Resumen
El diseño bioclimático, a través del aprovechamiento pasivo de la energía solar, resulta clave para garantizar adecuadas condiciones de temperatura, humedad, ventilación e iluminación. Implica considerar la tipología edilicia, las propiedades termo-físicas de la envolvente (opaca y vidriada) y la orientación de las ventanas, a fin de regular las ganancias solares para mantener la estabilidad térmica, sin perder la calidad de luz natural y en consecuencia, lograr el ahorro energético. Esto representa un desafío en zonas de clima muy cálido – húmedo de la Región Nordeste Argentina.
En este contexto, se ha desarrollado una metodología de estimación de áreas vidriadas óptimas para edificios escolares monitoreados en la ciudad de Resistencia, Chaco, a partir de la definición de un nuevo parámetro, el Factor de Vidriado, que permite relacionar tres variables consideradas más significativas por orientación, dada su incidencia en el balance térmico: la absortancia solar promedio ponderada de las superficies opacas exteriores, según su color de terminación, el área total de vidrio en ventanas y puertas expuestas al exterior y el área de envolvente (opaca + vidriada) expuesta al exterior. Su desarrollo teórico se puede consultar en el trabajo de Boutet M.L. y Hernández A.L. (2020) Herramienta de estimación de áreas vidriadas óptimas para el diseño solar pasivo de edificios escolares en el clima cálido-húmedo de la región N.E.A. Energías Renovables y Medio Ambiente, 46, 49–60. Recuperado de https://portalderevistas.unsa.edu.ar/index.php/erma/article/view/2842
Con el objetivo de validar dicha metodología, se testearon diferentes edificios escolares, entre ellos, el Jardín de Infantes N° 174 de la ciudad de Resistencia, tipología de planta compacta de actual implementación. En dicho caso de estudio se efectuaron monitoreos higrotérmico – lumínicos durante un año completo, para la obtención de un diagnóstico y la posterior calibración del modelo físico de simulación con el cual se evaluaron propuestas de optimización bioclimática de los parámetros de la envolvente, en un período del mes de noviembre 2012.
Se adjuntan los siguientes archivos en formato .xlsx: 01. CALIBRACIÓN DEL MODELO FÍSICO JI 174; 02. ÍNDICES HIGROTÉRMICO – LUMÍNICOS JI 174; 03. DATOS TERMO-ENERGÉTICOS JI 174 SIMULADO; 04. DATOS DE ILUMINANCIAS JI 174.
El procedimiento validó preliminarmente la metodología de estimación del Factor de Vidriado, confirmando la relación de proporcionalidad inversa entre la absortancia solar promedio de las superficies exteriores y las áreas vidriadas en las propuestas optimizadas. Se logró reducir hasta 5.9 °C la temperatura máxima absoluta y hasta un 72 % las necesidades de refrigeración al disminuir la absortancia solar a 0.25 y establecer un área vidriada del 17 % respecto al área de piso. Esto mejoró notablemente la distribución de luz natural, esencial para niños del Nivel Inicial. Las áreas vidriadas fueron adecuadas desde el punto de vista termo-energético y lumínico, integrando protección solar y optimización de la envolvente opaca. No obstante, la uniformidad lumínica, afectada por tratarse de una tipología compacta, podría mejorarse mediante el rediseño de las ventanas en las fachadas no expuestas, para incrementar la captación de luz difusa.
Métodos
Auditorías termo-energéticas y lumínicas. Durante el período del 12 al 19 de noviembre de 2012 se efectuaron mediciones de variables interiores mediante adquisidores de datos HOBO MOD. U12-012 - T°C/%HR/Lx (rango de medición de - 20 °C a 70 °C de temperatura, 5 % a 95 % de humedad relativa, 1-3000 candelas de intensidad de luz, canal de entrada externa de 0 a 2.5 voltios de CC). En simultáneo se efectuaron mediciones de variables meteorológicas mediante una Micro Estación ONSET (USA) H21-002. La misma incluye Sensor de Radiación Solar: Piranómetro de Silicio HOBO (USA) S-LIB-M003 (rango de medición de 0 a 1280 W/m2; rango espectral de 300 a 1100 nm); Sensor de Temperatura y Humedad Relativa ONSET (USA) S-THB-M002 (rango de -40 °C a 75 °C y de 0 -100 % RH con un rango de trabajo comprendido entre -40 °C y 75°C); abrigo meteorológico HOBO MOD. M-RS3; Sensor de velocidad y dirección de viento. Veleta y Anemómetro ONSET (USA) MOD. S-WCA-M003 (rango de medición de 0 a 45 m/s). Se instaló en el área urbana donde se localiza el edificio, a fin de recabar condiciones microclimáticas precisas. Esta actividad implicó observaciones objetivas complementarias, encuestas a docentes y autoridades y registro diario de los patrones de comportamiento de los usuarios. El instrumental fue proporcionado por el Ministerio de Educación, Cultura, Ciencia y Tecnología de la Provincia del Chaco (Acuerdo de Trabajo 2010 – 2021).
Validación de modelos físicos. Con las mediciones, se validaron los datos de temperatura horaria conseguidos mediante SIMEDIF V2.0 (Flores Larsen, 2019) y los datos de iluminancia obtenidos mediante
la exportación a la interfaz RADIANCE de Autodesk Ecotect Analysis. El ajuste entre datos de temperatura medidos y simulados en Simedif, confirmaron la fiabilidad del código numérico, con desviaciones medias de sólo 0.6 °C RMSE (Raíz del Error Cuadrático Medio) y errores MAPE (Error Porcentual Absoluto Medio) que no superan el 2%. Igualmente, contribuyó la interfaz Radiance de Ecotect, con errores promedio de 46 Lx (RMSE) y 18% (MAPE), admisibles en términos de iluminancias. Esto vuelve factible el testeo de otros períodos no medidos de manera confiable, en base a los datos meteorológicos colectados en el microclima urbano de Resistencia.
Propuesta Genérica Optimizada. Se aplicó al modelo calibrado, una Propuesta Genérica de optimización de la envolvente (opaca + vidriada), con dos alternativas de absortancia solar (0.65 y 0.25) y de áreas vidriadas definidas en la metodología de estimación (Boutet y Hernández, 2020), para simular el comportamiento térmico y lumínico del prototipo, en el mismo período de noviembre. Se verificó, además, el porcentaje de reducción de las cargas de refrigeración, mediante simulaciones con termostatización en Simedif, estableciendo una temperatura de 25°C.
Compatibilidad termo-lumínica. Se conformó una base de datos de iluminancias simuladas y finalmente se relacionaron los promedios totales de iluminancia (lx) calculados mediante Radiance - Ecotect, con su correspondiente temperatura obtenida mediante Simedif, en tres horarios (9:00, 13:00 y 16:00 h) del día más soleado, a fin de verificar si el bienestar térmico es compatible con una adecuada iluminación natural, según los rangos de confort local establecidos.
Rangos de Confort. Como valores de referencia a nivel regional se considera una zona de confort térmico de invierno de 20 a 25° C y una zona de confort de verano de 25 a 29°C. Pero para el análisis estadístico, en base a los valores límites regionales y a la representatividad de las variables medidas durante todo el año de monitoreo, se definió un rango promedio de temperatura de 20 a 27 °C y de 35 a 65 % de HR; valores que, asimismo, son consistentes con los estándares internacionales. Para el análisis de iluminancias se consideró el rango de 300 a 500 lx (hasta un máximo de 750 lx), recomendado por las Normas IRAM AADL J-2004 (1974) y MCEN (1996).
Índices de disconfort, En base a los rangos de confort preestablecidos se calcularon los siguientes índices: Id (T+HR), índice de disconfort combinado por temperatura y humedad relativa; su complementario, It (T+HR), índice temporal de confort; índices lumínicos: Id Ilum-, índice de disconfort por baja iluminancia, Id Ilum+, índice de disconfort por exceso de iluminancia e It (Rango Ilum), índice temporal de confort visual.
Otro
01. CALIBRACIÓN DEL MODELO FÍSICO JI 174. Archivo .xlsx. Incluye datos de temperatura del aire (°C), humedad relativa (%) e iluminancia (Lx) interiores, y variables meteorológicas medidas simultáneamente cada 10 minutos y por hora; cálculo de errores entre datos de temperatura e iluminancia medidos y simulados con gráficas de ajuste. Período noviembre 2012.
02.ÍNDICES HIGROTÉRMICO – LUMÍNICOS JI 174. Archivo .xlsx. Incluye el cálculo y gráficas del Id (T+HR), índice de disconfort combinado por temperatura y HR; el It (T+HR), índice temporal de confort y de los índices lumínicos Id Ilum-, índice de disconfort por baja iluminancia, Id Ilum+, índice de disconfort por exceso de iluminancia e It (Rango Ilum), índice temporal de confort visual, a partir de los datos medidos cada 10 minutos, discriminados en períodos de monitoreo completo, con y sin ocupación.
03. DATOS TERMO-ENERGÉTICOS JI 174 SIMULADO. Archivo .xlsx. Incluye datos de temperatura del aire interior (°C) y de requerimientos de refrigeración mediante simulaciones con termostatización (25°C) en Simedif para el período 13/11/12 – 18/11/12 del caso base calibrado y su contrastación con las propuestas de optimización.
04. DATOS DE ILUMINANCIAS JI 174. Archivo .xlsx. Incluye las simulaciones de iluminancias del caso base calibrado, su contrastación con las propuestas de optimización, y la compatibilidad termo – lumínica en tres horarios, 9:00, 13:00 y 16:00 hs., del día más soleado del período evaluado (14/11/12).