UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICOINSTITUTO DE ENERGIAS RENOVABLES

Roberto Balcazarbarov@ier.unam.mx

2014

RESUMEN

El presente reporte, pretende dar a conocer los resultados obtenidos al evaluar

una edificacion con diversas caracterısticas para la ciudad de Temixco, Morelos du-

rante el mes mas caluroso Mayo. Mediante la herramienta de clima del software

ECOTEC primero se obtuvo la orientacion optima para el sistema constructivo y

luego se aplico la misma al diseno; pudiendo constatar de que una edificacion para

Temixco debe estar orientada horizontalmente, siendo las caras Este y Oeste las de

menor superficie que las de Norte, Sur, al existir menor superficie de radiacion inci-

dente, tendremos menor trasferencia de calor al interior de la edificacion. De igual

manera, mediante el software SketchUp fueron disenados modelos de edificaciones

y evaluados a diferentes condiciones con ayuda de EnergyPlus. Segun los criterios

o indicadores usados, tales como factor de decremento, grados hora de disconfort

termico y graficas de desempeno termico, se obtuvo el siguiente orden como resulta-

do de mejor a peor zona termica: alcoba Este, sala, alcoba Oeste. Ası una vez mas

son validados estos indicadores de desempeno termico.

OBJETIVOS

• Evaluar el desempeno termico de una edificacion en Temixco para el mes mas

calido, usando diversos indicadores y criterios propuestos en la literatura.

• Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de Energıa en Edificaciones.

• Hacer uso de las herramientas (softwares) disponibles para la obtencion de resul-

tados efectivos.

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ANTECEDENTES

En edificaciones la transferencia de calor entre el exterior e interior esta influen-

ciada principalmente por sus techos y muros. Siendo un buen techo/muro aquel que

provea el confort termico o menor numero de horas de disconfort termico sin recurrir

al uso de sistemas y dispositivos de climatizacion (Barrios et al. 2010). De los dife-

rentes indicadores estudiados y propuestos en la literatura, el factor de decremento

y los grados hora de disconfort termico son referentes aceptables y confiables en la

evaluacion del desempeno termico de una edificacion. Si consideramos la transferen-

cia de calor dependiente del tiempo, un indicador muy empleado es el FD o factor de

decremento. “El FD mide la reduccion de la amplitud de la oscilacion de temperatura

al interior con respecto a la del exterior” (Barrios et al. 2010). A demas el numero

de horas en que el interior se encuentra en confort termico o disconfort termico ha

sido tambien empleado como un indicador del desempeno termico de techos/muros

(Synnefa et al. 2007).

CONDICIONES Y METODOLOGIA EMPLEADA

Se simulo la casa mostrada en la Fig.1 considerando que tiene una altura de 2.5m y

que todas las paredes y piso eran de CAD, con las propiedades termicas mostradas en

la figura 2. La casa se evaluo en el mes calido del lugar indicado (Temixco, Morelos).

La temperatura del suelo es el promedio de la temperatura ambiente menos dos

grados centıgrados. Para la simulacion en EnergyPlus se considero cada alcoba como

una zona termica independiente, y la sala, comedor, cocina, ropas y W.C. en otra

zona. A demas se considero 0.7 cambios de aire por hora para cada zona termica. La

casa no contaba con ningun tipo de carga termica por habitantes o electrodomesticos

al interior. Los datos fueron reportados cada 10 minutos. La ciudad donde se evaluo la

casa es: Temixco, toda pintada de color blanco y evaluada en el mes calido (Mayo).

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Figura 1: .

Figura 2: Tabla de Propiedades termicas para el concreto de alta densidad (CAD).

1. DETERMINACION DE LA ORIENTACION DE

LA CASA USANDO EL SOFTWARE ECOTEC Y

JUSTIFICACION DEL CRITERIO

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Figura 3: Weather Tool: Grafica de Orientacion Optima para edificacion en Temixco,Morelos.Fuente: Autor, 2014.

Mediante la herramienta de clima “Weather Tool” del software Ecotec, se deter-

mino la orientacion optima para una edificacion en base al promedio de radiacion

incidente sobre una superficie (ver figura 3). Por defecto el software nos presenta un

promedio de radiacion, considerando los meses mas frıos y los meses mas calidos para

la zona. El angulo considerado como peor orientacion fue 97.5, ası como el angulo de

mejor orientacion para las edificaciones en Temixco fue de 187.5, ya que al tratarse

de una zona de clima calido sus muros este y oeste deben ser los de menor superficie,

ası se reduce la transferencia de calor al interior de la edificacion. Para obtener una

vista final con la orientacion respectiva de nuestro diseno de edificacion, debemos

ingresar en el editor de Ecotec el valor del angulo obtenido 187.5 y por defecto se

reconocera automaticamente el angulo complementario -172.5; de esta manera po-

dremos visualizar la orientacion optima de nuestro diseno, tal como se presenta a

continuacion en la figura 4.

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Figura 4: ECOTEC: Diseno de edificacion con orientacion optima para Temixco,Morelos. Fuente: Autor, 2014.

Al simular nuestra edificacion se obtuvo la orientacion optima para edificaciones

en la ciudad de Temixco, por lo tanto es importante comparar con la realidad ur-

banıstica de la misma. Mediante imagenes cartograficas se visualizo la orientacion de

las edificaciones en Temixco, concluyendo que la mayorıa no cuentan con una previa

planificacion y analisis de desempeno termico, por lo que presentan orientaciones

poco eficientes (optimas). Mediante una captura de imagen de Google maps (figura

5) tambien se considero la orientacion de los edificios del Instituto de Energıas Re-

novables, en el primer grupo de edificios (derecha) existe una diferencia pequena de

orientacion respecto a los de la izquierda, sin embargo esta diferencia puede ser muy

significativa al momento de evaluar su desempeno termico.

Figura 5: Vista aerea del Instituto de Energıas Renovables de la UNAM, Temixco.Fuente, Google-maps.

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2. SIMULACION CON EL SOFTWARE ENERGY

PLUS, BAJO CONDICION DE NO AIRE ACON-

DICIONADO PARA EL MES CALIDO

MODELO 1: Edificacion sin ventanas

Zona 1: Alcoba izquierda (Oeste)

Zona 2: Alcoba derecha (Este)

Zona 3: Sala.

En base a las condiciones detalladas inicialmente, a continuacion en las figuras 6 y

7 se presentan los resultados de diseno para la edificacion, mediante las tablas en

las figuras 8 y 9 los resultados del factor de decremento y grados hora de disconfort

respectivamente y el desempeno termico de este modelo sin ventanas es visualizado

a traves de la grafica correspondiente a la figura 10.

Figura 6: Modelo Autodesk DWG True View, orientacion para edificacion en Temix-co. Fuente: Autor, 2014.

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Figura 7: Autodesk DWG True View, modelo para edificacion sin ventanas, Temixco.Fuente: Autor, 2014.

a) Factor de decremento promedio del mes para cada una de las zonastermicas

A menor FD, mejor sera el sistema constructivo, de acuerdo a los resultados

presentados en la figura 8, podemos decir que la zona 2 (alcoba este) es la mejor

al presentar un FD igual a 0.582, seguida de la zona 3 (sala) con un FD 0.589 y

finalmente la zona 1 (alcoba oeste) con un FD 0.596.

Figura 8: Resultados del factor de decremento promedio del mes para cada zonatermica.

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b) Grado - hora de disconfort termico calido

De igual manera segun la figura 9 la zona 2 (alcoba este) presenta el valor men-

sual mas bajo de grados hora de disconfort termico calido siendo 2432.47, seguida la

zona termica 2 (alcoba oeste) con un valor de 2473.36 y finalmente la zona termica

3 (sala) con un valor de 2601.39.

Figura 9: Resultados de grados hora de disconfort termico calido para cada zonatermica.

Grafica de desempeno termico

Mediante la figura 10: grafica de desempeno termico en el modelo sin ventanas

para la semana del 15 al 21 de mayo, las temperaturas en las 3 zonas presentan com-

portamientos semejantes. Ası mediante el criterio de Factor de decremento y grados

hora de disconfort termico calido se verifica que la zona termica 2 (alcoba este) es la

que presenta la mejor ubicacion dentro de la vivienda para el mes mas calido.

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Figura 10: Grafica del desempeno termico en modelo sin ventanas, para una semanadel mes mas calido, Temixco. Fuente: Autor, 2014.

MODELO 2: Edificacion con ventanas

Zona 1: Alcoba izquierda (Este)

Zona 2: Alcoba derecha (Oeste)

Zona 3: Sala.

En base a las condiciones detalladas inicialmente, a continuacion en las figuras 11 y

12 se presentan los resultados de diseno para la edificacion, mediante las tablas de las

figuras 13 y 14 los resultados del factor de decremento y grados hora de disconfort

respectivamente y el desempeno termico de este modelo sin ventanas es visualizado

a traves de la grafica correspondiente a la ilustracion 15.

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Figura 11: Modelo con ventanas - Autodesk DWG True View, orientacion para edi-ficacion en Temixco. Fuente: Autor, 2014.

Figura 12: Autodesk DWG True View, modelo para edificacion con ventanas, Te-mixco. Fuente: Autor, 2014.

a) Factor de decremento promedio del mes para cada una de las zonastermicas

Los resultados de la tabla en la figura 13, presentan la zona 1 (alcoba este) como

la de menor FD igual a 0.583, seguida de la zona 3 (sala) con un FD 0.599 y final-

mente la zona 2 (alcoba oeste) con un FD 0.618.

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Figura 13: Resultados del factor de decremento promedio del mes para cada zonatermica.

b) Grado - hora de disconfort termico calido

Segun la tabla en la figura 14 la zona 1 (alcoba este) presenta el valor mensual

mas bajo de grados hora de disconfort termico calido siendo 2449.55, seguida la zona

termica 2 (alcoba oeste) con un valor de 2475.46 y finalmente la zona termica 3 (sala)

con un valor de 2658.46.

Figura 14: Resultados de grados hora de disconfort termico calido para cada zonatermica.

Grafica de desempeno termico

Mediante la figura 15: grafica de desempeno termico en el modelo con ventanas

para la semana del 15 al 21 de mayo, las temperaturas en las 3 zonas tambien presen-

tan comportamientos semejantes. Considerando los criterios de Factor de decremento

y grados hora de disconfort termico calido se verifica que la zona termica 1 (alcoba

este) es la que presenta la mejor ubicacion dentro de la vivienda para el mes mas

calido.

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Figura 15: Grafica del desempeno termico en modelo sin ventanas, para una semanadel mes mas calido, Temixco. Fuente: Autor, 2014.

CONCLUSIONES

Para todos los casos presentados, se verifico que la zona de la alcoba Este es la que

presenta el mejor desempeno termico en la vivienda, pues su factor de decremento

es menor en los 3 casos (modelo sin ventanas, con ventanas cerradas y con ventanas

abiertas en su totalidad) y su valor de grados hora de disconfort termico calido, en

la grafica de desempeno tambien se constata su menor oscilacion con referencia a

la temperatura ambiente. Se comprobo que los indicadores Factor de decremento y

grados horas de disconfort termico, son efectivos y validos en la evaluacion del desem-

peno termico de sistemas constructivos. Se logro aplicar los conocimientos adquiridos

en el curso de Energıa en Edificaciones, al disenar los modelos de edificacion de este

proyecto y evaluar su desempeno termico usando los softwares: Ecotec, EnergyPlus

y SketchUp.

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BIBLIOGRAFIA

Barrios, G., Elıas, P., Huelsz, G., Rojas, R. 2010 Analisis de indicadores del

desempeno termico de la envolvente de una edificacion no climatizada. IER, UNAM.

Facultad de Arquitectura, Diseno y Urbanismo, Universidad Autonoma de Tamau-

lipas. SNES2010-ABC-065.

http://www.enerhabitat.unam.mx/Cie2/pdfs/Barrios2010AnalisisdeindicadoresANES.pdf

SynnefaA., SantamourisM., AkbariA.(2007).Estimatingtheeffectofusingcoolcoatingsonenergyloadsandthermalcomfortinresidentialbuildingsinvariousclimaticconditions.EnergyandBuildings, V ol.39, p.1167−1174.

Softwaresusados : EnergyP lus, Ecotec, SketchUp, Latex.

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