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Universidad, Ciencia y Tecnología

versión impresa ISSN 1316-4821

uct v.10 n.40 Puerto Ordaz sep. 2006

 

Ahorro energético en viviendas de países con climas tropicales

Amigo Vásquez, Jaime R.

MSc. Jaime R. Amigo Vásquez: Profesor Titular en el Dpto. de Ingeniería Mecánica de la UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz, Final Calle china, Villa Asia, Puerto Ordaz, Venezuela, Telefax 0286-9235831, correo electrónico jamigov@yahoo.com.

Resumen

En este trabajo se presenta un método para tomar decisiones técnicas y económicas que permitan ahorrar energía, sin pérdida del confort térmico, en viviendas ubicadas en zonas de climas tropicales. Como prototipo fue elegida una vivienda ubicada en Puerto Ordaz, Venezuela con las siguientes características: Superficie construida 180 m2. Techo de madera machihembrada y tejas. Equipo de aire acondicionado de 5 t. El diagnóstico fue realizado con un programa de simulación energética para edificios con el cual fueron determinadas las cargas de enfriamiento. Luego fueron evaluados los consumos de electricidad. Posteriormente con la ayuda del mismo programa fue definida una readecuación, que consistió en agregar al techo 140 mm de aislamiento térmico y una lámina de yeso de 12 mm de espesor. Los resultados de la simulación indican que con esta readecuación, el consumo de electricidad se reduce en 22.886,42 kW-h/año, (48,97 %), mientras que las facturas por concepto de electricidad disminuyen en 2.586.165.46,22 Bs/año. El costo de la readecuación es Bs. 11.944.260,50 de manera que la inversión inicial es recuperada en 4,62 años, siendo el período simple de retorno de la inversión menor que el tiempo de vida de la readecuación por lo que es económicamente viable.

Palabras Clave: Ahorro energético en viviendas/ Aislamiento térmico/ Clima tropical/ Enfriamiento/ Simulación energética de edificios/ Trópico/ Viviendas.

Save energy in houses of countries with tropical climates

Abstract

This paper presents a method to make technical and economic decisions that will allow to save power, without hindering thermal comfort, in houses located in areas with a tropical climate. A house from Puerto Ordaz, Venezuela, was chosen as a prototype with the following characteristics: Surface built: 180 m2. Dovetail wood roof and tile, and a 5 t air conditioning unit. The diagnose was made with a power simulation program for buildings to determine the cooling loads. Then the electricity consumption was evaluated. Later on, the same program was used to achieve a re-adaptation consisting in adding to the roof 140 mm of thermal isolation and a 12mm thick drywall plate. The results of the simulation indicate that with this re-adaptation, it is possible to reduce in 22,886.42 kW-h/year (48.97%) the electricity consumption, while the electrical bill decreased 2,586,165.46 Bs/year. The cost of the re-adaptation is of Bs 11,944,260.50, so the initial investment is recovered in 4.62 years, being the simple return period of the investment less than the lifetime of the readaptation. Therefore, the re-adaptation is economically viable.

Keywords: Cooling/ Energy Simulation in Buildings/ Houses/ Power Savings in Houses/ Thermal Isolation/ Tropical Climate/ Tropic.

Finalizado: 05/10/2004 Recibido: 01/11/2004 Aceptado: 08/02/2006

I. INTRODUCCIÓN

Tradicionalmente los diseñadores de viviendas dedicaban grandes esfuerzos para hacer las viviendas cada vez más estéticas, funcionales y que pudieran ser comercializadas a precios asequibles. Rara vez figuraba en la lista de restricciones de diseño los consumos de energía y poco énfasis se ponía en su rendimiento energético, es decir, en la forma como la energía consumida era utilizada [1]. Después de la crisis energética de los años 70, en los países desarrollados se realizaron significativas mejoras en el rendimiento energético de las viviendas construidas. En los países de climas tropicales una parte importante del consumo de energía de las viviendas es usada para enfriar sus espacios interiores [2]. En consecuencia en este renglón pueden obtenerse ahorros energéticos importantes, cuando se logra incrementar la eficiencia de la energía usada.

En Venezuela, la crisis energética de los años setenta no tuvo ningún efecto sobre los precios de la energía [3] y en el Sector de la Construcción se continuaron diseñando edificios con criterios de bajo rendimiento energético y por lo tanto, con patrones de consumo de energía altos. Los diseñadores preferían reducir los costos de construcción, especificando la parte envolvente de los edificios con materiales de bajo aislamiento térmico y tener consumos energéticos mayores, tal vez porque el consumo de electricidad era subsidiado por El Estado [4]. Esta situación cambió en forma repentina, cuando a fines de la década de los 90 fue eliminado el subsidio a la electricidad. En la actualidad los propietarios de viviendas que usan equipos de aire acondicionado, tienen que pagar facturas con montos altos por consumos de electricidad.

El propósito de este trabajo es diseñar una metodología para encontrar y evaluar oportunidades de ahorro energético que al mismo tiempo establezca el confort térmico en viviendas ubicadas en climas tropicales, construidas con la premisa que la energía era un recurso abundante y se obtenía a precios asequibles.

Para cumplir con este propósito se trabajó con el concepto de “readecuaciones” (retrofitting), es decir, modificaciones de las viviendas existentes que sin mayores cambios en su diseño conducen a reducciones del consumo energético [5]. Las valoraciones fueron realizadas con un programa para simular el comportamiento energético de edificios. De esta manera es posible proporcionar información técnica y económica a los propietarios de viviendas, con el objeto de facilitar la toma de decisiones respecto a los problemas que presentan sus viviendas, como el manejo de la energía y el confort térmico de sus dependencias.

Existen numerosos estudios dirigidos a analizar estos aspectos para viviendas ubicadas en climas fríos y algunos para climas tropicales, en ambos casos las viviendas están ubicadas en países desarrollados, donde fueron concebidos la mayoría de los programas de simulación energética de edificios. En este trabajo se examina una forma para adaptar estos programas a viviendas ubicadas en países en vías de desarrollo con climas tropicales.

En este se demuestra que realizando una inversión relativamente pequeña en las viviendas (que se paga en corto tiempo con el ahorro energético logrado), se pueden usar los equipos de aire acondicionado y obtener rebajas en los montos de las facturas por consumo de electricidad. A partir de los resultados obtenidos puede estudiarse la forma de implementar un programa de reducción del consumo de electricidad en los hogares.

El estudio fue realizado aplicando una técnica de investigación virtual. (Cuasi-experimental), que investiga posibles acciones de causa-efecto mediante la aproximación a las condiciones de un experimento verdadero en un ambiente que no permite el control o la manipulación de todas las variables importantes. La ausencia en él de un grupo de control hace que Cambell y Stanley lo consideren cuasi-experimental

Dos aspectos centrales son examinados en este artículo 1) La identificación de las variables de entrada del programa de simulación energética usado, la validación del modelo y el diagnóstico de la situación actual de una vivienda típica. 2) El proceso de búsqueda de readecuaciones que conduzcan a mejoras del rendimiento energético de la vivienda, la valoración de una de ellas y el correspondiente análisis económico.

II. DESARROLLO

1 Definiciones de algunos términos usados

Dentro de un espacio acondicionado o zona, la ganancia de calor se define como la energía que es transferida desde el exterior al espacio interior (cargas externas), o generada en el interior del edificio mismo. (Cargas internas) La ganancia de calor de una zona está influenciada fuertemente por el tiempo atmosférico, básicamente porque se crea un efecto transitorio muy fuerte por la variación horaria de la radiación solar. La carga de enfriamiento es la velocidad a la cual la energía es removida desde la zona para mantener la temperatura y la humedad a los valores de diseño.

La velocidad de extracción de calor es la rapidez a la cual la energía es removida desde el espacio por el equipo de enfriamiento y deshumidificación. Esta velocidad es igual a la carga de enfriamiento, cuando las condiciones del espacio acondicionado son constantes y el equipo está operando. Por numerosas razones, esta condición en la realidad no se presenta con frecuencia, porque durante la mayor parte del tiempo la carga de enfriamiento está por debajo de los valores de la carga de diseño.

Por edificio se entiende una serie de estructuras creados por el hombre para resguardarse de las condiciones climáticas. Con relación al cálculo de las cargas de enfriamiento, los edificios generalmente se clasifican en residenciales, cuando las cargas principales provienen de las condiciones exteriores del edificio. (Radiación solar, fugas de aire, ventilación, etc.) Las cargas internas provenientes de sus ocupantes e iluminación son pequeñas en comparación con los edificios comerciales o industriales y son habitados y acondicionados las 24 horas del día (Viviendas unifamiliares, multifamiliares, apartamentos, etc.), y no residenciales, cuando la mayoría de las componentes de la carga de enfriamiento varía dentro de un amplio rango durante las 24 horas del día. (Edificios comerciales y públicos, auditorios, pistas y estadios, hoteles, moteles y residencias, hospitales, etc.)[6]

2 El Modelo

Muchos de los componentes de la carga de enfriamiento varían en un amplio rango de magnitudes durante el día. (Radiación solar sobre las superficies exteriores, efecto de almacenamiento térmico sobre las superficies, etc.) Por esta razón, las ganancias de calor externas deben ser tratadas en forma individual y siempre como transferencias de calor no estacionarias [7]. Para formarse una idea de la naturaleza del problema, se puede considerar que el calor conducido a través de las paredes y del techo de un edificio es variable con la temperatura exterior y también con la radiación solar entrante sobre las superficies exteriores. La modelación matemática de la carga de enfriamiento, conduce a una ecuación diferencial que se conoce como la ecuación de Fourier [8]

(Ecuación II.1)

Donde:t=temperatura local en el punto de la lámina, K q= tiempo,

Una ecuación diferencial no lineal, dependiente del tiempo en las condiciones de frontera y de la superficie exterior, como es la ecuación de Fourier, es un significativo obstáculo para obtener una solución. El método del balance de calor permite la solución exacta de dicha ecuación [9], asegurando que todos los flujos de energía de cada espacio acondicionado estén balanceados e involucra la solución de un conjunto de ecuaciones de balances energéticos para el aire encerrado en el recinto y también de las superficies interiores y exteriores de cada pared, techo y piso. El método del balance de calor es impráctico cuando no se tiene la velocidad de cálculo que poseen los computadores digitales.

3 Simulación energética

Puesto que la cantidad de energía que usa un edificio está directamente relacionada con el clima, el uso dado al edificio y su forma geométrica, en la práctica sólo es posible evaluar la eficiencia energética de los edificios a través de programas de simulación. La mayoría de estos programas usan modelos determinísticos basados en la comprensión de procesos físicos que gobiernan el comportamiento del sistema y suponen que no existen influencias aleatorias. El método del balance de calor y otros métodos aproximados desarrollados, son utilizados para resolver modelos determinísticos que simulan el comportamiento energético de los edificios. En la Fig.1 se presenta el diagrama de flujo para el cálculo de un programa de simulación del tipo determinístico.

Fig.1 Diagrama de flujo de un modelo determínístico de edificio.

El programa inicia con los datos del clima, seguido de la descripción de los sistemas del edificio que será modelado. Interesa por ejemplo su geometría, ubicación geográfica, aislamiento de paredes, sistemas de enfriamiento. Las principales bondades de estos programas son sus sólidos principios de ingeniería, su amplia aceptación y el uso de códigos de simulación de uso público.

La característica más importante de estos programas de simulación es su capacidad para manejar los distintos parámetros que son cruciales para una evaluación precisa de la energía usada por los edificios. En la actualidad existen varios programas de simulación energética que trabajan con el método del balance de calor, los más conocidos son BLAST y EneryPlus [10].

4 Metodología.

El estudio fue realizado aplicando una técnica de investigación virtual (cuasi-experimental). Las razones que se tuvieron para elegir esta técnica de investigación fueron las siguientes: a) Mediante la simulación computarizada de un proceso se manipularon y controlaron las variables independientes (causas) y fueron observadas las variables dependientes (efectos) en busca de una variación. b) El muestreo no es aleatorio, las muestras son seleccionadas en forma racional y c) No hay grupos de contraste [11].

Para cubrir el alcance del trabajo se realizó una primera parte de diagnóstico, en la que el objeto del estudio fue medir el  comportamiento energético de una vivienda elegida como típica de clima tropical. Atendiendo a lo expuesto, esta etapa fue desarrollada como una investigación descriptiva, debido a que no se manipuló ninguna de las variables.

A continuación y tomando como base los resultados del diagnóstico, se desarrolló la segunda parte del trabajo que consistió en la simulación del comportamiento energético de la vivienda, para encontrar readecuaciones que permitieran su mejora energética. La simulación fue realizada usando un programa de simulación energética de edificios denominado  Right-Suite Commercial v.5.0.17 desarrollado por la Corporación Wright, que fue calibrado previamente. A manera de ejemplo fue desarrollada una readecuación, hasta obtener el monto de la inversión necesaria para su ejecución y la cantidad de dinero ahorrado en energía eléctrica. Finalmente se presenta el cálculo de su evaluación económica.

5 Calibración del modelo Los diseñadores de programas de simulación energética, en su empeño por facilitar la búsqueda de información y acortar los tiempos necesarios para ingresar los datos del programa, insertan una subrutina con una base de datos del clima. Entonces el usuario despliega un menú para seleccionar la ciudad donde está ubicado el edificio y el programa transfiere los datos de dicha ciudad hacia los archivos que se están ejecutando.

La base de datos climatológicos usada por el programa Right- Suite Commercial, es la que aparece en ASHRAE [12]. Dicha base contiene información del clima de 3.018 ciudades, la mayoría situadas en USA y otros países desarrollados. Con relación a Venezuela, sólo se incluye la cuidad de Caracas. Habiéndose elegido a Puerto Ordaz como la cuidad típica para realizar la simulación, por tener clima tropical del tipo AW’1 [13] y estar ubicada en un país en desarrollo, su omisión de la base de datos obliga a calibrar el programa para tener pronósticos confiables.

Puesto que el enfriamiento de un recinto se basa en la transferencia de calor entre la superficie exterior de un serpentín enfriado y el aire atmosférico del recinto que se va a enfriar (zona), para la calibración del programa Right-Suite Commercial se consideró apropiado analizar el proceso de enfriamiento del aire con las características de Example City (una ciudad con un clima de 4 estaciones en el año), que aparece en la base climática del programa y compararlo con el proceso de enfriamiento del aire en las condiciones tipificadas para Puerto Ordaz. La Fig. 2 muestra el esquema del serpentín de enfriamiento en contacto con el aire de la zona.

Fig. 2 Esquema de serpentín para enfriar aire húmedo.

Como el aire atmosférico es una mezcla de aire y vapor de agua, la separación del agua ocurre cuando el aire atmosférico es enfriado a una temperatura menor que el punto de rocío. Se supone que el agua condensada es enfriada hasta la temperatura de saturación t2 antes de ser drenada del sistema

Para las condiciones fronteras de la Fig. 2 las ecuaciones de conservación de la energía en flujo estacionario y de balance de materiales son respectivamente:

Mientras que la ecuación de continuidad es:

(Ecuación II.4)

En la Tabla I se muestran las condiciones climáticas mensuales de Example City y Puerto Ordaz. Para evaluar los procesos de enfriamiento de ambas ciudades, a continuación se presenta el desarrollo del cálculo correspondiente al mes de julio. Para Example City la temperatura de bulbo seco es 37,2 °C y una humedad relativa del 37 %. El aire debe ser enfriado hasta las condiciones de diseño. ( punto de saturación a 10 °C) Para facilitar los cálculos se supone que a la zona entra un flujo de 1 m3/s

Tabla I Temperatura y humedad relativa de Example City y Puerto Ordaz

La Carta micrométrica es una gráfica en la que se representan las propiedades termodinámicas del aire húmedo y puede encontrarse en textos como [14]. Cuando son conocidas dos propiedades del aire húmedo, se puede definir un punto sobre la Carta y éste representa un estado termodinámico del aire. Una vez que se define un estado, pueden identificarse los valores de todas las otras propiedades. (Véase la Fig. 3)

Fig. 3 Esquema que muestra la forma de trabajar con la Carta sicrométrica.

El estado termodinámico 1 corresponde al aire atmosférico de Example City y se ubica en el punto formado por la intersección de t1 = 37,2 °C y humedad relativa de 37 %. Desde dicho punto se obtiene h1 = 79 kJ/kg (aire seco), W1 = 16,0 g ( kg de agua/kg de aire seco) y 0,9 m3 de aire húmedo/ kg de aire seco. El estado 2 que corresponde en las condiciones de diseño del recinto a enfriar, está ubicado sobre la curva de saturación a 10 °C. Luego h2 = 30 kJ/kg (aire seco) y W2 = 7,6 g ( kg de agua/kg de aire seco).

De la Fig. 3 se obtienen los valores del volumen específico y las entalpías

El valor de la masa de agua condensada se determina por: (g. de agua/kg de aire seco)

(Ecuación II-5)

Por otra parte, corresponde a la entalpía del agua que se condensa en las condiciones establecidas en el punto 2, cuyo valor se determina por medio de las Tablas de vapor [15]

Despejando de la Ecuación 4.1 y reemplazando se tiene:

1q2 = 53,997 kW

Para Puerto Ordaz, la temperatura de bulbo seco es 26,9°C y la humedad relativa es 80%. En la Carta sicrométrica el proceso es representado por la línea de trazos que va desde 1’ a 2. En este caso las condiciones del aire atmosférico se designan con 1’; el punto 2 es igual en ambos procesos por cuanto se refiere a las condiciones de diseño de la zona. Del diagrama sicrométrico fueron obtenidos los siguientes valores:

Por lo tanto:

La comparación realizada entre los procesos de enfriamiento permite concluir que a pesar de ser diferentes las condiciones del aire atmosférico para ambas ciudades, la potencia requerida para enfriar el aire de Example City es 4,10 % mayor que en el caso de Puerto Ordaz. Al escribir la Ecuación 4.1 en la forma: 1q2 = ma (h1 - h2) - mwhw2, se observa que la entalpía del aire a la entrada del sistema h1 tiene un valor predominante en el cálculo de la potencia, porque los otros términos son función de las condiciones de diseño de la zona, que son los mismos para ambas ciudades. Teniendo presente lo anterior, se puede concluir que la carga térmica de un edificio, está influenciada en gran forma por los valores de la entalpía del aire atmosférico del lugar.

Siguiendo el razonamiento señalado, fueron calculadas las entalpías del aire atmosférico mes a mes para ambas ciudades. En la Fig. 4 se puede constatar que durante los meses de junio, julio y agosto las entalpías del aire de ambas ciudades son más parecidas que para el resto del año. En consecuencia y para efectos de una pre-calibración del modelo, se tomó la decisión de considerar sólo el intervalo que va de junio a agosto, como meses confiables para realizar predicciones con el clima de Puerto Ordaz. Los pronósticos anuales serán realizados extrapolando a todo el año los valores obtenidos en ese intervalo.

Fig. 4 Comparación de las entalpías del aire atmosférico de Puerto Ordaz y Example City.

El clima de Puerto Ordaz se caracteriza por ser isoentálpico, debido a que durante todo el año, presenta temperaturas y humedades relativas altas, En el caso de Example City, que tiene un clima con 4 estaciones en el año, sólo en los meses del verano los valores de entalpía del aire son similares a los de Puerto Ordaz.

6 El diagnóstico

Fue realizado con el programa pre-calibrado en la forma descrita. Como prototipo fue elegida una vivienda de una planta ubicada en Puerto Ordaz, Venezuela con las siguientes características: Vivienda bifamiliar de una planta, construida en el año 1976. Los datos que se indican a continuación corresponden al espacio que ocupa una familia y que para fines de este trabajo, será designado simplemente como vivienda:

Superficie construida 180 m2. (L =17,1; A = 8,0 m) Techo de tejas de greda con pendiente a dos aguas.

Superficie de la zona con aire acondicionado 136,8 m2.

Orientación de la fachada mayor en la dirección NE, superficie total de esa fachada 56,43m2. La pared común que separa los 2 viviendas está orientada en la dirección SO y también tiene 56,43m2. El grupo familiar fue estimado en 8 personas y las actividades que desarrollan en su interior son del tipo moderado. La potencia instalada para iluminación es 900W. En la zona con aire acondicionado no hay motores ni artefactos eléctricos, sólo un equipo de TV. El equipo de aire acondicionado tiene una capacidad de 5 t. En la Tabla II se muestran las especificaciones técnicas más importantes de la vivienda.

Tabla II. Especificaciones técnicas de la vivienda típica

Para facilitar la entrada de datos (descripción del edificio: orientación, dimensiones y detalles de construcción, además de todo lo relacionado con el aire acondicionado), el programa Right-Suite Commercial posee un sistema de menús para su elección. El programa obtiene los valores referentes a ganancias internas de calor (nivel de ocupación, iluminación, etc.) a través de horarios en los que son especificadas las fracciones de los valores de diseño usados cada hora por el componente asociado.

El programa posee gran flexibilidad para emitir reportes con las evaluaciones de las cargas térmicas, bien sea en forma global, por zonas, en forma horaria o desagregada por superficies de transferencia (techo, ventanas, pisos, etc.), siempre indicando el día y la hora en que ocurre la carga máxima. De los múltiples reportes de salidas, en este trabajo fueron utilizados los referentes a cargas térmicas de enfriamiento.

Usando uno de los reportes del programa fue elaborada la Tabla III. En ella se presenta el perfil horario de la carga de enfriamiento para la vivienda, durante los meses de junio, julio y agosto. Cabe destacar que la carga máxima de enfriamiento es de 22,33 kW y ocurre en el mes de julio a las 1800 horas. Como las cargas horarias corresponden a la potencia requerida para el enfriamiento de la vivienda (kW), al multiplicar dicha carga por 1 hora se tiene la de demanda de energía necesaria para enfriar la vivienda durante 1 hora. (kW-h) En consecuencia las sumas de las columnas de la Tabla corresponden a la demanda diaria de enfriamiento (kW-h /día) para cada uno de los meses. En la parte inferior izquierda de la tabla se presenta el valor promedio de la demanda de enfriamiento para el período considerado y es de 491,51 kWh por día. Considerando que el año tiene 365 días, se tiene una demanda de enfriamiento anual de 179.401,15 kW-h.

Tabla III. Cargas sensibles de vivienda sin modificar (kW)

El comportamiento de un equipo de aire acondicionado puede ser expresado como la razón que existe entre la energía que sale y el trabajo que entra. El trabajo que entra es el consumido por el compresor. (Cantidad de energía que se paga a las empresas distribuidoras de electricidad). Esta razón es llamada coeficiente de operaciones (COP) de un equipo de enfriamiento [16].

COP = Calor removido ( kW-h)/ Consumo de electricidad (kWh)

(Ecuación II-6)

En consecuencia, conociendo el valor del coeficiente de operaciones puede determinarse el consumo de electricidad del equipo. De la documentación entregada por el fabricante del equipo se obtuvo un valor de 4 para el COP que está dentro del rango que tienen los equipos fabricados en la década de los 70. Haciendo los reemplazos se obtiene un consumo anual de electricidad de 44.850,29 kW-h/año.

7 Comparación con la energía eléctrica medida.

Para tener mayor certeza que los pronósticos realizados con el programa de simulación son apropiados, los valores obtenidos fueron comparados con los obtenidos en forma experimental, mediante un medidor portátil de consumo eléctrico, marca Amprobe, modelo LAW-78KWH-12, en las siguientes condiciones:

a.Equipo de aire acondicionado operando en forma continua:

Se colocó el termostato en 12 °C, de manera que el equipo no fuera capaz de remover la carga de enfriamiento establecida. La prueba duró 24 horas y se determinó un consumo promedio de 6,4 kW-h por hora, lo cual implica un consumo máximo de 56.064 kW-h/año, valor superior al pronosticado por el programa. (44.850,29 kW-h/año) Este valor se considera satisfactorio porque presume que el equipo opera sin detenerse en todo el año, situación que no es cierta.

b.Equipo de aire acondicionado operando en forma intermitente:

Se colocó el termostato en 24 °C. Fueron realizadas 3 mediciones con una duración de 24 horas cada una. Las pruebas fueron realizadas los días 29 de junio, 25 de julio y 27 de agosto de 2004. Atendiendo a la clasificación que aparece en el Medidor de carga del programa de simulación, los resultados fueron agrupados según la ocurrencia de las cargas de enfriamiento en: baja, mediana y alta En la Tabla IV se muestran los valores promedios de las lecturas obtenidas. Como resultado de estas pruebas experimentales se estima que el consumo eléctrico anual es 43.318,20 kWh/año, que es ligeramente inferior (3,42%) al consumo pronosticado por el modelo.

Tabla IV. Consumos de electricidad obtenidos con medidor de potencia portátil marca Amprobe, modelo LAW-78KWH- 12,

(1) Valores promedio

Valores promedios

Teniendo en cuenta lo expuesto y considerando que el clima de Puerto Ordaz es isoentálpico a lo largo del año, con valores de humedad relativa altos, una temperatura media anual de 27,5 °C y un rango de variación de 5 °C, se considera que la calibración del modelo es adecuada para simular el comportamiento energético de la vivienda típica.

La Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela N° 37415 de fecha 03 de abril de 2002, fija en 113,00 Bs/kW-h la tarifa para consumo residencial. Como para la vivienda típica fue pronosticado un consumo de energía de 44.850,29 kWh/ año, los montos facturados por electricidad ascenderán a 5.068.082,77 Bs/año ó 2.357,25 US$/año. Si se considera la tasa de cambio vigente de 2.150 Bs./US$.

8 Búsqueda de readecuaciones.

Con el objeto de visualizar la ponderación que tiene cada uno de los componentes del edificio en la carga de enfriamiento máxima (22,33 kW), en la Fig. 5 se muestra dicha carga desagregada. Es interesante hacer notar que el flujo de calor descendente que entra a los espacios acondicionados a través del techo produce el 51% de carga la carga máxima de enfriamiento. Al ser esta carga preponderante sobre las otras, la implementación de una readecuación en el techo ofrece mayores oportunidades de ahorro energético..

Fig.5. Desglose en forma porcentual de la carga de enfriamiento máxima de la vivienda típica sin modificar. Esta carga tiene un valor de 22,33 kW y ocurre a las 18 horas del mes de julio. Es importante destacar que casi la mitad de dicha carga, se produce a través del techo.

9 Definición y desarrollo de una readecuación

Con el objeto de presentar el método de análisis y valoración de las readecuaciones, a continuación se presenta el desarrollo de una de ellas, denominada “Readecuación del techo: 140 mm”, que se muestra en la Fig. 6. La readecuación consiste en rellenar con aislante térmico el espacio que queda entre la madera machihembrada existente y la lámina de yeso que se va a instalar. Como material aislante se usó lana mineral en forma de rollos, con un espesor de 140 mm que cumple entre otros con los siguientes requerimientos: Resistencia térmica elevada, expectativa de vida semejante a la vivienda (25 años), costos de instalación y mantenimiento relativamente bajos, emisiones de contaminantes bajas.

Fig. 6 Esquema de la Readecuación propuesta para el techo. Inicialmente la cubierta del techo estaba formada por las tejas, el manto asfáltico y la madera machihembrada. Con la “Readecuación del techo: 140 mm” , se disminuye el coeficiente global de transferencia de calor “U”desde 3,30 a 0,27 W(m2 °C)-1 y por lo tanto hay una disminución de la carga de enfriamiento.

La simulación consistió en mantener constantes las variables de entrada, tal como fueron introducidas en el diagnóstico, con excepción de aquellas inherentes al techo, que fueron modificadas para reflejar su nueva configuración. Una vez concluido el proceso de simulación de la Readecuación del techo: 140 mm, se obtuvo una Tabla similar a la Tabla III con el nuevo perfil de carga diaria, en la que la carga máxima de enfriamiento también ocurre en el mes de julio a las 18:00 horas y su valor es 11,80 kW. La demanda promedio de la carga de enfriamiento resultó de 240,70 kWh/ día, lo que implica una demanda anual de enfriamiento de 87.855,50 kW-h. Todos estos valores son menores que los obtenidos en la etapa de diagnóstico. En cuanto a los valores de los consumos eléctricos, también fueron establecidos usando los criterios de la etapa de diagnóstico. En este caso se obtuvo un consumo de 21.963,87 k, lo que representa un pago por facturas de electricidad de 2.481.917,31 Bs/año o 1.154,38 US$/año.

El ahorro energético que se obtiene implementando la “Readecuación del techo: 140 mm” viene dado por ( 44.850,29 - 21.963,87) es decir 22.886,42 kW-h/año. Mientras que el ahorro monetario es (5.068.082,77 – 2.481.917,31), es decir 2.586.165,46 Bs/año. En ambos casos el ahorro llega al 48,97 %.

10 Costos asociados a la readecuación

Los costos de los materiales que se requieren para efectuar la Readecuación del techo: 140 mm, fueron obtenidos de proveedores locales y los salarios fueron sacados del Contrato Colectivo de la Construcción del Estado Bolívar. Para hacer este análisis más universal y perdurable en el tiempo, ambos costos son presentados en dólares americanos. La Tabla V muestra que la “Readecuación del techo: 140 mm” tiene un costo total de US$ 5.555,47 ó Bs. 11.944.260,50. El tiempo de ejecución de las obras es de 8 días hábiles.

(1) Tipo de cambio considerado 1 US$ = 2.150 Bs.

Tabla V Costos asociados a la "Readecuación del techo: 140 mm"

11 Análisis Económico de la Readecuación

El método del período de retorno de la inversión es usado para evaluar readecuaciones cuando los recursos son limitados y es importante conocer con qué rapidez será recuperada la inversión. El período de retorno es calculado simplemente como

12 .- Discusión de resultados

Se adquirió destreza para manejar un programa de simulación energética de edificios.

La simulación demostró ser un método eficaz para buscar readecuaciones de viviendas, que permitan mejorar su eficiencia energética y obtener importantes ahorros energéticos.

A través de la simulación es posible determinar otras readecuaciones que permitirán formar una cartera de proyectos, en la que todos los proyectos tendrán por objetivo mejorar la eficiencia energética de la vivienda.

III CONCLUSIONES.

1. Los programas de simulación energética de edificios, pueden usarse para hacer predicciones en viviendas ubicadas en ciudades con climas tropicales.

2. Aun cuando las ciudades con climas tropicales no aparezcan en la base de datos climatológicos, los programas de simulación energéticas pueden ser calibrados por un método experimental.

3. El costo de la readecuación es de US$ 5.555,47, el tiempo de ejecución es 8 días hábiles y la inversión se paga en 4,62 años.

4. La reducción del consumo de electricidad de 22.880,94 kWh por año estará disponible para otros usos.

5. Siendo el período simple de retorno menor que el tiempo de vida de la readecuación, la “Readecuación del techo: 140 mm” es económicamente viable.

6. Los materiales utilizados en la readecuación se pueden obtener de proveedores locales.

IV. REFERENCIAS

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2. Thumann, A. “Handbook of energy audits” 5th Edition, Lilburn GA, The Fairmont Press Inc. 1998, pp. 7 a 115.        [ Links ]

3. MARNR. “Balance ambiental de Venezuela”. Caracas, Centro de Información y Estadísticas Ambiéntales de la Dirección Sectorial de Información Ambiental. 1995, pp. 145 y 146.        [ Links ]

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