Edificio de Humanidades by Erik Parraguez

Presentación del caso Descripción General Nombre del Proyecto: Edificio de humanidades País: Chile Ciudad :Santiago Latitud: 33 º 27

Descripción : El edificio esta constituido por tres plantas , entre ellas una subterránea que primeramente albergaba un programa de calefacción , mientras que ahora se utiliza de bodega . La dos plantas subsiguientes son de netamente de carácter administrativas correspondientes a las carreras de humanidades , estando diferenciadas en que el primer es publico , pues acoge al personal académico y estudiantil , mientras que el segundo nivel es privado al acoger al personal administrativo .

Funcionamiento e hipótesis Esquemas de Funcionamiento LUZ SOLAR PONIENTE

LUZ SOLAR PONIENTE

AIRE ACONDICIONADO

AIRE ACONDICIONADO QUIEBRASOLES

PERDIDAS CALORICAS POR FACHADA VIDRIADA GANANCIA CALORICA POR FACHADA VIDRIADA

Tº ALTAS

ESQUEMA DE VERANO

Tº BAJAS

ESQUEMA DE INVIERNO

Hipótesis Se genera a partir el estudio térmico de las fachados poniente y oriente que son las encargadas de condicionar el confort dentro del edificio. la fachada oriente consta de paños vidriados en ambos niveles, lo que proporciona una pequeña incidencia calórica durante la mañana proporcionando confort térmico apropiado a los diferentes recintos. la fachada poniente consta de paños vidriados en ambos niveles, la diferencia entre ellos esta en que el nivel superior esta equipado con un sistema de quebrasoles lo que da solución al paso de la radiación solar, impidiendo que esta se convierta en calor al interior del edificio y el nivel inferior se ve vulnerable a esta radiación ya que no presenta ningún equipamiento para contrarrestar dicho problema, solo se han puestos cortinas que atenúen la radiación lo que significa que estas se calienten elevando la t º al interior produciendo un desconfort térmico para los usuarios a través del fenómeno de la convección el calor sube al segundo piso calentando a este en su totalidad. a pesar de ser una fachada vidriada no existe una ventilación apropiada al interior, existen perdidas en invierno y ganancias en verano, esto se ve reflejado en los sistemas de aire acondicionado. frente a esto se propuso que a la fachada poniente se le incorporen quebrasoles para controlar la radiación y a la vez reorganizar el espacio interior para generar ventilación cruzada, se busca verificar que las soluciones empleadas sean efectivas, si estas resultan ineficientes se buscara una mejora para dichas falencias que se ajusten a los parámetros aceptables de confort logrando así espacios mas habitables.

Estándares de medición Los estándares de medición estan dados por medio del reglamentos térmicos , los cuales basan termicamente para dar el estándar básico de confort mejorando asi la calidad de habitabilidad de las personas. Dentro de la Ordenanza General de Vivienda y Urbanismo a Santiago le corresponde la ZONA 3 segun el Articulo 4.1.10 que regula termicamente las especificaciones de sistemas y elementos constructivos en edificaciones

Los complejos de techumbres, muros perimetrales y pisos inferiores ventilados, entendidos como elementos que constituyen la envolvente de la vivienda, deberán tener una transmitancia térmica “U” igual o menor, o una resistencia térmica total “Rt” igual o superior, a la señalada para la zona termica segun el ministerio de Vivienda y Urbanismo.

La superficie máxima de ventanas que podrá tener el proyecto corresponderá de acuerdo a la superficie de los paramentos verticales, considerando la zona y el tipo de vidrio que se especifique.

Esta medición se basa en términos de coeficientes de transmitancia térmica u, que equivale al flujo térmico que pasa por una solución constructiva, también se trabaja con el inverso que denominamos resistencia térmica el cual mide la resistencia del material al paso del calor. Cuanto más bajo sea el coeficiente de transmitancia térmica, lo que equivale a un mayor aislamiento, más alto será el valor del coeficiente de resistencia térmica. Para poder establecer un estudio de acuerdo al estándar de medición debemos conocer el comportamiento térmico del edificio. Este comportamiento se encuentra dado por, el clima (temperatura exterior, humedad relativa, radiación solar, viento), los materiales (conductividad térmica, capacidad calórica, densidad), las condiciones de uso (actividad, iluminación, equipos) y factores arquitectónicos (orientación, superficie, volumen) .

Materiales, zonas y otros Planta de Zonificaci贸n

Materiales

Zona 1

Sala de profesores

70,26 m2

Zona 2

Oficina

40,39 m2

Zona 3

Bodega

11,41 m2

Zona 4

Oficina 2

14,71 m2

Zona 5

Pasillo

28,38 m2

Configuraci贸n de Materiales

Zonas de An谩lisis

Muros (Oficina 2)

Losas

Ventanas

Paneles interiores

Techo

Análisis caso original ANNUAL TEMPERATURE DISTRIBUTION

Temperatura media radiante / verano

Durante el verano la radiación solar en el nivel inferior se presenta alta con respecto a los otros espacios , además no se genera un confort térmico frente a esta estación del año , pues sobrepasa las temperaturas estándar . La radiación es mas aguda en el nivel inferior, que en el superior, ya que posee una cara totalmente vidriada al poniente , dejando pasar directamente luz solar , a diferencia del segundo nivel que posee quebrasoles reduciendo en parte esta radiación .Pero esa reducción en esta época no es percibida ,ya que el calor sube por conveccion desde el primer nivel produciendo una masa de aire caliente , y por ende generando un desconfort. Entre las diferentes zonas la temperatura anual predominante es baja, va desde los 10º C a los 18º C disminuyendo en temperaturas superiores, esto lleva a que las horas sean menor entre los grados de confort llegando a solo un 33 % de este anualmente. Podríamos decir que dentro del confort anual por horas tenemos una gran cantidad en cada zona , pero no es predominante, esto hace que la habitabilidad dentro de los recintos este sujeta a instrumentos mecánicos que mejoren dicho confort. El predominio de las horas en bajas temperaturas se debe a los problemas por transmitancia térmica, lo que significa que existe poca resistencia térmica entre sus materiales, esto hace que se genere un bajo aislamiento a nivel térmico.

Temperatura media radiante / invierno

En la grilla podemos observar que la radiación ingresa a través del paño vidriado en forma calórica esto debido al fenómeno de la conducción, el resultado de esto es el sobrecalentamiento del primer nivel. El calor pasa hacia el segundo nivel por medio de dos fenómenos, la convección y los diferentes puentes térmicos, aun así no llega a un confort equivalente al clima que por ende disipe el frío .

Análisis caso original Temperatura hora

Día mas caluroso

El grafico adjunto muestra particularmente las falencias con las cuales se enfrenta el edificio en verano , ya que desde las 11 hrs. a las 20 hrs. la temperatura en todas las zonas analizadas se sale del confort ( 18º y 26º) , estando sobrecalentado la mayor parte del día .

Gains breakdown

Grafico de ganancia horaria

Día mas frío

En invierno las zonas no alcanzan un confort térmico , se mantienen a temperaturas por bajo lo ideal , configurando zonas frías y desconfortables .

Día mas caluroso

Las ganancias solares en verano son mínimas alcanzando unos 1500 (wh) a medio día , pero presenta una alta conducción , es decir, poca perdida por aislamiento , esto se debe a los materiales ocupados en el edificio , que son de un alto grado de conductibilidad , afectando el confort.

Día mas frío

Las ganancias solares en invierno son más bajas que en verano y las perdidas por aislamiento son mas altas que en verano , esto se debe a que los materiales del edificio dejan pasar el frío ( como en verano dejan pasar el calor) .

Monthly heating /cooling loads

Los gráficos de gains breakdown y Monthly heating /cooling loads están tomados al total de las zonas térmicas activas ya que queremos ver como interactúan entre ellas, en el grafico de gains breakdown nos muestra que la mayor ganancia se produce por los usuarios que ocupan las zonas y en un menor porcentaje tenemos la conducción, ventilación y el sol directo, pero todas estas ganancias de energía para el confort del usuario no sirven de mucho , ya que la gran perdida se produce por conducción de los materiales como, ya que el hormigón armado más el vidrio, son materiales altamente conductores, por esta razón toda ganancia que se pueda generar se pierde por las propiedades físicas de los materiales, esto se ve reflejado con el grafico Monthly heating /cooling loads que nos muestra como en los meses críticos el calor y frió no se puede controlar por el 85.2 % de conducción que existe en el hormigón y el vidrio.

Conclusiones y estrategia de análisis Conclusiones De acuerdo al análisis realizado podemos concluir que: -Las fachadas vidriadas del lado oriente y poniente en su 100% nos generan una perdidas de casi un 90 % de energía calórica por medio de la conducción que se produce entre el vidrio y el exterior. Además el vidrio es estándar no cuenta con ningún tipo de resistencia térmica elevada. - Los quebrasoles que se plantearon solo para el segundo nivel funcionaron en su entonces, ya que por el primer piso los paños vidriados dejaban salir la energía que generaban las caleras que estaban en el zócalo, pero cuando no funcionaron mas, la fachada poniente necesito de un apantallamiento, lo que se resolvió por medio de la polarización de la mitad de la superficie vidriada, y esta en funcionamiento hasta hoy en día, entonces podemos concluir que la fachada poniente necesita protección efectiva para el control de la temperatura para el confort espacial interior de cada una de las zonas. -A pesar de que se planteo fachadas vidriadas en las elevaciones poniente y oriente, no va acompañado de una ventilación cruzada que nos garantice una renovación de aire para los recintos contenidos en su interior, solo cuenta con ventilación en los recintos colindantes con las fachadas, y quedan contenidos recintos que no tienen ni iluminación natural ni tampoco una ventilación natural directa, para esto se deberá plantear una solución espacial dentro de los recintos.

Estrategias de análisis De acuerdo a los problemas planteados proponemos diferentes estrategias a utilizar para poder alcanzar un nivel de confort amable mejorando la habitabilidad del usuario. - Aumentar la superficie del muro (sólido) con respecto a la fachada vidriada , es decir, disminuir la cantidad de esta supliéndola por muro, disminuyendo los puertos térmicos dados en sus vanos, mejorando así la perdida de calor dada en invierno - Aumentar el grosor del muro para mejorar la resistencia térmica disminuyendo la transmitancia térmica creando un buen aislante térmico, y a su vez modificar el paño vidriado normal sustituyéndolo por un termopanel esto generaría una disminución al igual que el muro sobre su transmitancia térmica mejorando su nivel de aislamiento, todo esto complementando el punto anterior. - Proponer un sistema de quebrasoles igual que el segundo nivel sustituyendo la dolarización del paño vidriado para así disminuir la cantidad de radiación solar directa en su fachada evitando el fenómeno de la conducción producido actualmente. Esto disminuiría la concentración de calor en verano bajando los niveles de temperatura a otras más aceptables dentro del confort necesario. - Se propone el reordenamiento de los espacios interiores para poder utilizar el fenómeno de la ventilación cruzada esto ayudaría con las renovaciones del aire al interior de los recintos, disminuyendo el sobrecalentamiento en verano, y a la vez suplir el uso excesivo de sistemas mecánicos de aire acondicionado.

Modificaciones del modelo LUZ SOLAR PONIENTE

LUZ SOLAR PONIENTE

QUIEBRASOLES LUZ NATURAL LUZ NATURAL GANANCIA CALORICA DISMINUYE GRACIAS A TERMOPANEL VENTILACIÓN CRUZADA

QUIEBRASOLES LUZ NATURAL

MURO MONOPLAC

ESQUEMA DE VERANO

Ventilación

LUZ SOLAR PONIENTE DISMINUYE EL TRASPASO DEL FRIO AL INTERIOR POR TERMOPANEL

VIENTO / FRIO

MEJORA LA RESISTENCIA TERMICA AL INTERIOR , MEROR PERDIDA CALORICA

ESQUEMA DE INVIERNO

Materiales

ANTES (SIN CIRCULACION DE AIRE ENTRE SUS ESPACIOS)

IMPLEMENTACION DE VENTANALES PARA OBTENER VENTILACION CRUZADA

SE PROPONEN DIFERENTES CONFIGURACIONES PARA LOS MATERIALES PARA ASI DEJARLOS DENTRO DE LOS DIFERENTES ESTANDARES CORRESPONDIENTES A CADA UNO. SE PROPONE EL USO DE MATERIALES NUEVOS.

Análisis estratégico comparativo Temperatura hora

Situación con modificaciones

Día mas caluroso

Día mas frío

Gains breakdown

Día mas caluroso

Día mas frío

Gains breakdown

Monthly heating /cooling loads

Temperatura media radiante / verano

Grafico de ganancia horaria

Temperatura hora

Situación sin modificaciones

Temperatura media radiante / invierno

ANNUAL TEMPERATURE DISTRIBUTION

Temperatura media radiante / verano

Temperatura media radiante / invierno

ANNUAL TEMPERATURE DISTRIBUTION

Conclusiones De acuerdo a los análisis realizado para comprobar las diferentes modificaciones efectuadas al modelo podemos concluir lo siguiente : - Comparativamente en los gráficos de temperatura / hora , se logró un mejoramiento parcial en el confort para la situación de invierno (día mas frío ) no tanto así para el día más caluroso , ya que ninguna zona logro estar o permanecer en el rango de confort ,más bien todas estuvieron por sobre éste en las horas más demandantes del día , en cuanto a la exposición solar ; para la situación del día mas frío se logró entrar en el rango de confort , permaneciendo alrededor de 6 hrs. ( de las 9 hrs. a las 15 hrs.) a una temperatura promedio de 18ºC que a diferencia de la situación sin modificaciones el grado de confort alcanzado es notorio , pues en ese caso ninguna zona analizada alcanzó a entrar en el rango de confort a ninguna hora del día . - Para el gráfico de ganancias en la situación con modificaciones , es evidente un aumento de estas ganancias solares, alcanzando los 3000 (wh) a las 9:30 hrs. aproximadamente para el día más caluroso . Esto revela el por qué de los aumentos de temperatura y lo desfavorables que son para la época del año (verano), para el día más frío las ganancias solares son menores que en verano ,pero mayores en comparación con el gráfico sin modificaciones , lo cual habla de una mejoría para la situación de confort en invierno. Otro cambio que generaron las modificaciones, tiene que ver con la notable disminución de la conducción en verano y en invierno , que corresponde a la nueva aplicación de materiales que son menos conductores , y que por ende generan menos perdidas por aislamiento. Esto justifica por qué en verano y en invierno se genera más calor , siendo desfavorable para verano y favorable para invierno. - Con respecto a los gráficos de Gains breakdown podemos ver que reducimos a la mitad la perdida de energía calórica por conducción que era el mayor problema que afectaba a la materialidad, esto se ve reflejado gracias al cambio de vidrio monolítico por termopaneles y la reducción del porcentaje de ventanas a un 60 %, por medio de la incorporación de muros de H.A con poliestireno expandido. Otro cambio que podemos ver que las ganancias internas nos generan ventajas de un 57% ya que la pérdida de energía por conducción de los termopaneles se redujo ala mitad. Por otra parte los gráficos monthly heating /cooling loads reflejan como en los meses de frió se redujo la perdida de calor, pero en los meses de calor no se pudo bajar la temperatura se mantuvo sobre un nivel más alto que el nivel de confort promedio para una habitabilidad adecuada. Este puede deberse a que en invierno se disminuyeron las perdidas de ganancia, en verano aumentaron ya que lo que hacia perder calor eran las perdidas a través del paño vidriado. - Con respecto a las grillas de radiación podemos encontrar que : En VERANO la radiación solar inferior donde se realizo el análisis termal se ve elevada igual ala situación anterior a pesar de la reducción de los paños vidriados y la incorporación de muros de antepecho de h.a En INVIERNO vemos un gran cambio ya que se paso desde una situación adversa con respecto ala radiación solar, se paso a tener una temperatura dentro de las bandas de confort para las zonas analizadas dentro del calculo, gracias a que los muros propuestos retienen la energía calorica junto con los termopaneles. -Con respecto al análisis anual de distribución predominan las horas en tº bajas, pero disminuyeron a comparación de las tº altas, como se observa en los gráficos existen variaciones entre las zonas pero a nivel promedio el problema persiste, esto quiere decir que hay un gran porcentaje de horas en que las tº no alcanzan un nivel de confort aceptable. Esto se debe principalmente a que las modificaciones solo fueron efectivas para el periodo invernal. Por conclusión de todas las modificaciones realizadas al edificio en los materiales aplicados, donde se logro obtener todas las transmitacias por sobre la normativa chilena y la pequeña intervención en el diseño de las fachada poniente para mejorar el confort espacial interior de los recintos analizados, se resumen que a pesar de la intervención no se pudo lograr un confort optimo para la época de verano, donde la altas temperaturas traspasaron la envolvente por medio de la conducción provocando un desconfort energético para el usuario, y para la época invernal se mejoro en un porcentaje elevado el confort energético gracias a la que la envolvente fue capaz de guardar la energía calórica sin requerir de un sistema artificial para la calefacción de los recintos. Entones se puede concluir que la concepción del edificio debería ser otra para que funcione óptimamente en el tema energético para las situaciones de verano e invierno a la vez , sin requerir de un sistema artificial de calefacción y /o de ventilación según la época.