Capítulo II : Aplicación y desarrollo de los métodos de cálculo seleccionados
2.4. Diagramas bioclimáticos
2.4.3. Temperaturas horarias
¿Qué relación tienen las temperaturas horarias con la operación de los sistemas? Conocer las horas de sobrecalentamiento y de enfriamiento contribuirá a tomar decisiones más adecuadas en cuanto a las características formales y funcionales del espacio a diseñar (Sol 2006). Demás, nos brinda contar con respuestas acertadas en cuanto al promedio más exacto del tiempo en que los sistemas de enfriamiento (como en nuestro caso) o calentamiento, deberán ser utilizados durante el día, y a su vez el tiempo que estarán apagados, convirtiéndose esto último en un posible ahorro energético.
Aclarar que: las 24 horas del día están distribuidas en 8 intervalos y cada intervalo promedia las temperaturas de 3 horas.
2.4.3.1. Temperaturas horarias para el Yabú, Santa Clara:
Tabla 2.13: Temperaturas horarias del Yabú, Santa Clara. El color azul indica que las temperaturas están por debajo de la mínima de confort, el color blanco las temperaturas dentro de la zona de confort de 23.1 a 27.1°C y el color amarillo que
las temperaturas están sobre la zona de confort máxima.
Temperaturas °C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas 1 2 3 4 5 6 7 8 Prom Ene 19.6 18.8 18.5 22.7 25.3 24.3 21.3 20.2 21.3 Feb 18.0 17.4 16.9 22.5 24.7 24.7 21.0 18.7 20.5 Mar 20.9 20.2 19.9 25.8 28.5 28 24.3 22 23.7 Abr 20.9 20.1 20.2 27.1 29.7 29.3 24.9 22.2 24.3 May 22.6 21.5 22.1 28.5 30.8 29.4 25.8 23.8 25.6 Jun 23.5 23 23.9 29.3 30.9 29.2 26.4 24.5 26.3 Jul 24.2 23.6 24.1 29.3 31.3 30.1 26.9 25 26.8 Ago 24.1 23.6 23.9 29 30.9 29.7 26.8 24.8 26.6 Sep 23.9 23.2 23.3 29.3 30.9 29.1 26.2 24.7 26.3 Oct 22.5 22 22 27 28.4 27.5 24.4 23.2 24.6 Nov 19.4 18.9 18.8 24.4 26.3 25.8 21.7 20.1 21.9 Dic 21.2 20.5 20.3 25.2 27.9 27.5 23.2 21.9 23.5 Anual 21.7 21.1 21.2 26.7 28.8 27.9 24.4 22.6 24.3
Las temperaturas horarias de la tabla 2.13 muestran en color azul, que en los meses de enero a abril y de octubre a diciembre entre las 19:00 y las 9:00 horas en promedio, las temperaturas se encuentran fuera del límite mínimo de confort (temperaturas frescas). Con el señalamiento de que en marzo, abril y diciembre se le sustraen tres horas en el término de las 19:00 y 21:00 horas y en los meses de enero y febrero sucede lo contrario, a los cuales se le agregan tres horas, sobre las 10:00 y las 12:00 horas. Para el mes de mayo la zona fría se reduce en un término de las 1:00 a las 9:00 horas solamente. Para el mes de junio solamente se cuenta con tres horas al día de las 4:00 a las 6:00 y en los meses de julio a septiembre, esta zona desaparece. Con respecto a los horarios de mayor temperatura o sobrecalentamiento (color amarillo), estas se presentan de las 10:00 a las 18:00 horas en promedio, sin dejar de destacar que, en algunos meses como marzo, abril, octubre y diciembre, estos horarios disminuyen en tres horas del día, quedando en un rango de las 13:00 a las 18:00 horas; además, en el caso de los meses de enero,
febrero y noviembre no se aprecia horario alguno en que las temperaturas entren en la zona de sobrecalentamiento, sino que sus temperaturas oscilan entre las horas frías y dentro de la zona de confort térmico (color blanco). En los demás meses, las temperaturas que se perciben en color blanco, indican que se encierran dentro de dicha zona de confort, teóricamente en base a las condiciones térmicas.
Con base a estos resultados, se define que, las operaciones de los sistemas de enfriamiento, trabajarán en promedio 9 horas diarias, pero para ser más exactos (contando las horas reales de cada mes y teniendo en cuenta los meses de 31, 30 y 29 días) se tiene que: para marzo y abril un total de 186 y 180 horas al mes respectivamente. Para junio y septiembre un total de 270 horas al mes por cada uno; para los meses de mayo, julio y agosto un total de 279 horas mensuales por cada uno y para octubre y diciembre un acumulado de 186 horas en cada uno. Lo que agrupa un total anual de 2115 horas, lo que equivale a un 24.1% del total de horas del año, según este estudio, lo que implica que el 75.9% del tiempo en el año los sistemas de enfriamiento pueden estar apagados y se alcanzará el confort apelando a las distintas estrategias de diseño antes analizadas.
Todas estas estimaciones parten de análisis netamente teóricos, pues en un estudio más practico entran en relación otros factores como la humedad relativa, que presenta también un rango ideal de sensación de confort. Para esto se analiza también las humedades relativas horarias partiendo del resumen de la tabla 2.14, que presentan los valores promedio de Santa Clara, tanto los mínimos (HRm) como los máximos (HRM) que sirven para realizar un análisis comparativo de relaciones con los más parámetros.
Tabla 2.14: Promedio de los porcentajes de humedad relativa máxima y mínima para la localidad de Santa Clara.
Mes HRM HRm Media Enero 97.3 75.4 86.4 Febrero 95.4 70.3 82.9 Marzo 88.8 64.1 76.5 Abril 81.0 64.1 72.6 Mayo 86.8 69.9 78.4 Junio 81.3 77.8 79.6 Julio 91.3 76.1 83.7
Agosto 96.5 78.4 87.5 Septiembre 93.8 77.0 85.4 Octubre 96.3 79.3 87.8 Noviembre 91.3 74.5 82.9 Diciembre 93.1 78.5 85.8 Anual 91.1 73.8 82.4
Se observa que el valor de humedad relativa máxima corresponde al mes de enero con un 97.3%, la humedad mínima, se presentó en los meses de marzo y abril con un 64.1% de humedad, y la humedad media anual es de 82.4%, la cual se excede al rango de confort higrotérmico, ya que Emerson (2013) en el Manual Técnico de Refrigeración y Aire Acondicionado, establece un rango de 30% como límite mínimo y 70 como límite máximo.
2.4.3.2. Humedad relativa horaria
Conocer las humedades relativas horarias nos brinda el mismo aporte que el de las temperaturas horarias, para en un final compenetrar ambos resultados y conocer con exactitud el tiempo que deberán funcionar los sistemas de enfriamiento, involucrando los dos parámetros por el que se rige la zona de confort.
Tabla 2.15: Humedad relativa horaria. El color blanco indica las humedades relativas dentro de la zona de confort, el color azul indica las humedades relativas
sobre la zona de confort máxima.
Humedad Relativa % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas 1 2 3 4 5 6 7 8 Prom Ene 94.7 96.5 96.8 84.2 66.9 72.0 86.4 93.2 86.3 Feb 95.2 96.9 96.3 76.0 60.1 62.0 78.8 93.1 82.3 Mar 91.8 95.3 95.4 65.8 50.6 56 72.7 88.1 77.0 Abr 92.4 95 94 57.1 45.7 48.3 69 84.6 73.3 May 91.4 95.2 93.9 61.2 49.7 58 75 87.4 76.5 Jun 94.6 96.1 94.4 70.6 61.2 68.7 82.2 90.9 82.3 Jul 95.4 97.1 95.8 71.7 62.3 66.9 81.8 91.8 82.9 Ago 95.8 96.5 95.3 74.8 65.4 70 83.4 93.8 84.4 Sep 96.1 97.3 97.1 72.6 62.2 71.2 87.2 94.5 84.8 Oct 95.7 96.7 96 78.6 69.8 72.9 88.5 93.7 86.5 Nov 94.2 95.7 95.9 75.1 59.8 63.1 83.7 92.1 82.5 Dic 94.9 96.5 96.5 78.4 58.7 62.1 86.4 93 83.3 Anual 94.4 96.2 95.6 72.2 59.4 64.3 81.3 91.4 81.8
En la tabla 2.15 se observa que para todos los meses del año en el horario de las 13:00 a las 15:00 horas (color blanco) se está dentro de la zona de confort higrotérmico. Este horario se extiende de las 10:00 a las 18:00 horas en marzo y mayo. En el mes de abril se amplía aún más, de las 10:00 a las 21:00 horas. En los casos de junio, julio, agosto, noviembre y diciembre, el horario de esta zona de confort higrotérmico se amplía además desde las 13:00 hacia las 18:00 horas. Para un total al año dentro de la zona de confort higrotérmico de 2190 horas, lo que equivale a un 25% del total de horas de un año. Las temperaturas (color azul) que están fuera de estos rangos horarios, indican que dichas humedades relativas se encuentran en una zona de disconfort higrotérmico, ya sea para una zona fresca o una zona cálida.
Agrupando en una tabla las humedades relativas horarias con las temperaturas horarias de las tablas 2.14 y 2.15 respectivamente, se englobará un rango más real y práctico del comportamiento de estas situaciones (zona de confort y disconfort), sin dejar de aclarar que seguiría siendo un aproximado.
Tabla 2.16: Correspondencia entre temperaturas y humedades relativas horarias
Temperaturas °C y Humedades Relativas %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas 1 2 3 4 5 6 7 8 T H T H T H T H T H T H T H T H Ene 19.6 94.7 18.8 96.5 18.5 96.8 22.7 84.2 25.3 66.9 24.3 72.0 21.3 86.4 20.2 93.2 Feb 18.0 95.2 17.4 96.9 16.9 96.3 22.5 76.0 24.7 60.1 24.7 62.0 21.0 78.8 18.7 93.1 Mar 20.9 91.8 20.2 95.3 19.9 95.4 25.8 65.8 28.5 50.6 28 56 24.3 72.7 22 88.1 Abr 20.9 92.4 20.1 95 20.2 94 27.1 57.1 29.7 45.7 29.3 48.3 24.9 69 22.2 84.6 May 22.6 91.4 21.5 95.2 22.1 93.9 28.5 61.2 30.8 49.7 29.4 58 25.8 75 23.8 87.4 Jun 23.5 94.6 23 96.1 23.9 94.4 29.3 70.6 30.9 61.2 29.2 68.7 26.4 82.2 24.5 90.9 Jul 24.2 95.4 23.6 97.1 24.1 95.8 29.3 71.7 31.3 62.3 30.1 66.9 26.9 81.8 25 91.8 Ago 24.1 95.8 23.6 96.5 23.9 95.3 29 74.8 30.9 65.4 29.7 70 26.8 83.4 24.8 93.8 Sep 23.9 96.1 23.2 97.3 23.3 97.1 29.3 72.6 30.9 62.2 29.1 71.2 26.2 87.2 24.7 94.5 Oct 22.5 95.7 22 96.7 22 96 27 78.6 28.4 69.8 27.5 72.9 24.4 88.5 23.2 93.7 Nov 19.4 94.2 18.9 95.7 18.8 95.9 24.4 75.1 26.3 59.8 25.8 63.1 21.7 83.7 20.1 92.1 Dic 21.2 94.9 20.5 96.5 20.3 96.5 25.2 78.4 27.9 58.7 27.5 62.1 23.2 86.4 21.9 93
En la tabla 2.16 se puede observar que las temperaturas encerradas en los cuadros de líneas más gruesas, pertenecen a los horarios en que será necesario acudir a los sistemas de enfriamiento pues, aunque en algunos casos las humedades de estas temperaturas se encuentren dentro de los límites de confort higrotérmico, la característica con mayor peso en los límites de la zona de confort es la térmica. También se tiene claro que las temperaturas y humedades relativas en color blanco incumben a los horarios en que aparece el bienestar climatológico (zona de confort). Pero lo que se quiere analizar es la situación de los límites superiores de la zona de confort higrotérmico, para declarar si aumentarán las horas al año en que haya que climatizar, porque según (EMERSON 2013), la mayoría de la gente está confortable en una atmósfera con una humedad relativa entre 30% y 70%. Resulta pertinente, entonces, el análisis de aquellos horarios que presentan desnivel, o sea, en los que la temperatura se encuentra dentro de los límites de la zona de confort (color blanco) y la humedad relativa, no (color azul). En estos casos se teme que las renovaciones de aire no sean suficientes para la pérdida de calor al interior del edificio, debido a la relación temperatura alta y humedad relativa alta, las cuales crean humedades específicas superiores a (13 gr/kg), provocando que la sensación de disconfort aparezca y el efecto del viento en el cuerpo humano no contribuya a la evaporación del sudor.
Dado lo antes expuesto y aclarando que fueron tomadas las temperaturas (subrayadas en amarillo) superiores a 24°C, valor declarado según hipótesis propia como límite mínimo de temperaturas calientes para esta relación (temperatura alta humedad relativa alta), se presentan los siguientes resultados de un posible aumento de las horas al año en que haya que emplear la climatización, (Tabla 2.16). - En los meses de enero, marzo, mayo, agosto y diciembre, apareció un vínculo de esto, en al menos 3 horas diarias, lo que equivale a 93 horas al mes en cada uno.
- Para los meses de junio, septiembre y noviembre, la creciente fue de 3 horas diarias, lo que equivale a un aumento de 90 horas al mes por cada uno. - Para los meses de julio y octubre el incremento es de 6 horas diarias, lo que
equivale a 186 horas al mes en cada uno.
En conclusión: Si se toman los resultados de la tabla 2.14 del total de horas en que hay que acudir a algún sistema adicional de enfriamiento y se suman a las últimas obtenidas de la tabla 2.16, se llega al veredicto de que, en promedio, se tendrá que acudir a los sistemas de enfriamiento en 3222 horas al año, equivalente a 36.8%, para un resto de 63.2%, en que las temperaturas se encuentran frías o en que el confort térmico se adquiere según las estrategias de los diagramas bioclimáticos. Cifra que se puede convertir en una disminución del consumo energético, contribuyendo a un ahorro energético, por lo que se deja esta incógnita, pendiente para el próximo capítulo.
2.5. Conclusiones parciales
Dado el análisis de los resultados obtenidos del desarrollo de este capítulo, se puede llegar a las conclusiones siguientes:
1. Se definió las zonas climáticas seleccionadas al occidente de Cuba, a través de la aplicación del método de los Grados-Día propuesto. Dando un resultado semejante para las 34 localidades, donde se caracterizan en general en muy caliente y húmedas (1A).
2. Se obtuvo los diagramas bioclimáticos para tres de las localidades de la provincia de Villa Clara según el método propuesto, viendo que, la estrategia más común durante todo el año, con un promedio de 70.3% para las tres localidades, es la ventilación natural con corrientes de aire de no más de 1 m/s.
3. Se determinó una exactitud promedio de la cantidad de horas anuales a tener en cuenta para acudir a los sistemas de enfriamiento, obteniendo un total de 3222 horas al año, lo que equivale a un 36.8% del total de horas anuales.