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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIÓN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE OBRAS CIVILES

“Estudio de Infiltración y su Relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del Sur de Chile”.

TRABAJO DE TÍTULO PARA OPTAR AL

TÍTULO

DE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUÍA: SR. JUAN PABLO CÁRDENAS RAMÍREZ.

DANIELA ELIZABETH CATALÁN SEGURA. 2011

AGRADECIMIENTOS Eres el que ilumina mi caminar, gracias Señor por acompañarme y por ayudarme a cumplir mis metas. Junto a ti están mis abuelitos, seis manos que sostienen mi espalda, que me cobijan y no dejan que me rinda, gracias viejitos. Abuelito Ramón, hoy en día no logras comprender muchas cosas, pero no me importa porque a pesar de eso te admiro; sin ti, yo no existiría, gracias. Tata (papá) y Mamá, la vida nos ha presentado desafíos gigantes y en ocasiones nos ha golpeado duro pero a pesar de eso, han sido capaces de apoyarme, comprenderme, acogerme y darme todo con mucho esfuerzo para que pueda salir adelante. Me enseñaron lo que son los valores, el respeto y la fuerza para conseguir los objetivos. Sin ustedes nada sería posible, gracias por todo. Hermanita, porque casi nunca me escuchas, porque me dices claramente cuando lo estoy haciendo bien o metiendo la pata a fondo. Junto a ti esta Pablito que es como mi hermano y me apoya igual que tu, gracias a los dos. Romy, gracias por darme a Jorgito, el hombre que más quiero y que con un “Tía Lela” me alegra el día. Tú y él son 2/3 de mi corazón, pero eso ya lo sabes…jeje Maryta Catalina, la persona que le da luz y sentido a mi existencia, la que transforma mi cansancio en energía, por quién lucho cada día. Eres lo más maravilloso que tengo, eres mi vida entera. Te amo más que a nadie, eres el último pero más importante 1/3 de mi corazón. Este triunfo es tuyo, gracias por darme tus sonrisas porque son el combustible que tengo para seguir adelante. Tío Pay, sin llevar la misma sangre me quieres como parte tuya, eres mi abuelo y mi amigo. Gracias por siempre confiar en mí. Paolita, gracias por tu sacrificio, preocupación, por querer a Maryta y por ser una buena amiga, te quiero china. Cada uno de los miembros de mi familia es importante porque he aprendido algo de todos ellos. Gracias por eso y por reflejar la frase “uno para todos y todos para uno”. Amigos, gracias por aceptar mis ideas, locuras, gritos y risas, por apoyarme cuando los necesite. En especial gracias a ti Tamy, por trasnochar conmigo vía msn, por acompañarme en todo y por la amistad que siempre me das. Tener una familia genial y buenos amigos en mejor que tener dinero en el banco.

Daniela Catalán Segura.

Epígrafe

“Cabalgamos por el mundo En busca de fortuna y de placeres Más siempre atrás nos ladran, Ladran con fuerza… Quisieran los perros del potrero Por siempre acompañarnos Pero sus estridentes ladridos Sólo son señal de que cabalgamos”

Goethe, Kläffer (1808)

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN. 1.1EXPOSICIÓN GENERAL DEL PROBLEMA. ........................................................... 1 1.2OBJETIVOS GENERALES

ESPECÍFICOS. ........................................................ 2

1.2.1 Objetivo General:............................................................................... 2 1.2.2 Objetivos Específicos: ........................................................................ 3 CAPITULO 2 CONTEXTUALIZACIÓN. 2.1 INTRODUCCIÓN. ......................................................................................... 5 2.2 MADERA, RECURSO NATURAL. ...................................................................... 6 2.3 VIVIENDAS DE MADERA. ............................................................................ 11 2.4 ESTRUCTURA DE VIVIENDAS DE MADERA...................................................... 14 2.5 INFILTRACIÓN. ......................................................................................... 25 2.6 NORMATIVA EXTRANJERA. ......................................................................... 29 2.7 RENOVACIÓN DE AIRE (AIR CHANGE) ........................................................... 31 2.7.1 Cálculo para Renovación de Aire Natural. ........................................ 31 2.8 SELLANTES. ............................................................................................ 34 CAPITULO 3 METODOLOGÍA DE TRABAJO. 3.1 INTRODUCCIÓN. ....................................................................................... 37 3.2 SECUENCIA DE TRABAJO. .......................................................................... 37 3.2.1 Elección de Vivienda a Estudiar. ..................................................... 37 3.2.2 Revisión de Información Técnica. ..................................................... 37 3.2.3 Ensayos y Aplicación de Información. .............................................. 38 3.2.4 Ensayo de Infiltración. .................................................................... 38 3.2.5 Ensayo de Termografía. ................................................................... 38 3.2.6 Elección de Materiales. .................................................................... 38 3.2.7 Modelación de Vivienda. .................................................................. 39 3.2.8 Obtención de Resultados. ................................................................ 39 3.2.9 Análisis de Resultados. ................................................................... 39

CAPITULO 4 RESULTADOS Y ANÁLISIS. 4.1 INTRODUCCIÓN. ....................................................................................... 41 4.2 ENSAYOS. ............................................................................................... 41 4.3 VIVIENDAS. ............................................................................................. 42 4.3.1 Viviendas de Padre las Casas. ......................................................... 42 4.3.2 Vivienda Smithouse, Universidad de La Frontera. ............................ 47 4.3.3 Vivienda de Santa Rosa. .................................................................. 52 4.4 COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON NORMATIVA 119 DE LA ASHRAE.............. 58 4.4.1 Organización del estudio según Normativa 119 de la ASHRAE. ........ 58 4.4.2 Comparación en ACH50 con países extranjeros. ................................ 60 4.5 SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS PARA INFILTRACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO. .................................................................................................................. 63 4.5.1 Uniones en madera. ........................................................................ 63 4.5.2 Junta entre Cielo Raso y Muro Tabique. .......................................... 66 4.5.3 Unión entre Muro de Tabiquería y Piso. ........................................... 67 4.5.4 Ventanas y Puertas. ........................................................................ 68 4.5.5 Revestimiento Interior y Exterior. .................................................... 68 4.5.6 Cielo Raso y Techumbre. ................................................................. 69 4.5.7 Celosías. ......................................................................................... 70 4.5.8 Soluciones Constructivas para Acondicionamiento Térmico. ............ 70 4.6INFILTRACIÓN Y SELLADO. .......................................................................... 71 4.6.1 Tipo de sellantes y modo de aplicación. ........................................... 71 4.6.2 Aplicación del ensayo de Infiltración. ............................................... 74 4.7DEMANDA ENERGÉTICA.............................................................................. 89 4.7.1 Imágenes del modelamiento con el Desing Builder. .......................... 90 4.7.2 Demanda Energética de la Vivienda. ................................................ 91 4.7.3 Ganancias Internas. ........................................................................ 95 4.7.4 Pérdidas de Calor de la vivienda. ..................................................... 97 4.7.5 Distribución de Combustible. ........................................................ 100 4.7.6 Ganancias Internas Diarias. .......................................................... 101 4.7.7 Pérdidas por Infiltración (Ventilación). ........................................... 103

CAPITULO 5 CONCLUSIONES Y COMENTARIOS. 5.1 CONCLUSIONES...................................................................................... 106 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 110 ANEXO A PLANOS DE VIVIENDAS .............................................................................. 112 ANEXO B FICHAS TÉCNICAS DE SELLANTES ............................................................ 113

ÍNDICE DE TABLA

CAPITULO 2 CONTEXTUALIZACIÓN. Tabla 2.1 Porcentajes de Humedad Admisibles. ............................................... 9 Tabla 2.2 Características según Clase de Fuga en edificios. ........................... 30 Tabla 2.3 Clases Locales de Blindaje .............................................................. 32 Tabla 2.4 Coeficiente CS ................................................................................. 33 Tabla 2.5 Coeficiente de Viento CW ................................................................. 33 CAPITULO 4 RESULTADOS Y ANÁLISIS. Tabla 4.1 Datos obtenidos por el Blower Door Test......................................... 55 Tabla 4.2 Rango de An máximo y mínimo. ..................................................... 58 Tabla 4.3 Valores de An en viviendas ensayadas. ........................................... 59 Tabla 4.4 Restricción de renovaciones de aire a 50 Pa. ................................... 61 Tabla 4.5 Valores de Infiltración a 50 Pa de las viviendas estudiadas. ............ 62 Tabla 4.6 Dimensiones de las piezas utilizadas. ............................................. 74 Tabla 4.7 Infiltración inicial de las muestras. ................................................. 75 Tabla 4.8 Infiltración después de sellar la muestra P 2. .................................. 79 Tabla 4.9 Valores finales de Infiltración. ........................................................ 84 Tabla 4.10 Resultados obtenidos por el Blower Door Test. ............................. 87 Tabla 4.11 Ahorro de Energía por mes. .......................................................... 95 Tabla 4.12 Diferencia de resultados de Pérdida de Infiltración...................... 104

ÍNDICE DE FIGURA

CAPITULO 2 CONTEXTUALIZACIÓN. Figura 2. 1 Distribución de los suelos en Chile. ............................................... 6 Figura 2. 2 Corte Transversal que muestra las partes de un tronco. ................. 8 Figura 2. 3 Distribución de la producción de madera en Chile ....................... 10 Figura 2. 4 Típica Vivienda de Tronco ............................................................ 12 Figura 2. 5 Entramado Horizontal de Fundación Aislada................................ 15 Figura 2. 6 Ubicación de Espárragos y Solera Inferior. ................................... 16 Figura 2. 7 Ubicación de Pies Derechos y Cadenetas ...................................... 17 Figura 2. 8 Instalación de Aislación y Revestimiento Exterior. ........................ 18 Figura 2. 9 Revestimiento Interior de Muro Tabique. ...................................... 19 Figura 2. 10 Relación entre grado y porcentaje para determinar la Pendiente de Techumbre. ................................................................................................... 21 Figura 2. 11 Estructura de una Cercha.......................................................... 22 Figura 2. 12 Cerchas y Costaneras de Techumbre. ........................................ 23 Figura 2. 13 Revestimiento Exterior de la Cubierta y Revestimiento Interior del Cielo. ............................................................................................................. 24 Figura 2. 14 Ubicación de las partes en el Alero. ............................................ 25 Figura 2. 15 Zonas de Infiltración en una Vivienda. ....................................... 27 CAPITULO 4 RESULTADOS Y ANÁLISIS. Figura 4.1 Vivienda de Padre las Casas. ........................................................ 43 Figura 4.2 Infiltración en Alero y Tabique desde el exterior. .......................... 44 Figura 4.3 Infiltración en unión de Tabiquería y Cielo. .................................. 44 Figura 4.4 Infiltración en unión de planchas de Yeso-Cartón en el Cielo Raso. ..................................................................................................................... 45 Figura 4.5 Infiltración en unión de planchas de Yeso-Cartón en la tabiquería. ..................................................................................................................... 45 Figura 4.6 Infiltración en Celosías ubicadas en el cielo raso. ......................... 46 Figura 4.7 Infiltración por tapacielo, muestra PC 2. ...................................... 47

Figura 4.8 Plano de Ubicación Vivienda Smithouse. ...................................... 48 Figura 4.9 Vivienda Prefabricada de Smithouse. ........................................... 49 Figura 4.10 Infiltración en unión de cielo y tabique. ...................................... 50 Figura 4.11 Infiltración en esquina de tabique y piso. ................................... 50 Figura 4.12 Infiltración de aire por la puerta. ................................................ 51 Figura 4.13 Infiltración de aire en ventanas. ................................................. 51 Figura 4.14 Vivienda Antigua de madera. ..................................................... 52 Figura 4.15 Infiltración en Cornisa. .............................................................. 53 Figura 4.16 Infiltración por marco de Ventana. ............................................. 54 Figura 4.17 Infiltración de aire entre el revestimiento de traslapo. ................. 55 Figura 4.18 Área Efectiva de Infiltración. ...................................................... 56 Figura 4.19 Renovaciones de Aire a 50 Pascales............................................ 56 Figura 4.20 Renovaciones Naturales de Aire (ASHRAE) ................................. 57 Figura 4.21 Renovación de Aire Natural (ACH50/20). .................................. 57 Figura 4.22 Rango de An máximo y mínimo para diversas Fugas, Normativa 119 de la ASHRAE. ........................................................................................ 59 Figura

4.23 Gráfico comparativo de An mínimo, máximo y en las viviendas

ensayadas. .................................................................................................... 60 Figura 4.24 Rangos aceptables de ACH50 para algunos países. ...................... 61 Figura 4.25 Comparación de ACH50 entre los rangos Máximos y Mínimos v/s Viviendas de Madera ensayadas. .................................................................... 63 Figura 4.26 Tipos de Ensamble a Media Madera. .......................................... 65 Figura 4.27 Uniones Longitudinales.............................................................. 66 Figura 4.28 Esquema de dimensión de habitaciones a ensayar. .................... 74 Figura 4.29 Área efectiva de Infiltración. ....................................................... 76 Figura 4.30 Renovación de Aire a 50 Pa. ....................................................... 76 Figura 4.31 Renovación de Aire Natural (ASHRAE). ....................................... 77 Figura 4.32 Renovación de Aire Natural (ACH50/20). ................................... 77 Figura 4.33 Zona con infiltración y su reparación. ........................................ 78 Figura 4.34 Área Efectiva de Infiltración (sellada muestra P 2) ...................... 79 Figura 4.35 Renovación de Aire a 50 Pa (sellada muestra P 2). ...................... 80 Figura 4.36 Renovación de Aire Natural según ASHRAE ............................... 80

Figura 4.37 Renovación de Aire Natural según ACH50/20, (sellada muestra P 2)................................................................................................................ 81 Figura 4.38 Esquina entre cielo y tabiques. .................................................. 82 Figura 4.39 Aplicación de Espuma de Poliuretano......................................... 83 Figura 4.40 Sellado del Cañón masilla de alta resistencia al calor. ................ 83 Figura 4.41 Área Efectiva de Infiltración, prueba final. .................................. 85 Figura 4.42 Renovación de Aire a 50 Pa, prueba final. .................................. 85 Figura 4.43 Renovación de Aire Natural (ASHRAE), prueba final. .................. 86 Figura 4.44 Renovación de Aire Natural (ACH50/20), prueba final. ............... 86 Figura 4.45 Área Efectiva de Infiltración. ...................................................... 87 Figura 4.46 Renovación de Aire a 50 Pa. ....................................................... 88 Figura 4.47 Renovación de Aire Natural (ASHRAE). ....................................... 88 Figura 4.48 Renovación de Aire Natural (ACH50/20) .................................... 89 Figura 4.49 Demanda de Energía (Ant. Mejora) ............................................. 92 Figura 4.50 Demanda de Energía (Post. Mejora) ............................................ 92 Figura 4.51 Demanda Energética mensual (Ant. Mejora) ............................... 94 Figura 4.52 Demanda Energética mensual (Post. Mejora) .............................. 94 Figura 4.53 Ganancias Internas (Ant. Mejora) ............................................... 96 Figura 4.54 Ganancias Internas (Post. Mejora) .............................................. 96 Figura 4.55 Pérdida por Ventilación e Infiltración Anual (Ant. Mejora) ........... 97 Figura 4.56 Pérdida por Ventilación e Infiltración Anual (Post. Mejora) .......... 98 Figura 4.57 Perdidas por Ventilación e Infiltración Diario (Ant. Mejora) ......... 99 Figura 4.58 Pérdidas por Ventilación e Infiltración Diario (Post. Mejora) ........ 99 Figura 4.59 Distribución de Combustión (Ant. Mejora) ................................ 100 Figura 4.60 Distribución de Combustión (Post. Mejora) ............................... 101 Figura 4.63 Ganancias Internas (Ant. Mejora) ............................................. 102 Figura 4.64 Ganancias Internas (Post. Mejora) ............................................ 102 Figura 4.65 Pérdida por Infiltración (Ant. Mejora) ........................................ 103 Figura 4.66 Pérdida por Infiltración (Post. Mejora) ...................................... 104

RESUMEN

En Chile la mayoría de las edificaciones están construidas con materiales inorgánicos como el hormigón y albañilería, sin embargo en la zona sur del país, la realidad que se presenta es distinta, esto porque las viviendas de madera han sido desde años las más representativas en el área de la construcción, situación que se complementa con las características que presenta la madera, entre ellas: orgánicas, renovables, biodegradable, acústicas, de humedad, etc. a esto se suma el bajo costo de fabricación. Es así como la madera toma importancia en temas tan relevante como la Eficiencia Energética; de esta manera el ahorro de energía se transforma en una materia trascendental y aun más con la llegada de cada periodo invernal. Es por esta razón que entre las materias que aún no han sido estudiadas en profundidad están las infiltraciones de aire en las edificaciones; que en el caso de las viviendas de madera suelen ser mayores en comparación con viviendas de otra materialidad. En base a esta problemática es que se presenta el objetivo de “Diagnosticar la infiltración en las principales tipologías de viviendas del sur de Chile, logrando de esta forma el estudio base para la aplicación de técnicas constructivas para el mejoramiento energético-térmico”. La metodología de trabajo empleada para lograr dicho objetivo fue la realización de ensayos de infiltración a cinco viviendas, con el fin de determinar cuál es la cantidad de Renovaciones de Aire que estas presentan; identificando los focos donde se produce los mayores problemas. Además, con los resultados obtenidos es posible analizar soluciones constructivas que puedan ejercer una mejora en el tema, ya sea para aminorar o eliminar los efectos de estas infiltraciones.

Finalmente se realizan mejoras a una de las viviendas estudiadas; estos avances consisten en la aplicación de diferentes sellantes, para luego analizar los efectos de estos trabajos en el gasto energético de la vivienda, realizando los ensayos antes y después de la aplicación de las soluciones. Como en Chile no existe una normativa que regule esta problemática, los resultados fueron analizados de acuerdo a lo especificado en la Normativa 119 de la ASHRAE, obteniendo como resultado que los niveles de aire detectados son muy altos en comparación con el resto de los países que utilizan esta política. A través de este estudio, es posible concluir que en algunos casos, la mala ejecución en los trabajos de construcción, provocan importantes problemas de infiltración a mediano y corto plazo, generando un gasto excesivo en calefacción y ventilación. Cabe mencionar que producto de las mejoras en hermeticidad, realizadas en una de las viviendas en estudio, se determinó que el consumo de calefacción disminuye en 1275,58 kWh al año, lo que se traduce en $14.600 pesos de ahorro al año. Si bien esta cifra no puede ser muy significativa en un determinado hogar, pero para quien habita este lugar es importante, ya que su gasto anual en calefacción a leña es de $100.000 pesos anuales.

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

Capítulo 1

Capitulo 1 INTRODUCCIÓN.

1.1 Exposición General del Problema. Actualmente la sobrepoblación existente en el planeta junto con el exceso y la mala utilización de los recursos naturales está causando una escasez y agotamiento, no tan solo de los recursos naturales, sino también como consecuencia de la existencia del ser humano en el planeta. La población es el mayor consumidor de energía y en la mayor parte el gasto generado es de forma innecesaria. A esto también se le agregan los altos niveles de contaminación generados por la población y la poca utilización

material

reciclable.

Estos

efectos

son

directamente

responsables de los cambios generados en el planeta, lo cual, lleva a la Eficiencia Energética como la única salida a este problema. La Eficiencia Energética o Ahorro de Energía es considerada como la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Se puede mejorar mediante la implantación de diversas medidas de inversión a nivel tecnológico, de gestión, hábitos de consumo y cultura en la sociedad, los cuales no tan solo ayudan al ahorro energético, sino también provocan un ahorro de dinero y recursos a la población por el menor uso de la misma, es decir un aumento en la eficiencia energética. Es producto de lo antes mencionado que se genera el término Edificación Sustentable o Autosuficiente, la cual tiene como objetivo la utilización mínima de energía para su mantención y la de sus pobladores. Esto es llevado a cabo mediante materiales de construcción además de sus procesos constructivos, mantención y correcto funcionamiento en la edificación actual,

cual

favorece

principalmente

medio

ambiente,

siendo

minimizado el agotamiento de los recursos naturales, principalmente la biomasa, agua, viento y tierra, en conjunto con la disminución de la Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 1

contaminación en el planeta. Estos efectos trabajados en conjunto con un sistema y estrategia indicada logran la mezcla perfecta para una vivienda cómoda y económicamente habitable por la eficiencia energética que sostiene. Una edificación energéticamente eficiente es aquella que minimiza el uso de las energías convencionales, particularmente la energía no renovable, a fin de ahorrar y hacer un uso racional de la energía. Esto se traduce en que a medida que el consumo de energía por unidad de producto producido o de servicio prestado sea cada vez menor, aumenta la eficiencia energética. De esta forma surge la definición matemática de Eficiencia Energética como del cociente entre la energía útil o utilizada por un sistema y la energía total utilizada. Tal impacto mundial ha causado este tema que los países desarrollados lo consideran dentro de sus políticas de estado, ya que sin la aplicación de esta metodología, el crecimiento y desarrollo se estancaría por completo así también como los criterios de cuidados medioambientales.

1.2 Objetivos Generales y Específicos.

1.2.1 Objetivo General: • Diagnosticar la infiltración en las principales tipologías de viviendas de madera del sur de Chile, logrando de esta forma el estudio base para la aplicación de técnicas constructivas para el mejoramiento energéticotérmico.

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Capítulo 1

1.2.2 Objetivos Específicos: • Identificar los puntos de mayor infiltración en las viviendas de estudio. • Analizar técnicas constructivas en los tipos de vivienda de estudio y su impacto en la hermeticidad de las mismas. • Evaluar soluciones constructivas que permitan una disminución de las infiltraciones en las viviendas de madera. • Estudiar la disminución de las infiltraciones y su impacto en la demanda. energética

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CAPÍTULO 2 CONTEXTUALIZACIÓN

Capítulo 2

Capitulo 2 CONTEXTUALIZACIÓN.

2.1 Introducción. El planeta se encuentra en una desbordante demanda energética mundial, la cual está causando estragos en diversos ámbitos, los cuales podrían provocar problemas impactantes para la sobrevivencia humana, como por ejemplo algo tan comentado como el cambio climático y donde el ser humano debe hacerse responsable. Las necesidades de bienestar y comodidad a las que se aspira para un mejor vivir conllevan a gastos excesivos de energía, provocando un derroche de los recursos naturales, llegando casi a su agotamiento. Es por esto que hoy en día se aspira y divulga con tanta fuerza la frase Eficiencia Energética, la cual tiene como objetivo reducir el consumo de las fuentes de energía logrando los mismos resultados energéticos que permiten una buena calidad de vida. Esto último implica un desarrollo sostenible entre lo consumido y el confort del ser humano. En la actualidad se están implementando programas y tratados mundiales para la conservación del medio ambiente, además de fomentar el ahorro de energía para ayudar a la eficiencia energética. Chile se encuentra participando activamente dentro de estos procesos e implantando planes y campañas como por ejemplo; Chile Ambiente,

Ahorra Ahora, o también

tratados como el de Montreal que busca disminuir la liberación de gases que agotan la capa de ozono, a esto se suma el tratado de Kyoto que buscar la reducción de liberación de CO2 en los países desarrollados. Si bien hoy en día los planes de ahorro energético están diseñados para el área industrial, mayoritariamente, se están aplicando consejos y técnicas para los hogares chilenos, que si bien, se basan en medidas básicas de ahorro energético, existen métodos y materiales constructivos aplicables para aportar en esta labor, lo cual conlleva

a un ahorro de energía

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Capítulo 2

permanente logrando así también minimizar los costos familiares no tan solo en calefacción sino que en energía de todo tipo. Esto implica una conciencia de gasto moderado y justo según los recursos naturales disponibles, lo cual debe ser logrando solo con la conciencia del ser humano. El cuestionamiento que existe es saber si estas medidas son capaces de suplir problemas en todo tipo de viviendas, ya que en la actualidad la aplicación de métodos constructivos se realiza principalmente para las casas de hormigón o albañilería, la pregunta que existe es, ¿Qué sucede en el caso de las viviendas de madera y sus condiciones de infiltración, las cuales son importantes por el tipo de material?

2.2 Madera, Recurso Natural. Chile,

país

considerado

términos

mundiales

por

las

exportaciones de fruta, cobre y vino, pero nuestro país posee su mayor porcentaje de territorio ocupado en bosques nativos y plantaciones de especies extranjeras.

22% 0,002%

Agricola

8% 32%

Bosques Pradera y Matorrales Areas Urbanas

37,998%

Otros

Figura 2. 1 Distribución de los suelos en Chile. Fuente: Corporación Nacional de la Madera.

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Capítulo 2

La madera es un material importante en Chile, un recurso natural y renovable,

gracias

conocimiento

origen,

condiciones

características, es considerado históricamente como el material más utilizado por el hombre, el cual a logrando establecer y ejecutar un buen uso de este material. Es un recurso proveniente del tronco de un árbol, donde no se considera la corteza, además se caracteriza por que los troncos crecen cada año. Es un material resistente aunque esto depende del tipo de árbol y de qué sector del árbol se extraiga cada pieza de madera. En el tronco es posible distinguir en la corteza, la materia dura y muerta, de aspecto resquebrajado, que se divide en corteza exterior y corteza interior. Seguido se encuentra el Cambium o Cambio, sector poco visible y es el lugar donde se produce el crecimiento del tronco. La Albura es la parte joven de la madera y por lo general más clara que el resto de la pieza, a continuación es posible ubicar el Duramen, correspondiente a la zona más antigua del árbol y tiende a ocupar prácticamente toda la porción central del tronco. En el centro de la pieza se ubica la médula, correspondiente al eje o corazón del mismo.

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Capítulo 2

MEDULA

Figura 2. 2 Corte Transversal que muestra las partes de un tronco.

Este material presenta diversas propiedades, dentro de las cuales podemos encontrar, la higroscopicidad, contenido de humedad, densidad, retractibilidad,

durabilidad,

conductividad,

propiedades

acústicas

térmicas, las que se encuentran bajo las características físicas. En el caso de las características mecánicas es posible nombrar las de compresión, tracción, cizalle o corte y flexión. La madera por su condición natural, es un buen recurso para ser utilizado como material de construcción. Además por la diferencia que posee con los materiales inorgánicos (ladrillos, cemento, acero entre otros), es necesario

considerar

diversos

factores

técnicos

que

garanticen

durabilidad en el tiempo. La madera presenta características importantes para la realización de diseños, cálculos y ejecución de construcciones, cumpliendo estándares de bienestar y calidad a precios convenientes en el mercado de viviendas. Pero todo esto puede ser irrelevante si las piezas a utilizar no se encuentran en Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

un estado óptimo de trabajo. Uno de los puntos más importantes es el contenido de humedad al momento de construir, ya que esta propiedad afecta considerablemente en la estructura de la edificación. Para esto existen rangos aceptables de humedad según la zona geográfica en que se encuentre. Estos datos se encuentran expuestos en el capítulo 5.6.8 de la Ley General de Urbanismo y Construcción, base de toda obra de edificación.

Tabla 2.1 Porcentajes de Humedad Admisibles.

Zona ClimáticoHabitacional

Humedad permitida madera Mínima %

Máxima %

Norte Litoral

Norte Desértica Norte Valle Transversal

5 11

9 16

Central Litoral

Central Interior Sur Litoral

9 12

20 22

Sur Interior Sur Extremo

12 11

22 22

En Chile existe gran cantidad de bosques, no tan solo de especies nativas, sino también de especies introducidas a nuestro país como por ejemplo el Pino y Eucaliptus, donde estos se adaptan en excelentes condiciones al terreno y clima, logrando un crecimiento importante en 10 o 18 años de vida, incluso mejorando sus características de desarrollo y madurez en Chile, más que en su país de origen, como lo es por ejemplo el caso del Pino Insigne, el cual proviene de Estados Unidos de Norteamérica, logrando en ese lugar su madurez para madera utilizada en construcción, aproximadamente a los 40 años. Esto cambia considerablemente en nuestro Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

país, ya que a los 18 años de vida esta transformado en una especie madura. Esta acción se logra por las características climáticas y terrenos fértiles de nuestro país, y principalmente por las condiciones encontradas entre la 6º y 10º región. Según estudios realizados con respecto a la utilización del recurso madera, es posible determinar que hoy en día, la labor forestal corresponde a la segunda actividad económica más importante en Chile, donde el 3,1% del producto interno bruto corresponde a esta misma actividad. Además se debe considerar que Chile posee 13,4 millones de hectáreas de bosques nativos y 2,3 millones de hectáreas de plantaciones de especies exóticas como anteriormente se mencionaba.

Figura 2. 3 Distribución de la producción de madera en Chile Fuente: Corporación Nacional de la Madera

Lo importante de esto es lograr un desarrollo forestal sustentable, para ello existen tres indicadores claves. Estos son los que se presentan a continuación.

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Capítulo 2

• Gran parte de la población ve mejorada su calidad de vida a través de los bienes y servicios de los bosques. • Existe una institucionalidad fuerte, tanto público como privada, que resguarda el cumplimiento de normas modernas que regulen el buen manejo de bosques nativos y plantaciones. • Los bosques nativos y las plantaciones son cuidadosamente manejados, con el fin de mejorar y conservar la biodiversidad, la productividad y los servicios eco-sistémicos que éstos proveen. Esto permite la mantención del recurso madera para todas sus aplicaciones no tan solo en el mercado de la construcción, sino también en lo que corresponde a celulosa, chips, entre otros. Cabe mencionar también que “la Valoración del Ciclo de Vida (VCV) permite comparar el impacto medio ambiental de los productos utilizados en la construcción, desde la extracción, fabricación y uso, hasta su eliminación. Los estudios llevados a cabo en diferentes partes del mundo demuestran que, considerando la totalidad de los aspectos del ciclo de vida, el comportamiento de la madera es superior al de otros materiales” (Romero, 2005)

2.3 Viviendas de Madera. Los métodos más utilizados para la construcción de casas de madera, son actualmente las viviendas de troncos y las de entramado ligero.

Las

casas de madera realizadas con troncos, son un método más antiguo de estilo de construcción. Típicas casas Europeas, de países escandinavos, Rusia entre otros. En los territorios donde llegaron y posteriormente fueron ocupados por los marineros colonizadores, este tipo de viviendas se masificó, este mismo hecho sucedió tanto en América como en África. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

Figura 2. 4 Típica Vivienda de Tronco

Las casas de entramado ligero tienen su origen en el siglo XIX, esta técnica permitió construir más rápido las edificaciones, además facilitó la normalización de los materiales de construcción utilizados en esta función. Actualmente existen diversas formas de construcciones, no tan solo en diseño o diversidad de acabados, sino también en materialidad y condiciones anexas que logran características particulares en cada vivienda. La construcción en madera es tradicional y posee gran cantidad de defensores, pero a pesar de esto, en el año 2009 el CORMA cuantificó que un 15% de la totalidad de superficie construida en Chile, consideraba a la madera como material predominante en muros, lo cual muestra un aumento en la última década de un 10%, siendo un valor aceptable pero no óptimo en relación a la cantidad de bosques existentes en Chile. Cabe mencionar que nuestro país se ubica a nivel mundial dentro de los trece países con más utilización de la madera para la realización de viviendas. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

En los países del Hemisferio Norte, como Canadá, Estados Unidos, el norte de Europa entre otros, es posible identificar entre un 80% y 90% de sus

edificaciones

con

recurso

madera,

donde

encuentran

construcciones de puentes, edificios habitacionales o teatros, además de considerar su belleza y calidez, se suman sus importantes propiedades antisísmicas, ventajas de habitabilidad como las acústicas, térmicas, seguridad y gran comportamiento a nivel estructural. A este recurso natural se le agrega el hecho de que, al ser utilizado para la construcción de viviendas, estas últimas son más económicas por el bajo valor de sus piezas en comparación con el resto de los materiales utilizados para

esta acción. Es posible conseguir hermosas construcciones con

diversidad de diseños que aporta calidad y un ambiente acogedor a los hogares. Cabe mencionar que antiguamente todas las viviendas se realizaban con este material en cuestión, alcanzando grandes edificaciones, las cuales eran capaces de perdurar a lo menos 60 años sin mayores problemas de materialidad, a esto se suma que en la actualidad es posible encontrar edificaciones del siglo pasado, a las cuales se les realizan mantenimientos pero que la mayoría de su estructura es original de su construcción. Así también,

como antes se menciona, son capaces de resistir importantes

dificultades como eventos sismológicos, los cuales no provocan grandes daños por su característica de flexibilidad, y es un punto importante pensar que antiguamente no existía la tecnología que se encuentra hoy para el ensayo o estudio de estas variables no menores que presenta principalmente nuestro país. Actualmente, la madera se ha dejado de lado en la construcción masiva de viviendas, ya que, según expertos, porque los espacios realizados con este material tienden a temperarse mucho más rápido comparado con otro de hormigón o albañilería, pero así también, presentan gran pérdida de energía Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

por su poca capacidad de mantener la temperatura en el lugar. Lo importante es que en el presente existen diversos materiales que son capaces de suplir estas condicionantes, aunque aún existen infiltraciones importantes en ellas, lo que implica un gasto considerable en el nivel energético para lograr la comodidad y confort necesario de cada persona. Uno de los puntos en contra que presenta este recurso es la construcción en altura. En Chile las edificaciones en madera, aparte de ser una minoría importante en términos de construcción realizada, por norma alcanzan una altura máxima de 7,5 mts. Esta condición adversa en nuestro país es un tema completamente resuelto en el sector norte del planeta donde se construyen grandes edificaciones con este material. Tanto es así, que por ejemplo, en la ciudad de Hackney, Londres, se termino de construir en enero de 2009 un edificio para uso habitacional de nueve pisos, el cual se realizo en su totalidad con paneles prefabricados de paneles de madera laminada. Si bien en Chile la edificación en madera no se presenta tan masivamente en las grandes ciudades, cabe mencionar que las empresas de viviendas de madera prefabricadas han ganado un espacio importante en el área de la construcción. Este tipo de edificación es utilizado principalmente en casas de verano o de campo. Su desarrollo en el mercado se debe a la rapidez de construcción o más bien de instalación en el terreno deseado, ya que son realizadas por paneles o módulos que se llevan listos para ser ubicados en el lugar definitivo.

2.4 Estructura de Viviendas de Madera. Las viviendas de madera se caracterizan por tener una estructura simple pero resistente. La facilidad de manejo del material aporta una condición de trabajo mínima en complejidad y más conocida de laborar.

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Capítulo 2

Con respecto a la estructura, es posible comentar que la diversidad no es muy amplia, ya que presentan una base de trabajo similar en todas las construcciones de edificación, su variedad está en los forros o recubrimiento interior que éstas presentan y que da a la vivienda una característica particular de diseño y protección. La construcción de viviendas se puede realizar sobre borde de fundación e interior de bloques de hormigón (poyos) o pilotes de madera, fundación aislada (solo bloques de hormigón o pilotes de madera) o sobre radier. En los primeros dos casos, es necesario realizar un entramado horizontal para lograr el soporte del piso de la vivienda. Esto se realiza por medio de piezas de madera las cuales se ubican en posición perpendicular, logrando una trama entre las vigas primarias y secundarias. Las cadenetas van ubicadas por entre las vigas para lograr resistir las cargas y transferirlas por toda la estructura, evitan la deformación y permiten el apoyo a la tabiquería y a toda la estructura. Posterior a esto, sigue la realización del muro de tabiquería.

Vigas

Cadenetas

Piso

Primarias Vigas Secundarias

Figura 2. 5 Entramado Horizontal de Fundación Aislada. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

La construcción sobre radier se forma por muros de tabiquería, los cuales están compuestos de solera superior, solera inferior, pie derecho, diagonales y cadenetas. La solera inferior es fijada al radier por medio de espárragos introducidos en el mismo, los cuales sobrepasan la pieza inferior de madera y van doblados sobre la misma, siendo los espárragos los elementos de anclaje entre radier y solera inferior. Estos espárragos son sujetados por grapas para impedir su movimiento.

Espárragos

9. Radier

Solera Inferior

Figura 2. 6 Ubicación de Espárragos y Solera Inferior.

Sobre la solera inferior son instalados los pies derechos, los cuales van dispuestos a 0,5 mt. por norma. Estos se encuentran unidos en su parte superior por una solera que sostiene las piezas, dando rigidez a la estructura y manteniendo el distanciamiento correspondiente entre las mismas. Sobre la solera superior se ubica la solera de amarre, la cual va dispuesta en la misma posición que la solera superior, ésta permite la sujeción de la estructura de techumbre. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

Los pies derechos van unidos entre sí por cadenetas o transversales que van ubicados a 0,6 mt. de distancia entre sí y que están dispuestos de forma horizontal. Entregan firmeza a la estructura y a los pies derechos, logrando una forma de trabajo y esfuerzo de carga más parejo en el muro de tabiquería. Las cadenetas cumplen la labor de soporte para el anclaje de los revestimientos posteriores para el muro de tabiquería.

Cadeneta

Pie Derecho

Figura 2. 7 Ubicación de Pies Derechos y Cadenetas

En los espacios de puertas y/o ventanas, se debe realizar un vano del tamaño necesario para la instalación del elemento, para esto se hace la separación entre los pies derechos, los cuales pueden tener una mayor escuadría para un mejor soporte. A esto se agrega una pieza en la parte superior que va por debajo de los pies derechos, llamada dintel, es un elemento estructural horizontal, una pieza de madera de escuadría igual o superior a la de las cadenetas. Esta entrega un marco de apoyo para la Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

ubicación del posterior elemento. El alfeizar es un elemento contrario al dintel, está ubicado en la parte inferior de las ventanas y hace de soporte al elemento. Los diagonales o arriostramientos, son elementos ubicados en las esquinas de las tabiquerías, ayudan a soportar, mantener la forma y/o rigidizar la estructura. Estas piezas deben ser de dimensiones menores a las de pies derechos y cadenetas para poder quedar montada de mejor forma en la estructura. Los elementos utilizados para la aislación en este tipo de viviendas son variados, ya que el mercado ha masificado su oferta tanto para aislación acústica como de humedad. En esta área encontramos elementos utilizados masivamente como lo es la Poliestireno Expandido, Lana Mineral, Papel Fieltro e incluso hasta cartón o como hoy en día son utilizadas las cajas de tetrapack. Estos elementos que han ido evolucionando con el paso de los años, ayudan a una mejor condición de confort térmico en las casas.

Poliestireno Expandido

Revestimiento Exterior

Fieltro Asfaltico

Figura 2. 8 Instalación de Aislación y Revestimiento Exterior. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

Teniendo el esqueleto del muro tabique con la aislación correspondiente instalada, sigue el Revestimiento Exterior, el cual puede ser de variados materiales, tales como revestimiento de madera, revestimiento de PVC, tableros de madera con fibrocemento y estuco, tableros de contrachapado fenólico, etc. El Revestimiento Interior para muros, es un material que no aporta soporte estructural. Este elemento cumple una función estética para la edificación.

Revestimiento Interior

Figura 2. 9 Revestimiento Interior de Muro Tabique.

La Techumbre se considera como a toda estructura de una edificación ubicada sobre el cielo del último piso, cuya función es recibir un recubrimiento para aislar a la vivienda del medio ambiente, protegiéndola del frío, calor, viento, lluvia y/o nieve. (Corporacion Nacional de la Madera.) Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

La estructura de techumbre debe llevar una inclinación de cierta cantidad de grados, con el objetivo de ayudar al escurrimiento de las aguas lluvias, nieve o cualquier elemento que pueda caer sobre ella. Dentro de su esqueleto, es posible encontrar el tirante o cordón inferior, correspondiente a la pieza soportante de toda la armadura. Esta se encuentra ubicada en la base de la estructura, la cual se instala sobre los tabiques. Las piernas o pares, son los elementos que sostienen la cubierta. Estas piezas van ubicadas con inclinación, la cual se determina como la cantidad que debe subir la techumbre por cada 100 mts. horizontales. Esta inclinación también va relacionada a la zona geográfica de nuestro país, como por ejemplo, los sectores lluviosos como el sur deben tener una inclinación entre 30º a 45º, o como para la nieve en la cordillera, donde la inclinación de las techumbre debe ser igual o idealmente mayor para el deslizamiento de la nieve.

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Capítulo 2

Figura 2. 10 Relación entre grado y porcentaje para determinar la Pendiente de Techumbre.

Los montantes son piezas verticales que dividen la estructura de techumbre para entregar firmeza y rigidez. Esto impide la deformación de la cercha. Al igual que estos, se encuentra el pendolón, este divide la cercha, ya que se encuentra ubicado en el centro de la estructura, desde la base hasta la esquina del triangulo. Este eje de madera debe ser de una sola pieza para lograr un mayor soporte de carga. Las diagonales se encuentran ubicadas entre los montantes y el pendolón, son elementos que traban la estructura, fortaleciendo la cercha y evitando la deformación.

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Capítulo 2

Figura 2. 11 Estructura de una Cercha.

Las cerchas se instalan de forma repetitiva cada 0,6 a 1,2 mts. de distancia una de otra, completando el largo de la vivienda. Sobre ellas son instaladas las costaneras, las que van a una distancia entre una y otra, no superior de 1,0 mt. Estas ayudan a la firmeza de las cerchas, permitiendo la inmovilización de toda la estructura. Las costaneras también funcionan como elemento de sujeción para la cubierta del techo.

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Capítulo 2

Costaneras

Cercha

Figura 2. 12 Cerchas y Costaneras de Techumbre.

La cubierta se forma con la colocación de Tableros de OSB (Oriented Strand Board), seguido de Fieltro Asfáltico y finalmente el revestimiento exterior del techo, donde es posible encontrar Teja Asfáltica, Zinc y en menor cantidad Pizarreño. El revestimiento interior, es decir, el cielo de la vivienda, es ejecutado por lo general con planchas de Yeso-Cartón, es ideal la utilización de aislante para esta zona, ya que la mayor pérdida de calor se realiza por la techumbre. En este caso es mejor emplear aislante de Lana de Vidrio o Mineral, aunque lo más usado es Poliestireno Expandido.

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Capítulo 2

Figura 2. 13 Revestimiento Exterior de la Cubierta y Revestimiento Interior del Cielo.

Los aleros son la proyección de la techumbre que sobresale del muro perimetral de la vivienda, ayuda a la ventilación del entretecho, protege los muros exteriores de las distintas condiciones climatológicas como la lluvia o el sol, lo que ayuda a disminuir el deterioro del revestimiento exterior. Está compuesto principalmente por el tapacán, can y el forro del alero.

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Capítulo 2

Figura 2. 14 Ubicación de las partes en el Alero.

2.5 Infiltración. Se define como el aire que pasa por el muro cortina desde el exterior hacia el interior de una edificación de forma incontrolable. El aire se filtra a través de las juntas, por la carpintería imperfecta entre los montantes horizontales y verticales, a través de los orificios de drenaje, por medio imperfecto de cierre y otras aberturas no intencionales. A esto se agrega la exfiltración, que es la tasa de aire que sale de la estructura en cuestión. Lo anterior se explica más simple como que a menudo se piensa que con el aislamiento se puede lograr una construcción energéticamente eficiente, como lo es un suéter con una chaqueta, se impide la pasada de aire provocando una barrera de aire o un sello en los orificios. Los sellos al ser aplicados impiden el movimiento del aire entre el interior y el exterior provocando una barrera de aire, y al no existir juntas que se encuentran herméticas, se produce la fuga de aire. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

El aire frío del exterior entra en el hogar y el aire caliente del interior se escapa. Desde que se levanta el aire caliente, una casa climatizada en invierno actúa como una gran chimenea. A medida que el aire caliente sube y se escapa por las penetraciones del techo, el aire frío se tira desde el sótano, garaje, o por el espacio que existe en las fundaciones aisladas. Cualquier penetración de aire desde el exterior del edificio, se traducirá en pérdidas de calor y por lo tanto pérdida de energía. Junto con las puertas y ventanas, lugares obvios donde el aire frío del exterior entra en una casa son las penetraciones de conductos de calefacción, tuberías del alcantarillado, cableado,

accesorios

iluminación,

interruptores

eléctricos

tomacorrientes, chimeneas, ventiladores, la entrada al ático y puertas para mascotas. Las fugas de aire pueden ser responsables de hasta un tercio del costo de calefacción, por lo que es una muy buena inversión para reforzar su casa. Este problema, que presentan las edificaciones en general, provoca una pérdida de energía, lo que se traduce un mayor gasto en calefacción o ventilación. “En viviendas de un piso, las principales pérdidas de calor se reparten de la siguiente manera: 25 a 30% por puertas y ventanas, 25 a 30% por techos y cielos, 20 a 25% por muros, 3 a 5% por pisos y 10% por renovación del aire (ventilación e infiltración a través de las rendijas de puertas, ventanas, etc.)”,(Sodimac, 2011)

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Capítulo 2

Figura 2. 15 Zonas de Infiltración en una Vivienda.

Existen estudios referentes a fugas de aire de diversos componentes en una construcción. Esto permite tener una idea más particular de las pérdidas existentes, no tan solo en una vivienda sino en cualquier tipo de construcción y sin importar la cantidad de niveles que estas posean. La información referida a estos estudios de infiltración es presentada a continuación. • Paredes (18% a 50%): Así como en las paredes exteriores, las interiores también contribuyen a la pérdida de calor en la estructura. La fuga entre la solera inferior y la fundación, toma eléctrica, penetraciones de plomería, entre otras. •

Detalles del techo (3% a 30%): Luces empotradas, plomería y penetraciones eléctricas que conducen a la buhardilla. Este tiende a ser uno de los puntos más conflictivos.

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Capítulo 2

•

Sistema de calefacción (3% a 28%). La posición y ubicación en que se encuentran las estufas o conductos en los espacios acondicionados o no acondicionados, y la disposición de los aparatos ventiladores influyen en la fuga de aire.

•

Ventanas y puertas (6% a 22%). Más que una variación en las fugas de aire entre diversos fabricantes de ventanas, se aprecia una notoria variabilidad entre diferentes modelos de ventanas (Weidt, 1979).

•

Chimeneas (0% a 30%): Una chimenea a leña, cuando está encendida, generalmente calienta un ambiente y congela los restantes. El efecto se produce porque la combustión genera un tiro del aire, desde el interior al exterior, aire que viene desde las habitaciones aledañas. Este aire es introducido por las rendijas de las ventanas y puertas del exterior, con lo cual esas habitaciones sufren una gran pérdida de energía. Se produce un efecto contrario al deseado.

•

Rendijas de ventilación controladas (2 a 12%): Celosías o rendijas mal cerradas, con mala mantención o mal controladas.

•

Difusión a través de las paredes (<1%): La difusión, en comparación a la infiltración a través de agujeros y otras aberturas en la estructura, no es un mecanismo importante de flujo. A los 5 Pascales, la permeabilidad de los materiales de construcción produce cambios menores de 0,01 ACH (renovaciones de aire por hora) por la difusión de las paredes en una casa típica.

Estos problemas se presentan en gran parte de las viviendas, tiende a provocar una serie de consecuencias entre las cuales se encuentran. • Cambio de la presión necesaria para el confort de los usuarios por las entradas de corrientes o remansos de aire frío provenientes del exterior. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

• Movimiento de agentes contaminantes producto del cambio de presión, como el polvo o contaminantes. • Corrosión, problemas de salud y deterioro prematuro en el sistema estructural de las edificaciones, producto de la salida de aire caliente y humedad que sale de la vivienda. • Consumo innecesario de energía para la climatización. Este exceso de costos puede ser utilizado para medidas de solución de las infiltraciones de aire, mostrando así, que los gastos económicos generados tanto para calefacción o ventilación forzada, pueden ser aprovechados en mejoras a largo plazo.

2.6 Normativa Extranjera. Si bien en Chile no existe una normativa que restrinja en términos de infiltración las edificaciones, actualmente se lucha a favor del ahorro energético, la conservación de los recursos y del medio ambiente, considerando que el control de las barreras de aire en las construcciones podría ser un punto importante para lograr estos objetivos. La normativa 119 de la ASHRAE establece márgenes y parámetros de fuga de aire para las edificaciones residenciales, logrando así controlar las pérdidas de calor o ventilación estimada según las zonas de fuga normalizadas An.

(2.1)

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Capítulo 2

Donde, An AL Af H Ho

= = = = =

Área de fuga normalizada, adimensional. Área efectiva de fugas a 4 Pa, cm2. Área neta del piso (dentro de las paredes exteriores), m2. Altura del edificio. Altura de referencia de un piso = 2,5 m.

Con An calculado, es posible identificar en que rango de fuga de aire se encuentra sujeta la edificación y verificar si es necesario realizar alguna mejora. Esto es posible revisarlo con la siguiente tabla.

Tabla 2.2 Características según Clase de Fuga en edificios.

An An Clase de Fuga Mínimo Máximo

ACH50 Típica

Requerimiento Tipo de Ventilación de Ventilación Recomendada

0,10

Completa

Solo Balanceada

0,10

0,14

Balanceada

0,14

0,20

Cualquiera

0,20

0,28

Alguna

Cualquiera

0,28

0,40

Probable

Desequilibrada

0,40

0,57

Posible

Solo Desequilibrada

0,57

0,80

Improbable

Solo Desequilibrada

0,80

1,13

1,60

No Ninguna Los edificios que están en este rango poseen gran pérdida de energía y deben ser reforzados.

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Capítulo 2

2.7 Renovación de Aire (Air Change) La renovación de aire se define como “la sustitución del aire contenido en una sala por otro equivalente de aire limpio en un período de tiempo determinado” (Litis, 2011) . Si bien existen tablas que tienen una estimación de renovaciones de aire por hora para cada tipo de edificación, estas no siempre suelen ser las exactas. Existen puntos a considerar para esta acción, basándose en el tipo de ocupación de la vivienda, la cantidad de personas que se encuentran en ella, el clima, contaminantes interiores, dimensiones estructurales del lugar, entre otros. Por lo general la forma de comunicar esta acción es en la unidad de Renovaciones de Aire Natural, sin prejuicio de esto, es posible también medirlo en Renovaciones de Aire a 50 Pa (ACH50), como lo entrega el Blower Door Test al termino de el ensayo donde posteriormente se calculan las Renovaciones de Aire Natural.

2.7.1 Cálculo para Renovación de Aire Natural. Al no existir una norma chilena aceptada por algún organismo de certificación nacional, se toma como referencia la ASHRAE, capítulo 25 de Ventilación e Infiltración, donde hace alusión a la formula con la cual es posible determinar las Renovaciones de Aire Natural, la cual es una herramienta necesaria, ya que no todos los equipos de ensayo entregan los resultados con esta unidad. Es así como se infiere que:

(2.2) Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

Donde; Q

= Caudal de aire, m3/s.

= Área Afectiva de Fuga, cm2.

= Coeficiente de pisos, (l/s)2/(cm4*K).

∆t

= Diferencia entre la temperatura interior-exterior, K.

= Coeficiente de viento, (l/s)2/[cm4*(m/s)2].

Cabe mencionar para lograr obtener los coeficientes CS y CW, es necesario saber el tipo de Blindaje (protección contra el viento), que presenta el edificio en estudio. Esto se obtiene por medio de la siguiente tabla.

Tabla 2.3 Clases Locales de Blindaje

CLASE DESCRIPCIÓN 1 No hay obstrucciones o locales de blindaje Luces locales de blindaje; algunos obstáculos, 2 pocos árboles, o pequeño cobertizo Moderado local de protección, algunas obstrucciones dentro de la casa de dos alturas, de cobertura de espesor, cerco sólido, o una 3 casa vecina Un fuerte blindaje, la mayoría de obstrucciones en todo el perímetro, edificios o árboles de menos de 10 m en la mayoría de las direcciones; 4 típico suburbio de blindaje Muy fuerte blindaje; grandes obstáculos que rodea el perímetro de la casa de dos alturas; 5 centro de la ciudad típica de blindaje

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Capítulo 2

Teniendo esta condición identificada, es posible obtener el CS y CW, por medio de las tablas que se presentan a continuación.

Tabla 2.4 Coeficiente CS

Cantidad de pisos del edificio 1 2 3 0,000145 0,00029 0,000435

Tabla 2.5 Coeficiente de Viento CW

CLASE DE BLINDAJE

Nº PISOS 1

0,000319

0,00042

0,000494

0,000246

0,000325

0,000382

0,000174

0,000231

0,000271

0,000104

0,000137

0,000161

0,000032

0,000042

0,000049

Al tener el caudal Q, este se divide por el volumen interior del edificio, logrando obtener las Renovaciones de Aire Natural (ACH).

(2.3)

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Capítulo 2

El cálculo de ACH está sujeto a distintas variables que con un mínimo cambio pueden modificar el valor obtenido. Es por esta razón que bajo los parámetros que serán analizados en esta investigación, una hipótesis válida resulta ser la ecuación que será presentada a continuación, la cual entrega valores que se ajustan a los rangos esperados para

este tipo de ensayo

entregando una relación estimada para el cálculo las Renovaciones de Aire Natural tan solo con uno de los valores entregados por el Blower Door Test, el que corresponde a las Renovaciones de Aire a 50 Pa (ACH50).

(2.4)

Si bien estas ecuaciones están diseñadas para el cálculo de un mismo valor, es considerable la diferencia existente al ser desarrolladas, siendo esta última, la que guarda más concordancia con los valores de infiltración obtenidos en los ensayos de nuestro país. Es por esta razón que en el capítulo 4 serán presentados los resultados de todas las fórmulas expuestas como así también los gráficos de los resultados obtenidos para ACH.

2.8 Sellantes. El sellante para juntas, se define como “cualquiera de las sustancias empleadas para inyectarlas en la junta de una edificio, que al secarse forman un material o una película flexible e impermeable que evita la penetración de aire o agua en el edificio. También llamado obturador” (Litis, 2011). Al ser aplicado un sellante tanto en juntas, uniones, grietas u orificios, se produce una disminución de los focos de pérdida de calor, facilitando el Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile

Capítulo 2

aislamiento, lo que se traduce a un menor gasto energético y por consiguiente menores costos de calefacción. Estos materiales son prácticos, limpios y duraderos. Se adhieren fácilmente a casi todas las bases y superficies, fijando los materiales por completo. En el mercado existen varios tipos de sellos, los cuales se presentan como masillas, poliuretano, siliconas, mezclas de materiales, etc., y a su vez son aplicados fácilmente, porque existen diferentes artículos como prensas de tubo, aparados de aire o presión, prensas de mano entre otros que ayudan a esta labor. La elección de los sellantes a utilizar en juntas o fisuras se basa en el conocimiento de las características de cada material, su costo y durabilidad. Además es necesario saber a qué materiales se aplicará, la cantidad de fisuras existentes, en términos de su tamaño aproximado. Todas estas condicionantes son primordiales al momento de comprar el material indicado, para lograr el mejoramiento más óptimo de reparación.

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CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA DE TRABAJO

Capítulo 3

Capitulo 3 METODOLOGÍA DE TRABAJO.

3.1 Introducción. En el siguiente apartado se presenta la estructura metodológica para la realización del trabajo en cuestión, lo cual es trascendental en la ejecución del estudio. Esta sección mostrará las características, mediciones y parámetros tomados para el análisis de los datos obtenidos en esta investigación.

3.2 Secuencia de Trabajo. 3.2.1 Elección de Vivienda a Estudiar. Las viviendas a ensayar son elegidas por su forma constructiva, es decir, vivienda de realización prefabricada y de realización in situ, logrando una similitud en m2 y tipo de construcción. Considerando también su ubicación, antecedentes y disponibilidad de información que estas presenten. La idea es lograr una comparación con las viviendas a estudio y la información que se logrará obtener de ellas.

3.2.2 Revisión de Información Técnica. Corroboración de los antecedentes técnicos obtenidos para cada vivienda. Verificación de la planimetría en términos de dimensiones, formas, ubicación de puertas y ventanas, entre otros. Esta información fue correctamente coincidente con lo existente en terreno, lo que permitió trabajar de mejor forma y más fácilmente en los siguientes pasos.

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Capítulo 3

3.2.3 Ensayos y Aplicación de Información. En esta etapa se busca conseguir los resultados de infiltración de aire correspondientes a cada vivienda seleccionada para el estudio, con el objetivo de obtener la información para el análisis y estudio de ellas.

3.2.4 Ensayo de Infiltración. Los ensayos se realizarán en distintas viviendas para obtener datos concretos de su condición de infiltración, en uno de los casos se procede a aplicar materiales con características de sellado para mejorar su estado. El ensayo será ejecutado bajo los parámetros y rangos existentes para este método.

3.2.5 Ensayo de Termografía. La Termografía se efectúa durante el Ensayo de Infiltración, ya que permite observar de forma más fácil, los sectores por donde se encuentran las mayores infiltraciones existentes en la vivienda de ensayo. Las fotografías termográfícas son más notorias en el momento de la presurización y despresurización, ya que ayuda a la identificación de las corrientes de aire producidas.

3.2.6 Elección de Materiales. En el mercado existe una gama de materiales y marcas de sellantes para fisuras y juntas, por lo cual se eligieron los productos más vendidos y utilizados en el mercado, como así también se decidió optar por una mezcla utilizada por maestros carpinteros la cual no se encuentra en forma directa en el mercado.

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Capítulo 3

3.2.7 Modelación de Vivienda. El programa computacional Design Builder permite modelar los edificios bajo los términos de simulación energética, es decir, con este programa es posible detectar la cantidad de energía necesaria para ciertas condiciones de diseño de una edificación, con el fin de lograr el confort de quienes lo habitan. Este

software entrega distintos gráficos, donde se utilizarán los

correspondientes a la Demanda Energética e Infiltración.

3.2.8 Obtención de Resultados. Los datos entregados por los equipos y programas son revisados y seleccionados, tomando en consideración los mas óptimos y relevantes según las necesidades planteadas.

3.2.9 Análisis de Resultados. En esta fase del proceso de estudio, se realiza la comparación de cada uno de los resultados conseguidos y el análisis de los mismos, todo bajo el marco

del

desarrollo

efectuado

anteriormente.

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CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y ANÁLISIS

Capítulo 4

Capitulo 4 RESULTADOS Y ANÁLISIS.

4.1 Introducción. El acondicionamiento térmico para viviendas es un tema cotidiano antes de la llegada del invierno. La comodidad y confort que desea cada familia en su hogar es una conversación recurrente y el costo que esto genera, también es un punto importante en todo nivel social. Si bien, las viviendas de madera se consideran de bajo costo y por lo general están asociadas a familias de bajos recursos, estas poseen propiedades y condiciones térmicas importantes para el ahorro de energía. Su buena aplicación al momento de ser construida es trascendental, ya que es necesaria una exactitud de cortes, ensambles y anclajes para lograr una vivienda de ahorro termo-energético. Este capítulo abordará la ejecución y análisis de los ensayos para el estudio de infiltración, considerando los datos obtenidos para identificar los puntos más comunes de infiltración en las viviendas de madera.

4.2

Ensayos. Se ensayaron distintas viviendas de madera para lograr detectar la

renovación de aire existente en estas casas por medio del Blower Door Test, con el fin de identificar la cantidad de infiltración que poseen las mismas. A lo antes mencionado, se suma la identificación de los puntos por donde existe mayor traspaso de aire. Este trabajo fue realizado por medio de la cámara de Termografía, la cual es utilizada durante el ensayo de infiltración, ya que esto permite detectar de mejor forma las zonas afectadas con el problema.

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Capítulo 4

Las viviendas fueron denominadas por siglas con el objetivo de lograr una mayor comprensión del desarrollo.

Tabla 4.1 Nomenclaturas para las viviendas ensayadas.

Ubicación

Categoría

Padre las Casas Santa Rosa, Temuco

Viviendas Nuevas Vivienda Antigua Vivienda Prefabricada

UFRO

Muestra PC 1 PC 2 PC 3 SR VP

4.3 Viviendas. 4.3.1 Viviendas de Padre las Casas. Las viviendas se encuentran ubicadas en la comuna de Padre las Casas, en la Población Vista Hermosa. Estas casas fueron entregadas en Marzo del año 2010 por medio del sistema de viviendas sociales. La construcción se realizó con fundación corrida y radier, la totalidad de su estructura es tabiquería, con aislación de Poliestireno Expandido y Fieltro Asfáltico. Su revestimiento interior es de Yeso-Cartón y el revestimiento exterior está compuesto por Fibrocemento.

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Capítulo 4

Figura 4.1 Vivienda de Padre las Casas.

Estas casas presentan los mayores problemas de infiltración en: Unión de la tabiquería y cielo, es decir, por debajo del cuarto rodón, es posible identificar fuga de aire en donde pasa infiltración desde la junta antes mencionada hacia el alero de la vivienda, existiendo pérdida de energía.

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Capítulo 4

Figura 4.2 Infiltración en Alero y Tabique desde el exterior.

Figura 4.3 Infiltración en unión de Tabiquería y Cielo.

En las uniones de planchas de Yeso-Cartón se detectaron fugas importantes de aire, cabe mencionar que este tipo de viviendas no presentan un espacio de dilatación para el Yeso-Cartón y menos la cinta para juntas con su adhesivo correspondiente. Este problema se genera tanto en los tabiques, cielo raso e incluso en las esquinas de unión de los muros tabiques, donde también hay encuentros del mismo tipo a pesar de su incorrecta instalación. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 44

Capítulo 4

Figura 4.4 Infiltración en unión de planchas de Yeso-Cartón en el Cielo Raso.

Figura 4.5 Infiltración en unión de planchas de Yeso-Cartón en la tabiquería.

Las celosías ubicabas en el cielo raso, provocan infiltraciones importantes en las viviendas, ya que es una pérdida incontrolable de calor, si bien es cierto que la ventilación es necesaria en todas las edificaciones, la idea es lograr controlar este sistema y que no se transforme en un flujo de pérdida Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 45

Capítulo 4

constante. Este problema es aún mayor cuando las celosías se encuentran en el cielo raso, ya que el aire caliente tiende a subir por la densidad alcanzada, pasando por entre la pieza. A esto se suma el hecho de que la techumbre es considerada una de las zonas con mayor pérdida de energía. Este sistema puede ser de ayuda si el exterior se encuentra con temperatura más alta que la del interior, el problema radica en los horarios o estaciones del año más frías, ya que perjudican al ahorro de energía.

Figura 4.6 Infiltración en Celosías ubicadas en el cielo raso.

En una de las viviendas existía una pérdida importante de calor por la falta del tapacielo en la unión del cañón y cielo raso. Si bien este no es un problema de construcción genera un gasto en exceso que afecta en términos económicos, lo que se traduce a un desgaste de energía y obviamente del recurso natural utilizado para temperar como es la leña.

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Capítulo 4

Figura 4.7 Infiltración por tapacielo, muestra PC 2.

Los puntos antes mencionados son los que provocan mayor infiltración en estos hogares y producto de ello, el gasto en calefacción en época de invierno es mayor del que corresponde para una vivienda con sus mismas características constructivas y con un correcto sistema de construcción.

4.3.2 Vivienda Smithouse, Universidad de La Frontera. Esta casa se encuentra ubicada en el recinto de la Universidad de La Frontera, dentro del Campus Andrés Bello entre las calles Uruguay y Montevideo, al lado del Instituto de Estudios Indígenas y por detrás del Departamento del Instituto de Informática Educativa.

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Capítulo 4

Figura 4.8 Plano de Ubicación Vivienda Smithouse.

Esta casa fue realizada con el objetivo de facilitar un lugar físico de esparcimiento para el personal jubilado de la universidad.

Producto del

espacio disponible en terreno y la rapidez en la que se requería, se opto por una licitación en año 2010 para empresas de viviendas prefabricadas, donde la Constructora Smithouse se adjudicó el proyecto, el cual fue entregado en Marzo del presente año. La vivienda es de fundación aislada y construida por tabiquería con vigas de IPV, estructura de cubierta y muros exteriores, piso de termo paneles SIP con alma de Poliestireno Expandido y revestidos en ambas caras con OSB, revestimiento exterior de Smart Side Panel LP, revestimiento interior de Yeso-Cartón estucada y pintada, con piso fotolaminado.

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Capítulo 4

Figura 4.9 Vivienda Prefabricada de Smithouse.

A continuación se presentan las imágenes termográficas de los puntos con infiltración en ésta vivienda. La infiltración en la unión de cornisas es un punto común de pérdida de calor en casi todos los tipos de viviendas. En los lugares de encuentros como esquinas entre cielo y tabiques de muros (figura 4.8), es más fácil observar problemas de este tipo, es un punto débil de las barreras de aire.

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Capítulo 4

Figura 4.10 Infiltración en unión de cielo y tabique.

Al igual que en la parte baja de la vivienda, es decir, entre el muro tabique y el piso existe gran posibilidad de encontrar zonas de traspaso de aire. Esto puede ser aun más al encontrar viviendas con fundación aislada, ya que el aire circula por debajo de la misma. Sin embargo en esta zona, se considera más factible que el problema pueda ser de entrada de aire frío que de pérdida de calor, puesto que el aire caliente sube por la densidad alcanzada.

Figura 4.11 Infiltración en esquina de tabique y piso. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 50

Capítulo 4

La instalación de puertas y/o ventanas con sus respectivos marcos pueden quedar con problema de precisión en las medidas, esto provoca un ajuste inadecuado en las juntas dejando la posibilidad de traspaso de aire desde en interior al exterior o viceversa.

Figura 4.12 Infiltración de aire por la puerta.

Figura 4.13 Infiltración de aire en ventanas.

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Capítulo 4

4.3.3 Vivienda de Santa Rosa. La siguiente vivienda se encuentra ubicada en Villa Pomona, sector Santa Rosa. Corresponde a una vivienda considerada antigua ya que posee aproximadamente 40 años desde su construcción. Las casas de este sector se realizaron por medio del sistema de autoconstrucción, en donde los vecinos construían, entre todos, cada vivienda del lugar.

Figura 4.14 Vivienda Antigua de madera.

Esta vivienda está construida por estructura de tabiquería, aislada únicamente con papel fieltro, el cual funciona como barrera de humedad. Tanto su revestimiento exterior e interior esta realizado con traslapo de madera. Su estructura de techumbre es de madera e igualmente con fieltro asfáltico. Es por esta condición que la vivienda se encuentra considerada

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Capítulo 4

con una estructura y aislación débil, donde es posible esperar una renovación de aire importante. En el ensayo de infiltración de esta vivienda existen condiciones especiales, ya que si bien se ensayó por completo, también fueron ensayadas en forma particular 3 piezas de la casa con el objetivo de aplicar sellos existentes en el mercado para comprobar su efectividad, la cual será presentada posteriormente. Los puntos de pérdida energética más detectados son los que se presentan a continuación. Como en todos los ensayos tomados, uno de los puntos más importantes es la unión entre el cielo y la tabiquería. Este punto de encuentro provoca importantes pérdidas de calor ya sea por la entrada de aire frío o por el escape de aire cálido.

Figura 4.15 Infiltración en Cornisa.

Si bien es sabido por estudios y pruebas anteriores que la unión de distintos materiales es un punto de pérdida importante, por lo general este Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 53

Capítulo 4

problema se genera en marcos de ventanas y puertas. Este dilema también se genera en la unión entre madera, por sus características de flexibilidad, dilatación y contracción provocando curvaturas en las piezas.

Figura 4.16 Infiltración por marco de Ventana.

Este tipo de vivienda presenta una importante pérdida de calor entre los traslapos del cielo, muros y piso, ya que estas piezas tienden a dilatarse y contraerse, dejando espacios importantes entre las piezas.

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Capítulo 4

Figura 4.17 Infiltración de aire entre el revestimiento de traslapo.

Los ensayos de infiltración realizados con el Blower Door Test, dieron como resultado, en cada una de las viviendas las siguientes cifras.

Tabla 4.1 Datos obtenidos por el Blower Door Test.

Muestra

EfLA (4 Pa), Air Chg/h cm2 (50 Pa) ACH /h

Ach/ h (ACH50Pa/20)

PC 1

168,50

43,71

0,22

2,19

PC 2

220,50

65,05

0,28

3,25

PC 3

121,00

40,35

0,16

2,02

23,25

7,13

0,01

0,36

277,00

51,10

0,19

2,56

Estos valores arrojan los siguientes gráficos, correspondientes a las cifras de infiltración obtenidas por vivienda.

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Capítulo 4

Figura 4.18 Área Efectiva de Infiltración.

Figura 4.19 Renovaciones de Aire a 50 Pascales.

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Capítulo 4

Figura 4.20 Renovaciones Naturales de Aire (ASHRAE)

Figura 4.21 Renovación de Aire Natural (ACH50/20).

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Capítulo 4

4.4 Comparación de resultados con Normativa 119 de la ASHRAE. 4.4.1 Organización del estudio según Normativa 119 de la ASHRAE. Esta normativa permite establecer niveles aceptables de fuga de aire para edificios

residenciales,

basado

las

tabla

2.1,

mencionada

con

anterioridad. Estas condiciones llevan a la obtención de la función del área de fuga normalizada An. Uno de los puntos principales de esta norma es el gráfico que entrega las áreas de fuga máxima y mínima aceptables para los distintos tipos de edificios y su ocupación. A continuación se presenta la tabla de valores esperados junto con su gráfico correspondiente.

Tabla 4.2 Rango de An máximo y mínimo.

An min

An max

0,06

0,10

0,14

0,20

0,28

0,40

0,57

0,80

1,13

1,60

CLASE

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 58

Capítulo 4

Figura 4.22 Rango de An máximo y mínimo para diversas Fugas, Normativa 119 de la ASHRAE.

De esta forma, los resultados obtenidos por el ensayo de Infiltración fueron introducidos a la ecuación asignada en la norma para esta condición, logrando los siguientes valores.

Tabla 4.3 Valores de An en viviendas ensayadas.

Muestra

PC 1

0,49

PC 2

0,64

PC 3

0,35

0,05

0,48

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 59

Capítulo 4

Figura 4.23 Gráfico comparativo de An mínimo, máximo y en las viviendas ensayadas.

4.4.2 Comparación en ACH50 con países extranjeros. Existen países tales como Bélgica, Italia, Canadá, Holanda y Noruega que poseen restricciones importantes para la renovación de aire a 50 Pascales. Estos rangos permiten comparar la situación en la que se encuentran nuestras edificaciones con el resto los países especializados en este tema, además permite complementar la información de la ASHRAE.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 60

Capítulo 4

Tabla 4.4 Restricción de renovaciones de aire a 50 Pa.

País

ACH50 permitidas Mínimo

Máximo

Bélgica

1,0

3,0

Canadá

1,5

3,0

Holanda

1,2

6,5

Italia

1,0

3,2

Noruega

1,5

4,0

Estas cifras son posibles de entender más fácilmente por medio del siguiente grafico de comparación entre los países antes mencionados.

Figura 4.24 Rangos aceptables de ACH50 para algunos países.

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Capítulo 4

Los rangos anteriormente mencionados, son establecidos por medio de estudios acabados de las fugas de aire y en base al aporte necesario de ventilación o renovación de aire que debe tener una edificación. Por este motivo es importante comparar los valores obtenidos en los ensayos realizados a las viviendas de madera para lograr observar en que condición se encuentran estas edificaciones en nuestro país.

Tabla 4.5 Valores de Infiltración a 50 Pa de las viviendas estudiadas.

Categoría Viviendas Nuevas Vivienda Antigua Vivienda Prefabricada

Muestra

Air Chg/h (50 Pa)

PC 1

43,71

PC 2

65,05

PC 3

40,35

7,13

51,1

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 62

Capítulo 4

Figura 4.25 Comparación de ACH50 entre los rangos Máximos y Mínimos v/s Viviendas de Madera ensayadas.

4.5 Soluciones

Constructivas

para

Infiltración

Acondicionamiento

Térmico. Si bien la construcción de viviendas en madera se realiza de forma tradicional y no posee grandes variaciones en ejecución, actualmente existe una gama de materiales que aportan mejoras en acondicionamiento térmico y como consecuencia, mejoras termo-energéticas.

4.5.1 Uniones en madera. Las juntas o uniones son un punto importante al momento de identificar las infiltraciones en este tipo de viviendas por su característica de contracción y dilatación de la madera, lo cual depende de las condiciones Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 63

Capítulo 4

climáticas en que se encuentre sometida la vivienda y del tipo de corte que posea la pieza de madera, ya que al realizar un corte transversal a la fibra, esta se reduce entre un 4 y 17% y de forma longitudinal entre 0,1 y 0,3%. Este problema hace que las piezas pierdan su correcto anclaje dejando espacios libres por donde circula y se introduce aire. Es por este motivo que existen algunos tipos de uniones que funcionan mejor como barrera de aire, ya que pierden menos espacio al momento de la posible contracción de las piezas.

4.5.1.1 Ensamble de media madera. Junta solapada que se realiza en los extremos de las piezas de madera, es un corte de media pieza que va sobrepuesto en el corte medio de la pieza a unir. Por lo general este método se utiliza para extender piezas que no alcanzan la luz necesaria o para realizar un encuentro en T. Esto es posible potenciarlo agregando un adhesivo en el sector de tope de ambas piezas, logrando así un contacto más firme y con menos posibilidades de reflejar una importante pérdida de aire por contracción de la madera. También es posible aplicar Pasta para Madera Xylazer para juntas y grietas. En este tipo de uniones es posible identificar la de media madera de trianon, q consiste en el mismo sistema de ensamble pero con un lado más ancho para provocar tracción.

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Capítulo 4

Figura 4.26 Tipos de Ensamble a Media Madera.

4.5.1.2 Ensambles longitudinales. A la hora de unir dos tirantes de madera en sentido longitudinal, se puede hacer un empalme simple, o una unión con cubre juntas, siendo esta última la más apropiada para trabajos pesados. La unión con cubre junta se utiliza cuando es necesaria mayor resistencia de carga, esta pieza puede ser metálica o de madera y ayudan a evitar posibles cambios de dimensiones en la madera por motivo de la contracción o dilatación.

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Capítulo 4

Figura 4.27 Uniones Longitudinales.

Lo adecuado es lograr un anclaje exacto que pueda ser reforzado con placas metálicas o piezas de madera y sin prejuicio de eso, utilizar un adhesivo o masilla para madera, ya que esto ayuda a mejorar las uniones y por consiguiente, las infiltraciones, mejorando la barrera de aire. Las uniones de tope son las menos recomendables en todo sentido, ya que suelen soltarse, poseen menos resistencia de carga y es más notoria la contracción o dilatación de la madera, por lo mismo provocan mas deformación en la estructura, lo que afecta a las infiltraciones.

4.5.2 Junta entre Cielo Raso y Muro Tabique. Las infiltraciones más comunes en este tipo de viviendas se producen en las cornisas, este problema se genera porque las piezas de cuarto rodón tienden a curvarse cuando no se encuentran secas al momento de instalarlos o al confeccionarlos. Este problema también tiene relación con el trazado y linealidad del muro tabique y la instalación de su revestimiento Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 66

Capítulo 4

interior, ya que en ciertos sectores el tabique puede quedar con algunas hendiduras o curvaturas, dejando espacios libres para la pasada de aire. Este problema es posible de solucionar aplicando una pequeña cantidad de cola fría para madera en cada una de las caras posteriores de la moldura con el fin de lograr adherencia entre las dos estructuras. Cuando existen espacios

más

importantes

por

donde

hay

penetración

aire,

recomendable aplicar silicona pintable o transparente, ya que ésta, forma una pequeña película que rellena los espacios vacíos evitando la entrada o salida de aire de la vivienda.

4.5.3 Unión entre Muro de Tabiquería y Piso. Este problema se genera mayoritariamente en las viviendas con fundación aislada, ocasionado por la circulación de aire por debajo de la vivienda. Si bien es posible encontrar hermeticidad en algunas viviendas, este conflicto no es menor, ya que es un punto difícil de manejar. Una solución que puede ayudar a minimizar este problema es la utilización de panel SIP en el piso de la estructura, provocando una aislación importante de la ventilación y humedad que puede existir en la parte baja de la vivienda. A esto es posible sumarle la aplicación de Espuma de Poliuretano en la unión del tabique con el piso, o mejor dicho entre la solera inferior y el piso, cortando los excesos propios de este material. Con esta técnica se mejora la adhesión entre ambas estructuras y al terminar la construcción del muro tabique, se instala el guardapolvo, el cual tapa todas las imperfecciones que puedan existir producto de la solución.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 67

Capítulo 4

4.5.4 Ventanas y Puertas. En esta zona es notoria la existencia de problemas de esta índole, además de la importante influencia que realizan los puentes térmicos, ya que afectan el traspaso de temperaturas desde el interior al exterior y viceversa. Los problemas referentes a los marcos que rodean tanto puertas como ventanas, pueden ser solucionables aplicando adhesivos además de la fijación por clavos que estos presentan. Agregando una correcta utilización de las juntas de madera, pudiendo ser reforzadas con placas metálicas que ayudan a la rigidez y correcta ubicación de las piezas. En el caso de las ventanas, existe gran cantidad de diseños y materialidades, siendo las más eficientes aquellas con doble vidriado hermético (DVH) con marcos de PVC. Estas últimas presentan un costo considerablemente superior a cualquier otro tipo de ventanas con similares características, pero el ahorro energético que genera compensa la compra. Las puertas tienden a tener problemas de ajuste en los vanos de ubicación, es por esto que primeramente se debe tener precaución al momento de construir para dejar los espacios exactos en relación de las medidas solicitadas para determinada puerta. A esto se suma la calidad y condiciones en que se encuentre la puerta a instalar, ya que en ocasiones, estas últimas suelen ser vendidas con maderas verdes e instaladas de la misma forma, provocando una deformación importante que con el paso del tiempo, tienen a quedar ajustadas en invierno y sueltas en verano.

4.5.5 Revestimiento Interior y Exterior. Las uniones de materiales en el revestimiento del muro de tabiquería suelen ser puntos de poco problema de infiltración, ya que actualmente suele ser cubierto por planchas de Yeso-Cartón, OSB o Terciado Ranurado,

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 68

Capítulo 4

entre otros, en donde se debe tener precaución en la correcta instalación de estos elementos. El conflicto mayor se genera en el traslapo, ya que estas piezas, al momento de ser instalado, queda perfecto, pero con el paso del tiempo van cambiando su estado de sequedad y por consiguiente su estructura en el muro. Una forma de solucionar este problema es tener precaución en el porcentaje de humedad que presenta la madera al ser instalada y del tipo de aislación que se instalará en el entre muro, ya que ésta, ayuda a minimizar las infiltraciones. Además la mantención adecuada de la vivienda aporta una ayuda

importante

tanto

términos

infiltración

como

acondicionamiento térmico.

4.5.6 Cielo Raso y Techumbre. Uno de los sectores de las viviendas más afectados por la infiltración es el techo, ya que este lugar requiere de ventilación por la cantidad de humedad que puede almacenar producto de las lluvias y temperaturas bajas. Además por el efecto de elevación que produce el aire cálido, tiende a irse hacia este lugar. Se debería suponer que todas las construcciones están realizadas en las mejores condiciones, pero esto no es verdad, por lo general existen problemas en la fijación de las planchas de zinc, o, no son utilizados elementos aislantes por sobre el cielo raso, el papel fieltro tiende a estar mal instalado porque se evita la colocación de alambres de sujeción que se deben encontrar dispuestos de un extremo a otro de la estructura de techumbre. Si todos estos cuestionamientos se resolvieran con los procesos constructivos indicados para cada actividad, los problemas de infiltración serian notoriamente mejorados.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 69

Capítulo 4

4.5.7 Celosías. Funcionan como sistema de ventilación tanto en ventanas, puertas e incluso hasta en el cielo raso. Permite la eliminación de vapor, malos olores y renovación de aire. El problema se genera en la pérdida de calefacción, producto del paso de aire incontrolable, siendo en algunos casos, en forma excesiva para las necesidades de la edificación. Existen ventanas de celosías que suelen presentar un grado más hermético de sellado, las cuales son ideales para ser instaladas en baños y/o cocinas. Sin prejuicio de esto, es recomendable un sistema de ventilación controlada, ya que de esta forma es posible evitar las pérdidas de energía. Por esta razón, es ideal la instalación de ventanas de corredera. En el caso de las puertas, no es recomendable la colocación de éstas, a pesar de su ubicación en la parte inferior, tienden de igual forma a perder energía. Este caso es similar cuando existen celosías en el cielo raso, con la diferencia que en esta zona es fácil perder aire cálido por la densidad que este posee al momento de calentarse.

4.5.8 Soluciones Constructivas para Acondicionamiento Térmico. El acondicionamiento en una vivienda es un punto relevante al momento de construir, y si bien, se podría considerar que no presenta directa relación con la infiltración, ayuda a disminuir los puentes térmicos que afectan al gasto en calefacción. En la actualidad existe una serie de soluciones constructivas para Acondicionamiento Térmico que se encuentran especificadas en el Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Acondicionamiento Térmico del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, en conformidad a lo señalado en el

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 70

Capítulo 4

artículo 4.1.10. del D.S. Nº 47 , (V. y U.), de 1992, Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. Editado en agosto de 2009. Estas soluciones han sido certificadas por ensayos realizados en el Laboratorio de Control Técnico de Calidad de Construcción, bajo los parámetros de la NCH 853 of 91.

4.6 Infiltración y Sellado. El problema de infiltración es un tema importante, y, aun más en estos tiempos donde se busca el ahorro energético y la conservación de los recursos. Es por esto que se utilizó una de las viviendas ensayadas anteriormente para el estudio de algunos sellantes (Anexo B), revisando el comportamiento de éstos en relación a posibles mejoras que podrían existir, después de la aplicación de los mismos. La muestra utilizada fue la SR, ya que es la vivienda en condiciones más desfavorables por su antigüedad y su restricción de aislación térmica en comparación con las otras viviendas.

4.6.1 Tipo de sellantes y modo de aplicación. Para el desarrollo de este estudio, fueron elegidos tres tipos de sellantes distintos con el objetivo de comparar su hermeticidad. Dentro de la gama de materiales existentes en el mercado fueron elegidos: • Silicona: Este producto es un sellador de uso corriente que exige algo de técnica para conseguir una correcta distribución, dejando un aspecto liso y regular. Es posible encontrarla fácilmente en muchas tiendas y suele estar disponible en dos colores: blanco o transparente.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 71

Capítulo 4

Presenta una gran capacidad de aislación, ya que permite evitar las fugas de aire. La silicona de calidad nos proporcionará una unión resistente al paso del tiempo y una gran elasticidad y poder de adhesión. Es fácil de aplicar, ya que solo es necesaria una pistola para calafatear y gracias al dosificador de su envase, es posible obtener la cantidad justa para utilizar en el sellado de juntas o uniones. El alisado de la línea de silicona se debe realizar en cuanto se aplica el material, ya que de esta forma mejora sus características estéticas y de adhesión. El acto antes mencionado puede ser efectuado con el propio dedo introducido en una mezcla de agua y jabón. También es posible utilizar una paleta de helado o algún elemento plano y liso. Esto permite eliminar los grumos existentes producto de la aplicación. • Espuma de Poliuretano: En este caso fue utilizada la espuma Sika Boom, elemento probado y reconocido en el mercado. La aplicación se realiza con el mismo envase, el cual trae una bombilla dosificadora de salida. Por el hecho de ser un material en spray, la regulación del caudal se maneja según la presión ejercida en pulsador. Estas características hacen que la aplicación del producto sea fácil y rápida. Posteriormente y ya estando firme y seco, son cortados con un cuchillo cartonero, los excesos de material, seguido a esto, es posible lijarla para una mejor presentación. Una de sus características principales es la expansión del producto al ser aplicado, esto permite una buena técnica de sellado, ya que es capaz de cubrir espacios que a simple vista no son detectados. Además es un elemento que presenta buenas características como aislante térmico, impermeabilidad al agua y a los combustibles. Si bien este sello es uno de los más utilizados en el mercado por todas las propiedades anteriormente mencionadas, no es recomendable para sectores donde quede a la vista, por sus características de porosidad. Es Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 72

Capítulo 4

por este último motivo que su utilización debe estar limitada a sectores donde quede completamente cubierta, ya que no queda en las mejores condiciones para estar expuesto a simple vista. • Mezcla de Yeso y Masilla: Estos materiales poseen características propias de su composición y componentes. En el caso del Yeso es posible destacar su característica de aglomerante con poca resistencia, sin embargo tiene la cualidad de fraguar y convertirse con el tiempo en un material duro. Su tiempo de fraguado es aproximadamente de 20 minutos, provocando su endurecimiento y secado. Esta condición depende de la contextura de la masa, la cual no presenta un estándar determinado. Presenta baja resistencia a la humedad, por lo cual éste debe encontrarse protegido de la lluvia o estados de saturación de agua. En el caso de la masilla, ésta se encuentra compuesta por una emulsión acuosa de color blanco y con alta viscosidad. Si bien es un elemento que no presenta un secado rápido, suele ser muy utilizado para enlucir superficies, en uniones de planchas de Yeso-Cartón, o reparaciones de juntas. Este material tiene la cualidad de poder ser lijado para lograr una superficie mas lisa y en mejores condiciones para una posterior pintura. La unión de estos dos materiales permite lograr una mezcla fácil de manejar, adoptando la rigidez del yeso y la fácil adherencia de la masilla a la madera. Es posible agregar que el yeso permite que la masilla no se caiga al lograr su completo secado, aunque este problema se genera por la gran cantidad de material que se aplica en un mismo lugar. Esta mezcla debe ser aplicada con espátula cubriendo hasta por 3 cms. de grosor, el lugar del problema. Idealmente este acto debe ser realizado por capas, permitiendo así, la adherencia y secado de cada una de ellas, mejorando su resistencia y adherencia.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 73

Capítulo 4

4.6.2 Aplicación del ensayo de Infiltración. La realización del ensayo comenzó con la elección de tres piezas de la casa, a las cuales obtener

los

se les instalo el Blower Door Test con el fin de lograr

valores

originales

infiltración

cada

habitación.

Posteriormente se aplicó en cada una de ellas, distintos materiales adhesivos y por medio del mismo equipo antes mencionado, se revisó la mejora de infiltración que estas presentaron.

Tabla 4.6 Dimensiones de las piezas utilizadas.

Muestra

Ancho

Largo

Alto

3,00

3,13

2,30

3,00

3,44

2,30

2,60

5,20

2,30

Figura 4.28 Esquema de dimensión de habitaciones a ensayar. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 74

Capítulo 4

Los primeros ensayos fueron realizados con su estado de infiltración original, los cuales consistieron en una prueba por habitación y al final, la casa en su totalidad. Por el hecho de encontrarse en contacto una pieza con otra, se consideró sellar primeramente la muestra (P 2) que se encuentra al centro de las otras habitaciones, y ensayar las tres muestras nuevamente, con el fin de lograr identificar la influencia que puede tener este hecho en las otras dos piezas que no presentan modificación. Posteriormente

fueron

selladas

las

piezas

restantes,

ensayando

nuevamente las tres muestras, logrando obtener los valores finales de infiltración. Así también al terminar este proceso, fue tomada una prueba que correspondió a la casa completa, sumando un total de once ensayos de infiltración realizados a una misma vivienda. Las primeras pruebas realizadas a las piezas arrojaron los siguientes resultados.

Tabla 4.7 Infiltración inicial de las muestras.

Muestra

EfLA (4 Pa), cm2

Air Chg/h (50 Pa)

ACH /h

Ach/ h ( ACH50Pa/20)

69,15

93,45

0,21

4,67

91,35

116,50

0,38

5,83

65,35

77,40

0,13

3,87

Estos datos permiten graficar cada ítem de valores y realizar la comparación entre ellos

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 75

Capítulo 4

Figura 4.29 Área efectiva de Infiltración.

Figura 4.30 Renovación de Aire a 50 Pa.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 76

Capítulo 4

Figura 4.31 Renovación de Aire Natural (ASHRAE).

Figura 4.32 Renovación de Aire Natural (ACH50/20).

Estos datos comprueban los problemas de infiltración que existen en la vivienda, refleja también que en la muestra P 2, las renovaciones de aire son Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 77

Capítulo 4

mucho más elevadas que en el resto de las piezas. Además por su ubicación en la vivienda, se decidió que esta sería la primera pieza que se sellaría para tomar los próximos ensayos, logrando identificar el aporte de sellado que genera en las otras habitaciones. La muestra P 2 fue sellada con una mezcla de yeso y masilla, ya que existían sectores con problemas importantes en las juntas y en especial en las cornisas.

Figura 4.33 Zona con infiltración y su reparación.

Los valores arrojados después de la aplicación de esta mezcla en la habitación fueron los siguientes.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 78

Capítulo 4

Tabla 4.8 Infiltración después de sellar la muestra P 2.

EfLA (4 Pa), Muestra cm2

Air Chg/h (50 Pa)

ACH /h

Ach/ h (ACH50Pa/20)

60,85

80,35

0,25

4,02

53,10

90,95

0,24

4,55

71,45

64,15

0,21

3,21

Los gráficos correspondientes a los valores anteriormente presentados son.

Figura 4.34 Área Efectiva de Infiltración (sellada muestra P 2)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 79

Capítulo 4

Figura 4.35 Renovación de Aire a 50 Pa (sellada muestra P 2).

Figura 4.36 Renovación de Aire Natural según ASHRAE (sellada muestra P 2).

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 80

Capítulo 4

Figura 4.37 Renovación de Aire Natural según ACH50/20, (sellada muestra P 2).

Con estos datos es posible identificar que existe algún tipo de mejora en la muestra P 2 y a su vez provocó una influencia positiva en las habitaciones P 1 y P 3, logrando reducir las infiltraciones sin haber aplicado ningún tipo de adhesivo en ellas. La reducción alcanzada fue de un 21,93% en la pieza P 2 y en las otras dos piezas fue de un 14,02% y 17,12% respectivamente a ACH50. Si bien los cambios que generó el sellado de la habitación P 2 son reflejados en los ensayos

de infiltración, este acto no provocó una

renovación de aire nula o igual a cero en la muestra. Para completar el estudio, se inyectaron sellantes diferentes en cada una de las piezas restantes. La habitación P 1 fue tratada con silicona pintable, la cual no genero ningún inconveniente en el momento de su aplicación.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 81

Capítulo 4

Figura 4.38 Esquina entre cielo y tabiques.

En el caso de la pieza P 3 se aplicó espuma de poliuretano, este elemento es fácil de incorporar en juntas con problemas, además de ser dúctil para trabajar. Este lugar por ser la cocina, tenía infiltración en la salida del cañón de la cocina a leña, el que pasa por una ventana. El espacio de salida era de superior dimensión que el cañón, es por este motivo que en esta zona se aplicó un sellante de alta resistencia al calor llamado Masilla Refractaria 1500ºC. Esta acción provocó un cambio notorio al momento que el Blower Door Test arrojo los resultados.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 82

Capítulo 4

Figura 4.39 Aplicación de Espuma de Poliuretano.

Figura 4.40 Sellado del Cañón masilla de alta resistencia al calor.

Estas acciones deberían lograr una disminución de infiltración en las piezas intervenidas como en la vivienda en general. Es por esta razón que fueron tomados nuevamente ensayos con el Blower Door Test y logrando

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 83

Capítulo 4

medir en forma cuantitativa, cuales son los cambios generados en las habitaciones. Los valores obtenidos después de las acciones realizadas en cada muestra, son los siguientes.

Tabla 4.9 Valores finales de Infiltración.

EfLA (4 Pa), Muestra cm2

Air Chg/h (50 Pa)

ACH /h

Ach/ (ACH50Pa/20)

60,00

78,05

0,17

3,90

62,05

73,90

0,16

3,70

70,71

63,45

0,26

3,17

Los valores se presentan a continuación por medio de gráficos de la siguiente forma.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 84

Capítulo 4

Figura 4.41 Área Efectiva de Infiltración, prueba final.

Figura 4.42 Renovación de Aire a 50 Pa, prueba final.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 85

Capítulo 4

Figura 4.43 Renovación de Aire Natural (ASHRAE), prueba final.

Figura 4.44 Renovación de Aire Natural (ACH50/20), prueba final.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 86

Capítulo 4

Estos valores son comparados de mejor forma al lograr visualizarlos en los ensayos tomados a la casa completa antes y después de las mejoras aplicadas, considerando las siglas SR 1 y SR 2 respectivamente.

Tabla 4.10 Resultados obtenidos por el Blower Door Test.

Muestra

EfLA (4 Pa), cm2

Air Chg/h (50 Pa)

ACH /h

Ach/ h (ACH50Pa/20)

SR 1

277,00

51,10

0,19

2,56

SR 2

175,50

40,95

0,08

2,05

Figura 4.45 Área Efectiva de Infiltración.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 87

Capítulo 4

Figura 4.46 Renovación de Aire a 50 Pa.

Figura 4.47 Renovación de Aire Natural (ASHRAE).

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 88

Capítulo 4

Figura 4.48 Renovación de Aire Natural (ACH50/20)

Gracias a la información antes presentada, es posible inferir y calcular que existen cambios en las renovaciones de aire al aplicar algún tipo de sellante. Estos cambios generados son de un 36,64% de disminución de las Áreas Efectivas de Infiltración, las Renovaciones de Aire a 50 Pa. bajaron en un 19,85% y las Renovaciones de Aire Natural se redujo en un 56,57%.

4.7 Demanda Energética. Los costos generados para calefacción y/o ventilación de las edificaciones está siendo cada vez más alto. La comodidad de estar en un lugar confortable es a lo que se aspira y más aun si existe la posibilidad de abaratar costos. Esto es posible de lograr al aplicar, por ejemplo, ciertos sellos que impidan infiltraciones, realizar mantención periódica de la vivienda y utilizando, en la construcción, materiales que generen un buen acondicionamiento térmico.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 89

Capítulo 4

Es por esto que la muestra SR, la cual fue mejorada y expuesta en el punto anterior, se ha modelado con el programa computacional Desing Builder, con el objetivo de comparar la Demanda Energética que ésta presentó antes y después de la aplicación del mejoramiento, a esto se suman algunos gráficos que pueden ser de apoyo para entender mejor este problema. Para obtener la información, es necesario introducir al programa uno de los valores entregados por el Blower Door Test, estos pueden ser la Renovación de Aire Natural o a 4Pa. Es por esta razón que se utilizó el valor ACH 50Pa, dividido en 20, ya que éste entrega un valor mas aproximado de las Renovaciones de Aire Natural. Además es necesario tener información con respecto de los equipos de iluminación, ocupación de habitabilidad, materialidad y características de la vivienda, tipo de aislación, medios de calefacción y consumo anual de la misma.

4.7.1 Imágenes del modelamiento con el Desing Builder.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 90

Capítulo 4

4.7.2 Demanda Energética de la Vivienda. Corresponde a la energía necesaria para mantener en el interior de la vivienda condiciones de confort definidas reglamentariamente en función de su uso y de la zona climática en que se ubica, considerando el confort personal de quienes la utilicen.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 91

Capítulo 4

Figura 4.49 Demanda de Energía (Ant. Mejora)

Figura 4.50 Demanda de Energía (Post. Mejora)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 92

Capítulo 4

El valor por unidad de superficie correspondiente a la Demanda Energética con los datos de infiltración original de la vivienda es de 246,34 kWh/m2/año, este dato es comparado con el valor por unidad de superficie después de las mejoras es de 226,43 kWh/m2/año. Estas cifras son llamadas también Demanda Normalizada. La diferencia en la Demanda Energética Anual lograda entre el ensayo original y posteriormente con la mejora es de 1275,58 kWh/año. Con estos valores es posible calcular también la Demanda Normalizada que presenta la edificación. Estos datos son entregados por el programa Design Builder, el cual los calcula en base al valor de Demanda Energética dividido por los m2 de construcción. En este caso los resultados fueron: • Demanda Normalizada (ant. mejora)= 258,70 kWh/m2/año • Demanda Normalizada (post. mejora)= 237,79 kWh/m2/año Así también es posible obtener los valores de la Demanda Normalizada por medio del cálculo manual del dato, donde se utiliza el área de ocupación real de la vivienda. Es así como el valor por unidad de superficie correspondiente a la Demanda Energética es de: • Demanda Normalizada (ant. mejora)= 246,34 kWh/m2/año • Demanda Normalizada (post. mejora)= 226,43 kWh/m2/año

Bajo este mismo parámetro, es posible identificar la demanda mensual de energía necesaria para lograr temperar la vivienda en cuestión.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 93

Capítulo 4

Figura 4.51 Demanda Energética mensual (Ant. Mejora)

Figura 4.52 Demanda Energética mensual (Post. Mejora)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 94

Capítulo 4

De esta forma es posible comparar los meses en que se genera gasto energético, los cuales comprenden entre Marzo y Octubre.

Tabla 4.11 Ahorro de Energía por mes.

Meses

Marzo

Abril

Mayo

Dem. (A. M.)

0,00

2160,64 2488,17 2814,61 2952,67 2823,15

2542,80

0,00

Dem. (P. M.) Ahorro (kWh/mes)

0,00

1991,11 2288,58 2584,38 2713,22 2592,78

2336,39

0,00

169,53

206,41

0,00

199,59

Junio

230,23

Julio

239,45

Agosto

230,37

Septiembre Octubre

Donde la suma de las diferencias en la demanda por mes suma 1275,58 kWh/año, guardando correcta concordancia con la antes mencionada

4.7.3 Ganancias Internas. Corresponde a las ganancias de calor generadas por elementos que irradian energía o aportan calor en la vivienda, entre los cuales se encuentra la iluminación general, equipos electrónicos, ocupación, ganancias solares y por la cocina a leña. Cabe mencionar que estos factores se miden en kWh igual que la energía.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 95

Capítulo 4

Figura 4.53 Ganancias Internas (Ant. Mejora)

Figura 4.54 Ganancias Internas (Post. Mejora)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 96

Capítulo 4

En este caso, la variación se genera en el gasto de la cocina a leña, ya que es la principal fuente de calefacción de la vivienda. Esta diferencia corresponde a 1275,58 kWh/año, confirmando así la diferencia entregada en el punto 4.7.2, correspondiente a la Demanda Energética anual y mensual.

4.7.4 Pérdidas de Calor de la vivienda. Esto se describe como la cantidad de energía desperdiciada por la ventilación e infiltración incontrolable existente en la vivienda. Estas pérdidas pueden ser por ventanas, puertas, tabiques, etc., además de las perdidas por infiltración en juntas, uniones y/o grietas.

Figura 4.55 Pérdida por Ventilación e Infiltración Anual (Ant. Mejora)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 97

Capítulo 4

Figura 4.56 Pérdida por Ventilación e Infiltración Anual (Post. Mejora)

El valor de infiltración para la vivienda antes de la mejora y posterior a ella, es de 7055,57 kWh/año y 5692,65 kWh/año, logrando una diferencia de 1362,92 kWh/año. En unidad de superficie edificada, lo cual corresponde a 64,065 m2 construidos en la vivienda, esto se traduce en 110,13 kWh/m2/año y 88,86 kWh/m2/año, para antes de la mejora y después de la mejora. La disminución que generó el cambio es de 21,27 kWh/m2/año por unidades de superficie edificadas. Este análisis es posible de obtenerlo con gráficos de pérdida de ventilación e infiltración diario, como serán presentados a continuación.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 98

Capítulo 4

Figura 4.57 Perdidas por Ventilación e Infiltración Diario (Ant. Mejora)

Figura 4.58 Pérdidas por Ventilación e Infiltración Diario (Post. Mejora)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 99

Capítulo 4

4.7.5 Distribución de Combustible. Corresponde a la energía que aporta cada combustible (electricidad, iluminación y otros combustibles) que se encuentra en la vivienda. De esta forma es posible observar qué variaciones se produjeron y en qué tipo de combustión, después de la mejora.

Figura 4.59 Distribución de Combustión (Ant. Mejora)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 100

Capítulo 4

Figura 4.60 Distribución de Combustión (Post. Mejora)

Con estos gráficos es posible inferir que existe 2319,23 kWh/año de ahorro en gasto calórico después de las mejoras realizadas. Esto significa que existe una disminución de 36,20 kWh/m2/año de distribución de combustible en la vivienda.

4.7.6 Ganancias Internas Diarias. Corresponde a la cantidad de calor latente y sensible que se genera en el interior de los recintos y que son provocados por la iluminación, equipos electrónicos, ocupación, ganancias solares en las ventanas del exterior y zonas de calentamiento.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 101

Capítulo 4

Figura 4.61 Ganancias Internas (Ant. Mejora)

Figura 4.62 Ganancias Internas (Post. Mejora)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 102

Capítulo 4

Si bien estos gráficos a simple vista suelen ser semejantes en los valores de ganancias internas, los cambios se general en la zona de calentamiento sensible, logrando una sumatoria de 41,65 kWh/día.

4.7.7 Pérdidas por Infiltración (Ventilación). Es la cantidad de calor desperdiciado diariamente por problemas de infiltración en las edificaciones. Estos gráficos muestran las perdidas por infiltración durante el año.

Figura 4.63 Pérdida por Infiltración (Ant. Mejora)

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 103

Capítulo 4

Figura 4.64 Pérdida por Infiltración (Post. Mejora)

De estos gráficos es posible calcular la disminución de la infiltración después de las mejoras realizadas a la vivienda, logrando la siguiente tabla de diferencias.

Tabla 4.12 Diferencia de resultados de Pérdida de Infiltración.

Inf. Externa ( kWh) 0,12 Mec. Vent., etc (ac/h) 0,50

-0,78

-4,19

-9,86

-7,76

-8,82

-4,80

-6,73

-0,89

0,04

0,51

0,52

0,53

0,54

0,52

0,53

0,51

Estos gráficos muestran las pérdidas por infiltración durante el año, las cuales son de -224,41 kWh, antes de la mejora y -180,74 kWh, después de la mejora. Con estos valores es posible obtener la diferencia de -43,67 kWh entre las dos mediciones. Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 104

Capítulo 5

CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES

Capítulo 5

Capitulo 5 CONCLUSIONES Y COMENTARIOS.

5.1 Conclusiones. • Los ensayos realizados con el Blower Door Test y la cámara de Termografía, detectaron que los puntos con mayores problemas de infiltración son los de ventanas, puertas, cornisas, juntas de yeso-cartón, forro de traslapo, salida de cañon. Es por esta razón que es aconsejable realizar una mantención por año en las viviendas con el fin de evitar este tipo de inconveniente e idealmente antes de la estación de otoño con el fin de alcanzar a reparar problemas que podrían existir. • Según los valores obtenidos por medio del ensayo de infiltración, la mayor Área Efectiva de Fuga se encuentra en la muestra SR, siendo ésta la más antigua y con menos aislación térmica. A continuacion estan las viviendas de Padre las Casas y al final, con una diferencia importante frente a las otras casas ensayadas, la vivienda prefabricada de Smithouse. Así mismo esta última fue la que registró menos niveles de infiltración, llegando a ser un 10,96% del valor más alto obtenido en el estudio. • En base a la Norma 119 de la ASHRAE, es posible observar que el Área de Fuga Normalizada (An) de las muestras, se encuentra dentro de los rangos expuestos en la norma antes mencionada, dando así como resultado.

Muestra PC 1 PC 2 PC 3 SR VP

Clase F G E F A

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 106

Capítulo 5

•

Producto del estudio realizado, es posible inferir que los principales problemas de infiltración se generan por deformación, contracción o dilatación de la madera, producto de la utilización de piezas con un alto contenido de humedad. Cabe mencionar que según nuestra ubicación geográfica, el rango de humedad permitido para las piezas de madera se encuentra entre 12% y 22%.

• En

relación

las

posibles

mejoras

producto

las

soluciones

constructivas señaladas en el capítulo 4.5, es posible inferir que las uniones de madera presentadas en el mismo apartado, podrían ser un punto importante de mejora en infiltración, ya que no permiten un mayor cambio por contracción o dilatación en las juntas, producto de la gran adhesión lograda en las piezas. •

De acuerdo a lo planteado en el capítulo 4, sección 4.5, con respecto a soluciones y técnicas constructivas, es posible inferir que para lograr minimizar o eliminar las infiltraciones de aire, se pueden aplicar diferentes técnicas durante el proceso constructivo; como por ejemplo: mantener la capa de aislamiento continua, usar material con mayor resistencia térmica, evitar los defectos por fijación de revestimiento; ya que todos estos elementos afectan en gran medida las perdidas energéticas de la edificación.

• Bajo el marco del estudio realizado, es posible observar que, al ser sellada la pieza P 2 con mezcla de Yeso y Masilla, las infiltraciones disminuyeron en un 21,93%, así también, el aporte efectuado en las muestra P 1 y P 3, es de un 14,02% y 17,12%, respectivamente, producto del contacto que presentan entre sí. • Si bien los sellos aplicados en cada habitación aportaron en la disminución de infiltración, la que presentó un mejor resultado fue la muestra P 2, con un valor de descuento igual al 36,57% con respecto del primer ensayo tomado en la pieza. Este efecto se produce por la Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 107

Capítulo 5

aplicación del sellante en la misma pieza y el aporte de reducción de infiltración que entregan las habitaciones de sus lados. • En base al mejoramiento realizado en la vivienda SR es posible inferir que, el ahorro obtenido por esta acción es de 1275,58 kWh/año, lo que al ser traducido a términos económicos se expresa en $14.600 de ahorro, en combustible del tipo leña, al año. Considerando además la inversión realizada en materiales adhesivos, la cual consta de $13.986. De esta forma es posible determinar que la inversión realizada es recuperable en el primer año. Si bien ese ahorro en dinero no es tan considerable, al revisar el caso en particular, y considerando que el gasto energético de la vivienda es de 5 m3 de leña al año y la ocupación habitacional corresponde a una persona, el valor en pesos calculado anteriormente, puede ser una cifra considerable.

Estudio de Infiltración y su relación con la Demanda Energética en las Principales Tipologías de Viviendas de Madera del sur de Chile 108

BIBLIOGRAFÍA

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ANEXO A PLANOS DE VIVIENDAS

ANEXO B FICHAS TÉCNICAS DE SELLANTES