Análisis y simulación de la demanda energética de calefacción en una vivienda tipo con...

7/21/2019 Anlisis y simulacin de la demanda energtica de calefaccin en una vivienda tipo con soluciones de envolvente

1/16

1

ANALISIS Y SIMULACION DE LA DEMANDA ENERGETICA DE CALEFACCIONEN VIVIENDA TIPO CON SOLUCIONES DE ENVOLVENTE ESTRUCTURADAS ENPINO RADIATA DE ARAUCO DISTRIBUCION S.A.

Consultora: Bustamante y Encinas. Asesoras en Sustentabilidad Ltda.Mandante: Arauco Distribucin S.A.

INFORME DE RESULTADOS

Anlisis y simulacin de la demanda energtica de calefaccin en unavivienda tipo con soluciones de envolvente estructuradas en MSD y AraucoPly de

Arauco.

1. INTRODUCCION

El presente informe, solicitado por Arauco Distribucin S.A., tiene por objetivo el establecer las

demandas de energa de calefaccin generadas por una vivienda tipo, utilizando soluciones de

envolvente estructuradas en madera.

La vivienda estructurada en madera, ser supuesta con diferentes espesores de aislante

trmico en la cavidad del muro envolvente y se compara con el comportamiento trmico de una

vivienda con idntica arquitectura pero con un muro perimetral de albailera que cumple con el

valor mximo de transmitancia trmica exigido por la Reglamentacin Trmica de Viviendas

vigente, para las ciudades consideradas en este estudio, las cuales son: Santiago, Concepcin,Temuco y Puerto Montt.

El comportamiento trmico de la vivienda se realiz a travs de simulaciones con TAS 1,

software en rgimen dinmico que considera datos horarios de las variables que definen el

clima de un lugar. Para cada uno de los casos considerados se determin la demanda de

energa de calefaccin.

1Ver www.edsl.net


2/16

2



2. SIMULACIONES DE COMPORTAMIENTO TERMICO

2.1. La vivienda.

La figura siguiente muestra la vivienda tal como ha sido modelada en el software TAS.:

Figura 1:Planta de primer piso vivienda tipo

Figura 1: Vista general de la vivienda.

A continuacin se muestran las plantas de primer y de segundo piso:


3/16

3



Figura 2.- Planta de primer (izquierda) y segundo piso (derecha).

La superficie total de la vivienda alcanza 89.1 m2. Las superficies de cada recinto de la vivienda

se exponen en las tablas siguientes.

Tabla 1:Superficie recintos en primer piso vivienda tipo

Recinto Superficie (m2)

Living - comedor 22.9

Cocina 5.9

Hall 1 piso 6.9

Closet 1 piso 0.9

Bao 1 piso 3.8

Dormitorio 1 piso 11.8

Caja escaleras 1 piso 3.8

Total 56.0

NN


4/16

4



Tabla 2:Superficie recintos en segundo piso vivienda prototipo

Recinto Superficie (m2)

Bao 2 piso 4.4

Dormitorio 2 piso A 9.8

Dormitorio 2 piso B 7.1

Closet 2 piso A 0.7

Closet 2 piso B 0.7

Hall 2 piso 6.6

Caja escaleras 2 piso 3.8

Total 33.1

2.2. La envolvente de la vivienda

2.2.1 Envolvente en muros base de albailera de ladrillo

La envolvente de la vivienda base, con la cual se comparar el comportamiento trmico de la

vivienda al suponer envolvente estructurada en madera es la siguiente para cada una de las

ciudades consideradas en el estudio.

2.2.1.1. Santiago (Zona 3)

Muros: Albailera de ladrillos de 290x140x94mm. Transmitancia trmica 1,9W/m2C.

Cielo: Aislante trmico de poliestireno expandido 10kg/m3 de 80mm de espesor, sobre

listoneado de cielo de 2x2, el cual ser revestido de plancha de yeso cartn de

10mm de espesor. Transmitancia trmica 0,45W/m2C.

Ventanas: Vidrio claro simple de 4mm, con marco de aluminio. Transmitancia trmica

5,80W/m2C.


5/16

5



2.2.1.2. Concepcin (Zona 4)

Muros: Albailera de ladrillo de 290x140x113mm. Transmitancia trmica 1,7W/m2C.

Cielo: Aislante trmico de poliestireno expandido 10kg/m3 de 100mm, sobre listoneado

de cielo de 2x2, el cual ser revestido de plancha de yeso cartn de 10mm de

espesor. Transmitancia trmica 0,37W/m2C.


5,80W/m2C.

2.2.1.3. Temuco (Zona 5)

Muros: Albailera de ladrillo de 290x175x940mm. Transmitancia trmica 1,6W/m2C.



espesor. Transmitancia trmica 0,32W/m2C.

Ventanas: Vidrio claro simple de 4mm, con marco de aluminio. Transmitancia trmica5,80W/m2C.

2.2.1.4 Puerto Montt (Zona 6)

Muros: Albailera de ladrillo de 290x154x113mm, con estuco trmico de 34mm por

ambas caras. Transmitancia trmica 1,1 W/m2C.



espesor. Transmitancia trmica 0,28W/m2

C.


5,80W/m2C.

Nota: Cabe sealar que en el caso de muros divisorios del interior se consider en todos los

casos panel estructurado en madera (MSD Cepilado de 2x3) con yeso carn de 10mm por

ambos lados. Ello tanto en las viviendas de envolvente de albailera de ladrillos como en el

caso de envolvente estructurada en madera.


6/16

6



2.2.2. Envolvente en sistemas estructurados con MSD y AraucoPly de Arauco

Las situaciones simuladas en su envolvente con los sistemas de muros estructurados en MSD y

AraucoPly de Arauco. poseen idnticas caractersticas en cielo y ventanas que las enunciadasanteriormente para el caso de viviendas de albailera de ladrillos. La especificacin tcnica del

muro estructurado con productos de Arauco se detalla a continuacin:

Muro perimetral de 2,4m de alto x 2,4m de ancho, estructurado en madera MSD Cepillado de

Arauco 2x3 2x4 (cualquiera de las dos dimensiones pueden ser utilizadas para obtener el

comportamiento trmico presentado en el estudio) , con pies derechos cada 40,5cm medidos aeje, cadeneta a eje en el punto medio de la altura del tabique, solera superior e inferior. Esta

estructura de madera est forrada por su cara exterior con una placa arriostrante terciada

AraucoPly de 9,5mm y densidad seca de 480kg/m3, que cumple una funcin netamente

estructural, por lo que debe ser revestida exteriormente para dar la terminacin final, quedando

a eleccin del proyectista y/o calculista el material a utilizar para este fin. La cara en contacto

con el espacio interior est forrada con yeso cartn estndar de 10mm de espesor y densidad

de 700kg/m3. Entre el yeso cartn y la estructura del muro se instala una barrera de vapor

correspondiente a polietileno de 0,1mm. La configuracin anterior deja espacios libres en el

interior entre estructura, en estos espacios se instala aislante trmico, el cual se ubica

inmediatamente despus de la placa arriostrante terciada; el espacio de aire restante entre elaislante y la plancha de yeso cartn forma una cmara de aire no ventilada.

El tipo de aislante trmico a instalar en la cavidad del muro estructurado con productos de

Arauco. determina las 4 soluciones a analizar y comparar con los muros de albailera deladrillo. Estas soluciones son:

Solucin 1: Muro estructurado en MSD y AraucoPly con aislante interior de poliestirenoexpandido de 10kg/m3de densidad y 20mm de espesor. Transmitancia trmica 1,08W/m2C.

Solucin 2: Muro estructurado en MSD y AraucoPly con aislante interior de poliestirenoexpandido de 10kg/m3de densidad y 50mm de espesor. Transmitancia trmica 0,66W/m2C.

Solucin 3: Muro estructurado en MSD y AraucoPly con aislante interior de lana mineral de40kg/m3de densidad y 60mm de espesor. Transmitancia trmica 0,58W/m2C.

Solucin 4: Muro estructurado en MSD y AraucoPly con aislante interior de lana de vidrio enpanel rgido de 18kg/m3de densidad y 60mm de espesor. Transmitancia trmica0,55W/m2C.


7/16

7



Figura 3: Corte tipo de solucin constructiva 1 y 2 de muro Arauco

Figura 4: Corte tipo de solucin constructiva 3 y 4 de Arauco


8/16

8



Tabla 3:Transmitancia trmica de los sistemas considerados en el estudio

Transmitancia trmica de los sistemas constructivos considerados

Solucin Base Solucin 1 Solucin 2 Solucin 3 Solucin 4

Albailera deladrillo

EstructuraMadera

20mm dePoliestirenoExpandido10kg/m3

EstructuraMadera

50mm dePoliestirenoExpandido10kg/m3

EstructuraMadera

60mm deLana Mineral

40kg/m3

EstructuraMadera60mm de

Lana de Vidrio18kg/m3

Santiago 1.9

Concepcin 1.7Temuco 1.6

Puerto Montt 1.1

1.08 0.66 0.58 0.55

La tabla 3 muestra el valor de transmitancia trmica de cada uno de los sistemas constructivos

considerados en el estudio. En el caso de las albaileras de ladrillos, stas cumplen

exactamente con el mximo permitido por la Reglamentacin Trmica de Viviendas del MINVU.

Se observa que en el caso de las soluciones de envolvente estructuradas en pino radiata, las

respectivas transmitancias trmicas son significativamente inferiores a lo exigido por la indicada

Reglamentacin. La nica excepcin a ello es la solucin 2, con 20mm de aislante trmico que

cumple casi exactamente con lo que se exige en la ciudad de Puerto Montt.

2.3. Condiciones de operacin de las viviendas

Para realizar las simulaciones a travs del software TAS se ha supuesto la presencia de 4

personas en la vivienda y un total ganancias internas de aproximadamente 120 Wh/m 2da.

Estas ganancias se distribuyen a lo largo de las 24 horas de cada da.

La temperatura de confort para todos los recintos se fij en los siguientes valores:

24:00hrs a 07:00hrs 17C

08:00hrs a 23:00hrs 20C

La renovacin de aire se considera de 1.0 (1/h). Es decir, cada hora se renueva completamente

el aire de la vivienda con aire exterior para mantener un ambiente limpio de contaminantes y/o

con exceso de humedad.


9/16

9



3. DEMANDAS DE CALEFACCIN ANUALES

3.1. Demandas de energa de calefaccin para vivienda con distintos sistemasconstructivos.

La vivienda prototipo fue simulada con el software Tas para cada uno de los sistemas

constructivos indicados, suponiendo la vivienda en cuatro orientaciones (norte, sur, este y

oeste).

A continuacin se presentan las demandas de calefaccin anuales para la vivienda orientada al

norte (ver planos de planta).

Tabla 4:Demandas de energa de calefaccin para la vivienda con diferentes sistemasconstructivos en la envolvente

Demandas de calefaccin en vivienda prototipo (kWh/m2ao)*Muro estructurado en MSD y AraucoPlyEnvolvente

Ciudad

Muro de albailera de ladrillo

segn Reglamentacin

Trmica vigente

20mm PE(Solucin

1)

50mm PE(Solucin

2)

60mm LM(Solucin 3)

60mm LV(Solucin 4)

Santiago 130 123 102 98 96

Concepcin 145 135 111 106 104Temuco 147 144 119 114 112

Puerto Montt 159 --- 141 135 133

* Las demandas de calefaccin anuales fueron consideradas entre los meses abril a octubre, periodos en

que se hace efectiva la calefaccin en las viviendas.

Se aprecia un significativa disminucin en las demandas de energa de calefaccin en el caso

de considerar las viviendas con muros estructurados en MSD y AraucoPly., al compararlos con

idntica vivienda con albailera de ladrillos que cumplen con lo mnimo exigido por la

Reglamentacin Trmica en las distintas ciudades consideradas.

Ello se explica porque la transmitancia trmica de los sistemas de muros con estructura de

madera permiten fcilmente la instalacin de aislante trmico en la cavidad entre el

recubrimiento interior y exterior, lo que facilita la generacin de sistemas constructivos de buen

comportamiento trmico y que fcilmente cumplen con la Reglamentacin Trmica de Viviendas

vigente.

La figura siguiente muestra grficamente la indicada disminucin de las demandas de energa

de calefaccin en viviendas con envolvente estructuradas en madera respecto de las que usan

sistemas constructivos de albailera de ladrillos.


10/16

10



Figura 5: Demandas de energa de calefaccin en vivienda tipo con diferentes sistemasconstructivos en la envolvente

Los porcentajes de disminucin de la demanda de calefaccin obtenidos con cada una de las

soluciones estructuradas con MSD y AraucoPly, en relacin con la vivienda base con muros de

albailera de ladrillos se presentan en la siguiente tabla:

Tabla 5:Disminucin porcentual en demandas de energa de calefaccin para la vivienda condiferentes sistemas constructivos en la envolvente

Disminucin de demanda de calefaccin conestructura de MSD y AraucoPly

Envolvente

Ciudad

20mm PE(Solucin 1)

50mm PE(Solucin 2)

60mm LM(Solucin 3)

60mm LV(Solucin 4)

Santiago 11.3% 29.2% 32.5% 33.9%

Concepcin 13.6% 33.3% 36.9% 38.4%

Temuco 9.3% 29.0% 32.7% 34.2%

Puerto Montt --- 19.5% 23.6% 25.4%


11/16

11



Se observa que en la zona central y central sur del pas (incluido Temuco), las disminucines en

las demandas de energa son superiores al 30%. Ello se traduce en que independientemente

del sistema de calefaccin que se utilice y del tipo de energtico considerado (gas, electricidad,

lea), se obtendrn estos ahorros en el consumo de energa en las viviendas para mantenerlas

calefaccionadas en el perodo de invierno.

Cabe indicar que si bien las cifras mostradas consideran las demandas de energa al suponer la

vivienda orientada al norte, en los restantes casos se obtienen ahorros similares.

3.1. Ahorro anual en calefaccin

Con el propsito de apreciar el ahorro de energa anual2 en U.F por el uso de los muros

estructurados en MSD y AraucoPly en comparacin con la albailera de ladrillos., se analizan

diferentes opciones energticas para la calefaccin. Los precios utilizados para calcular el

ahorro en calefaccin dependiendo del tipo de sistema energtico a utilizar, se presentan en la

tabla siguiente:

Tabla 6:Precio del kWh para diferentes tipos de calefaccin

Sistema de

calefaccin

Precio unitario Precio por kWh ($) Precio por kWh (UF)

Kerosene 680 $/lt 68 0,003

Gas Licuado 1000 $/kg 69 0,003

Electricidad 115 $/kwh 115 0,006

Conociendo los precios de la tabla anterior se presentan a continuacin los ahorros anuales en

calefaccin (medidos en UF) para cada una de las soluciones de muro Arauco:

2Los ahorros fueron valorados considerando un rendimiento para estufas tanto a kerosene como a gas de un 95% y

un 100% de rendimiento para sistemas elctricos. Valor de UF al 13 de septiembre del 2008 $20882,05


12/16

12



El ahorro para la ciudad de Santiago llegan a valores cercanos a los 16,6 U.F. anuales para el

caso de solucin de muro 4 en la envolvente de la vivienda y considerando calefaccin con

electricidad. Se logra un ahorro aproximado de 10 U.F. al utilizar estufas a gas licuado okerosene como medio de calefaccin.

En el caso de Concepcin se obtiene lo siguiente:


13/16

13



Al valorizar el ahorro en la ciudad de Concepcin se alcanza las 18,8 U.F. anuales en el caso

de utilizar la solucin de muro mas eficiente trmicamente (solucin 4) y considerando

calefaccin con electricidad. Para el caso de gas licuado y kerosenne este ahorro bordea las 12

U.F. anuales.

Las estimaciones de ahorro de energa para el caso de Temuco se muestran en el siguiente

grfico:

En el caso de Temuco se obtienen valores similares a los de Santiago para la solucin 4 en la

envolvente, con un ahorro de 16.8 U.F. anual en el caso de la electricidad y de

aproximadamente 10 UF para gas licuado y kerosenne.

Para la ciudad de Puerto Montt se obtienen los ahorros presentados en la grfica siguiente:


14/16

14



El ahorro en esta ciudad alcanza las 12.5 U.F. anuales con la solucin 4, al suponer electricidadcomo medio de calefaccin y alrededor de 7 U.F anuales en el caso de kerosenne y gas

licuado. El ahorro menor en esta ciudad comparada con las otras localidades, se explicaporque la solucin de ladrillo considera una transmitancia trmica de 1,1 W/m2C demodo que cumpla con la Reglamentacin Trmica (para lo cual se puede suponeraislante trmico o estuco trmico de alto espesor por ambas caras).


15/16

15



4. COMENTARIOS FINALES.

El estudio muestra claramente el mejor comportamiento trmico que se logra con el uso de

sistemas constructivos estructurados en madera con aislante trmico en la cavidad entre el

recubrimiento interior y exterior.

El ahorro significativo en calefaccin justifica plenamente el uso de estos sistemas toda vez que

permiten menores consumos de calefaccin que sistemas constructivos basados en albailera

que cumplen con lo mnimo exigido por la Reglamentacin Trmica vigente.

Si bien el estudio se centra en 4 ciudades del pas, los resultados de ste pudieran extendersea ciudades de climas similares a las consideradas, ya sea en zonas costeras como del interior

del territorio.

Cabe indicar que en el clculo de transmitancia trmica de las soluciones con estructuras de

madera, se ha considerado la presencia de la estructura de madera (pie derechos, cadenetas y

soleras). Dado que se ha usado MSD en la estructura, material que presenta una conductividad

relativamente baja (conductividad trmica =0,104W/mC), su presencia no afecta mayormente

al comportamiento trmico del muro.

Incluso, este material no presenta mayores riesgos de condensacin superficial ni intersticialcomo ocurre con otros materiales de alta conductividad trmica, tal como el acero.

Cabe sealar que para alcanzar un buen comportamiento trmico de la vivienda estructurada en

madera, el aislante trmico en la cavidad del muro debe ser cuidadosamente instalado, evitando

todo tipo de espacio sin cubrir y buscando la mayor continuidad con el aislante instalado en el

cielo de las viviendas. Idntico cuidado debe tenerse con la instalacin de la barrera de vapor

en el interior del muro envolvente.

Adicionalmente y para lograr aun un mejor comportamiento trmico de la vivienda a los

observados en el estudio se pueden tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

Disear la vivienda lo ms compacta posible, de tal manera que la superficie de

envolvente sea la menor posible (acercar la forma de la vivienda a un cuadrado). El uso

de viviendas pareadas o continuas disminuyen la exposicin de la envolvente hacia el

exterior.

Orientar recintos tales como living, comedor y dormitorios preferentemente al norte, para

que se vean beneficiados con la radiacin solar en invierno. En la medida de lo posible

dejar la mayor parte del permetro de la vivienda hacia esta orientacin.


16/16

16



Usar ventanas con doble vidriado hermtico, complementando de esta manera el

mejoramiento trmico realizado en los muros al utilizar las soluciones constructivas con

productos Arauco

Utilizar protecciones solares para evitar el sobrecalentamiento en verano.

Ventilar entretechos en verano, en espacial en climas con altas temperaturas en este

perodo del ao. Se evita as la ganancia solar a travs de la techumbre.

Ventilar la vivienda para conseguir que el aire interior se mantenga con estndares de

calidad adecuados y sin exceso de humedad. Esta ventilacin, en especial en invierno,

debe ser controlada de modo que no sea excesiva. Es decir que no sea superior a la

necesaria para mantener la calidad del aire.

Evitas las infiltraciones de aire a travs de rendijas de la envolvente. El ahorro en el consumo de energa de calefaccin en las viviendas de madera con

respecto a las de albailera de ladrillo, se puede ser aun mayor al usar una estructura

de 2x4 se considere un aislante trmico de 90 mm de espesor.

Waldo Bustamante G.

Ingeniero Civil Mecnico UCh

Doctor en Ciencias AplicadasUniversidad Catlica de Lovaina, Blgica.

Santiago de Chile, Octubre de 2008

Análisis y simulación de la demanda energética de calefacción en una vivienda tipo con...

Documents

Transcript of Análisis y simulación de la demanda energética de calefacción en una vivienda tipo con...