Modelado y análisis térmico en viviendas MEVIR

Abstract

La eficiencia energética en edificaciones viene cobrando cada vez mayor importancia tanto a nivel mundial como nacional. El consumo final energético del sector residencial en Uruguay ha venido creciendo y representó en 2018 el 18% del consumo final de nuestro país. Se busca que este crecimiento -con apoyo de normativas y políticas nacionales- pueda darse en forma sostenible y responsable, planteándose el desafío de que aspectos de sustentabilidad y eficiencia en el confort térmico puedan ser tenidos en cuenta al momento de diseñar las construcciones. Dado que las edificaciones tienen una larga vida útil y un importante potencial consumo energético, las decisiones tomadas al momento de diseñar y construir pueden tener consecuencias que perduren por décadas. El objetivo de esta tesis es realizar un análisis termo-energético enfocado en la eficiencia energética de una tipología constructiva de vivienda de interés social (centrado en la envolvente), ver cómo inciden a nivel energético los distintos aspectos de diseño y construcción, así como también evaluar distintas medidas de eficiencia y mejoras planteadas. Como ejemplo para el estudio de esta tesis se considera una de las tipologías constructivas de mayor uso de MEVIR al momento, institución que en sus más de 50 años de vida ha brindado por encima de 30.000 soluciones habitacionales en todo el país. A través del análisis mencionado, se busca identificar medidas de mejora y proponer aquellas que se considera podrían ser incorporadas y/o evaluadas por las instituciones para mejorar el confort de los destinatarios de las viviendas que se construyen, población que se encuentra en su mayoría en estado de vulnerabilidad, por lo cual es vital poder generarles todas las herramientas posibles que potencien su calidad de vivienda y de vida. La metodología adoptada para la evaluación del comportamiento térmico y energético de la vivienda de estudio en este trabajo es el método de simulación térmica. Se utiliza la herramienta CYPETHERM Eplus cuyo motor de cálculo es el EnergyPlus (versión 8.7), el cual es ampliamente utilizado a nivel internacional y permite realizar análisis energéticos y determinar cargas térmicas partiendo de una descripción del edificio. El proceso consiste en, inicialmente, el ingreso de la geometría seleccionada, así como los materiales constructivos, datos de variables meteorológicas (a través de los Años Meteorológicos Típicos disponibles, para las ciudades de Salto y Montevideo), ocupación de la vivienda, perfiles de uso, permeabilidad a las infiltraciones de elementos de la envolvente, entre otros aspectos. Asimismo, se definen los rangos de confort consideradores adecuados para la evaluación del nivel de confort. Todas las simulaciones se realizan manteniendo la vivienda en régimen de fluctuación libre, es decir, sin ningún medio de acondicionamiento térmico para mantener la vivienda dentro del confort. En primer lugar se presentan los resultados de confort interior para la vivienda modelo base, para los dos emplazamientos considerados. A continuación, para identificar las estrategias más adecuadas para la vivienda de estudio, se realiza en primera instancia un análisis de sensibilidad de distintos parámetros de interés, incluyendo tanto factores externos/climáticos, como factores de uso, así como también mejoras propias a nivel constructivo de la vivienda. Este análisis se complementa con un análisis de orientaciones, centrado en evaluar cómo se ve afectado el confort de la vivienda de estudio en función de la orientación de la misma. Finalmente se presentan las propuestas de mejora para los dos modelos base de partida (Salto y Montevideo), tanto para la versión de orientación original como para la orientación más desfavorable de las cuatro estudiadas en el análisis de orientaciones. Evaluando las distintas propuestas de mejora se concluye que las principales medidas – es decir, aquellas que generan una mayor mejora en el confort para las viviendas – resultan el cambio de la solución de cubierta por una placa de poliestireno expandido, la incorporación de persianas en las aberturas del livingcomedor y la reubicación de aberturas, favoreciendo su presencia en la fachada que apunta al norte y evitando la fachada hacia el sur. Esta última propuesta en particular resulta más efectiva para Montevideo, donde el disconfort por temperaturas por temperaturas elevadas es muy bajo. De todas formas, no resulta en el global contraproducente para la vivienda en Salto dado que a pesar de que en este caso sí se evidencia un aumento de disconfort durante el período caluroso, el mismo es compensado por una mayor reducción del disconfort durante el período frío. Es importante destacar que esto ocurre así dado que estas aberturas cuentan con elementos de protección, y se parte del supuesto de un perfil de uso optimizado de los mismos, que se demostró aprovecha ya al máximo la ganancia solar en invierno y protege a su vez el control de ingreso de energía solar durante el período caluroso. Respecto a la cubierta de poliestireno expandido – estrategia de reducir la transmitancia térmica de la cubierta a la mitad – se destaca genera una gran impacto para ambas localidades así como también para las orientaciones más y menos favorable, llegando a reducir el disconfort hasta un 25%. El cambio de la ubicación en fachada de aberturas, tuvo un mayor impacto en la localidad de Montevideo, llegando incluso a ser la estrategia que mayor reducción de disconfort produjo para la vivienda de Montevideo con orientación más desfavorable (reducción del orden del 20%). La incorporación de elementos de protección para las aberturas del living, por el contrario, tuvo un mayor impacto para la vivienda emplazada en Salto, alcanzando una reducción también mayor al 20%. De todas formas se trata de una estrategia que genera una mejora importante para todos los casos pero condicionado a un perfil de uso adecuado de estos elementos de protección. Se destaca la importancia del rol del usuario y su incidencia en la mejora de confort de la vivienda. Por último, se llega a que la orientación de la vivienda tiene una alta incidencia en el confort, alcanzando variaciones mayores al 40% entre los resultados obtenidos para las distintas orientaciones. Esto se da tanto para Salto como para Montevideo. Se concluye que para la vivienda de orientación más desfavorable es necesario aplicar medidas que conllevan una inversión económica para alcanzar un confort equiparable al de la vivienda con orientación original. La conclusión principal a la que se arriba con esto, entonces, es la importancia de adoptar como medida de mejora la elección adecuada de la orientación de la vivienda al proyectar su implantación, siempre que se pueda optar por la misma. En caso contrario, donde esta venga dada, la estrategia asociada estará en la elección adecuada de la ubicación de las aberturas, en función de la orientación dada.