Evaluacion de estrategias Bioclimáticas en La Habana

EVALUACION DE ESTRATEGIAS BIOCLIMATICAS

DEENVIVIENDAS LA HABANA Máster en Tecnologías de Climatización y Eficiencia Energética en Edificios Universidad Rovira I Virgili Curso 2014- 2015

AUTORA: Arq. ADRIANA PESTANO MENDOZA TUTOR: Arq. ARTURO ORDOÑEZ GARCIA

EVALUACION DE ESTRATEGIAS BIOCLIMATICAS

DEENVIVIENDAS LA HABANA

“First we shape our buildings, and then they shape us.�

Winston Churchill

RESUMEN Con este trabajo se pretendió hacer un análisis del comportamiento o desempeño energético de un modelo de vivienda estándar para el clima específico de La Habana. Mediante simulaciones paramétricas, utilizando el programa informático Design Builder, se analizó el desempeño en modo pasivo, o sea, teniendo en cuenta el nivel de confort, y en modo mecánico donde se tiene en cuenta el uso de un sistema de refrigeración para establecer demandas de energía. Y de esta forma, analizar el comportamiento con la variación de los parámetros de: cerramientos, aberturas, espacios semi-abiertos y orientación. Se establecieron o se trazaron ciertas líneas de diseño a partir de los resultados obtenidos, y se dan resultados concretos, mediante valores, de la influencia de la variación de los parámetros estudiados antes mencionados en lograr el confort y en la disminución de la demanda energética.

CONTENIDO 06.

10.

43.

RESULTADOS CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA Y DISTRIBUCIÓN CERRAMIENTOS. MASA TÉRMICA Y AISLAMIENTO ABERTURAS. TIPOS DE VENTANAS Y POR CIENTO DE ABERTURAS ESPACIOS SEMIABIERTOS ORIENTACION

INTRODUCCIÓN PROBLEMA DESCRIPCIÓN OBJETIVO CENTRAL OBJETIVOS ESPECIFICOS METODOLOGÍA

65.

CONCLUSIONES

MARCO TEORICO

66.

RECOMENDACIONES

ARQUITECTURA TROPICAL CONFORT TERMICO CONCEPTOS TEORICOS DIAGONOSTICO BIOCLIMATICO ESTADO DEL ARTE: CUBA E INTERNACIONAL

67.

BIBLIOGRAFÍA

24.

DIAGNOSTICO BIOCLIMATICO

28.

METODO/PROCESOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE DISEÑO (CONCEPTOS TEÓRICOS) CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA Y DISTRIBUCIÓN CERRAMIENTOS. MASA TÉRMICA Y AISLAMIENTO ABERTURAS. TIPOS DE VENTANAS Y POR CIENTO DE ABERTURAS ESPACIOS SEMIABIERTOS ORIENTACION

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INTRODUCCIÓN “We cannot solve our problems with the same thinking we used when we created them.” —Albert Eintein

Lograr el confort y las características adecuadas para protegerse de las condiciones climáticas, ha sido una de las constantes búsquedas durante la historia de los asentamientos humanos. Los aspectos climáticos han tenido una gran influencia en el diseño de la arquitectura antigua y tradicional. Sin embargo, con el desarrollo de la sociedad industrial junto con un fácil acceso a los recursos naturales ha provocado que esa evolución de la arquitectura, adecuada a las características climáticas del pasado, fuera interrumpida.

El abusivo uso de las técnicas mecánicas para lograr niveles de confort en los interiores de los edificios ha resultado en una indiferencia y olvido de los medios naturales y técnicas pasivas, que, durante siglos han sido aplicadas para adaptar los edificios a los climas locales.

La combinación de altos niveles de aislamiento y sistemas de climatización han provocado que los ambientes interiores sean casi completamente artificiales. Los estándares de confort aumentan gradualmente y el contacto con los medios naturales y el medio exterior disminuye. Esto, además de las posibles consecuencias para la salud, ha provocado una muy costosa forma de vida y numerosos problemas asociados al cambio climático y la escasez de los recursos naturales del planeta.

Tomando esta situación amenazante en cuenta y esperando que pueda ser revertido este crecimiento y desarrollo insostenible, los estudios para promover una arquitectura bioclimática y más responsable con el medio ambiente pueden, modestamente, contribuir a la creación de un futuro más sustentable.

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PROBLEMA: Gran parte de los edificios de viviendas desarrollados actualmente en Cuba presentan elevados consumos energéticos y/o problemas de confort debido a que no se asumen estrategias de diseño adecuadas.

DESCRIPCIÓN: Con el avance de las tecnologías y el uso de equipos de climatización se ha ido perdiendo la forma de “hacer arquitectura” de nuestros antepasados, que dependiendo exclusivamente de las características climáticas de la zona, se daban a la tarea de construir residencias lo más apropidadas posibles para lograr mayores condiciones de confort.

Hoy en día, con el interés de reducir los consumos energéticos a la vez que mantener los niveles de confort deseados en los edificios, se ha hecho vital tomar todas las medidas posibles con el fin de tener un comportamiento energético más amigable con el medio ambiente.

De esta forma diversos estudios y casos prácticos anteriores indican que para lograr edificios más eficientes es necesario comenzar desde las primeras etapas de proyecto. Lo cual puede reducir de forma considerable las ganancias de calor dentro del inmueble y por tanto de la demanda de climatización.

Con este objetivo se hará una propuesta de apartamento típico de mediano estándar según la Norma Cubana de Vivienda. Este se tomará como módulo que servirá de base para el estudio. Posteriormente se harán simulaciones variando cerramientos, aberturas, orientación y configuraciones de espacios semiabiertos. Esto permitirá analizar y conocer el comportamiento e influencia de cada uno de estos parámetros en el comportamiento energético y el confort del edificio. Con lo que se logrará llegar a comportamientos más adecuados y viables y que servirán de guía para la toma de desiciones de futuros proyectos.

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Objetivo central: - Evaluar estrategias de diseño de edificios de apartamentos para el clima específico de La Habana donde se logre optimizar su desempeño medio ambiental, confort térmico y reducir su demanda energética.

Objetivos específicos: - Determinar, mediante simulaciones, las condiciones óptimas de orientación, forma, aberturas, cerramiento y los espacios semiabiertos para edificios de vivienda, para el clima específico de La Habana.

- Evaluar cómo influyen la variación de los parámetros de diseño energético en el desempeño energético y el confort de los edificios en el clima específico.

- Obtener soluciones óptimas combinando todas las medidas estudiadas, logrando mayores horas de confort y menor demanda energética.

- Demostrar mediante datos concretos la importancia e influencia de un diseño bioclimático desde el inicio del proyecto en el confort y el consumo energético de los edificios de apartamentos, siempre teniendo en cuenta las características climáticas de la zona para la que se diseña.

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METODOLOGÍA: - Estudio del estado del arte, tanto en Cuba como en el ámbito internacional.

- Realizar un diagnóstico bioclimático de la zona.

- Desarrollar proyecto paramétrico, donde se diseñará un ejemplo concreto de apartamento de mediano estándar a partir de la Norma Cubana de Vivienda, que servirá de módulo base para los estudios. Se definirán todos aquellos parámetros que serán analizados.

- Se realizarán simulaciones a partir del programa Design Builder haciendo modificaciones de los parámetros de diseño establecidos, que permitan observar las variaciones del comportamiento energético y confort del edificio de forma independiente, haciendo comparaciones desde las soluciones más desfavorables hasta las más satisfactorias.

- Se extraerán datos a partir de los resultados obtenidos de las simulaciones que permitan observar el comportamiento energético y confort del edificio ante las diferentes variaciones.

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MARCO TEORICO ARQUITECTURA TROPICAL “As the global population increases towards nine billion people sustainable development should be seen as an economy serving society within Earth's life support system.” — Johan Rockström

El cinturón tropical, es donde grandes áreas del sudeste asiático, India, África y parte de Norte y Sur América, se encuentran situados (Imagen 1). Todos juntos forman una gran masa terrestre con uno de los índices más grandes de crecimiento urbano. Quizás, coincidentemente, la arquitectura en las regiones tropicales, comparten problemas comunes, uno de los más fácilmente identificables son las condiciones tropicales del clima y el ambiente natural. La arquitectura en los contextos tropicales ha llegado a conflictos entre la tradición y la modernidad, flujo masivo de las áreas del campo a la ciudad, rápido desarrollo urbano, y otros problemas aún no identificados.

Uno de los mayores ímpetus para el desarrollo de la investigación de la arquitectura tropical se encuentra en los orígenes históricos de la modernidad en Europa y Estados Unidos. Desde los primeros momentos, los maestros del modernismo como Le Corbusier y Oscar Niemeyer entendieron que el modernismo en la arquitectura no debería trasplantarse sin un reconocimiento de los cambios del contexto.

Lamentablemente, gran parte de los trabajos que “pasan” como arquitectura en los trópicos, hoy en día se trasplantan íntegramente de países de climas templados (Imágenes de la 2 a la 4).

A pesar de la diversidad de soluciones (siempre limitadas por las restricciones

Imagen 1: Mapa del mundo según Koppen (Zona Tropical). http://commons.wikimedia.org/ wiki/File:Koppen_World_Map_Af_Am_Aw.png

básicas del clima) con los diferentes tipos de contextos geográficos, es interesante observar cómo se desarrollan modelos arquitectónicos prácticamente idénticos en climas similares con culturas sumamente diferentes y lugares distantes. Muchas de las decisiones de diseño tomadas en países del Norte (Europa y América) han sido adoptadas en otras latitudes con resultados contraproducentes. Por ejemplo: grandes ventanas, invernaderos, alta compacidad formal, materiales con altas prestaciones aislantes, etc., pueden producir disconfort en locaciones más cálidas.

El punto de partida de la mayoría de la arquitectura tropical es el clima. En el nivel más simple, la arquitectura moderna ha sido simplemente una adaptación de las tendencias modernas en el diseño y la construcción al clima, tomando en cuenta algunos cambios en la forma de vida que el propio clima implica.

Con muy buenos resultados se han explorado los espacios abiertos y semi abiertos, balcones y plantas abiertas. Pero la forma de vida moderna en las 10

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Imagen 2: Ciudad de Panamá. http://the-sweet-mess.com/tag/panama/

Imagen 3: Centro Expandido de Bogotá. http://es.wikipedia.org/wiki/Centro_Expandido_de_Bogotá.

Imagen 4: Torres Petronas en Kuala Lumpur, Malasia. http://aireasiatico.blogspot.com. es/2011/10/kuala-lumpur-moderna-mezcla-de-razas.html.

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ciudades encapsulada, no alienta esta forma de vida más natural.

En el diseño de estrategias sustentables, se ha empezado a entender cómo las elecciones de materiales, orientación, dimensionado y proporción de los espacios, sólidos y vacíos etc, afectan la calidad y el confort interior. El campo de exploración es enorme y la tarea de investigación solo ha dado los primeros pasos.

CONFORT TÉRMICO Las condiciones de confort humano están directamente relacionadas con los inicios de la civilización. Sin embargo, el confort térmico, como concepto científico comenzó a ganar importancia desde la segunda mitad del siglo XIX. La creciente cantidad de personas trabajando y viviendo en espacios cerrados y climatizados artificialmente ha hecho a los ingenieros sensibles hacia el bienestar de sus ocupantes. Además, el movimiento moderno de la década de 1920 atrajo la atención acerca de las poco sanas condiciones de las congestionadas ciudades modernas.

Los modernistas prestaron especial atención hacia tópicos como aire fresco, luz y áreas verdes como una forma de proporcionar un clima más sano y condiciones más confortables para el “hombre moderno”.

La crisis energética de la década de 1970 y el permanente crecimiento de la demanda de energía provocó un dramático aumento en el costo de mantenimiento de las condiciones de confort en los edificios. Esta situación hizo aún más concientes a los investigadores acerca de alcanzar condiciones de confort aceptables, y al mismo tiempo, consumir menos energía y dinero. Más recientemente los conceptos de sustentabilidad y desarrollo sustentable han contribuido también a desarrollar técnicas y estrategias de diseño que no solo resuelvan los presentes problemas económicos sino también contribuya a la preservación del ambiente natural.

Varias definiciones de “confort térmico” han sido formuladas: ASHRAE 55-

74 Standard la define como: “esa condición de la mente la cual expresa satisfacción con el ambiente térmico”. Fanger la define “neutralidad térmica” para una persona “como la condición en la cual el sujeto no prefiere el ambiente ni más cálido ni más fresco”.

En las últimas décadas, la investigación acerca del confort térmico se ha desplazado hacia la búsqueda de una metodología estándar para predecir la sensación térmica en el interior de los edificios. Los estudios de confort térmico comenzaron en las zonas climatizadas con sistemas de refrigeración y calefacción (HVAC), hoy en día se enfocan más en diversas situaciones donde otros factores menos controlados, como condiciones micro climáticas y expectativas personales, juegan un papel importante en definir la sensación térmica de sus ocupantes. Estas situaciones, que son más comunes en condiciones cálidas, están presentes en edificios no climatizados o parcialmente climatizados, donde sus ocupantes tienen cierto contacto con el ambiente exterior y desarrollan cierta “adaptabilidad” con el fin de sentirse confortables con los cambios ambientales. El estudio de teorías adaptativas y las propuestas de modelos de confort adaptativo, que toman en cuenta los factores psicológicos y fisiológicos en ambientes cálidos ventilados naturalmente, se ha convertido en un campo de investigación con impacto en el ahorro energético y en la protección del medio ambiente.

Numerosos estudios han demostrado que existen varios elementos no cuantificables de confort que influyen en la sensación térmica. Aspectos como culturales, hábitos y tradiciones, condiciones psicológicas y expectativas pueden variar el nivel de tolerancia hacia ciertas condiciones térmicas y según el contexto en el que se encuentre la persona.1 Los ocupantes de edificios climatizados están acostumbrados a una homogeneidad térmica tanto en tiempo como en espacio. Por lo tanto desarrollan altas expectativas de uniformidad y temperaturas frescas, y 1 Wong, N.H., et al, “Thermal comfort evaluation of naturally ventilated public housing in Singapore”, 2002. pp. 550 12

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son más propensos a sufrir más de un cambio en la zona. Sin embargo en los edificios con ventilación natural, los ocupantes están acostumbrados a una estrecha relación con el ambiente exterior y consecuentemente tienen mayor aceptabilidad hacia los cambios y unas condiciones térmicas no uniformes que incluyen temperaturas más altas.

El efecto de frescor por el movimiento del aire sobre la piel humana ha sido bien documentada. En verano, especialmente en regiones tropicales húmedas, este es el método más efectivo de lograr confort térmico.

Mayores velocidades de aire aumenta la evaporación sobre la piel y esto es producido debido a que el movimiento del aire determina el intercambio entre el calor convectivo y la masa de agua sobre el cuerpo humano con el ambiente circundante 2.

La sensación de frescor debido al movimiento del aire es más evidente bajo altos índices de humedad relativa cuando aumenta la evaporación del sudor, y la persona siente una inmediata sensación de frescor con respecto a la condición previa. Este cambio drástico de la sensación térmica de la persona en condiciones de humedad, resulta adicionalmente psicológica, ya que hay una sensación de frescor incluso cuando la percepción térmica final no es la óptima para estar el confort. Consecuentemente, en condiciones cálidas y húmedas, el movimiento del aire y la ventilación natural mejora el confort, incluso cuando la temperatura del aire exterior es algunos grados superior que la temperatura interior3.

Muchos autores han estudiado los límites de temperatura en los cuales la ventilación natural produce un efecto de frescor. Según Givoni 4: La 2 Allard, F., “Natural Ventilation in Buildings. A Design Hand Book”, 1998.

3 Givoni, B., “Passive and Low Energy Cooling of Buildings”, 1994.

Pp.18.

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ventilación natural puede producir sensación de frescor con temperaturas alrededor de 33˚C. Entre 33 ˚C y 37 ˚C la velocidad el viento no afecta significativamente la sensación térmica, sin embargo puede producir disconfort si la humedad relativa es baja. Con velocidades de aire más altas y teniendo control individual de esa velocidad del viento, las personas admiten mayores temperaturas y pueden alcanzar el mismo nivel de aceptabilidad que con menor velocidad de aire y menor temperatura. Sin embargo, hay ciertos límites para el aumento de la velocidad del aire de acuerdo con la función y los requerimientos de la habitación. ASHRAE 55 Standard (ASHRAE 55 Standard: “Thermal Enviromental Conditions for Human Occupacy”, 1992) Recomienda límites de velocidad de aire interior de 0,8 m/s, ya que mayores velocidades de aire pueden producir que los papeles se vuelen u otras condiciones incómodas. Esa velocidad de viento permite tener la habitación alrededor de 2 ˚C más cálido, a una humedad relativa del 60%, y seguir manteniendo valores óptimos de confort5.

Pero estas velocidades de aire recomendadas están basadas en los requerimientos en oficinas, en el caso de viviendas el límite de la velocidad del aire puede ser mucho mayor, teniendo en cuenta el tipo de actividad que se realice. En condiciones cálidas y húmedas, la tolerancia hacia las velocidades más altas del viento es mucho mayor. Esta situación no es solamente aceptable sino que también es deseable. Esto ha sido confirmado por los estudios que se han realizado alrededor del mundo que han sido mencionados anteriormente.

Givoni sugiere que con velocidades de aire interior de 2 m/s la zona de confort puede ser extendida hasta 30 ˚C en los países templados. Para personas aclimatadas a climas cálidos sugiere que el límite de temperatura máxima con velocidades de aire de 2 m/s debe ser alrededor de 32 ˚C.

5 Allard, F., “Natural Ventilation in Buildings: a Design Handbook”, 1998 (gráfica pag. 45)

“Climate Considerations in Buildings and Urban Design”.

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ESTADO DEL ARTE

mayores asoleamientos y facilitar los flujos de ventilación.

CUBA

Se hicieron mediciones del incremento de la temperatura del aire según el coeficiente de ocupación del suelo. Así como la variación de la temperatura del aire según las terminaciones de la superficie exterior: césped, pavimento, asfalto, madera, etc. Se clasificaron

ESTUDIOS GENERALES Los estudios relativos al confort en los edificios de vivienda en La Habana han estado orientados generalmente al análisis de la radiación y protección solar, la iluminación en los espacios y la ventilación natural con el fin de lograr las mayores horas de confort de forma pasiva.

Entre las décadas de 1970 y 1980 se hicieron una serie de estudios importantes sobre el comportamiento del clima de carácter urbano.

Se realizaron mediciones y se recogieron datos que anteriormente no existían para el caso específico de Cuba y especialmente de La Habana. Aunque casi todos estuvieron encaminados en los estudios de carácter urbano.

En 1961 se aprobaron las Ordenanzas de la Construcción que regulaba, aunque de forma muy primaria, ciertas medidas con vistas a lograr mejores orientaciones en la trama urbana para evitar los

ALTURA DE LA MEDICIÓN 1,50 m 0,50 m

A LA SOMBRA BAJO LOS ÁRBOLES 32.5 °C 32,8°C

TERMINACIÓN SUPERFICIAL ASFALTO 37,0°C 52,0°C

SUELO 30,0°C 43,2°C

CÉSPED 34,8°C 35,2°C

GRAVILLA 31,5°C 48,0°C

HORMIGÓN 35,2°C 49,0°C

Imagen 6: Temperaturas medias según influencia del contexto.

según tipología urbana y clima: compacta, de pasillos laterales o dispersa. Y cómo afecta en la variación de las temperaturas según las características de cada zona. Aunque esto se hace de forma descriptiva y no con mediciones específicas con valores determinados.

Se realizaron investigaciones con respecto a la variación de la temperatura interior con relación a la exterior según ubicación del inmueble dentro de la manzana (esquina o centro) y según ubicación dentro del propio inmueble (planta baja, planta alta, o su relación con patio o patinejo). Este estudio se hizo en zonas compactas, de pasillos perimetrales y zonas de edificios aislados. En estos últimos se hizo un estudio de los distintos esquemas tipológicos: sin patio, patio al fondo, patio central, patio lateral, patinejo o greca. (Ver imangen 8).

Imagen 5: Evolución de la temperatura media de La Habana Imagen 7: Vista de la zona de El Vedado hacia el Malecón, La Habana. 2007

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Sin patio

Patio al fondo

Patio central

Patio lateral

Patinejo

Greca

- Estudio de la temperatura, humedad relativa y velocidad del viento en 13 zonas diferentes de la ciudad.

- Influencia según tipo de espacio: volumen y función de la vivienda.

- Iluminación : uniformidad, profundidad del espacio y área de ventana con respecto al área de piso.

- Estudio de la influencia de los patios en las características climáticas interiores de un inmueble. Mediciones de edificios específicos: Palacio de los Capitanes Generales y Seminario de San Carlos, y la influencia del patio en el clima interior de los locales.

- Radiación según orientación del patio, dimensiones y época del año.

- Estudio de las presiones de viento en los patios y patinejos en edificios altos.

PROYECTOS ESPECIFICOS VILLEGAS 359. Vivienda social. rehabilitacion.

Imagen 8: Estudio de los esquemas tipológicos de patios.

Arq. Héctor Gómez Adán

Otros estudios han abarcado de forma general:

Villegas 359 es un edificio de vivienda social que se encuentra insertado dentro del tejido del Centro Histórico de la Habana Vieja en la intersección de las calles Teniente Rey y Amargura. Ocupa un lote de esquina de planta rectangular con orientación oeste hacia la Plaza del Cristo, plaza arbolada donde confluye la función doméstica, religiosa, cultural y comercial.

- Esquemas de flujos de vientos en edificios aislados y con influencia del contexto.

- Protección solar.

- Ganancia térmica en ventanas según orientación.

- Radiación solar media anual y media de verano según ángulo de incidencia y orientación.

Este trabajo evalúa el impacto que produce sobre el ambiente lumínico y térmico, bajo condiciones extremas de verano, la construcción de un lucernario que cubre un micro patio existente.

- Efecto del arbolado urbano en la protección a la radiación solar, según especie arbórea y características de la copa, en por ciento de radiación solar.

Su estructura morfológica responde al esquema de la vivienda tradicional, donde destaca el patio interior. La secuencia espacial se produce a

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Los programas informáticos utilizados para las modelaciones y los posteriores análisis fueron: Ecotect, Radiance, Daysim, Lightsolve.

La evaluación del ambiente térmico considera el efecto de la ventilación natural acoplando los resultados de simulaciones CFD con Energy Plus.

La estrategia ambiental se basa en la reducción de la demanda de energía: - Establece relación directa con todos los espacios con el exterior, evitando la compartimentación, iluminación y ventilación natural.

- Aberturas que regulen el paso del sol.

- Relleno ligero en cubierta con poca transferencia de calor.

- Captación de agua de lluvia.

- Calentadores solares.

Imagen 9: Estudio de la radición por influencia de lucernario. Simulaciones realizadas con Radiance y Daysim. Imágenes cedidas por el autor.

través del zaguán, elemento articulador entre el espacio urbano y el espacio doméstico.

El encargo de un proyecto de intervención que mejore las condiciones de habitabilidad considera la búsqueda de una solución de cierre sobre cubierta que potencie las ventajas alcanzadas y minimice las desventajas. La nueva propuesta mantiene la función doméstica original y reduce a 12 el número total de viviendas. En planta baja se resuelve espacialmente por medio de apartamentos dúplex que aprovechan la existencia del entresuelo, solución que se repite hacia la medianería en el primer nivel, aprovechando de igual forma el entrepiso existente. Los apartamentos con acceso a la calle se desarrollan en un solo nivel en cumplimiento a las regulaciones urbanas vigentes en la zona.

Implementación de louvers regulables para permitir el control de la insolación a la vez de la ventilación natural, con el fin de lograr el confort térmico por medios pasivos durante el mayor tiempo posible. Mediante la implementación de programas de simulación se pudo llegar a una solución óptima que permitiera el uso del patio interior como fuente fundamental de ventilación natural, a la vez que permitiera el paso de la luz, evitando deslumbramientos y asolemientos excesivos y protegiera el espacio de la lluvia.

PROYECTO MALECON 209.

Arq. Héctor Gómez Adán Este proyecto tiene como una de sus máximas la intención de aprovechar al máximo la potencialidad que puede resultar de su orientación, las posibilidades de ventilación y las visuales presentes en el contexto.

El proyecto consiste en un edificio de viviendas ubicado en el Malecón de La Habana en el cual la tipología de patios en paralelo posibilita el autosombreado y la canalización de los vientos con componente norte que 16

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incrementan su velocidad e inciden en todos los apartamentos con solo dos crujías de profundidad estableciendo un régimen de ventilación cruzada.

plus energético que sería revertido en términos económicos en las labores de mantenimiento general del inmueble. Este espacio favorece igualmente el régimen de ventilación interior al permitir la canalización de los vientos con componente norte en el sentido longitudinal y su posterior influencia de forma cruzada en el interior de los apartamentos.

Adicionalemente se propone la clasificación de las aguas y su reuso. El empleo de una aerobomba para el enfriamiento evaporativo de las cubiertas ajardinadas empleando el agua de lluvia. También cubiertas ajardinadas, muros verdes, calentadores solares y celdas fotovoltaicas.

Sistema de elementos de protección solar para los edificios en Cuba. Estudio de caso Arq. Dania González Couret y Arq. Rolando Martínez Cabrera

Imagen 10: Fachada del proyecto Malecón 209.

El uso de la ventana de persianas, como filtro regulador de aire y luz. Se aprovechan los altos puntales y la envolvente existente de las ruinas de un edificio desimonónico.

Se propone la incorporación de otro jardín vertical, para el disfrute y la atención de los inquilinos donde sería posible instalar metro contadores para conocer la cantidad de energía consumida y en caso de promover fuentes renovables de energía, cuantificar su aporte e impacto sobre el medio.

De esta forma se incrementa la conciencia de ahorro, la importancia de establecer ciclos cerrados con la naturaleza y la posibilidad de generar un

Este trabajo refiere los resultados de una investigación realizada con vistas a proponer un sistema de elementos ligeros de protección solar que puedan ser producidos en Cuba y adicionados a las fachadas de los edificios con el objetivo de reducir la carga térmica a través de la envolvente arquitectónica y el consumo de energía. Para ello se definió un espacio interior modular climatizado con tres posibles funciones, del cual se derivaron los requisitos a satisfacer por los elementos de protección solar a diseñar. Su comportamiento en cuanto a la reducción de la transferencia térmica y de la iluminación natural interior se evaluó mediante simulación automatizada con el programa Ecotect V5. La aplicación en un caso de estudio permitió demostrar que el costo de inversión requerido para proteger del sol la fachada del edificio puede ser amortizado en menos de dos años a partir de la reducción de la carga de climatización.

La clasificación tipológica de los posibles elementos de protección solar a emplear, se ordenó de acuerdo, primero con su posición absoluta (horizontales o verticales), luego según su forma (rectos, curvos, quebrados y mixtos) y por último, a partir de su posición relativa (perpendiculares,

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paralelos y oblicuos a la fachada) Adicionalmente, todos los tipos clasificados se pueden desarrollar a partir de elementos sólidos o en trama, y pueden ser fijos o móviles. Por la forma en que se realiza el movimiento pueden ser desplazables, giratorios, plegables o enrollables y es posible ejecutarlo de forma manual, mecánica o automatizada. Las variantes se resumieron en 12 tipos, cuyo desempeño fue posteriormente verificado.

En todas las orientaciones se lograron impactos favorables con la adición de elementos de protección solar. Los mayores corresponden a aquellos compuestos por elementos horizontales con un ángulo de 300o.

También se comprobó el efecto de los elementos de protección solar en la reducción de los niveles de iluminación natural interior. Los niveles máximos

obtenidos en los puntos más cercanos a la ventana es de 1 500 lux, y el nivel mínimo asumido de 300 lux se alcanza a una distancia que oscila entre 3,00 m y 4,00 m con respecto al cierre exterior. Lo cual demostró que se logran niveles aceptables de iluminación en cualquier punto de los locales del edificio. Por último, la amortización de la inversión se puede lograr a los dos años, debido al ahorro del consumo energético debido a la protección solar.

FORMA DE NUEVOS EDIFICIOS RESIDENCIALES EN EL CENTRO HISTORICO DE LA HABANA VIEJA PARA FAVORECER LA VENTILACION NATURAL Y EL CONFORT TERMICO. Tesis presentada para la admisión del grado de Doctor de Ciencias de la Arquitectura en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Lovaina, Bélgica.

Abel E. Tablada de la Torre El diseño de nuevos edificios en la zona compacta de la Habana Vieja, debe tener en cuenta la estructura e integrarse al ambiente urbano. Esta estructura compacta, obstruye las brisas que son esenciales para este tipo de clima.

Por lo tanto, desde un punto de vista económico y medioambiental, la investigación se encamina a analizar la reacción térmica de edificios reales modelados con distintas geometrías y dimensiones de patios con vistas a reordenar estrategias de diseño que favorezcan la ventilación natural y el confort térmico en el interior de las viviendas.

Imagen 11: Estudio de los diferentes tipos de lucernarios. Diseño formal de los elementos de protección solar. Imagen proporcionada por los autores.

Se realizó un estudio preliminar de las características morfológicas del Centro Histórico, se llevaron a cabo mediciones micro climáticas y de sensación térmica en tres edificios seleccionados. Los resultados de las mediciones indicaron que hay una significativa disminución de las velocidades de viento sobre las cubiertas y en el interior de los patios en comparación a las velocidades de viento en la estación meteorológica.

Este estudio llevo a cabo comparaciones simultáneas de flujo de 18

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aire y confort térmico en edificios teóricos y mediante la utilización de Computational Fluid Dynamics (CFD) y programas de Buildings Energy Simulation (BES).

El análisis indicó que las habitaciones con ventilación cruzada o que se encuentran protegidos de la radiación solar directa presentan el mejor comportamiento térmico. Las recomendaciones finales tienen como propósito promover el diseño de edificios residenciales de bajo consumo energético en La Habana Vieja. Además, las recomendaciones pueden promover la elaboración de regulaciones de diseño de los edificios, más específicas en lo concerniente a los aspectos climáticos en el contexto del Centro Histórico de la Habana Vieja.

internacional CONDOMINIO DE BEDOK COURT. SINGAPURE. 1985 Arq. Cheng Jian Fenn de Design Link Architects.

El condomio de Bedok Court en Singapure comprende 280 apartamentos, distribuidos en tres bloques, los cuales varían entre 4 a 20 niveles de altura.

Tiene una densidad de población de 300 personas por hectáreas. Lo que distingue a Bedok Court son los generosos espacios dedicados a terrazas semiabiertas y balcones. Los apartamentos típicos tienen un área entre 110220 m2, incluyendo los balcones y terrazas. Alrededor del 30 al 40% del área de cada apartamento está dedicaco a espacios semiabiertos.

En Bedok Court el arquitecto quiso recrear una atmófera amigable y un fuerte sentido de la comunidad y seguridad. El proyectista también quería diseñar apartamentos de alto estándar donde cada residente pudiera tener su propio espacio “verde”.

Este es un ejemplo en el que se alienta la ventilación natural y se reduce la dependencia al aire acondicionado. Disminuye el efecto de isla de calor, el consumo energético, las emisiones de CO2 y, por tanto, se reduce

Imagen 12: Vistas de Bedok Court. http://www.sumiahlistings.com/projects/orbs.

igualmente la polución. Existe una continuidad espacial entre la zona semiabierta de las terrazas y las áreas de circulación a varios niveles, que funcionan como calles superpuestas en un contexto de alta densidad, donde un alto porciento de los residentes afirman conocerse entre ellos.

La sombra creada por cada galería, unido a la vegetación, el viento y la ventilación en cada patio, proporciona un enfriamiento sustancial del ambiente para garantizar condiciones de confort térmico.

En 1986 se aprobaron nuevas regulaciones en las edificaciones en Singapure, las cuales desalentaban a los inversores a construir patios y balcones semiabiertos. Como resultado, la mayoría de los apartamentos construidos desde 1986 han sido concebidos sellados con aire acondicionado y sin casi ningún contacto con balcones o espaciones exteriores.

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“Los singapurenses han sido retirados hacia ambientes enfriados artificialmente, se mueven en autos con aire acondicionado, entre sus casas con aire acondicionado y sus oficinas con aire acondicionado, compran en centros comerciales con aire acondicionado y hacen ejercicios en gimnasios con aire acondicionado.”1Pero este patrón de vida no solamente es altamente costoso sino que crea personas aisladas socialmente.

Bedok Court es un ejemplo donde la implementación de espacios semiabiertos (sin aire acondicionado) pueden alentar positivamente una forma de vida más natural y sustentable, e inducir comportamientos de buena vecindad en apartamentos de alto estándar.

BIBLIOTECA PUBLICA BEITOU BRANCH. CIUDAD DE TAIPEI, TAIWAN. Ubicada en el parque Beitou en la ciudad de Taipei, la biblioteca pública de Beitou Branch es la primera biblioteca “verde” de Taiwan, inaugurada en noviembre de 2006. Diseñada por la firma taiwandesa Bio-Architecture Formosana, es uno de los proyectos de arquitectura energéticamente eficientes de Asia del Este.

Esta biblioteca juega un papel activo en el mejoramiento del ambiente mediante el ahorro de energía y el reciclado de agua de lluvia para el riego de las plantas y el uso de agua sanitaria del edificio. La instalación está construida de madera, proveniente de bosques controlados ecológicamente. Posee un cuidadoso diseño con grandes ventanales para el ahorro de energía, tanto de iluminación como de climatización.

Adicionalmente los anchos balcones y las celocías de madera perpendicular a las ventanas, reduce significativamente la entrada de radiación solar al interior, disminuyendo el consumo energético y mejorando la eficiencia energética.

1 Joo-Hwa Bay y Boom-Lay Ong: “Tropical Architecture, critical regionalism in the age of globalization”. Ed. Wiley Academy Editions in London, 2001.

Imágenes 13 y 14: Vistas de la Biblioteca Pública de Beitou Branch, Taipei. http://www.travelking.com.tw/eng/tourguide/taipei/taipei-public-library-beitou-branch.html

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EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

La cubierta de la biblioteca está parcialmente cubierta por paneles fotovoltaicos que contribuyen a generar energía que luego será utilizada para satisfacer parte de la demanda del edificio.

EDIFICIO DE APARTAMENTOS URBANO. SAN JOSE, COSTA RICA. Arq. Bruno Stagno Este es un edificio de apartamentos frente al Parque Perú, en Rohrmoser, San José, para 20 apartamentos de 240 m 2, dos por piso. Se diseñó un edificio de apartamentos con planta flexible de forma que pudiera transformarse de múltiples maneras, para adaptarlo a las demandas del mercado inmobiliario.

La contradicción que plantea, y además por el clima tropical donde está enclavado, de el deseo de tener amplias vistas y buena iluminación conlleva a altas ganancias térmicas debido a que los rayos de sol incidan directamente a los apartamentos, produciendo exceso de calor y deslumbramiento. Esta contradicción se resolvió con balcones con antepechos colgados y parasoles que frenan el ingreso de los rayos solares, pero a la vez permiten las amplias vistas.

Ambos controlan la entrada de luz y con ellos se logra una claridad controlada.

Igualmente se tuvo en cuenta la orientación y la distribución interior para evitar las mayores ganancias en los espacios menos utilizados dentro de las viviendas.

EDIFICIO HOLCIM Arq. Bruno Stagno El edificio para HOLCIM Costa Rica S.A., está enclavado en un gran conjunto industrial y rocoso. Se encuentra transformando un desierto

Imagen 15: Vistas del edificio de apartamentos Urbano, San José, Costa Rica. http://www. brunostagno.info/

en un polígono industrial amigable con el medio ambiente. Para lograr estos objetivos, se ha diseñado el paisajismo y diferentes edificios que conforman un conjunto espacial de una escala amable, rodeados de patios y jardines, en lugar de diseñar “el gran” edificio corporativo, que causaría un impacto ambiental considerable.

La empresa HOLCIM, productora de cemento y materiales varios de la construcción, encargó un edificio que fuera un reflejo de las 21

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

posibilidades que tienen sus materiales. Se ha respetado el carácter rocoso del terreno, utilizando las rocas originales, en el diseño del paisaje , las cuales se consideraron a la vez como una metáfora de la solidez de la empresa y la robustez de los materiales que produce.

Se respetaron los árboles que quedaban y se sembraron 500 árboles más, para reforestar y restituir un habitat natural a la flora y fauna local.

En ambos proyectos se puede advertir ciertas constantes como es el uso de elementos de protección para evitar las ganancias térmicas por radiación solar directa. Los espacios semiabiertos, que proporcionan sombra a aquellos locales cerrados, a la vez que permiten la ventilación natural.

Imágenes 16 y 17: Vistas del edificio HOLCIM, Costa Rica. http://www.greenplanetarchitects. com/es/proyecto/comercial/edificio-holcim

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EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

DIAGNÓSTICO BIOCLIMÁTICO La Habana se encuentra situada en la zona occidental de la República de Cuba entre los 23.10 o de latitud Norte y los 82.35 o de longitud Oeste (Imagen 18). Es la más poblada y la mayor de la ciudades de la isla, con aproximadamente 2 millones de habitantes. Está conectada al Norte con el estrecho de la Florida, al este con la provincia de Artemisa y al Suroeste y Oeste con la provincia de Mayabeque. Ubicada en la zona de la llanura Habana- Matanzas, todo su litoral Norte lo ocupan costas donde se localiza la Bahía de La Habana (Imagen 19).

El clima de la ciudad es tropical como en el resto del país. Sin embargo recibe una mayor influencia continental en el invierno, por su cercanía con la costa de Estados Unidos, lo que hace que las temperaturas sean más frescas en esos meses. Además existe una gran influencia oceánica en el clima, debido a que la corriente del golfo pasa frente a las costas del

Imagen 19: Imagen del satélite de La Habana. https://www.google.es/maps/place/Cuba/.

occidente cubano. Las precipitaciones son abundantes en Octubre y Septiembre y bastante escasas en Abril y Marzo, pero la humedad relativa continúa siendo elevada por su condición de isla alargada y estrecha.

Los huracanes que azotan la isla, casi nunca impactan directamente en la ciudad, haciendo que los daños sean menores en la mayoría de las ocasiones.

Imagen 18: Imagen del satélite de Cuba. https://www.google.es/maps/place/Cuba/.

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0

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA Temperatura media anual

El clima de La Habana se clasifica como cálido húmedo, lo cual se comprende por la prevalencia de temperaturas relativamente estables durante todo el año y la existencia de un pequeño gradiente térmico entre el día y la noche (Imagen 20) con la presencia de elevadas condiciones de humedad relativa y la ocurrencia de precipitaciones fundamentalmente en el horario de la tarde (Imagen 21).

Los datos meteorológicos disponibles de la ciudad 1provienen de dos centrales meteorológicas: una situada en el aeropuerto internacional José Martí, que se localiza en la zona sur del área metropolitana, lejos del centro de la ciudad y la otra en la estación de Casablanca a la entrada de la bahía.

Para la toma de los datos y la elaboración de las simulaciones se optó por utilizar el archivo proveniente de la estación ubicada en el eropuerto, ya que, aunque la otra se encuentre en un sitio más cercano al área compacta o semicompacta urbana y por lo tanto podría considerarse más real a los efectos aquí analizados, se cree que pueden ser más fidedignos los datos tomados en el aeropuerto y por tanto más confiables para el presente estudio.

21 de Enero ( Solsticio de inviertno) No obstante se realizó una comparación de ambos archivos meteorológicos Temperatura del bulbo seco y temperatura del bulbo humedo y se analizaron las variaciones entre ambos (Imágenes 22 y 23), en las cuales 30 se puede apreciar las diferencias entre ambas. En el archivo meteorológico 25 de Casablanca se pueden ver mayores diferencias en los gradientes de temperatura, tanto en invierno como en verano, temperaturas ligeramente 20 más altas de máximas y más bajas de mínimas. Pero en sentido general se puede apreciar que no son diferencias demasiado grandes o significativas.

15

Las temperaturas oscilan entre los 18 C y los 27 C en invierno y entre los 25 oC y 10 los 33 oC en verano (Imágenes 24 y 25). Lo cual hace que sea un grandiente muy estrecho de temperaturas y por tanto que solo haya que enfocarse5 en los momentos más cálidos del año. Ya que durante los meses entre noviembre y abril el comportamiento térmico general se encuentra o

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5 6

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30 500 25 400 20 300

15 10

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1

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0

12

Imagen 20: Temperaturas máximas y mínimas media anual.

Humedad relativa anual (%) 100 80 60

o

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

1 https://eosweb.larc.nasa.gov/

40 20 0

Imagen 21: Humedad relativa media anual.

Temperatura media anual

Global Horizontal Radiation (Wh/m2)

24 35

30 500

30

1

2

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS ENanual EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA Velocidad del viento (m/s)

Humedad relativa anual (%) 100

21 de Enero ( Solsticio de inviertno) Temperatura del bulbo seco y temperatura del bulbo humedo 5

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4 3 2 1

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100 80

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40 20 21 22 23 24

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9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0

Imagen 24: Temperatura horaria. 21 de Diciembre, solsticio de invierno.

Global Horizontal Radiation (Wh/m2)

21 de Junio (solsticio de verano) Temperatura del bulbo seco y temp. bulbo humedo Temperatura media anual

35 500

30 30

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25 20

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15 200 10 100 11

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Imagenes 22 y 23: Temperaturas a nivel horario, enero-febrero y junio- julio.

Verde: Estación de Casablanca Rojo: Estación del Aeropuerto Imágenes generadas a partir de la aplicación DView de Energy Plus.

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Imagen 0 25: Temperatura horaria. 21 de Junio, solsticio de verano.

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100 0

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1

2

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

dentro de unos niveles de confort aceptables, en el resto del año, dígase los meses comprendidos entre mayo y octubre, las temperaturas aumentan ya hacia valores por encima de los niveles de confort, llegando en ocasiones puntuales a los 35 oC. (Imagen 26).

En La Habana se dispone de radición solar durante 362 días del año aproximadamente 2 . El promedio de radiación anual en Cuba ronda los 1800 kW/h (Imagen 27) lo cual da una media de 5 kW/h diario. Por lo que siempre será necesario evitar las radiaciones solares en cualquier época del año.Al encontrarse en los 20 o de latitud norte, el recorrido del sol siempre es con una inclinación de 20 o con respecto a la horizontal hacia la orientación sur, lo cual hace que la orientación norte reciba los rayos del sol directamente.

Imagen 26: Temperatura a nivel horario durante todo el año. Simulación con Energy Plus.

Imagen 27: Radiación solar global sobre el plano horizontal. www.meteonorm.com.

2 http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Ecosolar/Ecosolar35/HTML/ Articulo03N.html.

26

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

METODO Y PROCESOS “Las computadoras son inútiles. Sólo pueden darte respuestas” — Pablo Picasso

El método elegido para realizar esta investigación fue la simulación paramétrica en el programa informático Design Builder, cuyo motor de render es Energy Plus que es uno de los más reconocidos y utilizados a nivel internacional. Design Builder es una aplicación especializada en la simulación ambiental y energética de edificios, sus prestaciones permiten evaluar aspectos como niveles de confort, consumos de energía, temperatura, ganancias solares, entre otros.

La modelación e introducción de la geometría y características del edificio es sencilla y muy rápida, logrando modelar geometrías complejas con gran precisión y sencillez que en otros programas de su tipo no es posible. Realiza cálculos desde nivel anual hasta horario, de un gran número de parámetros del edificio y los presenta gráficamente o mediante tablas. Los gráficos se pueden manipular fácilmente lo que permite analizar lo que sucede con gran precisión.

Estas simulaciones se realizaron de forma paramétrica para lograr resultados concretos y analizarlos. O sea se introducen una serie de parámetros y solo se varía uno de estos, con el objetivo de ver cómo afecta este en el desempeño del edificio.

Se elaboró un modelo geométrico de vivienda estándar con una distribución interior determinada y unas características y parámetros específicos que no variarán en el resto del estudio como: actividad, infiltración, localización, temperaturas de consigna, ocupación etc.

A partir de este modelo se comienzan a realizar las simulaciones

paramétricas para determinar el comportamiento según: tipos de cerramientos, ventanas, por ciento de aberturas, espacios semi-abiertos y orientación.

Las simulaciones efectuadas se llevaron a cabo cubriendo dos líneas de análisis: Las simulaciones en modo pasivo: que consisten en no considerar el uso de sistemas de climatización, dependiendo el desempeño del edificio exclusivamente de las estrategias y recursos pasivos. En este caso los parámetros de referencia para evaluar el comportamiento de la vivienda son las condiciones de confort que se pueden alcanzar en los espacios interiores.

Las simulaciones en modo mecánico se efectúan considerando el uso de sistemas de refrigeración para mantener condiciones de confort óptimas durante todos los períodos de ocupación. En este caso la información relevante para evaluar el desempeño del edificio son las demandas energéticas relacionadas con un sistema de HVAC simple aplicado al modelo.

Como método de medir el confort, en el caso de las simulaciones con ventilación natural, se tomaron las horas en cada local que sobrepasen los 32 ˚C. Como se vio en el apartado Confort Térmico las temperaturas de confort en países tropicales distan mucho de la de países templados.

Por lo que se determinó que no sería conveniente asumir los métodos de confort estándares de medición internacionales como el de Fanger o el ASHRAE, con los que trabaja el programa Design Builder. Dado que varias investigaciones concuerdan en que con 33 ˚C, más de 50% de humedad relativa y una velocidad de aire de 1.6 m/s se puede alcanzar el confort, pues en el presente trabajo, siendo conservadores, se asumió que con más de 32 ˚C no se alcanzaría el confort en ninguna circunstancia bajo condiciones de ventilación natural. Por tanto se toma esta temperatura como límite máximo de confort.

Se hace necesario aclarar que en este trabajo no se realizó una 27

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

investigación sobre las velocidad de viento interior, ya que esto puede variar desde grandes velocidades debido a túneles de viento por edificios altos, cercanía al mar, a llegar a ser casi nulo según los lugares en que se encuentre ubicado la edificación. Como este no se encuentra modelado dentro de un contexto específico, se asume que existen unas características medias para la ventilación. Se ponderaron los valores de velocidad de viento provistos por la estación de Casablanca para los meses de verano(Junio-Agosto), el coeficiente empleado fue de 0.3 generando valores mínimos entre 1.8-1.9 m/s. Dada la magnitud registrada, considerada alta, finalmente se asumió un valor medio de 1m/s mucho más conservador y probablemente más ajustado a la realidad. De esto se concluye que con temperaturas inferiores a 32˚C, humedades relativas superiores al 50% y velocidades de viento de alrededor de 1 m/s, se logran niveles de confort aceptable para el clima estudiado bajo condiciones de ventilación natural. Vale aclarar, que hay que tener en cuenta que en sentido general se asumen estas condiciones para una actividad metabólica baja y ropa de verano.

Las temperaturas de consigna para el sistema HVAC se asumieron de 25 ˚C, con una consigna secundaria de 28 ˚C. Estableciendo que la climatización se mantiene apagada en la semana extrema de invierno.

El primer tema a evaluar fue el de la masa térmica de los cerramientos, dígase muros exteriores y cubierta. El aspecto de la masa térmica en los cerramientos en países tropicales no ha sido ampliamente estudiado debido a que se ha asumido que esto no tiene una repercusión importante desde el punto de vista energético o de confort. La arquitectura tropical siempre se ha visto como construcciones ligeras hechas fundamentalmente de madera, o materiales frágiles, con muy baja masa térmica. Sin embargo este tipo de construcciones, con vistas a esta investigación tiene dos grandes detractores: primero que en una ciudad como La Habana, tanto las Regulaciones Urbanas como las regulaciones de la Defensa Civil (por seguridad en caso de huracanes) prohíbe este tipo de construcciones dentro del área metropolitana de

la ciudad. Y como segundo punto de cuestionamiento, está el buen funcionamiento de las casas coloniales de La Habana vieja, con muros de piedra, que logran verdaderos microclimas en su interior. Lo cual nos puede llegar a pensar que este no sea necesariamente la única solución viable para estas latitudes.

Posteriormente se evaluó la repercusión del aislamiento en relación al nivel de masa térmica y cómo esto influye en las temperaturas interiores y la demanda de refrigeración durante el año.

Como tercer parámetro a evaluar se encuentran las aberturas. En las que no solo se evaluó el tipo de vidrio a emplear, sino también ventanas más típicas utilizadas en estos climas. Luego se evaluaron los por cientos de aberturas más ventajoso con respecto al área de fachada. Los últimos parámetros a apreciar fueron la orientación y la influencia de los espacios semiabiertos para este tipo de climas.

Las aperturas del modelo base se tomaron a un 30% de las fachadas con vidrio claro secillo. Se ajustaron los horarios de actividad al de ocupación de la vivienda en los diferentes espacios de la misma.

También se comparó la demanda de iluminación en los casos que así lo requería sobre todo en los tipos de ventanas y por ciento de aberturas en fachada, para poder ver cómo esto podía influir en el desempeño energético y cuánto podría ser viable una u otra solución según la demanda.

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EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

PLANTA BAJA

CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA Luego de varios análisis de distribución interior y forma se eligió el que mejor se ajustara a las características del presente estudio. Tomando como referencia la Norma Cubana de la Vivienda (NC 220) quedó establecida la solución en planta que se aprecia en las imágenes 28 y 29. Es una vivienda dúplex de mediano estándar, de dos habitaciones con alrededor de 56 m2 de superficie útil.

SALA- COMEDOR 21.4 M²

El acceso se produce en planta baja directamente a través de un vestíbulo que da paso a la escalera, al salón y la cocina. En el segundo nivel la escalera desembarca igualmente en un vestíbulo donde se distribuyen las habitaciones y el baño. Quedando establecidas 4 zonas térmicas en planta baja y 5 en planta alta, para un total de 9 zonas térmicas.

LOCALES

AREA (m²)

Planta baja sala- comedor Vestíbulo 1 cocina escalera

21.4 2.88 3.96 3.32

VESTIBULO 2.88 M²

COCINA 3.96 M²

PLANTA ALTA

Planta alta dormitorio 1 dormitorio 2 Vestíbulo 2 Baño total

10.8 10.22 3.0 3.79 56.05

DORMITORIO 10.22 M²

DORMITORIO 10.8 M²

Tabla 1: Listado de locales y áreas de módulo estudiado.

VESTIBULO 3.0 M²

BAñO 3.79 M²

Imágenes 28 y 29: Plano de planta de la vivienda modelo.

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EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

Dadas las características del clima para el cual se realiza este estudio, donde hay siempre necesidad de evitar ganancias solares, y solo existe demanda de refrigeración, por lo tanto las orientaciones que mayores radiaciones solares directas reciban siempre serán las peores. Por esta razón, esta distribución permite establecer dos zonas bien diferenciadas: salón-habitaciones y zona de servicio y circulación (vestíbulo, escalera, cocina y baño). En esta última no se harán estancias prolongadas, por lo que esta distribución permitirá colocarlas hacia la orientación más desfavorable (Imágenes 32 y 33).

Se concluye que el modelo geométrico utilizado como base tiene las siguientes características: Cerramientos: Media masa térmica (más utilizados en a construcción en Cuba), sin aislamiento.

Aberturas: Vidrio simple claro con 30% de distribución en fachada, 50% de abertura libre durante los períodos de ocupación.

Alero de 60 cm de profundidad como protección solar.

Orientación Norte hacia dormitorios y salón (imágenes 32 y 33).

Imagen 30: Recorrido solar en isométrico. Modelado en Design Builder.

N 15°

15°

Imagen 31: Recorrido solar en planta.

30

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

PLANTA ALTA

PLANTA BAJA 3199

3400

6300

3006

DORMITORIO 10.8 M²

DORMITORIO 10.22 M²

1800

5300

SALA- COMEDOR 21.4 M²

VESTIBULO 2.88 M²

2400

1700

COCINA 3.96 M²

VESTIBULO 3.0 M²

BAñO 3.79 M²

2200

Imágenes 32 y 33: Distribución de los locales en el módulo de vivienda según orientación.

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EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

CERRAMIENTOS MASA TERMICA Y AISLAMIENTO

Se establecieron tres tipos de masa térmica para los cerramientos de la vivienda (muros exteriores y cubierta) para realizar las simulaciones: alta, media y baja. Como cerramiento de alta masa térmica se modeló muro y cubierta de hormigón armado denso con un espesor de 15 mm.

En el caso de la cubierta también se modeló una manta asfáltica como impermeabilización y un recubrimiento interior de mortero de revoco de 2 mm de espesor (Imagen 34).

la combinación de tres niveles de masa térmica y cinco niveles de aislamiento, se crearon un total de 15 plantillas o modelos, que permitieron realizar el análisis del comportamiento de cada uno de ellos y su impacto en el confort y las temperaturas interiores del modelo geométrico establecido.

Los cerramientos de media masa térmica se modelaron, en el caso de los muros exteriores de bloques de hormigón ligero, de 15 mm de espesor igualmente, con mortero de repello en ambas caras, la cubierta y entresuelo de hormigón ligero y el resto de las caras como las especificadas anteriormente. Como último tipo de masa térmica, se modelaron, los cerramiento de baja masa térmica, cubierta de estructura de madera, con tejas de cerámica roja y manta impermeabilizante, en los muros exteriores se colocó una estructura de paneles ligeros tipo sádwich de cement board1.

Además de las masas térmicas se establecieron 5 niveles de aislamiento, para poder saber hasta qué nivel el aislamiento puede resultar beneficioso y dónde comienza a ser contraproducente. La cantidad de aislamiento se estableció con los valores de tramitancia térmica o Valor U. El más bajo posible dado las dimensiones y características térmicas previamente establecidas para los cerramientos fue de U=0.25 W/m2- K, hasta el mayor (sin aislamiento) de U=4.5 W/m 2- K. Se configuraron las plantillas en el programa Design Builder, como se muestra en las tablas de las páginas de la 34 a la 36. De 1 El cement board fue fabricado en Europa para remplazar la madera y sus derivados. Fabricado a base de mezcla de partículas de madera fina, cemento portland y agentes minerales.

32

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

CUBIERTA Y ENTREPISO MEDIA MASA TÉRMICA

BAJA MASA TÉRMICA

ALTA MASA TÉRMICA

losa de HorMigon ligero

Manta asfaltica aislaMiento losa de HorMigon denso

rePello interior

rePello interior

Manta asfaltica aislaMiento

Manta iMPerMeaBilizante teJa cUrVa

aislaMiento correa de Madera falso tecHo

0.002 Variable

0.002 Variable 0.15

0.15 0.02

0.02

MUROS EXTERIORES

0.02

0.02 Placa PladUr Montante y aislante

ALTA MASA TÉRMICA

1500

0.02

Variable

MEDIA MASA TÉRMICA 0.15 Variable

0.02

Variable

BAJA MASA TÉRMICA

0.02

rePello Mortero de ceMento aislante

rePello Mortero de ceMento

BloQUe de HorMigon ligero

HorMigon denso

aislante

Imágenes 34: Esquemas de los cerramientos según masa térmica.

33

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

ALTA MASA TÉRMICA MURO EXTERIOR Capas 1 2 3

Repello exterior Material aislante (fibra de vidrio) Muro de hormigón armado denso

Espesor (m)

Conductividad (W/m- K)

Calor específico (J/kg- K)

Densidad (kg/ m3)

0,02 VARIABLE 0,15

1,3 0,04 2,3

1000 750 1000

1900 12 2300

CUBIERTA Capas 1 2 3 4

Manta asfástica (impermeabilización) Material aislante (fibra de vidrio) Hormigón armado Repello interior

Espesor (m) 0,002 VARIABLE 0,15 0,02

Conductividad Calor específico (W/m- K) (J/kg- K) 0,23 1000 0,04 750 2,5 1000 1,3 1000

Densidad (kg/ m3) 1100 12 2400 1900

NIVEL DE AISLAMIENTO Valor U (W/m2- K) 4,5 3,5 2 0,75 0,25

MURO CUBIERTA Espesor Espesor aislante (m) aislante (m) 0,0014 0,0027 0,01 0,0113 0,0433 0,0446 0,15 0,1513

34

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

MEDIA MASA TÉRMICA MUROS EXTERIORES Capas 1 2 3 4

Repello exterior Material aislante (fibra de vidrio) Bloque de hormigón aligerado Repello interior

Espesor (m) 0,02 VARIABLE 0,15 0,02

Manta asfástica (impermeabilización) Material aislante (fibra de vidrio) Hormigón densidad media Repello interior

Espesor (m) 0,002 VARIABLE 0,15 0,02

Conductividad (W/m- K) 1,3 0,04 0,472 1,3

Calor específico (J/kg- K) 1000 750 1000 1000

Densidad (kg/ m3) 1900 12 760 1900

CUBIERTA Capas 1 2 3 4

Conductividad Calor específico (W/m- K) (J/kg- K) 1,15 840 0,04 750 1,35 1000 1,3 1000

Densidad (kg/ m3) 2330 12 1800 1900

NIVEL DE AISLAMIENTO Valor U (W/m2- K) 4,5 3,5 1,5 0,75 0,25

MURO Espesor aislante (m) 0,0059 0,0326 0,1393

CUBIERTA Espesor aislante (m) 0,0159 0,0426 0,1493 35

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

BAJA MASA TÉRMICA MUROS EXTERIORES Capas 1 2 3

Plancha de Cement Board Material aislante (fibra de vidrio) Plancha de Cement Board

Espesor (m) 0,0125 VARIABLE 0,0125

Conductividad Calor específico (W/m- K) (J/kg- K) 0,36 1000 0,04 750 0,36 1000

Densidad (kg/ m3) 1050 12 1050

CUBIERTA Capas 1 2 3

Tejas cerámicas Material aislante (fibra de vidrio) Manta asfáltica

Espesor (m) Conductividad Calor específico Densidad (W/m- K) (J/kg- K) (kg/ m3) 0,025 1 800 2000 VARIABLE 0,04 750 12 0,005 0,19 837 960

NIVEL DE AISLAMIENTO Valor U (W/m2- K) 4,5 3,5/2,5 1,5 0,75 0,25

MURO Espesor aislante (m) 0,0017 0,017 0,0436 0,1503

CUBIERTA Espesor aislante (m) 0,0023 0,013 0,0397 0,1463

36

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

Vidrio

Abatible

Persiana

ABERTURAS

Doble

Se modelaron ventanas de vidrio tipo: claro, absortivo, reflectivo, bajo emisivo y sencillo espectral, en las modalidades de hoja simple y doble, abierto a un 50% en los momentos de ocupación de los locales. También se modeló un tipo de ventana abatible con vidrio simple claro, abierta en su totalidad (100%) durante los períodos de ocupación de cada zona de la casa. Por último se estableció un tipo de ventana de persianas típicas en estos tipos de clima y que cuentan con abundante distribución y suministro en Cuba, fundamentalmente las ventanas tipo Miami2, (Imagen 35, superior derecha). Para la modelación de este tipo de ventana se establecieron como parámetros: vidrio simple claro, programació On 24/7, apertura libre 100%, protección solar de persianas en posición exterior, con tipo de control solar, y programación de operación según la ocupación de cada local.

Sencillo

TIPOS DE VENTANAS

En total se realizaron 12 simulaciones para los 12 tipos de ventanas a analizar.

En este punto, es necesario aclarar que las ventanas tipo persianas solo se analizaron para la opción con ventilación natural, ya que, este tipo de ventanas no presentan suficiente nivel de aislamiento para poder incorporar un equipo de climatización y las pérdias por infiltración resultan inaceptables, para una correcta optimización del sistema. De esta forma, en los análisis con sistema HVAC solo entran las ventanas de vidrio.

2 Actualmente se fabrican de madera, PVC o metal, estas persianas tienen la ventaja de funcionar como protectores solares por sí solas, además de ser manualmente regulables para evitar los rayos del sol directo o bien el deslumbramiento. Además permite la ventilación a través de sus persianas que representa alrededor del 75% del área de vano. La desventaja es que este tipo de ventana al no ser de vidrio, pues proporciona menos iluminación sobre todo si incide el sol directamente o llueve y se hace necesario cerrarla.

Claro Absortivo Reflectivo Bajo emisivo Sencillo espectral Imagen 35: Ventana vidrio sencillo, doble y ventana abatible.http://misterbrico.es/wp-content/ uploads/2015/01/saphir_fxi.png. Ventana de persiana tipo Miami (superior derecha), Modelación en SketchUp.

Se realizaron las simulaciones con un sistema mecánico de los vidrios más significativos, o sea, los que mejor comportamiento tuvieron en las 37

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

POR CIENTO DE ABERTURAS Para determinar el por ciento de abertura en fachada más propicio para este tipo de clima, se crearon modelos con diferentes niveles o por cientos de aberturas y acristalamientos, comenzando por el 10 % que resultaba el mínimo aceptable para emplear, dadas las condiciones mínimas requeridas de iluminación natural así como de ventilación natural en los espacios no climatizados mecánicamente. A este le siguen aberturas del 30%, 50% y 70%. No pareció conveniente modelar aberturas mayores porque como se puede ver en la imagen 36 esta ya abarca casi toda una fachada completa, dejando solo espacio para la estructura de la edificación. Por tanto se compararon estos 4 niveles de aberturas y se analizó su comportamiento.

70%

50%

30%

10%

Imagen 36: Relación según los porcientos de abertura con respecto a la fachada norte.

38

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

ESPACIOS SEMIABIERTOS

Imagen 37: Corte por el balcón.

Uno de los aspectos más estudiados en la arquitectura tropical es la protección solar, sobre todo hacia las zonas de mayor incidencia solar. Una de las formas más efectivas y racionales de conseguir esto, es mediante galerías, balcones o espacios sociales semiabiertos en general, donde se reciba la mayor cantidad de radiación solar, evitando que lleguen los rayos del sol directamente a los interiores de la edificación. Es precisamente en los edificios de vivienda, donde esta práctica cobra mayor sentido y utilidad.

1,0 1,5 2,0

Para poder determinar su repercusión se modelaron tres tipos de balcones aumentando su profundidad: 1.0 m, 1.5 m y 2.0 m (Imágenes 37 y 38).

Nuevamente se hicieron las simulaciones a modo pasivo, con ventanas de persianas, midiendo la variación del nivel de confort y con un sistema HVAC simple, comparando las demandas energéticas.

Este balcón además de proporcionar sombra tanto en planta alta como en planta baja, crea una especie de espacio que “amortiguará” el aire caliente y las ganancias solares que este espacio reciba durante el día.

2,0 1,5 1,0

BALCON

El balcón o terraza techada se colocó en la zona oeste de la casa, que seguido de la parte sur, es donde más ganancias solares ocurren durante todo el horario de la tarde.

DORMITORIO

DORMITORIO

VESTIBULO

BAñO

Imagen 38: Planta con el balcón.

39

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PLANTA BAjA

ORIENTACION Uno de los principios más importantes del diseño de bajo consumo energético es la orientación de los edificios. La orientación de los edificios puede disminuir considerablemente las demandas de refrigeración mediante la reducción de las ganancias solares por penetración a través de las ventanas, absorción por los muros y cubiertas y propiciando la ventilación cruzada. Como las horas de sol son muy elevadas durante todo el año, y el sol se eleva por el este y se pone por el oeste, esto proporciona una oportunidad de emplazar los edificios de forma que se oriente con las estancias que menos horas se ocupan durante el día hacia las orientaciones más desfavorables, y las estancias donde la ocupación sea mayor, hacia las orientaciones más favorables que en este clima es el norte.

ZONA SOCIAL area de mayor uso durante el día

ZONA DE SERvICIO O CIRCULACION area de paso o de servicio con pocas horas de uso en el día

Debido a esto, hasta este momento, y en consecuencia a la distribución interior de la vivienda y a las características climáticas del sitio donde se está realizando esta investigación, se había asumido que la orientación más favorable debía ser la de 0 ˚. Con vistas a un estudio más detallado y minucioso se realizaron simulaciones cada 45 ˚, como se muestra en la imagen 41. Con el fin de comprobar la hipótesis inicial y ver la repercusión q esto tiene en el desempeño de la vivienda.

PLANTA ALTA

DORMITORIOS area de mayor uso durante la noche

ZONA DE SERvICIO O CIRCULACION area de paso o de servicio con pocas horas de uso en el día 0° 315°

45°

Imágenes 39 y 40: Vistas en planta del módulo de vivienda analizado. Planta baja y planta alta

90°

270°

135°

225° 180°

Imagen 41: Rotaciones del norte empleadas para determinar la orientación más favorable.

40

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

RESULTADOS

Tabla 2: Horas por encima de 32o C.

LOCALES Planta baja Salón Vestíbulo 1 Cocina Escalera Planta alta Dormitorio 1 Dormitorio 2 Vestíbulo 2 Baño Escalera

Antes de comenzar con las simulaciones paramétricas se realizó una simulación con las características básicas del modelo establecido. En la tabla 2 e imagen tal se puede ver las grandes diferencias de desempeño en los distintos espacios de la vivienda. En el caso de la cocina y el baño, donde se hace relativa poca estancia durante el día, existen unos valores de confort mejores que en la escalera o vestíbulos. Así como se esperaba los mejores resultados se obtienen en el salón y dormitorios.

Se puede ver cómo, a pesar de que en la planta alta existe mayor ganancia solar a través de la cubierta, pero hay mayor movimiento de aire que influye en el comportamiento de la temperatura. Contrastan los valores de temperatura por encima de los 32oC de 582 horas en el Salón con respecto a los de la escalera o vestíbulo de 900 y 824 horas respectivamente, en planta baja. De forma similar ocurre en planta alta que donde estos resultados son aún más contrastantes.

Esto demuestra la importancia de la distribución interior de los espacios para lograr mejores niveles de confort hacia las zonas que más lo requieran, haciendo que las zonas de servicio o de paso, sean los que mayores radiación solar reciban durante el día, actuando en forma de “colchones térmicos” a los espacios sociales de la casa.

HORAS POR ENCIMA DE 32˚C 582 824 760 900 464 503 623 445 698

HORAS POR ENCIMA DE 32˚c 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

Imagen 42: Horas por ecima de 32 o según distribución.

41

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

CERRAMIENTOS MODO PASIVO

Teniendo en cuenta el clima de La Habana, donde no hay grandes diferencias de temperaturas durante el año y entre el día y la noche, y que por lo general estas temperaturas siempre se mantienen altas. Se realizaron simulaciones para la semana extrema de verano y la semana extrema de invierno, con pasos de tiempos horarios y simulaciones anuales con pasos de tiempo diario.

En las primeras simulaciones sin ningún tipo de aislamiento térmico, donde solo se analiza la influencia de la masa térmica en el comportamiento de la vivienda, se pudo apreciar un aumento significativo en los niveles de disconfort (temperaturas por encima de 32 oC) en el salón de la vivienda, de 445 horas con alta masa térmica a 582 horas con media masa térmica para un aumento de un 30.6%, y un aumento del 22.6% de media a baja masa térmica con 713 horas, para un aumento global de cerca de un 60% en las horas de disconfort (Imagen 43).

Según los distintos tipos de masa térmica se pudo observar que con alta masa térmica se logra mayor estabilidad en la temperatura interior de los locales, mientras que con menor masa térmica se logran valores de temperatura frescas durante la noche, o sea, muy cercanas a la temperatura exterior del bulbo seco, pero se alcanzan picos de temperatura superiores a los 40˚ C durante los momentos más cálidos de verano. Haciendo simulaciones con paso de tiempo horario en la semana extrema de verano se tiene que la temperatura máxima media diaria de (Imagen 44 y tablas):

los casos, incluso con valores mínimos de aislamiento, tiene un impacto negativo la utilización de ailamiento en el clima analizado desde el punto de vista térmico y de confort. Resultan más contraproducentes aún en los días de mayor calor (semana extrema de verano) y menor en los días más frescos (semana extrema de invierno), pero siempre ocurre un aumento de temperatura media diaria.

Donde mayor impacto tiene el aislamiento es en los cerramientos de alta masa térmica, ya que aumenta de 28 horas por encima de los 32 ˚C, sin aislamiento, a 42 horas con el mínimo valor de tramitancia térmica U=0.25, solo en la semana extrema de verano. Sin embargo este impacto es mucho menor en invierno. De forma global las horas de disconfort aumentan en un 1.1% con cerramientos de alta masa térmica de U= 4.5 W/m2- K (sin aislamiento) a U= 3.5 W/m2- K (mínimo nivel de aislamiento utilizado) hasta el aumento del 65 % en las horas de disconfort con U=0.25 W/m2- K. En cerramientos de media y baja masa térmica el aislamiento no influye tan decisivamente en el comportamiento del edificio.

Por lo tanto el mejor resultado se obtuvo con aislamiento de alta masa térmica sin aislamiento.

Alta masa térmica: 32.9 ˚C Media masa térmica: 35.16 ˚C Baja masa térmica: 36.27 ˚C Analizando los diferentes niveles de aislamiento, se observó cómo a medida que el valor de tramitancia térmica disminuye, o sea, mayores espesores de aislamiento, aumentan los valores de temperatura en los espacios. En todos 42

Imágenes 43: Horas por encima de 32oC según masa térmica y aislamiento.

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

Horas por encima de 32 ˚C Alta masa térmica

720 620 520 420 320 220 120 20

SIN AILAMIENTO Hab.

Hab.

SIN AILAMIENTO

U=3,5 W/m - K

445

450

272

582

464

713

869

U=2 Salón

2

230

-

U=2 W/m - K

509

210

U=0,75 Salón

-

585 730

U=0,25 Salón

U=0,25 W/m2- K

633

733

353 U=0,75

258

656 767

483 U=0,25

365

752

U=0,75

767

Hab.

U=0,75 W/m - K

U=2

837

Hab. 2

U=2

U=3,5

708

Hab. 2

-

SIN AILAMIENTO

BAJA MASA TERMICA

U=3,5

Salón

SIN AILAMIENTO

MEDIA MASA TERMICA

Baja masa térmica

820

Salón ALTA MASA TERMICA

Media masa térmica

494 U=0,25

707

845

805

Tabla 3: Horas por encima de 32o C, según masa térmica y aislamiento en los cerramientos.

43

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

Tabla 4. TEMPERATURAS MÁS BAJAS EN SEMANA EXTREMA DE VERANO Alta masa térmica

Sin aislamiento

U=3,5

U=2

29,2

30,23

31,01

31,34

-

U=1,5

U=0,75 U=0,25

30,36

30,78

31,54

U=1,5

U=0,75 U=0,25

27,75

29,21

Media masa térmica Sin aislamiento

30,36 Baja masa térmica

Sin aislamiento U=3,5/2,5

27,73

26,31

U=0,75 U=0,25

Tabla 7. TEMPERATURAS MÁS ALTAS EN SEMANA EXTREMA DE INVIERNO Alta masa térmica

31,47

Media masa térmica Baja masa térmica

Sin aislamiento

U=3,5

U=2

33,26

33,57

34,38

31,71

Sin aislamiento

-

35,47

35,47

Sin aislamiento

U=3,5/2,5

36,64

36,09

36,37

U=1,5 U=0,75 U=0,25

35,26

36,39

37,33

U=1,5 U=0,75 U=0,25

37,59

38,72

40,01

Tabla 6. TEMPERATURAS MÁS BAJAS EN SEMANA EXTREMA DE INVIERNO Alta masa térmica Media masa térmica Baja masa térmica

Sin aislamiento

U=3,5

U=2

19,45

20,18

20,55

20,93

Sin aislamiento

-

U=1,5

U=0,75 U=0,25

21,02

-

21,68

22,51

U=1,5

U=0,75 U=0,25

18,61

19,74

Sin aislamiento U=3,5/2,5

17,55

17,32

U=2

U=0,75

U=0,25

26,68

26,39

26,75

27,6

28,07

-

U=1,5

U=0,75

U=0,25

28,22

-

28,24

29,23

30,17

Baja masa térmica

Sin aislamiento

U=3,5/2,5

U=1,5

U=0,75

U=0,25

32

31,96

32,18

32,63

33,35

30,36

U=0,75 U=0,25

35,63

U=3,5

Media masa térmica Sin aislamiento

Temp. máxima y mínima. Verano

Tabla 5. TEMPERATURAS MÁS ALTAS EN SEMANA EXTREMA DE VERANO Alta masa térmica

Sin aislamiento

U=0,75 U=0,25

21,13 23,12 20,63

40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25

Sin aislamiento

U=3,5

U=2

U=0,75

U=0,25

Temp. Mínima. Alta masa térmica

Temp. Mínima. Media masa térmica

Temp. Mínima. Baja masa térmica

Temp. Máxima. Alta masa térmica

Temp. Máxima. Media masa térmica

Temp. Mas alta_baja masa térmica

Imágenes 44: Temperaturas máximas y mínimas medias diarias en la semana extrema de verano.

44

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA CERRAMIENTOS. MODO MECANICO.

Como se dijo anteriormente para las simulaciones con climatización se utilizó un sistema HVAC simple, para poder determinar las demanda de refrigeración. Solo se realizaron las simulaciones con sistema de climatización con los tres niveles de masa térmica, ya que no se que creyó necesario hacerlo con ninguno de los niveles de aislamiento, ya que todos resultaron desfavorables.

Como se observa en la tabla 8 el que peor comportamiento posee, en cuanto a demanda son los cerramientos de media masa térmica. A diferencia de lo sucedido en las simulaciones de modo pasivo, donde los cerramientos de baja masa térmica fueron los que peores niveles de confort y más altas temperaturas registraron.

Esto es debido a que, como en Cuba las temperaturas no alcanzan niveles por debajo del de confort, ya que en los meses de invierno las temperaturas están muy cercanas a los 20 oC y 25 oC, no se tomó en cuenta este dato. De esta forma, aunque las temperaturas por encima de los 32 oC sean mucho mayores en los cerramientos con baja masa térmica, para el sistema HVAC se tomó una temperatura de consigna de 25 oC, lo cual explica que en este radique esta supuesta contradicción, y es que aunque con los cerramientos de media masa térmica no se alcancen tan altas temperaturas, sí se obtienen más horas con temperaturas superiores a la de consigna y ya comience a funcionar el sistema de refrigeración. Hay que tener en cuenta además que, con los cerramientos de media masa térmica aumentan considerablemente incluso las temperaturas mínimas registradas durante la noche.

DEMANDA (kWh) BAJA MASA TERMICA MEDIA MASA TERMICA ALTA MASA TERMICA

8021 8122 6330

Tabla 8: Demanda energética según masa térmica.

Por tanto se puede concluir que con cerramientos de alta masa térmica, en este caso de hormigón armado denso y sin aislamiento puede llegar a ahorrarse alrededor de un 28 % de la demanda de refrigeración de la vivienda con respecto a los cerramientos de media masa térmica, por ejemplo de bloques de hormigón ligeros, y alrededor de un 27% con respecto a los cerramientos de baja masa térmica.

45

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

ABERTURAS. TIPOS DE VENTANAS MODO PASIVO Nuevamente se tomaron los datos de los espacios en los que se realiza mayor estancia tanto en planta baja como en planta alta (salón y habitaciones). En la tabla e imagen 45 se presentan los valores de temperatura máximos alcanzados durante la semana extrema de verano en estos locales. Nótese que con la plantilla de ventanas de persianas se logran las temperaturas más bajas y es el único tipo de ventana que presenta temperaturas por debajo de los 32 oC en ambos espacios durante este período más extremo.

En la imagen 49 y tabla 12 se puede apreciar cómo los vidrios claros y la ventana de hoja abatible tienen menor demanda de iluminación que el resto pero mayor demanda de refrigeración. Las ventanas que mejor se comportan son las de vidrio simple reflectivo con una demanda anual de 5517 kWh, frente al vidrio simple claro con 6728 kWh, lo cual representa un ahorro de 1211 kWh anual tanto en refrigeración como en iluminación, y solamente por concepto de refrigeración se ahorrarían 1245 kWh anualmente, para un 25% de ahorro de la demanda de la vivienda por concepto de climatización.

En la tabla 10 se presentan las horas por encima de 32 oC en cada caso y en las imágenes 46 y 47. Los resultados fueron significativos sobre todo en las cantidad de horas de disconfort que resultaron en los distintos acristalamientos y con las ventanas de persianas, en este último fue donde único se alcanzaron menos de 100 horas por debajo de los 32 ˚C. Igualmente sucedió con los resultados de ganancias solares a través de las ventanas, donde en las de tipo persianas se alcanzaron valores de 1101kWh frente a 2 330 kWh en las de vidrio doble absortivo, que fue el que le siguió en mejores resultados. Para una disminución de 1 229 kWh, lo cual constituye más de un 110 % de ganancias solares a través de las ventanas. Si se compara con un vidrio simple sensillo, que dio resultados de 5 834 kWh, se produce una disminución de las ganancias solares de un 430 % (ver tabla 11 e imagen 48). Sin embargo hay que señalar que en cuanto al comportamiento térmico el vidrio que mejor se comportó fue el simple reflectivo con 131 horas por encima de 32 ˚C (salón) y 85 horas por encima de 32 ˚C (habitación) frente a 150 y 117 horas por encima de 32 ˚C respectivamente a el doble absortivo.

MODO MECANICO Dentro de los tipos de vidrio el simple reflectivo es el que mejor comportamiento logra en cuanto a niveles de demanda.

46

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

Tabla 9. TEMPERATURA MÁXIMA Y MÍNIMA. SEMANA EXTREMA DE VERANO CLEAR

Single Double

Salón 28,82 29,07

ABSORTIVE

Hab. 32,95 32,81

Salón 28,51 28,72

Hab. 32,26 32,02

REFLECTIVE

Salón 28,41 28,66

Hab. 32,02 31,86

LOW-E

Salón 29,03 29,13

SPECTRAL

Hab. 32,64 32,37

Salón 28,81 28,89

Hab. 32,07 31,73

ABATIBLE

Salón 28,82 -

Hab. 32,96 -

PERSIANAS

Salón 28,11 -

Hab. 30,92 -

TEMPERATURAS MÁXIMAS. VERANO

32,96

30,92

31,73

32,07

32,37

32,64

vidrio doble_temp. máxima

31,86

32,02

32,02

32,26

32,81

32,95

vidrio simple_temp. máxima

CLARO

ABSORTIVO

REFLECTIVO

BAJO EMISIVO

ESPECTRAL

ABATIBLE

PERSIANAS

Imagen 45: Temperaturas máximas y mínimas en la semana extrema de verano. Comparación según tipo de ventana.

47

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

Tabla 10. HORAS POR ENCIMA DE 32 ˚C CLEAR Tipo de vidrio Single Double

Salón 295 293

ABSORTIVE Hab. 173 196

Salón 173 172

Hab. 107 124

REFLECTIVE

LOW-E

Salón 131 152

Salón 281 260

Hab. 85 111

Hab. 182 186

SPECTRAL

ABIERTO

Salón 205 187

Salón 265 -

POR ENCIMA DE 32˚C (SALÓN) Single

271

293

281 173

Single

265

260

131

169

196

135

ABSORTIVO REFLECTIVO

Salón 40 -

85

132

107

150

165 0

BAJO EMISIVO

ESPECTRAL

Hab. 25 -

double

182 186 107 117

187

0

CLARO

Hab. 165 -

POR ENCIMA DE 32˚C (HABITACION)

double

205 150

Hab. 132 150

PERSIANAS

ABIERTO

40

PERSIANAS

CLARO

ABSORTIVO REFLECTIVO

BAJO EMISIVO

ESPECTRAL

ABIERTO

25

0

PERSIANAS

Imágenes 46 y 47: Horas por encima de 32oC en salón y habitación respectivamente.

48

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

ABERTURAS Tabla 11. GANANCIAS A TRAVES DE LAS VENTANAS (kWh) CLEAR

Single Double

ABSORTIVE

5834 4259

3189 2330

REFLECTIVE

3163 2383

LOW-E

SPECTRAL

ABIERTO

4423 3279,28

3170 2399

5834 -

PERSIANAS

1101 -

GANANCIAS SOLARES. VENTANAS (K W H)

3170

1101

2399

3279

3163 2383

2330

3189

4259

4423

5834

Vidrio Doble

5834

Vidrio Simple

CL A RO

A BS ORT IVO RE F L ECT IVO BA J O E M IS IVO ES P ECT RA L

A BAT IBLE

P E RS IA N A S

Imágenes 48: Ganancias solares a través de las ventanas, comparación entre los distintos tipos.

49

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

Tabla 12. DEMANDA TIPOS DE VENTANA (kWh) Tipo de ventana

Claro simple

Claro doble

Simple absortivo

Doble absortivo

Simple reflectivo

Doble reflectivo

Abatible

Refrigeración

6155

6040

5287

5143

4910

4946

6061

Iluminación

573

577

598

604

607

611

573

Electricidad

6728

6617

5885

5747

5517

5557

6634

DEMANDA (kWh) Refrigeración

Iluminación

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

Claro simple

Claro doble

Simple absortivo

Doble absortivo

Simple reflectivo

Doble reflectivo

Abatible

Imágenes 49: Demanda de refrigeración e iluminación, comparación entre los distintos tipos.

50

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

POR CIENTO DE ABERTURA

HORAS POR ENCIMA DE 32 ˚C

MODO PASIVO Como se había concluido anteriormente, en el apartado Tipos de Ventanas, las ventanas de persianas habían resultado las que mejores desempeños de confort lograban con un sistema pasivo.

Para el análisis del nivel de apertura más conveniente para este tipo de ventanas se realizó la misma forma de procedimiento anterior. Se modelaron tantos tipos de niveles de aperturas de un 10%, 20%, 30%, 50% y 70%. En este caso fue necesario analizar, para ser más detallados, no solo las horas por encima de 32 oC, si no también por encima de 30 oC, ya que en las habitaciones no presentaban temperaturas tan elevadas. De esta forma se pudo apreciar cómo, gracias a la orientación del norte hacia los locales más utilizados de la casa, se logran mejores niveles de confort en estas áreas, y peores en los locales como los vestíbulos y la escalera, que son de paso y en los cuales no se harán grandes estancias. (Ver de la imagen 50 a la 53).

El comportamiento en cada uno de los locales no fue homogéneo por lo que se procedió a hacer un análisis por estancias de la vivienda por separado: Vestíbulos y escalera: Aumenta radicalmente las horas por encima de los 32 oC, a partir de un nivel de apertura de un 30%, tanto en planta alta como en planta baja. Estas diferencias se hacen aún más drásticas en planta baja, donde solamente en el vestíbulo, de un 10% a un 30% aumentan las horas de disconfort de 13 a 114, para un aumento de más de un 700%. Teniendo en cuenta que en espacios como estos no es imprescindible la presencia de grandes aberturas al exterior, por la poca ocupación que estos tendrían, y el aumento tan desproporcionado de los niveles de disconfort, vale especificar que sería más conveniente utilizar esta abertura en estos espacios.

Salón: En el salón va en aumento las horas en disconfort a medida que aumentan los niveles de abertura, pero de forma más

PLANTA BAJA 700 600 500 400 300 200 100 0

Salon

Cocina 10%

Vestíbulo 30%

50%

Escalera

70%

PLANTA ALTA 540 440 340 240 140 40 -60

Escalera

Vestíbulo 10%

30%

50%

70%

Imágenes 50 y 51: Horas por encima de los 32o C según por ciento de aberturas.

Planta baja y planta alta respectivamente.

51

EVALUACIÓN DE ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN CUBA

moderada, así, de un 10% a un 30% de apertura, aumento de 13 a 40 horas por encima de 32 oC, pero luego de 40 a 45 y 48 horas solo de 30% , 50% y 70% respectivamente. En este espacio no es recomendable utilizar bajos por cientos de aberturas debido a la necesidad de iluminación, ventilación natural y de disfrutar de visuales hacia el exterior. Por lo que se recomiendan a partir de un 30%.

50

Cocina: La cocina, aunque no es un espacio donde se realicen grandes estancias, pero se realizan labores donde se requiere gran iluminación y ventilación, por lo cual tampoco es recomendable la incorporación de aberturas de 10% con respecto a la fachada, si no a partir del 30%.

20

Baño: Con un 10% de abertura se mantiene con niveles de temperatura por debajo de los 32 oC y esta puede ser una opción muy recomendable en caso de viviendas en ciudades, para lograr una mayor privacidad en los servicios sanitarios.

Habitaciones: En caso de las habitaciones, ocurre de forma diferente.

Esto posiblemente sea debido a que están orientadas al norte y al encontrarse en planta alta, las ganancias a través de la cubierta es más determinante en la ganancia de calor a través de las ventanas, y al aumentar los niveles de ventilación interior, pues se reduce la temperatura operativa. En la imagen 54 se puede apreciar cómo existe mayor disconfort con un 10% de apertura en fachada que en el resto, disminuye de 30 a 19 horas hacia un 30% de aperturas y luego solo aumenta en una hora entre un 50 y un 70%. Lo cual lleva a concluir, que en dependencia de las características del contexto y de las propias necesidades del proyecto, se recomienda la utilización de cualquiera de las aberturas a partir de 30%, ya que no repercute significativamente en el confort de estos espacios y sí aumenta el nivel de ventilación natural y de la relación con el exterior.

Aunque no se pueden sacar conclusiones totalmente definitivas y absolutas acerca del nivel de abertura óptimo, sin hacer estudios más profundos que corresponderían a un trabajo posterior, sí se puede

PLANTA BAJA 40 30

10 0

Salon

Cocina 10%

30%

50%

70%

PLANTA ALTA 30 25 20 15 10 5 0

Hab. 1

Hab. 2 10%

30%

50%

70%

Imagen 53: Horas por encima de los 32o C según por ciento de aberturas.

Imagen 54: Horas por encima de los 30o C según por ciento de aberturas.

52

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Tabla 13. HORAS POR ENCIMA DE 32oC PLANTA BAJA Salón Cocina o 30 C 52 o 32 C 13 -

PLANTA BAJA

Salón 30 oC o 40 32 C

Cocina 13

PLANTA BAJA

30 oC 32 oC

Salón 45

Cocina 15

PLANTA BAJA

30 C 32 oC o

Salón 48

Cocina 47

Vestíbulo 13

10% PLANTA ALTA Escalera Escalera Vestíbulo Baño 31 55 30 -

Hab. 1 30 -

Hab. 2 25 -

30% PLANTA ALTA

Vestíbulo Escalera Escalera Vestíbulo Baño 114 266 186 99 12

Hab. 1 19 0

Hab. 2 18 0

50% PLANTA ALTA

Vestíbulo Escalera Escalera Vestíbulo 197 469 322 177

Baño 13

Hab. 1 20 -

Hab. 2 18 -

Hab. 1 21 -

Hab. 2 19 -

70% PLANTA ALTA

Vestíbulo Escalera Escalera Vestíbulo 270 729 505 230

Baño 16

53

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tener una idea del comportamiento en cada una de los niveles de vanos más sifnificativos. En la siguiente gráfica se puede ver cómo influye las aperturas en la demanda de iluminación y cómo disminuye significativamente de 10 % a un 30%, para luego mantenerse sin disminuciones relevantes (ver imagen 55).

De lo cual se concluye, y para las siguientes modelaciones en los próximos apartados a modo pasivo, que los niveles de aberturas en fachada serían: Escalera, vestíbulos y baño: 10%.

Cocina: 30%.

Salón y dormitorios: 50%.

DEMANDA ILUMINACION (Wh/m²) 10200

10106

10000 9800 9600 9400

9220

9200 9000

9040

9070

50%

70%

8800 8600 8400

10%

30%

Imagen 55: Demanda de iluminación según nivel de abertura en fachada, con tipo de ventanas de persianas.

54

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MODO MECANICO En las simulaciones se pudo apreciar, cómo a medida que aumentaba el nivel de acristalamiento, aumentaban las ganancias internas a través de ventanas exteriores (imagen 56). Se produce un salto de las ganancias solares a través de las ventanas exteriores de un 260%, al aumentar de un 10% a un 30% el acristalamiento. Luego este salto de ganancias solares se hace menos drástico y el aumento es del 72 % y el 66 % , que aunque no es despreciable es mucho menor que el anterior.

En cuanto a las demandas (imagen 57), se puede ver un aumento también paulatino aunque menos brusco que el observado en cuanto a ganancias solares. Aunque los consumos en iluminación disminuyen a medida que aumentan los niveles de acristalamiento, las demandas totales sí aumentan paulatinamente. Es interesante señalar que de un 10% de acristalamiento a un 30% hubo un aumento de un 11% de la demanda energética, que teniendo en cuenta que aperturas de solo un 10% en viviendas no es nada recomendables en los espacios sociales, ya sea por los bajos niveles de iluminación natural que proporciona como por estética, así como la necesitad obvia de contacto visual con el exterior. Luego, al aumentar el nivel de acristalamiento hasta un 50%, se ve un aumento de un 12% con respecto al 30%, lo cual puede ser interesante a la hora de sacar conclusiones y diseñar los niveles de aperturas para cada local según su orientación y/o función específica.

Quedaría para un estudio más detallado, complementar con una investigación de los niveles de acristalamiento para cada fachada teniendo en cuenta orientación de cada una en función de los locales a los que pertenece.

Hasta donde compete este trabajo, se muestra cómo afecta a la demanda el por ciento de acristalamiento en ventanas exteriores y se continuarán los estudios en los posteriores apartados con un nivel de acristalamiento de un 30%, para los siguientes estudios con sistemas climatizados.

Se quiso hacer un análisis más detallado (imagen 58),de los resultados de simulaciones con mayor cantidad de por cientos de acristalamientos.

Se puede apreciar los aumentos en por ciento igualmente de la demanda de refrigeración para cada uno de los casos. Como se puede ver hay un aumento siempre continuo, aunque ya con un 70% de acristalamiento la demanda aumenta más considerablemente. De esto se concluye que, a medida que aumente el acristalamiento, pues aumentará la demanda, no se recomienda en los espacios de mayor utilización (habitaciones y salón) un 10%, 20% ni 70% de acristalamiento.

55

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Tabla 14. GANANCIAS SOLARES A TRAVÉS DE LAS VENTANAS % acristalamiento 10% 30% 50% 70% ganancias solares 2021 7265 12521 20771

GANANCIAS SOLARES POR VENTANAS EXTERIORES (kWh)

20771

20000 66 %

15000 12521 10000 7265

72 %

5000 260 %

2021 0

10%

30%

50%

70%

Imagen 56: Ganancias solares a través de las ventanas exteriores según por ciento de acristalamiento en fachada.

56

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Tabla 15. DEMANDA (kWh) % acristalamiento 10% 30% 50% Refrigeración 4303 4910 5586 Iluminación 675 607 591 Electricidad 4978 5517 6177

70% 6493 592 7085

DEMANDA (KWH) 7000

15%

6000

12% 11%

5000 4000 3000 2000 1000 0

10%

30%

50%

70%

Imagen 57: Demanda de refrigeración e iluminación según por ciento de acristalamiento en fachada.

57

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Imagen 58: Demanda de refrigeración e iluminación según por ciento de acristalamiento en fachada.

DEMANDA (KWH) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

10%

Aumento de la demanda (%)

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

55%

60%

65%

70%

7

4

3

5

3

3

3

2

1

0

12

58

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Tabla 16. DEMANDA ILUMINACION

10% 631

30% 576

50% 565

70% 566

DEMANDA ILUMINACION (kWh) 640

631

620 600 576

580

565

566

50%

70%

560 540 520

10%

30%

Imagen 59: Demanda de iluminación según por ciento de aberturas.

59

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ESPACIOS SEMIABIERTOS MODO PASIVO En la imagen 60 y tabla 17 se puede observar una mejora en cuanto al nivel de confort que ocurre al incorporar un espacio semiabierto, en ese caso a modo de balcón volado en la fachada oeste de la vivienda. Nótese, que a pesar que en teoría este espacio solo “afecta” directamente uno de los locales de la casa, repercute en la disminución de las horas por encima de los 32 oC en todos los espacios de la vivienda. En el caso del salón que posee 25 horas por encima del nivel de confort establecido, con solo un alero de 60 cm de vuelo, disminuy hasta solo 12 horas al incorporarle un balcón de 1.0 m de profundidad, para una disminución del 108% de las horas de disconfort. Luego solo disminuye en un 9% y en un 29% con balcones de 1.5 m y 2.0 m respectivamente. En el caso de los dormitorios que no presentan horas por encima de los 32 oC, sí se nota una ligera mejoría en las horas por debajo de los 30 oC y los 28 oC, aunque esta mejoría se hace menos significativa con el balcón de 2.0m de profundidad.

Igualmente pasa con el baño, la cocina, el estíbulo y escalera en planta alta.

Por lo que se concluye que resulta más viable y provechoso la incorporación del balcón hasta 1.5 m de profundidad.

HORAS POR ENCIMA DE 32˚C 250 Salón 200

Vestíbulo 1 Cocina

150

Escalera Dormitorio 1

100

Dormitorio 2 Vestíbulo 2

50 0

Baño Escalera Alero 0,6 m

De un alero de 60 cm a un balcón de 1.0 m hay una disminución del 4% de la demanda en refrigeración, de un 6% hacia un balcón de 1.5 m y luego disminuye en un 7.8% al aumentar la profundidad del balcón hasta 2.0 m.

Balcon 1,5 m

Balcon 2,0 m

Imagen 60: Horas por encima de 32 oC, según dimensiones de balcón.

Tabla 17. HORAS POR ENCIMA DE 32oC. LOCALES Planta baja

MODO MECANICO

Balcon 1,0 m

Salón Vestíbulo 1 Cocina Escalera Planta alta Dormitorio 1 Dormitorio 2 Vestíbulo 2 Baño Escalera

Alero 0,6 m Balcón 1,0 m

Balcón 1,5 m

Balcón 2,0 m

25 122 2 238

12 76 1 142

11 67 0,5 115

8,5 60 0,5 103

9 (30oC) 8 (30oC) 96 11 176

5 (30oC) 5 (30oC) 42 10 75

4,5 (30oC) 5 (30oC) 41 7 64

4 (30oC) 5 (30oC) 41 7 64 60

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Tabla 18. DEMANDA (kWh) Alero 0,6 m Balcón 1,0 m Balcón 1,5 m Balcón 2,0 m Refrigeración (kW/h) 4910 4686 4580 4484 Iluminación (kW/h) 607 608 610 612 Total (kW/h) 5517 5294 5190 5096

DEMANDA (kWh) Refrigeración

Electricidad

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Alero 0,6 m

Balcón 1,0 m

Balcón 1,5 m

Balcón 2,0 m

Imagen 61: Demanda de refrigeración e iluminación, según dimensiones de balcón.

61

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ORIENTACION MODO PASIVO Dadas las medidas de diseño tomadas hasta el momento, los valores de disconfort han disminuido considerablemente. Solo presenta valores superiores a las 100 horas por encima de la temperatura de confort establecida en la zona térmica de la escalera en planta baja. En el caso de el salón se mantienen por debajo de las 20 horas de disconfort en todas las orientaciones analizadas y no presenta horas por encima de los 32oC en los dormitorios. Lo cual puede llegar a concluir que, con un buen tratamiento de las aberturas, los cerramientos y la protección solar a modo de espacios semiabiertos o balcones, la orientación, aunque sí tiene un impacto más o menos significativo, no es definitivo para lograr niveles de confort aceptables.

Esto es muy alentador, sobre todo para zonas urbanas compactas, donde el edificio debe asumir la orientación que defina la parcela donde se localice.

A modo pasivo se puede afirmar que la orientación que peor se comporta en casi todos los espacios de la vivienda es la de 270oC, en la que el norte está dirigido hacia el lado derecho de la vivienda (situados al frente de la entrada).

En este caso el salón, cocina, baño y dormitorio 2, están orientados hacia el sur. Ocurre un aumento del 73% de las horas de disconfort en el salón MODO MECANICO En cuanto a la demanda, la orientación que peor desempeño presentó fue la de orientación de 90 o; donde el norte está situado hacia la derecha de la edificación (situándose al frente de la entrada de la vivienda). De esta forma la escalera, el salón y el dormitorio se encuentran dirigidos hacia la peor orienntación para este clima (sur). Ocurre un ahorro de 362 kWh de la demanda de energía anual (por cuestión de refrigeración e iluminación), para un 7% de ahorro por cuestión de orientación.

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HORAS POR ENCIMA DE 32 ˚c 160 140 120 100 80 60 40 20 0

0˚

45˚

Salón

Tabla 19. HORAS POR

Vestíbulo 1

90˚ Cocina

ENCIMA DE 32oC

PRIMER NIVEL 0˚ Salón 11 Vestíbulo 1 67 Cocina 0,5 Escalera 115 SEGUNDO NIVEL Dormitorio 1 4,5 (30) Dormitorio 2 5 (30) Vestíbulo 2 41 Baño 7 Escalera 64

135˚ Escalera

180˚ Dormitorio 1

225˚ Dormitorio 2

270˚ Baño

315˚ Escalera

Imagen 62: Horas por encima de 32oC por locales según orientación.

45˚ 10 91 1 141

90˚ 2,5 149 7 102

135˚ 13 83 3 131

180˚ 15 73 3 113

225˚ 18 78 1 135

270˚ 19 100 1 152

315˚ 16 83 1 142

5 (30) 4 (30) 60 16 87

5 (30) 6 (30) 72 18 93

4 (30) 7 (30) 41 19 66

3,5 (30) 8 (30) 27 9 47

7 (30) 8 (30) 37 10 67

9 (30) 7 (30) 57 9 88

7 (30) 7 (30) 58 9 83 63

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Refrigeración Iluminación Electricidad

0˚ 4580 616 5196

Tabla 20. DEMANDA (kWh) 45˚ 90˚ 135˚ 180˚ 4849 4928 4893 4742 619 630 641 646 5468 5558 5534 5388

225˚ 4862 647 5509

270˚ 4840 639 5479

315˚ 4693 625 5318

DEMANDA (kWh) 5000 4000 3000 2000 1000 0

0˚

45˚

90˚

135˚

Refrigeración

180˚

225˚

270˚

315˚

Iluminación

Imagen 63: Demanda de refrigeración e iluminación según orientación.

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MODELO BASE

MODELO FINAL

Cerramientos: Media masa térmica, sin aislamiento.

Cerramientos: Alta masa térmica, sin aislamiento.

Aberturas: Vidrio simple claro con 30% de distribución en fachada, 50% de abertura libre durante los períodos de ocupación.

Aberturas: Modo pasivo: Ventanas de persianas en salón y dormitorios 50%, escalera, vestíbulo y baño 10%, en cocina 30%.

Alero de 0.6 m de profundidad como protección solar.

Modo mecánico: 30 % vidrio simple reflectivo.

Orientación Norte hacia dormitorios y salón.

Balcón de 1.5 m de profundidad como protección solar.

Orientación Norte hacia dormitorios y salón.

HORAS POR ENCIMA DE 32oC LOCALES HORAS POR ENCIMA DE 32˚C Planta baja Salón 582 Vestíbulo 1 824 Cocina 760 Escalera 900 Planta alta Dormitorio 1 464 Dormitorio 2 503 Vestíbulo 2 623 Baño 445 Escalera 698

HORAS POR ENCIMA DE 32oC LOCALES

DEMANDA 8 122 kWh

DEMANDA: 4 580 kWh

Se logran niveles de confort aceptables en modo pasivo, siempre por debajo de las 100 horas anuales por debajo de los 32 oC. En el caso de los locales donde se hacen mayores estancias como el salón, la cocina o el baño estos valores no superan las 10 horas de disconfort anual, y en el caso de los dormitorios apenas superan los 30 oC. O sea los niveles de

confort se mantienen en índices muy aceptables sin el uso de sistemas de refrigeración.

Planta baja

Balcón 1,5 m

Salón Vestíbulo 1 Cocina Escalera Planta alta Dormitorio 1 Dormitorio 2 Vestíbulo 2 Baño Escalera

11 67 0,5 115 4,5 (30oC) 5 (30oC) 41 7 64

AHORRO DE 4 592 kWh ANUAL lo cual constituye un 77% de ahorro en demanda de refrigeración, solo en conceptos de diseño.

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CONCLUSIONES - Una correcta distribución espacial interior de la edificación puede mantener los niveles de disconfort en los espacios donde más estancia se hace dentro de la vivienda en valores muy inferiores a los espacios menos visitados de la casa (de servicio o circulación). Haciendo que estos espacios “amortigüen” la carga térmica recibida durante las horas del día.

- Los cerramientos más adecuados tanto para lograr mejores niveles de confort como para obtener menores demandas de refrigeración son los que poseen mayor masa térmica. Pueden reducir hasta en un 60% de horas de disconfort con respecto a los cerramientos de baja masa térmica y en un 22.6% con respecto a los de media masa térmica. En cuanto a la demanda, la puede reducir hasta en un 28%.

función del local al cual pertenezca. A modo mecánico se pudo comprobar que a medida que aumentan los por cientos de acristalamiento en fachada, aumentan considerablemente las demandas energéticas, y disminuyen, aunque ligeramente, la demanda por cuestión de iluminación.

- La adición de espacios semiabiertos en una de las fachadas de la edificación contribuye a disminuir los niveles de disconfort y la demanda energética anual en todos los locales de la vivienda.

- La orientación en la vivienda, aunque juega un papel importante en la disminución de los niveles de disconfort en la misma, no es vital luego de tomar las medidas previas: correcta distribución, cerramientos, aberturas y espacios semiabiertos, que funcionen como protectores solares de los espacios priorizados de la vivienda.

- El aislamiento en los cerramientos resulta contraproducente en el clima tropical cálido húmedo de La Habana, en cualquiera de los tipos de cerramiento: alta, media y baja masa térmica, aunque especialmente en los de alta masa térmica durante los meses de verano.

- Dentro de los tipos de ventanas analizadas o que mejores resultados presentaron a modo pasivo fueron las ventanas de persianas, que es donde único se logran valores de menos de 100 horas por debajo del nivel de confort establecido. A modo mecánico las ventanas que mejor desempeño energético presentaron fueron las de vidrio simple reflectivo con una mejoría del 25% con respecto a las ventanas de vidrio simple claro, lo cual significan 1245 kWh en demanda de refrigeración.

- En cuanto al por ciento de abertura en fachada se concluyó, que, a modo pasivo puede variar en dependencia de la orientación de la fachada y de la 66

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RECOMENDACIONES - Se recomienda hacer un análisis más detallado de los por cientos de abertura más recomendables u óptimos según orientación y función del espacio al cual correspoda.

- Realizar distintas combinaciones de forma y volumen utilizando el modelo estudiado y analizar su comportamiento energético.

- Realizar el estudio con distintas distribuciones espaciales y analizar su comportamiento energético.

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