escuela politÉcnica nacional · 2019. 4. 7. · 1. confort térmico: es la sensación de...

ESCUELA POLITÉCNICA

NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

“ESTUDIO Y SIMULACIÓN DE LA RESPUESTA TÉRMICA DE DOS

MODELOS DE VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL EN LAS

CIUDADES DE ESMERALDAS E IBARRA”

TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO MECÁNICO

CARLOS MAURICIO BONILLA SALAZAR

[email protected]

JUAN CARLOS VELASCO BENAVIDES

[email protected]

DIRECTOR: CARLOS FABIÁN ÁVILA VEGA, Ph.D.

[email protected]

Quito, Junio 2017

i

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por CARLOS MAURICIO BONILLA

SALAZAR y JUAN CARLOS VELASCO BENAVIDES, bajo mi supervisión.

Carlos Ávila, Ph.D.

DIRECTOR DE PROYECTO

ii

DECLARACIÓN

Nosotros, Carlos Mauricio Bonilla Salazar y Juan Carlos Velasco Benavides, declaro

bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente

presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las

referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual

correspondiente a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido

por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional

vigente.

Carlos Mauricio Bonilla Salazar Juan Carlos Velasco Benavides

iii

DEDICATORIA

Dedico el presente proyecto a toda mi familia, amigos y a la Escuela Politécnica Nacional

por darme la oportunidad de superarme.

A mí abnegada madre Clara y mi incondicional hermana por su apoyo y cariño durante

toda mi carrera.

Mauricio Bonilla

Dedico el presente proyecto a mis Padres, Jorge y Amparo por darme la oportunidad de

superarme, a pesar de la distancia siempre estuvieron a mi lado, por todo su apoyo,

comprensión y amor.

A mi hijo Boris Nicolás que ha sido una inspiración más para concluir con mis estudios.

A mis hermanos Paulina, Geovanny y Jorge por su cariño, apoyo y confianza.

A todas mis amistades y compañeros de la Universidad.

Juan Velasco

iv

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a todo el equipo de investigación de la Línea de Investigación en Eficiencia

Energética en Edificaciones del Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías

Renovables (INER), por darnos la oportunidad de realizar nuestra tesis en sus

instalaciones, brindarnos su ayuda y conocimientos a lo largo del desarrollo de la misma.

Expresar el sentimiento de gratitud y reconocimiento a la Escuela Politécnica Nacional, a

la Facultad de Ingeniería Mecánica, a todos sus Docentes y en especial al Doctor Carlos

Ávila, a la Arquitecta Isabel Miño y a la Arquitecta Andrea Lobato por ser nuestra guía y

brindarnos sus conocimientos.

v

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1

Pregunta de investigación ................................................................................................. 2

Objetivo General ............................................................................................................... 2

Objetivos Específicos ........................................................................................................ 2

Alcances ........................................................................................................................... 3

1. MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 4

1.1. Antecedentes ........................................................................................................... 4

1.2. Ciudades de Estudio ................................................................................................ 7

1.3. Factores que definen las condiciones de confort térmico ......................................... 8

1.3.1. Tasa metabólica ...................................................................................................... 9

1.3.2. Nivel de arropamiento .............................................................................................. 9

1.3.3. Temperatura del aire ............................................................................................... 9

1.3.4. Temperatura radiante .............................................................................................. 9

1.3.5. Temperatura operativa............................................................................................. 9

1.3.6. Velocidad del aire ...................................................................................................11

1.3.7. Humedad relativa ....................................................................................................11

1.4. Estrategias pasivas .................................................................................................11

1.5. Inventario de materiales de construcción ................................................................12

1.5.1. Materiales de construcción para la ciudad de Esmeraldas ......................................12

1.5.2. Materiales de construcción para la ciudad de Ibarra ...............................................13

1.6. Parámetros termofísicos de materiales de construcción .........................................13

1.7. Definición del modelo de vivienda ...........................................................................15

1.8. Estimación del comportamiento térmico .................................................................16

1.8.1. Designbuilder-Energyplus (Constructor de diseño – más energía) .........................16

1.8.2. Equipos de climatización ........................................................................................19

1.9. Demanda energética ..............................................................................................20

1.10. Entorno rural y urbano de la vivienda......................................................................20

1.11. Orientación de la urbanización ................................................................................22

2. METODOLOGÍA .......................................................................................... 23

2.1. Condiciones Térmicas ............................................................................................24

2.2. Modelo de vivienda .................................................................................................25

2.3. Paquetes de construcción .......................................................................................26

2.4. Condiciones de ocupación ......................................................................................29

vi

2.5. Infiltración de la vivienda .........................................................................................33

2.6. Demanda energética ..............................................................................................34

3. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................. 35

3.1. Caso base para Esmeraldas ...................................................................................35

3.2. Análisis rural para Esmeraldas ...............................................................................37

3.3. Distribución de temperatura operativa para Esmeraldas .........................................41

3.4. Análisis urbano para Esmeraldas ...........................................................................42

3.5. Caso base para Ibarra ............................................................................................44

3.6. Análisis rural para Ibarra .........................................................................................46

3.7. Distribución de temperatura operativa para Ibarra ..................................................49

3.8. Análisis urbano para Ibarra .....................................................................................50

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 52

4.1. Conclusiones ..........................................................................................................52

4.2. Recomendaciones ..................................................................................................54

Referencias Bibliográficas ...............................................................................................55

Anexos ............................................................................................................................58

vii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1. Temperatura Operativa – Fracción Radiante vs Velocidad del Aire .................10

Tabla 1.2. Escala sensación térmica. ...............................................................................10

Tabla 1.3. Material predominante del techo o cubierta de la vivienda en Esmeraldas. .....12

Tabla 1.4. Material predominante de las paredes de la vivienda en Esmeraldas. ............12

Tabla 1.5. Material predominante del piso de la vivienda en Esmeraldas. .......................12

Tabla 1.6. Material predominante del techo o cubierta de la vivienda en Ibarra. ..............13

Tabla 1.7. Material predominante de las paredes de la vivienda en Ibarra. ......................13

Tabla 1.8. Material predominante del piso de la vivienda en Ibarra. .................................13

Tabla 1.9. Parámetros termofísicos para materiales de cubierta. .....................................14

Tabla 1.10. Parámetros termofísicos para materiales de paredes....................................14

Tabla 1.11. Parámetros termofísicos para materiales de piso. .........................................15

Tabla 1.12. Parámetros termofísicos para materiales de acristalamiento. ........................15

Tabla 1.13. Parámetros termofísicos para materiales de puertas.....................................15

Tabla 2.1. Área de la envolvente de la vivienda. ..............................................................26

Tabla 2.2. Paquetes de construcción para cubierta..........................................................27

Tabla 2.3. Paquetes de construcción para paredes. ........................................................27

Tabla 2.4. Paquetes de construcción para piso. ...............................................................28

Tabla 2.5. Paquetes de construcción para acristalamiento. .............................................29

Tabla 2.6. Paquetes de construcción para puertas. .........................................................29

Tabla 2.7. Nivel de arropamiento (clo) para Esmeraldas e Ibarra. ...................................30

Tabla 2.8. Límites de Temperatura mínima y máxima para determinar el rango de confort

térmico [°C]. ....................................................................................................31

Tabla 2.9. Rango de confort térmico para Esmeraldas e Ibarra. ......................................32

Tabla 2.10. Densidad de ocupación de la vivienda. .........................................................32

Tabla 2.11. Horario de ocupación de la vivienda. .............................................................32

Tabla 2.12. Iluminación de la vivienda. ............................................................................33

Tabla 2.13. Cálculo de infiltración en la vivienda. .............................................................33

Tabla 2.14. Cálculo de ventilación necesaria en la vivienda.............................................34

Tabla 3.1. Caso base para las dos ciudades de estudio. .................................................35

Tabla 3.2. Horas de confort de la combinación de paquetes de construcción para la

ciudad de Esmeraldas. ....................................................................................36

Tabla 3.3. Caso adecuado para Esmeraldas. ..................................................................41

Tabla 3.4. Horas de confort de la combinación de paquetes de construcción para la

ciudad de Ibarra. .............................................................................................45

Tabla 3.5. Caso adecuado para Ibarra. ............................................................................49

viii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Modelo de vivienda del MIDUVI. ....................................................................16

Figura 1.2. Parámetros para simulación de modelos en DesingBuilder. ..........................18

Figura 1.3. Esquema interno de un equipo de climatización. ...........................................20

Figura 1.4. Modelos de urbanizaciones sociales. .............................................................21

Figura 1.5. Rotación de la vivienda. .................................................................................22

Figura 2.1. Comparación temperatura de bulbo seco exterior para la ciudad de

Esmeraldas....................................................................................................24

Figura 2.2. Distribución interna del modelo de vivienda social del MIDUVI. .....................25

Figura 2.3. Paquete de construcción con diferentes capas de material. ...........................26

Figura 2.4. Rangos aceptables de temperatura operativa y humedad para viviendas. .....31

Figura 3.1. Distribución anual de temperaturas operativas del caso base para la ciudad de

Esmeraldas....................................................................................................36

Figura 3.2. Demanda energética anual de Refrigeración para viviendas sociales en

Esmeraldas....................................................................................................38

Figura 3.3. Demanda energética anual de Calefacción para viviendas sociales en

Esmeraldas....................................................................................................39

Figura 3.4. Comparación de temperaturas operativas anuales entre el caso adecuado y el

paquete de construcción con mayor número de horas de confort térmico. ....40

Figura 3.5. Distribución temperaturas operativas en el modelo de vivienda para

Esmeraldas....................................................................................................42

Figura 3.6. Demanda energética y confort anual de viviendas urbanas respecto al caso

adecuado - Esmeraldas. ................................................................................43

Figura 3.7. Distribución de temperaturas de urbanizaciones - Esmeraldas. .....................43

Figura 3.8. Distribución anual de temperaturas operativas del caso base en Ibarra. ........44

Figura 3.9. Demanda energética anual de Calefacción para viviendas sociales en la

ciudad de Ibarra. ............................................................................................47

Figura 3.10. Demanda energética anual de Refrigeración para viviendas sociales en

Ibarra. ............................................................................................................48

Figura 3.11. Distribución temperaturas operativas en el modelo de vivienda para Ibarra. 50

Figura 3.12. Demanda energética y confort anual de vivendas urbanas respecto al caso

adecuado - Ibarra. ........................................................................................51

Figura 3.13. Distribución de temperaturas de urbanizaciones - Ibarra. ............................51

ix

RESUMEN

Se estudió la influencia de materiales de envolvente en la respuesta térmica de

edificaciones de carácter social construidas por el Ministerio de Desarrollo Urbano y

Vivienda en Ibarra y Esmeraldas. En el Ecuador no existe una tradición de diseño ante

variables como el confort térmico que inciden directamente en las condiciones de

ocupación. Para aumentar las horas de confort térmico se va a utilizar la estrategia pasiva

de cambio de materiales de la envolvente. Se consideraron condiciones meteorológicas,

ocupación, rango de confort térmico, materiales de la envolvente de la vivienda y cargas

internas para la simulación del caso base en cada ciudad de estudio. Para obtener la

mejor combinación de materiales se seleccionó la envolvente que produce el mayor

número de horas de confort anual. En Esmeraldas la mejor envolvente se compone de

cubierta de hormigón, pared de ladrillo y piso de hormigón alcanzando 40,88% de confort

térmico anual, mientras que en Ibarra fue cubierta de teja, paredes de ladrillo y piso de

duela y ladrillo con un confort térmico anual de 42,70%. Para mejorar el confort térmico

en urbanizaciones en Esmeraldas se debe reducir la incidencia solar directa y para Ibarra

se debe procurar que esta aumente.

Palabras clave: Vivienda social, confort térmico, materiales de construcción, demanda

energética, simulaciones energéticas.

x

ABSTRACT

This research studied the influence of building envelope materials on the thermal

response to social housing constructed by the Ministry of Urban Development and

Housing for Esmeraldas and Ibarra. In Ecuador variables like thermal comfort are not

considered to build a house, even when them have a direct effect over the occupation

conditions. To improve the number of annual comfort hours is going to be used the

passive strategy of changing envelop materials. In the base case the weather, occupation,

thermal comfort rank, envelop materials and internal loads are considered for the

simulation. In order to find the best materials combinations, the envelop who posed the

higher number of annual comfort hours is going to be selected. Esmeraldas can reach

40,88% of annual comfort hours with an envelope of concrete roof, brick walls and

concrete floor, meanwhile Ibarra has 42,70% annual comfort hours with roof tile, brick

walls and stave and brick floor. Solar incidence has a direct influence over the thermal

comfort. In Esmeraldas’s urbanizations the low solar incidence improves the annual

thermal comfort, for Ibarra’s urbanization a high solar incidence increases the annual

thermal comfort.

Keywords: Social housing, thermal comfort, building materials, energy demand, energy

simulations.

xi

GLOSARIO DE TÉRMINOS

1. Confort térmico: Es la sensación de conformidad dentro de un ambiente térmico

existente. Está relacionado directamente con el balance térmico del cuerpo

humano cuando las condiciones de temperatura, humedad y movimientos del aire

son agradables dependiendo de la actividad que desarrollan. Las condiciones

ambientales requeridas para el confort térmico no son las mismas para todos.

2. Demanda Energética: cantidad de energía requerida por un sistema mecánico

para funcionar bajo condiciones establecidas por el usuario.

3. Estrategias pasivas: Diseño pasivo es un método utilizado en arquitectura con el

fin de obtener edificios que logren su acondicionamiento ambiental sin consumir

energía eléctrica.

4. Horas de confort térmico: Total de horas al año que la temperatura al interior de

una vivienda se encuentra dentro de un rango de confort térmico.

5. Horas de ocupación: Es el total de horas anuales en las que al menos un persona

se encuentra al interior de la vivienda

6. HVAC: Heating, Ventilation and Air Conditioning (calefacción, ventilación y aire

acondicionado). Son sistemas de climatización de ambientes.

7. Paquetes de materiales de construcción: Conjunto de uno o más materiales de

similar o diferente espesor y naturaleza considerados un solo cuerpo.

8. Rural: Las áreas rurales incluyen las cabeceras parroquiales, otros centros

poblados, las periferias de los núcleos urbanos y la población dispersa.

9. Simulación energética: Método de aproximación al comportamiento real de la

demanda de energía en edificaciones mediante la utilización de modelos

matemáticos.

10. Temperatura Operativa o Resultante: Temperatura ficticia que da cuenta de los

efectos conjugados de la temperatura de aire, de la temperatura de las paredes

de un local y de la velocidad del aire en el interior del local.

11. Urbana: Define como áreas urbanas a los asentamientos o núcleos urbanos que

son capitales provinciales y cabeceras cantonales o municipios según la división

político administrativa (DPA) vigente en el país, sin tomar en cuenta su tamaño.

12. Vivienda social: aquella vivienda donde personas y familias de escasos recursos

económicos pueden vivir de forma digna con seguridad y en paz.

xii

FACTORES DE CONVERSIÓN

Unidad Multiplicar por Se obtiene

Arropamiento clo 0,155 m! " K/W)

Calor#específico J/kg " K 2,38x10$% Btu/lb " °F

Coeficiente#de#!

transferencia#de#calor W/m! " K 0,17612 Btu/hr " pie! " °F

Conductividad#térmica W/m " K 0,57782 Btu/hr " pie " °F

Densidad kg/m& 6,24x10$! lb/pie&

Energía Btu 1,055 Joule#(J)

Energía Btu 2,92x10$% kilowatt ' hr#(kWh)

Energía caloria#(g ' cal) 3,96x10$& Btu

Longitud m 3,28 pie (pie)

Masa kg 2,2 libra#(lb)

Potencia watt#(W) 1 J/s

Tasa#metabólica met 18,4 Btu/lb " °F

Temperatura °F (°F ' 32)/1,8 °C

Temperatura °C °C + 273,15 K

1

ESTUDIO Y SIMULACIÓN DE LA RESPUESTA TÉRMICA DE DOS

MODELOS DE VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL EN LAS

CIUDADES DE ESMERALDAS E IBARRA

INTRODUCCIÓN

Garantizar el confort térmico de las viviendas sociales del Ecuador no es un tema

considerado por arquitectos e ingenieros al momento de diseñar y construir. Para

garantizar el confort térmico la solución más rápida es instalar sistemas de climatización,

los cuales incrementan la demanda energética en edificaciones. Al considerar viviendas

sociales construidas para personas de bajos recursos económicos se debe considerar un

método que no involucre el consumo de energía eléctrica. En consecuencia el cambio de

materiales de construcción de la envolvente de la vivienda es la alternativa a usar en este

proyecto (estrategias pasivas). Los materiales elegidos en la construcción de la vivienda

inciden en términos de impacto ambiental y confort térmico. en consecuencia se parte de

crear una base de datos de materiales locales (Barragán & Ochoa, 2014).

El estudio trata de implementar una estrategia de mejora en el confort térmico a través

del cambio de materiales de la envolvente de la vivienda. Se busca igualar las horas de

ocupación con las horas de confort térmico en viviendas sociales para las ciudades de

Esmeraldas e Ibarra.

La investigación se desarrolla en cuatro capítulos los cuales se describen a continuación:

El Capítulo 1 describe los objetivos, alcances, la justificación y la introducción al tema de

estudio. En el Capítulo 2 describe la fundamentación teórica de principios y conceptos

sustentado con una revisión bibliográfica de diversos autores que han estudiado la

influencia del comportamiento de materiales en la demanda energética de una vivienda.

Entre los cuales se tiene los factores que definen las condiciones de confort térmico, así

como las estrategias pasivas que se pueden utilizar, materiales de construcción con sus

respectivas propiedades termofísicas y el modelo de vivienda social. En el Capítulo 3 se

sustenta la utilización del modelo de vivienda del MIDUVI como el caso base para

analizar la respuesta térmica. Aplicando las condiciones meteorológicas de cada ciudad

de estudio. Se establece las condiciones de ocupación, el rango de confort térmico, los

paquetes de construcción de la envolvente de la vivienda y las cargas internas para la

simulación del caso base.

2

Para obtener el caso adecuado se parte del análisis rural. Es decir el comportamiento de

la vivienda no se ve afectado por interferencias externas. Se utiliza la estrategia pasiva

de cambio de materiales. Luego se realiza el cambio de materiales calculando la

demanda energética de la envolvente de la vivienda. El caso adecuado seleccionado será

aquella combinación que presente la menor demanda energética. Definido el caso

adecuado se simula considerando un área urbana ubicando alrededor viviendas del

mismo tipo. Se varía la orientación de las viviendas a los 4 puntos cardinales. Finalmente

se determina la orientación óptima entre las cuatro seleccionadas, el número de horas de

confort y el ahorro energético que generan las diferentes combinaciones. El Capítulo 4

describe las conclusiones y recomendaciones.

Pregunta de investigación

En esta investigación se intenta dar respuesta a la siguiente pregunta fundamental.

· ¿Cuál es la influencia de los materiales de construcción o de la envolvente en la

respuesta térmica de viviendas sociales?

Objetivo General

Estudiar y Simular la respuesta térmica de dos modelos de vivienda de interés social en

las ciudades de Esmeraldas e Ibarra.

Objetivos Específicos

1. Realizar los modelos para una vivienda social integrando normativas de confort

térmico

2. Aprovechar la geografía y el entorno de la ciudad de estudio

3. Mantener la identidad cultural de las poblaciones involucradas

4. Utilizar los materiales de construcción propios de la zona

3

Alcances

1. Se recopilará información acerca de las condiciones térmicas de Ibarra y

Esmeraldas.

2. Se elaborará un inventario de materiales que se limitará a aquellos utilizados en

viviendas de interés social en las ciudades escogidas para el estudio.

3. Se realizará los modelos de vivienda social de una sola planta.

4. Se simulará la respuesta térmica de los modelos de vivienda.

5. Se elaborará los planos de las viviendas.

4

1. MARCO TEÓRICO

1.1. Antecedentes

El déficit de vivienda está ligado con la pobreza por lo cual es necesario partir desde este

término para abarcar la problemática de la falta de vivienda. La pobreza afecta a nivel

mundial. Una persona de bajos recursos económicos se define como el individuo cuyo

ingreso total per cápita es inferior al nivel mínimo disponible que necesita para sobrevivir.

En países con ingresos bajos la población es de bajos recursos económicos (Guadagni &

Kaufmann, 2006). La tasa de pobreza de los hogares rurales alcanza casi el 82% en

países menos desarrollados. En el mundo tres de cada cuatro personas de bajos

recursos económicos viven en áreas rurales de acuerdo al World Bank Institute (2004).

Guadagni & Kaufmann (2006) mencionan que “de los países que se dispone información

sobre el ingreso urbano y el rural, se tiene que el 63% de la población y el 73% de las

personas de bajos recursos económicos viven en áreas rurales a nivel mundial”.

La pobreza rural es alta en los países en desarrollo sin importar su nivel de ingreso de

estos países. A nivel de Latinoamérica y el Caribe los altos niveles pobreza provocan un

déficit habitacional de 27,9 millones de viviendas. Se considera una media de cinco

personas por vivienda, en conclusión más de 130 millones de latinoamericanos habitan

viviendas precarias y cerca de 140 millones no poseen una vivienda. En total 270

millones de latinoamericanos carecen de vivienda. El déficit cualitativo y cuantitativo de

viviendas afecta a más de la mitad de hogares en Latinoamérica. Para dar solución a este

déficit sería necesario construir o mejorar 53,6 millones de viviendas (Salas, 2001).

Según Rodríguez y Sugranyes (2004) en Latinoamérica las políticas de vivienda social se

han orientado en reducir el déficit cuantitativo de vivienda. Las viviendas que se

construyen son deficientes en el ámbito de ahorro de energía. Consumen

aproximadamente el 40% de la energía total mundial distribuido en el uso del edificio,

ventilación y aire acondicionado (Siew, Che-Ani, Tawil, Abdullah, & Mohd-Tahir, 2011).

En el Ecuador la demanda de vivienda se da por los hogares que no alcanzan los

ingresos necesarios para acceder a una vivienda. Según el Instituto Nacional de

Estadística y Censos (INEC) para diciembre de 2016, se considera a una persona de

bajos recursos económicos si percibe un ingreso familiar per cápita menor a USD 84,64

mensuales, la pobreza a nivel nacional se ubicó en 22,9% (INEC, 2016). El déficit de

5

viviendas calculado es 1950180 unidades, de las cuales el 72% corresponde al déficit

cualitativo y tan solo el 28% al déficit cuantitativo (Acosta, 2012). Según Bouillon (2012) el

déficit cualitativo en Ecuador se caracteriza principalmente por la falta de infraestructura y

la baja calidad de los materiales de construcción.

El perfil de la vivienda social en Ecuador con respecto al déficit cualitativo representa a

las viviendas que no poseen las condiciones necesarias para cumplir sus funciones

adecuadamente. De las cuales no se cumplen por hacinamiento, uso de materiales que

no duran en el tiempo, tenencia informal de suelo, falta de agua potable, luz eléctrica y

demás servicios requeridos para el desarrollo adecuado de la familia (Miño, Lobato, &

Labus, 2013).

A nivel nacional el MIDUVI es el encargado de atender el déficit cuantitativo de viviendas.

En las políticas de construcción de vivienda social no se consideran condiciones de

confort térmico y demandas energéticas (Miño et al., 2013).

Para esta investigación se realizó una revisión de estudios similares los cuales se los

describe a continuación. Estos estudios fueron utilizados para tener la idea inicial del

proyecto y como resolvieron la problemática planteada.

El estudio realizado por Filippín & Larsen (2005) en la ciudad de Santa Rosa en Argentina

describe el comportamiento térmico y energético de una vivienda convencional. En el que

analizan los resultados de un monitoreo térmico de la edificación para establecer un

modelo y simular la vivienda en condiciones reales. El estudio tiene como objetivo

determinar el comportamiento térmico de la vivienda, establecer un modelo virtual para

simulación, a partir del modelo base varían la resistencia térmica de la envolvente y el

área de ganancia directa. El estudio está establecido en un periodo invernal o clima frio

con una temperatura media exterior es de 10.1°C. La metodología utilizada es colocar un

equipo de calefacción de 4000 Kcal/h para calentar la superficie del edificio. La

recolección de información está comprendida en el periodo del 4 de junio al 4 de julio de

2003 donde se ha realizado un monitoreo de térmico y energético. También realizaron un

chequeo tri-diario del medidor de gas de calefacción de la vivienda. Con el fin de

determinar que ocurre con la calefacción procedieron a encender la estufa, horno y

calefactor durante 15 a 22 horas al día. Este uso de calefacción permitió que la vivienda

ronde los a 20,5ºC con una temperatura exterior promedio de 9,4ºC. Las simulaciones se

efectúan en el programa SIMEDIF desarrollado por INENCO (Instituto de Investigación en

6

Energía No Convencional) para calcular la temperatura horaria al interior de

edificaciones. La información meteorológica que utilizaron provino de una estación

cercana a la ciudad de Santa Rosa. Lo primero era ajustar los valores medidos de

temperatura y calefacción con los resultados obtenidos con la simulación. Esto lo lograron

al bajar la carga por la reducción de eficiencia en el calefactor que a su vez está asociado

al aumento en la velocidad del viento exterior y mayor succión de calor por el conducto de

ventilación. Con el modelo ya calibrado al comportamiento de la vivienda real el siguiente

paso es mejorar la envolvente con el uso de aislamiento térmico en paredes y cubierta,

cambio del tipo de acristalamiento de uno simple a vidrio doble con protección externa.

Estas mejoras consiguen que la temperatura promedio al interior de la vivienda suba de

13,5ºC a 16,0ºC. También es importante resaltar que se reduce la amplitud de

temperatura. Cuando aumentan el área útil de ganancia directa orientada al norte de 12%

(vivienda real) a 20% en conjunto con aislamiento en los muros la temperatura puede

subir a 18,1ºC. En este caso significa que el diseño de la vivienda en climas fríos debe

tener áreas de ganancia directa orientadas para obtener la mayor incidencia solar. Según

este estudio al incrementar la resistencia térmica y el área de ganancia solar la

temperatura interior de la vivienda aumenta 4,6ºC y se consigue reducir el consumo de

gas para calefacción en un 66% (Filippín, C; Larsen, 2005).

En Ecuador se han realizado investigaciones para evaluar el comportamiento térmico de

viviendas mediante simulaciones energéticas. En el trabajo elaborado por Miño, Lobato,

& Labus (2013) utilizan un modelo de vivienda social con dos dormitorios y un área

común de cocina-comedor. Utilizando la misma geometría de vivienda varían los

materiales de la envolvente con el objetivo de mejorar el confort térmico y reducir el

consumo energético de una vivienda ubicada en Yachay. Las condiciones meteorológicas

que predominan son de temperaturas promedio que oscilan entre 16,5 ºC y 20,2ºC con

humedad relativa que varía entre 75% y 89%. El rango de confort establecido esta entre

20ºC y 24ºC. También se realiza una evaluación de la orientación cada 15º. Establecen

tres casos para el estudio, en el primero utilizan los materiales que predominan en el

censo del INEC. En el segundo caso materiales en proceso de investigación y desarrollo.

En el tercero utilizan materiales que permiten procesos de armado y desarmado para

movilidad de la vivienda. Las simulaciones se realizan en el software DesignBuilder. Para

el análisis de datos las horas de confort térmico se miden en base a las horas de

ocupación al año (6205 horas). El resultado que obtienen es que al usar madera y lana

de roca en cubierta, piso y paredes se obtiene el mayor número de horas de confort al

año. Al realizar un balance energético se encuentra que al utilizar materiales de alta

7

conductividad como el zinc en la cubierta la vivienda experimenta elevadas ganancias en

el día y grandes pérdidas por la noche, convirtiendo a este material en una mala opción

de cubierta. En el caso de la rotación de la vivienda en intervalos de 15º determinan que

al ubicar las fachadas con acristalamiento en sentido Este-Oeste se incrementa el

disconfort en un 20%. Esto demuestra que en climas de este tipo es favorable ubicar las

ventanas de la vivienda en dirección al sol para mayor incidencia solar. En caso de usar

climatización al usar materiales de alta conductividad térmica en la cubierta, paredes y

piso aumentan la demanda energética en calefacción. La conductividad de una

combinación de madera y lana de roca varía entre 0,43 y 0,47 W/m2K (Miño et al., 2013).

Como último estudio referencial se tiene que el comportamiento de materiales en

viviendas localizadas en zonas cálidas es diferente de los requerimientos de zonas frías.

Dudzińska & Kotowicz (2015) en su postulado presentan el efecto de la capacidad

calorífica de materiales constructivos sobre confort térmico en edificaciones pasivas. Los

materiales analizados son hormigón celular (0,17 W/mK), bloques de silicato (0,41 W/mK)

y ladrillo macizo (0,77 W/mK). El modelo utilizado es una escuela de dos plantas

construida en la localidad de Budzów en Polonia. Los pisos son de hormigón armado de

20 cm. Las paredes de la edificación son 25 cm de bloques de silicato con aislamiento de

espuma de poliestireno con un grosor de 32 cm. edificación está montado de hormigón

reforzado con espesores de 40 cm. Las mediciones de temperatura realizadas se dividen

en dos periodos independientes. El primero es en noviembre de 2012 y el segundo junio

de 2013. Las mayores temperaturas se sitúan en el mes de noviembre. Las mediciones

se realizan con la finalidad de ajustar el modelo virtual. Para la simulación utilizan el

programa DesignBuilder. A partir del modelo base se elaboran tres modelos que usan la

misma geometría, pero se varían los materiales de la envolvente. Como resultado

obtuvieron que hormigón celular presenta las temperaturas más bajas (25.151 ºC).

Cuando es necesario reducir sobrecalentamiento los ladrillos macizos son la opción más

favorable por la alta capacidad de distribuir de manera uniforme el calor (Dudzińska &

Kotowicz, 2015).

1.2. Ciudades de Estudio

En el Ecuador debido a su geografía y relieves es un país altamente vulnerable al cambio

climático su capacidad de adaptación a sus efectos es limitada a causa de la pobreza y

de su ubicación geográfica (Ecuale, 2016). Esta variabilidad en los climas influye en este

8

estudio por lo que se enfoca en dos diferentes regiones Costa y Sierra, en las ciudades

de Esmeraldas e Ibarra respectivamente.

La primera ciudad a estudiar es Esmeraldas, localizada en la costa noroccidental del

Ecuador, es la capital de la Provincia del mismo nombre, situada a 00°58´ de latitud norte

y 79°39´de longitud Oeste, sobre la margen izquierda de la desembocadura del Río

Esmeraldas. Es un territorio húmedo, con una pluviosidad anual sobre los 700 mm; tiene

una temperatura media anual que oscila alrededor de 25°C. Altitud media de 100 msnm,

una máxima de 200 msnm y mínima de 0 msnm. Los tipos de construcciones más

comunes son de paredes y piso de madera o caña y techo de zinc (PROMUNI, 2013). La

temperatura máxima media es de 28,2ºC; en cambio, la temperatura mínima media de

22,7ºC (INAMHI, 2013).

La segunda ciudad a estudiar es Ibarra, se encuentra en la región norte del Ecuador,

pertenece a la provincia de Imbabura, situada a 00°21´ de latitud norte y 78°07´ de

longitud Oeste, sobre los 2200 msnm. La singularidad del cantón Ibarra es la variedad de

microclimas que van desde el frío andino en la zona de Angochagua, hasta el tropical

seco del valle del Chota, donde se incluye el clima cálido húmedo de la zona de Lita y la

Carolina. Los anuarios meteorológicos históricos (41 años) y la lectura del diagrama

climático, determinan que el cantón Ibarra presenta una temperatura media de 15,90° C,

con una variación mínima menor a 0,3°C. Los registros promedian una temperatura

máxima media entre los 20 y 25° C y una mínima media entre los 7 y 11° C (Secretaria

Nacional de Riesgos, 2013).

1.3. Factores que definen las condiciones de confort térmico

El presente proyecto es un análisis de las condiciones térmicas en un espacio habitable.

De acuerdo a las consideraciones de la ASHRAE (2009). los factores que definen las

condiciones térmicas habitables son la tasa metabólica, nivel de arropamiento, la

temperatura del aire, temperatura radiante, velocidad del aire y humedad relativa

(ANSI/ASHRAE, 2004). Estos factores pueden variar dependiendo del tipo de materiales

que constituyen la envolvente de la vivienda (Barragán & Ochoa, 2014). Los materiales

utilizados para la construcción pueden incidir en términos de impacto ambiental y confort

térmico por su capacidad de aislamiento o baja conductividad térmica. Este estudio

aborda el problema de variabilidad climática en el Ecuador considerando dos regiones

para el análisis de confort térmico y demanda energética en viviendas sociales.

9

1.3.1. Tasa metabólica

La tasa metabólica está directamente ligada a la actividad que realiza la persona. La tabla

1.5 de la CIBSE (2006, pp. 1–8) presenta recomendaciones de criterio de confort para

actividades específicas. La unidad de medida de la tasa metabólica es el met, 1#met =

18.4##Btu/(h " ft^2#) = 50#Kcal/(h " m^2#)

1.3.2. Nivel de arropamiento

El nivel de arropamiento es la cantidad de aislamiento térmico entre el cuerpo y el

ambiente, la unidad de medida es el clo (del inglés clothing). La Tabla 1.2 del estándar

CIBSE (2006, pp. 1–5) presenta valores del clo para diversos tipos de vestimenta.

1.3.3. Temperatura del aire

La temperatura de bulbo seco mide la temperatura del aire sin considerar factores

ambientales como la radiación, la humedad o el movimiento del aire. Los mismos que

tienen el potencial de afectar significativamente la sensación térmica. Uno de los

instrumentos más empleados para medir la temperatura seca es el termómetro de

mercurio que se expone directamente al aire (ASHRAE, 2009).

1.3.4. Temperatura radiante

Es la temperatura uniforme de un cuerpo negro ficticio (con coeficiente de emisión igual a

1), representa el intercambio de energía entre el sujeto y el ambiente real. Llamada

también temperatura radiante media. El término "media" indica el promedio de calor

radiante emitido por todas las superficies que conforman la vivienda. Cuando se usa este

parámetro como parte de las condiciones ambientales se asume como referencia el punto

central de la vivienda. La temperatura radiante media se puede establecer a partir de la

temperatura de todas las superficies interiores de la vivienda (piso, paredes y techo) y de

los factores de ángulo entre el punto de medición y dichas superficies (ASHRAE, 2009).

1.3.5. Temperatura operativa

La temperatura operativa (*-:) es la combinación de la temperatura del aire y la

temperatura radiante media en un solo valor para expresar su efecto conjunto. Al ser una

10

media ponderada de dos valores, su peso individual está en función de un factor radiante

mismo que se determina de a partir de la velocidad del viento en el interior de la vivienda

(véase tabla 1.1) (U.S Deparment of Energy, 2016).

La temperatura operativa se define como:

*-: = ;*? + (1 ' ;)*@G>H

(Ecuación 1.1.)

Dónde:

;I Fracción radiante

*?I Temperatura media radiante

*@G>HI Temperatura del aire

Tabla 1.1. Temperatura Operativa – Fracción Radiante vs Velocidad del Aire

Velocidad del Aire [m/s] < 0,2 0,2 a 0,6 0,6 a 1,0

; 0,5 0,4 0,3

(Fuente: Energyplus, 2016)

Este estudio está enfocado en las temperaturas puesto que va a definir rangos de confort

térmico en una vivienda. La temperatura es generalmente la variable ambiental más

importante que afecta el confort térmico. Una variación de tres grados cambiará la

percepción en la escala de sensación térmica (Tabla 1.2.) por aproximadamente una

unidad de escala para las personas sedentarias. Más personas activas son menos

sensibles a los cambios en la temperatura ambiente (CIBSE, 2006).

Tabla 1.2. Escala sensación térmica.

Valor índice Sensación térmica

+3

+2

+1

0

-1

-2

-3

Muy caliente

Caliente

Ligeramente tibia

Neutro

Ligeramente fresco

Fresco

Frío

(Fuente: CIBSE, 2006)

11

1.3.6. Velocidad del aire

Es la tasa de movimiento en un punto sin tomar en cuenta la dirección. La ASHRAE

recomienda que la velocidad del aire en una vivienda de 0.2 m/s. (ANSI/ASHRAE, 2004,

p. 2)

1.3.7. Humedad relativa

Es la relación de la presión parcial (o densidad) del vapor de agua en el aire a la presión

de saturación (o densidad) de vapor de agua a la misma temperatura y presión total

(ANSI/ASHRAE, 2004, p. 2).

1.4. Estrategias pasivas

Se incorporan de forma permanente y natural en el diseño de una edificación sin

mecanismos o máquinas que impliquen demandas de energía o recursos externos. Entre

las estrategias pasivas que se pueden usar para el mejoramiento energético y de confort

térmico se tiene calentamiento pasivo, enfriamiento pasivo, iluminación natural, diseño

acústico, integración de sistemas geotérmicos. Las estrategias de calentamiento pasivo

son usadas en invierno aprovechando las condiciones naturales, se subdivide en cuatro

categorías como son las ganancias solares directas, indirectas, aisladas y cambio de

materiales (Innova Chile, 2012).

En la estrategia de enfriamiento pasivo se recomiendan para zonas climáticas

caracterizadas por sus altas temperaturas en verano. Se subdivide en ventilación natural

cruzada, convectiva, nocturna de masa térmica, enfriamiento evaporativo e

intercambiadores de calor geotérmicos (Innova Chile, 2012).

Para este proyecto la estrategia pasiva de cambio de materiales es la más adecuada que

considera los materiales de construcción de la envolvente. Puesto que puede ser

aplicada tanto para calentamiento y enfriamiento sin la utilización de una instalación

adicional (Innova Chile, 2012).

12

1.5. Inventario de materiales de construcción

Los materiales de construcción más usados se obtuvieron del VII Censo de Población y

VI de Vivienda. El total de viviendas en Esmeraldas es de 47457 y en Ibarra de 47521

viviendas censadas (INEC, 2010). Para este estudio los materiales de construcción

elegidos son los predominantes de cada ciudad en el área urbana y rural. En la Tabla 1.3.

Tabla 1.4. y Tabla 1.5. se muestran los materiales más utilizados para la envolvente en la

Ciudad de Esmeraldas y en la Tabla 1.6., Tabla 1.7. y Tabla 1.8. los materiales más

utilizados en la Ciudad de Ibarra.

1.5.1. Materiales de construcción para la ciudad de Esmeraldas

Tabla 1.3. Material predominante del techo o cubierta de la vivienda en Esmeraldas.

Tipo de Material Área urbana Tipo de Material Área rural

Zinc 60,00%

Zinc 15,22%

Hormigón (losa, cemento) 16,85%


Asbesto (Eternit, Eurolit) 3,65% Palma, paja u hoja 0,66%

(Fuente: INEC, 2010)

Tabla 1.4. Material predominante de las paredes de la vivienda en Esmeraldas.


Ladrillo o bloque 53,10%


Hormigón 13,91%

Madera 5,17%

Caña revestida o bahareque 5,19%

Caña no revestida 2,16%


Tabla 1.5. Material predominante del piso de la vivienda en Esmeraldas.


Ladrillo o hormigón 28,97%

Tabla sin tratar 8,63%

Cerámica, baldosa, vinil o

mármol 26,27%

Ladrillo o hormigón 6,48%

Tabla sin tratar 19,82%

Cerámica, baldosa,

vinil o mármol 1,54%


13

1.5.2. Materiales de construcción para la ciudad de Ibarra

Tabla 1.6. Material predominante del techo o cubierta de la vivienda en Ibarra.



Teja 13,39%

Teja 15,67%

Asbesto (Eternit, Eurolit) 5,52%

Asbesto (Eternit, Eurolit) 13,80%



Tabla 1.7. Material predominante de las paredes de la vivienda en Ibarra.




Adobe o tapia 11,35%

Adobe o tapia 9,32%

Hormigón 4,49%

Madera 1,33%


Tabla 1.8. Material predominante del piso de la vivienda en Ibarra.


Cerámica, baldosa, vinil o

mármol 36,52%

Ladrillo o cemento 12,16%

Ladrillo o cemento 21,99%

Tierra 6,69%

Duela, parquet, tablón o piso

flotante 9,87%

Cerámica, baldosa,

vinil o mármol 4,65%


1.6. Parámetros termofísicos de materiales de construcción

El programa DesignBuilder considera como principales parámetros termofísicos de

entrada para definir un material a la conductividad, calor específico y densidad. Desde la

Tabla 1.9. se definen las propiedades para los materiales a utilizarse en el caso base de

las dos ciudades de estudio. Algunos parámetros termofísicos no se encuentran definidos

en el Ecuador por lo cual se ha utilizado una base de datos de las características de los

materiales realizadas en estudios por otros países.

14

Tabla 1.9. Parámetros termofísicos para materiales de cubierta.

Tipo de

Material

Conductividad

(W/m-K)

Calor Específico

(J/kg-K)

Densidad

(kg/m3) Fuente

Asbesto

(Eternit,

Eurolit)

0,36 1050 700 (Tindale, 2014)

Hormigón

(Concreto) 1,75 920 2300 (Figueroa, n.d.)

Teja 1 800 2000 (CTE WEB, 2007)

Zinc 113 390 7000 (Tindale, 2014)

Tabla 1.10. Parámetros termofísicos para materiales de paredes.

Tipo de

Material

Conductividad

(W/m-K)

Calor

Específico

(J/kg-K)

Densidad

(kg/m3) Fuente

Adobe 0,46 - 1200 (Bestraten, Hormías, & Altemir,

2011)

Bahareque

(Tierra) 1,28 880 1460 (Tindale, 2014)

Bloque 1,31 840 2240 (Disensa Ecuador, n.d.),

(Tindale, 2014)

Caña no

revestida

(Guadúa)

0,33 - 600 (Technique, Delgado, &

Morales, 2012)

Enlucido 1,4 650 2100 (Tindale, 2014)

Hormigón

(Concreto) 1,75 920 2300 (Figueroa, n.d.)

Ladrillo 0,34 900 1700 (Figueroa, n.d.)

Madera 0,13 1381 840 (Miliarium, 2008)

Tapial 1,6 - 2000 (Bestraten et al., 2011)

15

Tabla 1.11. Parámetros termofísicos para materiales de piso.

Tipo de

Material

Conductividad

(W/m-K)

Calor Específico

(J/kg-K)

Densidad

(kg/m3) Fuente

Baldosa 0,81 850 1750 (Miliarium, 2008),

(Tindale, 2014)

Masillado 1,4 650 2100 (Tindale, 2014)

Hormigón

(Concreto)

1,75 920 2300 (Figueroa, n.d.)

Ladrillo 0,34 900 1700 (Figueroa, n.d.)

Madera 0,13 1381 840 (Miliarium, 2008),

Tierra 1,28 880 1460 (Tindale, 2014)

Tabla 1.12. Parámetros termofísicos para materiales de acristalamiento.

Tipo de

Material

Conductividad

(W/m-k)

Calor

Específico

(J/kg-k)

Densidad

(kg/m3) Fuente

Acristalamiento Vidrio 0,9 NA1 NA (Tindale, 2014)

Tabla 1.13. Parámetros termofísicos para materiales de puertas.

Tipo de

Material

Conductividad

(W/m-k)

Calor

Específico

(J/kg-k)

Densidad

(kg/m3) Fuente

Puertas Madera 0,19 2390 700 (Tindale, 2014)

Plancha de Tol 50 450 7800 (Tindale, 2014)

1.7. Definición del modelo de vivienda

El modelo de vivienda social a utilizar se basa en las viviendas construidas a nivel

nacional por el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda (MIDUVI). De acuerdo a las

Especificaciones Técnicas Generales de Edificación para vivienda rural y urbana

marginal del MIDUVI (2012) se describe los materiales de construcción de la vivienda. La

cubierta de asbesto, paredes de bloque, piso de hormigón, ventanas de vidrio claro, la

puerta exterior de tol y las puertas interiores de madera. El modelo de vivienda del

MIDUVI será considerado como el caso base para las dos ciudades de estudio. Bajo las

1 NA. Este parámetro no es requerido por el programa Design Builder.

16

condiciones meteorológicas, geográficas y elevación propias de cada ciudad (MIDUVI,

2012).

Figura 1.1. Modelo de vivienda del MIDUVI.

(Fuente: https://i.ytimg.com/vi/j04c9s9M2NA/hqdefault.jpg)

1.8. Estimación del comportamiento térmico

La simulación energética es una herramienta adecuada para estimar el comportamiento

térmico en edificaciones. A través de la modelización de un edificio o conjunto de edificios

y su entorno para analizar su comportamiento en términos de intercambio de energía,

emisiones de CO2, cargas del sistema, insolación de las superficies envolventes,

recorrido de las sombras, entre otros (SEED, 2015).

La simulación energética es una herramienta reconocida a nivel mundial por

profesionales dedicados a la construcción de edificios sustentables mediante la ayuda de

programas informáticos como son Openstudio (OpenStudio, 2015), DesignBuilder

(Tindale, 2014), Ecotec (Autodesk, 2015). Para la simulación de las viviendas sociales

ubicadas en las ciudades de Esmeraldas e Ibarra se va a usar el programa

DesignBuilder.

1.8.1. Designbuilder-Energyplus (Constructor de diseño – más energía)

Es un software orientado al diseño de edificaciones energéticamente eficientes y

sostenibles. El modelo matemático se basa en métodos numéricos por iteración. Es una

17

herramienta con interfaz gráfica y un entorno amigable para modelación de edificios. El

ingreso de variables de entrada y la presentación de resultados son fáciles de interpretar.

La resolución del modelo matemático es realizado por el Energy Plus desarrollado por el

Departamento de Energía de Estados Unidos (U.S Deparment of Energy, 2016). Es un

motor de cálculo que proporciona solución integrada de todos los procesos energéticos.

Calcula de manera simultánea los efectos de radiación, convección y conducción en

todas las superficies de las envolventes. Es posible obtener los resultados en diversos

intervalos: anual, mensual, diario, horario y sub-horario. Es posible obtener resultados

detallados en cada superficie del modelo, incluyendo la radiación solar incidente y las

temperaturas superficiales. Estos cálculos también los realiza al interior de la vivienda

cuando se realiza un zonificación. Se puede realizar el análisis paramétrico para evaluar

el impacto de diversos parámetros de entrada en un diseño. Los resultados de las

simulaciones se exportan a programas como DesignBuilder, este último se encarga de

presentarlos de manera dinámica (Sol arq, 2014).

Las variables de entrada del programa DesignBuilder son la geometría de la edificación,

los materiales de construcción, densidad ocupacional, horarios de ocupación, iluminación

y equipamiento interior con su respectivo horario de funcionamiento. El programa

requiere el ingreso de información meteorológica propia de cada zona de estudio. El

archivo meteorológico cuenta con información de temperatura de bulbo seco húmedo,

presión atmosférica, altitud, humedad relativa, radiación solar, precipitaciones, velocidad

del viento. El programa permite crear plantillas propias según sean los requerimientos del

usuario. La edificación puede ser dividida en diferentes espacios cada una puede tener

sus propios parámetros de entrada. En la Figura 1.2. se presenta los parámetros para

simulación de modelos en DesingBuilder.

Energy Plus parte del análisis dinámico de modelos, utiliza métodos numéricos de

iteración para la determinación de transferencia de energía entre los diversos sistemas

del edificio. Energy Plus surge de combinar las funciones y características de dos

programas de simulación de edificios DOE-2 y Building Loads Analysis and System

Thermodynamics (BLAST) y con nuevas características. Energy Plus es un programa

completamente escrito en Fortran 90. El programa es un motor de cálculo que no cuenta

con una interfaz propia sino que se ha unido a programas desarrollados por terceros

como DesingBuilder que recopila los parámetros de entrada necesarios para que

funcione el Energy Plus (U.S Deparment of Energy, 2016).

18

Fig

ura 1

.2.

Pará

metr

os

par

a s

imula

ción

de

mode

los

en

Des

ing

Build

er.

19

1.8.2. Equipos de climatización

El uso de sistemas de climatización permite comprobar que la demanda energética sea

de calefacción o refrigeración. Para el presente estudio la combinación de materiales de

la envolvente que presente las menores demandas serán tomados como el caso

adecuado de cada ciudad. Esto debido a que la demanda requerida está relacionada con

las pérdidas y ganancias producidas en la envolvente y se cuantifica en un solo valor

para comparar diferentes combinaciones de paquetes de materiales de construcción. La

obtención de la menor demanda se realiza como medio de comparación con la

combinación de paquetes de materiales de construcción con el mayor número de horas

de confort térmico en vivienda cuando esta no tiene ningún elemento mecánico. La

comparación se realiza para las dos ciudades de estudio.

En el mercado existe gran variedad de modelos de equipos de climatización de diferentes

marcas o fabricantes, se selecciona según el tipo de aplicación. Para climatizar un

espacio al interior de la vivienda se pueden utilizar las consolas de pared y consolas de

techo. Se utilizan en viviendas unifamiliares, salas de reunión, oficinas personales, etc. Si

deben climatizarse dos o más zonas con el mismo equipo se utilizan los tipo

ventiloconvector más conocido como fan coil, es de uso común en corredores, salas de

espera, zonas de trabajo de empresas y lugares amplios. Se usan donde la calidad del

aire es estándar. Filtra a 30% y solo se cumple con los requerimientos de ventilación de

la ASHRAE (2004). Si los niveles de filtración son más estrictos (ASHRAE, 2013c) y se

requieren grandes flujos de aire se utilizan unidades manejadoras de aire configuradas

según la ASHRAE (2013b) en zonas con alto grado de contaminación. Todos los equipos

para climatización presentan dos partes esenciales, un intercambiador de calor (coil) para

climatizar y un ventilador (fan) para impulsar el aire a través del serpentín del

intercambiador hacia la zona a climatizar. Los equipos comerciales filtran el aire en la

toma antes del ventilador (Figura 1.3.). Dependiendo del fabricante el intercambiador de

calor del equipo puede trabajar con agua o refrigerante.

20

Figura 1.3. Esquema interno de un equipo de climatización.

(Fuente: ASHRAE, 2009)

Para este proyecto se va a utilizar un fan coil por la facilidad que tienen de climatizar

distintas zonas con un solo equipo. Puesto que el objetivo es variar materiales de

construcción para mejorar el comportamiento térmico de la vivienda se hace uso de un

equipo fancoil que permite medir la demanda energética.

1.9. Demanda energética

La demanda energética es la cantidad de energía requerida por un equipo de

climatización para alcanzar el confort térmico. La demanda puede ser de calefacción,

refrigeración o combinados. Esta demanda es la métrica de comparación de las

diferentes combinaciones de materiales de construcción y configuraciones (orientación)

de la vivienda. Para la cuantificación de la demanda de energía se utiliza un equipo tipo

fan coil en las simulaciones de cada ciudad.

1.10. Entorno rural y urbano de la vivienda

Es importante analizar el comportamiento de las viviendas sociales tanto en un ambiente

rural y urbano. En condiciones rurales la vivienda está aislada o las viviendas de los

alrededores están demasiado alejadas para afectar el comportamiento del modelo de

estudio. En condiciones urbanas las viviendas están adosadas o en contacto directo. En

el caso de urbanizaciones están una junto a otra y también al frente y posterior de la

misma siendo necesario conocer la distancia mínima entre viviendas.

Según las ordenanzas N° 3457 y 3477 Artículo 21 estipulan que en zonas urbanas existe

acceso a las propiedades de los residentes con prioridad a peatones. La vía es de doble

21

carril, cada uno con un ancho de 3,5 m y acera mínima de 1,2 m de cada lado de la calle

(Distrito Metropolitano de Quito, 2012). La distancia a usar es de 10 m entre viviendas

tanto al frente y atrás. Se presentan cuatro modelos de urbanización (Figura 1.4.),

creados a partir del caso base colocando viviendas adosadas y a los alrededores las

cuales no generan zonas térmicas pero sí se consideran como obstrucciones solares. Las

viviendas circundantes podrían estar o no habitadas y lo único que se desea conocer es

el efecto que producen sobre la vivienda que se está analizando. Es decir la incidencia

del sol sobre la vivienda de estudio varía la demanda de calefacción y refrigeración.

El primer modelo tiene únicamente casas a los lados (UT1), el segundo presenta casas a

los lados y al frente de la entrada (UT2), para el tercero tiene viviendas adosadas a los

costados, en parte frontal y en la parte posterior de la entrada (UT3) y para el cuarto

modelo se colocan casas a los lados y en la parte posterior respecto a la entrada (UT4),

como se muestran en la Figura 1.4.

Urbanización Tipo 1 (UT1)




Figura 1.4. Modelos de urbanizaciones sociales.

(Fuente: Tindale, 2014)

22

1.11. Orientación de la urbanización

Cuando las viviendas se encuentran en una urbanización la orientación pasa a

convertirse en un factor importante. Se va a rotar la casa de acuerdo a los puntos

cardinales. En el programa DesignBuilder es posible definir la orientación de la edificación

que se está analizado. Según el valor deseado de rotación es posible rotar 360° con el

incremento que se desee. Para este estudio se va a rotar la vivienda desde 0° con

incrementos de 90° como se muestra en la Figura 1.5.

Figura 1.5. Rotación de la vivienda.


23

2. METODOLOGÍA

El presente estudio se enfoca en medir el comportamiento térmico interior de modelos de

vivienda social para Esmeraldas e Ibarra mediante la utilización de una estrategia pasiva.

Por lo que se seleccionará un modelo de vivienda social como el caso base. Para este

proyecto se utilizará como caso base a las viviendas construidas por el MIDUVI. La

vivienda del caso base está construida con material de asbesto para la cubierta, paredes

de bloque enlucido, piso de hormigón, ventanas de vidrio claro, la puerta exterior es de

metal y las puertas interiores son de madera. Tiene una distribución de dos dormitorios,

una sala-comedor y baño. Las dimensiones de la vivienda se especifican en el ANEXO 1.

En el modelamiento de la vivienda en este estudio se considerará la geometría, los

materiales de construcción y el nivel ocupacional de la vivienda. Cada vivienda estará

bajo las condiciones meteorológicas propias de cada ciudad de estudio. La ocupación de

la vivienda es de cuatro personas definida por el censo de población del INEC, (2010).

Cada zona de la vivienda se asignará al total de habitantes razón por la que se definirá

horarios de ocupación.

El objetivo de esta investigación es determinar cómo influirán los materiales de

construcción más comunes que se utilizan en cada ciudad de estudio. Se realizará una

investigación para obtener las principales propiedades termofísicas de los materiales

como son la (1) densidad, (2) conductividad térmica y (3) calor específico. Esta

información se usará como parámetros de entrada del modelo virtual que se simulará en

el software DesignBuilder.

Con la base de datos de los materiales de construcción para paredes, pisos y cubierta se

procederá a realizar la combinación de materiales en la envolvente de la vivienda. Se

considera inicialmente como vivienda rural ya que no existen obstáculos alrededor. Se

podrá cuantificar el comportamiento térmico en el interior de la vivienda mediante la

medición de la demanda energética sea calefacción o refrigeración. La combinación de

materiales de construcción con la menor demanda energética definirá el caso adecuado

para cada ciudad. A partir del caso adecuado se determinará la demanda energética a

nivel urbano adosando viviendas para determinar el efecto que producen obstáculos

externos sobre el modelo de estudio. Este efecto se mide con la demanda energética

variando la orientación de la vivienda. Para finalmente medir el número de horas de

confort térmico en cada vivienda para la ciudad de Esmeraldas e Ibarra.

24

2.1. Condiciones Térmicas

A estas condiciones térmicas se las conoce también como condiciones meteorológicas.

Para las simulaciones de DesignBuilder se utilizan archivos meteorológicos creados a

partir de mediciones horarias en estaciones cercanas a las Ciudades de estudio. El

archivo meteorológico para la ciudad de Esmeraldas obtenido del INHAMI presenta datos

desde el 1 de Julio del 2014 al 18 de Febrero del 2015 (5603 mediciones horarias), al no

tener por lo menos un año completo de datos de comparación se generó un archivo

alterno en el programa Meteonorm V7 (Remund, Salvisberg, & Stefan, 1995). Para

generar archivos meteorológicos en el Meteonorm V7 es necesaria las coordenadas

geográficas, la altitud y el huso horario del lugar de estudio. Se realizó una comparación

puntual de las 5603 mediciones horarias de temperatura de cada archivo. Debido a que el

cambio de sensación térmica se da cada 3°C (Tabla 1.2.) se obtuvo que el 84,3% están

en este rango de variación. Por esta razón se usó los datos generados de un año del

Meteonorm.

La Figura 2.1. muestra la temperatura exterior de bulbo seco del día con la mayor

temperatura en archivos climáticos del INHAMI y se da el 1 de julio de 2014. Se observa

una tendencia similar de las dos curvas con una diferencia entre temperaturas horarias

en el rango de 3°C.

Figura 2.1. Comparación temperatura de bulbo seco exterior para la ciudad de Esmeraldas.

Al no existir estaciones meteorológicas automáticas en las cercanías de la ciudad de

Ibarra también se generó un archivo meteorológico alterno. Tomando en cuenta que el

10

15

20

25

30

35

Te

mp

era

tura

[ºC

]

Hora

Temperatura Exterior de Bulbo seco Esmeraldas

Temperatura Exterior de Bulbo Seco (Archivo Meteorológico INHAMI)

Temperatura Exterior de Bulbo Seco (Archivo Meteorológico Meteonorm)

25

archivo meteorológico generado por el programa Meteonorm para la ciudad de

Esmeraldas presentó una aproximación a la realidad.

2.2. Modelo de vivienda

El modelo de base para este estudio es la vivienda del MIDUVI (Ver ANEXO 1). La

vivienda presenta dimensiones exteriores de 6 x 6 m. Distribución interior de dos

habitaciones, baño y cocina-sala como se muestra en la Figura 2.2. La cubierta de la

vivienda es de asbesto, paredes de bloque enlucido, piso de hormigón, acristalamiento de

vidrio claro, puertas interiores de madera y la puerta del acceso principal de metal.

Figura 2.2. Distribución interna del modelo de vivienda social del MIDUVI.


La Tabla 2.1. muestra las áreas de la envolvente de la vivienda, las más representativas

son cubierta, muros y piso. Bajo esta consideración se determinará el caso adecuado

combinando los materiales de cada una de las tres zonas. Se mantiene las propiedades

del modelo del MIDUVI para las puertas y acristalamiento.

26

Tabla 2.1. Área de la envolvente de la vivienda.

Área % Área

Área del Piso 32,491 26,04%

Área de Muros 52,028 41,69%

Área de Cubierta 34,148 27,36%

Área de Acristalamiento 4,240 3,40%

Área Puerta Ext 1,890 1,51%

Total 124,8 100,00%

2.3. Paquetes de construcción

Con los materiales de construcción obtenidos del INEC (2010) se inicia un desglose de

las capas que lo conforman. Cada conjunto de capas va a ser llamado un paquete de

construcción, cada uno se utilizará en la simulación en Design Builder. Los componentes

del paquete de construcción poseen propiedades termofísicas y espesores característicos

como muestra la Figura 2.3.

Figura 2.3. Paquete de construcción con diferentes capas de material. (Fuente: Chegg, 2016)

Los espesores definidos están basados en las Especificaciones Técnicas Generales de

Edificación para vivienda rural y urbana marginal del Ministerio de Desarrollo Urbano y

Vivienda (MIDUVI). La Tabla 2.2. presenta los paquetes de construcción, espesores y

coeficiente de transferencia de calor de materiales que definen el caso base.

27

Tabla 2.2. Paquetes de construcción para cubierta.

Paquete de

construcción

Tipo de

Material

Espesor

(m)

Coeficiente global de

transferencia U

(W/m2-K)

Fuente para

espesores

Asbesto Asbesto 0,005 6,49 (SERVITECHOS,

2010a)

Hormigón Hormigón 0,1 5,07 (Arqhys, 2015)

Teja

Teja

Aire

Madera

0,005

0,02

0,02

3,22

(Decodrywall, 2015)

(Tindale, 2014)

(Nutsch, 2005, p. 66)

Zinc Zinc 0,0002 7,14 (SERVITECHOS,

2010b)

Tabla 2.3. Paquetes de construcción para paredes.

Paquete de

construcción

Tipo de

Material

Espesor

(m)


transferencia U

(W/m2-K)

Fuente para

espesores

Adobe Adobe 0,15 2,01 (MIDUVI, 2012)

Bahareque Tierra 0,15 3,48 (MIDUVI, 2012)

Bloque

Enlucido 0,015

3,26

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

Bloque y 0,15

Enlucido 0,015

Ladrillo

Enlucido 0,015

1,58

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

Ladrillo y 0,15

Enlucido 0,015

Guadúa Guadúa 0,02 4,33 (Nutsch, 2005, p.

66)

Hormigón Hormigón 0,15 3,91 (MIDUVI, 2012)

Madera Madera 0,02 3,08 (Nutsch, 2005, p.

66)

Tapial Tapial 0,15 3,78 (MIDUVI, 2012)

28

Tabla 2.4. Paquetes de construcción para piso.

Paquete de

construcción

Tipo de

Material

Espesor

(m)

Coeficiente

global de

transferencia U

(W/m2-K)

Fuente para espesores

Baldosa y

Hormigón

Baldosa 0,02

1,8

(Piedra Purpura, 2010)

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

Masillado 0,02

Hormigón

y 0,05

Grava 0,1

Baldosa y

Ladrillo

Baldosa 0,02

1,48

(Piedra Purpura, 2010)

(MIDUVI, 2012)

(Blanco Ladrillos, 2010)

(MIDUVI, 2012)

Masillado 0,02

Ladrillo y 0,05

Grava 0,1

Hormigón

Masillado 0,02

1,88

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

Hormigón

y 0,05

Grava 0,1

Ladrillo

Masillado 0,02

1,54

(MIDUVI, 2012)


(MIDUVI, 2012)

Ladrillo y 0,05

Grava 0,1

Duela y

Hormigón

Duela 0,02

1,46

(Nutsch, 2005, p. 66)

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

(MIDUVI, 2012)

Masillado 0,02

Hormigón

y 0,05

Grava 0,1

Duela y

Ladrillo

Duela 0,02

1,24

(Nutsch, 2005, p. 66)

(MIDUVI, 2012)


(MIDUVI, 2012)

Masillado 0,02

Ladrillo y 0,05

Grava 0,1

Madera Madera y 0,02

1,67 (Nutsch, 2005, p. 66) Tierra 0,3

Tierra Tierra 0,3 2,25 (MIDUVI, 2012)

29

Tabla 2.5. Paquetes de construcción para acristalamiento.

Paquete de

construcción

Tipo de

Material

Espesor

(m)


transferencia U (W/m2-K)

Fuente para

espesores

Vidrio Vidrio 0,002 5,93 (MIDUVI, 2012)

Tabla 2.6. Paquetes de construcción para puertas.

Paquete de

construcción

Tipo de

Material

Espesor

(m)

Coeficiente

global de

transferencia U

(W/m2-K)

Fuente para

espesores

Madera Madera 0,04 1,59

3,84

(Simbolocalidad, 2008)

Metal Plancha de Tol 0,002 (Aceroscenter, 2010)

2.4. Condiciones de ocupación

La ocupación está directamente relacionada con los factores de confort térmico. Para una

vivienda la tasa metabólica correspondiente a actividades sedentarias es de 1,1 met y la

velocidad del aire es de 0,2 m/s (ASHRAE, 2009).

El rango ideal de humedad relativa (HR) por recomendación de la CIBSE (2006, pp. 1–5)

es de 40% a 60%. Debido a motivos de salud al sobrepasar el 60% HR empieza el

crecimiento de microorganismos y afecta a equipos electrónicos. Por otro lado bajo el

40% HR se presentan problemas de acumulación de polvo e irritación en la piel (CIBSE,

2006, pp. 1–5). Al tratar de analizar la respuesta térmica la humedad relativa solo va a

ser considerada para ayudar a definir los rangos de confort térmico.

El nivel de arropamiento se ha calculado con los valores sugeridos en la Tabla 8 de la

ASHRAE (2009). Para cada ciudad se ha seleccionado una vestimenta común como se

muestra en la Tabla 2.7.

Con los valores definidos de tasa metabólica, velocidad del viento, nivel de arropamiento

y humedad relativa de 40% a 60% se determina las temperaturas que definirán los

rangos de confort respectivos de cada ciudad. Para determinar el rango de confort

térmico de Esmeraldas e Ibarra con el nivel de arropamiento calculado en la Tabla 2.7.

para cada ciudad se debe aplicar las ecuaciones Ecuación 2.1. y Ecuación 2.2.

30

Tabla 2.7. Nivel de arropamiento (clo) para Esmeraldas e Ibarra.

Nivel de arropamiento

Esmeraldas Ibarra Ropa interior 0,04 0,04 Calcetines

0,06

Sandalias 0,02 Zapatos

0,02

Camiseta manga corta 0,19 0,19 Pantalón simple 0,24 0,24 Chaqueta simple ligero

0,36

Total 0,49 0,91 Nivel de clo a utilizar 0,5 0,9 (Fuente: ASHRAE, 2009)

*NíO,GQR =S(UQR ' 0,5#VXY)#*NZO,###[,\QR] + (1,0#VXY '#UQR)*NZO,###\,_QR]`

0,5#VXY

(Ecuación 2.1.)

*Náj,GQR =S(UQR ' 0,5#VXY)#*Náj,###[,\QR] + (1,0#VXY '#UQR)*Náj,###\,_QR]`

0,5#VXY

(Ecuación 2.2.)

Dónde:

· *Náj,GQR #: límite superior de temperatura operativa para un índice de

arropamiento Icl.

· *NíO,GQR : límite inferior de temperatura operativa para un índice de arropamiento

Icl.

· UQR : índice de arropamiento de los ocupantes.

Se va a utilizar el método gráfico sugerido por la ASHRAE (2009). Para determinar las

temperaturas máxima y mínima a 0,5 clo y 1,0 clo para el rango de confort térmico como

muestra la Figura 2.4.

31

Figura 2.4. Rangos aceptables de temperatura operativa y humedad para viviendas. Fuente: (ANSI/ASHRAE, 2004, p. 5)

Con los valores de temperatura de la Tabla 2.8. se determina los rangos de confort

térmico de la Tabla 2.9 para valores de arropamiento de 0,5 clo en Esmeraldas y de 0,9

clo para Ibarra. El rango de confort térmico de cada ciudad se utiliza como consigna de

calefacción y refrigeración en las simulaciones energéticas.

Tabla 2.8. Límites de Temperatura mínima y máxima para determinar el rango de confort térmico [°C].

Límites de temperatura para el rango de confort [°C]

qyz{,###|,}~ 24

qyá,###|,}~ 27,5

qyz{,###,|~ 20

qyá,###,|~ 25

Las viviendas van a ser utilizadas por núcleos familiares de cuatro integrantes (INEC,

2010). La vivienda está dividida en dos dormitorios, un baño y una sala-comedor. En la

Tabla 2.10. se asigna el total de ocupantes por habitación y la densidad de ocupación

requerida por el programa. Es necesario establecer horarios de ocupación (Tabla 2.11.)

para cuantificar el total anual de horas.

32

Tabla 2.9. Rango de confort térmico para Esmeraldas e Ibarra.

Rango de confort térmico [°C]

Esmeraldas

0,5 clo Ibarra 0,9 clo

qyí{,~ 24 20,8

qyá,~ 27,5 25,5

Tabla 2.10. Densidad de ocupación de la vivienda.

Área del piso

(m2) Personas

Densidad

(personas/m2)

Cocina-Sala 13,8 4 0,3

Dormitorio 1 8,1 2 0,25

Dormitorio 2 8,1 2 0,25

Para el horario de ocupación el programa trabaja con valores entre 0 y 1. El valor 0

significa que la habitación está vacía y el valor 1 representa que la habitación está

completamente ocupada para la densidad de personas por unidad de área asignada.

Tabla 2.11. Horario de ocupación de la vivienda.

Horario de ocupación de la vivienda

Lunes - Domingo Dormitorio 1 Dormitorio 2 Sala y Comedor

21:00 - 06:00 1 1 0

06:00 - 07:00 0 0 1

07:00 - 08:00 0 0 0,5

08:00 - 13:00 0 0 0

13:00 - 17:00 0 0 0,5

17:00 - 21:00 0 0 1

Para el baño no se considera un horario específico de ocupación por el corto tiempo de

uso. De los horarios de ocupación establecidos se determina que durante 19 horas se

encuentra al menos una persona al interior de la vivienda. Por lo tanto las horas de

ocupación al año son 6935 horas en las cuales se buscará igualar las horas de confort

térmico.

33

El programa considera cargas térmicas de iluminación por lo cual se propone el uso de

focos ahorradores de 25 Watts, ver Tabla 2.12.

Tabla 2.12. Iluminación de la vivienda.

Área del

piso (m2)

Cantidad de focos

de 25 watts

Iluminación

(W/m2)

Cocina-Sala 13,8 2 4

Dormitorio 1 8,1 1 3

Dormitorio 2 8,1 1 3

2.5. Infiltración de la vivienda

El tiempo necesario para cambiar totalmente el aire en un edificio es denominado tiempo

de demora y se determina por la tasa de ventilación. Para viviendas cerradas sin

ventilación mecánica, el tiempo de demora es mayor. Según la ASHRAE (2013a, p.

16.19) la mayoría de las viviendas en los Estados Unidos tienen fugas es decir,

generalmente un cambio de aire por hora.

Se usa esta información debido a la inexistencia de datos prácticos en Ecuador. La

infiltración en la vivienda es de 53,12 CFM (Tabla 2.13.) que es mayor a la ventilación

necesaria de 41,85 CFM (Tabla 2.14.). En consecuencia no es necesario instalar un

sistema de ventilación forzada. En la configuración del DesignBuilder la renovación por

hora es de uno para el caso base. La misma configuración se mantendrá para determinar

el caso adecuado.

Tabla 2.13. Cálculo de infiltración en la vivienda.

Volumen de

Vivienda (m3)

Cambios

Hora

Total

(m3/h)

Total

(CFM)

90,2595 1 90,2595 53,12

(Fuente: (ASHRAE, 2013a, p. 16.19)

34

Tabla 2.14. Cálculo de ventilación necesaria en la vivienda.

Vivienda

L/s.

persona L/s.m2

Renovación del

aire (L/s)

Área Total (m2) 32,5

0,3 9,75

Número de personas 4 2,5

10

Total (L/s) 19,75

Total (CFM) 41,85

(Fuente: (ASHRAE, 2007, p. 14)

2.6. Demanda energética

Para contestar la pregunta fundamental de esta investigación acerca de la influencia de

los materiales de construcción de la envolvente en la respuesta térmica de las viviendas

sociales se realiza la combinación de paquetes de construcción establecidos en la

Sección 2.3. Para cuantificar la influencia de los materiales se utilizan sistemas de

climatización. Debido a que permite medir las pérdidas y ganancias de calor del

comportamiento global de la envolvente de la vivienda. Dependiendo de las condiciones

meteorológicas el primer criterio de selección fue determinar el tipo de demanda sea de

calefacción o refrigeración que más afecta al comportamiento de la vivienda. El segundo

criterio es buscar la combinación de paquetes de construcción que presenten la menor

demanda energética en calefacción o refrigeración según lo que se establezca en el

primer criterio siendo este el caso adecuado para cada ciudad. Después se retira el

sistema de climatización para determinar el número de horas de confort térmico.

35

3. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La Tabla 3.1 muestra el caso base para las dos ciudades de estudio, los paquetes de

construcción corresponden al modelo de construcción del MIDUVI.

Tabla 3.1. Caso base para las dos ciudades de estudio.

Paquete de

construcción Tipo de Material

Espesor (m)

Techo o cubierta Asbesto Asbesto 0,005

Paredes Bloque

Enlucido 0,015

Bloque y 0,15

Enlucido 0,015

Piso Hormigón

Masillado 0,02

Hormigón y 0,05

Grava 0,1

Puertas Madera Madera 0,04

Metal Plancha de Tol 0,002 Ventana Vidrio Vidrio 0,002 (Fuente: MIDUVI, 2012)

3.1. Caso base para Esmeraldas

El caso base de Esmeraldas es el modelo de vivienda del MIDUVI (2012) y bajo las

condiciones meteorológicas de la ciudad de Esmeraldas. Se determina que la mayor

demanda según el primer criterio es por refrigeración siendo de 21260,74 kWh anual. En

cuanto a calefacción es de 151,72 kWh que representan el 0,714% respecto a la

demanda en refrigeración. Para este modelo que se determina como el caso base se

retira el sistema de climatización para determinar el número de horas de confort térmico.

En la Figura 3.1. se muestra la distribución anual de temperaturas operativas (8760

horas). Del total anual las horas de ocupación son 6935 horas determinadas a partir del

horario de ocupación de la Tabla 2.11. Se observa que la mayor parte del tiempo las

temperaturas operativas se encuentran sobre el rango de confort. El sistema de

climatización presentó mayores demandas en refrigeración respecto a la calefacción.

36

Figura 3.1. Distribución anual de temperaturas operativas del caso base para la ciudad de

Esmeraldas.

En la Tabla 3.2. se muestran las horas de confort térmico de todas las combinaciones

posibles de los paquetes de construcción para la ciudad de Esmeraldas. Se hace

relevancia al caso base el cual tiene un número de horas de confort térmico de 2560

horas. Este valor es la referencia para comparar las diferentes combinaciones de

paquetes de construcción.

Tabla 3.2. Horas de confort de la combinación de paquetes de construcción para la ciudad de Esmeraldas.

PISO PARED

Bloque Ladrillo Bahareque Guadúa Hormigón Madera

CU

BIE

RT

A

Asb

esto

Hormigón 2560 2618 2505 2785 2591 2882 Madera 2470 2474 2428 2744 2499 2837 Baldosa y hormigón 2521 2530 2837 2781 2522 2870 Ladrillo 2320 2273 2291 2665 2355 2746 Baldosa y ladrillo 2252 2198 2251 2645 2308 2726

CU

BIE

RT

A

Horm

igón


CU

BIE

RT

A

Zin

c


37

Del total de horas de ocupación (6935 horas) el 36,91% de horas (2

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