"Estudio de Confort Térmico y Ahorro Energético en la Vivienda de Interés Social Tipo en el Norte del País"-Edición Única

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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY

PRESENTE.-Por medio de la presente hago constar que soy autor y titular de la obra denominada

, en los sucesivo LA OBRA, en virtud de lo cual autorizo a el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (EL INSTITUTO) para que efectúe la divulgación, publicación, comunicación pública, distribución, distribución pública y reproducción, así como la digitalización de la misma, con fines académicos o propios al objeto de EL INSTITUTO, dentro del círculo de la comunidad del Tecnológico de Monterrey.

El Instituto se compromete a respetar en todo momento mi autoría y a otorgarme el crédito correspondiente en todas las actividades mencionadas anteriormente de la obra.

De la misma manera, manifiesto que el contenido académico, literario, la edición y en general cualquier parte de LA OBRA son de mi entera responsabilidad, por lo que deslindo a EL INSTITUTO por cualquier violación a los derechos de autor y/o propiedad intelectual y/o cualquier responsabilidad relacionada con la OBRA que cometa el suscrito frente a terceros.

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"Estudio de Confort Térmico y Ahorro Energético en la

Vivienda de Interés Social Tipo en el Norte del País"-Edición

Única

Title "Estudio de Confort Térmico y Ahorro Energético en la Vivienda de Interés Social Tipo en el Norte del País"-Edición Única

Authors Violeta Guadalupe Hernández Córdova

Affiliation Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey

Issue Date 2011-05-01

Item type Tesis

Rights Open Access

Downloaded 18-Jan-2017 14:02:06

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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY

CAMPUS MONTERREY

DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA

E“TUDIO DE CONFORT TÉRMICO

Y AHORRO ENERGÉTICO EN LA

VIVIENDA DE INTERES SOCIAL TIPO EN EL NORTE DEL PAIS

.

TESIS

PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE

MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA CON ESPECIALIDAD EN

ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN

POR:

VIOLETA GUADALUPE HERNÁNDEZ CÓRDOVA

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CAM PUS M ONTERREY

DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

PROGRAM A DE GRADUADOS EN IN GEN IERÍA

Los miembros del comit é de tesis recomendamos que el presente proyecto de tesis presentado por la Arq. Violeta Guadalupe Hernández Córdova sea aceptado como requisito parcial para obtener el grado académico de:

M aestro en Ciencias en Ingeniería con especialidad en

Adm inist ración de la Const rucción

Comit é de tesis:

Sinodal Sinodal

Dr. Jorge Limón Robles Director de Postgrado y Extensión

Escuela de Ingeniería y Tecnologías de Información

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AGRADECIMIENTOS

A Dios, por estar conmigo en todo momento A René Hernández y Miriam de Hernández, por ser mi inspiración A Marcela de Menéndez y José Antonio Menéndez, por su apoyo incondicional

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4

INDICE

INTRODUCCIÓN ... 10

CAPITULO I- MARCO DE REFERENCIA ... 13

1.1 ANTECEDENTES GENERALES ... 13

1.2 LINEA DE INVESTIGACIÓN ... 14

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 15

1.4 OBJETIVOS ... 16

1.5 JUSTIFICACION ... 17

1.6 METODOLOGIA DE INVESTIGACION ... 17

1.7 ALCANCES Y LIMITACIONES ... 20

CAPITULO II- MARCO TEÓRICO ... 22

2.0 INTRODUCCIÓN ... 22

2.1 CONFORT TÉRMICO ... 22

2.1.1 ANTECEDENTES ... 22

2.1.2 DEFINICIÓN DE CONFORT ... 26

2.1.3 NORMAS APLICADAS AL CONFORT TÉRMICO ... 27

2.1.3.1 Norma Oficial Mexicana de Eficiencia Energética... 27

2.1.3.2 Normas ASHRAE ... 28

2.1.3.3 Normas AMERIC ... 29

2.1.3.4 Normas UNE ... 29

2.1.3.5 CARRIER ... 30

2.2 TRANSMISIÓN DE CALOR ... 31

2.2.1 TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN ... 31

2.2.2 TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN ... 32

2.2.3 TRANSMISIÓN DE CALOR POR RADIACIÓN ... 33

2.2.4 TRANSMISIÓN DE CALOR Y LA VIVIENDA ... 34

2.3 PARÁMETROS Y FACTORES QUE DETERMINAN EL CONFORT TÉRMICO ... 39

2.3.1 CLIMA ... 41

2.3.1.1 PARÁMETROS AMBIENTALES ... 41

2.3.1.2 FACTORES AMBIENTALES ... 44

2.3.2 ARQUITECTURA ... 44

(7)

5

2.3.2.1.1 ENTORNO ... 44

2.3.2.1.2 CONFIGURACIÓN ARQUITECTÓNICA DE LA EDIFICACIÓN ... 45

2.3.3 SER HUMANO ... 53

2.3.3.1 FACTORES PERSONALES ... 53

2.3.3.1.1 FACTORES FISIOLÓGICOS Y CONTRIBUTIVOS ... 54

2.3.3.1.2 FACTORES SOCIOCULTURALES ... 57

2.4 MODELOS PARA EVALUAR EL CONFORT TÉRMICO ... 58

2.4.1 MODELOS TEÓRICOS ... 58

2.4.2 MODELOS EMPÍRICOS ... 60

2.4.3 MODELOS ADAPTATIVOS ... 60

2.4.4 MODELOS UTILIZADOS EN MEXICO ... 64

2.5 ISLAS URBANAS DE CALOR ... 68

2.5.1 CARACTERÍSTICAS ... 70

2.5.2 CONFORMACIÓN ... 71

2.5.3 SOLUCIONES PARA CONTRARESTAR LAS ISLAS URBANAS DE CALOR ... 72

2.5.3.1 CONSTRUCCIÓN DE UN TECHO VERDE ... 73

2.6 MÉTODOS PARA EVALUAR EL CONFORT DE UNA VIVIENDA ... 74

2.6.1 EVALUACIÓN EXPERIMENTAL ... 74

2.6.2 EVALUACIÓN ANALÍTICA POR MEDIO DE SOFTWARE ... 76

2.7 EL CONFORT Y EL CONSUMO DE ENERGÍA ... 76

2.8 ELEMENTOS AHORRADORES DE ENERGÍA ESPECIFICADOS POR FIDE ... 79

CAPITULO III - DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO ... 84

3.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA Y LOCALIZACIÓN ... 84

3.1.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA ... 84

3.1.2 LOCALIZACIÓN DEL FRACCIONAMIENTO ... 85

3.2 DATOS DEL SITIO ... 86

3.2.1 DISTRIBUCIÓN CLIMATOLÓGICA DE MEXICALI ... 86

3.2.2 LOCALIZACIÓN DE LAS VIVIENDAS ... 87

3.3 ASPECTOS GENERALES DE LA VIVIENDA TIPO ... 88

3.3.1 CARÁCTERÍSTICAS FÍSICAS... 88

3.3.2 DESCRIPCION DE LOS ESPACIOS ... 88

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6

3.3.4 VEGETACIÓN EXTERIOR ... 91

3.4 INSTRUMENTOS DE MEDICION Y LOCALIZACIÓN DE SENSORES ... 91

3.4.1 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ... 91

3.4.1.1 TEMPERATURA ... 91

3.4.1.2 HUMEDAD ... 92

3.4.1.3 ENERGÍA ELÉCTRICA ... 93

3.4.1.4 VIENTOS Y RADIACIÓN SOLAR ... 93

3.4.2 LOCALIZACIÓN DE LOS SENSORES EN LAS VIVIENDAS ... 94

3.4.2.1 VIVIENDA DE INTERIOR ... 94

3.4.2.2 VIVIENDA DE ESQUINA ... 95

3.4.2.3 CASO ESPECIAL ... 95

3.5 PERIODO DE ESTUDIO ... 97

3.6 FORMATO DE REGISTRO DE DATOS OBTENIDOS ... 97

3.6.1 TEMPERATURA ... 97

3.6.2 HUMEDAD ... 98

3.6.3 VIENTOS Y RADIACIÓN ... 98

3.6.4 CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA ... 99

3.7 DISPOSITIVOS FIDE EN LAS VIVIENDAS ... 99

3.8 DISPOSITIVOS ADICIONALES A FIDE ... 100

3.9 ASPECTO HUMANO ... 102

3.10 CUADRO RESUMEN ... 103

CAPITULO IV – EVALUACION EXPERIMENTAL ... 106

4.1 FORMATO DE PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ... 106

4.2 RESULTADOS OBTENIDOS ... 112

4.2.1 VIVIENDA CARAVIA 794 ... 112

4.2.1.1 RESULTADOS DE TEMPERATURA INTERIOR Y EXTERIOR ... 112

4.2.1.2 RESULTADO DE HUMEDAD INTERIOR Y EXTERIOR ... 115

4.2.1.3 RELACIÓN TEMPERATURA INTERIOR, HUMEDAD INTERIOR Y ZONA DE CONFORT ... 117

4.2.1.4 ASOLEAMIENTO VIVIENDA (SOLSTICIO DE VERANO - 21 DE JUNIO DE 2006) ... 120

4.2.1.5 CONSUMO ENERGÍA ... 121

4.2.2 VIVIENDA ARBON 795 ... 123

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7

4.2.2.2 RESULTADOS DE HUMEDAD INTERIOR Y EXTERIOR ... 126

4.2.3 VIVIENDA HOYOS 877 ... 134

4.2.3.2 RESULTADO DE HUMEDAD INTERIOR Y EXTERIOR ... 137

4.2.4 VIVIENDA ARBON 780 ... 145

4.2.5 VIVIENDA GILENA 841 ... 155

4.2.6 VIVIENDA TORIJA 2864 ... 155

4.2.7 VIVIENDA HOYOS 873 ... 166

4.2.8 VIVIENDA GILENA 810 ... 176

(10)

8

4.2.9 VIVIENDA CARAVIA 758 ... 187

4.2.10 VIVIENDA JAVEA 864 ... 187

4.2.11 RADIACIÓN ... 198

4.2.12 VIENTOS ... 199

4.2.13 COMPARATIVA ENTRE TODAS LAS VIVIENDAS ... 201

4.2.13.1 VARIABLES AMBIENTALES ... 201

4.2.13.1.1 TEMPERATURA PROMEDIO INTERIOR DE CADA ESPACIO ... 201

4.2.13.1.2 TEMPERATURA PROMEDIO INTERIOR GENERAL DE LAS VIVIENDAS ... 208

4.2.13.1.3 TEMPERATURA PROMEDIO EXTERIOR DE LAS VIVIENDAS ... 210

4.2.13.1.4 HUMEDAD PROMEDIO INTERIOR DE LAS VIVIENDAS ... 211

4.2.13.1.5 HUMEDAD PROMEDIO EXTERIOR DE LAS VIVIENDAS ... 213

4.2.13.1.6 RELACIÓN TEMPERATURA, HUMEDAD Y CONFORT DE LAS VIVIENDAS ... 214

4.2.13.2 CONSUMO DE ENERGÍA DE LAS VIVIENDAS ... 215

4.2.13.3 RELACIÓN ENTRE TEMPERATURA INTERIOR Y CONSUMO ENERGÉTICO ... 219

4.2.14 EMISIONES DE CO2 DE LAS VIVIENDAS ... 220

4.2.15 CARGA TÉRMICA DE LAS VIVIENDAS ... 221

4.2.15.1 PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE CARGA TERMICA ... 222

4.2.15.2 DETERMINACIÓN DE CARGAS TÉRMICAS ... 227

4.2.15.3 RESULTADOS DE CARGAS TERMICAS DE LAS VIVIENDAS ... 229

CAPITULO V – EVALUACION ANALÍTICA ... 233

5.1 SELECCIÓN DE LA VIVIENDA PARA EVALUACIÓN ANALÍTICA ... 234

5.2 MODELACIÓN TERMICA DE VIVIENDA TORIJA 2864 EN HEVACOMP ... 235

5.2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE MODELACIÓN TERMICA ... 236

A. DETERMINACIÓN DE INPUTS ... 237

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9

5.3 RESULTADOS EVALUACIÓN ANALITICA Y COMPARATIVA CON EVALUACIÓN EXPERIMENTAL ... 247

5.3.1 ANALISIS DE UTILIZACIÓN AIRES ACONDICIONADOS EN VIVIENDA TORIJA 2864 ... 247

5.3.2 RESULTADOS Y COMPARATIVA VIVIENDA TORIJA 2864 – 21 de julio ... 250

5.3.2.1 SIMULACIÓN MÁXIMA DE VERANO ... 250

5.3.2.2 SIMULACIÓN DE VERANO – 21 DE JULIO ... 250

5.3.2.3 SIMULACIÓN DE GANANCIA DE CALOR – 21 DE JULIO ... 253

5.3.2.4 SIMULACIÓN DE CONSUMO DE ENERGÍA ... 255

5.3.2.5 SOMBRAS EXTERNAS – 21 DE JULIO ... 257

5.3.2.6 SOMBRAS INTERNAS – 21 DE JULIO ... 258

5.3.3 RESULTADOS Y COMPARATIVA VIVIENDA TORIJA 2864 – MESES DE TODO EL AÑO ... 258

5.4 VALIDACIÓN ESTADÍSTICA DEL SOFTWARE ... 264

5.4.1 REGRESIÓN LINEAL ... 264

5.4.1.1 COCINA-ESTANCIA ... 265

5.4.1.2 RECÁMARA 2 ... 266

5.5 PROPUESTA DE MEJORA PRELIMINAR ... 267

CAPITULO VI – EVALUACIÓN ECONÓMICA ... 270

6.1 EVALUACIÓN ECONÓMICA - CARGA TÉRMICA EXPERIMENTAL ... 270

6.1.1 COSTO CONSUMO DE ENERGÍA VIVIENDAS ... 271

CAPITULO VII - CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 280

7.1 CONCLUSIONES ... 280

7.2 RECOMENDACIONES ... 283

ANEXO“ ………...291

ANEXO A - CÁLCULO DE CONSUMO DE ENERGÍA DE APARATOS DE LA VIVIENDA EN ESTUDIO ... 287

ANEXO B – HOJA TECNICA SOFTWARE HEVACOMP SIMULATOR V8I ... 288

ANEXO C – DATOS INGRESADOS A MINITAB Y EXCEL ... 290

ANEXO D- PROPUESTA DE MEJORA PRELIMINAR ... 291

ANEXO E – TARIFAS DE ENERGÍA ELECTRICA PARA EL AÑO 2011 ... 297

BIBLIOGRAFÍA ... 298

INDICE DE FIGURAS ... 301

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10 INTRODUCCIÓN

El cambio climático que se vive actualmente, es producto del calentamiento global y el efecto invernadero provocados de manera indirecta por la falta de conciencia ambiental y de protección al entorno natural del ser humano.

México, es una país que se encuentra conformado por muchas zonas con diversidad de climas, entre ellos los catalogados como climas extremos por las altas temperaturas registradas sobre todo en la época de verano. Estos lugares, son habitados por una gran cantidad de personas que de igual manera, se ven afectadas por la variabilidad de las condiciones climáticas estableciéndose que realmente los que resienten en mayor medida éstos efectos son las personas de escasos recursos ya que sus viviendas no están adecuadamente diseñadas para sobrellevar la problemática ambiental generada lo que ocasiona que para poder obtener cierto nivel de confort en los espacios, deben dirigir parte de su economía a la adquisición de aires acondicionados. Esta situación se agudiza ya que para poder climatizar los espacios, es necesario pagar una alta cuota de energía eléctrica que muchas veces supera el poder adquisitivo de las personas quienes inicialmente solo logran solventar lo básico. Como consecuencia, estas familias aceptan vivir en las condiciones que se les otorgaron sin tener otra opción que les brinde mayores beneficios.

En la actualidad, se ha hecho conciencia de esta situación a través de la implementación de programas y proyectos pilotos en diversos lugares del país que buscan mejorar las condiciones ambientales de las viviendas y evaluar la eficiencia en el uso de la tecnología mediante la construcción de viviendas de interés social con materiales alternos y tecnologías eficientes de ahorro energético. Tal es el caso del Programa del Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE) que a través de financiamientos en sus diversas modalidades, brinda a las personas de escasos recursos la oportunidad de adquirir dispositivos eficientes de ahorro energético (luminarias ahorradoras, aires acondicionados, aislante térmico, etc) que permitan mejorar las actuales condiciones de sus viviendas en la búsqueda de una mejora ambiental y económica. Esto hace necesario realizar estudios que evalúen si realmente este tipo de programas cumplen con el objetivo para el cual han sido creados.

La presente investigación se centra en lo mencionado anteriormente para lo cual, se ha tomado como base un proyecto piloto desarrollado por el CONACYT en conjunto con la CONAVI y que fue asignado al Tecnológico de Monterey, Campus Mo te e de o i ado Monitoreo de

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En esta localidad se seleccionó el fraccionamiento Villas Las Lomas construido por la Inmobiliaria Urbi el cual es un conjunto de viviendas de interés social que en su momento cumplían con las condicionantes planteadas por las Instituciones patrocinadoras, entre ellas la existencia de viviendas incorporadas al programa FIDE y viviendas que no pertenecieran a dicho programa. La idea principal era poder evaluar los beneficios reales que éste programa otorga mediante una comparativa de las condiciones ambientales y de consumo de energía entre los dos tipos de viviendas.

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CAPÍTULO I

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13 CAPITULO I- MARCO DE REFERENCIA

1.1 ANTECEDENTES GENERALES

El Confort Térmico es la sensación de bienestar que el ser humano percibe en el momento en que existe una satisfacción de las condiciones térmicas ambientales en un espacio determinado.

En el pasado el hombre tenía que adaptarse a las condiciones climáticas imperantes, por lo que el concepto de confort se traducía básicamente en sobrevivir . De esta manera encontró mecanismos para sobrellevar la situación, entre ellos la vestimenta y el espacio construido de los cuales no se sabe con exactitud cuál se produjo primero. Lo cierto es que el organismo del ser humano tiene capacidad para adecuarse al clima hasta cierto punto, por períodos cortos, ya que si se prolongan éstas condiciones, sobre todo si no se encuentra en un estado de confort, el cuerpo se estresa y trabaja mal llegando a sufrir daños que afectan la salud de cualquier ser humano.

A finales del siglo XIX, una vez que se resolvieron los problemas severos de asentamiento en los países desarrollados y con ello se garantizó un cierto nivel de vida para los habitantes, se replantearon los procesos de producción industrial que daban como resultado elevados costos energéticos e impactos ambientales negativos. Es así como una de las áreas de mayor importancia a la que se aplicó todo este estudio fue la construcción, factor fundamental del desarrollo social, económico y ambiental de cualquier sociedad.

En un inicio estos estudios se enfocaban únicamente en el ahorro energético tanto de las grandes industrias como de una de las áreas de desarrollo básico de los trabajadores, esta es, la vivienda, dejando a un lado los temas ambientales y sociales.

En la actualidad y con el transcurrir de los años, se ha dado un giro a esta problemática en donde se ha integrado siempre el ahorro energético pero combinado con el concepto de sustentabilidad que consiste en el desarrollo que satisfaga las necesidades del presente sin poner en peligro la capacidad de las generaciones futuras para atender sus propias necesidades" (Concepto establecido por la ONU) considerando los 3 factores fundamentales de un desarrollo sustentable: ambiental, social y económico.

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De esta manera es importante promover estudios que brinden a la población de ingresos bajos una calidad de vida fundamentada en la satisfacción de sus necesidades básicas entre las cuales se incluye la adquisición de bienestar a través de la conjunción entre confort térmico y ahorro energético, éste último indispensable para la economía de las familias mexicanas.

1.2 LINEA DE INVESTIGACIÓN

La misión 2015 del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterey consiste

e : …fo a pe so as o p o etidas o el desa ollo de su o u idad pa a ejo a la e lo so ial, e lo e o ó i o e lo políti o… . De esta manera, dentro de la División de Ingeniería y Arquitectura (DIA) se ofrece la Maestría en Ciencias de la ingeniería y Administración de la Construcción (MAC), la cual forma parte de una serie de postgrados que colaboran con el logro de la misión establecida. La DIA ha creado una serie de Centros y Cátedras que trabajan en proyectos de investigación y consultoría mediante líneas de investigación que beneficien el desarrollo económico y sustentable del país. El Centro de Diseño y Construcción es uno de ellos y dentro de éste se encuentra la Cátedra en Desarrollo e Innovación de Procesos y Tecnologías para la Vivienda que busca transferir tecnología en el análisis, diseño y construcción de proyectos de ingeniería civil y arquitectura mediante proyectos de investigación que tienen como objetivo mejorar las actuales condiciones de la vivienda social.

La Cátedra de Vivienda posee una serie de líneas de investigación, entre ellas: Mitigación Sísmica, Sistemas Constructivos, Materiales y Mejoramiento. El presente estudio se enfoca en la línea de Mejoramiento que tienen como finalidad modificar las actuales condiciones de la vivienda social en la búsqueda de mejoras ambientales interiores mediante diversos estudios, entre ellos el enfocado al confort térmico. Mediante éste, se generan diagnósticos de la situación actual de las viviendas para en base a éstos, proponer soluciones que abarquen los tres vértices de la sustentabilidad (económico, social y ambiental) para beneficiar con ello el desarrollo de los habitantes de una manera global.

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15 1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad el cambio climático es un problema real cuyas causas son el calentamiento global y el efecto invernadero como consecuencia de la falta de atención a la protección del medio ambiente. Todo esto ha dado paso a que se registren temperaturas extremas en donde, por un lado, se elevan a límites nunca antes sentidos y por otro, disminuyen considerablemente.

Una gran parte del territorio mexicano presenta poca precipitación durante el año, es decir permanece semi-árido dando como resultado sequías y altas temperaturas que como consecuencia afectan del 50% al 60% de la población total la cual habita estas zonas con clima desértico. Según datos presentados en la Primera Comunicación de México ante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el cambio climático en 1997, los incrementos de temperatura en el país serán de 2° C y existirá a su vez una disminución de 10% en la precipitación anual. (Yeomans, y otros, 2007)

Hablando específicamente de la vivienda y de acuerdo a los datos anteriores sobre los cambios de temperatura, se puede predecir que las más afectadas serán las personas de bajos recursos quienes tendrían que dirigir parte de su economía en la adquisición de sistemas artificiales de control ambiental para poder obtener confort en sus casas, situación que se agudiza ya que climatizar los espacios resulta costoso porque se eleva la factura eléctrica. Como consecuencia muchas familias de escasos recursos deben aceptar vivir en esas condiciones ambientales que las afecta tanto fisiológica como psicológicamente.

Esta situación sería diferente si las actuales viviendas de interés social fueran concebidas con soluciones arquitectónicas, constructivas y ambientales que se adaptaran a las condiciones climáticas imperantes. Por el contrario, éstas se desarrollan sin un estudio de los parámetros frente a la acción del clima, con materiales inadecuados, tecnologías obsoletas y con las mismas propuestas arquitectónicas para las diferentes zonas climáticas extremas del país dando paso a que exista nulo confort térmico.

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16 1.4 OBJETIVOS

 OBJETIVO GENERAL

Evaluar las variables climatológicas que impactan en el confort térmico de la vivienda de interés social tipo en el norte del país así como el consumo energético de las misma en relación a los elementos ahorradores de energía especificados por FIDE .

 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

La evaluación será realizada en viviendas de hasta 40m2 de construcción con características similares; la diferencia radicará en que unas posean elementos ahorradores de energía especificados por FIDE y otras no (Viviendas Testigo). A continuación se detallan los objetivos específicos:

- Evaluar la temperatura ambiente interior y exterior.

- Evaluar la humedad ambiente interior y exterior .

- Evaluar la radiación solar.

- Evaluar los vientos máximos diarios y orientación predominante.

- Determinar el nivel de confort interior de las viviendas.

- Determinar las cargas térmicas de las viviendas.

- Determinar el consumo total de energía eléctrica de las viviendas.

- Comparar el consumo de energía eléctrica en viviendas que forman parte del Programa Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE) en relación a las viviendas que no pertenecen a dicho programa.

- Determinar el costo de la energía necesaria para mantener confortable a las viviendas mediante aires acondicionados en la época de verano.

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17 1.5 JUSTIFICACION

En la actualidad el tema de diseño y construcción con lineamientos sustentables ha tenido un gran apogeo ya que se ha hecho conciencia sobre la problemática medioambiental que se desarrolla a nivel mundial. De esta manera se han realizados numerosos estudios con el fin de determinar las bases que generen un balance entre confort térmico interior y la vivienda. Así mismo, en menor escala, se ha incluido una variable que forma parte del aspecto económico de la sustentabilidad la cual es el ahorro energético, todo ello a través de promociones públicas como por ejemplo el Programa de Incorporación de Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica en Nuevas Viviendas gestionadas por el Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE) que si bien es cierto colaboran en cierta medida con los objetivos sustentables planteados, no se tiene un conocimiento si realmente se obtienen los beneficios que se promocionan por lo que se hace necesario estudiar este aspecto para que la solución planteada sea realmente integral.

La vivienda de interés social debería formar parte de dichos estudios considerando que más del 50% de la población mexicana son personas de escasos recursos que solamente tienen acceso a este tipo de vivienda (Yeomans, y otros, 2007).Caso contrario, no se le ha dado la importancia debida ya que son escasas las publicaciones que se pueden encontrar sobre este tema.

Lo anterior se vuelve más grave debido a que, por una parte estas familias tienen escaso acceso al crédito para adquirir una vivienda con las características actuales que les ofrece el mercado, es decir, con condiciones bajas de sustentabilidad. Cuando les es factible adquirirla, se les imposibilita la capacidad económica de acceder a la utilización de medios de acondicionamiento que les permita apalear dichas condiciones, por lo que el problema se transforma en una realidad a la que las personas deben adaptarse y aceptar en detrimento de su bienestar.

Es por ello que, por el mismo derecho que tienen estas personas a vivir dignamente, se necesita hacer más énfasis en la incorporación de medidas que brinden a los usuarios de escasos recursos viviendas con condiciones óptimas de habitabilidad cumpliendo con parámetros básicos de confort térmico interior en las mismas.

1.6 METODOLOGIA DE INVESTIGACION

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En la Figura 3 se presenta el esquema metodológico donde se puede observar el proceso y las diferentes etapas que lo conforman la cuales de describen a continuación:

1- Definición del problema: es el planteamiento de la problemática que se quiere investigar mediante el establecimiento de una serie de objetivos, alcances, justificaciones y antecedentes que en conjunto proporcionan una idea de hacia dónde se dirige la investigación.

2- Marco Teórico: en esta etapa se realiza una revisión bibliográfica de todos aquellos conceptos que se deben conocer para poder desarrollar la investigación, es decir que enmarca los conocimientos base.

3- Descripción del experimento: para el presente trabajo, el estudio en campo ya había sido desarrollado por investigadores de la Cátedra de Vivienda y se había generado un reporte

ge e al de o i ado Mo ito eo de Vi ie da o C ite ios de Aho o de E e gía (Yeomans, y otros, 2007) por lo que éste se tomo como base para la presente etapa en donde se hace una descripción de cómo se realizó el estudio experimental y todas las características tomadas a consideración para el desarrollo del mismo.

4- Evaluación experimental: con los datos obtenidos de la etapa anterior, se da paso a su organización y análisis mediante una serie de herramientas, descripciones y comparativas que permiten comprender mejor el problema planteado.

5- Evaluación analítica: consiste en realizar una réplica virtual a través de un software del estudio experimental de tal forma que los datos que se obtengan se puedan comparar con los de la evaluación experimental y poder determinar de esta manera la confiabilidad del software.

6- Evaluación económica: se realizará una evaluación económica para determinar cuánto tendrían que gastar las familias del estudio para llevar el interior de sus viviendas a condiciones de confort a través de la utilización de aires acondicionados.

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20 1.7 ALCANCES Y LIMITACIONES

 Uno de los alcances es determinar si con la incorporación de los dispositivos eficientes del Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE) realmente se logra una disminución de la cuota energética de las viviendas. El proyecto original contempló la evaluación de 10 viviendas, 9 que pertenecían al programa y una que no; finalmente solamente 8 viviendas finalizaron el estudio ya que debido a razones personales de sus habitantes 2 de ellas lo abandonaron. Es importante destacar que el número de viviendas a evaluar de cada tipo ( 7 con FIDE y una sin FIDE), no es proporcional por lo que los resultados que se obtengan sobre todo considerando la única vivienda que no pertenecía al programa, es un tanto aproximado.

 Para el desarrollo de la investigación, se tomarán como base los datos de temperatura, humedad y consumo de energía eléctrica que ya habían sido recolectados en campo por el equipo de investigación de la Cátedra de Vi ie da del ITE“M e el p o e to Mo ito eo de Vi ie das o C ite ios de Aho o de E e gía e el No te del País . Al observar a manera general la base de datos de la información, se puede observar que en el transcurso del experimento algunos sensores fallaron, otros se despegaron de su ubicación original lo que en conjunto da paso a que en algunos días evaluados no existan registros.

 Para las viviendas del estudio, se evaluaran algunas variables que afectan el interior de las mismas, estas son: temperatura, confort térmico y ganancias de calor. De esta manera, debido a la existencia de aires acondicionados y el hecho que no se conoce con exactitud el tiempo de utilización de estos mecanismos, muchos de los resultados se verán afectados en cierta medida por temperaturas menores a las reales, pero que de igual manera, servirán como una aproximación.

 Se realizará una evaluación analítica por medio de software de los resultados obtenidos en la evaluación experimental, de tal forma que se pueda determinar qué tan aproximados son los datos de dicha herramienta en relación a los reales. De igual manera, por el hecho de que las variables ambientales interiores de las viviendas en el experimento real se ven afectadas por la utilización de aires acondicionados, los resultados pudieran variar de tal forma que el software podría arrojar datos mayores a los reales.

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CAPÍTULO II

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22 CAPITULO II- MARCO TEÓRICO

2.0 INTRODUCCIÓN

En este Capítulo, se presenta toda la información teórica que se considera es necesaria conocer para comprender mejor el estudio a realizar. De esta manera, se seleccionaron aquellos temas que pudieran enmarcar las características particulares del estudio mediante los cuales se sentaran las bases sobre las que se desarrollaría toda la investigación.

2.1 CONFORT TÉRMICO

2.1.1 ANTECEDENTES

El confort térmico no es un concepto que se haya desarrollado hace mucho tiempo, por el contrario, es un concepto reciente que ha evolucionado. Esto se debe a que la humanidad, con el desarrollo de la civilización, se ha vuelto más exigente y sensible en lo que respecta a la obtención de bienestar. Un ejemplo de ello podría ser el hecho que a principios de la civilización , un Neandertal o un Cromañón no se preocupaba por la temperatura interior de su cueva ya que lo único que les interesaba era sobrevivir y no morir congelados (Terrón, 2005). En la actualidad, debido al enorme desarrollo tecnológico que se ha suscitado, se han creado las condiciones para exigir confort ambiental, pero este mismo desarrollo ha propiciado que los mecanismos para tal fin sean demasiado caros lo que ha generado que el confort se comience a obtener a través del diseño adecuado de las edificaciones y la utilización de materiales que brinden a los habitantes bienestar tanto físico como espiritual adaptados a sus necesidades ambientales y económicas. Como se puede observar, el salto de la concepción de confort desde los inicios de la civilización hasta la actualidad es enorme por lo que a continuación se describirá el proceso general que se dio para que se generara este cambio.

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Posterior a los datos que se tienen sobre el inicio de la civilización se tiene registro de la época medieval, específicamente de la casa burguesa del siglo XIV en donde el ideal de confort que se tenía era el de acercar lo más posible la fuente de trabajo a la vivienda; por lo que los espacios de una residencia de esta época consistían en un taller, tienda o almacén en la planta baja y, en la planta alta, la vivienda del propietario que consistía en un espacio amplio en donde se realizaban todas las actividades como cocinar, dormir, recibir a las personas, sin ningún tipo de privacidad. El bienestar era algo superficial centrado más en la forma que en las sensaciones íntimas y personales, prueba de ello era que las viviendas estaban adornadas con tapices y bien decoradas pero con una mala climatización. Los visitantes podían llegar a estas estancias con ropas lujosas y sentarse en bancos incómodos en forma de caja con una mínima ergonomía, pero que representaban autoridad en esa época (Fernández, 2008).

En el siglo XVI se continúa con las características anteriores; las casas tenían solamente una chimenea o una cocina en la habitación principal dejando al resto de espacios sin este tipo de elementos y por ende, sin este tipo de calefacción. Para ello el ropaje, que no era considerada como moda sino como un mecanismo de termicidad, se convirtió en el elemento protector contra el clima imperante.

En el siglo XVII, las viviendas comenzaron a construirse más amplias y lo que antes era un salón en donde se realizaban todas las actividades cotidianas, ahora era dividido en espacios dando paso a la aparición del comedor, el salón, la despensa, el guardarropa, el dormitorio, cada uno con su propia chimenea. Así mismo, las viviendas se convirtieron exclusivamente para el descanso, eliminando el desarrollo de la actividad laboral cerca de éstas, lo que es una demostración más de cómo la concepción de confort se iba transformando de una vida en público a obtener una sensación de intimidad. En esta misma época se dio un abaratamiento del vidrio lo que propició la utilización de éste en las ventanas brindando así iluminación natural y disminuyendo el uso excesivo de lámparas de aceite y velas en el transcurso del día generando con ello un ahorro económico ya que éstos eran considerados elemento costosos

(Fernández, 2008).

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24

Como resultado, la burguesía tuvo que enfocarse en trabajar para solucionar estos problemas que se originaron de la supuesta solución al problema de demanda habitacional. Todos los recursos se volcaron a buscar una salida rápida a la problemática y con ello se perdió la ideología que se había gestado en torno a la creación de espacios habitables adecuados al clima y a las necesidades culturales de la población (Fernández, 2008).

Figura 5. Época de la Revolución Industrial

En años posteriores, surgieron propuestas teóricas del Movimiento Moderno en donde se podía observar que había un desfase evidente entre lo que se establecía en la teoría y lo que se estaba viviendo en esa época. Aún así, todas estas corrientes dieron paso al desarrollo de otro

o i ie to de o i ado Estilo I te a io al u a o ep ió e a la de ge e a u tipo de arquitectura más homogénea, cuyas influencias llegaran a todos lados con una característica particular que consistía en la utilización excesiva de vidrio a través de fachadas acristaladas, tal cual se puede apreciar en la Figura 6. Con ello, se generó el desarrollo de esta doctrina que se expandió por todo el mundo y que trajo como consecuencia los problemas actuales en materia de confort térmico. Para el caso de las vivienda de interés social, este estilo se convirtió en la generación de un prototipo de vivienda que consistía en una planta con losa de concreto y muros de block de concreto o tabique con varillas de acero que se observan en las cubiertas en señal de continuidad de la vivienda en sentido vertical (característico del estilo internacional)

(Terrón, 2005).

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25

Este tipo de viviendas se pueden observar en diferentes países y continentes dando como resultado la nula identidad arquitectónica de cada zona y el apego a los estándares establecidos. Como conclusión se puede determinar que el confort, representado en la forma y las características de las viviendas de los siglos pasados, no tenían nada que ver con la sensación de confort que se tiene en la actualidad ya que, en aquel entonces, las características habitacionales se apegaban solamente a las actividades y circunstancias sociales y culturales de una época determinada.

Cuando se empezaban a concebir el confort como una sensación de bienestar personal, surgieron acontecimientos que dieron un retroceso a lo que se había logrado dando pie a la generación de una serie de problemas como los que se dieron en la Revolución Industrial que hicieron comenzar con una nueva concepción y que , para el caso de la vivienda de interés social que es la base del presente estudio, dio paso a la pérdida de las características de confort térmico que se tenían por ejemplo en las vivienda vernáculas, las cuales eran concebidas como edificaciones propias del lugar mediante la utilización de materiales característicos de la región, con elementos arquitectónicos que representaban las costumbres del grupo y que se adaptaban a las condiciones del lugar, todos estos elementos generadores de bienestar interior en las viviendas y lo que se traducía en una mejor calidad de vida para los habitantes.

En la actualidad, estas viviendas son estandarizadas y la misma tipología se desarrolla en zonas con diferentes climas, que en muchos casos son extremos. Es por ello que son consideradas edificaciones con un clima interior estático a lo largo de todo el año y que contrasta fuertemente con la temperatura exterior, lo que da como resultado una disminución del confort térmico.

(28)

26 2.1.2 DEFINICIÓN DE CONFORT

A manera general, el confort térmico es la sensación de bienestar que el ser humano percibe en el momento en que existe una satisfacción de las condiciones térmicas ambientales en un espacio determinado. En la evolución del hombre, éste ha tenido como objetivo transformar su entorno y espacio en el afán de lograr ambientes que sean térmicamente confortables y que le brinde una sensación de bienestar acorde a las características propias del ser humano.

De esta manera, para que el cuerpo humano funcione adecuadamente, es importante que mantenga en su núcleo interno una temperatura próxima a los 37 °C (Sol.Arq, 2010). Si la persona logra mantener dicha temperatura sin ningún tipo de esfuerzo adicional, se dice que ha llegado a un estado de confort térmico . La palabra confort ha evolucionado en su significado a lo largo de la como se puede observar en la Tabla 1. Es así como confortable , en un inicio, no se refería a lo que en la actualidad se entiende como estar a gusto o comodidad, por el contrario, su raíz latina era confortare (confortar, consolar o reforzar) y este fue el significado que se utilizó durante muchos siglos generándose igualmente ciertas variaciones que a continuación se presentan en un orden cronológico (Terrón, 2005).

TIEMPO CARACTERÍSTICA

S. XVI

 El término confort adquirió un sentido de bienestar físico

 En Inglaterra un confortador era alguien que era cómplice de un crimen.

 El término confortables llegó a significar tolerables o suficiente

(se habla de una anchura de cama confortable, mas no de una cama confortable)

S. XVIII

 Walter Scout (novelista) utilizó el término en el nuevo sentido de agrado con carácter térmico (me da igual que hiele en la calle, aquí dentro estamos confortables (Rybczynski, 1990).

 Confort en el contexto de bienestar doméstico, tiene interés lexicográfico (ídem)

 En el idioma inglés, palabras como cozy (cómodo, íntimo)aunque de origen más tardío.

S. XIX  Se tradujo como la calidad y el comportamiento de los elementos en los que intervenía lo mecánico: luz, calor y ventilación.

S.XX  Las ingenierías domésticas subrayan la eficiencia y la comodidad como idea de confort.

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27

Así mismo, se han establecido numerosos significados para la palabra confort, entre ellos se encuentra una línea que define esta palabra como algo meramente subjetivo como es el caso

de “e a Co h , uie es lo defi e o o u a se sa ió p opia del i o s ie te, do de

puede no ser reconocida, a menos que alguna circunstancia obligue a fijarse en aquella

se sa ió de ie esta o i o odidad . Igual e te , e o as i te a io ales o o la

ISO7730:2005 (ISO, 2005) o la ANSI/ASHRAE Standard 55 (ASHRAE,1992) es defi ida o o el estado de ánimo que expresa satisfacción con el ambiente té i o (Ochoa, y otros, 2009). La problemática de estas definiciones radica en que lo dejan a la subjetividad de la persona cuando no es solo nuestro estado de ánimo el que define si tenemos frio o calor, si nos sentimos bien en determinadas situaciones; esto es parte de nuestro proceso cognitivo que es afectado por estímulos influidos por factores físicos, fisiológicos y psicológicos, entre otros.

2.1.3 NORMAS APLICADAS AL CONFORT TÉRMICO

Para lograr confort térmico en un espacio determinado, es necesario generar condiciones cómodas de bienestar térmico; es así como para evaluar las condiciones que propician dicho bienestar, existen normas y parámetros establecidos, estipulados en guías y normativas nacionales e internacionales que, de igual manera, nos sirven de referencia para mejorar el ambiente en lugares que poseen nulo confort térmico. A continuación se describen las normas aplicables para la valoración de las condiciones térmicas de los espacios en México.

2.1.3.1 Norma Oficial Mexicana de Eficiencia Energética

Las Normas Oficiales Mexicanas de Eficiencia Energéticas (NOM-ENER) busca regular

los consumos de energía de aquellos aparatos que, por su demanda de energía y número de unidades requeridas en el país, ofrezcan un potencial de ahorro cuyo costo-beneficio sea satisfactorio para el país y los sectores de la producción y el consumo (Conuee, 2010).Estas normas son especificaciones técnicas de carácter obligatorio en México. Para efectos del presente estudio, se describirán aquellas normas que se relacionen con la temática del proyecto.

 NOM-008-ENER- . Eficiencia Energética en Edificaciones - Envolvente de Edificios no residenciales”.

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La presente norma busca ese objetivo, es decir, optimizar el diseño considerándolo desde el punto de vista del comportamiento térmico de la envolvente logrando un ahorro de la cuota eléctrica por la disminución de trabajo de los equipos de enfriamiento.

Las unidades que son utilizadas en esta Norma corresponden al Sistema General de Unidades de Medida, único legal y de uso obligatorio en México, considerando las excepciones y consideraciones permitidas en su Norma NOM-008-SCFI vigente.

Esta norma aplica tanto en edificios nuevos como a ampliaciones adheridas a edificios existentes. No aplica para edificaciones de uso industrial ni residencial; sin embargo, ha servido de referencia para generar una Norma que sea de aplicación específica para residencia, ésta es, la Norma NOM-020-ENER que se describe en el presente apartado.

 NOM-020-ENER. Anteproyecto Eficiencia Energética en Edificaciones - Envolvente de Edificios Residenciales”.

En la actualidad esta Norma no ha entrado en vigor, se encuentra solamente a nivel de anteproyecto.

El objetivo primordial de ésta normativa es generar eficiencia energética en edificios de uso residencial con el fin de mejorar el diseño térmico de éstos considerándolo desde el punto de vista de la envolvente, logrando un óptimo confort térmico con el uso mínimo de energía eléctrica.

 NOM-018-ENER-1997. Aisla tes Té i os pa a Edifi a io es. Ca a te ísti as, lí ites étodos de p ue a .

Esta norma establece las características y métodos de prueba que deben cumplir todos los materiales, productos, componentes y elementos termoaislantes para techos, muros y plafones de los edificios; todo ello con el objetivo de generar un ahorro de energía a los usuarios de las edificaciones a través de materiales con propiedades que mejoren el ambiente interior de los espacios y que disminuyan el uso de aire acondicionado.

2.1.3.2 Normas ASHRAE

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29

Entre los estándares que establece se tiene, por ejemplo, la determinación de la cantidad (kg) de lámina que se utilizará en la instalación y diseño de ductos de aire acondicionado, así como la normativa referente a tipos de aislamiento a instalar en el interior o exterior de dichos ductos para generar un mejor funcionamiento de los mismos evitando fuga de calor.

 Norma ASHRAE Estándar 62-2001. Ventilation for Aceptable Indoor Air Quality.

El objetivo principal de esta norma es establecer requerimientos mínimos de ventilación y de calidad de aire interior que permitan condiciones aceptables para el desarrollo del ser humano de tal forma que se reduzca cualquier efecto adverso en su salud (Dougan, et al., 2002).

Esta norma trata sobre los equipos de ventilación y sistemas que modifican el aire interior, determinando algunas soluciones para reducir costos con determinadas tecnologías.

2.1.3.3 Normas AMERIC

La AMERIC ( Asociación Mexicana de Empresas del Ramo de Instalaciones para la Construcción) es una Asociación Mexicana homóloga de la Asociación ASHRAE. Tiene normas para instalaciones eléctricas, refrigeración y climas, hidráulicas, instalaciones especiales, entre otras. Su objetivo principal es regular el uso de estas instalaciones proporcionando métodos para el diseño y cálculo de las mismas tanto en edificaciones como en residencias.

2.1.3.4 Normas UNE

Las UNE (Una Norma Española), son un conjunto de normas tecnológicas creadas por Comités Técnicos de Normalización (Integrantes: AENOR-Asociación Española de Normalización y Certificación, fabricantes, consumidores y usuarios, administración, laboratorios y centro de investigación) que buscan mejorar la calidad de las empresas, en lo que respecta a sus productos y servicios, protegiendo el medio ambiente y velando por el bienestar de la sociedad.

 UNE-EN-ISO-7730/2006. Ergonomía del ambiente térmico.

Esta norma realiza una determinación analítica e interpretación del bienestar térmico mediante el cálculo de los índices PMV ( Voto Medio Previsto) y PPD (Porcentaje de insatisfacción) y los criterios de bienestar térmico local (Aenor, 2010).

 UNE-CR 1752: 2008 IN. Ventilación de edificios.

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 UNE-EN 15251: 2008. Parámetros del ambiente interior.

La presente norma establece parámetros del ambiente interior que se deben considerar para el diseño y la evaluación de la eficiencia energética dentro de los edificios incluyendo aspectos como la calidad del aire interior, condiciones térmicas, iluminación y ruido.

2.1.3.5 CARRIER

Este Manual de Aire Acondicionado ha sido elaborado por una de las más importantes firmas a nivel mundial en lo que respecta a los sistemas de acondicionamiento de aire (CARRIER). La información que contiene brinda instrucciones para cada fase del proceso del proyecto, desde la etapa de cálculo de carga hasta la selección del sistema, incluyendo todo el proceso de ingeniería, garantizando la calidad en sus aplicaciones y una reducción al mínimo del mantenimiento y de futuras reparaciones.

El manual incluye un formato a través del cual se determina la carga térmica (en toneladas de refrigeración) que debe ser considerada para el enfriamiento del espacio que se está analizando.

El cálculo de la carga térmica lo realiza a través de 3 métodos:

1- Método de función de transparencia (TMF): es uno de los método más utilizados permitiendo estimar las cargas de enfriamiento hora por hora que ayuda a predecir las condiciones interiores del espacio. Este mismo método es utilizado para el cálculo de flujo unidimensional de transferencia de calor en paredes y techos soleados.

2- Método de cargas por Diferencial de Temperatura (CLTD) y Factores de Carga de enfriamiento (CLF): este método se utiliza cuando el procedimiento de cálculo a desarrollar es manual y computarizado. Utiliza el coeficiente global de transferencia de calor (U) para el cálculo de la carga de enfriamiento para techos y paredes.

(33)

31 2.2 TRANSMISIÓN DE CALOR

La transmisión de calor se da mediante el paso de energía térmica (energía liberada en forma de calor) de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando los cuerpos se someten a la influencia de una temperatura mayor a la que ellos poseen, es decir una fuente calorífica, se calientan , absorbiendo una parte del calor que se le ha transmitido. El calor que absorbe el cuerpo lo hace desde la cara expuesta a la fuente que origina el calor, recorriéndolo interiormente hasta la cara interna u opuesta, que es la que posee menor temperatura. Dependiendo del material que posean dichos cuerpos, así será la ganancia de calor ya que no todos los materiales absorben con la misma intensidad.

Existen 3 procesos fundamentales de la transmisión de energía térmica: conducción, convección y radiación. A manera general y para profundizar en párrafos posteriores, la

conducción es el desplazamiento de energía en el interior de un mismo material, a través del traslado de la energía en forma de onda; la convección es el calentamiento a través de un fluido líquido o gaseoso que transporta el calor hacia un cuerpo con diferente temperatura y la

radiación consiste en una transmisión de energía mediante ondas electromagnéticas generándose el caso de un cuerpo que transmite radiación a otro (Amador, 2009).

2.2.1 TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN

Este p o eso de t a s isió de alo o siste e la t a s isió de e e gía de ido a

una diferencia de temperatura entre las partes del sistema o entre dos sistemas en contacto, sin un desplazamiento ap e ia le de las pa tí ulas del siste a o siste as (Amador, 2009). Como se mencionó anteriormente, la transmisión se da de la parte que posee mayor temperatura a la región de menor temperatura. Cuando se desarrolla la conducción a través de un sólido homogéneo simple, se dice que se lleva a cabo en un régimen estable, cuando la temperatura en un punto específico del material permanece constante respecto al tiempo. Un parámetro que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica, la cual es una propiedad que valora la capacidad de los materiales de conducir calor a través de ellos.

Existe una ley cuantitativa de la conducción de calor la cual fue formulada por Fourier y

(34)

32

Por lo tanto, la cantidad de calor que pasa a través del elemento de área, en un intervalo de tiempo, se especifica con la siguiente ecuación:

Donde:

dQx = Cantidad de calor

dt = intervalo de tiempo

K = conductividad térmica del material

A = área de la sección transversal, la cual es perpendicular al flujo de calor

T = Temperatura

X = longitud de trayectoria x

T / x = es el cambio de temperatura t con respecto a la longitud de la trayectoria x

dQx / dt = es la cantidad de calor que fluye en un diferencial de tiempo dQx

2.2.2 TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN

Este tipo de transmisión de calor se genera a través de fluidos que al calentarse, aumentan de volumen, generando una disminución de densidad y ascendiendo de tal forma que desplaza al fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. Lo que se denomina convección es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendentes y descendentes del fluido. Se puede dar la transformación de un fluido de un punto a otro; entre un fluido y otro por la mezcla entre ellos ; entre fluidos y un sólido ó por medio de una bomba, ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica o asistida) .

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33

Este tipo de transmisión de calor se expresa por medio de la Ley de Enfriamiento formulada por Isaac Newton:

Donde:

h= coeficiente de convección

As= área del cuerpo en contacto con el fluido

Ts= temperatura en la superficie del cuerpo

T inf=temperatura del fluido lejos del cuerpo

2.2.3 TRANSMISIÓN DE CALOR POR RADIACIÓN

Es el proceso que consiste en la transmisión de calor de un cuerpo a alta temperatura a otro con menor temperatura los cuales se encuentran separados por una distancia y sin ser calentado el medio a través del cual se efectúa la transferencia calorífica (1). Todos los cuerpos con temperatura superior a 0 K (-273 °C) emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada.

Este fenómeno se puede dar también en el vacío, por medio de algunos gases y algunos líquidos que emiten un espectro de radiación continuo.

La ley de Stefan-Boltzmannpermite determinar la cantidad de calor por radiación, y se expresa de la siguiente forma:

Figura 9. Movimiento por Convección

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Donde:

E= cant idad de calor

= const ant e de St efan-Bolt zm ann

T4e= t em per at ur a absolut a de la superficie

2.2.4 TRAN SM I SI ÓN DE CALOR Y LA VIVIENDA

La vivienda es una edif icación que const ant em ent e se encuent ra expuest a a la t r ansm isión de calor y específ icam ent e es afect ada por los 3 t ipos de t ransferencia m encionados ant er ior m ent e. La t r ansm isión por conducción se realiza a t r avés de los m at eriales con los que se ha const ruido; la t r ansm isión por convección a t r avés de los vient os que se desplazan en det erm inadas épocas del añ o , y la t r ansm isión por radiación se da m ediant e los rayos del sol que inciden direct am ent e sobre la edif icación.

Al hablar de la t ransferencia de calor a la envolvent e de la vivienda o com o co m ú n m en t e se denom inar ía la " piel " de la edif icación, se puede ver que ést a es afect ada por 4 f en ó m en o s:

• Reflexión: se da por la r adiación que rebot a de las paredes y t echo de la vivienda y que por consiguient e no se da un cam bio de t em perat ura de los m at eriales que conform an la ed if icació n .

• Absorción: es cuando la r adiación si es absorbida por las paredes y t echo dando com o result ado un aum ent o en la t em perat ura de ést os.

• Em isión: ést e t ipo de t ransferencia funciona en sent ido inverso a la abso r ció n, es decir, una vez la paredes y t echo ret ienen el calor, ést e es reiradiado en la misma cant idad en que fue absorbido.

• Transm isión: es el paso del calor a t r avés de cuerpos t ransparent es que posea la vivienda, com o pueden ser las vent anas o dom os. Es im port ant e especificar que en los cuerpos opacos la t r an sm isió n es nula.

(37)

En una vivienda la mayor ganancia de calor se debe a la radiación solar la cual se da en un 70% del total (este porcent aje incluye element os t raslúcidos que ganan ent re 15% y 20%); luego existen las ganancias internas (actividades, uso de equipos y costumbres de los habitantes) que se dan un 20% siendo las ganancias por conducción y convección en una menor magnitud de un 8% a 12 % (Amador, 2009) .Del 70% de ganancia por radiación mencionada, en verano es donde los component es de la vivienda absorben en mayor medida los rayos del sol int roduciéndose a la vivienda mediant e conducción. La dist ribución es de la siguiente manera:

Al hablar de los component es de una vivienda, la principal fuent e de ganancia de calor es por el techo el cual es afect ado por la radiación direct a del sol que da paso a la t ransm isión de calor al interior de la edificación por mecanismos de conducción a t ravés del mat erial del que est á const it uido y post eriorment e se dan las t ransmisiones desde la superficie int erior del t echo hacia el espacio habit ado propiament e dicho a t ravés de los mecanismos de convección y conducción. El comport amient o t érm ico de una vivienda se puede analizar a t ravés de la evaluación de su carga t érm ica que consist e en det erminar los flujos de energía que se dist ribuyen en la edificación. Conociendo est o, se puede cont rolar las condiciones int eriores de los espacios de t al forma que de una manera casi cert era, se logre el confort t érm ico en los moment os requeridos. (Ferreiro, y ot ros, 1991). Lo que se busca el logra un balance t érm ico que se da cuando la suma de los flujos de calor es igual a cero:

Donde:

Qs= Ganancia solar 0 > Ganancias internas

Qc=Ganancias o pérdidas por conducción Qv= Ganancias o pérdidas por vent ilación

Qm= Ganancias o pérdidas por sistemas m ecánicos Qe= pérdidas por enfriamient o evaporat ivo

Techos 60% Fachada Norte 6%

Fachada Sur 1% Fachada Orient e 7% Fachada Ponient e 8%

Otras 18%

(38)

36

Figura 12. Balance Térmico de una vivienda - Flujos de Calor

Ganancia solar (QS)

La ganancia solar es la que se da por la radiación del sol y solamente puede ser un flujo positivo. Esta es afectada por la relación de transmitancia del elemento entre la resistencia superficial externa. Su fórmula es:

) / (U fe GA

Qs 

Donde:

QS= Ganancia solar

G= Radiación solar incidente

A= Area expuesta

= Absortancia del material

U=Transmitancia del elemento

(39)

37 Ganancias internas (Qi)

Este flujo de energía es el que proviene del calor que aportan las personas debido a su actividad metabólica; los electrodomésticos y los sistemas de iluminación. En la Tabla 2 se muestran las tasas metabólicas promedio para personas adultas constituida por metabolismo basal (temperatura mínima necesaria para reposo) y muscular (calor por actividad muscular al poner a trabajar el cuerpo).

Tabla 2. Tasas metabólicas promedio - personas adultas

Ganancia por conducción (Qc)

Es la que se da por actividad molecular que ocurre en el elemento sólido de tal forma que cuando unas moléculas se calientan, su energía se expande a las moléculas adyacentes. Su fórmula es la siguiente:

t CA

Qc 

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Donde:

Qc= Ganancia por conducción (W)

C = Conductancia del material c = k/b. Es el mismo (W/m2°C)

Coeficiente de transmisión de calor (U)

K=Conductividad del material (W/m °C)

b= espesor del material (m)

A = Area expuesta al flujo de calor (m2)

t

 = diferencia de temperatura entre 2 puntos (°C)

Considerados

Ganancia o pérdidas por ventilación (QV)

Como su nombre lo dice, se da por la magnitud de ventilación natural que exista en una edificación. Su fórmula se especifica a continuación:

t V Qv1200 

Donde:

Qv= Ganancia o pérdida por ventilación

V= Magnitud de Ventilación

t

 = Diferencia entre temperaturas

La magnitud de ventilación se da por la relación de volumen de aires por unidad de tiempo (m3/s) y se puede expresar en función del número de cambios de aire por hora:

V=(Nvo) / 3600

Donde:

V= Ventilación (m3/s)

N = Número de cambios de aire

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39

Además existen cálculos para ganancias por ventilación cuando existe ventilación cruzada y cuando se habla de infiltración, es decir la ventilación que no es intencional y que se da en magnitudes pequeñas.

Ganancia o pérdidas por sistemas mecánicos (Qm)

Se refiere a todos aquellos sistemas activos como son: calefacción y refrigeración. Estos deben ser utilizados lo menos posible, que sirvan solamente como un complemento a los sistemas pasivos.

Pérdidas por enfriamiento evaporativo (Qe)

Este tipo de pérdida solamente puede ser negativo y se refiere a la utilización de elementos que contengan agua ya que ésta absorbe gran cantidad de calor con lo que se puede convertir el calor sensible en latente. El calor latente de evaporación del agua es 2400 Kj/kg, es decir que por 1 kg de agua a 20 °C se absorben 2400 kj. Su fórmula:

) 3600 / 2400000 ( e

Qe (J/s) 66

. 666

e

Qe (w) Donde:

e= Tasa de evaporación (kg/h)

A manera general, para lograr confort térmico, la producción de calor debe ser igual a la pérdida. Si la producción de calor es mayor que la pérdida, se siente sensación de calor y si la producción es menor que la pérdida, se siente frío, por lo tanto es indispensable lograr que ambos fenómenos se igualen. Para ello, aspectos de diseño son la clave para lograr de una manera pasiva la obtención de confort térmico que sería equivalente a lograr un balance de la energía natural.

2.3 PARÁMETROS Y FACTORES QUE DETERMINAN EL CONFORT TÉRMICO

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40

Los factores de confort son aquellas característica que no pueden ser modificables por el ser humano, que están condicionadas por el ambiente exterior y que se traspasan al interior de los espacios habitados por los usuarios. Dentro de éstos se encuentran: factores ambientales exteriores; factores fisiológicos y contributivos; factores socioculturales y psicológicos.

Los parámetro de confort, son aquellas características que sí pueden ser modificadas por el ser humano dependiendo de sus necesidades. Son consideradas objetivas, propias de determinado espacio que tienden a incidir en la percepción de los ocupantes (Terrón, 2005).

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41 2.3.1 CLIMA

El clima es un sistema complejo difícil de predecir y depende de la cantidad de energía solar recibida, así como de la cantidad de energía que queda en el sistema. De esta manera se habla de clima global, que es el clima de todo un planeta incluyendo todas las variaciones regionales promediadas. Existen también el clima regional, que se refiere a las condiciones climáticas de un área determinada .

Evaluar los factores y parámetros que conforman este fenómeno es de suma importancia para la presente investigación ya que las características propias de cada región, determinarán el comportamiento interior de las viviendas y por ende permitirá realizar una comparativa y analizar las bases de dicha diferencia.

2.3.1.1 PARÁMETROS AMBIENTALES

Los parámetros ambientales han sido la base de muchos estudios debido a que son éstos los que determinan el bienestar del ser humano y condicionan el confort interior de una edificación.

A. Temperatura del aire

La temperatura del aire (Ta), también denominada Temperatura seca (Ts) o de bulbo seco (Tbs) , se refiere al ai e ue está al ededo del ue po su alo os da u a idea ge e al

del estado té i o del ai e a la so a (Terrón, 2005).

Básicamente se refiere a la cantidad de energía calorífica acumulada en el aire. La escala que más se utiliza para medir esta temperatura es la Celsius (C°) y generalmente se mide con el termómetro de mercurio.

Es importante mencionar que se han realizado investigaciones en donde se ha determinado que la TA puede variar dependiendo del tipo de actividad que se ejecute dentro de un espacio determinado así como de los diferentes períodos estacionales que se desarrollan durante todo

el año. Sentados en una habitación con ropas livianas y realizando una actividad ligera, la sensación de satisfacción térmica se alcanza entre los 18 °C y 26 °C (Terrón, 2005).

B. Humedad Relativa

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42

Hay una influencia de la humedad en la transmisión de calor que se da por convección de la piel hacia el aire; esto se debe a que al existir un mayor contenido de agua en el aire, aumenta el calor en esta mezcla por tener un mayor calor específico el agua y esto da paso a que el flujo de calor que tiene el cuerpo hacia el aire aumente en dado caso que la temperatura del agua sea inferior a la piel. La tolerancia del cuerpo a la humedad relativa es grande, admitiendo límites entre 20% y 75% (Mondelo, y otros, 1999).

Este parámetro puede ser modificado mediante técnicas mecánicas de acondicionamiento ambiental, como es el uso de aire acondicionado o también mediante la posición correcta de ventanas que generen una circulación directa del aire del exterior.

C. Temperatura radiante

La temperatura radiante (Tr) es aquella que se genera por la irradiación que reflejan las superficies que envuelven a un determinado espacio incorporando dicha temperatura en el interior del mismo. Es considerado uno de los parámetros que menos se estudian, pero es importante destacar que este parámetro influye de una manera directa en la sensación del ser humano. Entre las fuentes de calor que generan esta temperatura están: el sol (considerada la principal), paredes, pisos ( fuente indirecta), estufas, radiadores, chimeneas, lámparas incandescentes y algunos aparatos eléctricos, entre otros.

Al enfocarnos en el sol como fuente principal, durante el día, cuando el sol está en el Cenit, la radiación se desplaza en una menor cantidad de atmósfera, pero cuando se acerca más al horizonte la radiación es más extensa ya que hay una mayor longitud de la atmósfera provocando un menor contenido de energía. Esto se puede observar en la Figura 15 donde se muestra el recorrido del sol diario ysu posición dependiendo de las estacionesdel año.

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43

La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra. Su unidad es el W/m² (vatio por metro cuadrado (Ferreiro, y otros, 1991).

Entre el entorno de un espacio habitado y el usuario que se desarrolla en él, existe un intercambio de calor por radiación. La magnitud de esta radiación depende del grado de temperatura que exista entre el ser humano y las superficies así como de cuál de los 2 elementos posee la temperatura más elevada.

D. Velocidad del aire

Se refiere básicamente al intercambio de energía en forma de calor que se da entre la superficie de la piel de un individuo y el aire. En las proximidades de la piel, se crea una capa de aire inmóvil que mantiene una temperatura cercana a la de la piel y una humedad relativa alta. El movimiento del aire desplaza ese aire y permite un intercambio de calor más efectivo con el ambiente y un mejor rendimiento de la evaporación del sudor, lo que modifica las condiciones térmicas del cuerpo (Ferreiro, y otros, 1991).

Existe una relación entre velocidad del viento y el impacto que esta sensación genera en el individuo. Este aspectos se puede observar en la Tabla 4, en donde se describen diferentes velocidades del viento y el posible impacto que cada una de ellas genera en el hombre.