Metodología de la investigación científica B
Cátedra: MSc. Arq. Diana Torres Obregón
Integrantes: Alvarado Lara, Boris Edison Ascencio Huamani, Jennifer Brigitte Manrique Salinas, Ana Gabriela Novoa Medina, Paula Ximena
2020 - II
Índice
Capítulo 1. De la investigación 1.1 Contexto del problema de investigación 1.2 Formulación del problema 1.3 Justificación
Capítulo 2. Marcos de referencia 2.1. Marco histórico 2.2. Marco teórico 2.3. Marco metodológico 2.3.1. Objetivos de investigación 2.3.2 Hipótesis de investigación 2.3.3 Variables e indicadores 2.3.4 Matriz de Consistencia
Referencias bibliográficas Anexos
Capítulo 1. De la investigación 1.1 Contexto del problema de investigación En las zonas alto andinas del Perú, sobre los 3000 msnm, los habitantes se encuentran sometidos a condiciones climáticas extremas con cambios bruscos de temperatura. El SENAMHI registró, en el año 2019, que la temperatura alcanzó picos de -20°C en la estación de Mazocruz (Puno) y -21.1°C en Chuapalca (Tacna); además en otras regiones las temperaturas mínimas oscilan entre los -20 y -1 C°. Esta situación es preocupante, pues se tiene que gran parte de la población de estas zonas altoandinas posee viviendas que se encuentran en condiciones insuficientes por la falta de servicios básicos, pobreza y pobreza extrema de acuerdo a datos del INEI (2017). Asimismo, los bajos recursos económicos no permiten el mejoramiento de sus viviendas por lo que se ven más expuestos a los efectos de los fenómenos conocidos como heladas. Como precisa Jimenez; Wieser; Biondi (2017) esta condición social provoca que los alcances y afectaciones a la salud, viviendas y fuente de trabajo de los pobladores sean aún mayores, lo que año tras año es causa de muertes. Ante esta situación, el gobierno ha ofrecido soluciones de viviendas bioclimáticas a la población afectada mediante el Programa Nacional de Vivienda Rural, principalmente en las regiones de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna, lugares a los que se ha destinado un mayor presupuesto para la distribución de los módulos habitacionales. Sin embargo, Rodríguez (2016), en base a investigaciones realizadas a los módulos habitacionales del programa en Puno, el lago Titicaca y las montañas del altiplano, precisa que las estrategias del diseño bioclimático implementadas en los módulos de las diversas regiones son insuficientes pues el confort térmico de sus usuarios no se logra de forma eficiente. Tradicionalmente, los habitantes alto andinos han logrado resguardarse del clima imperante de estas zonas mediante el uso de materiales locales y tecnologías propias en distintos tipos de viviendas que se adaptan a su forma de vida. Por el contrario, el plan del Estado no contempla estos criterios de adaptación al contexto geográfico, cultural y de uso particular de cada familia beneficiada. Puesto que se usan materiales “más modernos”, que no satisfacen los requerimientos térmicos, al no ser locales generan un costo extra de transporte y no son de uso replicable por los propios pobladores, lo que no solo no soluciona el problema del confort térmico y efectos de las heladas, sino que además agrava la situación incluso en lo
económico y modo de vida de los pobladores. Es por ello que el objetivo de esta investigación es analizar cómo las soluciones de viviendas bioclimáticas propuestas por el Estado para las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna benefician o no al confort térmico de sus usuarios y que tan eficientes son sus estrategias de diseño bioclimático. 1.2 Formulación del problema El estudio del problema de investigación está orientado a la situación de las viviendas alto andinas brindadas por el estado en los departamentos de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en cuanto a sus características climáticas y eficiencia en el confort térmico. La investigación se desarrollará en el año 2020, debido a que se requiere un análisis del presente. En consecuencia, se formula la siguiente pregunta de investigación: ¿Cuál es la eficiencia del diseño bioclimático de las viviendas del Programa Nacional de Vivienda Rural del Ministerio de Vivienda para el confort térmico en las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020? 1.3 Justificación En la búsqueda de bibliografía en materia del tema de investigación, se evidencia una extensa variedad de estudios en cuanto al diseño de viviendas bioclimáticas y su confort térmico en las diversas zonas alto andinas de cada región, tanto en Perú como en otros países. Dentro del marco nacional existen escasos estudios y evaluaciones respecto a aquellas viviendas otorgadas por el Estado; sin embargo, se encuentran investigaciones privadas y de otras organizaciones enfocadas al tema de confort térmico de viviendas. La información recopilada está agrupada en cuatro enfoques de acuerdo al ámbito de aporte de sus estudios respecto al diseño de viviendas bioclimáticas para el frío en zonas con la caracterización de clima frío: enfoque de relevancia cultural respecto a la arquitectura bioclimática, enfoque teórico sobre conceptos bioclimáticos, enfoque tecnológico sobre los materiales tradicionales, el ahorro energético y el aprovechamiento de estos materiales y, por último, enfoque metodológico. Dentro del enfoque cultural es posible encontrar investigaciones que ponen en valor la arquitectura vernácula de diversas regiones alto andinas, tanto en sus aspectos tradicionales como en sus características bioclimáticas. Pacheco y Del Pilar (2014) presentan un análisis de
las viviendas alpaqueras alto andinas originarias de Puno, mediante el cual establecen la importancia de promover la continuidad de la arquitectura rural propia de zonas alto andinas junto con sus tecnologías locales, a fin de obtener soluciones que ofrezcan tanto confort térmico como un adecuado desarrollo de la vida de los habitantes de dichas zonas. Por otro lado, Barrionuevo y Espinoza (2015) como parte de las edificaciones bioclimáticas en Iberoamérica, en el país de Perú destacaron como resultado principal, más allá de las propias edificaciones identificadas, el haber comprobado que el hombre peruano viene aplicando técnicas bioclimáticas en sus edificaciones desde tiempos muy antiguos, tanto en la costa por el excesivo calor, cuanto en la sierra por el frío intenso. En este escenario, creen que las concepciones bioclimáticas actuales no deberían olvidar técnicas ancestrales que han demostrado efectividad en términos de lograr confort térmico en espacios habitables. Otros autores como Tapia y Correa (2017) realizan un estudio de los materiales usados en Ecuador, específicamente en las ciudades de Loja y Malacatos, los que presentan un gran potencial en el ámbito del confort térmico; sin embargo, a pesar de que los pobladores prevalecen múltiples tradiciones constructivas, al no presentar registros tecnológicos estas están siendo olvidadas. En una aproximación al enfoque teórico, existen diversos autores que evalúan los conceptos bioclimáticos ante la problemática de las zonas alto andinas. Wieser (2011) planteaba una elaboración de una matriz de recomendaciones de diseño arquitectónico en función de los diferentes climas que tiene el Perú, donde presentan las variables que influyen en el confort térmico de las personas, las clasificaciones climáticas y geográficas más comunes y la utilidad del ábaco psicométrico como herramienta de predicción del confort y de identificación de estrategias de diseño en las edificaciones. Por otro lado, Espinoza, Molina, Horn y Gómez (2015) determinan en su artículo, ciertos criterios de diseño bioclimático de vital relevancia para la implementación de viviendas en zonas rurales alto andinas. Además, realizan un análisis de los conceptos bioclimáticos que han sustentado la metodología empleada para el desarrollo del Caso comunidad San Francisco de Raymina (SFR)-Ayacucho. En cuanto al enfoque tecnológico y constructivo, se estudian diversos materiales y dispositivos que se adapten y aprovechen las variables climáticas para alcanzar niveles de confort térmico y ahorro energético. Espinoza y Saavedra et. al. (2009) proponen un proyecto que busca solucionar el problema de bio-climatización y confort térmico en viviendas rurales alto andinas mediante cambios constructivos y lineamientos técnicos. En otro contexto, Vakazova (2014) da a conocer la funcionalidad de los materiales, de la estructura y de la envolvente de una construcción en Rusia, que a pesar de presentar un envolvente grueso y con
aislamiento térmico y usar materiales como ladrillo, hormigón y madera para este fin, presentan permanentes pérdidas de energía, y estarían sujetas a dos eventos: por transmisión de calor, y por ventilación y permeabilidad del aire. De forma complementaria, Cóndor (2017) presenta materiales en relación con su transmitancia térmica propios del distrito de Yanacancha; materiales como adobe, paja o ichu, arcilla, agregados gruesos y otros, además se proponen algunos materiales que hacen que la vivienda sea eficiente según la norma técnica tales como la teja andina, madera serrada, geomalla, cemento y el yute. Por otro lado, Huanca (2018) desarrolla un prototipo de vivienda rural bioclimática utilizando energía solar para zonas frígidas en la región de Puno, para ello emplea colectores solares e invernaderos, también el uso del adobe como sistema constructivo ayuda al confort térmico por su baja conductividad térmica. Un gran número de investigaciones en el Perú sobre vivienda no han tenido un fuerte impacto sobre una reconstrucción o mejoramiento de las mismas. En ese sentido, Abanto y Montenegro (2016) realizan un análisis de los efectos del proyecto K’oñichuyawasi en Langui, provincia de Cusco, con respecto a la calidad de vida mediante la medición de sus efectos en el bienestar y la salud, ya que no se conocen con precisión los efectos que generarían en la población, y como ayudaría al desarrollo comunitario en la zona. Asimismo, RodríguezLarraín, Onnis et. al. (2018) desarrollaron una metodología de difusión, orientada a la formación de “Promotores técnicos de construcción segura y confortable” fue puesta en práctica en la comunidad de Orduña en Puno, a través de talleres de mejoramiento de edificaciones existentes abiertos a su comunidad y obras de construcción de viviendas piloto, con estas actividades llevadas a cabo durante el proyecto hacían posible un correcto desarrollo de un plan de capacitación replicable en todas las zonas alto andinas. Yataco (2020) se enfoca en el carácter metodológico y evalúa la situación actual de las zonas alto andinas en los módulos de viviendas Sumaq Wasi en relación con la calidad de vida de sus habitantes bajo los indicadores establecidos por las Naciones Unidas. Finalmente, si bien existen diversos enfoques de estudio respecto a viviendas bioclimáticas y confort térmico en zonas alto andinas, se evidencia la insuficiencia de estudios sobre viviendas propuestas por el Estado, y cómo estas afectan al contexto en el que se encuentran considerando el estilo de vida de los pobladores. En este sentido, el presente tema de investigación busca aportar al análisis del objeto de estudio compuesto por las viviendas bioclimáticas propuestas por el Ministerio de Vivienda,
Construcción y Saneamiento del Perú. Siendo relevante para la producción científica en la investigación aplicada, principalmente, con el fin de difundir adecuadas consideraciones bioclimáticas para la construcción viviendas en zonas alto andinas que brinden verdaderas soluciones a los problemas de salud y confortabilidad de sus habitantes, teniendo en cuenta las posibles deficiencias de las soluciones propuestas por el estado y su implementación masiva. Capítulo 2. Marcos de referencia 2.1. Marco histórico En el Perú se registran fenómenos naturales como friajes, heladas, huaycos, inundaciones, lluvias intensas y sismos. Esto tuvo un impacto en la vida del poblador, ya que esto ameritaba que la vivienda donde habitaba tuviera que adaptarse a estos fenómenos naturales. Desde la época prehispánica se tiene registros de estas adaptaciones, esto debido al conocimiento geográfico de la zona por parte de los pobladores. Como consecuencia, se iban descubriendo nuevos materiales y nuevas manifestaciones constructivas que ayuden a combatir el clima extremo. Entre varias de estas manifestaciones podemos mencionar a la etnia de los uros y su vivienda tradicional: el putuco. Investigaciones actuales determinaron que los putucos, gracias a la forma particular que presentan y al material usado, presentan un comportamiento térmico muy óptimo, esto debido a que durante las heladas preservan el calor en el interior de la vivienda, mientras que en un día caluroso el interior se mantiene fresco con respecto al exterior. Tras la conquista española, muchas de estas manifestaciones se vieron mermadas. Ya que se masificaron otros materiales con el objetivo de colonizar raudamente, esto sumándole también el centralismo que ya se estaba efectuando en la capital del Perú, Lima. Esto daba inicio a que el confort térmico de las viviendas ya no sea una preocupación, y no se volvería a tomar medidas con respecto a ello hasta el siglo XX. Posteriormente se crearían entidades que se encargaran de los problemas de la vivienda en el Perú, entre ellas el Programa Nacional de Vivienda Rural, que se encargaría del planteamiento de viviendas para el confort térmico en el país para su posterior distribución en la población vulnerable.
2.1.1. Iniciativas sobre el confort térmico en el Perú (1987-2012). En el año 1987 se encuentra un primer tratado (Beltrán, 1987) que enfoca la problemática generada por el clima adverso de la región altiplánica y elabora una propuesta de arquitectura bioclimática destinada a mejorar las condiciones de habitabilidad para las poblaciones andinas. Sin embargo, no tuvo la difusión necesaria para tomar medidas de gran envergadura sobre el confort térmico en el país. En el ámbito internacional en el año 1994, la Organización Panamericana de la Salud (OPS) inició una estrategia para fomentar la creación de Redes Nacionales de Vivienda Saludable a través de instituciones de prestigio que promovieron en América Latina y el Caribe el concepto de la calidad de la vivienda como un factor que contribuye al estado de salud de la población. En años más recientes, (Zea, 2000) y (Horn, 2005) se han ocupado de este tema confirmando que la penetración de esta tecnología en el contexto arquitectónico y constructivo nacional no va más allá de casos puntuales, importantes y destacables, pero aislados.
2.1.2. Proceso de creación del primer programa de vivienda estatal para zonas
alto
andinas (2012-2013). En el 2012 se estableció el decreto supremo Nº 001-2012-VIVIENDA, se creó el Programa de Apoyo al Hábitat Rural (PAHR) lo cual trajo mejoras en el desarrollo de intervenciones referidas al mejoramiento de viviendas, esto se lograría gracias a la implementación de los Centros de Servicios de Apoyo al Hábitat Rural (Tambos). Posterior a este acontecimiento en 2013 se instauró el decreto supremo Nº 016-2013VIVIENDA, el cual separa la línea de acción del PAHR y se crean: el “Programa Nacional Tambos” y el “Programa Nacional de Vivienda Rural”.
2.1.3. Creación de políticas nacionales (2013-2019). En el marco del Plan Multisectorial ante Heladas y Friaje – PMAHF, la intervención del PNVR se centra en la población pobre expuesta a la ocurrencia de heladas y friajes que está comprendida en los centros poblados focalizados en el Plan Multisectorial ante Heladas y Friaje 2019 – 2021 con prioridad de atención 1 y 2, de acuerdo a lo que corresponda, sobre un total de 185,564 familias. En acuerdo con el viceministerio de gobernanza territorial de la PC, elaborado por Centro Nacional de Estimación, prevención y reducción de riesgo CENEPRED se reduce la brecha del nivel 1, por ello el Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento establece una meta de 21 232 viviendas en zonas de heladas, y 2 793 viviendas en zonas de friajes, cuyo objetivo es el mejoramiento de sus viviendas con la construcción de módulos habitacionales con diseños sismo resistentes y de confort térmico. Los Sumaq Wasi en la sierra tienen ventanas colocadas en el techo, para captar el calor del sol en el día a través de ventanas colocadas en el techo, evitando las pérdidas térmicas en la noche mediante el uso de materiales que brindan un aislamiento adecuado. Tiene un área construida de 33 m2 en muros de adobe con refuerzo horizontal y vertical de caña brava o carrizo, que le brinda resistencia ante sismos. Consta de dos dormitorios, cocina – comedor y, área tapón para viviendas encima de los tres mil metros de altitud, evitando que las corrientes frías ingresen al módulo. En la Resolución directoral Nª 151-2020 (2019) se aprueba tres (03) diseños de módulos habitacionales para las intervenciones que realice el Programa Nacional de Vivienda Rural en el marco del Plan Multisectorial ante Heladas y Friaje (PMHF) Nº
REGION
Nº VIVIENDAS PADRON COFOPRI
Nº VIVIENDAS IDENTIFICADAS PNVR
TOTAL GENERAL DE DAMNIFICADOS
FAMILIAS ATENDIDAS2018 O.U. Nº010-2017
Nº VIVIENDAS EN EJECUCION PNVR
Nº VIVIENDAS DAMNIFICADAS POR ATENDER
FAMILIAS DAMNIFICADAS NO VIABLES
ANCASH
802
3
974
158
193
204
64
2
AREQUIPA
13
13
10
2
3
AYACUCHO
10
10
4
CAJAMARCA
92
153
1
2
18
62
5
25
5
HUANCAVELICA
489
12
624
69
179
47
65
TOTAL
1 406
15
1 774
245
434
266
148
GRÁFICO 1: Programación de la intervención del PNVR en Plan Integral de Reconstrucción con Cambios – Región Sierra
2.2 Marco teórico Durante el año 2020, el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS) ha destinado gran presupuesto a la implementación de viviendas bioclimáticas Sumaq Wasi en zonas alto andinas, principalmente en Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna mediante el PNVR. Esta acción del gobierno dentro del plan Plan Multisectorial ante Heladas y Friaje busca mitigar los efectos de las heladas y efectos del clima en la población al atender el problema de calidad en sus viviendas en busca de lograr el confort térmico. En ese sentido, con el fin de analizar la eficiencia del diseño bioclimático de las viviendas propuestas por el MVCS, es necesario definir dos categorías conceptuales: confort térmico y diseño bioclimático. El concepto de confort térmico y los parámetros que lo condicionan tanto de forma general como específica para zonas climáticas altoandinas y gélidas. Asimismo, se requiere determinar las estrategias de diseño bioclimático dentro de su dimensión arquitectónica y ambiental y los métodos para la medición de su eficiencia en relación con el confort térmico. 2.2.1. Confort térmico Como noción preliminar es pertinente definir el término de confort. La Organización Mundial de la Salud (OMS) lo define como "un estado de completo bienestar físico, mental y social”; sin embargo, tanto especialistas como diversos organismos internacionales no se han limitado a esta definición confort, sino que han buscado su cuantificación y medición por lo que han establecido clasificaciones de las energías que lo afectan como la térmica, lumínica, acústica y visual en conjunto con sus distintos parámetros y factores que los definen. Es así que para un edificio de cualquier tipo se puede determinar las condiciones óptimas de confort en su interior principalmente mediante tres factores determinantes, según
Dounis y Caraiscos (2009): el confort térmico, el confort visual y la calidad del aire. Para los fines del presente estudio, es pertinente ahondar en el primero. Al respecto, Castilla et. al. (2010) afirman que según la mayoría de los estándares internacionales (ISO7730, 1994; ASHRAE55, 1992) el confort térmico se puede definir como: “Aquella condición de la mente que proporciona satisfacción con el ambiente térmico” (Fanger, 1973). Asimismo, Rodríguez y Degrange (2018) añaden desde una perspectiva social, que el confort térmico es un estado de satisfacción que nos permite desarrollar las tareas cotidianas, una condición ligada directamente a la salud evitando contraer enfermedades y si ya se tiene una enfermedad propicia un entorno favorable para la recuperación. En ese sentido, se establece la relevancia de cuantificar el confort térmico en su dimensión física debido a s importancia social en materia del presente estudio. De acuerdo a Castilla et al. (2010), son múltiples las teorías entorno al problema del cálculo de las condiciones de confort en un determinado entorno; sin embargo, el de uso más extendido en diversos contextos es el índice PMV (Predicted Mean Vote) desarrollado por Fanger en la década de los 70 para modelar el confort térmico de los seres humanos sensación térmica experimentada durante estancias prolongadas en determinadas condiciones termohigrométricas (IDAE, 2007). Fanger (1972) establece un índice de confort que varía de -3 a +3 considerando a los valores cercanos al 0 como confort térmico óptimo. Para su cálculo son necesarias un total de seis variables medibles. Wieser (2010) clasifica estas variables en ambientales y personales. Las ambientales influyen en el confort térmico y definen las características climáticas del medio: temperatura del aire , temperatura de radiación, humedad relativa del aire y velocidad del aire. Las principales variables personales que influyen en la sensación de confort térmico son: la actividad física de la persona. la resistencia y permeabilidad de la ropa. Para los fines del presente estudio se han recopilado principalmente investigaciones respecto a las metodologías de medición del confort térmico en base a las características climáticas del medio externo e interno. Espinoza y Saavedra et. al. (2016) elaboran un plan de mediciones térmicas y ambientales de acuerdo con parámetros técnicos y científicos en una vivienda rural de una comunidad altoandina peruana. Mediante la instalación de sensores térmicos dentro de la vivienda y una mini estación meteorológica en el exterior se miden los valores pertinentes
durante un periodo de frío intenso el cual es representativo para la situación extrema de comunidades altoandinas. Posteriormente se identifican 4 zonas térmicas dentro de la vivienda y se realiza el cálculo de los flujos de calor por convección natural entre las superficies interiores y el aire ambiente de dichas zonas. Este cálculo permitió identificar a los componentes de la vivienda que más influyen en la temperatura del aire de las zonas térmicas, asimismo, determinar la influencia de las infiltraciones de aire sobre las temperaturas en las zonas de estos ambientes. Los resultados obtenidos de la medición de confort permitieron caracterizar la situación de las viviendas para posteriormente plantear las modificaciones constructivas. Espinoza y Saavedra (2016) añaden como consideración final que debido a que la población de estas zonas rurales altoandinas se ha visto condicionada por el frío intenso durante toda su vida, no sería adecuado tomar como referencia los indicadores de confort convencionales (Temperatura ambiente 22 oC y HR 50%); por lo sera necesario tener en cuenta que la temperatura de referencia para el diseño será la mínima, considerando de 15° a 18°. Gomez y Horn et. al. (2015), de forma similar, desarrollan una metodología de medición de carácter experimental en el estudio del comportamiento térmico de un albergue y vivienda modificados de San Francisco de Raymina al analizar mediante el análisis de las técnicas bioclimáticas fijadas en su construcción. utilizan ciertas herramientas de medición como sensores de temperatura, adquisidores de datos y una estación meteorológica (para obtener los registros de temperatura del aire, radiación solar, humedad relativa y velocidad y dirección del viento). De forma complementaria, Espinoza y Lefebvre et. al (2020) especifican que para determinar el comportamiento térmico de edificaciones se consideran únicamente la transferencia de calor en estado estacionario mediante el cálculo de la resistencia térmica de las diferentes partes de la envoltura de la edificación. sin embargo, dichos cálculos no consideran el calor acumulado en los materiales de construcción, que depende del tiempo, por lo cual estos cálculos no son del todo confiables, especialmente si son aplicados en zonas climáticas extremas, tal como existen en el Perú. Por tanto, Espinoza y Lefebvre et. al (2020) introducen como consideración la aplicación de programas de simulación térmica del comportamiento de edificaciones que consideran la transferencia de calor en función del tiempo. Y establecen su importancia de uso en el diseño bioclimático a fin de ahorrar tiempo y costos, además, permiten tomar decisiones en cuanto a elegir determinada estrategia y técnica
bioclimática a implementar en el diseño de una edificación sustentable con eficiencia energética que mejore las condiciones de confort térmico y habitabilidad Larrain y Wieser (2021) establecen una serie de mediciones exteriores mediante la una mini estación meteorológica también a fin de confirmar las características climáticas típicas del emplazamiento en zonas altoandinas. Las mediciones obtenidas durante la semana de mediciones interiores, con la presencia de personas y la manipulación apropiada de los cerramientos en vanos, aportan a las consideraciones de medición del confort térmico pues permiten además identificar la calidad del aire al interior del prototipo.
2.2.2. Diseño bioclimático De forma general, el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, define el diseño bioclimático, como un diseño que considera el clima y su entorno para poder utilizar métodos de acondicionamiento ambiental basadas en las condiciones climáticas y en las demandas de confort. Menciona además que este tipo de diseño considera los siguientes puntos: bienestar térmico, espacios ventilados, iluminación y aislamiento acústico. En complemento, Lozano (2010) explica que el diseño bioclimático es aquel que busca ser ambientalmente confortable y energéticamente eficiente, para lo que se vale exclusivamente del diseño, el clima , los materiales y los elementos arquitectónicos, así también de la utilización de una serie de sistemas naturales pasivos (sistemas bioclimáticos) para el logro del confort. En refuerzo de esa idea, la Universidad de Castilla la Mancha, en un programa de investigación de arquitectura bioclimática, impulsada por el Ministerio de Ciencia y Tecnología de España, definió algunos criterios para el desarrollo de un diseño bioclimático los cuales son: el lugar y la orientación, los sistemas de acondicionamiento pasivos y/o activos; y los materiales (Flores, 2010). Ahora bien, dentro del contexto de la presente investigación, Wieser (2011) explica además que las particularidades geográficas de Perú condicionan una gran diversidad medioambiental. En ese sentido, se debe partir de la caracterización climática de las zonas altoandinas del Perú, las cuales poseen características climáticas muy particulares. Molina y Espinoza (2015) precisan que en estas zonas existe una oscilación térmica de alrededor de 12°C en promedio y una energía solar incidente promedio de 5kW/m2, parámetro que puede ser aprovechado para el calentamiento de viviendas haciendo usos de técnicas bioclimáticas que se desprenden de la necesidad de aplicar las estrategias de calentamiento. En ese sentido, para
los fines del presente estudio, se precisa dimensionar la funcionalidad del diseño bioclimático de las viviendas propuestas del PNVR orientados específicamente a lograr calefacción en zonas altoandinas, para lo cual se requiere considerar ciertas características del propio diseño bioclimático. En un principio, a fin de lograr el acondicionamiento térmico, de acuerdo a Lozano (2010) se emplean sistemas bioclimáticos activos y pasivos. Explica que en general los sistemas activos emplean sistemas auxiliares mecánicos para captar y transportar el calor. Por el contrario, los sistemas pasivos que utilizan la arquitectura bioclimática con mayor frecuencia captan y transportan el calor mediante sistemas no mecánicos; es decir, funcionan con la energía aprovechable del entorno inmediato. Lozano (2010) añade que los sistemas pasivos pueden ser de aporte directo o aporte indirecto. Los directos son aquellos que permiten la calefacción o refrigeración de manera directa (sol o viento) en el espacio a acondicionar y los aportes indirectos en cambio concentran la energía (frío o calor) en elementos naturales intermedios que transmiten al espacio a tratar por medios naturales de transmisión del calor. Flores (2010) menciona que estos sistemas emplean métodos para poder aumentar la temperatura del interior de la infraestructura, para obtener una temperatura mayor a la temperatura exterior, buscando aumentar las ganancias solares y evitar las pérdidas de calor. Respecto a ello Flores (2010) menciona que la funcionalidad del diseño bioclimático depende del diseño de la infraestructura, recursos disponibles en la zona de intervención, diseño del sistema y su eficiencia. En ese sentido, como primer criterio, Espinoza y Molina et al. (2015) establecen que el recurso solar es la principal fuente de calefacción para las poblaciones más afectadas por las heladas, siendo fundamental conocer en detalle el recorrido del sol durante todo el año sobre el poblado en estudio. Respecto a ello, Flores (2010) menciona el empleo de sistemas de captación solar, la cual aprovecha el calor proveniente del sol, para poder usarla en el momento o almacenarla para la noche. Menciona que la captación puede ser directa por medio de vanos, semidirecta a través de invernaderos, indirecta a través del suelo, paredes o techos, y a través de sistemas independientes del edificio. Para lo que debe de considerar el material; el dimensionamiento, orientación y ubicación; la presencia de árboles, que eviten el efecto sombra que disminuye la posibilidad de captar radiación solar; el color, ya que los colores más
opacos son los que mayor calor absorben; y la forma del edificio, para determinar qué puntos están más expuestos a absorber calor. Por otro lado, Flores (2010) añade consideraciones adicionales respecto a los sistemas, a fin de determinar la funcionalidad del acondicionamiento de una edificación en zonas de climas fríos: Aprovechamiento del calor de los sistemas o equipos que generan calor dentro de la infraestructura. Los equipos que generan calor residual son los puntos donde se puede colocar un sistema que distribuya el calor a la zona objetivo, generalmente se utilizan líquidos para transmitir el calor. Este sistema depende de la hermeticidad del sistema; el espacio de la vivienda define la cantidad de volumen del sistema transmisor de calor y de la necesidad; y la disponibilidad de ganancia interna que se tenga en el edificio. Protección de los vientos; esta consiste en evitar que los vientos disminuyan la temperatura de la edificación (externa e interna). Este método trabaja con la hermeticidad de la construcción, la orientación de la infraestructura, con barreras que son estrategias adicionales que pueden aumentar la eficiencia, y con el emplazamiento que aprovecha la geografía respecto a los vientos dominantes Inercia térmica; es la capacidad de la construcción de poder aislar el interior de su exterior para así poder acumular calor. El sistema depende mucho de los materiales y las dimensiones de los techos y paredes. La rapidez de pérdidas o ganancias de calor es directamente proporcional al área de exposición al medio Muros de pre calentamiento; muros diseñados con materiales metálicos y con aberturas para el paso del aire, las cuales aumentan la temperatura en el aire creado para ingresarlo al interior del edificio. Invernaderos adosados; son espacios acristalados ubicados entre el interior y exterior de la construcción, son muy eficientes para la captación de energía solar porque la superficie puede ser muy amplia, se ubican entre los espacios que requieran mayor necesidad de calor, pueden ser controlados ya que disponen de ventanas o puertas que pueden liberar el calor que almacenan, y su capacidad hermética depende del grosor de los vidrios que se empleen Atrios; espacios en los techos que permiten el paso de energía solar directa y difusa, para aumentar las ganancias solares. Estos métodos han sido modernizados con el tiempo
logrando utilizar vidrios en lo que era un espacio vacío. Para esta estrategia debe de considerarse el comportamiento climático durante el año, ya que, en temporadas de frío puede generar pérdidas de calor. Además de estas técnicas, es importante considerar que mantener una eficiente proporción de las aberturas para mejorar el aprovechamiento de ganancias de calor, pero esto debe de mantener una proporción, ya que si se sobre pasa de aberturas, en tiempos de frío, se pueden tener pérdidas considerables que afecten el confort térmico (Flores, 2010). Ahora bien, por otro lado, Espinoza y Saavedra (2016) añaden que las superficies interiores de las edificaciones o viviendas en zonas alto andinas se caracterizan por ser: paredes planas verticales, superficies planas horizontales, superficies planas con cierta inclinación; y ya que la transferencia de calor entre dichas superficies interiores y el aire ambiente interior es por convección natural es posible utilizar relaciones empíricas (asociadas a dichas geometrías) para determinar los diferentes coeficientes que determinarán el rendimiento térmico de los materiales de la envolvente. Ello conlleva a identificar a los componentes de la vivienda que más influyen en la temperatura del aire de las zonas térmicas, así mismo, permite identificar la influencia de las infiltraciones de aire sobre las temperaturas en cada ambiente. Molina y Lefvbre et al (2020) mencionan sobre los diversos cálculos numéricos que se requieren: “Es difícil determinar el rendimiento térmico y energético de una edificación en condiciones transitorias reales donde el material puede absorber, almacenar y liberar progresivamente el calor. Por lo tanto, muchas normas de países Sudamericanos que se refieren al bienestar (confort) térmico con eficiencia energética (Silvero et al., 2019), incluida la Norma Técnica Peruana EM.110 “Confort Térmico y Lumínico con Eficiencia Energética” (MVCS, 2014), basan su análisis de la transferencia de calor en un estado estacionario, donde solo se tiene que estimar la resistencia térmica, o su inversa (transmitancia térmica), de los elementos constructivos como un indicador de su rendimiento térmico y nivel de aislamiento, ignorando su capacidad para almacenar calor.” De lo anteriormente mencionado se determina que, dentro de la norma, las características térmicas que deben ser consideradas para la funcionalidad y eficiencia del diseño bioclimático son tanto el rendimiento térmico como el nivel de aislamiento térmico. Las propiedades termofísicas de los materiales de construcción pueden extraerse de la propia
Norma Técnica Peruana EM.110 “Confort Térmico y Lumínico con Eficiencia Energética,” siendo las siguientes: el espesor (e), conductividad térmica (k), densidad (ρ), calor específico (c), y resistencia térmica (R). Sin embargo, es necesario considerar además la capacidad de almacenamiento de calor. Sobre ello Molina y Lefebvre et. al. (2020) añaden que el uso de materiales tradicionales de tierra de alta masa térmica como el adobe (Abanto et al, 2017) o tapial (Velazco et al 2017)), servirán para recibir y almacenar el calor del Sol en el día dentro de su masa durante un tiempo más prolongado. Explica que esto se conoce como inercia térmica; es decir, la propensión de un material a mantener durante un tiempo prolongado su temperatura original cuando interviene una perturbación de su equilibrio térmico. Si la perturbación lo lleva a una nueva temperatura de equilibrio, esta inercia térmica representa la “lentitud” con que se alcanza este nuevo punto de equilibrio (Lefebvre, 1989). De forma complementaria, Endara y Jimenez (2019), reiteran la necesidad del reconocimiento de las características térmicas de los materiales empleados en el diseño bioclimático de una edificación en zonas alto andina, encontrando los valores de las transmitancias térmicas máximas para muros, techos y pisos de la zona bioclimática de acuerdo a la norma Norma (EM.110, 2014). Además, Endara y Jimenez (2019) añaden ciertas consideraciones adicionales de acuerdo a la misma Norma que se explican a continuación: Tipo de envolvente. Se precisa de considerar el tipo de envolvente que posee el proyecto de edificación de acuerdo a la misma Norma para posteriormente procesar el cálculo de sus características térmicas de acuerdo al ángulo de inclinación, dimensión y función del componente de la envolvente a analizar. Condensaciones superficiales. Dentro de la presente Norma se debe considerar que las envolventes (muro, pisos y techos) no presenten humedades de condensación en su superficie interior, que degraden sus condiciones. Para esto, la temperatura superficial interna (Tsi) deberá ser superior a la temperatura de rocío (tr) Permeabilidad al aire de las carpinterías. Para efectos de la presente Norma, se deberá tener en cuenta las siguientes clases de carpinterías de ventanas por zona bioclimática. Las clases de carpinterías de ventanas se clasifican de acuerdo a su permeabilidad al aire, que se define como la cantidad de aire que pasa (por causa de la presión) a través de una ventana cerrada.
Por otro lado, Flores (2010) menciona que todo método utilizado por la población debe considerar los materiales de su área local, así como se daba en tiempos pasados, utilizando técnicas pasivas o activas de sistemas de acondicionamiento y el diseño de sistemas eficientes. Por tanto, se reitera la importancia del empleo adecuado de materiales durante el proceso del diseño bioclimático, para una adecuada infraestructura y diseño de sistemas de acondicionamiento eficientes. Asimismo, Larrain (2016) plantea tener en consideración las características de aplicabilidad y replicabilidad de los materiales. Parte del conocer la vulnerabilidad de las poblaciones en zonas alto andinas debido a las bajas temperaturas, por lo que se realizó un estudio del impacto del clima en los pobladores, dando como resultado la importancia del confort térmico de la vivienda resaltando la aplicabilidad debido al transporte de materiales y el costo que implicaría ello, y la replicabilidad de las construcciones gracias a las materias primas que se encuentran en la zona. A su vez también resaltó la importancia de las capacitaciones a la población en técnicas de mejora, reparación y construcción de los futuros módulos de vivienda que se brindarían, ya que así se generaría la autosustentabilidad con respecto a la construcción de nuevas propuestas de vivienda. Paralelamente a estas ideas Del Pilar y Pacheco (2014) nos recalca que la vivienda refleja diversas soluciones adoptadas por los hombres que buscan proveerse de un espacio controlado dentro de un amplio espacio natural. Estas soluciones ‘espontáneas’ forman parte de la tradición constructiva en la historia; con valor cultural y arquitectónico incalculable que debe ser rescatado y promovido para enfatizar la diversidad cultural de la región en tiempos de globalización acelerada. Y también se considera que es responsabilidad del arquitecto promover la continuidad cultural reconociendo y poniendo en valor la tecnología local. Se recalca que los materiales de construcción no industrializados como el adobe y piedra, son idóneos para contrarrestar las inclemencias climáticas del lugar de manera sostenible incorporando conocimiento tradicional y permaneciendo acordes al paisaje cultural alto andino. Finalmente, teniendo en cuenta la implementación de criterios de diseño bioclimático del Programa Nacional de Vivienda Rural con el fin de lograr el confort térmico, se tomará en cuenta los aportes de los diversos autores anteriormente mencionados. Para fines de esta investigación, se define la eficiencia y funcionalidad del diseño bioclimático a través de los conceptos propuestos por Flores (2010) en cuanto a la utilización
de sistemas de acondicionamiento pasivos, de los cuales se tomará en cuenta los tipos de sistemas: Sistemas de captación solar, de aprovechamiento del calor, de aislamiento, de protección de vientos, de iluminación natural y sus respectivas consideraciones de funcionamiento. Asimismo se recurre a las consideraciones de las características de los materiales desde el planteamiento de Endara y Jimenez (2019) y la Norma Técnica Peruana EM.110 “Confort Térmico y Lumínico con Eficiencia Energética” de lo que se tendrá en cuenta la estimación de resistencia térmica o transmitancia térmica de los elementos constructivos como un indicador de su rendimiento térmico y nivel de aislamiento, así también, el tipo de envolvente, las condensaciones superficiales y permeabilidad al aire de las carpinterías.. En complemento, se utilizará el planteamiento de Molina y Lefebvre et. al. (2020) en cuanto a la capacidad para almacenar calor de los materiales; es decir, la medición de su inercia térmica, Es necesario, a fin de obtener un resultado más integral, tomar además las consideraciones de Larrain (2016) y Del Pilar y Pacheco (2014) acerca de la aplicabilidad en relación con el transporte de materiales y su costo, así como la replicabilidad de las construcciones en relación con los recursos que se encuentran en la zona.
2.3 Marco metodológico La presente investigación tiene un enfoque cuantitativo con un alcance descriptivo ya que se recolectarán los datos pertinentes para poder comparar, e interpretar los datos precisados por otros investigadores en fuentes documentales indexadas que aborden temas afines a para verificar la hipótesis causales o explicativas de la eficiencia del diseño bioclimático de las viviendas del Programa Nacional de Vivienda Rural del Ministerio de Vivienda en el confort térmico en las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020, y un tipo de investigación no experimental transversal o transeccional recolectando los datos de un solo momento (2020). 2.3.1 Preguntas Pregunta general ·
¿Cuál es la eficiencia del diseño bioclimático de las viviendas del Programa Nacional de Vivienda Rural (PNVR) del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS) en el confort térmico en las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020?
Pregunta específica ·
¿Cuáles son las condiciones de confort térmico en las viviendas del PNVR del MVCS de las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020?
·
¿Cuáles son las características del diseño bioclimático de las viviendas del PNVR del MVCS en las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020?
2.3.2 Objetivos Objetivo general ·
Determinar la eficiencia del diseño bioclimático de las viviendas del PNVR del MVCS para lograr el confort térmico en las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020
Objetivo específico ·
Determinar las condiciones para lograr el confort térmico de las viviendas del PNVR del MVCS en las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020
·
Determinar las características del diseño bioclimático del PNVR del MVCS en las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020
2.3.3 Hipótesis Hipótesis general ·
En las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cusco, Moquegua y Tacna en el año 2020 las viviendas del PNVR del MVCS han sido diseñadas y construidas con materiales y sistemas bioclimáticos que no logran el confort térmico de sus usuarios además de ser insostenibles en el tiempo.
Hipótesis específica ·
En las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cuzco, Moquegua y Tacna en el año 2020 las viviendas del PNVR del MVCS presenta parámetros bioclimáticos por debajo del confort térmico para sus usuarios.
·
En las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cuzco, Moquegua y Tacna en el año 2020 las viviendas del PNVR del MVCS presentan características de diseño convencionales que no se adecuan a las condiciones climáticas de las zonas alto andinas.
2.3.4 Variables Para la clasificación de las variables en relación a la eficiencia del diseño bioclimático para el confort térmico de las viviendas en las zonas alto andinas de Puno, Arequipa, Cuzco, Moquegua y Tacna en el año 2020, se estudia a través de
dos variables: el confort térmico de las viviendas y las características del diseño bioclimático de las viviendas. Variables generales ·
Para medir el confort térmico de la vivienda en las zonas alto andinas se debe medir los parámetros climáticos internos de la vivienda, la temperatura, la humedad relativa, la ventilación y el asoleamiento.
·
Para cuantificar las características del diseño bioclimático de las viviendas alto andinas se debe medir las características térmicas de los materiales empleados, el sistema de acondicionamiento, las tecnologías integradas y su replicabilidad constructiva.
Variables específicas · Para poder medir el confort térmico de la vivienda se consideran los indicadores de transmitancia térmica, temperatura mínima de confort en ºC, porcentaje de humedad relativa mínima de confort en los ambientes, velocidad y orientación de los vientos, índice de radiación, altitud y azimut solar. ·
Se consideran los indicadores de espesor de muros, densidad kg/ m2 , calor específico, conductividad y difusividad térmica para medir las características térmicas de los materiales empleados.
·
Se consideran los indicadores de orientación del edificio y ambientes, número, dimensión y ubicación de los vanos para determinar el sistema de acondicionamiento.
·
Se consideran los indicadores de costo de transporte, número de unidades de insumos, materiales, unidades de transporte para determinar su replicabilidad constructiva.
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