Diagnostico termico en viviendas altoandinas

XV SIMPOSIO PERUANO DE ENERGIA SOLAR Cajamarca 10 – 14 noviembre de 2008

ANÁLISIS Y DIAGNÓSTICO TÉRMICO EN VIVIENDAS ALTOANDINAS DEL PERÚ

Rafael Espinoza(1), Abel Gutarra (2), Gonzalo Saavedra (1), Octavio Galarreta (1), Fredy Huaylla (2)

(1) Centro de Energías Renovables; (2) Facultad de Ciencias UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Lima – Perú Tlf. (00511) 382 1058 cer@uni.edu.pe http://cer.uni.edu.pe

...enfrentamos esta realidad...

PROYECTO PROPUESTA TÉCNICA DE CONFORT TÉRMICO PARA VIVIENDAS EN COMUNIDADES LOCALIZADAS ENTRE 3000 Y 5000 msnm

OBJETIVOS 1.Hacer un diagnóstico térmico-ambiental de dos viviendas rurales del Perú.

2.Aplicarles un programa de mejoras técnicas a cada una de ellas 3.Desarrollar una propuesta de VIVIENDAS RURALES BIO-CONFORTABLES para cada una de las dos regiones 4.Fomentar un proceso de extensión y aplicación de las características técnicas de la vivienda rural bio-confortable a otros espacios y ambientes rurales habitables, tales como escuelas, postas médicas y locales comunales 5.Sensibilizar autoridades y funcionarios responsables de entidades y organismos nacionales públicos y privados del sector vivienda

DISEÑO EXPERIMENTAL SOSTENIDO Mediciones sistemáticas (12 meses) Condiciones ambientales y clima Condiciones térmicas Características de propiedades de materiales locales

PROGRAMA DE MEJORAS TECNICAS Uso de recursos humanos y materiales locales Uso intensivo de fuentes renovables de energía (FRE), Confort térmico en cada vivienda.

PROPUESTA VIVIENDAS RURALES BIOCONFORTABLES

ALGUNOS DETALLES DEL PROCESO EXPERIMENTAL Identificar y calcular los flujos de calor producidos en las viviendas y proyectar el mejoramiento térmico correspondiente.

La base de datos experimentales la constituye mediciones y registros automáticos hechos a partir de la segunda quincena del mes de junio del año en curso.

Los primeros resultados confirman que la temperatura del ambiente interior de ambas viviendas es severamente frío la mayor parte del día Usaremos la técnica de simulación para precisar características de formas y propiedades de elementos

DESARROLLO EXPERIMENTAL Instrumentación empleada Al interior de las viviendas medimos temperaturas y humedad relativa. Los sensores de temperatura fueron del tipo de resistencia variable, con un rango de medición de -40o a 100 oC y una exactitud de ±0.5 °C a 20 °C. El elemento sensor tiene una cubierta de acero inoxidable de forma cilíndrica que facilita el contacto térmico con superficies sólidas.

En cada vivienda se han instalado 44 sensores de temperatura, además, la temperatura de globo se midió en su interior con esferas de 15 cm de diámetro con recubrimiento de emisividad superficial de 0,9.

La humedad relativa dentro de la vivienda se midió en el rango de 25%-95% con una exactitud de ±5%. La iluminación interior se detectó con un sensor cuya respuesta es similar a la sensibilidad de la visión humana y opera en un rango de 2 a 20,000 lúmenes/m2.

En el exterior de las viviendas se midieron la irradiancia solar, humedad relativa, velocidad y dirección de viento y temperatura. Para ello se utilizó una minicentral meteorológica que almacena los datos en un registrador con capacidad de almacenamiento de 512K en memoria no volátil.

La información acumulada en los registradores ubicados en el interior de la vivienda y los almacenados en la microestación meteorológica se descarga periódicamente en sistemas de almacenamiento portátil para ser analizados en la PC.

Región natural PUNA (4000 – 4800 msnm),

Vilcallamas Arriba distrito Pisacoma, provincia Chuchito, Región Puno

Latitud sur 16° 35’ 30” Longitud oeste: 71° 31’ 16” Altitud 4 500 msnm Clima frío, soleado parte del año y lluvioso en verano 300 habitantes 51% hombres 49% mujeres

Región natural SUNI (3500 – 4000 msnm) .

San Francisco de RAYMINA distrito Huambalpa, provinciaVilcashuamán, Región Ayacucho

Latitud sur 13° 45’ 40” Longitud oeste: 73° 51’ 26” Altitud 3,700 msnm Clima frío, soleado parte del año y lluvioso en verano 350 habitantes 51% hombres 49% mujeres

N Q1

Q2

Q4

Q1 0

Q5

Q1 2

Q1 1

A1

Q3

Q1

Q6

Q2

Q7

째

Q3 Q1 0 Q4

FLUJOS DE CALOR EN LA VIVIENDA DE VILCALLAMAS ARRIBA

Q8

Q1 2

Q5

Q9

A2

Q1 1

Ensayos previos en el laboratorio CER-UNI

TRM = TG + 1,9(V)^1/2 (TG-TS) donde: TRM = temperatura radiante media, ยบC TG = temperatura de globo, ยบC TS = temperatura seca, ยบC v = velocidad relativa del aire, m/s

Detalles de la instalaci贸n de sensores en SF de Raymina

Detalles de la instalaci贸n de sensores en Vilcallamas Arriba

ALGUNOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS Y DIAGNÓSTICO TÉRMICO PRACTICADO

T emperaturas Medias , Minimas y Maximas Interiores en la c omunidad de S an F . de R aymina C oc ina 30

Condiciones tÊrmicas de los ambientes interiores de la vivienda de SF de Raymina, en el periodo 15 de junio – 20 de setiembre de 2008

25

20

15

10

5

0

-5

-10 14-S ep

07-S ep

31-Ago

24-Ago

17-Ago

T min C ocina

10-Ago

03-Ago

27-J ul

20-J ul

13-J ul

06-J ul

29-J un

22-J un

15-J un

T max C ocina

T prom C ocina

T emperaturas Medias , Minimas y Maximas Interiores en la c omunidad de S an F . de R aymina C as a

EN LA COCINA 30

25

20

15

10

5

EN LOS DORMITORIOS

0

-5

-10 14-S ep

07-S ep

31-Ago

T prom C asa

24-Ago

17-Ago

T min C as a

10-Ago

03-Ago

27-J ul

20-J ul

13-J ul

06-J ul

29-J un

22-J un

15-J un

T max C as a

T emperaturas Medias , Minimas y Maximas E xteriores en la c omunidad de S an F . de R aymina 30

Condiciones del ambiente exterior de la vivienda de SF de Raymina, en el periodo 15 de junio – 20 de setiembre de 2008

25

20

15

10

5

0

-5

-10 14-S ep

07-S ep

31-Ago

24-Ago

17-Ago

T max

10-Ago

03-Ago

27-J ul

20-J ul

13-J ul

06-J ul

29-J un

22-J un

15-J un

T media

T min

R adiac ion G lobal Diaria kWh/m2

TEMPERATURA

8

7

6

5

4

3

2

1

14-S ep

07-S ep

31-Ag o

24-Ag o

R adiacion G lobal D iaria kW h/m2

17-Ago

10-Ago

03-Ago

27-J ul

20-J ul

13-J ul

06-J ul

29-J un

22-J un

0

15-J un

ENERGĂ?A DIARIA

Temperaturas Medias, Minimas y Maximas Interiores en la comunidad de Vilcallamas Arriba [ Casa ] 12

Condiciones térmicas de los ambientes interiores de la vivienda de Vilcallamas Arriba, en el periodo 25 de junio – 24 de agosto de 2008

10

8

6

4

2

0 25-Jul

30-Jul

04-Ago

Temperatura MIN (ºC)

09-Ago

14-Ago

Temperatura MAX (ºC)

EN LOS DORMITORIOS

19-Ago

24-Ago

Temperatura PROM (ºC)

Temperaturas Medias, Minimas y Maximas Interiores en la comunidad de Vilcallamas Arriba [ Cocina ] 16

14

12

10

8

6

4

EN LA COCINA

2

0 25-Jul

30-Jul

04-Ago

Temperatura MIN (ºC)

09-Ago

Temperatura MAX (ºC)

14-Ago

19-Ago

Temperatura PROM (ºC)

24-Ago

Radiacion Global Diaria en Vilcallamas Arriba - PUNO [kWh/m2] 8

Condiciones del ambiente exterior de la vivienda de Vilcallamas Arriba, en el periodo 25 de julio – 20 de agosto de 2008

7

6

5

4

3

2

1

0 25-Jul

30-Jul

04-Ago

09-Ago

14-Ago

19-Ago

24-Ago

ENERGÍA DIARIA Solar Radiation (kW-h/m^2)

ENERGÍA DIARIA

20

Temperaturas Medias, Minimas y Maximas Exteriores en la comunidad de Vilcallamas Arriba

15

10

5

0

-5

-10

TEMPERATURA

-15 25-Jul

30-Jul

04-Ago

Temperature (*C)

09-Ago

MIN

Temperature (*C)

14-Ago

MAX

19-Ago

Temperature (*C)

24-Ago

PROM

San Francisco de Raymina

Vilcallamas arriba

Tmax (°C)

Tmin (°C)

H% máx.

H% min.

14,0

4,6

66

36

Tmax (°C) 9,4

Tmin (°C)

H% máx.

H% min.

5,1

37

27

Procedimiento de aproximación de magnitudes de energía requeridas para lograr condiciones de confort térmico en los ambientes interiores de las viviendas en estudio.

San Francisco de Raymina Energía (kWh)

kg de agua

C-1

0,882

0,762

C-2

0,691

0,756

Vilcallamas Arriba Energía (kWh)

kg de agua

C-1

0,687

0,672

C-2

0,633

0,673

00 :2 0 01 :00 :2 0 02 :00 :2 0 03 :00 :2 0 04 :00 :2 0 05 :00 :2 0 06 :00 :2 0 07 :00 :2 0 08 :00 :2 0 09 :00 :2 0 10 :00 :2 0 11 :00 :2 0 12 :00 :2 0 13 :00 :2 0 14 :00 :2 0 15 :00 :2 0 16 :00 :2 0 17 :00 :2 0 18 :00 :2 0 19 :00 :2 0 20 :00 :2 0 21 :00 :2 0 22 :00 :2 0 23 :00 :2 0: 00

T

-400 20 01 :00 :2 0 02 :00 :2 0 0 3 :0 0 :2 0 04 :00 :2 0 05 :00 :2 0 0 6 :0 0 :2 0 07 :00 :2 0 08 :00 :2 0 09 :00 :2 0 1 0 :0 0 :2 0 11 :00 :2 0 1 2 :0 0 :2 0 13 :00 :2 0 1 4 :0 0 :2 0 15 :00 :2 0 1 6 :0 0 :2 0 17 :00 :2 0 18 :00 :2 0 1 9 :0 0 :2 0 20 :00 :2 0 21 :00 :2 0 22 :00 :2 0 2 3 :0 0 :2 0: 00

00 :

Q (W) 0 00:00:00

-100 04:48:00 09:36:00 14:24:00

SUELOS

-100

-200 HORA

19:12:00 00:00:00 Serie1

100

0 T

400

04:48:00

-500

-600

700

400

00 :2 0 01 :00 :2 0 02 :00 :2 0 03 :00 :2 0 04 :00 :2 0 05 :00 :2 0 06 :00 :2 0 07 :00 :2 0 08 :00 :2 0 09 :00 :2 0 10 :00 :2 0 11 :00 :2 0 12 :00 :2 0 13 :00 :2 0 14 :00 :2 0 15 :00 :2 0 16 :00 :2 0 17 :00 :2 0 18 :00 :2 0 19 :00 :2 0 20 :00 :2 0 21 :00 :2 0 22 :00 :2 0 23 :00 :2 0: 00

W

FLUJOS DE CALOR, EN W, HACIA EL INTERIOR DE LA VIVIENDA

PAREDES PUERTAS Y VENTANAS

ENERGIA ASOCIADO A SOLO LAS PAREDES EL DIA06/07/08 Q total ( Watios) =Area*Q total'' (Considerando ventana y puertas) 07-06

350

300 300

200 250

100 200

150

-200 100

-300 50

0

-50

HORA -100 HORAS

Q total ( Watios) =Area*Q total'' (Considerando todos los suelos) 07-06-08

SAN FRANCISCO DE RAYMINA, 06-JULIO-2008

600 3500

500 3000

TECHOS

Q ambos techos 043 en reemplazo de Q de techo 46-4 ( Watios) =Area*Q total 06-07-08

4000

2500

300 2000

200 1500

1000 500

0

-1000 -500

HORAS

CONCLUSIONES Y TAREAS PENDIENTES

1. Las características constructivas actuales de las viviendas son deficientes, especialmente aquellas que generan filtraciones de aire.

2. La irradiancia solar diaria supera notablemente a las cantidades de energía que serían necesarias para lograr niveles de confort térmico en el interior de las viviendas.

3. En suma, se percibe que ambas viviendas requieren de mayor protección contra el enfriamiento que agregados diversos que incrementen su calentamiento.

4. Los rangos de temperatura interior de las viviendas están fuera de condiciones de confort durante las 24 horas del día, con el extremo mínimo cercano a 0°C.

Tareas • La tarea principal será evitar enfriamientos.

• Estamos evaluando materiales, formas y diseños diferentes aplicando técnicas de simulación.

• La participación del poblador y su capacitación, serán condiciones prioritarias.

Nos parece de suma relevancia lo siguiente:

1. Las costumbres vivenciales del poblador andino del Perú 2. Efectos extremos de la temperatura durante la noche 3. Sistema conformado por el clima, la vivienda y las costumbres del hombre alto andino del Perú 4. Opción de generar indicadores de confort de aplicación congruente con las características de este sistema.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Rafael Espinoza Paredes Tel. (00511) 3821058 – Fax (00511) 3821058 Lima – Perú cer@uni.edu.pe respinoza@uni.edu.pe