Software para la evaluación del confort térmico y lumínico en los espacios de la vivienda

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA Software para la evaluación del confort térmico y lumínico en los espacios de la vivienda.. Autor: Alexander Zamora Esquivel [email protected]. Tutores: Ing. José Omar Padrón Ramos [email protected]. Dr. Arq. Arnoldo Eduardo Álvarez López [email protected] Santa Clara 2009 "Año del 50 aniversario del triunfo de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA Software para la evaluación del confort térmico y lumínico en los espacios de la vivienda. Autor: Alexander Zamora Esquivel [email protected]. Tutores: Ing. José Omar Padrón Ramos [email protected]. Dr. Arq. Arnoldo Eduardo Álvarez López [email protected] Santa Clara 2009 "Año del 50 aniversario del triunfo de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. La inteligencia consiste no solo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica. Aristóteles.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico esta tesis a mi familia, en especial a mis padres y a mi hermano por toda la confianza depositada en mí y por formar el hombre que soy hoy en día..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mi mamá por darme todo el cariño del mundo. A mi papá por exigirme tanto y por creer en mí. A mi hermano por darme todo el apoyo del mundo. Eres el mejor hermano que existe. A Danitza por ayudarme tanto estos dos últimos años y por confiar siempre en mí. A mis abuelos que tanto me quieren. A mis tíos por brindarme su apoyo. A mis profesores por brindarme todos sus conocimientos. A mis tutores por la inmensa ayuda que me prestaron, sin ellos no hubiera sido posible. A El Ñame, El Pollo y a Pawy por ser mis amigos de años en el pre y en la universidad. A mis amigos de Camagüey y de Ciego por todo lo que pasamos estos cinco años, a mis amigos, los fanáticos de Villa Clara, a los espirituanos y a los cienfuegueros, a todos los llevo en el corazón..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Las labores a realizar por el diplomante son: Caracterizar los materiales utilizados en la envolvente opaca de las viviendas sociales y sus espacios, bajo enfoques de su comportamiento térmico-lumínico. Preparar la base de equipamiento necesaria en forma de laboratorio primario, como sensores para la medición de iluminación y sensores térmicos especializados para medir y calcular los parámetros de confort térmico-lumínico en las viviendas. Diseño e implementación de un software de cálculo que facilite análisis de mediciones y bases de datos para lograr el historial de los resultados, además de normas y estándares empleados. Así como que nos viabilice la evaluación del confort interior y la eficiencia energética de las propuestas constructivas, respecto a su comportamiento ambiental. Brindar recomendaciones técnicas y propuestas de evaluaciones de confort, de los casos estudiados y evaluados que contemplen criterios de la efectividad y eficiencia energética de los resultados construidos y por tanto de las soluciones de diseño en relación con el medio ambiente natural y construido.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. El presente trabajo de diploma se basa en la necesidad de creación de un software para el procesamiento de variables medioambientales, que ayude a utilizar más eficientemente, los cálculos de la temperatura del aire, en función del confort térmico, los niveles de iluminación natural, en función del confort lumínico y la eficiencia energética, para mejorar las soluciones de diseños de viviendas utilizando materiales de construcción apropiados en función de las evaluaciones realizadas. En tal sentido es de destacar que las viviendas que se construyen actualmente, se corresponden con una necesidad social pero los factores ambientales térmicos y energéticos a partir del confort térmico y lumínico de sus espacios no son tomados en cuenta con el peso relativo e importancia que debieran tener, y se apartan de nuestras realidades climáticas. El trabajo se realizó sobre el lenguaje de programación LabVIEW 7.1, muy adecuado para aplicación de la computación a tareas de medición en tiempo real con diversos dispositivos. Se contó con recursos materiales sin los cuales hubiera sido imposible la labor desarrollada, entre estos están. una estación. meteorológica, así como los sensores PCE-222, una Computadora Personal adecuada y habilitada para estos fines..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 1. Fundamentos conceptuales del trabajo. .......................................................................... 1 2. Fundamentos metodológicos. ......................................................................................... 2 2.1 Objeto de investigación. ............................................................................................... 2 2.2 Definición del Problema. .............................................................................................. 2 2.3 Hipótesis y variables del Trabajo.................................................................................. 2 2.4 Objetivo General: .......................................................................................................... 2 2.5 Objetivos Específicos: .................................................................................................. 2 2.6 Tareas de investigación ................................................................................................. 3 2.7 Metodología de Trabajo: ............................................................................................... 3 2.8 Aportes. ......................................................................................................................... 4 2.9 Resultados Fundamentales ........................................................................................... 5 2.10 Estructura del Trabajo:................................................................................................ 5.

(10) vii CAPÍTULO 1.. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL. TEMA DE ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS.............................................. 6 1.1. Introducción al capítulo .......................................................................................... 6. 1.2. Características generales de los programas de construcción y rehabilitación de. viviendas en relación, con el confort térmico y lumínico vinculados a los espacios de viviendas ............................................................................................................................. 7 1.2.1. Breve comentario sobre los espacios de la vivienda. Topologías I, II y III. .. 9. 1.2.2. Elementos que inciden en el confort térmico y lumínico ............................. 11. 1.3. Consideraciones acerca del confort térmico y lumínico en los espacios de la. vivienda ............................................................................................................................. 15 1.3.1.. Internacionalmente........................................................................................ 15. 1.3.2.. Nacionalmente .............................................................................................. 16. 1.4.. Sistemas automatizados y su aplicabilidad ........................................................... 23. 1.4.1.. Internacionales .............................................................................................. 23. 1.4.2.. Nacionales ....................................................................................................... 24. 1.5.. Instrumentación para la medición de parámetros ambientales ............................. 24. 1.5.1. Principales firmas de fabricantes, dispositivos para la medición y principios de funcionamiento ............................................................................................................. 24 1.6.. Herramientas de programación empleadas en el trabajo ...................................... 25. 1.6.1. 1.7.. Lenguaje de programación LabVIEW 7.1 .................................................... 25. Conclusiones parciales .......................................................................................... 27. CAPÍTULO 2.. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL. CONFORT TÉRMICO Y LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA ............ 28 2.1 Introducción al capítulo ............................................................................................. 28 2.2 Importancia del IDE del LabVIEW para el diseño y desarrollo del software ............ 28 2.3. Diseño estructural del software ConfortARQ ....................................................... 31.

(11) viii 2.4. Interfaz de usuario ................................................................................................ 32. 2.4.1. Interfaz de ConfortARQ ............................................................................... 32. 2.4.2. Interfaz de cálculo real, cálculo simulado y confort lumínico ...................... 33. 2.5. Almacenamiento temporal de datos ...................................................................... 35. 2.6. Ejecutable e instalador .......................................................................................... 36. 2.7. Conclusiones parciales .......................................................................................... 36. CAPÍTULO 3.. VALIDACIÓN DE RESULTADOS ........................................................ 38. 3.1. Introducción .......................................................................................................... 38. 3.2. Estabilidad del software en el análisis de las muestras ......................................... 38. 3.3. Validación del algoritmo y fiabilidad de los resultados ....................................... 39. 3.4. Conclusiones y análisis al respecto ....................................................................... 46. 3.5. Análisis económico ............................................................................................... 47. 3.6. Conclusiones del capítulo ..................................................................................... 48. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 49 Conclusiones ..................................................................................................................... 49 Recomendaciones ............................................................................................................. 50 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 51 ANEXOS .............................................................................................................................. 53 Anexo I. Manual de usuario ......................................................................................... 53. Anexo II Modelo del Reporte de Aplicación ................................................................... 59.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. 1. Fundamentos conceptuales del trabajo. El desarrollo constructivo del país está inmerso en la remodelación, rehabilitación y edificación de obras nuevas en múltiples programas, entre ellos el Programa de la Vivienda que está impulsando la introducción de diversas tecnologías, muchas de las cuales son de producción nacional o local y otras provienen de fuentes externas del país, como son las tecnologías basadas en el polietileno expandido, ecomateriales, el sistema Petrocasa y otros. Junto con estas acciones, se aplican diversas soluciones tipificadas de proyecto a escala nacional y localmente así como se aplican soluciones tecnológicas a escala local y territorial en general, que tienen como objetivo contribuir al mejoramiento del fondo habitacional y rehabilitando las edificaciones de mayor deterioro. No obstante lo anterior, no siempre se dispone de un herramental técnico que permita conocer con mayor certeza las condiciones de confort térmico y lumínico así como la evaluación de la eficiencia energética de las soluciones que se realizan en correspondencia con los niveles de iluminación natural y. además no siempre son satisfactorias las. expectativas de bienestar que plantean los usuarios. El proyecto se propone aportar un sistema automatizado que permita disponer de la información necesaria para así, evaluar el confort interior térmico, lumínico y la eficiencia energética de las soluciones; así como tener en cuenta este factor en la toma de decisiones para el desarrollo de los proyectos, transferencia y asimilación de materiales y tecnologías adecuados a las condiciones ambientales de Cuba..

(13) INTRODUCCIÓN. 2. 2. Fundamentos metodológicos. 2.1 Objeto de investigación. “Los resultados del confort térmico, lumínico y la eficiencia energética en los espacios de las viviendas”. 2.2 Definición del Problema. El Problema Científico a resolver es: Se están introduciendo diversos materiales, tecnologías y soluciones de diseño para viviendas, que si bien influyen positivamente en el mejoramiento del fondo habitacional, carecen estos espacios de un estudio sobre sus parámetros de confort térmico, lumínico y eficiencia energética entre otros factores. ¿Cómo podrían evaluarse de forma efectiva en tiempo real, los espacios que conforman las diferentes soluciones de viviendas, que se ejecutan actualmente en relación con sus diferentes envolturas opacas y permeables? 2.3 Hipótesis y variables del Trabajo. Si se dispusiera de un software de cálculo y simulación que permita la evaluación del confort térmico y lumínico de los espacios interiores de la vivienda y que además posibilite un análisis de la. eficiencia energética de las propuestas constructivas, respecto a su. comportamiento ambiental, se lograría una mayor efectividad y eficiencia en las decisiones sobre las variantes de proyectos a realizar y los materiales a utilizar. 2.4 Objetivo General: . Implementar un software de cálculo que posibilite calcular y evaluar los resultados de confort térmico y lumínico de soluciones de viviendas como tema de estudio.. 2.5 Objetivos Específicos:  Establecer una caracterización de los espacios de la vivienda y materiales utilizados en la envolvente opaca y permeable que se construyen actualmente dentro de los programas estatales masivos, bajo enfoques de su comportamiento térmicolumínico..

(14) INTRODUCCIÓN. 3.  Diseño e implementación de un software de cálculo que facilite, el análisis de mediciones y de bases de datos creadas en tiempo real o de datos para la evaluación del confort térmico y lumínico de las soluciones de viviendas.  Proponer recomendaciones técnicas y propuestas de evaluaciones de confort, de los casos evaluados que contemplen criterios de bienestar y eficiencia energética de los resultados construidos y por tanto de las soluciones de diseño en relación con el medio ambiente natural y construido. 2.6 Tareas de investigación 1 - Revisión Bibliográfica donde se haga un estudio de los espacios que conforman las soluciones de viviendas que se ejecutan actualmente en los programas y de las condiciones de confort que se establecen en la bibliografía y normativas cubanas e internacionales al respecto. 2 - Análisis de los instrumentos de medición de parámetros de confort térmico, lumínico y su integración con los sistemas de adquisición de datos y procesamiento de los mismos. 3 - Diseño e implementación del software de procesamiento de los resultados. 4 - Evaluación de los resultados y propuestas de recomendaciones en relación con análisis comparativos de los mismos 2.7 Metodología de Trabajo: Entre los diferentes métodos utilizados se encuentran, la revisión documental, análisis y síntesis, interpretación de variables, método histórico-lógico, la deducción y la inducción, y criterios de expertos. Se ha adoptado un método con fundamento dialéctico, que parte de lo general a lo particular, analizando las experiencias teóricas y prácticas más generales. Esta metodología se resume en el diagrama No 1, y consta de tres etapas..

(15) INTRODUCCIÓN. 4. Diagrama 1 Primera Etapa: Caracterización del Objeto de Estudio.. Definición del problema de. Búsqueda bibliográfica. Estudio, Hipótesis y Objetivos. Entrevista a especialistas Consulta de la base. Segunda Etapa: Caracterización de losGeneral Teórica espacios y soluciones de viviendas, análisis, mediciones, sistema y base de datos. implementación automatizado de -Mediciones en viviendas. Software y Base de datos. -Procedimiento de análisis.. Diseño. e. -Confort térmico. Tercera Etapa: Comparación y Propuestas. Estudio. comparativo. de. -Confort lumínico.. los. Propuesta de recomendaciones y. resultados de las condiciones de. certificación de las condiciones de. confort térmico y lumínico.. confort en las viviendas.. Conclusiones y Recomendaciones. 2.8 Aportes. Se pueden clasificar en tres grupos, teóricos, prácticos y metodológicos. Teórico: - El trabajo será un instrumento eficiente para el estudio e investigación de las condiciones de confort térmico, lumínico y eficiencia energética de las viviendas. Metodológico: - Se implementará un software para la evaluación y certificación de las condiciones de confort de las soluciones de viviendas, de acuerdo con las legislaciones vigentes..

(16) INTRODUCCIÓN. 5. Práctico: - El presente trabajo ofrecerá un diagnóstico del comportamiento de las condiciones de confort térmico, lumínico y la eficiencia energética de las soluciones de viviendas y la certificación de estas condiciones. 2.9 Resultados Fundamentales A través del presente trabajo se pretende formar las bases para un laboratorio especializado para evaluar las condiciones de confort térmico y lumínico de las viviendas en tiempo real o a partir de bases de datos y de las normativas. Esto se pretende lograr a través de resultados de mediciones en tiempo real y sobre base de datos, para ello se dispondrá del montaje de un laboratorio piloto con sensores térmicos y lumínicos además de la implementación del sistema computacional para procesar los datos. 2.10 Estructura del Trabajo: Introducción: Planteamiento del problema a resolver e hipótesis. Definición de objetivos y procedimiento metodológico para enfrentar la investigación. Capítulo 1: Estado del arte. Marco teórico conceptual del tema. Actualidades y tendencias nacionales e internacionales, en relación con estos aspectos. Evaluación y descripción de las herramientas e instrumentación que se utilizará. Capítulo 2: Implementación del sistema de monitoreo y mediciones de los parámetros térmicos, y lumínicos de las soluciones de viviendas. Elaboración del software que procesará los datos recibidos para emitir una evaluación y reporte de calidad. Capítulo 3: Evaluación de la calidad del sistema a través de comparación con otros valores. Propuestas de recomendaciones en relación con los resultados. Resumen de objetivos alcanzados..

(17) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 6. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y. CONCEPTUAL DEL TEMA DE ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. 1.1. Introducción al capítulo. El principal objetivo al proyectar un edificio, desde el punto de vista térmico, consiste en lograr un ambiente interior cuyas condiciones se encuentren muy próximas a la de confort. Es decir que en términos arquitectónicos, la planificación y el sistema constructivo de un edificio, deben utilizar al máximo las posibilidades naturales del entorno y las propias características de los materiales para mejorar las condiciones interiores, sin recurrir a la utilización de equipos mecánicos, consumidores de energía. En el presente apartado es objetivo realizar un estudio detallado del confort interior particularmente térmico dado en las temperaturas interiores y los parámetros lumínicos aplicado a la arquitectura. El conocimiento de temáticas como el confort higrotérmico, ambiental, visual, térmico; el control ambiental y el diseño bioclimático contribuyen en sobremanera a una arquitectura confortable. El presente capítulo abordará y explicará algunos conceptos manejados en el ámbito de la arquitectura y que tienen relación con la automática en cuanto a software y sistemas. Confort térmico, lumínico y eficiencia energética son los principales términos mencionados. Estos están en estrecha relación con los objetivos que se persiguen en la realización de este trabajo, así como de su posterior perfeccionamiento en otros trabajos futuros para lograr mayores y mejores prestaciones de gran calidad. Es necesario aclarar que la mayor cantidad de información fue incorporada de artículos cuyos autores se referencian al final de cada párrafo en los que se hace alusión a sus trabajos..

(18) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 7. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. El capítulo está estructurado por varios apartados: El apartado 1.2 se dedica a la información referente al confort térmico, lumínico y eficiencia energética, así como información sobre los distintos tipos de topologías constructivas de las viviendas. En el apartado 1.3 se aborda todo lo referente a estudios realizados internacionales y nacionales sobre el tema. El apartado 1.4 trata sobre los sistemas utilizados para el cálculo y la simulación del confort térmico, lumínico y de la eficiencia energética en las viviendas tanto internacionalmente, como nacionalmente. El apartado 1.5 trata acerca de la instrumentación para la medición de parámetros ambientales y sus principales fabricantes. El apartado 1.6 está dedicado a la plataforma de programación empleada para la realización del software. En el apartado 1.7 se abordan las consideraciones finales del capítulo. 1.2. Características generales de los programas de construcción y rehabilitación de viviendas en relación, con el confort térmico y lumínico vinculados a los espacios de viviendas. PR-01: Desarrollo de la construcción, el mantenimiento y la rehabilitación de la vivienda y las urbanizaciones. PR-05: Optimización del consumo material, energético y preservación del medio ambiente en la construcción y la producción material. Los programas de desarrollo constructivo tanto de remodelación, rehabilitación y edificación de obras nuevas que se llevan a cabo dentro del Programa de la Vivienda, están impulsando la construcción por medios estatales y por esfuerzo propio de la población e introduciendo los materiales tradicionales de muros de bloques o ladrillos y otros de diversas tecnologías, muchas de ellas de producción nacional o local y otras de fuentes.

(19) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 8. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. externas. del país, como son las tecnologías basadas en el polietileno expandido,. ecomateriales, el sistema Petrocasa y otros. Sin embargo las soluciones de proyecto y los resultados finales si bien contribuyen al mejoramiento del fondo habitacional, no tienen ni se logran en todos los casos ambientes interiores confortables en relación con los valores de temperatura e iluminación y provocan gastos energéticos para lograr estos ansiados valores de confort. Las condiciones de comodidad o confort térmico dependen de las variables del medio ambiente, como la temperatura, humedad, velocidad del aire y radiación incidente. Los métodos para determinar las condiciones de comodidad térmica se desarrollaron desde finales del siglo pasado, y a partir de estos se implementaron normas o sugerencias de valores de los parámetros, dentro de los cuales el ser humano siente comodidad. Estas especificaciones de temperatura y humedad que determinan la zona de comodidad, pueden verse modificadas por: _ La presencia de viento, el cual incrementa el mecanismo de transferencia de calor por convección (movimiento del aire). _ La incidencia de radiación (calor emitido por el sol o las superficies caliente), lo que dificulta la salida de calor del cuerpo humano. _ La ocurrencia de enfriamiento por evaporación en el aire que entra en contacto con el cuerpo humano, lo cual aumenta la salida de calor del mismo. _ La pérdida de radiación infrarroja del cuerpo humano debido a superficies frías que lo circundan, lo que favorece la salida el confort térmico. _ La modificación de la temperatura del aire que entra en contacto con el cuerpo humano debido a la transferencia de calor por convección con materiales que conforman el medio ambiente y que son capaces de almacenar calor de manera sensible (estos materiales pueden ser los materiales de construcción del edificio). Los conceptos listados anteriormente, resultan ser de suma importancia para fijar las estrategias de diseño térmico de una vivienda. El confort en la vivienda se puede lograr por medio de una serie de soluciones sencillas y poco costosas, que permiten limitar las ganancias de calor dentro de la vivienda, enfriarla de una manera más económica, o calentarla si es el caso..

(20) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 9. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. Ante cualquier condición climática, la vivienda debe intentar conseguir el máximo nivel de confortabilidad, lo cual implica el estudio de un fenómeno complejo en el que intervienen muchos parámetros y factores: el clima, el cual se puede entender como el conjunto de condiciones atmosféricas que caracterizan a una región o como el efecto a largo plazo de la radiación solar sobre la superficie y la atmósfera de la tierra en rotación. El modo más fácil de interpretarlo es en términos de medias anuales o estacionales de temperatura, humedad relativa y precipitaciones. En relación con el confort lumínico y su incidencia en la eficiencia energética es cada vez más demostrable su necesidad y depende del cielo de diseño y valores que en Cuba son tan significativos que deben ser considerados. En tal sentido el MICONS propone líneas investigativas para ello como los programas, PR-01: Desarrollo de la construcción, el mantenimiento y la rehabilitación de la vivienda y las urbanizaciones y PR-05: Optimización del consumo material y energético y preservación del medio ambiente en la construcción y la producción material. 1.2.1 Breve comentario sobre los espacios de la vivienda. Topologías I, II y III. En este sentido solo se quiere comentar que el Instituto Nacional de la Vivienda INV, elaboró proyectos de viviendas clasificandolos en tipología I, II y III en dependencia de sus areas y costes, así como los materiales para sus envolturas opacas y permeables y terminaciones. Los espacios van desde sala , comedor, ambos, servicio sanitario, patio de servicio o terraza y entre una y tres habitaciones, más garage de ser necesario o portal. Se muestran ejemplos de algunas de ellas que fueron utilizadas para aplicar los resultados del trabajo que se comentarán en capítulos posteriores. Se muestran plantas arquitectónicas con los espacios de la vivienda y fotos de las mismas..

(21) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. Figura 1. Ejemplos de plantas arquitectónicas. 10.

(22) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 11. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. 1.2.2 Elementos que inciden en el confort térmico y lumínico La ASHRAE define el confort térmico como “La condición mental que expresa satisfacción con el entorno térmico“. El confort térmico es un concepto subjetivo que expresa el bienestar físico y psicológico del individuo cuando las condiciones de temperatura, humedad y movimiento del aire son favorables a la actividad que desarrolla. El mismo está estrechamente interrelacionado con las soluciones arquitectónicas para las viviendas. La adecuación de las soluciones arquitectónicas y urbanas a las condiciones climáticas del medio reporta beneficios en cuanto al ahorro en el consumo energético de las edificaciones, fundamentalmente en los casos en que se utilizan medios de climatización artificial y también con respecto al bienestar térmico de las personas en los espacios interiores. A este último aspecto se le concede a veces menor importancia en países en desarrollo, donde lo benigno del clima permite prescindir de los sistemas de climatización artificial y por tanto el diseño bioclimático no se revierte en un beneficio económico directo. Tal es el caso de Cuba. Sin embargo, está demostrado que la exposición sistemática de las personas a condiciones, climáticas, desfavorables, aun cuando no reporten consecuencias trágicas en el caso de Cuba, sí producen afectaciones en las capacidades de trabajo mental y físico para disfrutar, descansar y dormir, e incluso aumenta la ocurrencia de ciertas enfermedades que implican consecuencias económicas indirectas(Couret, 2002). Los primeros en emplear el término de diseño bioclimático con vistas a soluciones de confort, fueron los hermanos Olgyay, quienes por primera vez dieron un enfoque científico al diseño arquitectónico como respuesta a las condiciones del clima circundante. Otros autores internacionales, entre los que se destacan Givony, Szokolay, Koenigsberger, Serra, Martín, Evans, Fanger, Puppo y los latinoamericanos Rivero y Aroztegui, continuaron estudiando el tema e intentaron descifrar las sensaciones percibidas por los seres humanos ante diferentes combinaciones de parámetros climáticos, así como el rol de la arquitectura y los elementos de diseño en la modulación del ambiente térmico en los espacios interiores. Múltiples han sido los diagramas de confort propuestos a partir de la Carta bioclimática de Olgyay y los métodos inicialmente analíticos y gráficos hoy automatizados desarrollados.

(23) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 12. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. para evaluar la influencia de las soluciones de diseño en el confort térmico humano (Couret, 2002). El confort térmico está estrechamente vinculado con factores como, la temperatura del aire, humedad relativa y la velocidad del viento. En dependencia del comportamiento de estas variables medioambientales se logrará, un buen grado de bienestar térmico. Los valores óptimos para alcanzar el bienestar térmico utilizando la expresión de cálculo de la temperatura efectiva TE. Según Missenard: TE=ta -0,4(ta-10) (1-HR/100); (Missenard, 1963) Según Brooks: TE = ta- ((100- HR) / 80) (0,00439 (ta-31)2+0,456 (ta-31)+9,5) TE >=30 oC.. Muy cálido. 26,1<= TE <=30 oC.. Cálido. 22,1<= TE <=26 oC.. Confortable. 18,1<= TE <=22 oC.. Fresco. 14,1<= TE <=18 oC.. Frío. TE <=14 o C.. Muy frío. ta: temperatura del aire. HR: humedad relativa. Un rango de valores muy óptimo para la HR se encuentra entre 30% y 70% de HR. En cuanto a velocidad del viento debe estar 1.0m/s a 1.5m/s (López, 2003)..

(24) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 13. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. El confort y la eficiencia visual se producen cuando tenemos una buena visión y rápida distinción del objeto de trabajo con el mínimo de fatiga visual. Para lograr estas condiciones es necesario garantizar un nivel de iluminación adecuado al trabajo que se realice y una buena calidad de la iluminación (Orbea, 1988). Nivel de iluminación: Es la intensidad de la iluminación con respecto a otra que sirve de referencia. Se mide mediante el coeficiente de iluminación natural o factor de día: e = (Ep / Eh)*100% e: coeficiente de iluminación naturales un punto p en el interior del local. Ep: valor de la iluminación en el punto p. Eh: valor de la iluminación exterior de una superficie horizontal al aire libre iluminada por la luz difusa de toda la bóveda celeste, en Cuba Eh =10 000 lux (Orbea, 1988).. Calidad de la iluminación. En esta se incluyen los factores siguientes: a. uniformidad de la iluminación. b. deslumbramiento. c. contraste del objeto de trabajo con el fondo. d. dirección de los rayos luminosos. a) Uniformidad: Este es un factor que tiene un gran peso en la calidad de la iluminación, ya que la falta de uniformidad, puede producir fatiga visual por la necesidad de adaptación constante del ojo. Esto se produce cuando dentro de un mismo local existen diferencias muy notables entre los niveles de iluminación. U = Emin / Emáx (Orbea, 1988). U mayor que 3 según la norma cubana (NC-53/86, 1983)..

(25) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 14. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. b) Deslumbramiento: El deslumbramiento es uno de los factores que puede causar mayores molestias y dificultar la visión. Se produce cuando una fuente de luz natural o artificial de gran intensidad incide dentro del campo visual de la persona (Orbea, 1988). c) Contraste: Para que este se produzca en condiciones de confort visual es necesario lograr una graduación de las luminancias tal, que la luminancia del objeto de trabajo sea mayor que la del fondo y esta última a su vez, que la de su entorno inmediato (Orbea, 1988). d) Dirección del rayo luminoso: Esta debe tenerse en cuenta al ubicar los puestos de trabajo y las ventanas para lograr que ni el equipamiento ni la propia persona constituyan un obstáculo al paso de la luz ni puedan producirse sombras inadecuadas (Orbea, 1988). Eficiencia energética: La eficiencia energética y el ahorro de energía son dos conceptos muy relacionados entre sí pero diferentes. El ahorro de energía, según Campos, es obtenido cuando se reduce el consumo de la energía, medido en sus términos físicos. Es el resultado por ejemplo, del incremento de la productividad o el desarrollo de tecnologías de menores consumos de energía. La eficiencia energética es obtenida, sin embargo cuando se reduce la intensidad energética de un producto dado (consumo de energía por unidad de producto), o cuando el consumo de energía es reducido sin afectar la cantidad producida o los niveles de confort. La eficiencia energética contribuye a la conservación de la energía. Lo que se persigue en ambas es mitigar la situación de que la humanidad, en los últimos 200 años ha consumido el 60% de los recursos energéticos fósiles que fueron creados durante 3 millones de años, pero en un caso se espera reducir el valor total del consumo y en otro ser más eficiente en el uso (Campos, 2005). ¿Por qué es importante elevar la eficiencia energética? A nivel Global los beneficios de la eficiencia energética son la reducción de las emisiones contaminantes y la contribución al desarrollo sustentable. A nivel de nación, la.

(26) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 15. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. conservación de los recursos energéticos límites, la mejora de la seguridad energética. La reducción de las importaciones de energéticos y la reducción de costos que pueden ser utilizados para el desarrollo. A nivel de vivienda el incremento de la eficiencia energética reduce las cuentas de energía, incrementa la productividad y las ganancias (Campos, 2005). 1.3. Consideraciones acerca del confort térmico y lumínico en los espacios de la vivienda. 1.3.1. Internacionalmente Son múltiples los esfuerzos que se realizan en el mundo con el objetivo mejorar la eficiencia energética, así como también por alcanzar el confort térmico y lumínico dentro de la vivienda. En Málaga, España la CIE (Comité Español de Iluminación) llevó a cabo una propuesta llamada. “Modelo de ordenanza de alumbrado exterior para la protección del medio. ambiente mediante la mejora de la eficiencia energética.”. El mismo estuvo dirigido a promover el ahorro energético y reducir el resplandor luminoso nocturno, mediante un buen diseño del alumbrado y tecnologías eficientes (Abaigar, 2006). En la Unión Europea se llevó a cabo un proyecto con el nombre “CONCERTO” el mismo fue encaminado a incrementar la eficiencia energética, así como también, la comodidad, el bienestar y la calidad de las edificaciones. Para implementarlo se tomaron varias ciudades entre ellas Hanover y Nantes. Con el objetivo de incrementar la eficiencia energética en Hanover, fueron renovados más de 300 edificios para que correspondieran a las normas de eficiencia energética, se conformó un servicio para escuelas e inquilinos para promover el ahorro de energía y por último los ecoedificios están conectados a la calefacción local, que es a base de sistemas para combinación de calor y electricidad (EVE, 2006). El 19 de junio del 2002 en la ciudad de Terrassa fue revisado y aprobado el documento “Medidas de eficiencia energética, de ahorro y otros criterios ambientales para incorporar en los edificios y equipamientos municipales”, el mismo fue elaborado por iniciativa del Grupo de Trabajo de Flujos Metabólicos de la Red de Ciudades y Pueblos hacia la sostenibilidad. En el mismo se tienen en cuenta aspectos como los aislamientos térmicos,.

(27) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 16. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. recomendaciones sobre iluminación natural, medidas para reducir el consumo de energía y sistemas de climatización eficientes para alcanzar el confort. Algunas de estas medidas son: En cuanto aislamiento térmico: Mejorar los aislamientos de las ventanas, que son los elementos que tienen más pérdida de calor. El paso de una ventana simple a una doble puede comportar una disminución de hasta el 15% del gasto de calefacción. Evitar los puentes térmicos. La pérdida de calor provocada por los puentes térmicos puede llegar a representar el 10% del consumo de calefacción. Aislar térmicamente el primer techo o la solera en contacto con el suelo si el espacio superior que definen es un local calentado. Minimizar las infiltraciones de aire exterior. Instalar puertas dobles o automáticas en los accesos, o mejorar los cierres haciéndolos más herméticos. Recomendaciones de iluminación natural: . Instalar elementos para la captación de luz natural, que tendrán que ir protegidos para minimizar su aportación a la carga de climatización del edificio.. . Es posible substituir las claraboyas por tubos de captación de la luz solar. Estos sistemas permiten captar la luz natural a través de un elemento situado en el exterior y la llevan hasta el espacio a iluminar mediante un tubo de material refractante. La ventaja de este sistema frente a los tradicionales es que permite el paso de luz pero reduce las pérdidas térmicas, ya que el diámetro del tubo es muy inferior a las dimensiones de una claraboya.. . Es muy recomendable la utilización de pinturas y materiales claros para el acabado de las paredes y los techos, ya que permite un ahorro importante de luz artificial (Martín, 2002).. 1.3.2. Nacionalmente En Cuba, como consecuencia del hostigamiento político, el bloqueo económico que dura ya más de 40 años y la amenaza a nuestra seguridad y soberanía por el estado más poderoso del mundo, dependemos como ningún otro país de nuestras propias fuerzas y recursos en.

(28) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 17. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. cuyo contexto, cobra una singular importancia el rigor con que se manejen nuestras riquezas y nuestros problemas en la medida en que seamos capaces de integrar los procesos naturales, sociales y culturales con los de desarrollo económico. Las propias dificultades de la situación del país generadas a partir del bloqueo económico impuesto, propiciaron al mismo tiempo una oportunidad única para desarrollar un proceso de construcción colectiva y creativa de alternativas de conocimiento científico y soluciones prácticas a los problemas ambientales que hoy preocupan a la humanidad en su conjunto. En Cuba se han hecho estudios sobre el confort térmico y la iluminación en las viviendas. Desde 1985 a 1989, especialistas del área de proyectos de la construcción del Instituto de Higiene y Epidemiología investigaron en varias zonas residenciales de Ciudad de La Habana si las edificaciones cumplían con los requisitos de iluminación, vibraciones, niveles sonoros y ventilación. Entre los resultados se determinó que la falta de bienestar térmico era uno de los dos factores que más afectaba a la población, tanto en el hogar como en el trabajo. Se realizaron algunas mediciones en edificios diferentes para poner a punto un método de investigación en esta primera etapa. Se midió en edificios LH de Plaza de la Revolución y más tarde se hizo un estudio de los patinejos de un edificio IMS de doce plantas. En 1984 se concibió un plan de investigaciones para determinar las características de loa edificios y se firmó un convenio entre el Grupo de Física Ambiental de la Dirección de Proyectos del MICONS y el Instituto de Higiene y Epidemiología del MINSAP, para realizar las investigaciones enmarcadas en un programa del CAME que se titula “Factores físicos como elementos de la higiene en el medio residencial”. Esta tiene entre otros objetivos la confección de las normas higiénicas y sanitarias para las condiciones ambientales en viviendas. Se escogieron dos zonas urbanas de la Ciudad de La Habana, en la que existían edificios altos, medios y bajos de similares características constructivas y se preparó un plan de investigaciones que abarcaban mediciones y encuestas que tenía en cuenta las variables ambientales en el interior y el exterior de los edificios, el ruido, la iluminación natural y artificial, las diversas opiniones de los vecinos sobre el confort de las viviendas. Una de las partes de esta investigación es la que concierne. a la evaluación de las condiciones.

(29) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 18. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. microclimáticas de la vivienda. Con el objetivo de determinar las condiciones microclimáticas en los edificios de vivienda de las áreas estudiadas se procedió al estudio estadístico de las variables meteorológicas, en interior de los mismos, para cada uno de los locales seleccionados. El estudio se dividió en cuatro etapas: . Mediciones.. . Preparación de los datos.. . Procesamiento.. . Análisis de los resultados y conclusiones.. . Mediciones. Las variables meteorológicas para medir en el interior del edificio fueron: . Temperatura del bulbo seco:. T15 tomada a 15 cm del suelo. T105 tomada a 105 cm del suelo. T165 tomada a 165 cm del suelo. . Humedad relativa.. Medida con sicrómetro (th) y (ts) a 105 cm del suelo. . Temperatura radiante.. Medida a través del termómetro de globo a 105 cm del suelo. . Velocidad del movimiento del aire.. Medida con anemómetro de aspas a 30 cm del vano de la ventana. Las mediciones se realizaron en los siguientes puntos de la vivienda: . Zona de estar.. . Cocina.. . Patio.. . Habitación número 1..

(30) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 19. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS.  . Habitación número 2. Preparación de los datos.. Se confeccionaron ficheros con los datos obtenidos siguiendo un escalonamiento como sigue: Datos por apartamentos: Se abrió un fichero de identificación para cada apartamento, en el que aparecen los siguientes datos. . Distrito. (Centro Habana o Plaza de la Revolución). . Edificio. (tipo de edificio IMS, SP-72, 4 plantas, etc.). . Apartamento. (número o letra correspondiente). . Piso.. . Época del año. (invierno o verano). . Fecha.. . Hora y minuto.. . Listado de datos por local / variable. (las mencionadas arriba)  Procesamiento.. Con ayuda del programa MICROSTAT se realizó el análisis estadístico preliminar, para determinar en este primer estudio los valores extremos obtenidos y la distribución de frecuencias referidas a estos valores límites establecidos por las normas. Se tomaron las mediciones de dirección y velocidad del viento para las ventanas y aperturas entre locales, con vistas a confeccionar los diagramas de flujo en el interior de las viviendas.  Análisis de datos y conclusiones. Se propone analizar: . La influencia de la configuración del edificio en el microclima interior.. . La influencia de los patinejos como aspecto particular.. . La variación de los valores extremos dentro y fuera del edificio..

(31) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 20. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. . La influencia de los materiales del edificio en el microclima interior.. Se combinarán los resultados de las investigaciones microclimáticas con las demás enmarcadas. en. el. tema. y se. confeccionarán. las. normas. higiénico-sanitarias. correspondientes (Pérez, 1984). En la provincia de Villa Clara se llevó a cabo un estudio para las distintas variables como son permeabilidad del viento y permeabilidad a la luz natural, que arrojó los siguientes resultados: En la expresión de permeabilidad al viento: PV= vi / 0,28v. fr1fr2…..fr6, donde Pv es directamente proporcional a la vi, e inversamente proporcional a v y al coeficiente de regulación fr, dichos términos asumen los siguientes valores: vi - se expresa en m/s y toma valores de 0.2, 0.5, 1 y 1.5 que son valores recomendables para viviendas. v- se expresa en Km /h y corresponde al menor valor de la frecuencia predominante anual. fr1- se aplica a la diferencia de gradientes de presiones respecto al edificio tipo, teniendo en cuenta los ángulos de incidencia del viento exterior. Para hacer más específica la expresión de permeabilidad al viento se estableció el menor número posible de condiciones, por lo tanto, los valores de fr1 quedan referidos a: Tabla 1. Valores de fr1 Edificio tipo 1. 30˚. Volumen simple aislado en 1. 45˚. 60˚. 75˚. 90˚. 1. 1. 1. 1. 0,68. 0,71. 0,71. 0,71. 1,07. 1,04. 1,03. 1,02. zona abierta 2. Volumen simple aislado en 0,65 zona urbana. 3. Edificio de vivienda en 1,1.

(32) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 21. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. zona abierta 4. Edificio de vivienda en 0,48. 0,5. 0,53. 0,55. 0,57. zona urbana. En los casos de edificios de viviendas en zona abierta y urbana se promediaron los valores para 30o, 60o y 90o para las diferentes posiciones de la vivienda dentro del edificio, todos los valores de 45o y 75o son ploteados. En fr2, coeficiente que depende del tipo de ventilación, quedaron asumidos los valores de 1 para ventilación cruzada y 0,5 para ventilación no cruzada. En fr3, aplicable al tipo de ventana, queda reducido al valor de 0,8 que es el de ventanas de tablillas convencionales. En fr4, factor de eficiencia del flujo de aire sobre la zona habitable, se establecerá un solo valor de 0,75, que es el de hueco con tablillas convencionales al centro de la fachada. En fr5, aplicable a las características del relieve topográfico, comprende ahora la topografía plana únicamente, para un valor de 1. En fr6, aplicable a los casos de obstrucción directa al viento, se consideró una obstaculización media a 150m de radio con 0,8 para zona abierta y 1 para zona urbana. A partir de tales especificaciones se llegó a un resultado de 8 condiciones tipo, donde se expresan los valores de permeabilidad para cada ángulo. Valores de permeabilidad del viento: CONDICIÓN 1: Volumen simple aislado en zona abierta con ventilación cruzada y obstaculización media al viento..

(33) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. Tabla 2. Valores de permeabilidad Valores de permeabilidad Municipio. vi. v. 30o -90o. SAGUA LA 0,20 7,10 1 GRANDE. 0,05. 0,50 7,10. 0,12. 1,00 7,10. 0,24. TOPES DE 0,20 9,60 2 COLLANTES. 0,04. 0,50 9,60. 0,09. 1,00 9,60. 0,18. 0,20 10,4. 0,03. 0,50 10,4. 0,08. 1,00 10,4. 0,16. CAIBARIÉN 0,20 13,5. 0,03. 0,50 13,5. 0,06. 1,00 13,5. 0,13. SANTA 3 CLARA. 4. (Álvarez, 2003). Cálculo a la permeabilidad de la luz natural: Método aproximado para determinar el área de ventana necesaria. Se calcula por la siguiente fórmula: Pln = (Av.100. τv.ц)/(Ap.f1.k) Donde: Av: Área del vano de iluminación.. 22.

(34) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 23. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. τv: coeficiente global de reducción. ц: factor de corrección de la luz reflejada por las superficies interiores del local. Ap: área del piso del local, m2. f1: características del vano de iluminación. k: coeficiente que considera la obstrucción por edificios aledaños a las ventanas (López, 2003). 1.4. Sistemas automatizados y su aplicabilidad 1.4.1. Internacionales  ¿Para que sirve la simulación y la evaluación energética de las edificaciones? Para aplicar la sostenibilidad a la ingeniería de la edificación, mediante una reducción del consumo energético del sector o una mejor eficiencia energética de los edificios, es imprescindible la realización de estudios que ayuden a minimizar los costes energéticos asociados al uso de los edificios. Para realizar estos estudios es muy útil la simulación del diseño de edificios, ya que permite realizar muchos casos, en poco tiempo y con pocos recursos económicos, solo con una computadora (Gómez, 2006).  Programas utilizados Para modelar los edificios se han usado los siguientes programas: . DOE-2.2. . Power DOE. . TRNSYS. . TRNSYS Studio. . TRNBuild. . Window 6.0. . Sombrero.  Proyectos realizados utilizando estos software Se han modelado los siguientes edificios:.

(35) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 24. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. . Edificio terminal del Aeropuerto de Valladolid. (TRNSYS y DOE). . Ampliación de Salidas del Aeropuerto de Tenerife Sur. (TRNSYS). . Edificio terminal del Aeropuerto de Santander. (TRNSYS). . Sistema de climatización Aeropuerto de Lanzarote. (TRNSYS). . Laboratorio de pila de hidrógeno (TRNSYS). . Sistemas solar térmica. Mallorca. (TRNSYS). . Sistemas fotovoltaicos. Santander, Melilla, Jerez de la Frontera y Cuatro Vientos. (TRNSYS) (Gómez, 2006). 1.4.2.. Nacionales. En Cuba se viene realizando un gran esfuerzo con el objetivo de introducir nuevas tecnologías, para ello se trabaja en las distintas esferas como la medicina, la industria petroquímica, el turismo, el ministerio de las comunicaciones, etc. Pero no se ha vinculado la automática al proceso de diseño de la vivienda, con el objetivo de reducir los gastos energéticos y mejorar el confort en la vivienda. 1.5. Instrumentación para la medición de parámetros ambientales 1.5.1. Principales firmas de fabricantes, dispositivos para la medición y principios de funcionamiento Entre las principales firmas, que se encuentran a la vanguardia de la producción de este tipo de instrumentos de medición ambientales, están la PCE-Group y la Dunhoff, las mismas ofrecen una amplia gama de instrumentos para llevar a cabo mediciones de velocidad del aire, temperatura, humedad relativa y sonido (PCE-IBERICA, 2009b, Dunhoff, 2009). . Anemómetros: El anemómetro es un aparato meteorológico que se usa para la predicción del tiempo y, específicamente, para medir la velocidad del viento. En meteorología, se usan principalmente los anemómetros de cazoletas o de molinete, especie de diminuto molino cuyas cuatro aspas se hallan constituidas por cazoletas sobre las cuales actúa la fuerza del viento; el número de vueltas puede ser leído directamente en un contador o registrado sobre una banda de.

(36) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 25. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. papel conocido como anemograma, en cuyo caso el aparato se denomina anemógrafo, aunque también los hay de tipo electrónicos. Entre ellos está el anemómetro Láser Doppler (S/A, 2009a). . Psicrómetro: Un psicrómetro es un aparato utilizado en meteorología para medir la humedad o contenido de vapor de agua en el aire, distinto a los higrómetros corrientes. Los psicrómetros constan de un termómetro de bulbo húmedo y un termómetro de bulbo seco. La humedad puede medirse a partir de la diferencia de temperatura entre ambos aparatos. El húmedo medirá una temperatura inferior producida por la evaporación de agua. Es importante para su correcto funcionamiento que el psicrómetro se instale aislado de vientos fuertes y de la luz solar directa (S/A, 2009d).. . Luxómetro: El luxómetro es un aparato que realiza medidas de los niveles de iluminación ambiental. Contiene una célula fotoeléctrica, que convierte la luz que recibe, en electricidad. Crea una corriente la cual se puede leer y representar en una escala de lux de un display (S/A, 2009c).. . Indicadores meteorológicos: Los mismos se emplean tanto en el interior como en el exterior, para llevar a cabo mediciones de humedad, temperatura, presión, y iluminación. Algunos indicadores meteorológicos cuentan también con un cálculo automático del punto de rocío o de funciones para almacenamiento de datos y su posterior valoración en la PC. Ejemplos de estos, al AVM-40, PCE222, 3 VIEW y el 4 Cast PC (PCE-IBERICA, 2009a).. 1.6. Herramientas de programación empleadas en el trabajo 1.6.1. Lenguaje de programación LabVIEW 7.1 LabVIEW constituye un revolucionario sistema de programación gráfica para aplicaciones que involucren adquisición, control, análisis y presentación de datos. Las ventajas que proporciona el empleo de LabVIEW se resumen en las siguientes: . Se reduce el tiempo de desarrollo de las aplicaciones al menos de 4 a 10 veces, ya que. es muy intuitivo y fácil de aprender..

(37) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 26. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. . Dota de gran flexibilidad al sistema, permitiendo cambios y actualizaciones tanto del. hardware como del software. . Da la posibilidad a los usuarios de crear soluciones completas y complejas.. . Con un único sistema de desarrollo se integran las funciones de adquisición, análisis y. presentación de datos. . El sistema está dotado de un compilador gráfico para lograr la máxima velocidad de. ejecución posible. . Tiene la posibilidad de incorporar aplicaciones escritas en otros lenguajes.. LabVIEW es un entorno de programación destinado al desarrollo de aplicaciones, similar a los sistemas de desarrollo comerciales que utilizan el lenguaje C o BASIC. Sin embargo, LabVIEW se diferencia de dichos programas en un importante aspecto: los citados lenguajes de programación se basan en líneas de texto para crear el código fuente del programa, mientras que LabVIEW emplea la programación gráfica o lenguaje G para crear programas basados en diagramas de bloques. Para el empleo de LabVIEW no se requiere gran experiencia en programación, ya que se emplean íconos, términos e ideas familiares a científicos e ingenieros, y se apoya sobre símbolos gráficos en lugar de lenguaje escrito para construir las aplicaciones. Por ello resulta mucho más intuitivo que el resto de lenguajes de programación convencionales. LabVIEW posee extensas librerías de funciones y subrutinas. Además de las funciones básicas de todo lenguaje de programación, LabVIEW incluye librerías específicas para la adquisición de datos, control de instrumentación y comunicación serie, análisis, presentación y guardado de datos. LabVIEW también proporciona potentes herramientas que facilitan la depuración de los programas. Los programas desarrollados mediante LabVIEW se denominan Instrumentos Virtuales (VIs), porque su apariencia y funcionamiento imitan los de un instrumento real. Sin embargo son análogos a las funciones creadas con los lenguajes de programación convencionales. Los VIs tienen una parte interactiva con el usuario y otra parte de código.

(38) CAPÍTULO 1. ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL DEL TEMA DE. 27. ESTUDIO, ANTECEDENTES Y TENDENCIAS. fuente, y aceptan parámetros procedentes de otros VIs. Todos los VIs tienen un panel frontal y un diagrama de bloques. Las paletas contienen las opciones que se emplean para crear y modificar los Vis (S/A, 2009e, S/A, 2009b) . 1.7. Conclusiones parciales Hasta el momento, ha quedado evidenciada la importancia de realizar una correcta evaluación del confort térmico-lumínico en los espacios de la vivienda, con vistas a mejorar la eficiencia energética. Además se ha explicado detalladamente en que consisten estos métodos de evaluación, pero es necesario aclarar que no son los únicos que existen. De esta forma se demuestra que para obtener una correcta evaluación, se deben realizar mediciones de un modo eficaz y eficiente de todas las variables medioambientales e implementar un correcto algoritmo de cálculo. Este trabajo está centrado en estos aspectos, en los próximos capítulos se abordará el tema de cómo se implementó el software para el cálculo y evaluación del mismo..

(39) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. 28. CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO Y LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. 2.1 Introducción al capítulo En este capítulo se abordará todo lo referente al diseño y creación del software “ConfortARQ”, sus principales características y los pasos seguidos en la creación del mismo. También se explican características y facilidades de la plataforma que permitió la programación y ejecución de los sistemas. El capítulo está estructurado por apartados: El apartado 2.2 está dedicado a la importancia del IDE (Integrated Development Environment) del LabVIEW para el diseño y desarrollo del software. El apartado 2.3 se dedica al diseño estructural del software ConfortARQ. El apartado 2.4 está dedicado a las interfaces de usuario. El apartado 2.5 se dedica al almacenamiento temporal de los datos. El apartado 2.6 está dedicado al ejecutable e instalador. En el apartado 2.7 se abordan las consideraciones finales del capítulo. 2.2 Importancia del IDE del LabVIEW para el diseño y desarrollo del software Se escogió la plataforma LabVIEW para realizar el software “ConfortARQ”, basándose en las potencialidades del mismo como son: . Usa un lenguaje de programación gráfica llamado "G"..

(40) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. . Diseñado para instrumentación, procesamiento, control, presentación de la información de forma eficiente.. . Usa la programación por flujo de datos.. . Velocidad del código compilado similar al "C".. . Multitarea, se pueden crear camino de flujos de datos independientes o paralelo. Se pueden ejecutar otras aplicaciones mientras se ejecuta una aplicación específica.. . Gran cantidad de funciones para ayudar a la programación.. . Biblioteca específica de aplicaciones para:. 1) Adquisición de datos. 2) Control de instrumentos seriales y con buses GPIB. 3) Análisis de datos. 4) Presentación de la información. 5) Almacenamiento de datos. . 29. Funciones específicas para:. 1) Generación de señales. 2) Procesamiento de señales. 3) Filtros. 4) Ventanas. 5) Estadísticas. 6) Regresión. 7) Álgebra lineal. . Trabajo con arreglos.. . Controles e indicadores para la presentación de la información:. 1) Gráficos. 2) Interruptores, indicadores visuales. 3) Tanques, termómetros, etc..

(41) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA . Análisis en tiempo real, posee funciones para el trabajo en tiempo real.. . Diferentes posibilidades para la comunicación con el exterior, uso de puertos,. 30. manejadores en DLL, comunicación serie, enlace con redes, protocolo TCT/IP para la comunicación en redes, etc. . LabVIEW posee VIs para controlar instrumentos a través de los buses GPIB, VXI, RS232.. . Posee manejadores para más de 150 interfaces de 40 fabricantes.. . Oferta manejadores para la comunicación con diferentes PLCs.. . Programación modular, jerárquica. Cada VI confeccionado puede así mismo ser una función de otra aplicación.. . Posibilidad del uso de intercambio dinámico de datos DDE y OLE.. . Manejo de base de datos, posibilidades de uso de SQL.. . Fácil su puesta a punto.. En el LabVIEW se promueve el concepto de programación modular. Esto significa lo siguiente: una aplicación consta de varios subVIs y estos a su vez de otros. Poseen la característica a diferencia de otros lenguajes, que los subVIs pueden ejecutarse independientemente, facilitando su puesta a punto. Por estas propiedades de forma muy fácil, un VI una vez desarrollado se puede aplicar a varias aplicaciones. Todas estas características hacen posible que sea el lenguaje escogido para realizar el desarrollo de “ConfortARQ” (Horta and Ramos, 2008, LabVIEW, 2009)..

(42) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. 31. 2.3 Diseño estructural del software ConfortARQ La estructura de “ConfortARQ” es jerárquica, posee cinco niveles bien diferenciados lógicamente. En el primer nivel se encuentra la pantalla de presentación, la cual carga en memoria todos los demás Vis que se encuentran en el segundo nivel. Las pantallas de los software de cálculo se encuentran en el segundo nivel y constituyen el centro del programa general, el objeto con el cual los usuarios van a procesar y obtener los resultados. En el tercer nivel se encuentran los métodos específicos de cálculos a desarrollar. El cuarto nivel tiene como objeto la selección de las fr y por último el sexto nivel es el encargado de conectar los parámetros con la tabla de almacenamiento temporal Global Datos.. Figura 2. Diseño estructural del software ConfortARQ.

(43) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. 32. 2.4 Interfaz de usuario 2.4.1 Interfaz de ConfortARQ La interfaz principal del software contiene un menú desplegable, el cual brinda información acerca de este, como: objeto del mismo, creadores y manual de usuario. Además contiene varias imágenes de presentación del mismo, en las cuales están incluidas el título y las imágenes de una vivienda. En la parte izquierda de la ventana se encuentran ubicados cuatro botones pulsadores los mismos son: cálculo real, simulación, confort lumínico y salir, cuyo objetivo consiste en abrir las ventanas para los cálculos posteriores del confort y posibilitar la salida del programa. Una vez ejecutado aparece el título centrado en la ventana, la misma no puede ser redimensionada o cerrada directamente, sino que antes debe efectuarse la salida del programa. Todas estas características permiten que ConfortARQ presente una interfaz agradable para los usuarios, así como fácil de utilizar.. Figura 3. Interfaz principal.

(44) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. 2.4.2 . 33. Interfaz de cálculo real, cálculo simulado y confort lumínico Cálculo real: La misma contiene tres controles, estos permiten introducir los valores temperatura del aire, humedad relativa y velocidad del aire. Además contiene dos indicadores, en los cuales se observan los valores de temperatura efectiva, así como la evaluación del confort en el espacio de la vivienda. En la parte inferior, aparece un gráfico donde se implementa el método gráfico de confort llamado método de Fanger, el cual devuelve el por ciento de personas disconformes en una habitación. En la parte superior de la ventana aparece el título de la misma, esta aplicación presenta las mismas características que la anterior ya que no puede redimensionarse, ni cerrarse sin antes salirse de ella.. Figura 4. Interfaz de cálculo real.

(45) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. . 34. Cálculo simulado: En la misma están presente gran variedad de controles, indicadores y listas, los mismos son utilizados para introducirles parámetros y a la vez visualizar los resultados de los cálculos simulados, entre estos tenemos los controles qtec, qil, qp, Ao; las listas de ciudad y zonas morfológicas al ser seleccionadas devuelven valores de Ve, Hr y Te. Estos valores fueron obtenidos a través de mediciones de hace 10 años de estaciones meteorológicas. En la parte central aparece, una ventana de control cuya función consiste en agrupar y concentrar: controles, indicadores y listas. Para de esta forma facilitar y organizar el trabajo para la simulación. En la zona inferior del programa se encuentran ubicados los indicadores encargados de mostrar los cálculos de Wr, Wv, fa, fe, qtr, qop y por último el tipo de solución. Esta ventana posee las mismas características que las anteriores en cuanto a su dimensión y al procedimiento de salida.. Figura 5. Interfaz de cálculo simulado.

(46) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. 35.  Cálculo del confort lumínico: La misma está dividida en dos procedimientos de cálculo, el de uniformidad y el del coeficiente de iluminación natural. Para esto están presentes cuatro controles, Ep, Eh, Emin, Emáx y dos indicadores, coeficiente de iluminación natural y uniformidad. Esta ventana tiene las mismas características que las anteriores en cuanto a las dimensiones y a la forma de salida del software.. Figura 6. Interfaz de cálculo de iluminación 2.5 Almacenamiento temporal de datos El programa utiliza un VI Global como almacenamiento temporal de datos para el intercambio entre los objetos del programa, el mismo almacena los valores: tabla, tipo de edificio, ángulo de incidencia, condición, características del hueco de apertura, gráfica, texto entre otros..

(47) CAPÍTULO 2. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA LA EVALUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO LUMÍNICO EN LOS ESPACIOS DE LA VIVIENDA. 36. Figura 7. Almacenamiento temporal de datos 2.6 Ejecutable e instalador LabVIEW como cualquier otro IDE profesional contiene herramientas para crear ejecutables e instaladores. Para que en una computadora se pueda ejecutar una aplicación LabVIEW se necesita del motor de ejecución que provee el mismo. El ejecutable es necesario activarlo en una computadora que tenga instalado LabVIEW ya que el motor de ejecución no es parte intrínseca del mismo, no siendo así con el instalador el cual se puede ejecutar en cualquier computadora sin tener instalado LabVIEW. En este trabajo el proyecto se compiló dentro de un instalador, en el cual previamente fueron unidos todos los VIs en una llb (Librería de LabVIEW ). 2.7 Conclusiones parciales En este capítulo se describió detalladamente los pasos que se siguieron para el desarrollo del software ConfortARQ, el por qué se seleccionó LabVIEW como herramienta de.