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MASTER ARQUITECTURA ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE

ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE BARCELONA

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE CATALUÑA

TESINA DE MASTER

“El confort térmico en la vivienda social en Chile: evolución histórica y posibilidades

de introducción al diseño arquitectónico solar pasivo para su mejoramiento.”

Alumno: Carlos Henriquez Cortez Tutor: Antonio Isalgue

Septiembre 2014

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INDICE.

Resumen ____________________________________________________________ 3

Introducción__________________________________________________________ 4

1. La problemática de la vivienda social en Chile. Evolución histórica y desafíos ______ 5

2. La problemática energética______________________________________________ 11

3. El Marco Técnico______________________________________________________ 17

3.1 Reglamentación térmica: Marco normativo _____________________________ 18

3.2 Zonificación climática: zonas a estudiar ________________________________ 19

4. Tipología Materialidad y demanda energética ______________________________ 22

4.1 Tipología ________________________________________________________ 23

4.2 Materialidad______________________________________________________ 26

4.3 Demanda energética _______________________________________________ 27

5. Factores de diseño ____________________________________________________ 30

5.1 Factor de Forma___________________________________________________ 31

5.2 Orientación ______________________________________________________ 32

5.3 Aislación ________________________________________________________ 33

6. Estudio de casos ______________________________________________________ 36

6.1 Datos climáticos para el estudio de casos_______________________________ 37

6.1.1. Antofagasta _________________________________________________ 38

6.1.2. Santiago ____________________________________________________ 43

6.1.3. Punta Arenas ________________________________________________ 48

6.2 Materialidad por zona de estudio _____________________________________ 53

6.2.1. Muros _____________________________________________________ 54

6.2.2. Cielos _____________________________________________________ 56

6.2.3. Pisos Ventilados _____________________________________________ 57

6.3 Vivienda tipo_______________________________________________________60

6.4 Análisis para la determinación de la superficie de ventana norte ideal ________ 63

6.4.1 Determinación de la ventana norte ideal. Vivienda tipo 1 _____________ 64

6.4.2 Diseño de vivienda alternativo Vivienda tipo 2 ______________________68

6.4.3 Variación en la masa térmica_____________________________________72

7. Conclusiones_________________________________________________________ 79

8. Bibliografía __________________________________________________________ 84

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RESUMEN

Chile es un país dependiente del uso de energías fósiles que en su mayoría son importadas

desde el extranjero, es decir se trata de un país altamente dependiente y susceptible a las

variaciones del mercado energético mundial. En los últimos 20 años el país se ha desarrollado

de una forma constante y sostenida y como consecuencia también lo ha hecho su consumo

energético: en los últimos 20 años este consumo ha aumentado en un 122%. Prácticamente un

cuarto de este consumo energético, está dado por el sector de la vivienda. Se trata de una

situación compleja que requiere especial atención. Existe hoy un plan país de eficiencia

energética que promueve planeamientos y diseños apropiados para lograr reducir estos

consumos. En el caso específico del sector de la vivienda existe además una nueva

reglamentación térmica que obliga a cumplir ciertos estándares de aislación mínimos según la

zona geográfica del país. Existen además guías de diseño y recomendaciones para el diseño

apropiado.

Tomando como sujeto central la vivienda social chilena, este estudio pretende, basándose en

estos elementos, aportar con ideas y soluciones para el diseño solar pasivo en este tipo de

viviendas, con el fin de mejorar en eficiencia energética y en el confort de sus ocupantes.

Específicamente este estudio toma tres zonas geográficas, e intenta determinar la mejor

proporción de ventana norte para mejorar la captación directa y así disminuir la demanda por

calefacción necesaria en dos tipos de viviendas alternativas, así como también se estudia el

comportamiento de las mismas al aumentar la masa térmica en muros perimetrales.

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INTRODUCCION

La política de vivienda social en Chile está cumpliendo con las metas propuestas por el

Estado y se encuentra hoy en día al nivel de algunos países desarrollados en logros tales

como el control en la ocupación ilegal de suelo, la dotación de servicios básicos de agua y

alcantarillado, y la entrega de soluciones habitacionales a las familias que lo necesiten

incluyendo a las más desposeídas. En estos términos, la producción masiva de viviendas en

Chile, ha puesto al país a la cabeza en la reducción del déficit habitacional en

Latinoamérica, al punto de que hoy día algunos gobiernos del continente están imitando su

modelo de financiamiento. Sin embargo estas políticas se han concentrado principalmente

en la cantidad y no la calidad de las viviendas entregadas, dejando esta cuestión a merced

del mercado y la especulación; lo anterior ha generado una serie de problemas que

opacan estos logros: la mala calidad de la ejecución de las obras, la utilización de materiales

de baja calidad y por tanto la disminución de la vida útil de las viviendas, la inexistencia de

normas y fiscalizaciones adecuadas, la falta de planeamiento arquitectónico y urbano, lo

que ha provocado poblaciones segregadas, no inclusivas. Las familias “beneficiadas” con

estas soluciones se encuentran viviendo en espacios reducidos de 45 m2 en promedio, en

viviendas frías y húmedas en invierno, sin luz natural suficiente y con serios problemas de

aislación térmica y acústica. Esto trae consigo precarias condiciones de vida, mayores

costos en calefacción y reparaciones, además de problemas de marginalización,

hacinamiento, creando guetos y en muchos casos la destrucción del núcleo familiar. Por

otro lado, la producción de energía en Chile hoy en día, depende mayoritariamente de la

importación de combustibles fósiles, cerca del 70% de la producción energética del país

depende de estas importaciones, creando un sistema altamente dependiente de los

vaivenes del mercado internacional. El sector de la vivienda representa un porcentaje

considerable de este consumo energético, equivalente al 25% del total aproximadamente

(ministerio de energía, 2011) por lo cual el Estado está poniendo especial interés en hacer

más eficiente energéticamente el sector de la edificación, especialmente el de la vivienda

social. En 2012 se creó el programa país de eficiencia energética dependiente de la

comisión nacional de energía (C.N.E), que a su vez dio cabida a la creación de la Agencia

Nacional de Eficiencia Energética (A.N.E.E.) que se encarga de desarrollar iniciativas que

promuevan la eficiencia energética en todo ámbito de la producción en el país. En este

sentido la creación de la “Guía de diseño para la eficiencia energética en la vivienda social

en Chile” por parte del ministerio de vivienda y urbanismo, es un documento fundamental.

Así mismo se ha incorporado una nueva reglamentación térmica al código técnico de

construcción OGUC (Ordenanza general de urbanismo y construcción) el año 2007, la cual

limita las transmitancias térmicas de la envolvente de las viviendas. Existen igualmente

otras iniciativas como el programa de “Diseño Integrado para la Reconstrucción de

Viviendas Energéticamente Eficientes” que pretende reconstruir de forma energéticamente

eficiente las viviendas afectadas por el terremoto y posterior maremoto de 2010 en el sur

de Chile; o iniciativas como el Subsidio para el mejoramiento térmico de viviendas, que el

Ministerio de Vivienda y urbanismo (MINVU) creo en 2009. Todas estas iniciativas muestran

cómo se avanza hoy en Chile hacia soluciones energéticamente eficientes que generen

mayor confort, reduzcan el consumo energético y promuevan el uso de energías limpias. En

este primer capítulo se analizarán por separado, la problemática social y la energética de

las viviendas, orientando este análisis hacia la implementación de estrategias de diseño

pasivas.

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1. LA PROBLEMÁTICA DE LA VIVENDA SOCIAL EN CHILE. EVOLUCION HISTORICA Y DESAFIOS

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La problemática de la vivienda social en Chile posee una larga historia que se remonta a

principios del siglo XX: Las dimensiones más tangibles de la pobreza se han relacionado

siempre con la ausencia de un techo que cobije a los más desposeídos. Esta situación se vuelve

crítica en el Chile de fines del siglo XIX y principios del siglo XX, debido a que las condiciones de

salubridad y cobijo de la creciente clase obrera, se encontraban muy por debajo de los

estándares mínimos. Las primeras acciones emprendidas para solucionar este problema,

vienen dadas en forma de sociedades de beneficencia que intentaban hacer frente a los

problemas más inmediatos de salubridad e higiene a fines del siglo XIX. Los primeros pasos del

Estado Chileno en este sentido, se expresaron en la promulgación de la ley de habitaciones

obreras en 1906, la que marcó el inicio de las labores directas por parte del sector público en la

formulación y puesta en marcha de las soluciones habitacionales (Hidalgo Dattwyler, Rodrigo.

2004). Posteriormente y durante la primera mitad del siglo XX, como consecuencia de la

presión impuesta por ciertos movimientos sociales, se desarrollaron leyes como la normativa

de alquileres y la ley de habitaciones baratas de 1925 y las Leyes de Fomento a la Edificación

Obrera de 1930 que forman parte de lo que se denomina Estado “Nacional desarrollista” de la

época (Hidalgo Dattwyler, Rodrigo. P. 21, 2004). Al mismo tiempo, se crean instituciones

precursoras del Ministerio de Vivienda y Urbanismo tales como la Caja de la Habitación

Popular y la Corporación de la vivienda y el Plan nacional de vivienda, que vinieron junto con

una serie de reformas, a modificar la administración pública nacional, promoviendo la

creación, unión y término de algunas agencias del estado Chileno en la década del 50.

Fig. 1. Vivienda social (conventillo) en Santiago de Chile, 1920

Posteriormente en la década de los 60, se suceden una serie de acontecimientos de relevancia

en este sentido, donde cabe mencionar la creación en el año 1965 del Ministerio de Vivienda y

Urbanismo, organismo estatal que aglutina una serie de agencias gubernamentales encargadas

de trabajar en la solución del problema habitacional, tanto desde el punto de vista de la falta

de viviendas como del deterioro de las existentes. Esto marca un hito en las políticas públicas

respecto de este tema. Por otro lado, se generan programas masivos de autoconstrucción y

especialmente en la segunda mitad de esta década, se generan un sinnúmero de movimientos

sociales que toman la problemática habitacional como una de sus banderas de lucha más

importantes y que terminarán por instaurar en 1970 el primer gobierno socialista del país al

mando del presidente Salvador Allende. Durante este período de 3 años, el país se ve envuelto

en una lucha de clases que genera la polarización de la sociedad Chilena y la radicalización de

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iniciativas como la toma ilegal de terrenos, la autoconstrucción y la formación de

campamentos auto organizados de comunidades vecinales. El año 1973 un golpe de estado

derroca el gobierno de Allende y se impone en el poder durante un período de 17 años.

Durante este periodo, el gobierno militar realiza una serie de medidas tendientes a liberalizar

la política económica impuesta por Allende, liberando por ejemplo, el control de los precios de

suelos al mercado (Zarricute Ricardo Tapia, 2011), restando toda participación del estado en su

protección, lo que desembocó en la deslocalización y la eliminación de campamentos o tomas

ilegales de terreno, y la creación de poblaciones periféricas marginales.

Fig.2. Población de la Legua en Santiago de Chile

Con la llegada de la democracia en 1990, se aprecia un gran incremento en el déficit de unidades de vivienda, principalmente debido a que se cambian los criterios para su cálculo (Ducci Maria Elena, 1997). Debido a que el Estado es incapaz de hacerse cargo directamente de este problema, se establecen una serie de subsidios y ayudas que promueven la adquisición de viviendas por parte de los más desposeídos, pero a la vez promueve también la participación de privados en la construcción de estos conjuntos habitacionales. La problemática la resume muy bien Alfredo Rodríguez y Ana Sugranyes en su estudio “El problema de la vivienda de los con techo”

“No hay riesgo. Tampoco hay competencia: son muy pocas las empresas especializadas en el rubro capaces de adjudicarse los cupos anuales de construcción de conjuntos de vivienda social por región. Tampoco hay innovación: la tecnología de la vivienda social en Chile es la misma desde hace veinte años. En este mercado cautivo, las empresas de la construcción de estas viviendas de bajo estándar no necesitan mirar los aportes, ideas y ensayos que han desarrollado ONG, universidades y colegios gremiales. Tampoco el Ministerio ni los empresarios han necesitado abrir un debate sobre el costo social y urbano de esta producción masiva de viviendas sociales, que incluya los costos de localizar servicios y equipamiento en la periferia (no considerados en los proyectos de vivienda social) versus las ventajas que ofrecen las áreas ya consolidadas de la ciudad.

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“Tampoco hay en estas materias una crítica desde la arquitectura. No se critican los diseños de los conjuntos y menos aún el de las viviendas. No hay innovación en ellos, ni propuestas de crecimiento progresivo de la vivienda y de su entorno. La idea de mejoramiento no forma parte de la agenda de la vivienda social.” (Rodríguez, Alfredo; Sugranyes, Ana. Diciembre 2004)

Fig. 3. Bloques de vivienda básica colectiva.

Entre los programas de ayuda otorgadas por el gobierno, destacan el programa de vivienda básica, el PET (Programe exclusivo para trabajadores) y el programa para la vivienda progresiva. Los fondos para estas financiaciones vienen directamente del estado a través del subsidio general unificado y el subsidio rural destinado a zonas no urbanas. El programa llamado Subsidio General Unificado (SGU) está focalizado a estratos medios y medios bajos, mientras que el Subsidio Habitacional Rural está dirigido hacia sectores rurales de escasos recursos. El número de subsidios otorgados en la década de los 90 pasó de alrededor de 2.000 anuales a casi 30 mil en 7 años, lo cual muestra claramente el fuerte impulso dado a estos programas habitacionales por los gobiernos democráticos. Aunque nos encontramos continuamente con graves falencias cualitativas, tanto constructivas como de diseño y segregación urbana. La década de los 90 presenta una serie de ejemplos en que la mala calidad en la construcción y los mínimos estándares de control de calidad en los materiales, llevaron a la construcción de viviendas con grandes falencias constructivas, y con mínimos estándares de confort (generalmente inexistentes). En términos sociales, la privatización de la oferta, y la prácticamente nula intervención del estado en la problemática urbanística, llevó a la construcción de complejos habitacionales en terrenos de bajo costo en la periferia de la ciudad, lo que provocó segregación, fragmentación, inseguridad y hacinamiento en estas (Ducci Maria Elena 1997). Finalmente desde un punto de vista del confort y la habitabilidad, estas soluciones presentan serias carencias principalmente por la falta de fiscalización en cuanto a la calidad en la construcción y la precaria reglamentación técnica existente. Las mínimas dimensiones de las soluciones ofrecidas crean situaciones de hacinamiento y pone en riesgo la salud de sus ocupantes. Por otra parte el confort térmico y de humedad no fue considerado hasta el inicio del siglo XXI. Durante la década de los 90 la inexistencia de una reglamentación térmica, generaba que las condiciones de confort fuesen prácticamente inexistentes.

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Fig 4. Viviendas sociales de la primera década del siglo XXI en Chile

A partir del año 2000 el Ministerio de Vivienda y Urbanismo, introdujo una normativa térmica obligatoria para viviendas, incorporándose como reglamento a la Ordenanza General de urbanismo y construcción el “Programa de Reglamentación sobre Acondicionamiento de viviendas” dividió al país en 7 zonas climáticas y que reguló en una primera etapa el coeficiente de transmisibilidad a las techumbres y posteriormente el año 2007, el de los muros y pisos ventilados, además de indicar porcentajes limitados de acristalamiento para cada zona. Esta reglamentación además, presenta soluciones constructivas tipo para lograr los valores de aislación deseados. Se trata de una iniciativa precursora en Latinoamérica. Este programa dividido en 3 etapas pretende para el año 2015 hacer obligatoria la certificación energética de las viviendas.

“En los últimos años se han implementado también beneficios económicos para la instalación de captadores solares domésticos para agua caliente sanitaria, equipos eléctricos más eficientes y la renovación de viviendas existentes, aunque sin regulaciones técnicas. Por otra parte, en la actualidad se está aplicando una calificación voluntaria de eficiencia energética a nuevas unidades residenciales, que se comparan a diseños similares tradicionales. Estas acciones, aunque inferiores a otras similares en Europa, son precursoras en Latinoamérica y han promovido el desarrollo de cerca de 200 000 viviendas construidas en la zona. Sin embargo, sobre el 80 % del parque habitacional actual no ha aplicado estas normativas o mejoramientos y seguirá prestando alojamiento por varias décadas más.” (Alvarado Rodrigo García et al. 2013)

Así las cosas, Chile enfrenta hoy el desafío de mejorar la calidad de su vivienda social a través de una serie de medidas entre las cuales podemos destacar:

- Mayor transparencia por parte del estado en la licitación de estas soluciones habitacionales, para promover una competencia justa y equitativa.

- Una fiscalización eficaz para la correcta implementación de la norma térmica, y de la calidad de la vivienda en general

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- Una mayor intervención del estado en la localización de estos conjuntos habitacionales para lograr un mejor planeamiento urbano con el fin de frenar el crecimiento periférico de la ciudad, haciéndola más inclusiva con los beneficios en tiempos de transporte, y deslocalización de servicios que esto implica

- Flexibilidad en el diseño e inclusión de sistemas pasivos para lograr mejores

estándares de confort y eficiencia energética.

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2 LA PROBLEMÁTICA ENERGETICA

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Chile es en la actualidad un país en vías de desarrollo y como tal, su consumo energético ha aumentado de manera constante y sostenida durante los últimos 20 años. Según el último balance nacional de energía realizado por el ministerio de energía de Chile, el consumo hacia el año 1991 era de 122.464 Tcal mientras que el 2011 fue de 271.429 Tcal lo que representa un aumento del 122%. Estos valores, aun cuando se encuentran por debajo de los valores de demanda de países desarrollados, muestran claramente la tendencia al alza. Según datos de Banco mundial, en la Zona Euro, el consumo de energía per cápita en 2010 fue de 3,63 Toe (toneladas equivalentes de petróleo), para Chile el mismo indicador fue de 1,83 Toe. En tanto, para los países de América del Norte se llegó a las 7,25 Toe. (Fuente: Indicadores de Energía, Base de Datos Banco Mundial, http://datos.bancomundial.org). “El consumo eléctrico del país se proyecta que podría crecer entre un 5,5% y 6,5% anualmente hasta el año 2020. Ello implica que Chile requerirá aumentar su capacidad de generación entre 7.000 MW y 8.000 MW hacia fines de esta década.” (Plan de acción de eficiencia energética 2020. Ministerio de energía de Chile, 2012)

Fig. 5. Gráfico de crecimiento del índice PIB vs demanda de energía en Chile

Así mismo, la mayor parte de la producción energética en Chile es dependiente de la importación de combustibles fósiles desde el extranjero. A principios de los años 90 esta dependencia era de aproximadamente un 50%, es decir un 50% de los combustibles fósiles necesarios para la producción de energía, eran importados, alcanzando un máximo el 2004, de un 84%, mientras que hoy se encuentra en el orden del 78%. Esto hace que el país sea altamente sensible a las fluctuaciones en el precio de los combustibles. Por otro lado, esta dependencia a las combustibles fósiles en la producción de energía ha generado que las emisiones de Co2 aumenten igualmente en un 125% en los últimos 20 años (1990-2010) alcanzando actualmente un valor de 70 millones de toneladas de Co2 sólo en la producción de energía.

http://datos.bancomundial.org/

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Cuando observamos el consumo energético por sector, nos encontramos con los siguientes valores:

Fig.6. Gráfico de consumo energético por sector en Chile

Observamos que el sector comercial público y residencial representa un 26% del consumo

energético nacional, donde, según datos del ministerio de energía, el sub-sector residencial

representa el 76,9% de ese porcentaje total. Es decir, el consumo energético del sub- sector

residencial equivale a cerca del 20% del total de la demanda nacional. Un valor que evidencia

el impacto de este sector en el consumo global del país y por tanto la importancia de reducir

consumos y favorecer la eficiencia energética.

A nivel nacional, considerando los 4 sectores productivos, la fuente de energía más utilizada es

el petróleo y sus derivados, representando un 54,5% del consumo final secundario. Una

característica muy importante de este dato, es que el 95,6% del petróleo crudo utilizado para

los subproductos derivados, es importado.

Utilización de combustibles para la producción energética en Chile

Fig.7. combustibles utilizados para la generación de energía en Chile. (Fuente: elaboración propia de acuerdo a los

datos entregados por el Plan de acción de eficiencia energética 2020)

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Un dato muy relevante a destacar, es que el consumo de biomasa es el más importante en

este segmento (Residencial), ya que representa el 46,6% del total de las fuentes de energía

utilizadas, seguidos por el gas licuado con un 21,4% y en tercer lugar la electricidad con un

17,6%. De hecho, cuando miramos al total de los combustibles no importados, es decir de

producción nacional, la leña o biomasa, es la más importante y representa el 60% del total. Se

utiliza principalmente para calefacción y cocina en hogares del centro - sur de Chile,

preferentemente, dado su bajo costo respecto de los otros combustibles.

“Tomando en cuenta estos ajustes, se aprecia que el consumo promedio nacional de una vivienda son 10.232 kWh/año de energía final (incluyendo todos los combustibles), lo que es incluso superior al consumo de energía promedio de las viviendas en España, que es del orden de 8.270 kWh/año. Sin embargo, este alto valor se encuentra fuertemente influenciado por el alto consumo de leña en la zona sur del país, de hecho, si se descuenta este valor, el consumo promedio anual de energía final es del orden de 4.470kWh/año, un valor sustancialmente menor que el de España.” (Cámara Chilena de la construcción, 2010). El gráfico que se muestra a continuación nos muestra el porcentaje de uso de combustibles para la generación de energía en las viviendas Chilenas.

Fig.8. Combustibles utilizados en la generación de energía para las viviendas en Chile (Fuente: Cámara Chilena de la construcción

(PPEE), 2010)

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Fig.9. Distribución por artefacto del consumo energético promedio de una vivienda en Chile (Fuente: Cámara Chilena de la

construcción (PPEE), 2010)

La figura nos muestra el gráfico de consumo de energía residencial por artefacto. Vemos que el agua caliente sanitaria, la cocción de alimentos y la calefacción, corresponden al 60% del consumo total de una vivienda nacional promedio. A partir del año 2005, el gobierno de Chile toma parte en esta problemática creando el programa país eficiencia energética (PPEE) dependiente del ministerio de economía. El 2007 se da el primer gran paso en la búsqueda de soluciones en este sentido, con el etiquetado de eficiencia energética y se comienza con el diagnóstico de los diversos sectores productivos del país. A partir del 1 de enero de 2008 se crea la comisión nacional de energía (CNE) que en el año 2010 se consolida dentro de la institucionalidad con la creación del Ministerio de Energía encargado de proponer las políticas públicas de Eficiencia Energética a nivel de Gobierno. Por otra parte, la PPEE da paso a la agencia chilena de eficiencia energética (AChEE) fundación sin fines de lucro cuyo directorio está formado por representantes del ministerio de energía, Ministerio de Hacienda y de la Confederación de la Producción y del Comercio. Ambas entidades trabajan de manera conjunta para mejorar la eficiencia energética en el país. De acuerdo con el plan de acción para la eficiencia energética 2020, “Conforme a los estudios realizados y a un adecuado resguardo de la productividad, nuestra propuesta es que en 2020 podamos alcanzar una disminución del 12% en la demanda de energía final proyectada hacia ese año”, es decir se propone alcanzar un 12% de reducción de la demanda energética proyectada en el año 2020, con base en 2010 En concreto, en el sector de la edificación, en 2007 entra en vigencia como parte de la Ordenanza general de urbanismo y construcción (OGUC) la Reglamentación Térmica, a través de la cual, el Ministerio de vivienda y urbanismo (MINVU) posee la atribución para establecer requisitos mínimos de eficiencia energética para los edificios nuevos. Ese mismo año, se crea el subsidio de acondicionamiento térmico que beneficia entre los años 2009 y 2012 cerca de

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32.700 familias (Plan de acción de eficiencia energética 2020. Ministerio de energía de Chile, 2012). Según con el plan de acción para la eficiencia energética, se proyecta que el consumo en el sector se reduzca en un 20% para el 2020, lo que equivaldría a una reducción de 8500 TCal. Esto se lograría a través de:

1) El mejoramiento en la envolvente térmica de los edificios nuevos, y del equipamiento en edificaciones construidas sin estándares de eficiencia energética.

2) La promoción para la gestión energética eficiente de los edificios 3) La promoción del diseño de edificios con altos estándares de eficiencia energética 4) La promoción en la oferta de productos y servicios de construcción con criterios de

eficiencia 5) La promoción de la eficiencia energética en alumbrados de vías vehiculares zonas

peatonales en áreas urbanas 6) La ampliación del etiquetado de eficiencia energética de electrodomésticos 7) Un programa para la iluminación residencial eficiente 8) Un plan para mejorar la eficiencia energética en lo relativo al consumo de leña a lo

largo del país.

En este estudio nos avocaremos a profundizar en el punto tres de esta lista: el diseño de edificios con altos estándares de eficiencia energética, en particular de aquellos destinados a la vivienda social.

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3. EL MARCO TECNICO

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3.1 La Reglamentación Térmica. La reglamentación térmica se puso en vigor en una primera etapa el año 2000. En esta primera fase se definieron exigencias para la transmitancia térmica de las techumbres lo que hizo disminuir de manera significativa las pérdidas de calor en las viviendas en especial en la vivienda social. En una segunda etapa implementada el año 2007, se limitaba la transmitancia térmica de muros a la vez que se implementaba el concepto de piso ventilado, exigiendo también transmitancias máximas para estos elementos constructivos. Además se incluyeron exigencias para las ventanas dependiendo de su transmitancia, limitando su tamaño respecto de los paramentos horizontales. Esto dentro de una zonificación térmica del país que se definió en 7 zonas.

Valores mínimos permitidos de transmitancia y resistencia térmica en techumbres muros y pisos ventilados por zona térmica en Chile.

Tabla 1. (Fuente: Reglamentación Térmica Chilena)

Superficie máxima permitida de superficie vidriada según paramentos verticales de la envolvente, de acuerdo a la RT.


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3.2 La Zonificación Térmica. Las 7 zonas térmicas fueron definidas considerando el criterio de los grados día de calefacción anual de cada región del país. Estos datos se obtuvieron a través de registros meteorológicos históricos. Se definió como temperatura interior base, 15ºC considerando que los aportes internos y solares compensarían lo necesario para alcanzar una temperatura de confort de entre 18 y 20ºC. Estas consideraciones contemplan sólo el caso de temperaturas en invierno, dejando abierta la normativa para estrategias de regulación complementarias para el resto de las estaciones. Cabe señalar además, que la zonificación térmica difiere de la zonificación climática habitacional de la Norma Chilena NcH 1079 – 2008 la que contempla todos los factores meteorológicos que definen un clima, mientras que la anterior sólo se define por el factor grados día de calefacción. Esto además implica que no se considera la variación día noche, presente en la primera. En la imagen siguiente se observa la zonificación climática habitacional, la zonificación térmica y la superposición de ambas.

Fig. 10. Zonificación climática habitacional según la NCh 1079-2008. Fuente: Guía para el diseño con eficiencia energética de la vivienda social

1) Zona Norte Litoral: Esta zona es desértica con influencia costera por lo que su

ambiente y terreno es húmedo y salino. Posee alta nubosidad matinal, que se disipa en la tarde. Además, las fluctuaciones diarias de temperatura son bajas.

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2) Zona Norte Desértica: Es una zona extremadamente árida y prácticamente sin precipitaciones. Su atmosfera es seca y limpia, presenta alta radiación solar. Existen altas fluctuaciones de temperatura en el día a lo largo de todo el ano. El rio Loa forma un micro clima en la zona.

3) Zona Norte Valles Transversales: Esta zona es semi-desértica con veranos largos y

calurosos y atmosfera seca. A lo largo del año se presentan fluctuaciones importantes de temperatura entre día y noche. Las precipitaciones aumentan de norte a sur, siendo ocasionales y débiles en la zona norte

4) Zona Central Litoral: El clima de esta zona es templado marítimo. Se observa

nubosidad matinal en periodo de verano, la que se disipa a mediodía. Ambiente y suelo relativamente húmedo y salino.

5) Zona Central Interior: Zona de clima mediterráneo de temperaturas templadas. Las lluvias y heladas aumentan hacia el sur. La fluctuación de temperatura diaria es moderada aumentando hacia el este. Con intensa insolación en verano, especialmente hacia el noreste.

6) Zona Sur Litoral: Zona de clima marítimo con precipitaciones intensas, suelo y ambiente salinos y húmedos. La temperatura es templada a fría, la humedad es alta y los vientos son irregulares de dirección suroeste y norte.

7) Zona Sur Interior: Zona lluviosa y de bajas temperaturas. El periodo caluroso del ano es corto con moderada radiación solar. Abundantes ríos y lagos que generan microclimas. Viento predominante sur. Ambiente y suelo húmedo.

8) Zona Sur Extremo: Clima marítimo. Zona lluviosa, de suelo y ambiente frio y húmedo. Heladas, nieve y altos vientos en zonas altas. Las diferencias entre estaciones son marcadas, con veranos cortos y radiación moderada. Nubosidad casi permanente. Disminuyen las precipitaciones hacia el sur. Nieve abundante en ciertas zonas. Existen variaciones climáticas importantes dentro de la misma zona.

9) Zona Andina: El clima es de atmosfera seca, con grandes variaciones de temperatura entre el día y la noche. Presencia de tormentas de verano en el altiplano (norte). Ventiscas y nieve en invierno. Vegetación de altura y radiación solar intensa. Debido a las diferencias de altura y latitud a lo largo ella, el clima cambiara de norte a sur, siendo en todos los casos muy severos. Existen variaciones climáticas importantes dentro de la misma zona.

ZONIFICACION TERMICA: Grados día anuales por zona térmica

Tabla 3. (Fuente: Manual de Reglamentación Térmica Chilena)

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Es necesario destacar también que producto de esta clasificación, muchas regiones poseen más de una zona térmica, las que se repiten a lo largo del territorio, no dando cuenta de otros factores climáticos que podrían incidir de igual manera. En las imágenes siguientes, observamos el caso de Antofagasta y Valparaíso, la primera en el extremo norte y la segunda al centro del país, donde nos encontramos que ambas poseen zonas similares: 2, 5 y 7.

Fig. 11. Ejemplos de zonificación térmica en las regiones de Antofagasta y Valparaíso. (Fuente: Reglamentación térmica, MINVU.)

Consideraciones a la reglamentación Térmica En general se observan ciertas consideraciones a la reglamentación térmica, la que a pesar de ser un gran paso en el desarrollo de la eficiencia energética en el país y de sentar las bases para mejorar las condiciones de vida y confort de los más desposeídos dentro de la población, requiere de complementos y exigencias más comprehensivas: La zonificación se limita a clasificar zonas según su comportamiento térmico en invierno, sin considerar oscilaciones diarias ni estacionales, sino sólo en el caso de menor temperatura de cada región. Esto implica que el comportamiento térmico durante las otras estaciones no está asegurado. No considera filtraciones de ningún tipo, comunes en este tipo de vivienda social ni menciona contenidos de humedad en el aire. Hace mención a los puentes térmicos pero no entrega soluciones de peso para resolverlos No considera estándares de control térmico en pisos no ventilados, muy comunes en el país Se trata de la base sobre la cual intentaremos dar forma a nuestro análisis de la vivienda social.

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4. TIPOLOGÍA, MATERIALIDAD Y DEMANDA ENERGETICA.

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Un estudio realizado por la cámara Chilena de la construcción el año 2010, denominado “Estudio de Usos Finales y Curva de Oferta de Conservación de la Energía en el Sector Residencial de Chile”, permite extrapolar, realizando un análisis probabilístico, un universo de 3220 viviendas estuidadas, para determinar el total de viviendas nacionales existentes con un 5% de error. Según esta extrapolación, existen en Chile 5.261.252 viviendas las que se distribuyen entre las diferentes zonas térmicas de la siguiente forma:

Fig. 12. Total de viviendas en Chile según zona térmica. (Fuente: Cámara Chilena de la construcción (PPEE), 2010)

Observamos que el mayor número de viviendas se concentra en la zona térmica 3 (entre 750 y 1000 Grados Día calefacción) que coincide con la zona climática Central Interior, que es donde se concentra la mayor parte de la población nacional (Región metropolitana y valle central) 4.1 Materialidad Este mismo estudio indica que los sistemas constructivos más comunes utilizados en el país, son la albañilería armada de ladrillos y las estructuras de madera, tal y como muestra el gráfico siguiente.

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Fig. 13. Materialidades más comunes en viviendas Chilenas. (Fuente: Cámara Chilena de la construcción (PPEE), 2010)

La materialidad de las viviendas se considerará tal y como se define en el manual de la reglamentación térmica al ejemplificar las soluciones constructivas tipo para lograr los estándares mínimos de transmisibilidad requeridos. Tal y como se observa en la figura anterior, las tipologías constructivas más utilizada es la albañilería de ladrillo armada y la estructura de tabiquería de madera.

Fig.14. Vivienda social tipo. (Fuente: Escorcia Oyola et al, 2013)

25

Fig.15. Detalle de cubierta. (Fuente: Reglamentación térmica MINVU, 2007)

En techumbre, se considerará cubierta de planchas de zinc acanalado, estructura de cubierta en pino de 2”x2” y cerchas de pino de 1”x4”. Estructura de cielo en pino de 2”x2” y planchas de yeso-cartón.

Fig. 16. Sección de fundaciones muro y techumbre y detalle de muro de albañilería de ladrillos. (Fuente: R.T. MINVU, 2007)

26

En relación a la estructura, nos limitaremos en este estudio a la tipología más común presente en las viviendas sociales del país: albañilería armada. Se consideran las secciones tipo según la reglamentación térmica del 2007: Muros de 15 cm de espesor, con ladrillo fiscal de 11x28x5 cm y aislación (de espesor variable según la zona térmica) de poliestireno expandido o lana de roca. En el caso de la tabiquería de madera, la tipología constructiva considera estructura en pino de 2”x4” para una vivienda de un piso y de 2”x3” para una vivienda con segundo piso de madera (tipología más común en chile, primer piso en albañilería de ladrillos y segundo piso en tabiquería de madera liviana)

Fig. 17. Secciones de piso ventilado y tabique de madera perimetral. (Fuente: R.T. MINVU, 2007)

Para el piso ventilado se considera el envigado en pino de 2”x6”, una loseta de hormigón liviano, aislación dependiendo de la zona térmica y terminación de piso variable. 4.2 Tipología El estudio realiza además un análisis de la topología constructiva de cada vivienda, determinando el total de unidades por cada una de ellas, identificándolas como: Aislada, en Fila, pareada o departamento.

Total de unidades de vivienda Aislada, en Fila, Pareada y departamentos en Chile

Tabla 4. Fuente: Cámara Chilena de la construcción (PPEE), 2010

Se aprecia que el promedio nacional de metros cuadrados por vivienda es de 77, y que en gran medida, las casas aisladas y pareadas, representan parte la mayor parte del parque habitacional chileno.

27

Total de unidades de vivienda según categorización en uno o dos pisos

Tabla 5. (Fuente: Cámara Chilena de la construcción (PPEE), 2010)

Cuando observamos la división por piso, nos encontramos que las casas aisladas y pareadas de 1 piso representan el mayor porcentaje respecto del global. 4.3. Demanda energética por calefacción de la vivienda social Los siguientes cuadros, muestran la demanda de calefacción de una vivienda social tipo de 1 y 2 pisos cumpliendo con los requerimientos de aislación de la Reglamentación térmica, para las distintas zonas climáticas y térmicas del país. Se trata de viviendas de 38 y 41 m² respectivamente. Se considera calefaccionar la vivienda a 20ºC durante el día (07:00 – 23:00) y 17ºC durante la noche (23:00 – 07:00). Ganancias internas promedio de 160 Wh/m² día y ventilación correspondiente a 1 volumen por hora. Los cálculos se realizaron para los meses de abril a septiembre en todos los casos, con el objeto de coincidir con el período considerado para el cálculo en la RT. Ambas simulaciones se realizaron con orientación norte. Los cálculos fueron realizados utilizando ECOTEC y TAS y son parte de la Guía de diseño para la eficiencia energética en la vivienda social (Bustamante, Waldo. 2009).

Fig. 18. Vivienda social tipo de un piso, pareada. Sup: 38 m² (Fuente: Bustamante, Waldo, 2009)

28

Demanda de calefacción para vivienda de 1 piso 38 m²

Tabla 6. (Fuente: Bustamante, Waldo, 2009)

Fig. 19. Vivienda social tipo de dos pisos pareada. Sup: 41m²

29

Demanda de calefacción para vivienda de 2 pisos 41 m², por zona térmica


Demanda de calefacción para vivienda de 1 y 2 pisos por zona térmica


30

5. FACTORES DE DISEÑO A CONSIDERAR EN EL ESTUDIO.

31

La Guía de diseño para la eficiencia energética en la vivienda social (Bustamante, Waldo, 2009), realiza a su vez una serie de análisis sobre los diferentes factores de diseño solar pasivo que influyen sobre el confort térmico de la vivienda. Detallamos a continuación un resumen con los resultados más relevantes de este estudio, los cuales nos ayudarán a definir los parámetros de este estudio: Factor de forma y adosamiento, Orientación, Nivel de aislación, captación directa y robustez. Los tres primeros factores se encuentran ampliamente estudiados, sin embargo los dos últimos aún no se evalúan a fondo y serán ellos el sujeto de esta tesis. 5.1 Factor de forma Ya establecida la materialidad, se procede al estudio de otros factores importantes para el diseño solar pasivo, como son la forma y el nivel de adosamiento de la vivienda. Para ello, el estudio referido considera una vivienda de 45 m² de superficie y 104m³ de volumen, de uno y dos pisos, orientada al norte, con puertas y ventanas a norte y sur y una superficie vidriada correspondiente al 10% de los elementos verticales de la envolvente en ambos casos. Considerando diferentes formas de adosamiento y variando su geometría básica (cuadrada, rectangular e irregular), se calcula su factor de forma manteniendo siempre constante su volumen y superficie. Posteriormente, se comparan los resultados de cada uno de las combinaciones, con su demanda energética para calefacción en kWh/m² para todas las zonas climáticas del país.

Fig. 20. Factor de forma para distintos niveles de compacidad y adosamiento en viviendas de 1 y 2 pisos con igual volumen y

superficie construida. (Fuente: Bustamante, Waldo, 2009)

32

Vemos que lógicamente el factor de forma disminuye para viviendas continuas debido a su menor superficie expuesta, y observamos además que tanto para viviendas pareadas como continuas de dos pisos, su factor de forma es siempre menor respecto de aquellas de un piso con igual superficie y volumen, esto debido a su mayor compacidad.

Fig. 21. Variación de la demanda de calefacción al modificar el factor de forma para distintos niveles de compacidad y

adosamiento en viviendas de 1 y 2 pisos con igual volumen y superficie construida. (Fuente: Bustamante, Waldo, 2009)

Observamos que, en general, las viviendas de dos pisos con mayor compacidad, necesitan una demanda de calefacción menor que aquellas de un piso y que las viviendas en línea necesitan una menor demanda que aquellas aisladas, debido a su menor superficie expuesta. 5.2 Orientación Según el mismo estudio y en base a la demanda de calefacción para distintas orientaciones del mismo edificio tipo, se cuantifican las variaciones de estas demandas, tomando como base la demanda promedio al norte (en recintos Estar-comedor y dormitorios). Se muestran a continuación los resultados de la modelación para viviendas de uno y dos pisos, en las distintas zonas climáticas del país. Se aprecia que para la mayor parte del país, la orientación ideal es Norte, con excepción del extremo sur, donde ciudades como Punta Arenas muestran que la orientación este-oeste presenta buenos resultados.

33

Aumento de la demanda de calefacción promedio de una vivienda de un piso, al variar su orientación respecto al norte


Como es lógico, observamos que la orientación norte es la mejor para cualquier zona térmica la orientación Este-Oeste presenta un mejor comportamiento que aquella al Sur en términos de demanda energética para calefacción de la vivienda, destacando que para las ciudades del extremo norte, como Iquique y Calama, la orientación sur es claramente desaconsejable. Se observa además que para Santiago, correspondiente a la zona térmica 3 (la de mayor densidad de viviendas) la orientación Este-Oeste, presenta una variación mínima de entre 3 y 6 % con respecto a la orientación norte. Observamos además que para las viviendas de dos pisos los resultados son consistentes respecto de las viviendas de un piso. Aumento de la demanda de calefacción promedio de una vivienda de dos pisos, al variar su

orientación respecto al norte


5.3 Aislación Tomando las soluciones constructivas tipo presentes en el Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Acondicionamiento Térmico del MINVU, el mismo estudio se propone determinar las variaciones en la demanda de calefacción para las diferentes soluciones. Se presenta primero un cuadro con los valores de transmitancia térmica U para las distintas soluciones constructivas de envolvente, variando el espesor del aislante y luego se presentan

34

dos cuadros, que señalan la demanda energética por zona climática según esta misma variable (espesor de la aislación) para viviendas de uno y dos pisos respectivamente.

Fig. 23. Soluciones constructivas tipo para mejorar la eficiencia energética de las viviendas según el listado oficial MINVU

Descripción de las soluciones planteadas. (1A) Bloque de hormigón de 140mm de espesor y transmitancia térmica de 3,1 W/m² (Código 1.2.G.D1 del listado oficial del MINVU) (1B) Albañilería de ladrillo de 154mm de espesor y transmitancia térmica de 1,9 W/m² (Código 1.2.M.B8.1 del listado oficial del MINVU) (1C) Hormigón Armado de 130mm de espesor y transmitancia térmica 4,0 W/m² (Código 1.2.G.A1 del listado oficial del MINVU) (1D) Tabique estructurado en madera de 109mm de espesor: revestimiento interior de yeso cartón de 10 mm de espesor, revestimiento exterior de fibrocemento de 8 mm, los pies derechos forman una cámara de aire de 91mm (2”x4”). La transmitancia térmica es de 2,4 W/m² ºC (cálculo en base a la NCH 853 Of 2007). Cámara ventilada exterior bajo recubrimiento de materiales a elección (placa de madera, estuco, fibrocemento, etc.)

Transmitancia térmica “U” en W/m² ºC, para distintos espesores de aislante térmico incorporados en 4 soluciones constructivas de muros tradicionales


Se observa que la albañilería de ladrillos y la estructura de madera presentan los menores valores de transmitancia para cada caso.

35

En las siguientes tablas, se aprecia la variación en la demanda de energía para calefacción en kWh/m², para las distintas zonas climáticas del país, según la variación en el espesor del aislante para viviendas de uno y dos pisos respectivamente.

Demanda de energía para calefacción promedio en kWh/m² para una vivienda de 1 piso al agregar aislante térmico


Demanda de energía para calefacción promedio en kWh/m² para una vivienda de 2 pisos al

agregar aislante térmico


Se observa en las tablas precedentes que las viviendas de 1 piso tienen una demanda mayor de calefacción que las de dos pisos debido a su menor compacidad (mayor superficie de cubierta expuesta). Es importante observar así mismo que en las zonas extremas de Punta Arenas y el Teniente, mayores espesores de aislación tienen un efecto bastante limitado en la disminución de la demanda de calefacción.

36

6. ESTUDIO DE CASOS.

37

Fig. 22. Mapa de zonas climáticas en Chile (Fuente D´alençon Renato, Noviembre 2008)

6.1. Datos climáticos para el estudio de casos por zona geografica: Antofagasta (Z1), Santiago (Z3) y Punta arenas( Z7).

38

6.1.1. ANTOFAGASTA Z1 Norte Costa desértica, (40 msnm) Latitud 23°38' Sur. Longitud 70°24´ Oeste (8.8% de las viviendas a nivel nacional)

Fig. 23. (Fuente: Bustamante, Waldo, 2009)

Baja Oscilación diaria de temperaturas. Diferencias de temperatura entre el día y la noche de menos de 8ºC. Zona desértica litoral con alta presencia de humedad. Promedios mensuales entre 71%(enero) y 77% (Julio). Temperatura media en verano es alta y templada en invierno. Media anual de 16,8 ºC. Alta radiación solar. Promedios de radiación horizontal total entre 202,27 kWh/m² mes en enero y 93,33 kWh/m² mes en Junio. Prácticamente nulas precipitaciones. Vientos moderados predominantes del suroeste

39

Diagrama Estereográfico Antofagasta

Fig. 24. Elaboración propia utilizando ECOTEC

Altura solar en Enero 88º Altura solar en Junio 34º

Rosa de los vientos. Antofagasta Vientos predominantes del Sur Oeste


Stereographic Diagram

Prevailing Winds

40

Grafico Psicométrico Antofagasta


Temperaturas medias anuales por semana y hora Antofagasta

Fig. 27 Elaboración propia utilizando ECOTEC

Temperatura media anual: 16,8ºC Temperatura media máxima: 19,6ºC Temperatura media mínima: 14,5ºC

Psychrometric Chart

Weekly Summary

41

Gráfico de radiación solar media anual y horaria Antofagasta


Radiación directa media Enero: 202,27 kWh/m² mes Radiación directa media Junio: 93,33 kWh/m² mes

Radiación solar por fachadas Antofagasta

Fig. 29. Fuente: Elaboración propia.

Weekly Summary

42

Radiación solar acumulada anual Antofagasta Sombras: Solsticio de Verano 12:00 horas


Solsticio de Invierno 12:00 horas


43

6.1.2. SANTIAGO. Z3 Central interior. (Altitud 567 msnm) Latitud: 33,4º Sur. Longitud: 70,8º Oeste. (43,5% de las viviendas a nivel nacional)

Fig. 32. (Fuente: Bustamante, Waldo, 2009)

Grandes oscilaciones de temperatura día/noche llegando a 17ºC en verano y 11ºC en invierno. Temperatura media anual 16,45 ºC. Alta radiación solar en verano (en promedio 241,6 kWh/m² mes) y baja en invierno (45,72 kWh/m² mes promedio del mes de Junio). La Humedad relativa varía entre 47% a 82%.

44

Diagrama estereográfico Santiago de Chile


Altura Solar Verano: 80º Altura Solar invierno: 33º

Rosa de los vientos Santiago de Chile Vientos Predominantes del Suroeste y Sureste



Prevailing Winds

45

Gráfico Psicométrico Santiago de Chile


Temperaturas medias anuales por semana y hora Santiago de Chile


Temperatura media anual: 16,45 ºC Media Máxima anual: 23,4 ºC Media Mínima anual: 9,5 ºC

Psychrometric Chart

Weekly Summary

46

Radiación solar media en plano horizontal anual y horaria (W/m2) Santiago de Chile


Radiación Horizontal Media Enero 241,6 kWh/m² mes. Radiación Horizontal Media Junio 45,72 kWh/m² mes

Gráfico de radiación solar por fachada Santiago de Chile

Fig. 37. Fuente: Bustamante, Waldo 2009.

Weekly Summary

47

Radiación solar anual acumulada Santiago de Chile Posición del sol: Solsticio de invierno 12:00 hrs


Posición del sol: Solsticio de Verano 12:00 hrs


48

6.1.3. PUNTA ARENAS Z7 Sur Extremo. (Altitud: 1msnm) Punta Arenas Latitud: 53º Sur, Longitud: 70,8º Oeste. (1,9% de las viviendas a nivel nacional)

Fig. 40. Fuente: Bustamante, Waldo 2009

Zona Sur Extrema, bajas temperaturas en invierno y verano. Media anual de 6,25 ºC. Baja oscilación térmica día-noche en invierno y verano. Promedios de Radiación solar horizontal entre 13, 05 y 159 kWh/m2 mes. Promedios de humedad Relativa de entre 69% en enero a 84% en Junio.

49

Diagrama estereográfico Punta Arenas

Fig. 41 .Elaboración propia utilizando ECOTEC

Altura Solar Junio: 18º Altura Solar Enero: 60º Rosa de los vientos Punta Arenas Intensos vientos predominantes del Oeste con un promedio anual de velocidad de 8,2 m/s



Prevailing Winds

50

Gráfico Psicométrico Punta Arenas

Fig 43. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC

Gráfico de temperaturas medias diarias y anuales (ºC). Punta arenas

Fig 44. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC

Tº Media Anual: 6,25 ºC Tº media Mínima anual: 4,34 ºC Tº media Máxima anual: 8,76 ºC

Psychrometric Chart

Weekly Summary

51

Radiación solar media en plano horizontal anual y horaria (W/m2) Punta arenas

Fig 45.Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC

Radiación Media Enero 159,16 (kWh/m² mes). Radiación Media Junio 13,05 (kWh/m² mes)

Radiación solar incidente por fachada (W/m²) Punta Arenas

Fig 46. Fuente: Bustamante Waldo, 2009

Weekly Summary

52

Radiación Solar Anual Acumulada y diagrama solar estereográfico Punta Arenas Posición del sol: Solsticio de verano 12:00 horas

Fig. 47. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC

Posición del sol: Solsticio de invierno 12:00 horas.


53

6.2. MATERIALIDAD POR ZONA DE ESTUDIO

54

De acuerdo a la reglamentación térmica y tal y como lo habíamos mencionado previamente, según la zona climática deben respetarse los siguientes valores de transmisibilidad térmica:


Para ello utilizaremos las soluciones constructivas estándar indicadas en la misma reglamentación. Para vivienda de un piso: Albañilería de ladrillo (Aislación dependiendo de zona térmica). Solución constructiva básica, como en la RT, utilizando cámara de aire o aislación en poliestireno expandido o lana de roca según zona geográfica.

6.2.1 MUROS Punta Arenas (U max. según RT= 0,6 (W/m2 ºK)


U=0,6 (W/m2 ºK) Recubrimiento exterior de madera tinglada Aislación: Lana mineral 50 mm sobre estructura de madera al exterior Albañilería de Ladrillos de 11 cm

OU

TS

IDE

INS

IDE

55

Santiago (U max. según RT= 1,9 (W/m2 ºK)


U= 1,77 (W/m2 ºK) Recubrimiento de tinglado de madera Cámara de aire 5 cm Albañilería de Ladrillos 11 cm Antofagasta U max. según RT= 4 (W/m2 ºK)


U= 2,62 (W/m2 ºK) Revoque de mortero de cemento 1 cm Ladrillo 11 cm de espesor Revoque de mortero de cemento 1 cm

OU

TS

IDE

INS

IDE

56

6.2.2. CIELOS Punta Arenas U max. según RT= 0,25 (W/m2 ºK)


U= 0,24 (W/m2 ºK) Estructura de madera con cámara de aire 15 cm Aislación en lana de roca 16 cm Placa de yeso Cartón Santiago U max. según RT= 0,47 (W/m2 ºK)


U = 0,47 (W/m2 ºK) Cámara de aire 15 cm Lana de roca 5 cm Placa de yeso cartón 1 cm

57

Antofagasta U max. según RT= 0,84 (W/m2 ºK)


U= 0,84 (W/m2 ºK) Cámara de aire: 15 cm Aislación en lana de roca 2,5 cm Yeso cartón 1 cm 6.2.3 Piso Ventilado Punta arenas U max. según RT= 0,32 (W/m2 ºK)


U = 0,33 (W/m2 ºK) Recubrimiento cerámico 1 cm Forjado de concreto de 10 cm Aislación en lana de roca 10 cm Cámara de aire 5 cm Estructura portante con cámara de aire. Plancha de fibrocemento

58

Santiago U max. según RT= 0,7 (W/m2 ºK)


U= 0,7 (W/m2 ºK) Recubrimiento cerámico 1 cm Mortero de pega Forjado de Concreto 10 cm Lana de roca 3 cm Cámara de aire 5 cm Placa de fibrocemento Antofagasta (No ventilado) U max. según RT= 3,6 (W/m2 ºK)


U= 1.9 (W/m2 ºK) Nivelado de grava 15 cm Radier de hormigón 10 cm Mortero de pega 0,5 cm Baldosas Cerámicas 1 cm

59

Tomando en cuenta las características climáticas y de materialidad presentadas, se estudiará el caso de la vivienda pareada de 1 piso con orientación norte para cada caso.

La demanda de energía estándar que se tomará como base para la comparación de resultados, se indica en el cuadro siguiente:

Demanda de calefacción en kWh/m² año

Base según RT

1 Piso

Z1 Antofagasta 59

Z3 Santiago 100

Z7 Punta Arenas 185

Tabla 14. Elaboración propia según valores de la RT chilena

Tomando las condiciones descritas previamente, intentaremos, a través de la modelación de diferentes superficies de captación a norte, establecer las dimensiones más apropiadas para cada caso y sus efectos en la demanda de calefacción anual por metro cuadrado.

60

6.3 VIVIENDA TIPO

61

VIVIENDA TIPO: PAREADA 1 PISO, 41 m² Tomando como base la vivienda básica de un piso, introducida en el capítulo 4, y considerando los diferentes estudios citados previamente, procederemos al cálculo de diferentes posibles soluciones térmicas para la mejora de esta vivienda mediante el diseño solar pasivo para las tres zonas del país estudiadas.

Fig. 58 Vivienda de un piso pareada, 41 m², albañilería reforzada o confinada

Fig. 59. Planta de la Vivienda tipo para el estudio. Fuente: (Bustamante, Waldo 2009)

62

CUADRO DE SUPERFICIES 1 PISO Pareada

Muro (m²) Ventana

(m²) Puerta (m²) Horizontal

(m²)

Norte 10,1 2,64

Sur 12,65 2,42

Este 12,9 2,4 3,1

Oeste 18,4

Piso

41

Cubierta

41

Total 54,05 7,46 3,1

m² % Sup. Total muros 54,05 100 Sup. expuesta 35,65 65,96 Sup. vidriada 7,46 13,80 Volumen 96,18 m3

Tabla 15. Fuente: Elaboración propia.

Se considera una familia de 4 personas con la siguiente tasa de ocupación de la vivienda (se representa un día tipo).

Fig. 58. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC.

63

6.4 ANALISIS PARA LA DETERMINACION DE LA SUPERFICIE DE VENTANA NORTE IDEAL

64

6.4.1 DETERMINACION DE VENTANA NORTE IDEAL. VIVIENDA TIPO 1 ANTOFAGASTA Ventana con marco de aluminio y vidrio simple de 6mm. U: 6 Wh/m² ºC

Superficie vidriada

TOTAL (m²)

Superficie Vidriada

NORTE (m²)

Superficie vidriada

NORTE(%)

Superficie Vidriada

TOTAL(%)

Demanda de calefacción (kWh/

m² año) 5,32 0,5 9 10 58,00 5,82 1 17 11 57,51 6,82 2 29 13 56,94 7,46 2,64 35 14 56,37 8,12 3,3 41 15 55,52 8,78 3,96 45 16 55,05 9,22 4,4 48 17 58,39 11,2 6,2 55 21 59,85

12,82 8 62 24 61,51 13,82 9 65 26 62,44

Tabla 16. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC


Observamos que la demanda de calefacción disminuye al aumentar el área de ventana norte. Sin embargo a partir de un área vidriada total superior al 16% (considerando un 45% de la fachada norte vidriada), la demanda comienza a aumentar. Esto debido a que la vivienda cuenta con ventanas de vidrio simple: las pérdidas a partir de este punto son entonces superiores a las ganancias. Sin embargo las ganancias obtenidas son bastante limitadas, del rango de 3kwh/m² al año. A un costo de 0,12 EUR el kWh en Chile, y 80 EUR el metro cuadrado de ventana con vidrio simple, vemos que el costo de aumentar el tamaño de la ventana no compensa el ahorro en calefacción. Veremos en un segundo análisis que esto está ligado más bien al diseño de la vivienda.

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

10 11 13 14 15 16 17 21 24 26

Demanda de calefacción kWh/m² año ANTOFAGASTA

Demanda de calefacción kW/h m2 año% Sup. Vidriada

Total.

kWh/m²

año

65

SANTIAGO Ventana con marco de aluminio y vidrio simple de 6mm. U: 6 Wh/m² ºC

Superficie vidriada

TOTAL (m²)

Superficie Vidriada

NORTE(m²)

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)

Demanda de

calefacción (kWh/ m²

año)

5,32 0,50 9 10 95

5,82 1,00 17 11 93,8

6,82 2,00 29 13 92,3

7,46 2,64 35 14 95,1

8,12 3,30 41 15 103,7

8,78 3,96 45 16 109,2

9,22 4,40 48 17 116,7

11,20 6,20 55 21 126,7 Tabla 17. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC


De un modo similar a lo observado en el caso de Antofagasta, al aumentar la superficie vidriada al norte, la demanda de calefacción dismiuye hasta los 92,3 kWh/m² año. A partir de este punto la demanda aumenta de forma constante y sostenida de un modo mucho mas marcado que en Antogasta. Esto debido a la mayor variación de temperaturas dia noche y a la comparativamente baja radiación presente en invierno (45 kWh/ m² en Santiago vs 93 kWh/m²

en invierno en Antofagasta). El incremento en la demanda de calefacción entre el caso minimo de 13% de superficie vidriada y el máximo de 21% calculado para Santiago, arroja una diferencia de 34 Wh/m² año, frente a solo 3 Wh/m² año en el caso de Antofagasta. Es decir las perdidas aumentan considerablemente más en esta zona del país. Es necesario considerar a su vez que las condiciones de aislación térmica para una zona y otra también difieren. Esta comparación entonces es solo de carácter ilustrativo.

80

90

100

110

120

130

140

10 11 13 14 15 16 17

Demanda de calefacción kWh/ m²año SANTIAGO

kWh/m²

año

% Sup. Vidriada

Total.

66

PUNTA ARENAS Se considera en este caso ventana de aluminio con vidrio doble U=2,7 Wh/m² ºC

Superficie vidriada

TOTAL (m²)

Superficie Vidriada

NORTE (m²)

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)

Demanda de calefacción

(kWh / m²año)

5,32 0,5 9 10 183,9

5,82 1 17 11 185,0

6,82 2 29 13 187,9

7,46 2,64 35 14 190,4

8,12 3,3 41 15 195,9

8,78 3,96 45 16 210,4

9,22 4,4 48 17 211,6

11,2 6,2 55 21 212,2



Observamos que en el caso de Punta arenas (53 latitud sur) el comportamiento es muy diferente. Al ser la radiación solar en esta zona muy baja en comparación a las otras zonas geográficas del país y debido también a las bajas temperaturas y fuertes vientos presentes, la radiación solar norte no logra compensar las pérdidas y la demanda de calefacción es continua y sostenida a pesar de considerar ventanas de vidrio doble. A mayor superficie vidriada, más perdidas.

67

Observaciones generales al análisis: Al observar los resultados de la demanda de calefacción en la vivienda social tipo de un piso, nos encontramos con claras indicaciones de que su diseño es deficiente. En primer lugar, la vivienda se encuentra orientada de Norte a Sur en su mayor extensión, en lugar de Este - Oeste como sería recomendable, esto implica que la fachada Norte tenga una menor superficie expuesta que aquella al Este y al Oeste, lo que limita la captación directa y la posibilidad de ganancias por radiación. Además el retranqueo que presenta la fachada Norte en la entrada principal de la vivienda, claramente restringe las horas de sol de esta fachada y limita la captación directa de la ventana ubicada sobre el muro retranqueado. El diseño también presenta deficiencias en la ubicación de los dormitorios, ambos hacia la fachada sur, lo que obliga a abrir ventanas en esta dirección, provocando pérdidas y malas condiciones ambientales en este sector. Al mismo tiempo la fachada este presenta una superficie vidriada no despreciable, lo que también favorece las perdidas.

Fig. 62. Fuente: Elaboración propia.

Se presenta entonces un diseño más apropiado para favorecer la captación Norte y a la vez, para mejorar la orientación de los recintos que necesitan calefacción: Living comedor y dormitorios. Se elimina el retranqueo y se orienta la vivienda en sentido Este - Oeste en su fachada más amplia. Se eliminan las ventanas al Este y se minimizan aquellas al Sur. Y a continuación se procede al mismo calculo anterior.

Ambas habitaciones orientadas al sur

favorecen las pérdidas a través de las

ventanas al tiempo que disminuyen las

condiciones de confort al interior

La zona de captación es mínima. El

retranqueo del muro norte limita la

capacidad de captación directa, al quedar

cubierta y sombreada por la techumbre

La mayor cantidad de

superficie expuesta y

ventanas al este también

favorece las pérdidas.

68

6.4.2. DISEÑO ALTERNATIVO Vivienda tipo 2 Diseño propuesto para mejorar las caracteristicas termicas de la vivienda utilizando medios de captación solar pasivas.

Fig. 63. Fuente: Diseño basado en la Guía de diseño para la eficiencia energética de la vivienda social

El diseño propuesto presenta una mayor superficie expuesta al norte, en donde los recintos que necesitan calefacción, se encuentran orientados hacia esta fachada, mientras que los servicios se orientan al sur. Se suprimen las ventanas al este y se minimizan las ventanas al sur.

CUADRO DE SUPERFICIES VIVIENDA TIPO 2

1 PISO Pareada ALTERNATIVA PROPUESTA

Muro (m²) Ventana

(m²) Puerta (m²) Horizontal

(m²)

Norte 12,51 4,29 1,6

Sur 16,36 2,04

Este 12,65

1,6

Oeste 12,65

Piso

44

Cubierta

44

Total 54,17 6,33 3,1

m² % Sup total muros 63,6 100 Sup expuesta 41,52 65,28 Sup vidriada 6,33 9,95 Volumen 101,38 m² Tabla 19. Fuente: Elaboración propia

69

Utilizando las mismas características climáticas, constructivas y de ocupación, procederemos al análisis por zona geográfica. ANTOFAGASTA (Vivienda tipo 2) Ventana con marco de aluminio y vidrio simple de 6mm. U: 6 Wh/m² ºC

Superficie vidriada

TOTAL (m2)

Superficie Vidriada

NORTE (m2)

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)


vivienda tipo (2) (kWh / m² año)

5,78 3,74 65 9 52,33 6,33 4,29 68 10 50,46 6,84 4,8 70 11 49,64 7,92 5,88 74 12 48,72 8,94 6,9 77 14 48,33

11,24 9,2 82 18 47,90 12,84 10,8 84 20 49,90 13,2 11,2 85 21 51,70



Observamos que el comportamiento de la vivienda alternativa, mejora respecto de la vivienda original, alcanzando un valor mínimo de calefacción requerida de 47,9 kWh/m² frente a los 55,05 kWh/m² de la primera vivienda estudiada, es decir una disminución de 7 kWh/m², siendo sin embargo, un valor aún muy bajo para compensar el costo de ampliación de la superficie vidriada hasta los 9,2 m² requeridos. Es necesario destacar que este valor corresponde a un 18% de superficie vidriada total equivalente al 82% de la fachada norte. Para mejorar aún más el comportamiento térmico de esta vivienda sería necesario incorporar protecciones nocturnas, para evitar pérdidas y masa térmica para mejorar el confort por las noches.

% Sup.

Vidriada

Total.

kWh/m²

año

70

SANTIAGO (Vivienda tipo 2) Ventana con marco de aluminio y vidrio simple de 6mm. U: 6 Wh/m² ºC

Superficie vidriada

TOTAL (m²)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)

Superficie Vidriada

NORTE (m²)

Superficie vidriada

NORTE (%)

Demanda de calefacción (kWh/ m²

año)

5,78 9 3,74 65 94,46

6,38 10 4,34 68 90,7

6,84 11 4,8 70 87,17

7,92 12 5,88 74 85,69

9 14 6,96 77 83,7

11,24 18 9,2 82 92,3

12,84 20 10,8 84 97,6

13,2 21 11,8 89 99,8



Se observa que la demanda de calefacción para esta propuesta de vivienda es menor a la demanda del primer caso estudiado. La proporción ideal de ventana al norte es mayor, alcanzando un 14% de la envolvente total frente al 13% del primer caso, lo que indica que existe una mayor captación y aprovechamiento de radiación directa y menores perdidas. Se puede observar asimismo como al aumentar la proporción de ventana norte, la demanda de calefacción aumenta, pero de un modo mucho menos marcado que en el primer diseño. Esto nos habla de una mejora en el diseño desde el punto de vista de la estabilidad térmica. Aun así la demanda de calefacción requerida es de 83,7 kWh/ m² año. Sería necesario compensar las pérdidas utilizando protecciones nocturnas, aumentando la aislación y utilizando una mayor masa térmica para contrarrestar los efectos de la marcada diferencia de temperatura entre el día y la noche.

71

PUNTA ARENAS (Diseño alternativo) Se considera en este caso ventana de aluminio con vidrio doble U=2,7 Wh/m² ºC

Superficie vidriada

TOTAL (m²)

Superficie Vidriada

NORTE (m²)

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)


(kWh/ m² año)

5,78 3,74 65 9 177,4

6,33 4,29 68 10 178,6

6,84 4,8 70 11 180,45

7,92 5,88 74 12 184,3

8,94 6,9 77 14 188,1

11,24 9,2 82 18 194,9

12,84 10,8 84 20 202,9

13,2 11,2 85 21 204,4



Observamos que en el caso de Punta arenas, el comportamiento térmico de la vivienda propuesta es muy similar a la primera vivienda estudiada, sobre todo en las primeras iteraciones con porcentajes de ventana norte menores. Podemos observar sin embargo que la demanda de calefacción es ligeramente menor, especialmente para los valores de superficie vidriada más altos, aun cuando, al igual que en el primer caso, a mayor superficie de ventana, mayor la demanda. Se aprecia además que la curva del diseño alternativo es más regular que la primera, debido a la mayor superficie de captación y por tanto a la mayor cantidad de radiación recibida. Aun así la cantidad de radiación solar en esta zona en el país es insuficiente para compensar las pérdidas. Para mejorar el diseño, se debería aumentar la aislación, las protecciones nocturnas y la masa térmica. Sin embargo, la demanda de calefacción en esta zona del país es inevitable.

72

6.4.3 VARIACION EN LA MASA TERMICA Tomando en cuenta los resultados obtenidos, efectuaremos a continuación cálculos de demanda energética para ambas viviendas pero utilizando una masa térmica mayor, con el objeto de determinar en qué latitud esta estrategia sería más útil manteniendo la misma variación de porcentajes de ventana norte. En cada caso se observa un aumento en el espesor de los muros exteriores de albañilería de ladrillos de 11 a 30 cm. ANTOFAGASTA Vivienda original 41 m²

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)

Demanda de calefacción vivienda (1)

(kWh/ m² año)

Vivienda (1) Con Incremento de masa térmica (kWh/ m² año)

9 10 58,00 55,12 17 11 57,51 54,22 29 13 56,94 53,44 35 14 56,37 52,09 41 15 55,52 51,45 45 16 55,05 54,04 48 17 58,39 56,54 55 21 59,85 58,65 62 24 61,51 60,85 65 26 62,44 62,03



Observamos que con el aumento de la masa térmica, el valor de superficie de ventana norte necesaria, disminuye levemente pasando de un 16% a un 15% de superficie vidriada total respecto de la vivienda originalmente estudiada. Al mismo tiempo notamos una disminución global en la demanda de calefacción para los valores de superficie vidriada menores al 15% de la envolvente total. A partir de este punto, el comportamiento de ambas viviendas es bastante similar al punto de coincidir prácticamente en el consumo de calefacción para una superficie vidriada del 26%. Deducimos de este comportamiento que a partir del 15% las pérdidas se

73

sobreponen a las ganancias, principalmente debido al elevado valor de transmisibilidad de la ventana con vidrio simple utilizada. Se recomienda entonces el uso de ventana con vidrio doble para aprovechar mejor la radiación presente en la zona. Así mismo podemos indicar que el aumento de masa térmica no tiene un efecto demasiado importante en la disminución de la demanda de calefacción en esta zona climática, alcanzando un valor máximo de 3,6kWh/m² año de diferencia comparativamente a la misma vivienda con 11 cm de muro de ladrillo. Lo que está lejos de compensar el costo en la construcción del muro de 30 cm de espesor. ANTOFAGASTA Diseño alternativo, vivienda tipo 2, 44m2.

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)


(kWh/ m² año)

Vivienda (2) con incremento de masa térmica

(kWh/ m² año) 65 9 52,33 49,28 68 10 50,46 47,30 70 11 49,64 46,49 74 12 48,72 45,70 77 14 48,33 45,31 82 18 47,90 44,80 84 20 49,90 47,10 85 21 51,70 48,90



En el caso de la vivienda tipo 2 de 44 m², observamos que su comportamiento es prácticamente idéntico al de la vivienda original al variar el espesor del muro de 11 a 30 cm, pero con una disminución en la demanda de calefacción constante al variar el tamaño de la superficie vidriada, del orden de los 3kWh/m² año. Se confirma entonces la tesis de que en esta zona geográfica la estrategia más adecuada no sería el aumento de la masa térmica, sino la protección nocturna de ventanas, la instalación de ventanas con vidrio doble y una mejora en la aislación.

74

SANTIAGO Vivienda Original

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)


(kWh/ m² año)

Vivienda (1) Con incremento de masa

térmica (kW/h m² año)

9 10 95 86,26

17 11 93,8 82,53

29 13 92,3 80,83

35 14 95,1 83,76

41 15 103,7 86,42

45 16 109,2 89,17

48 17 116,7 90,94

55 21 126,7 97,27 Tabla 25. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC


En el caso de Santiago, se aprecia como el incremento de la masa térmica tiene un efecto mucho más importante que en el de Antofagasta, produciéndose en el caso ideal de 13% de superficie vidriada, una reducción en la demanda de calefacción de alrededor de 11,5 kWh/m² año, alcanzando una demanda de 80,835 kWh/m² año. Esto en relación a las grandes variaciones de temperatura día-noche que son amortiguadas por el incremento en la masa de la vivienda. Observamos además que al incrementar la superficie de ventana norte, las perdidas tienden a reducirse en comparación al edificio original, esto debido al mismo fenómeno de amortiguamiento térmico y el mejor aprovechamiento de la captación.

70

80

90

100

110

120

130

140

10 11 13 14 15 16 17 21

kW/h

m²

año

%Superficie vidriada total

Demanda de calefacción kWh/ m² año SANTIAGO

Demanda de calefacción vivienda 1 kWh / m² año

Vivienda 1 con incremento de masa termica kWh/ m² año

75

SANTIAGO Diseño de vivienda alternativo 44 m²

Superficie Vidriada

TOTAL (%)

Superficie Vidriada

NORTE(m²)

Superficie vidriada

NORTE (%)


(kWh/ m² año)

Vivienda (2) con incremento de masa

térmica (kWh/ m² año)

9 3,74 65 94,46 83,35

10 4,34 68 90,7 81,64

11 4,8 70 87,17 77,76

12 5,88 74 85,69 76,59

14 6,96 77 83,7 75,84

18 9,2 82 92,3 80,58

20 10,8 84 97,6 86,82

21 11,8 89 99,8 90,68 Tabla 26. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC


En el caso de la vivienda con diseño alternativo, observamos que el consumo también se reduce comparativamente con la vivienda en condiciones normales, pero en menor medida que en el caso anterior. Vemos que ambas curvas son muy similares, tal y como en el caso de esta vivienda en Antofagasta, aunque en este caso, la disminución en la demanda es mayor. Apreciamos una disminución de 7,86 kWh/m² año en el caso ideal de superficie vidriada total del 14%. Es destacable que en este caso la demanda de calefacción es de 75 kWh/m² año, muy por debajo de los 95 kWh/m² año establecidos como estándar.

76

PUNTA ARENAS Vivienda original (41 m²)

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)


(kWh/ m² año)

Vivienda (1) con Incremento de masa térmica

(kWh/ m² año)

9 10 183,9 175,20

17 11 185,0 179,50

29 13 187,9 183,19

35 14 190,4 185,40

41 15 195,9 187,75

45 16 210,4 190,00

48 17 211,6 191,90

55 21 212,2 195,20 Tabla 27. Fuente: Elaboración propia utilizando ECOTEC


Observamos que en punta Arenas el incremento en la masa térmica tiene un efecto menor en la disminución de la demanda de calefacción en comparación con las otras zonas del país. Sin embargo regula de algún modo este incremento para los mayores porcentajes de superficie vidriada total. Para el 10% de superficie vidriada tomada como estándar, vemos que el incremento de masa térmica provoca una disminución en la demanda de calefacción de alrededor de 9 kWh/ m² año. Nuevamente observamos que el comportamiento de pérdida continua a mayor porcentaje de superficie vidriada se mantiene constante.

77

PUNTA ARENAS Vivienda de diseño alternativo tipo 2 (44 m²)

Superficie vidriada

NORTE (%)

Superficie Vidriada

TOTAL (%)


(kWh/m² año)

Vivienda (2) con Incremento de masa térmica

(kWh/ m² año) 65 9 177,4 164,10 68 10 178,6 166,00 70 11 180,45 167,70 74 12 184,3 171,60 77 14 188,1 175,30 82 18 194,9 183,97 84 20 202,9 189,98 85 21 204,4 192,27



En este último caso, observamos que el comportamiento de la vivienda tipo 2 se reproduce en el caso de Punta Arenas de un modo similar al de las otras dos zonas geográficas. Las curvas de la vivienda original y aquella con mayor masa térmica son muy similares, prácticamente paralelas, pero con una disminución sostenida de la demanda de calefacción de alrededor de 13 kWh/ m² año en el caso de esta última. Observamos que el aumento de masa térmica en esta zona del país podría ser útil, combinada con un aumento de la aislación. Obviamente, ambas estrategias se encuentran fuertemente limitadas por el bajo presupuesto de construcción para este tipo de viviendas.

78

7. CONCLUSIONES

79

En general, lo observado nos permite determinar que dadas las características constructivas de aislación mínima y de bajo coste de las viviendas, el agregar superficie de ventana norte, posee un efecto marginal en la disminución del consumo por calefacción. Estos valores difieren según la zona geográfica, pero en general se mantienen bajo los 20 kWh / m² año de disminución en la demanda. Ahora bien, si esta estrategia se suma a otras, tanto en el plano constructivo como de estrategias de diseño solar pasivo, los resultados deberían mejorar. En primer lugar lo esencial sería poner especial atención en la correcta instalación de los materiales aislantes, disminuir al máximo puentes térmicos y evitar tanto como sea posible las infiltraciones debido a los fallos constructivos. Para este estudio se consideraron niveles de recambio de aire de 1 volumen por hora. Se trata de un factor bajo considerando la calidad constructivas de este tipo de viviendas sociales, pero debería ser una meta a alcanzar. Desde el punto de vista del diseño solar pasivo, estrategias combinadas como por ejemplo el incremento de la masa térmica, la mejora de la calidad y cantidad de material aislante, la utilización de dimensiones ideales en ventanas, la buena orientación, el correcto dimensionado de los aleros, el aprovechamiento de la captación solar tanto como sea posible intentando evitar sombras arrojadas por edificios existentes, entregará mejores resultados que simple medidas aisladas. A continuación procederemos a un análisis por zona Geográfica Antofagasta Gráfico resumen de los casos estudiados


Observamos en este gráfico el comportamiento de ambas viviendas con y sin incremento de su masa térmica. Vemos que las curvas son bastante similares y que la vivienda 2 presenta los niveles más bajos de consumo en calefacción. Observamos además que la ventana norte ideal se encuentra alrededor del 17% de superficie vidriada total.

80

Cuadro resumen con la demanda de calefacción mínima necesaria determinada para cada caso en la ciudad de Antofagasta, contrastada con el aumento en la dimensión de la superficie vidriada y su costo implícito. Se indica una estimación en la recuperación de la inversión para cada caso

Tabla 29. Fuente: Elaboración propia

Se aprecia que la vivienda 2 mejora en la disminución de la demanda de calefacción, respecto de la demanda estándar de este tipo de viviendas para la zona climática 1, alcanzando una reducción de 11,1 kWh/ m² año. Esto se traduce en una disminución de 68,38 EUR en los costes anuales de calefacción, los cuales al ser contrastados con el costo de los metros cuadrados necesarios de ventana extra para lograr esta reducción, arrojan un periodo de recuperación de la inversión de alrededor de 5 años. Al realizar el mismo cálculo utilizando ventana doble, el tiempo de recuperación de la inversión se reduce a 4 años. Cabe señalar que este cuadro se refiere solo al costo en el aumento de la superficie vidriada y no considera en el caso del aumento de la masa térmica, el costo de construcción de estos muros. Se estima que el costo sería de alrededor de 175 EUR por metro cuadrado, lo que implica un aumento en el costo de construcción de la vivienda de alrededor de 10.000 EUR. Con las ganancias por demanda de calefacción, este costo no se compensa en ninguno de los dos casos. Tomando en cuenta estos resultados se proponen las siguientes recomendaciones en el diseño:

El diseño de la vivienda ideal es el segundo. Se recomienda el diseño pareado o continuo, al reducir perdidas por transmisión.

Captación norte ideal con ventanas de 3,96 m², para un total de 8,78 m² de superficie vidriada total.

Protección nocturna en ventanas para disminuir pérdidas.

Posibilidad de uso de vidrio doble en ventanas para reducir perdidas.

Alero para protección solar en verano de 60 cm.

Demanda

estandar para

10% de sup

vidriada total

(kWh/m² año)

Demanda de

ca lefacción

(kWh/m² año)

Diferencia

(kWh/m²

año)

Costo

kWh

(EUR)

Valor tota l de

la disminución

en ca lefaccion

por m²

Valor tota l de

la disminución

en ca lefaccion

(EUR)

m² de

ventana

extra

necesaria

Costo total

ventana

extra

necesaria

(EUR)

Tiempo de

recuperación

de la

invers ión

(años)

Vivenda 1 59 55,52 3,48 0,14 0,49 19,98 2,8 280 14

Vivienda 1 con

incremento de

masa termica 59 51,45 7,55 0,14 1,06 43,34 3,46 346 8

Vivenda 2 59 47,9 11,1 0,14 1,55 68,38 3,46 346 5

Vivienda 2 con

incremento de

masa termica 59 44,81 14,19 0,14 1,99 87,41 3,9 390 4

81

Santiago


En el grafico resumen de los cálculos realizados, se aprecia que la vivienda 2 posee un mejor comportamiento que la original, especialmente en el caso del incremento de la masa térmica. Debido a las fuertes oscilaciones de temperatura entre el día y la noche, especialmente en invierno, se recomienda en lo posible aumentar la masa térmica ya sea en muros perimetrales como en superficies de piso en zonas de captación directa. Cuadro resumen con la demanda de calefacción mínima necesaria determinada para cada caso en la ciudad de Santiago, contrastada con el aumento en la dimensión de la superficie vidriada y su costo implícito. Se indica una estimación en la recuperación de la inversión para cada caso.


Observamos en el cuadro que las diferencias entre la demanda estandar de calefaccion y aquellas obtenidas por los calculos, son mayores que las de Antofagasta, probablemente en relación al incremento en la aislación estipulado para esta zona del país. En todo caso, la demanda global es comparativamente mucho mas alta que la demanda por calefaccion en Antofagasta. Se observa una diferencia considerable de 16,3 kwh/m² año, en el caso de la vivienda dos, lo que rebaja el tiempo de recuperación de la inversión a un año. Además se aprecia como el incremento en la masa térmica tiene también un efecto positivo en la disminución de la demanda de calefacción, sin embargo nuevamente nos encontramos con que las ganancias en este sentido no logran compensar el costo de la inversión de ampliar los

Demanda

estandar para

10% de sup

vidriada total

(kWh/m² año)

Demanda de

calefacción

(kWh/m² año)

Diferencia

(kWh/m²

año)

Costo kWh

(EUR)

Valor total de la

disminución en

calefaccion por

m²

Valor total de la

disminución en

calefaccion (EUR)

m² de

ventana

extra

necesaria

Costo total

ventana extra

necesaria

Tiempo de

recuperación

de la inversión

(años)

Vivenda 1 100 92,3 7,7 0,14 1,08 44,20 1,5 150 3

Vivienda 1 con

incremento de masa

termica 100 80,83 19,17 0,14 2,68 110,04 1,5 150 1

Vivenda 2 100 83,7 16,3 0,14 2,28 100,41 1,5 150 1

Vivienda 2 con

incremento de masa

termica 100 75,84 24,16 0,14 3,38 148,83 2,8 280 2

82

muros perimetrales. Sin embargo se sugiere que cualquier aumento en la masa sería beneficioso en zonas de captación directa para esta zona del país. Recomendaciones para el diseño:

Utilizar el diseño de la vivienda 2

Ventana norte de 6,96 m² aproximadamente para un total de 9 m² de superficie vidriada total

Aumentar en lo posible masa térmica

Protecciones nocturnas, especialmente para evitar pérdidas durante los meses más fríos

Vidrio doble de ser posible

Procurar una mejor aislación en muros perimetrales en la medida de lo posible. Punta Arenas


Observamos en el grafico resumen que en este caso, las perdidas aumentan de modo constante en cualquier circunstancia, al aumentar la superficie vidriada. Aun cuando se utilice vidrio doble. Esto debido a las condiciones climáticas extremas de la zona. Claramente la estrategia en este caso es mejorar la aislación e intentar mantener las superficies vidriadas en el mínimo, y de ser posible aumentar la masa térmica en zonas de captación directa. Así mismo el uso de un vestíbulo en esta zona del país, se hace fundamental. El siguiente cuadro resumen nos muestra la demanda de calefacción mínima necesaria determinada para cada caso en la ciudad de Antofagasta, contrastada con el aumento en la dimensión de la superficie vidriada y su costo implícito. Se indica una estimación en la recuperación de la inversión para cada caso.

83


En este caso no es posible realizar el cálculo de retorno de la inversión, debido a que no hay inversión necesaria en extender la superficie de ventanas. Sin embargo, se aprecia que aun así, al comparar los valores de demanda por calefacción de la vivienda 2 de diseño alternativo, observamos una disminución de 6,4 kWh/ m² año frente al consumo estándar para este tipo de viviendas en la región. El incremento en la masa térmica también es un elemento importante en la disminución de la demanda, llegando a lograr 19 kWh/ m² en el caso de la vivienda 2. Nuevamente, esta disminución en el consumo no logra compensar el costo de la construcción de un muro de grandes dimensiones. Recomendaciones de diseño:

Se recomienda la utilización de vidrio doble bajo emisivo

A mayor aislación, menor será la demanda de calefacción

Aumentar en lo posible la masa térmica en zonas de captación directa especialmente

Protecciones nocturnas

Mejorar en lo posible la estanqueidad de los cerramientos y evitar los puentes térmicos en esta zona se vuelve una tarea fundamental.

Incorporar vestíbulo en el diseño de las viviendas. En general apreciamos que el aumento de la masa térmica reduce la demanda de calefacción en las tres zonas estudiadas, aportando estabilidad a través de la amortiguación de las diferencias de temperatura día-noche. Estas características podrían también volverse útiles frente al fenómeno de cambio climático, al hacerse las viviendas más flexibles frente a variaciones en las condiciones climáticas presentes de un año a otro. La captación directa por otro lado tendría un mayor impacto en las reducciones de la demanda de calefacción, si las características térmicas de aislación de la vivienda fueran mejores, lamentablemente y dadas las características mínimas de aislación de estas viviendas esta condición es difícil de alcanzar.

Demanda

estandar para

10% de sup

vidriada total

(kWh/m² año)

Demanda de

calefacción

(kWh/m² año)

Diferencia

(kWh/m²

año)

Costo kWh

(EUR)

Valor total de la

disminución en

calefaccion por

m²

Valor total de la

disminución en

calefaccion (EUR)

Vivenda 1 185 183,9 1,1 0,14 0,15 6,31

Vivienda 1 con

incremento de masa

termica 185 175,2 9,8 0,14 1,37 56,25

Vivenda 2 185 178,6 6,4 0,14 0,90 39,42

Vivienda 2 con

incremento de masa

termica 185 166 19 0,14 2,66 117,04

84

BIBLIOGRAFÍA

85

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