sábado, 6 de octubre de 2018

Puentes Térmicos en Edificaciones Rurales

Hablar de puentes térmicos es hablar de materiales que conducen bien el calor y, por lo mismo van a generar pérdidas de calor del interior al exterior en zonas de climas fríos donde se requiere asegurar o mantener el calor al interior de la vivienda de tal manera que con ello, se afronte las horas de frío extremo y se evite los problemas de salud causales incluso de mortandad tanto de niños, como adultos mayores entre los más vulnerables. 

Fuente: http://www.asomatealaventana.org/2017/01/12/los-puentes-termicos/

El puente térmico (puente frío), es aquel punto de la envolvente de una vivienda donde el calor se transmite con facilidad de un lado hacia otro, o del interior al exterior y viceversa, generando una transferencia derrochadora de energía el cual tiene que ver con la conductividad del material de dicho punto respecto a los materiales del resto de la envolvente, se presenta en marcos de ventanas, puertas, columnas embebidas en hormigón que están en contacto con el exterior, entre otros.

En viviendas rurales por ejemplo es común el uso de ventanas con marco de metal y puertas enteramente de metal, incluso, el techo en su totalidad es de calamina metálica, cada uno ellos constituyen un puente térmico, que en suma si una misma casa lleva todo ello, las pérdidas de calor serán considerables tanto así que la temperatura interior será casi la misma que la exterior.



En las ciudades aparentemente con facilidad no se notan los puentes térmicos a simple vista, en ese caso se hace uso de cámaras termográficas para realizar un diagnostico térmico. Un edificio por lo común lleva una estructura a base de columnas y vigas metálicas baseadas con hormigón, lo que genera los puentes térmicos.   

Fuente:https://www.testo.com/zh-TW/testo-869/p/0560-8690

La siguiente imagen tomada con la cámara termográfica ilustra en color amarillo-anaranjado las zonas por donde el calor se pierde, o existen puentes térmicos.

Fuente:http://www.disate.es/servicio-de-termografia-de-placo/

Evitar los puentes térmicos resulta de seleccionar  materiales más acordes al clima, con resistencias térmicas altas, por ejemplo, en vez de utilizar metal en los marcos de ventanas, puede utilizarse madera, que es un material local en muchas zonas rurales, así como en las puertas. O en todo caso cubrir las zonas que tienen contacto con el exterior con algún material aislante para reducir la transferencia de calor, podría ser espuma de poliuretano o alguna cinta aisladora.

jueves, 6 de septiembre de 2018

Sustentabilidad, Arquitectura y Confort

Sustentabilidad, arquitectura y confort, son referencias conceptuales relacionados entre sí que coadyuvan a la comprensión de estudios referentes al bien de la sociedad, su comodidad o bienestar, y uso adecuado del clima en la concepción de una edificación o vivienda. Esta última, como resultado no solo de un estudio de diseño sino, de un estudio cultural, psicológico y fisiológico. En base a ello se presentan los siguientes conceptos:

      1. DESARROLLO SOSTENIBLE

La Comisión Brundtland (1987). Define el desarrollo sostenible como aquel “que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades” Actualmente sigue siendo el concepto más utilizado y aceptado.

      2. SUSTENTABILIDAD

El concepto de sustentabilidad suele ser confundido con la definición de desarrollo sostenible, sin embargo,  Edwards, B. (2010). Define la sustentabilidad como un proceso en donde se involucran los aspectos ecológicos, sociales, económicos y culturales.

       3. ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA

Morillón, D., (1993). define arquitectura bioclimática como: “La acción de proyectar o construir considerando la interacción de los elementos meteorológicos con la construcción, a fin de que sea esta misma la que regule los intercambios de materia y energía con el medio ambiente y propicie las condiciones que determinen la sensación de bienestar térmico del ser humano e interiores”.

“La arquitectura bioclimática es aquella que estudia e intenta minimizar al máximo la  alteración que provoca en la Naturaleza y que, para ello, intenta sacar el máximo partido de los recursos naturales disponibles (radiación solar, vientos, precipitaciones, vegetación, materiales etc...) adaptándose al medio en que se ubica”. (Núñez Carrasco, R., Aramburu Gaviola F. & Botrán Rodríguez-Rey, C. 2012). 

      4. Arquitectura Bioclimática (Herrera-López, Ana L.,2016)

La arquitectura bioclimática, es aquella que estudia y considerada la interacción de los elementos meteorológicos con las construcciones, e intenta sacar el máximo partido de los recursos naturales disponible adaptándose de forma pasiva al medio en que se ubica, a fin de que sea ésta misma la que regule los intercambios de materia y energía con el medio ambiente y propicie las condiciones que determinen la sensación de bienestar térmico del ser humano.

      5. SISTEMAS PASIVOS

Serra Florensa, R. & Coch Roura, H. (2001). Dicen que, los sistemas pasivos son: “Conjunto de componentes de un edificio que tienen como función principal mejorar su comportamiento climático. Actúa sobre los fenómenos radiantes, térmicos y de movimiento de aire que se producen naturalmente en arquitectura…y no utilizan ninguna fuente de energía artificial para su funcionamiento”.

      6. PROTECCIÓN SOLAR

Cualquier elemento o solución constructiva, fija o móvil, que nos permita controlar la incidencia de la radiación solar, aprovechándola en invierno, y protegiéndonos de ella en verano. (Núñez Carrasco, R., Aramburu Gaviola F. & Botrán Rodríguez-Rey, C. 2012).

      7. ENVOLVENTE DE UN EDIFICIO

Se refiere al techo, paredes, vanos, puertas, piso y superficies inferiores, que conforman el espacio interior de un edificio para uso habitacional. (Secretaría de energía, 2011).

      8. AISLANTE

“El aislamiento actúa de barrera tanto del aire caliente o frío indeseado del exterior como de posibles fugas del interior deseado. De hecho, el aislamiento es la principal defensa climática de una construcción”. (Farrás Pérez, L., 2012:110).

      9. AISLAMIENTO TÉRMICO

“Se entiende como aislante térmico al material caracterizada por su alta resistencia térmica, o lo que es lo mismo aquel que tiene una conductividad muy baja. Los materiales aislantes suponen una barrera al paso del calor entre dos medios con distintas temperaturas” (Núñez Carrasco, R., Aramburu Gaviola F. & Botrán Rodríguez-Rey, C. 2012).

     10. ESTRATEGIAS

“Conjunto de acciones planificadas y orientadas a la consecución de un fin, pero también puede entenderse como metodología para la solución de ciertos problemas de manera creativa”. (Fuentes Freixanet, V., 2013). 

Conceptos extraídos del trabajo de fin de Maestría en Proyectos y Edificaciones Sustentables por Herrera-López, Ana L. (2016), titulado: Propuesta de adecuación bioclimática sustentable para lograr el confort  térmico en viviendas unifamiliares de interés social en Tepic, Nayarit. Guadalajara, Jalisco: ITESo

domingo, 22 de julio de 2018

XXV Simposio Peruano de Energía Solar (XXV SPES-2018)

El anfitrión de este año para la realización del XXV Simposio Peruano de Energía Solar (SPES ) es la Universidad Nacional de Cajamarca entre las fechas del 12 al 16 de noviembre del 2018. Así que, Cajamarca los espera!!! 

Las inscripciones para participar ya sea como asistente o expositor están abiertas y, el contacto para consultas o informes es: contacto@perusolar.org 


sábado, 17 de marzo de 2018

Calefacción Solar Pasiva

La calefacción solar pasiva es una estrategia bioclimática que permite aprovechar la radiación solar para mediante el uso de materiales y sistemas pasivos (no hay requerimiento de ningún sistema mecánico-eléctrico) sobre la envolvente de una vivienda, se colecte el calor solar en su masa y, a través del uso de coberturas transparentes y ventanas, se deje pasar la radiación solar directa y que esta quede atrapada en su interior. Así como también, aprovechar la ganancia de calor por radiación solar indirecta mediante el uso de invernaderos adosados a la vivienda donde el aire llega alcanzar temperaturas de hasta 45°C como máximo, y con promedios darios de 15°C, este aire caliente por convección natural puede ser trasladado al interior de la vivienda por medio de una ventana que comunica ambos volúmenes. Cabe recalcar que así como el invernadero por el día incrementa considerablemente la temperatura del aire interior, este por las noches desciende tan igual como la temperatura exterior. El beneficio esta que durante el día, el aire caliente puede ser transportado hacia el interior de la vivienda ya sea por convención natural o forzada, ademas de calentar la pared divisoria para almacenar el calor en su masa y ser trasladada naturalmente por conducción y posteriormente por radiación al interior de la vivienda.

Figura 1. Principios básicos de un diseño bioclimático (https://www.e-rt2012.fr)

Estos sistemas simples, prácticos y económicos, contribuyen significativamente a cubrir ciertas demandas de calefacción que, para aprovechar la captura o cosecha de radiación solar, su orientación óptima hará cumplir dicho requisito.  

Los materiales que comúnmente se usan para estos elementos o sistemas son:

- Policarbonato  (D=1200 kg/m3, k=0.2 W/m°C, Ce=1200 J/kg°C)
- Vidrio (U= 5.7 W/m2°C))
- Polietileno alta densidad (D=980 kg/m3, k=0.5 W/m°C, Ce=1800 J/kg°C)

Figura 2. (izq.) policarbonato, (cen.) vidrio, (der.) agrofilm o plástico de alta densidad.


Invernaderos adosados, un invernadero funciona como un calentador y es una construcción transparente y contigua a una vivienda, su objetivo es la de precalentar el aire interior. La pared divisoria o común entre el ambiente interior de la vivienda y el interior del invernadero, van a depender de las opciones térmicas, si se aísla no se aprovechará su inercia térmica en el caso que la pared sea de adobe como lo son en las zonas rurales Altoandinas del Perú.

Un invernadero atrapa la energía solar, calienta el aire interior por efecto invernadero, de ahí deriva su nombre, y la transmite al interior de la vivienda por convección natural. Para su uso eficiente se tiene que evitar infiltraciones no deseadas y la vivienda se beneficiara de una ingesta calórica no despreciable.

Un estudio realizado a un invernadero adosado de 21.28m2 ubicado en la comunidad de San Francisco de Raymina en Vilcashuaman, Ayacucho, a 3700 msnm, registro las siguientes temperaturas:

Tabla 1. Temperatura al interior de un invernadero adosado (Molina, J.R., 2016).

Figura 3. Invernadero adosado en una vivienda a 3700 msnm.

Las claraboyas son ventanas en los techos de las viviendas que van a permitir el ingreso de la radiación solar y evitar que salga, así como, dotar a los ambientes de iluminación. Los materiales transparentes tienen la propiedad de dejar pasar la radiación solar al interior de la vivienda y al incidir con las superficies interiores, se calientan y emiten radiación infrarroja, para este tipo de radiación el vidrio se vuelve opaco y no permite que salga, este fenómeno es el conocido como el fenómeno de efecto invernadero. 

En la misma comunidad de San Francisco de Raymina se rehabilitó una vivienda implementándose 25% del área total del techo con claraboyas.

Figura 4. Claraboyas en el techo.

Ventanas, son medios que orientados adecuadamente, van ha permitir la entrada y captura de la radiación solar directa que permite actuar como calefacción natural y como sistema de iluminación. 

En un estudio realizado en Huaraz a 3100 msnm (Corrales, R., 2012), con el objetivo de determinar el sistema solar pasivo más eficaz para calentar viviendas de densidad media que se adapte a las condiciones ambientales y a los aspectos culturales de la ciudad de Huaraz, se obtuvo como resultado de que las edificaciones, para captar mejor la radiación solar , deben orientar sus aperturas en fachadas opuestas con orientación Este-Oeste, donde se obtiene un mejor rendimiento térmico, que cuando se orienta al Norte-Sur.

Figura 5. Tipología de las viviendas en la ciudad de Huaraz (Corrales, P.M., 2012).

Referencias

Molina, J., “Evaluación bioclimática de una vivienda rural alto andina de la Comunidad  San Francisco de Raymina de Ayacucho [Tesis para optar el grado académico de Maestro en Ciencias con Mención en Energías Renovables y Eficiencia Energética],” Universidad Nacional de Ingeniería, Lima - Perú, 2016.

Corrales, P.M., 2012. Sistema solar pasivo más eficaz para calentar viviendas de densidad media en Huaraz. Universidad Nacional de Ingeniería. Programa Cybertesis PERÚ

jueves, 15 de marzo de 2018

JORNADAS PERUANAS DE ENERGÍA SOLAR (JOPES-2018)

La Facultad de Ciencias de la Universidad de Nacional de Ingeniería (UNI) en conjunto con otras instituciones están organizando el evento gratuito Jornadas Peruanas de Energía Solar (JOPES 2018), a llevarse a cabo el 10 y 11 de Mayo del 2018.

Quedan totalmente invitados a esta Jornada Solar que contará con la presencia de investigadores de nivel internacional donde compartirán los estudios que vienen realizando en sus centros de investigación.


El evento se llevará a cabo en el Auditorio de la Facultad de Ciencias de la UNI. Entrada por la puerta 5 de la UNI en la Av. Túpac Amaru, Rímac.


Para mayor información pueden comunicarse al siguiente correo:

jopes@persular.org



Aquí la invitación, no se lo pierdan. 

jueves, 15 de febrero de 2018

Año Meteorológico Típico (TMY)

El TMY de una región es una data meteorológica anual horaria generada a partir de datos reales de por lo menos 10 años (temperatura, humedad relativa, velocidad y dirección del viento, radiación solar, etc.) , donde, se trata de mostrar las condiciones climáticas que se presentan usualmente en una región particular. Su construcción se realiza seleccionando los meses más típicos, es decir, para enero podría ser de 2005, febrero 2013 y así sucesivamente.

Asimismo, los TMY están construidos para que todo el año reproduzca una situación meteorológica típica para el diseño de sistemas energéticos o arquitectónicos. Esta información permite modelar y simular el desempeño térmico de edificios de manera más realista y confiable. 
Fuente:  https://solargis.com/products/time-series-and-tmy-data/overview/

miércoles, 14 de febrero de 2018

ENERGYPLUS-Programa de simulación térmica dinámica para edificaciones


EnergyPlus es un motor de cálculo que se basa en un análisis de transferencia de calor dependiente del tiempo para estimar la demanda de energía en una edificación y la obtención de diversas variables de salida como, la temperatura y humedad relativa interior, radiación solar por m2 de superficie exterior e interior, pérdidas y ganancias de energía por elementos constructivos de la envolvente, entre otras.

EnergyPlus es de propiedad del Departamento de Energía de los EE.UU, es de código abierto y uso gratuito, y que al ser una herramienta computacional, facilita los cálculos dinámicos que realizados manualmente resultan engorrosos.

Para el modelamiento y simulación utilizando el EnergyPlus, este se apoya en dos programas, el SketchUp (de propiedad de Trimble Navigation)  que es un programa de diseño gráfico en 3D, y el OpenStudio  (de propiedad del Laboratorio Nacional de Energías Renovables-NREL), que es un interfaz gráfica que usa las herramientas del SketchUp para el uso del EnergyPlus. Dichos programas son de uso gratuito y se pueden descargar de los siguientes enlaces:

  • SketchUp


En este programa se crea la geometría en 3D, se asignan tipos de espacio, se asigna las superficies, y se guarda el archivo con la extensión .idf para el uso del energyplus.



Fig.1. Vista de la ventana de trabajo del SketchUp.

  • OpenStudio


En este programa se ingresan los materiales con sus propiedades termofísicas, se crean las construcciones por capas, se crean los horarios, y se pueden ejecutar simulaciones visualizando sus resultados.

Fig.2. Vista de la ventana de trabajo del OpenStudio.

  • EnergyPlus


Es el motor de cálculo para estimar la demanda de energía y cargas térmicas (calefacción y refrigeración) en una vivienda o edificio que permitan  mantener el confort térmico interior. Cabe señalar que el comportamiento térmico de un edificio está influenciado ya sea por el clima, su forma, los materiales que constituyen su envolvente, su orientación que tiene que estar integrado al clima y las ventanas.

El EnergyPlus trabaja con el EP-Launch donde se carga el archivo de trabajo generado en el SketchUp y OpenStudio con extensión IDF, se carga el archivo de clima con extensión EPW, se ejecuta la simulación, se visualizan los errores de la simulación en caso lo hubiera, y se obtienen las variables de salida.

El otro subprograma por denominarlo así es el IDF Editor, donde se ingresan las variables de entrada de acuerdo a las características del edificio, su uso, controles, periodo de ejecución de la simulación, ubicación del edificio, horarios, entre otros.


Fig.3. Ventana del EP-Launch.

Fig.4. Ventana del IDF Editor.

La metodología de uso del EnergyPlus parte por:

  • Contar con un archivo de clima horario, para ello se tiene que instalar una estación meteorológica en el lugar de estudio donde se construirá la vivienda o en todo caso utilizar los datos meteorológicos de la estación más cercana. Los archivos de clima a cargar en el EnergyPlus van con extensión EPW. El EnergyPlus cuenta con 3 archivos de clima con dicha extensión, para Lima, Arequipa y Cusco los cuales se pueden descargar de los siguientes enlaces:
AREQUIPA

CUSCO

LIMA

  • Contar con los planos al detalle, puertas, ventanas, claraboyas,...
  • Contar con información sobre la operatividad del edificio para la creación de sus respectivos horarios de controles.
  • Contar con información del control de los sistemas de climatización (calefacción-refrigeración) para la creación de sus horarios de control.

Y entre las variables de entrada al Energyplus se tiene:

  • El control de la simulación (por días de diseño o archivos de clima)
  • Las características de ubicación del edificio
  • Los algoritmos de cálculo
  • La localización del edificio
  • Periodo de ejecución de la simulación
  • Temperatura del suelo
  • Los horarios o controles de uso del edificio, personas, equipos, iluminación, …
  • Materiales
  • Cámaras de aire
  • Materiales de ventanas
  • Tipo de gas en ventanas en caso de llevar doble vidrio
  • Construcción
  • Detalles de superficies del edificio
  • Detalles de puertas y ventanas
  • Control de sombras de ventanas
  • Infiltraciones
  • Intercambios de aire entre zonas
  • ….

Y las variables de salida como:
  • Temperatura interior
  • Humedad Relativa interior
  • Pérdidas de energía por elementos constructivos
  • Ganancias de energía por elementos constructivos
  • Radiación solar incidente por m2 de superficies exterior
  • Radiación solar incidente por m2 de superficie interior
  •  …..
Como referencia del uso de los programas mencionados para determinar las cargas térmicas y temperatura interior, les comparto un estudio de caso desarrollado sobre un módulo de vivienda experimental altoandina en Ayacucho.