Informe 1.a. UCOL Final copia - Dirección de Superación ...

Proyecto: Confort Ambiental y Desempeño Energético de la Vivienda Urbana Reporte 1b Identificación y comparación de los sistemas constructivos empleados en la zona conurbada Colima-Villa De Alvarez (ZCCVA) Objetivo que atiende Identificar y comparar los sistemas constructivos empleados por zona localidades involucradas en la Red, tales como Hermosillo Sonora, Colima Colima, Mexicali Baja California y la Zona Metropolitana de la Ciudad de México. Elaborado por

Cuerpo académico UCOL CA 25 “Arquitectura y Medio Ambiente” Participantes

Marcos González Trevizo Adolfo Gómez Amador Carlos Esparza López Armando Alcántara Lomelí

Cuerpo académico Arquitectura y Medio Ambiente UCOL CA25 Facultad de Arquitectura y Diseño Universidad de Colima Adolfo Gómez Amador / Armando Alcántara Lomelí / Luis Gabriel Gómez Azpeitia

ANTECEDENTES El presente informe toma como base el registro y análisis que llevaron a cabo los grupos académicos participantes, en conjuntos habitacionales de Vivienda masiva. Clima La zona está localizada en latitud norte entre los 18°53’ y 19°21´, y longitud oeste entre los 103°32’ y 103°43’. Presenta clima cálido-subhúmedo. El clima de acuerdo a la clasificación de Köppen - García es: Aw2 (García, 1988). La época más caliente se presenta en los meses de primavera-verano, mayo y junio, el primero con una temperatura máxima promedio de 32.2°C y mínima promedio de 20.5°C y humedad relativa promedio de 70%. La época más fría corresponde a los meses de invierno, enero y febrero, el primero con temperatura máxima promedio de 28.9°C y mínima promedio de 17.2°C y humedad relativa promedio de 77%. Vivienda en la ZCCVA Se realizó el estudio de 25 modelos de viviendas, que representan el 3.2% de las 49,936 viviendas potencialmente demandadas por debajo de los 4 vsm (CMIC, 2013). Es importante señalar que la oferta total de vivienda se concentra en menos de 10 compañías que desarrollan aproximadamente el 80% de la vivienda construida y este es el motivo de que el estudio se enfoque en éste sector. Los prototipos de cada compañía constructora son los mismos, independientemente de la región de la ZCCVA donde sea construido el conjunto habitacional. En algunos casos presentan variantes en colores, proporciones y elementos agregados, pero la base del modelo se conserva. La construcción de vivienda de gran escala se lleva a cabo preponderantemente en la conurbación, llegando a establecer conjuntos de 500 y hasta 2,000 viviendas similares. También es importante notar que estos desarrollos no tienen una periodicidad anual y que su programación está en función de la demanda y venta de vivienda. La demanda potencial nacional para vivienda de Infonavit en 2013 es de 8,903,868 de viviendas de las cuales 51,314 (1%) se han programado para el estado de Colima. El Plan Nacional de Desarrollo estima que existen en México 2.8 millones de viviendas que necesitan ser remplazadas y 11.8 millones que requieren algún tipo de mejoramiento o ampliación. Asimismo, para atender el crecimiento de la población se cree que en los próximos 20 años se demandarán 10.8 millones de viviendas (Infonavit, 2014). METODOLOGÍA

El registro de vivienda en una etapa previa de colaboración de los cuerpos académicos, se culminó en el año 2011, en el que se levantaron 25 Fichas Técnicas, una por cada modelo de vivienda ubicada dentro de los conjuntos habitacionales estudiados. Partiendo de los 25 modelos de vivienda, se registraron y agruparon los sistemas constructivos característicos. Los sistemas constructivos registrados se agruparon por tipo y dimensiones, arrojando así el tipo de sistemas constructivos y su frecuencia de uso. Una vez seleccionados los sistemas constructivos más representativos que se usan en la vivienda de ZCCVA, se llevan a cabo evaluaciones del gasto energético que requiere un espacio teórico para mantener las temperaturas dentro de rango de confort mediante la aplicación de un sistema de enfriamiento en caso de superávit de temperaturas, y para calentarlo cuando se presenta déficit de temperaturas. La evaluación energética se lleva a cabo mediante el software Ener-Habitat (2014). Para determinar la temperatura de neutralidad Tn, se empleó la ecuación propuesta por Humphreys y Nicol (2000).

Tn = 13.5 o C + 0.54 Tam Donde Tam es el promedio mensual de la temperatura ambiente en °C. La amplitud de la zona de confort DTc se determinó en función del promedio mensual de la amplitud de la oscilación de la temperatura ambiente DTa utilizando los valores que se muestran en la Tabla 1, la cual es la misma que usa la herramienta Ener-Habitat. Tabla 1. Amplitud de la zona de confort como función del promedio mensual de la amplitud de la oscilación de la temperatura ambiente Modificada de Morillón (2004).

En la Tabla 2 se presentan los valores de la temperatura ambiente promedio anual (Ta), la temperatura de neutralidad (Tn), el promedio anual de la amplitud de la oscilación de la temperatura ambiente (DTa) y la amplitud de la zona de confort (DTc). .

Tabla 2. Datos para calcular las temperaturas de la zona de confort para ZCCVA

El análisis de desempeño energético contra costo paramétrico se lleva a cabo mediante gráficas de dispersión, cruzando simultáneamente los datos de costo contra energía demandada para todos los sistemas encontrados. Dentro de este análisis, se asume que el material más conveniente, es el que se comporta dentro de un rango medio, que resulte más barato y comporte un menor gasto energético para mantener confort durante un año típico. El reporte energético se presenta para dos meses. En el más frío, que corresponde al mes de enero, y el mes cálido que es mayo. Una vez obtenido el desempeño energético de un metro cuadrado del sistema constructivo, así como su costo paramétrico por la misma unidad de área, se analizan los datos con dos procedimientos: el primero, para visualizar de manera rápida la correlación de gasto energético contra desempeño energético en gráficas de dispersión, en las que los materiales mejor evaluados serán los que se encuentren más cerca del cero de la misma gráfica, tanto por tener un menor costo, así como por hasber demandado el menor gasto energético por climatización mecánica. La segunda evaluación se lleva a cabo con base en procedimiento llamado Multi-objective optimization (Asadi et al 2012), para definir de una manera cuantitativa y lineal el material más adecuado, sumando los resultados de

Ta (°C) Tn (°C) ΔTa (°C) ΔTc (°C) 24.47 26.71 10.44 ±2.5

demanda energética contra los de costo mediante un procedimiento estadístico que ordena todos los resultados en una escala de cero a uno y los hace comparables de manera más directa, estableciendo así cuál de los sistemas constructivos tiene el costo bás bajo con la demanda energética más baja. En el primer paso del procedimiento se identifica cuál es el objetivo de la evaluación, pudiendo ser una maximización o una minimización. Para este caso, dado que se considera que el mejor sistema es el que presenta la menor demanda energética, así como el menor costo, los valores serán minimizados, de acuerdo con la siguiente ecuación:

En donde: α = Valor mínimo; Zc ó Ze = Sistema ideal con menor costo(c) ó Sistema con menor demanda de gasto energético (e); x = cada uno de los sistemas evaluados; Z

∗! =Sistema con

menor costo (c) ó menos gasto energético(e) de los evaluados; = Lamda, que permite dar un resultado pesado, en este caso el peso es de 50% a 50%. En un segundo cálculo se obtiene la proporción con respecto a un 100%, donde la suma de todos los sistemas evaluados es igual a 1. Considerando esto, entre más bajo sea el valor final, mejor será el sistema, porque esto representa un menor costo y una menor demanda energética y viceversa. Al sumar de manera lineal la demanda energética más el costo de un sistema, el que sume el valor más bajo será calificado como el más adecuado. IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS CONSTRUCTIVOS En este informe se presenta una clasificación de los de sistemas constructivos que se utilizan en las viviendas ofertadas en la ZCCVA y se calculan las proporciones de uso de cada uno de los sistemas constructivos. Como se mencionó en los antecedentes, los materiales y sistemas constructivos más utilizados en la ZCCVA se definieron a través del registro de 25 modelos de vivienda masiva. Se presenta en las Tablas 3, 4, 5, 6, 7 y 8 un resumen de los 25 registros de materiales realizados. Tabla 3. Materiales constructivos de los modelos de vivienda 01 a 05

Tabla 4. Materiales constructivos de los modelos de vivienda 06 al 09

MODELO Muros Color Exterior Losas Color

Exterior

Ventanas (S simple o

D Doble)Rejillas Puertas

Numero de Viviendas

del Modelo

A: Muro de tabicon 10x14x28 cms. Mortero

cemento-cal-arena acabado fino floteado, Muro de

tabicon 10x14x28 cms; Mortero cemento-cal-arena

acabado fino floteado

Beige claro

B: Muro de tabicon 10x14x28 cms. Mortero


tabicon 10x14x28 cms, Mortero cemento-cal-arena


Beige claro

A: Muro de tabicon 10x14x28 cm. Mortero

cemento-cal-arena acabado fino floteado, Muro de tabicon 10x14x28 cm,

Mortero cemento-cal-arena acabado fino floteado

Beige

A: Losa reticulada de 50x50cm. Azulejo blanco

de 20x30 cm, Capa de compresión concreto y

Losa reticulada de 50x50

Blanco S: Aluminio Rejilla vert. de aluminio

Bastidor triplay 6mm 115

B: Muro de tabicon 10x14x28 cm. Mortero


Mortero cemento-cal-arena acabado fino floteado,

Azulejo blanco de 20x30 cm

Blanco

B: Losa reticulada de 50x50cm. Azulejo blanco

de 20x30 cm,Capa de compresión concreto y

Losa reticulada de 50x50


Bastidor triplay 6mm

A: Muro de tabicon 10x14x28 cmsMortero

cemento-cal-arena acabado fino floteadoMuro de tabicon

10x14x28 cms

Blanco

B: Muro de tabicon 10x14x28 cmsMortero

cemento-cal-arena acabado fino floteadoMuro de tabicon

10x14x28 cms, Azulejo blanco de 20x30 cm.

Blanco



tabicon 10x14x28 cms y Mortero cemento-cal-arena


Beige

B: Muro de block de 12x20x40. Mortero cemento-

cal-arena acabado fino floteado, Muro de block de 12x20x40 y Azulejo blanco

de 20x30 cm.

Beige




Blanco





Blanco

87

A: Losa de vigueta y bovedilla.

Impermeabilizante, Losa de vigueta y bovedilla y


UCOL 02

UCOL 03 Blanco S: Aluminio Rejilla vert. de aluminio


UCOL 4

A: Losa reticulada de 50x50cm.

Impermeabilizante, Capa de compresión concreto y Losa reticulada de 50x50

Rojo S: Aluminio Rejilla vert. de aluminio


UCOL 5

A:Losa de concreto armado. -Losa de concreto armado y enlucido de yeso

pulido.

Blanco S: Aluminio natural

Rejilla vert. de aluminio



Bastidor triplay 6mm 24UCOL 01

A: Losa reticulada de 50x50. Impermeabilizante, Losa reticulada de 50x50, Mortero cemento-cal-arena

acabado fino floteado.

Rojo S: Aluminio


A: Muro de tabique de barro recocido 7x14x28 cm.

Mortero-arena 1:9 acabado fino, Muro de tabique de barro recocido 7x14x28 y


Beige

A: Muro de tabique de barro recocido 7x14x28 cm.

Mortero-arena 1:9 acabado fino, Muro de tabique de barro recocido 7x14x28,

Mortero cemento-cal-arena acabado fino floteado y

Azulejo blanco de 20x30 cm.

Blanco



tabicon 10x14x28 cm y Mortero cemento-cal-arena


Beige





Beige Claro

C: Muro de tabicon 10x14x28 cm. Mortero




Verde claro





Beige

B: Muro de tabicon 10x14x28 cm. Repellado

cemento-arena acabado con plana, Muro de tabicon 10x14x28 cm, Mortero

cemento-cal-arena acabado fino floteado, Azulejo blanco

de 20x30 cm

Sin color





Azul





Blanco

A: Losa de concreto armado de 10 cms.

Impermeabilizante, Losa de concreto armado de 10

cms y Mortero cemento-cal-arena acabado fino floteado

BlancoBastidor

triplay 6mm

UCOL 6



cms, Enlucido de yeso y Pintura vinilíca

BlancoS: Aluminio

naturalRejilla vert. de aluminio

UCOL 7



cms y Mortero cemento-cal-arena acabado fino floteado

RojoS: Aluminio

naturalRejilla vert. de aluminio




Rejilla vert. de aluminio 108

A: Losa reticulada de 50x50cm.

Impermeabilizante, Capa de compresión concreto y Mortero cemento-cal-arena


RojoS: Aluminio

naturalRejilla vert. de aluminioUCOL 8

UCOL 9S: Aluminio

natural






Blanco



tabicon 10x14x28 cm y Repellado cemento-arena

acabado con plana y Azulejo blanco de 20x30 cm.

Blanco

A: Muro de tabique de barro recocido 7x14x28. Mortero cemento-cal-arena acabado

fino floteado, Muro de tabique de barro recocido

7x14x28 y Mortero cemento-cal-arena acabado fino

floteado

Beige

B: Muro de tabique de barro recocido 7x14x28. Mortero cemento-cal-arena acabado


7x14x28, Mortero cemento-cal-arena acabado fino

floteado y Azulejo blanco de 20x30 cm

Beige

C: Muro de tabique de barro recocido 7x14x28. Mortero cemento-cal-arena acabado


7x14x28 y Mortero cemento-cal-arena acabado fino

floteado

Beige




acabado fino floteado y Pintura vinilíca

Beige

A: Losa de vigueta y bovedilla.

Impermeabilizante, Losa de vigueta y bovedilla,

Emplastecido de yeso a base de sellador vinilico y

Pintura vinilíca

Rojo




acabado fino floteado y Azulejo blanco de 20x30 cm.

Gris claro

B: Losa de vigueta y bovedilla.

Impermeabilizante, Losa de vigueta y bovedilla,

Emplastecido de yeso a base de sellador vinilico y

Pintura de esmalte.

Rojo

A: Vigueta y bovedilla. Teja de barro, camara de aire, vigueta y bovedilla y tirol

cemento-arena

Rojo

B: Vigueta y bovedilla. impermeabilizante carton

asfaltico, vigueta y bovedilla y tirol cemento-arena

Negro

A: Losa reticulada de 50x50. Impermeabilizante, Losa reticulada de 50x50, Mortero cemento-cal-arena


S: Aluminio natural


Bastidor triplay 6mmBlanco

UCOL 11

A: Losa de concreto armado. -loseta vidriada; pegazulejo-cementante;

losa de concreto armado; plafond de yeso pulido.

Blanco S: Aluminio natural



6

UCOL 10

Cancel aluminio-

vidrio claro 6mm

43

44

Arcilla-café claro

S: Alumnio-vidrio claro

6mm



UCOL 12 S: Aluminio -

44UCOL 13

A: Block de concreto solido. Mortero cemento-cal-arena acabado fino floteado, block de concreto solido y mortero cemento-cal-arena acabado

fino floteado



cemento-cal-arena acabado fino floteado, muro de

tabicon 10x14x28 cms y mortero cemento-cal-arena


Beige claro





Verde claro

C: Muro de tabique de barro recocido 7x14x28. Mortero cemento-cal-arena acabado

fino floteado, muro de tabique de barro recocido

7x14x28, mortero cemento-cal-arena acabado fino

floteado y azulejo blanco de 20x30 cm.

Beige claro





Blanco



7x14x28, mortero cemento-cal-arena acabado fino

floteado y azulejo blanco de 20x30 cm.

Blanco



7x14x28 y mortero cemento-cal-arena acabado fino

floteado.

Blanco



7x14x28, repellado cemento-arena acabado con plana y

azulejo blanco de 20x30 cm.

Blanco




floteado.

Beige claro



7x14x28 y azulejo blanco de 20x30 cm.

Beige claro


41

UCOL 17

A: Losa de concreto armado. Impermeabilizante acrilico elastomérico, losa

de concreto armado y enlucido de yeso.



13

UCOL 14

A: Losa de concreto armado. Impermeabilizante, losa de concreto armado y mortero cemento-cal-arena


RojoS: Alumnio-vidrio claro

6mm



68

UCOL 15

A: Losa de concreto armado.Impermeabilizante

carton arenado, losa de concreto armado y enlucido

de yeso

Rojo S: AluminioRejilla vert. de aluminio


UCOL 16

A:Losa de concreto armado. Impermeabilizante, losa de concreto armado y

enlucido de yeso.







Blanco




floteado.

Blanco





Blanco



tabicon 10x14x28 cms, mortero cemento-cal-arena

acabado fino floteado y azulejo blanco de 20x30 cm.

Blanco





Blanco





Blanco




acabado fino floteado y pintura colores variables.

Beige

A: Vigueta y bovedilla. Impermeabilizante, vigueta

y bovedilla, enlucido de yeso y pintura vinilíca.

Rojo





Beige

B: Vigueta y bovedilla. Impermeabilizante, vigueta

y bovedilla, enlucido de yeso y pintura esmalte

blanco.

Gris

S: AluminioRejilla vert. de aluminio


UCOL 21 S: Aluminio Rejilla vert. de aluminio


40

234

UCOL 19


y bovedilla y mortero cemento-cal-arena acabado

fino floteado.

Blanco S: AluminioRejilla vert. de aluminio


UCOL 18

A: Losa de concreto armado. Impermeabilizante

carton arenado, losa de concreto armado y enlucido

de yeso.

Rojo óxido

S: Aluminio Rejilla vert. de aluminio


UCOL 20


y bovedilla y mortero cemento-cal-arena acabado

fino floteado.

Blanco

De los materiales registrados, se seleccionan para el análisis de gasto energético únicamente los utilizados en la envolvente de la edificación, es decir los que corresponden a muros y losas. Muros





Beige claro





Verde claro

C: Muro de tabicon 10x14x28 cms. Mortero




Beige claro


cemento-cal-arena acabado fino floteado y muro de tabicon 10x14x28 cms.

Beige claro


cemento-cal-arena acabado fino floteado y muro de tabicon 10x14x28 cms.

Verde claro

C: Muro de tabicon 10x14x28 cms. Mortero




Beige claro





Blanco





Blanco




floteado.

Beige




floteado.

Blanco

46UCOL 25

A: Losa de concreto armado. Impermeabilizante acrilico elastomérico y losa

de concreto armado.



8

UCOL 24





UCOL 23


de concreto armado y mortero cemento-cal-arena


Rojo S: Aluminio Rejilla vert. de aluminio




Rojo óxido

S: Aluminio Rejilla vert. de aluminio


4UCOL 22

En muros, el sistema constructivo más usado es el tabique de jalcreto (de 0.14 m de espesor), presente en 90.10% de las viviendas de la muestra. Seguido del sistema de tabique de barro recocido (espesor de 0.14 m) con presencia en 28.30% de los casos. Después se encuentra el sistema de block de concreto (espesor de 0.12 m) con 11.70%. Por último, se encuentra el muro de concreto reforzado (espesor de 0.10 m) con 0.40%. Ver Tabla 9 y Figura 1. Tabla 9. Sistemas constructivos utilizados en muros

Figura 1. Porcentaje de uso por tipo de sistemas constructivos en muros en la ZCCVA.

Losas Para techos, el sistema constructivo de concreto armado (de 0.10 m, 0.14 m y 0.15 m de espesor) es el más utilizado que presenta en 49.90% de las viviendas de la muestra. Seguido del sistema de vigueta y bovedilla de concreto con presencia en 21.50% de los casos. Después se encuentra el sistema de losa reticulada con casetón de poliestireno en 20.30% de los casos. Por último, se encuentra la losa de vigueta y bovedilla de poliestireno con el 8.20% de representatividad. (Tabla 10 y Figura 2). Tabla 10. Sistemas constructivos utilizados en techos.

1 Concreto reforzado 10cms: estuco-‐concreto 0.10 m-‐estuco CARM_M10 6 0.4

6 0.4

2 Tabique de barro recocido: mortero-‐tabique .014 m-‐mortero TAB_M17 452 28.33 Tabicon de jalcreto: mortero-‐tabicon 0.14 m-‐mortero TBN_M17 1440 90.1

1892 118.4

1898 118.84 Block de concreto: mortero-‐block 0.12 m-‐mortero BCON_M12 187 11.7

Block hueco 187 11.7

187 11.72085 130.5

Numero de casas # Sistema constructivo Etiqueta

Total de casas representadas 1598

%

Sistemas constructivos para Muros 4

Concreto armado

Tabique

Total de casas con sistemas de capas homogeneas

Total de casas con sistemas de capas no homogeneas

Figura 2. Porcentaje de uso por tipo de sistemas constructivos en muros en la ZCCVA.

ANÁLISIS ENERGÉTICO Muros Las simulaciones de desempeño energético de los sistemas constructivos en el software Ener-Habitat, se fueron programadas por una parte con los datos de masa y termofísicos de cada material, y por otra parte, se establecieron condiciones de aislamiento de variables que permitan hacer comparativos los resultados energéticos de los diferentes sistemas constructivos utilizados en cada región, con sus condiciones climáticas. El reporte energético se presenta en dos partes, una para el mes de enero, y otra para el mes de mayo. En las sesiones de trabajo de la Red de Investigación se establecieron los siguientes criterios comunes a seguir para muros homogéneos y no

Concreto armado de 0.10 m: Impermeabilizante-‐losa de concreto de 0.10 m-‐yeso

CARM_L10760 47.6


CARM_L1430 1.9


CARM_L158 0.5

798 49.9798 49.9

Vigueta de concreto y bovedilla de poliestireno VIBOU 131 8.2Vigueta de concreto y bovedilla de concreto VIBO 344 21.5

475 29.7Losa Reticulada .50 x .50 Con casetón de poliestireno 325 20.3

325 20.3800 50.11598 100.0

Sistema constructivo Etiqueta Numero de casas %

Vigueta y bovedilla

Total de casas con sistemas de capas homogéneasConcreto armado

1598Sistemas constructivos para losas 5

Total de casas representadas

Total de casas con sistemas de capas no homogéneasReticuladas

-‐

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

Concreto armado (0.10 m, 0.14 m y 0.15 m espesor)

Vigueta y bovedilla de poliestireno

Vigueta y bovedilla de concreto

Losa reticulada

PORCENTAJE

homogéneos: Carga energética (simulación con aire acondicionado); simulaciones en mayo y enero (meses frío y cálido para la ZCCVA); orientación de muros al poniente; absortancia de 0.4.; muros verticales a 90°. El primero de los muros homogéneos simulados en Ener Habitat, es el muro de concreto armado con aplanado exterior e interior de 0.005 m a base de pasta acrílica texturiza conocida comercialmente como estuco. La tabla 11 muestra las dimensiones y propiedades termofísicas del muro. Tabla 11. Dimensiones y propiedades termofísicas de muro de concreto.

Materiales

Conductividad térmica [W/m K]

Densidad [ kg/m3 ]

Calor especifico

a 20 °C [ J/kg K ]

Capa exterior a capa interior Espesor [m]

Pasta acrílica texturizada (estuco) 0.005 0.721 2659 837 CARM_M10. Concreto armado 0.10 1.8 2400 1050 Pasta acrílica texturizada (estuco) 0.005 0.721 2659 837

Nomenclatura de sistemas constructivos: CARM_M10: Muro de concreto de 0.10 m.

El segundo muro homogéneo simulado en Ener Habitat, es el muro de tabique de barro recocido con aplanado exterior e interior de 0.015 m a base de mortero cemento-arena. La tabla 12 muestra las dimensiones y propiedades termofísicas del muro, que en la ZCCVA representan el 28.30% del total de las viviendas registradas. Tabla 12. Dimensiones y propiedades termofísicas de muro de concreto.

Materiales


Densidad [ kg/m3 ]

Calor especifico

a 20 °C [ J/kg K ]


mortero cemento-arena 0.015 1.0 1800 1000 TAB_M17. Tabique de barro recocido 0.14 0.84 1700 900 mortero cemento-arena 0.015 1.0 1800 1000

Nomenclatura de sistemas constructivos: TAB_M17. Tabique de barro recocido de 0.14 m.

El último muro homogéneo simulado en Ener Habitat, es el muro de tabique de jalcreto con aplanado exterior e interior de 0.015 m a base de mortero cemento-arena. La tabla 13 muestra las dimensiones y propiedades termofísicas del muro, que en la ZCCVA representan el 90.10% del total de las viviendas registradas. Tabla 13. Dimensiones y propiedades termofísicas de muro de concreto.

Materiales


Densidad [ kg/m3 ]

Calor especifico

a 20 °C [ J/kg K ]


mortero cemento-arena 0.015 1.0 1800 1000 TBN_M17. Tabique de jalcreto 0.14 1.0 1213 1119 mortero cemento-arena 0.015 1.0 1800 1000

Nomenclatura de sistemas constructivos: TBN_M17. Tabique de jalcreto de 0.14 m.

El único muro no homogéneo simulado en Ener Habitat, es el muro de block hueco de concreto con aplanado exterior e interior de 0.015 m a base de mortero cemento-arena. La tabla 14 muestra las dimensiones y propiedades termofísicas del muro no homógeneo, que en la ZCCVA representan el 11.70% del total de las viviendas registradas. Tabla 14. Dimensiones y propiedades termofísicas de muro de concreto.

Materiales


Densidad [ kg/m3 ]

Calor especifico

a 20 °C [ J/kg K ]


mortero cemento-arena 0.015 1.0 1800 1000 BCON_M12. Block de concreto 0.14 1.63 2300 1000 mortero cemento-arena 0.015 1.0 1800 1000

Nomenclatura de sistemas constructivos: BCON_M12. Block de concreto de 0.12 m.

Gasto energético en muros Las simulaciones realizadas en Ener Habitat, tanto para sistemas homogéneos como para sistemas no homogéneos muestran que el mayor gasto energético se presenta en el mes cálido. Para la temporada cálida de la ZCCVA, el mayor gasto energético deriva de las elevadas temperaturas interiores que tienen que ser reducidas para llegar a la temperatura neutra calculada, por lo que un mejor material deberá ser el que promueva menor gasto energético ante esta condición. El sistema de muro BCON_M12, que demanda el menor gasto energético para ambas temporadas climáticas, presenta un factor de decremento igual a 0.07 para el mes cálido y 0.12 para el mes frío, y tiene el peso específico más bajo. Los resultados obtenidos una vez realizadas las simulaciones son los mostrados en la Tabla 15. Tabla 15. Demanda energética muros homogéneos y no homogéneos.

Sistema Constructivo Etiqueta

Uso de los sistemas

constructivos (%)

Demanda energética total mes

cálido -‐mayo ZCCVA

(Wh/m2 día)

Factor de Decremento mes cálido

Demanda energética total mes frío -‐ enero ZCCVA (Wh/m2

día)

Factor de Decremento mes frío

Peso específico

del sistema (kg/m2)

Concreto armado CARM_M10 0.40 423.37 0.56 341.61 0.52 268.56 Tabique de barro recocido TAB_M17 28.30 302.89 0.33 242.50 0.29 323.07 Tabique de jalcreto TBN_M17 90.10 266.69 0.27 209.47 0.25 251.75 Porcentaje de uso sistemas homogéneos 118.80 block hueco de concreto BCON_M12 11.70 225.69 0.07 231.82 0.12 199.02 Porcentaje de uso sistemas no homogéneos 11.70

El sistema constructivo BCON_M12 promovió el menor gasto energético en el mes cálido mientras que el sistema TBN_M17 lo hizó para el mes frío.(Figura 3).

Figura 3. Carga térmica por sistema constructivo para el mes de abril

Elección del sistema de muro más adecuado Paralelamente al análisis energético se estimó el costo paramétrico de un metro cuadrado de cada sistema constructivo (Tabla 16). La figura 4 muestra la correlación entre gasto energético y costo para cada sistema de muros.

Tabla 16. Demanda energética y costos en muros

0

50100

150200

250300

350

400450

CARM_M10 TAB_M17 TBN_M17 BCON_M12

Demanda energética total mes cálido -‐mayo ZCCVA (Wh/m2 día)Demanda energética total mes frío -‐ enero ZCCVA (Wh/m2 día)

Muros

Sistema Constructivo Sistema

Demanda energética total mes cálido -‐ mayo ZCCVA (Wh/m2 día)

Costo del sistema (pesos/m2)

Concreto armado CARM_M10 423.37 $ 463.83 Tabique de barro recocido TAB_M17 302.89 $ 448.58

Tabique de jalcreto TBN_M17 266.69 $ 402.65 Block hueco de concreto BCON_M12 225.69 $ 362.44

Figura 4. Gráfica de dispersión de gasto energético Vs costo por m2 en muros

Se observa que el sistema BCON_M12 es el que aporta un menor gasto energético y tiene el costo más bajo. La selección del sistema más adecuado se llevó a cabo mediante el método Multi-objetive optimization (Asadi et al 2012) descrito en la metodología, mediante el cual se cruzan datos de gasto energético y costo paramétrico para determinar así el material más adecuado. El sistema constructivo mejor calificado, que se encuentra como más adecuado en este análisis es el sistema BCON_M12, muro de block hueco de concreto de 0.15 m, con un puntaje total de 0.31 (Tabla 17). Tabla 17. Datos de demanda energética Vs costo con el modelo Multi-objective optimization

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500 600

Costo $

Wh/m2 día

CARM_M10

TAB_M17

TBN_M17

BCON_M12

Sistema

Demanda energética total mes cálido -‐

mayo ZCCVA (Whr/m2

día)

Costo del sistema

(pesos/m2)


cálido -‐ mayo ZCCVA

(Whr/m2 día)

Costo del sistema

(pesos/m2)

Demanda energética total mes cálido -‐

mayo ZCCVA (Whr/m2

día)

Costo del sistema (pesos/m

2)

Total

CARM_M10 423.37 463.83

197.68 101.39

0.63 0.45 1.07 TAB_M17 302.89 448.58

77.19 86.14

0.24 0.38 0.62

TBN_M17 266.69 402.65

41.08 40.21

0.13 0.18 0.31 BCON_M12 225.69 362.44

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

Total

315.95 227.74

1.00 1.00

Los resultados en color amarillo son los que obtienen el puntaje más bajo (mejor). Tomando en cuenta el resultado directo de la evaluación, y que el principal objetivo del presente estudio es obtener el material que aporte un mejor desempeño energético, se considera como material más adecuado el muro BCON_M12. Losas En el caso de las losas, se tomaron los valores termofísicos y de masa con el mismo criterio seguido en los muros. En las sesiones de trabajo de la Red de Investigación se establecieron los siguientes criterios comunes a seguir: Simulaciones en mes cálido (mayo en la ZCCVA) y mes frío (enero ZCCVA); losas horizontales con absortancia de 0.4. Los sistemas contructivos en losas se describen en las Tablas 18, 19, 20 y 21. Tabla 18. Sistemas constructivos para techos homogéneos, losas CARM_L10, CARM_L14 y CARM_L15.

Materiales


Densidad [ kg/m3 ]

Calor especifico

a 20 °C [ J/kg K ]


Impermeabilizante acrílico reforzado 0.003 0.2 1050 1500 CARM_L10. Concreto armado 0.10

CARM_L14. Concreto armado 0.14 1.8 2400 1050 CARM_L15. Concreto armado 0.15

Aplanado a base de yeso 0.015 0.42 1200 837

Nomenclatura de sistemas constructivos: CARM_L10: Losa de concreto de 0.10 m, CARM_L14: Losa de concreto de 0.14 m y CARM_L15: Losa de concreto de 0.15 m.

Tabla 19. Sistemas constructivos para techos no homogéneos, Losa VIBOU.

Materiales

Conductividad térmica

[kW/m K] Densidad [ kg/m3 ]

Calor especifico

a 20 °C [ J/kg K ]


Impermeabilizante acrílico reforzado 0.003 0.2 1050 1500 Capa de compresión de concreto armado 0.05 1.8 2400 1050 VIBOU. Poliestireno 0.15 0.04 15 1400 Aplanado a base de yeso 0.015 0.42 1200 837

Nomenclatura de sistemas constructivos: VIBOU: Losa de vigueta y bovedilla de poliestireno.

Tabla 20. Sistemas constructivos para techos no homogéneos, Losa VIBO

Materiales


[kW/m K]

Densidad [ kg/m3 ]

Calor especifico

a 20 °C [ J/kg K ]


Impermeabilizante acrílico reforzado 0.003 0.2 1050 1500 Capa de compresión de concreto armado 0.05 1.8 2400 1050 VIBO. Concreto 0.15 1.63 2300 1000 Aplanado a base de yeso 0.015 0.42 1200 837

Nomenclatura de sistemas constructivos: VIBO: Losa de vigueta y bovedilla de concreto.

Tabla 21. Sistemas constructivos para techos no homogéneos, Losa RCP

Materiales


[kW/m K] Densidad [ kg/m3 ]

Calor especifico

a 20 °C [ J/kg K ]


Impermeabilizante acrílico reforzado 0.003 0.2 1050 1500 Capa de compresión de concreto armado 0.05 1.8 2400 1050 RCP. Casetón poliestireno 0.15 0.04 15 1400 Aplanado a base de yeso 0.015 0.42 1200 837

Nomenclatura de sistemas constructivos: RCP: Losa reticulada de casetón de poliestireno.

Gasto energético en losas

Las simulaciones en losas permiten observar que para los sistemas de losas de concreto el mayor gasto energético se presenta en el mes cálido. La condición más crítica en el clima cálido de la ZCCVA se presenta en mayo, en el que la losa reticular con casetones de poliestireno (CARM_L10) aporta menor gasto (Tabla 22 y Figura 5). Tabla 22. Demanda energética de losas homogéneas y no homogéneas

Sistema Constructivo Etiqueta

Uso de los sistemas

constructivos (%)

Demanda energética total mes cálido -‐mayo ZCCVA

(Wh/m2 día)

Factor de Decrement

o mes cálido

Demanda energética total mes frío -‐ enero ZCCVA

(Wh/m2 día)

Factor de Decremento mes frío

Peso específico del

sistema (kg/m2)

Concreto armado 0.10 m CARM_L10 47.6 459.29 0.48 343.83 0.45 257.73 Concreto armado 0.14 m. CARM_L14 1.9 352.20 0.38 255.29 0.34 353.63 Concreto armado 0.15 m. CARM_L15 0.5 330.21 0.35 237.04 0.32 374.25 Porcentaje de uso sistemas homogéneos 49.9 Vigueta y bovedilla de poliestireno VIBOU 8.2 146.36 0.09 93.57 0.08 213.43 Vigueta y bovedilla de concreto VIBO 21.5 273.39 0.07 177.29 0.08 323.24 Losa reticulada con casetón de poliestireno RCP 20.3 133.12 0.08 85.47 0.07 290.01 Porcentaje de uso sistemas no homogéneos 50.1

El sistema constructivo CARM_L10, también promovió el menor gasto energético en el mes frío (Figura 5).

Figura 5. Carga térmica por sistema constructivo para ambas temporadas.

Selección del sistema de losa más adecuado

0

100

200

300

400

500

600

700

L1 L2 L3 L4 L5 L6

Demanda energética total mes cálido -‐mayo ZCCVA (Wh/m2 día)

Demanda energética total mes frío -‐enero ZCCVA (Wh/m2 día)

Una vez conocido el desempeño energético de los sistemas de losas, se cruzan los resultados con el costo paramétrico de cada uno de ellos (Tabla 23). La figura 6 muestra la correlación entre gasto energético y costo para cada sistema de losas.

Tabla 23. Demanda energética y costos en losas.

Losas

Sistema Constructivo Sistema Demanda energética total mes cálido -‐ mayo ZCCVA

(Whr/m2 día)

Costo del sistema (pesos/m2)

Concreto armado 0.10 m CARM_L10 459.29 $ 478.75

Concreto armado 0.14 m. CARM_L14 352.20 $ 530.30

Concreto armado 0.15 m. CARM_L15 330.21 $ 543.18

Vigueta y bovedilla de poliestireno VIBOU 146.36 $ 551.54

Vigueta y bovedilla de concreto VIBO 273.39 $ 591.40 Losa reticulada con casetón de poliestireno RCP 133.12 $ 596.85

Figura 6. Gráfica de dispersión de gasto energético Vs costo por m2 en losas

Se observa que el sistema RCP es el que aporta un menor gasto energético y que el sistema CARM_L10 tiene un costo más bajo. Con base en el modelo Multi-objective optimization (Asadi et al 2012) se cruzan datos de gasto energético y costo paramétrico para determinar así el sistema más adecuado. El sistema constructivo mejor calificado en este análisis es el VIBOU, losa de vigueta y bovedilla de poliestireno, con un puntaje total de 0.19 (Tabla 24). Tabla 24. Datos de demanda energética Vs costo con el modelo Multi-objective optimization.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500 600

Costo $

Wh/m2 día

CARM_L10

CARM_L14

CARM_L15

VIBOU

VIBO

RCP

Sistema


cálido -‐ mayo ZCCVA

(Wh/m2 día)

Costo del sistema /m2

(pesos)


Costo del sistema

/m2 (pesos)


Costo del sistema /m2

(pesos) Total

CARM_L10 459 479

326 0

0.36 0.00 0.36

CARM_L14 352 530

219 52

0.24 0.12 0.37

CARM_L15 330 543

197 64

0.22 0.15 0.37

VIBOU 146 552

13 73

0.01 0.17 0.19

VIBO 273 591

140 113

0.16 0.27 0.43

RCP 133 597

0 118

0.00 0.28 0.28

Total

896 420

1.00 1.00

El resultado en color amarillo es el que obtiene el puntaje más bajo y se considera el mejor.

Tomando en cuenta el resultado directo de la evaluación se considera como sistema más adecuado el de losa de vigueta y bovedilla de poliestireno (VIBOU), y aunque el principal objetivo del presente estudio es obtener el material que aporte una mejor relación entre costo y desempeño. Este sistema constructivo se encuentra en la cuarta posición respecto al costo y en segundo lugar respecto al desempeño energético. CONCLUSIONES La selección de los materiales más apropiados para cada una de las regiones debe tomarse con las reservas que implica la selección de una losa y un muro dentro de conjuntos habitacionales ya construidos, es decir, dentro de los sistemas constructivos que los desarrolladores de vivienda usan masivamente por ser los que les aportan más utilidad económica y dentro de éstos, que son con los que realmente se construye en la actualidad, se seleccionó el que aporta un mejor desempeño energético, bajo las condiciones particulares de simulación descritas en la metodología de este trabajo. Asimismo se debe tomar en cuenta que la evaluación de desempeño energético con el software Ener Habitat, basado en la transferencia de calor por unidad de area de cada sistema constructivo, mas no de una edificación con varios sistemas de manetra simultanea. En referencia a los muros, el sistema constructivo mejor evaluado, y que se considera más adecuado es el muro de block hueco de concreto de 12 cm de espesor. La mejor evaluación de este sistema se desprende sobre todo de su mejor desempeño energético, aunado al costo mas bajo dentro de los sistemas constructivos analizados. Para losas el sistema constructivo mejor calificado es la losa de vigueta y bovedilla de poliestireno, según Asadi; de manera ponderada reune la mejor relación costo-desempeño energético en el mes cálido, el cua se constituye como el de mayor demanda energetica anual para la ZCCVA.

FUENTES CONSULTADAS García E. (1988). Modificaciones al Sistema de clasificación climática de Köppen. Talleres de Offset Larios, S.A. México. Camara Mexicana de la Industria de la construccion (2013). Demanda Potencial 2013. CMIC. México. INFONAVIT. (2013). Plan Financiero 2014 - 2018. INFONAVIT. México. Humphreys M, y Nicol F. (2000). Outdoor temperature and indoor thermal comfort raising the precision of the relationship for the 1998 ASHRAE database files studies. ASHRAE Transactions, 106 (2). Atlanta. p. 485-492. Morillón D. (2004). Atlas del bioclima de México. Instituto de Ingeniería, UNAM. México, D.F. Asadi E, da Silva M, Henggeler C, Dias L. (2012). Multi-objective optimization for building retrofit strategies: A model and an application. Elsevier - Energy and Buildings 44, pp 81–87. Oxford, UK. Ener-Habitat v2.2.0. (2014). Ener Habitat, Evaluación térmica de la envolvente arquitectónica, software libre. UNAM, UAM Azcapotzalco, UNISON, UCOL, UAT. México.

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