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Laboratorio de diseño y evaluación energética y sostenible de edificios.
Ejercicio de simulación.

Esta entrada corresponde al ejercicio final del módulo Nº 5 del Máster Integrado en Diseño Arquitectónico (Mida) USACH (2015).

1.- Introducción y Objetivos.

Ejercicio de simulación, correspondiente al diseño y evaluación energética  de un edificio en la ciudad de Punta Arenas.

Objetivo general:

Realizar un experimento virtual para analizar el comportamiento de una edificación en su entorno, evaluando soluciones constructivas, demandas energéticas y estrategias pasivas orientadas al diseño sustentable y confort de sus habitantes.

Objetivos específicos:

i.- Utilización y comprensión de un software especializado para evaluación de edificaciones.
ii.- Generar condiciones ambientales interiores en función del confort térmico establecido.
iii.- Privilegiar el uso estrategias pasivas por sobre las activas en el acondicionamiento de la edificación.
Iv.- Medir  la incidencia de estrategias pasivas en el ahorro energético.

2.- Clima, entorno y edificio.

2.1.- Clima

Piña Corp. es un edificio de 800 m2 localizado en la ciudad de Punta Arenas, sector norte, barrio Los Maitenes.
Las coordenadas geográficas son latitud  53° 7’53.04″S y longitud  70°54’57.58″O.

De acuerdo a la clasificación Köppen-Geier el proyecto esta localizado e un clima de Tundra Isotérmico, el que abarca el resto del basto sector occidental y sudoccidental de Magallanes, hasta el Cabo de Hornos. Los datos de la estación de Evangelistas muestran que la precipitación alcanza a los 2.456 mm/año. La temperatura media anual llega a los 6.5ºC con promedios de 8,9ºC para el mes mas cálido y de 4,4ºC para el mes mas frío.

Fuente: Universidad de Magallanes http://www.umag.cl/climatologia/clima_magallanes.htm

Temperatura Promedio anual: 5.8º . Temperatura promedio meses fríos: 3.2º.  Temperatura promedio meses cálidos: 8.5º. Si bien existe una diferencia con la información  entregada por la Universidad de Magallanes , se refleja en ambas mediciones la baja oscilación térmica durante el año.

Fig 1: Gráfico de barras de rangos de temperatura, considerando parámetros de confort ASHRAE STANDARD 55 -2004. Gráfico generado por CLIMATE CONSULTANT.

Fig 2: Rosa de los vientos de ocho direcciones y tres rangos de velocidad para el año 2011 Resumen meteorológico año 2011 estación «Jorge C. Schythe»1 (53°08’S; 70°53’W; 6 m.s.n.m.)

2.2.- Entorno :

El edificio se emplaza en una zona de altura media baja. La altitud de las edificaciones oscila entre los 3 a 20 metros.

En el sector el viento toma una dirección predominantemente nor poniente

2.3.- Edificio :

El edificio PIÑA CORP tiene una superficie de 800m2, es un edificio corporativo.

Su horario de funcionamiento es de lunes a viernes de 8:00 a 19:00.

La materialidad esta dada por fundaciones de hormigón armado, estructura de acero, losa colaborante, revestimientos exteriores de madera, interiores de doble plancha de yeso –carton , techo de teja y fachadas vidriadas en un 50%.

Fig 4: Plantas de Arquitectura PIÑA CORP

3.- Metodología:

El análisis del comportamiento térmico se realiza utilizando el software Desing Builder.

Esta herramienta permite modelar la performance del edificio antes de su construcción, permitiendo evaluar estrategias activas y pasivas, tales como la incidencia de la orientación, soleamiento, materialidad, sistema de calefacción y tipo de ventilación.

Los datos climaticos utilizados de sitio web de Energy plus, archivo “CHL_Punta.Arenas.859340_IWEC.epw”, estación meteorológica IWEC DATA 859340 WMO/ Altura 37 metros

3.1 Parámetros de confort utilizados:

3.2 .- Criterios de análisis térmico:

Zonas diferenciadas por programa de uso, se utilizan particiones virtuales para poder obtener muestras en lugares notables de estas zonas.

4.- Simulación y resultados del caso base:

4.1.- Temperatura de confort periodo de un año:

4.2 .- Gastos totales de energía en un año:

4.3 .- Gastos totales de energía en un año:

5.- Estrategias Pasivas:

5.1.- Mejoramiento aislación térmica:

5.3.- Comparación estrategias 1 y 2:

.- Incidencias de ganancias solares por ventanas exteriores aumenta  un  265%

.- Perdidas por infiltración suben 3.69 %

.- mejora de performance de 14%

5.4.- Optimizar las ganancias de solares para el ahorro energético en calefacción:

Muro Trombe

Un muro Trombe es un muro o pared orientada al sol,  construida con materiales que puedan acumular calor bajo el efecto de masa térmica (tales como piedra, hormigón, adobe o agua), combinado con un espacio de aire, una lámina de vidrio y ventilaciones formando un colector solar térmico.

Durante el día, los rayos del sol atraviesan la lámina de vidrio calentando la superficie oscura del muro y almacenando el calor en la masa térmica de este. En la noche, el calor se escapa del muro tendiendo a enfriarse principalmente hacia el exterior. Pero como se encuentra con la lámina de vidrio (es semiopaca a la radiación infrarroja) el calor es entregado al interior del local.

Debido a esto la temperatura media diaria del muro es sensiblemente más alta que la media exterior. Si la superficie vidriada es mejorada en su aislamiento térmico (mediante doble o triple vidrio) la pérdida de calor hacia el exterior es mucho menor elevando la temperatura del local a calefaccionar.

5.5.- Modelación Muro Trombe:

Generalidades:

Realizada en Desing Builder con tutorial para muro trombe.

Estrategias:

.- Diseño de muro trombe en toda las fachadas nororiente y norponiente.

.- Apertura de lucarnas para captar radiación solar en pasillos y hall, esta medida es para suplir el déficit lumínico del muro trombe.

5.6.- Resultados modelación Muro Trombe:

.- Mejora de ahorro energético del 36 % respecto al caso base.

.- Mejora de un 20.2% respecto al segundo caso de análisis (mejora de aislación)

.- Mejora de un 7 % respecto al tercer caso de análisis (mejora de aislación + cambio de orientación y optimización de vanos)

5.7.- Conclusiones:

La utilización de software especializado en modelamiento y simulación energética  permite cuantificar y apreciar la efectividad de estrategias activas y pasivas, constituyendo una herramienta  imprescindible en el diseño de edificaciones.

El análisis determina la importancia de la utilización de estrategias pasivas por sobre las activas. Si bien,  el caso base es modelado de acuerdo a normativa vigente y mediante sistemas de calefacción activa, logrando sin problemas la temperatura de confort, el uso de estrategias pasivas en concordancia con la situación climática  donde se emplaza el proyecto, permitió un ahorro de alrededor del 40% anual en energía(electricidad y calefacción).

La  modelación, cálculo y análisis del muro trombe fundamenta proponer un elemento arquitectónico determinante en la imagen del edificio, no solo del punto de vista estético, sino funcional y sustentable. El comportamiento de la temperatura radiante en los meses cálidos grafica el aporte de esta estrategia en la calefacción del edificio, además se constata una reducción del 4.5% anual del gasto eléctrico, junto con un notorio incremento de la ganancia solar por ventanas interiores, esto demuestra que la implementación de lucanas en la zona de hall y pasillo si contribuye a potenciar la iluminación natural de la edificación.

Finalmente es importante recalcar la importancia de la recopilación de antecedentes y evaluación de estrategias preliminares en el desarrollo de la investigación. Lo anterior permite formular una metodología dinámica enriqueciendo sus resultados con la continua calibración del modelo a evaluar.

 

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