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Herramienta para evaluar el desempeño térmico

Una nueva herramienta informática desarrollada por el IER permite evaluar diversos parámetros realacionados con el desempeño térmico de la envolvente en una edificación y su cumplimiento con la normatividad mexicana vigente

Una nueva herramienta informática desarrollada por el IER permite evaluar diversos parámetros relacionados con el desempeño térmico de la envolvente en una edificación y su cumplimiento con la normatividad mexicana vigente. Gracias a una base de datos que incluye los principales materiales utilizados en México, se vuelve una herramienta sumamente precisa y confiable

Karemm Danel

En 2012 fue la presentación oficial de Ener-Habitat, proyecto financiado por la Secretaría de Energía y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, el cual se llevó alrededor de dos años de desarrollo y tiene el firme objetivo de crear una herramienta numérica para evaluar el desempeño térmico de sistemas constructivos de la envolvente de una edificación bajo condición de aire acondicionado y no aire acondicionado para lugares con alta insolación solar y grandes variaciones de temperatura a lo largo del día, dentro de la República Mexicana. Ésta es de acceso gratuito y bajo registro previo.

Guillermo Barrios del Valle, investigador Asociado C en el Instituto de Energías Renovables y responsable de Ener-Habitat, explica para Mundo HVAC&R que la herramienta resuelve un modelo de transferencia de calor dependiente del tiempo a través de sistemas constructivos opacos; es decir, muros y techos únicamente. “Es esta condición la que la hace diferente sobre todo a la normativa, ya que existen dos normas en México relacionadas con Ener-Habitat, que son la NOM 008-ENER y la NOM 0020-ENER, las cuales tienen como propósito minimizar la transferencia de calor al interior de una edificación por la envolvente para ahorrar energía por aire acondicionado, pero usan un modelo de transferencia de calor independiente del tiempo. Cuando se usa un modelo de transferencia de calor independiente del tiempo, propiedades como la densidad y el calor específico de los materiales no cuentan, y en climas como el de México, considerar ambas propiedades es muy importante”.

Características

  • Evalúa el desempeño térmico de sistemas constructivos formados por capas homogéneas y algunos sistemas constructivos formados por capas homogéneas y una capa no homogénea. Ejemplos de capa no homogénea son el bloque hueco de concreto, la vigueta y bovedilla hueca de concreto y la vigueta y bovedilla de poliestireno
  • Evalúa los sistemas constructivos en dos condiciones de la edificación, con aire acondicionado o sin aire acondicionado. Con aire acondicionado, el parámetro principal de comparación es la carga térmica por unidad de área debida a la transferencia de calor por el sistema constructivo. Sin aire acondicionado, el parámetro principal es el factor de decremento, que es la amplitud de la oscilación de la temperatura interior entre la amplitud de la oscilación de la temperatura sol-aire
  • Entre más pequeño sea el factor de decremento, mejor será el desempeño térmico. Es de fácil uso y no requiere de capacitación especial
  • Evalúa la trasferencia de calor por unidad de área del sistema constructivo de muro o techo de la envolvente, por lo que únicamente puede utilizarse para seleccionar el mejor sistema constructivo de muros o techos para el clima de interés. No considera otros factores en la trasferencia de calor total de una edificación, por ejemplo: ventanas, ventilación, personas y equipos, por lo que los resultados no se deben usar para el dimensionamiento de sistemas de aire acondicionado
  • Puede emplearse para calcular la trasferencia de calor por conducción a través de ventanas y puertas, sin considerar la parte de los marcos y la trasferencia de calor por radiación solar en la parte trasparente

Según el portal de Ener-Habitat, los resultados tienen fines comparativos. “La temperatura del aire al interior, los valores de la energía y otros parámetros reportados son resultado de la trasferencia de calor exclusivamente por el sistema constructivo en evaluación. No representan los valores que tendrán en situaciones reales, donde existen otros factores a considerar”.

Distinción
México cuenta con una gran variedad de climas, determinados por la altitud, la latitud, las condiciones atmosféricas y la distribución del agua y la tierra, por lo que existen, según la temperatura, cálido, templado y semifrío, y según la humedad, húmedo, subhúmedo y seco.

En México, comenta el investigador, las variaciones de temperatura del aire exterior y de la radiación solar son significativas, por lo que asumir un modelo de transferencia de calor independiente del tiempo puede provocar errores en los que la transferencia de energía es hasta ocho veces mayor, para ciertos casos, comparado con usar un modelo dependiente del tiempo. “Actualmente, las normas sólo evalúan para uso de aire acondicionado, mientras que Ener-Habitat permite evaluar muros y techos también bajo condición de no aire acondicionado; que si bien no incide en el ahorro de energía, sí modifica el confort térmico, por lo tanto, la calidad de vida, una característica que las NOM no consideran. Además, cuando tienes un modelo independiente del tiempo, no importa el orden de las capas; es decir, si tienes un aislante, las NOM no distinguen en qué posición lo colocas, sin embargo, cuando tomas un modelo dependiente del tiempo, la posición afecta el desempeño térmico, y eso se puede verificar con Ener-Habitat. Desarrollamos esta herramienta como una respuesta a las normas existentes y porque creemos que pueden mejorarse, y ésta es la dirección que proponemos. Por ejemplo, las NOM no toman en cuenta el color de las superficies exteriores; en climas cálidos es importante no recurrir a colores obscuros, mucho menos al negro, mientras que en climas fríos, los colores obscuros pueden ser apropiados. Por ejemplo, un color rojo tiene una absortancia solar de 0.6, mientras un color blanco nuevo de 0.2; esto significa que el rojo absorbe tres veces más radiación solar que el blanco. La radiación solar absorbida se convierte en una carga térmica al interior de tu edificación, que puede ser conveniente o no, según el clima.

Por otro lado, cabe resaltar que la herramienta tiene la posibilidad de evaluar simultáneamente cinco sistemas constructivos con capas no homogéneas, lo que permite seleccionar el mejor sistema constructivo. “Entonces, te puedes dar una idea de que el sistema constructivo te generará un ahorro al usar aire acondicionado, aunque debemos destacar que tanto Ener-Habitat como las NOM no pueden utilizarse para el dimensionamiento de aires acondicionados, simplemente para evaluar qué sistema constructivo es mejor, asimismo, te da una idea de la mejora. Para el caso de no aire acondicionado, te lleva a seleccionar el sistema que te permite estar más cerca del confort térmico, lo que es muy importante, y, finalmente, en México, a últimas fechas, se da en las viviendas de interés social, que son muy frías en invierno o muy calientes en verano, porque no tienen una selección adecuada del sistema constructivo”, indica el experto.

Al ofrecer beneficios económicos y ambientales cuando se usa aire acondicionado al permitir elegir el sistema constructivo más adecuado, gracias el aprovechamiento de energía, Ener-Habitat también influye de manera considerable en el confort térmico, un aspecto, según Guillermo Barrios, que difícilmente se puede medir económicamente, ya que no es posible ponerle un precio, con lo que sí se podría hablar de un beneficio social.

¿Con qué características debe contar un inmueble para emplear Ener-Habitat?

Al evaluar la transferencia de calor sólo a través de los componentes opacos (paredes y techos), se requiere conocer cómo está construido el sistema constructivo, “si, por ejemplo, tienen una capa de mortero en el exterior, luego tabique y después mortero (considerado como un sistema constructivo homogéneo de tres capas) y se necesita conocer el espesor de cada capa, así como el material, uno debe conocer la conductividad térmica de cada material, el calor específico y la densidad, Ener-Habitat cuenta con una base de datos con los valores de los materiales más empleados en México. Generalmente, los constructores no proporcionan los valores de la densidad o el calor específico; en ocasiones, ni siquiera el de la conductividad térmica, sino, indirectamente, la resistencia térmica, porque las normativas no obligan a los constructores a dar estos valores».

Ener-Habitat

Beneficios. Ener-Habitat cuenta con una base de datos con los valores de los materiales más empleados en México, lo que permite conocer su conductividad térmica, calor específico y densidad, entre otros parámetros

Los participantes son el Instituto de Energías Renovables, de la Universidad Nacional Autónoma de México; el Departamento de Arquitectura, de la Universidad de Sonora; la Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo, de la Universidad Autónoma de Tamaulipas; la Facultad de Arquitectura y Diseño, de la Universidad de Colima; el Departamento de Ingeniería Mecánica, del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico, y el Laboratorio de Arquitectura Bioclimática, de la Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco, y su interés por trabajar en el rubro del confort térmico se debió a que, en opinión del investigador, se construye sin tomar en cuenta el clima de cada región del país ni la condición de uso al interior, además de que no se utilizan estrategias bioclimáticas.

Guillermo Barrios explicó que el proyecto por el que nació Ener-Habitat tenía dos objetivos: el primero, el diagnóstico de cómo se está construyendo en el país, y el segundo, crear una herramienta para ayudar a constructores, arquitectos, estudiantes e investigadores a seleccionar el mejor sistema constructivo de acuerdo al clima y condición al interior; “entonces, con base al diagnóstico, nos dimos cuenta de que en México no se usan los materiales adecuado según la condición al interior, con o sin aire acondicionados, y que casi no se contemplan estrategias bioclimáticas tan sencillas como el color de los exteriores o el uso de protecciones solares en las ventanas, y dado que nos percatamos de que las NOM consideran aire acondicionado y que no usa el modelo de transferencia de calor adecuado y que la mayoría de las viviendas de interés social no poseen aire acondicionado, decidimos crear una herramienta que también considere no aire acondicionado y el modelo de transferencia de calor adecuado, lo cual es significativo para propiciar calidad de vida y confort térmico en las edificaciones”, concluye.

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