Climatizacion Pasiva

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    02-Dec-2015

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Manual de Diseo para viviendas con climatizacion Pasiva

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<ul><li><p>Ernst Mller</p><p>Manual de diseo paraviviendas con climatizacin pasiva</p><p>Forschungslabor fr Experimentelles BauenUniversidad de Kassel, Alemania</p></li><li><p>ii</p><p>autor:Ernst Mller(fsico, especializado en energa solar y diseo pasivo)</p><p>contacto: Mueller.Ernst@gmail.com (ernstm@uni-kassel.de)</p><p>editor:Forschungslabor fr Experimentelles Bauen FEB(Laboratorio de Construccin Experimental)Universidad de Kassel, Alemania</p><p>Primera edicin revisada: Junio 2002</p></li><li><p>iii</p><p>Contenido:Agradecimientos............................................................................................................................ ivPrefacio............................................................................................................................................ v1 Introduccin a la climatizacin pasiva............................................................................ 11.1 Climatizacin pasiva........................................................................................................................ 11.2 Confort trmico ................................................................................................................................ 11.3 Estrategias de climatizacin pasiva y matriz de soluciones constructivas .............................. 2</p><p>2 Herramientas para el diseo pasivo.............................................................................. 112.1 Herramientas tradicionales de diseo pasivo y comparacin de mtodos de diseo........... 112.2 Herramientas simples.................................................................................................................... 132.2.1 Anlisis del clima.............................................................................................................................. 132.2.2 Herramientas de clculo para el dimensionamiento de sobretechos.............................................. 142.3 Simulacin trmica ........................................................................................................................ 192.4 Herramientas de clculo para la estimacin del confort trmico en verano e invierno......... 192.4.1 Desarrollo de las herramientas de clculo....................................................................................... 192.4.2 Caractersticas trmicas bsicas de una casa ................................................................................ 212.4.3 Elementos especiales: espacio tico ............................................................................................... 222.4.4 Determinacin de los factores de correccin................................................................................... 232.4.5 Estimacin del confort trmico en invierno ...................................................................................... 232.4.6 Estimacin del confort trmico en verano........................................................................................ 252.4.7 Calificacin del diseo trmico por las condiciones de confort trmico .......................................... 272.4.8 Resumen de las aplicaciones posibles de las herramientas de clculo.......................................... 28</p><p>3 Recomendaciones de diseo pasivo ............................................................................ 303.1 Recomendaciones de diseo por aspecto constructivo para la zona central de Chile ......... 303.2 Estrategias y recomendaciones sistemticas de diseo pasivo.............................................. 393.3 Comparacin de propuestas de diseo pasivo con diseos convencionales........................ 44</p><p>4 Anexos ............................................................................................................................. 544.1 Referencias bibliogrficas ............................................................................................................ 544.2 Instrucciones para el uso de las herramientas de clculo para el confort trmico................ 57</p></li><li><p>iv</p><p>AgradecimientosEste manual se public en el contexto del proyecto de investigacin "Viviendas sismorresistentes conmateriales locales y climatizacin pasiva en zonas rurales de los Andes" bajo la direccin del prof. Dr.-Ing.Gernot Minke del Forschungslabor fr Experimentelles Bauen (FEB, Laboratorio de Investigacin deConstrucciones Experimentales) de la Universidad de Kassel, Alemania. El proyecto y este manual fueronpatrocinados por las instituciones alemanas Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) y CooperacinTcnica Alemana (Deutsche Gesellschaft fr Technische Zusammenarbeit gtz).</p><p>Informaciones sobre valores de materiales medidos en Chile se obtuvo de Gabriel Rodrguez del Instituto deInvestigaciones y Ensayos de Materiales IDIEM de la Universidad de Chile. Los datos climticos fuerenpreparados a partir de datos promedios de la Direccin Meteorolgica de Chile y de datos horariosobtenidos de mediciones de la Comisin Nacional de Medio Ambiente CONAMA a travs del CentroNacional de Medio Ambiente CENMA, todos en Santiago de Chile.</p><p>El programa de simulacin trmica DEROB-LTH fue utilizado gracias a la cooperacin con la Universidad deLund, Division of Energy and Building Design y Department of Building Science, ambos parte delDepartment of Construction and Architecture (Lund, Suecia), y los autores y otros usuarios del programaall.</p><p>Kassel, Mayo 2002Ernst Mller</p></li><li><p>vPrefacioLa calidad trmica y energtica de la vivienda en Chile y Amrica Latina todava es un tema, que no recibela atencin que merece a nivel de investigacin y construccin: por lo tanto el uso de energa en viviendas yedificios resulta altamente ineficiente y en su diseo raras veces se considera el confort trmico y el bajoconsumo de energa como criterios fundamentales. Condicionantes bsicas como la zona climtica o laorientacin son descuidadas en la construccin de la mayora de las viviendas. Para la gente humilde, estosignifica bajo confort trmico, contaminacin intradomiciliar por estufas sin chimenea y problemas de salud.Cuando los habitantes disponen de mayores recursos econmicos, el diseo deficiente es compensado porun alto gasto energtico. De todos modos, el confort trmico permanece deficiente y el consumo de energapara calefaccin (y refrigeracin) es alto y creciente, as como los costos econmicos y ecolgicos por eluso de fuentes convencionales de energa.La climatizacin pasiva es una solucin prometedora frente a esta problemtica, porque puede ofrecerbuenas condiciones de confort trmico sin gasto energtico ni contaminacin. Pero faltan investigacionescon mtodos modernos sobre su aplicacin en la regin y existe poca informacin tcnica orientada a lascondiciones regionales.Enfrentando esta situacin, este manual fue elaborado para presentar pautas de diseo y herramientas queposibilitan construir viviendas, que cumplen con los siguientes requisitos importantes: adaptados al clima local ofrecen buen confort trmico y calidad de aire, tanto en invierno como en</p><p>verano, con un bajo consumo de fuentes no renovables de energa mediante un diseo arquitectnicocon elementos de calefaccin solar pasiva y refrigeracin pasiva;</p><p> econmicamente son accesibles por el bajo consumo energtico y el uso de materiales locales, tantotradicionales como modernos, que mantienen bajo el costo efectivo de la construccin ms gastoenergtico.</p><p>La tierra es un material de bajo costo, alta capacidad trmica y conductividad trmica razonable, que esapto para grandes espesores. Existen tcnicas tradicionales y nuevas para su empleo en construccionessismorresistentes. Por eso la tierra es un material de gran inters para construcciones con climatizacinpasiva en zonas climticas con grandes variaciones trmicas diarias o la necesidad de calefaccin solar.Por lo tanto, la tierra como material de construccin recibi atencin especial en este manual (los aspectosconstructivos de la tierra son tratados en las publicaciones de Gernot Minke).Este manual est basado en la evaluacin de la literatura existente y amplias investigaciones propias consimulaciones trmicas, realizadas dentro de un proyecto de investigacin "Viviendas sismorresistentes conmateriales locales y climatizacin pasiva en zonas rurales de los Andes". Se dirige a profesionales yestudiantes de arquitectura e ingeniera, que quieren profundizarse en el tema de la climatizacin pasiva.Existe bastante literatura ya clsica que explica los principios generales de la climatizacin pasiva y quepor su fecha de publicacin y universalidad climtica rara vez est basada en simulaciones exactas delcomportamiento trmico. Por eso, aqu se busc un enfoque nuevo: fundamentar y explicar las recomendaciones de diseo pasivo con simulaciones trmicas; identificar claramente los parmetros ms relevantes del diseo pasivo a partir de las simulaciones</p><p>trmicas; elaborar herramientas nuevas y relativamente simples para evaluar las condiciones de confort en casas</p><p>pasivas, que se fundamentan en normas trmicas internacionales y simulaciones trmicas especficas; ofrecer informacin tcnica y recomendaciones claras, adaptadas a las condiciones climticas y</p><p>constructivas de la regin, en este caso la zona central de Chile.Aunque algunas herramientas y recomendaciones se refieren a esta zona climtica especfica, losresultados y mtodos presentados tienen una relevancia y aplicacin mucho ms amplia: las recomendaciones cualitativas de diseo son transferibles para otras zona climticas con veranos</p><p>calurosos y secos (de gran variacin trmica diaria) e inviernos fros con buenos niveles de radiacinsolar, p. ej. en Amrica Latina o la zona del Mediterrneo;</p><p> un mtodo de clculo y modelo universal para las condiciones de invierno es fcilmente adaptable aotras zonas climticas por el usuario;</p><p> la explicacin del diseo pasivo a partir de los parmetros ms relevantes permite un mejorentendimiento del comportamiento trmico en general;</p><p> la metodologa de trabajo es aplicable para mejorar el diseo pasivo en otras zonas climticas.Las simulaciones trmicas permitieron evaluar a bajo costo un gran espectro de propuestas de diseo noconvencionales con el empleo de materiales de construccin locales. Constituyen una base cientfica parael gran potencial de climatizacin pasiva. El enfoque metodolgico empleado de un proceso de desarrollode alta tecnologa para crear finalmente soluciones tcnicas simples y econmicas, result fructfero yprometedor para la arquitectura pasiva.De esta forma, este manual aporta al mejoramiento de las condiciones de vida y a la reduccin de consumoenergtico en el sector residencial como elementos esenciales de un proceso de desarrollo sostenible.</p></li><li><p>11 Introduccin a la climatizacin pasiva</p><p>1.1 Climatizacin pasivaEl objetivo del diseo con climatizacin pasiva es el alcance de: mejor confort trmico menor consumo de energa en calefaccin y refrigeracin menor costo de energa y de mantenimiento menor impacto ambiental.Como enfoque estratgico, climatizacin pasiva significa una forma de diseo de viviendas y otros espacioshabitados que: ofrece confort trmico con un consumo mnimo o cero de fuentes no renovables de energa, se adapta a las condiciones climticas locales y aprovecha el entorno para mejorar el confort trmico.Por eso, el arte de la climatizacin pasiva y del diseo pasivo bsicamente consiste en entender y dirigirbien los flujos de calor en una casa a travs del diseo y del manejo adecuado, para obtener lascondiciones de confort trmico deseadas. Es importante que los que quieren aprender este arte formen supropio modelo trmico de una casa en su mente antes de comenzar a realizar clculos detallados conherramientas y computadores. Los captulos siguientes facilitarn los elementos fundamentales para estemodelo que solamente se completar con la experiencia propia.1.2 Confort trmicoEl rango de confort trmico descrito en la literatura [Bansal 1994] se puede resumir como sigue: temperatura: 19C ~ 26C humedad relativa: 20% ~ 80%.Existen criterios y modelos mucho ms complejos de confort trmico (vea p. ej. [Bedoya], [Docherty 1999],[Bansal 1994], [Fanger 1982]), pero aqu se trabajar principalmente con el rango de temperaturas indicado.Para el invierno, en Chile se puede permitir temperaturas algo inferiores como mostr [Taboada 1987]:Incluso en los estratos socioeconmicos, donde el costo del combustible no significa mayores problemas,las temperaturas interiores medias de invierno no alcanzaron los 19C considerados mnimos en Europa,as que un diseo pasivo que ofrece temperaturas solo levemente por debajo de 19C puede serconsiderado suficiente.</p><p>tabla 1 Temperaturas interiores de invierno medias para cada estrato socioeconmicoen Santiago de Chile (valores medidos)</p><p>Estrato Temperatura interior media1. Alto 18,4 C2. Medio-alto3. Medio 17,2 C</p><p>4. Medio-bajo 16,3 C5. Bajo 14,3 C</p><p>Para medir el grado de desviacin de las temperaturas internas de las condiciones ideales de conforttrmico fueron definidos los grados-hora diarios de calor (base 26C) y fro (base 19C). Son calculados en(Kh/d) en forma anloga a los grados-da usados en clculos tradicionales de calefaccin. El uso delpromedio para cualquier periodo de N horas hace comparables periodos de duracin diferente (meses,verano etc.):</p><p>grados-hora diarios Ghbase = </p><p>=</p><p>N</p><p>i 11h)- ( base i 24 / N (Kh/d)</p><p>Las temperaturas operativas o constituyen un mejor indicador de confort trmico que las temperaturas deaire , especialmente en construcciones mal aisladas trmicamente con temperaturas muy altas de algunassuperficies en verano (p. ej. el cielo) y temperaturas muy bajas de superficies exteriores en invierno: aqu yen los resultados de las simulaciones trmicas ms adelante, la temperatura operativa o de un espacioest definida como el valor promedio de la temperatura de aire interior i y de la temperatura promedia delas superficies interiores que deslindan el mismo espacio. La temperatura promedia de las superficiesinteriores a su vez se calcula como promedio de las temperaturas de las superficies interiores ponderadaspor su rea respectiva. De esta forma se puede obtener los grados-hora diarios de calor Gh26 o Gh26o enverano y grados-hora diarios de fro Gh19 o Gh19o en invierno, donde el ndice indica la temperatura de basey el uso de temperaturas operativas cuando corresponde.</p></li><li><p>21.3 Estrategias de climatizacin pasiva y matriz de soluciones constructivasLas tres tareas principales para obtener condiciones de confort trmico son: evitar el sobrecalentamiento con temperaturas demasiado altas:</p><p>principalmente en el Periodo Caluroso y en verano;caracterizado por los grados-hora de calor (= sobrecalentamiento) Gh26 o Gh26o en base 26C;</p><p> evitar el enfriamiento con temperaturas demasiado bajas:principalmente en el Periodo Fro y en invierno;caracterizado por los grados-hora de fro Gh19 o Gh19o en base 19C;</p><p> mantener niveles confortables de humedad:este no es un tema crtico en casas pasivas en la zona climtica considerada en este manual, porque elclima es seco; por lo tanto no ser considerado con mayor detalle.</p><p>Dependiendo de la construccin, su uso (p. ej. las ganancias internas) y el tiempo de cada da, problemasde calor o fro pueden ocurrir en cu...</p></li></ul>