa que el incremento del costo no resulta significativo en los valores porcentuales. Si se tiene en cuenta que de la totalidad del CVE solo se modifica el 63% de su superficie, el incremento impacta de manera global en un 24,6%. Por su parte, de la totalidad de las carpinterías, solo sufren cambios el 73%, por lo tanto de manera global el incremento resultante es del 40,8%. CONCLUSIONES Considerando las condiciones descriptas del prototipo estatal, se evidenció la necesidad de proponer alterativas de nuevas soluciones que permitan mejorar el confort térmico de las personas que utilicen el edificio: pacientes y profesionales de la salud pertenecientes a la comunidad de la localidad en estudio. Se optó por proponer modificaciones factibles en el diseño de la envolvente, a través de las cuales se modificó significativamente el comportamiento térmico edilicio. También, se optó por propuestas que no impliquen demoliciones de lo existente, sin generación de residuos de obra. En el caso de la cubierta, se propuso añadir más aislación térmica, para las carpinterías se agregaron celosías de madera y para los muros se propuso la incorporación de aislación térmica en el interior. Se calcularon los coeficientes de transmitancia térmica, y se evidenció una mejora significativa. Se verificó el riesgo de condensación, probando que en para el caso del muro existente el riesgo existía y con la propuesta, se logró eliminarlo. Posteriormente, al evaluar globalmente el prototipo existente a través del cálculo de coeficiente volumétrico de pérdidas de calor, para invierno, y de refrigeración, para verano, los cuales no lograron estar por debajo de los valores mínimos admisibles por las normas correspondientes. Se determinaron cuáles son los elementos más críticos de la envolvente: cubierta C1, muros M1, M2, M5 y M10, ventanas V1 y V2. Se realizaron las modificaciones propuestas

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previamente (incremento de aislación en cubierta, incorporación de aislación interior en muros y colocación de celosías de madera en ventanas) solo en los elementos más críticos y se procedió a calcular nuevamente los coeficientes de pérdidas de calor y refrigeración. Los valores obtenidos se compararon con valores normados, y en ambos coeficientes, se logró verificar con los valores propuestos por las normas. Luego, se procedió a calcular el IPE con su correspondiente etiquetado de eficiencia energética y se notaron también mejoras en el comportamiento ya que, tras la propuesta de mejoras en la envolvente, el prototipo ascendió de la clase “D” a la “C”. Por último, para corroborar la asequibilidad de la propuesta se realizó un análisis económico del costo por unidad. Se verifica que el costo de la modificación, en todos los casos, no supera el 50% del valor del ítem constructivo a modificar. Este trabajo permitió idear un conjunto de pautas que podrán aplicarse en CAPS existentes que lograrán profundizar en mejoras para futuras reformas de edificios para la salud, en general, y, en particular, del prototipo de estudio. De esta manera, los resultados obtenidos contribuyen al propósito de optimizar las condiciones de confort y eficiencia termo-energética en edificios destinados a la atención primaria de salud. AGRADECIMIENTOS Se agradece a la Dirección del Área de Recursos Físicos del Sistema Provincial de Salud (SiProSa) por brindar la información pertinente y su colaboración; y, por ende, a la institución a la cual pertenece. REFERENCIAS Arquitectura y Construcción [en línea] Costo de una vivienda. Presupuesto de una vivienda de 104m2

mano de obra con cargas sociales. Dirección URL: <https://aycrevista.com.ar/precios-la-construccion/> [consulta: 19 de abril de 2019]

Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres [en línea] Datos meteorológicos por localidad. Dirección URL: <http://www.eeaoc.org.ar/agromet/index.php> [consulta: 19 de abril de 2019]

IRAM 11601 (2002). Aislamiento térmico de edificios, métodos de cálculo. 3ª edición. Argentina: Instituto Argentino de Normalización y Certificación.

IRAM 11603 (2012). Clasificación Bioambiental de la República Argentina. 3ª edición. Argentina: Instituto Argentino de Normalización y Certificación.

IRAM 11625 (2000). Aislamiento térmico de edificios. Verificación de sus condiciones higrotérmicas. Verificación del riesgo de condensación de vapor de agua superficial e intersticial en los paños centrales de muros exteriores, pisos y techos de edificios en general. Argentina: Instituto Argentino de Normalización y Certificación.

IRAM 11604 (2001). Acondicionamiento térmico de edificios Verificación de sus condiciones higrotérmicas. Ahorro de energía en calefacción. Coeficiente volumétrico G de pérdidas de calor. Cálculo y valores límites. 2ª edición. Argentina: Instituto Argentino de Normalización y Certificación.

IRAM 11659-2 (2007). Acondicionamiento térmico de edificios Verificación de sus condiciones higrotérmicas. Ahorro de energía en refrigeración. 1ª edición. Argentina: Instituto Argentino de Normalización y Certificación.

IRAM 11900 (2017). Prestaciones energéticas en viviendas. Método de cálculo y etiquetado de eficiencia energética. 1ª edición. Argentina: Instituto Argentino de Normalización y Certificación.

Ministerio de Salud de la Nación (2004). Normativas del programa nacional de garantía de calidad aprobadas. Normas de organización y funcionamiento.

Ministerio de Salud Pública, Gob. de Tucumán [en línea] Centros de Salud – Establecimientos de Salud: información general. Dirección URL: <http://msptucuman.gov.ar/efectores/efectores.php> [consulta: 12 de agosto de 2019]

Secretaria de Estado de la Energía de la Provincia de Santa Fe (2018). Aplicativo informático para el cálculo del índice de Prestaciones energéticas según normas IRAM 11900.

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THERMO-ENERGETIC EFFICIENCY: AFFORDABLE IMPROVEMENT S OF A

CAPS ENVELOPING IN TUCUMAN ABSTRACT This paper analyzes the thermo-energetic behavior of a Primary Health Care Center (CAPS) located in the city of San Miguel de Tucumán, Tucumán (bioclimatic zone IIb). The analysis methodology is normative, through IRAM (Argentine Institute of Standardization). Based on the results obtained, affordable improvements in the envelope are proposed and the behavior analysis is carried out with the implementation of the proposals. The results revolve around the feasibility of an improvement project, both economically and operationally point of view, which represents a significant improvement in the thermo-energetic behavior of the building, verifiable in its energy efficiency labeling managing to move from a class "D" to "C”. Keywords: thermo-energetic efficiency, architectural enveloping, sanitary architecture.

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