7/21/2019 Anlisis y simulacin de la demanda energtica de calefaccin en una vivienda tipo con soluciones de envolvente
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ANALISIS Y SIMULACION DE LA DEMANDA ENERGETICA DE CALEFACCIONEN VIVIENDA TIPO CON SOLUCIONES DE ENVOLVENTE ESTRUCTURADAS ENPINO RADIATA DE ARAUCO DISTRIBUCION S.A.
Consultora: Bustamante y Encinas. Asesoras en Sustentabilidad Ltda.Mandante: Arauco Distribucin S.A.
INFORME DE RESULTADOS
Anlisis y simulacin de la demanda energtica de calefaccin en unavivienda tipo con soluciones de envolvente estructuradas en MSD y AraucoPly de
Arauco.
1. INTRODUCCION
El presente informe, solicitado por Arauco Distribucin S.A., tiene por objetivo el establecer las
demandas de energa de calefaccin generadas por una vivienda tipo, utilizando soluciones de
envolvente estructuradas en madera.
La vivienda estructurada en madera, ser supuesta con diferentes espesores de aislante
trmico en la cavidad del muro envolvente y se compara con el comportamiento trmico de una
vivienda con idntica arquitectura pero con un muro perimetral de albailera que cumple con el
valor mximo de transmitancia trmica exigido por la Reglamentacin Trmica de Viviendas
vigente, para las ciudades consideradas en este estudio, las cuales son: Santiago, Concepcin,Temuco y Puerto Montt.
El comportamiento trmico de la vivienda se realiz a travs de simulaciones con TAS 1,
software en rgimen dinmico que considera datos horarios de las variables que definen el
clima de un lugar. Para cada uno de los casos considerados se determin la demanda de
energa de calefaccin.
1Ver www.edsl.net
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2. SIMULACIONES DE COMPORTAMIENTO TERMICO
2.1. La vivienda.
La figura siguiente muestra la vivienda tal como ha sido modelada en el software TAS.:
Figura 1:Planta de primer piso vivienda tipo
Figura 1: Vista general de la vivienda.
A continuacin se muestran las plantas de primer y de segundo piso:
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Figura 2.- Planta de primer (izquierda) y segundo piso (derecha).
La superficie total de la vivienda alcanza 89.1 m2. Las superficies de cada recinto de la vivienda
se exponen en las tablas siguientes.
Tabla 1:Superficie recintos en primer piso vivienda tipo
Recinto Superficie (m2)
Living - comedor 22.9
Cocina 5.9
Hall 1 piso 6.9
Closet 1 piso 0.9
Bao 1 piso 3.8
Dormitorio 1 piso 11.8
Caja escaleras 1 piso 3.8
Total 56.0
NN
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Tabla 2:Superficie recintos en segundo piso vivienda prototipo
Recinto Superficie (m2)
Bao 2 piso 4.4
Dormitorio 2 piso A 9.8
Dormitorio 2 piso B 7.1
Closet 2 piso A 0.7
Closet 2 piso B 0.7
Hall 2 piso 6.6
Caja escaleras 2 piso 3.8
Total 33.1
2.2. La envolvente de la vivienda
2.2.1 Envolvente en muros base de albailera de ladrillo
La envolvente de la vivienda base, con la cual se comparar el comportamiento trmico de la
vivienda al suponer envolvente estructurada en madera es la siguiente para cada una de las
ciudades consideradas en el estudio.
2.2.1.1. Santiago (Zona 3)
Muros: Albailera de ladrillos de 290x140x94mm. Transmitancia trmica 1,9W/m2C.
Cielo: Aislante trmico de poliestireno expandido 10kg/m3 de 80mm de espesor, sobre
listoneado de cielo de 2x2, el cual ser revestido de plancha de yeso cartn de
10mm de espesor. Transmitancia trmica 0,45W/m2C.
Ventanas: Vidrio claro simple de 4mm, con marco de aluminio. Transmitancia trmica
5,80W/m2C.
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2.2.1.2. Concepcin (Zona 4)
Muros: Albailera de ladrillo de 290x140x113mm. Transmitancia trmica 1,7W/m2C.
Cielo: Aislante trmico de poliestireno expandido 10kg/m3 de 100mm, sobre listoneado
de cielo de 2x2, el cual ser revestido de plancha de yeso cartn de 10mm de
espesor. Transmitancia trmica 0,37W/m2C.
Ventanas: Vidrio claro simple de 4mm, con marco de aluminio. Transmitancia trmica
5,80W/m2C.
2.2.1.3. Temuco (Zona 5)
Muros: Albailera de ladrillo de 290x175x940mm. Transmitancia trmica 1,6W/m2C.
Cielo: Aislante trmico de poliestireno expandido 10kg/m3 de 120mm, sobre listoneado
de cielo de 2x2, el cual ser revestido de plancha de yeso cartn de 10mm de
espesor. Transmitancia trmica 0,32W/m2C.
Ventanas: Vidrio claro simple de 4mm, con marco de aluminio. Transmitancia trmica5,80W/m2C.
2.2.1.4 Puerto Montt (Zona 6)
Muros: Albailera de ladrillo de 290x154x113mm, con estuco trmico de 34mm por
ambas caras. Transmitancia trmica 1,1 W/m2C.
Cielo: Aislante trmico de poliestireno expandido 10kg/m3 de 140mm, sobre listoneado
de cielo de 2x2, el cual ser revestido de plancha de yeso cartn de 10mm de
espesor. Transmitancia trmica 0,28W/m2
C.
Ventanas: Vidrio claro simple de 4mm, con marco de aluminio. Transmitancia trmica
5,80W/m2C.
Nota: Cabe sealar que en el caso de muros divisorios del interior se consider en todos los
casos panel estructurado en madera (MSD Cepilado de 2x3) con yeso carn de 10mm por
ambos lados. Ello tanto en las viviendas de envolvente de albailera de ladrillos como en el
caso de envolvente estructurada en madera.
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2.2.2. Envolvente en sistemas estructurados con MSD y AraucoPly de Arauco
Las situaciones simuladas en su envolvente con los sistemas de muros estructurados en MSD y
AraucoPly de Arauco. poseen idnticas caractersticas en cielo y ventanas que las enunciadasanteriormente para el caso de viviendas de albailera de ladrillos. La especificacin tcnica del
muro estructurado con productos de Arauco se detalla a continuacin:
Muro perimetral de 2,4m de alto x 2,4m de ancho, estructurado en madera MSD Cepillado de
Arauco 2x3 2x4 (cualquiera de las dos dimensiones pueden ser utilizadas para obtener el
comportamiento trmico presentado en el estudio) , con pies derechos cada 40,5cm medidos aeje, cadeneta a eje en el punto medio de la altura del tabique, solera superior e inferior. Esta
estructura de madera est forrada por su cara exterior con una placa arriostrante terciada
AraucoPly de 9,5mm y densidad seca de 480kg/m3, que cumple una funcin netamente
estructural, por lo que debe ser revestida exteriormente para dar la terminacin final, quedando
a eleccin del proyectista y/o calculista el material a utilizar para este fin. La cara en contacto
con el espacio interior est forrada con yeso cartn estndar de 10mm de espesor y densidad
de 700kg/m3. Entre el yeso cartn y la estructura del muro se instala una barrera de vapor
correspondiente a polietileno de 0,1mm. La configuracin anterior deja espacios libres en el
interior entre estructura, en estos espacios se instala aislante trmico, el cual se ubica
inmediatamente despus de la placa arriostrante terciada; el espacio de aire restante entre elaislante y la plancha de yeso cartn forma una cmara de aire no ventilada.
El tipo de aislante trmico a instalar en la cavidad del muro estructurado con productos de
Arauco. determina las 4 soluciones a analizar y comparar con los muros de albailera deladrillo. Estas soluciones son:
Solucin 1: Muro estructurado en MSD y AraucoPly con aislante interior de poliestirenoexpandido de 10kg/m3de densidad y 20mm de espesor. Transmitancia trmica 1,08W/m2C.
Solucin 2: Muro estructurado en MSD y AraucoPly con aislante interior de poliestirenoexpandido de 10kg/m3de densidad y 50mm de espesor. Transmitancia trmica 0,66W/m2C.
Solucin 3: Muro estructurado en MSD y AraucoPly con aislante interior de lana mineral de40kg/m3de densidad y 60mm de espesor. Transmitancia trmica 0,58W/m2C.
Solucin 4: Muro estructurado en MSD y AraucoPly con aislante interior de lana de vidrio enpanel rgido de 18kg/m3de densidad y 60mm de espesor. Transmitancia trmica0,55W/m2C.
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Figura 3: Corte tipo de solucin constructiva 1 y 2 de muro Arauco
Figura 4: Corte tipo de solucin constructiva 3 y 4 de Arauco
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Tabla 3:Transmitancia trmica de los sistemas considerados en el estudio
Transmitancia trmica de los sistemas constructivos considerados
Solucin Base Solucin 1 Solucin 2 Solucin 3 Solucin 4
Albailera deladrillo
EstructuraMadera
20mm dePoliestirenoExpandido10kg/m3
EstructuraMadera
50mm dePoliestirenoExpandido10kg/m3
EstructuraMadera
60mm deLana Mineral
40kg/m3
EstructuraMadera60mm de
Lana de Vidrio18kg/m3
Santiago 1.9
Concepcin 1.7Temuco 1.6
Puerto Montt 1.1
1.08 0.66 0.58 0.55
La tabla 3 muestra el valor de transmitancia trmica de cada uno de los sistemas constructivos
considerados en el estudio. En el caso de las albaileras de ladrillos, stas cumplen
exactamente con el mximo permitido por la Reglamentacin Trmica de Viviendas del MINVU.
Se observa que en el caso de las soluciones de envolvente estructuradas en pino radiata, las
respectivas transmitancias trmicas son significativamente inferiores a lo exigido por la indicada
Reglamentacin. La nica excepcin a ello es la solucin 2, con 20mm de aislante trmico que
cumple casi exactamente con lo que se exige en la ciudad de Puerto Montt.
2.3. Condiciones de operacin de las viviendas
Para realizar las simulaciones a travs del software TAS se ha supuesto la presencia de 4
personas en la vivienda y un total ganancias internas de aproximadamente 120 Wh/m 2da.
Estas ganancias se distribuyen a lo largo de las 24 horas de cada da.
La temperatura de confort para todos los recintos se fij en los siguientes valores:
24:00hrs a 07:00hrs 17C
08:00hrs a 23:00hrs 20C
La renovacin de aire se considera de 1.0 (1/h). Es decir, cada hora se renueva completamente
el aire de la vivienda con aire exterior para mantener un ambiente limpio de contaminantes y/o
con exceso de humedad.
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3. DEMANDAS DE CALEFACCIN ANUALES
3.1. Demandas de energa de calefaccin para vivienda con distintos sistemasconstructivos.
La vivienda prototipo fue simulada con el software Tas para cada uno de los sistemas
constructivos indicados, suponiendo la vivienda en cuatro orientaciones (norte, sur, este y
oeste).
A continuacin se presentan las demandas de calefaccin anuales para la vivienda orientada al
norte (ver planos de planta).
Tabla 4:Demandas de energa de calefaccin para la vivienda con diferentes sistemasconstructivos en la envolvente
Demandas de calefaccin en vivienda prototipo (kWh/m2ao)*Muro estructurado en MSD y AraucoPlyEnvolvente
Ciudad
Muro de albailera de ladrillo
segn Reglamentacin
Trmica vigente
20mm PE(Solucin
1)
50mm PE(Solucin
2)
60mm LM(Solucin 3)
60mm LV(Solucin 4)
Santiago 130 123 102 98 96
Concepcin 145 135 111 106 104Temuco 147 144 119 114 112
Puerto Montt 159 --- 141 135 133
* Las demandas de calefaccin anuales fueron consideradas entre los meses abril a octubre, periodos en
que se hace efectiva la calefaccin en las viviendas.
Se aprecia un significativa disminucin en las demandas de energa de calefaccin en el caso
de considerar las viviendas con muros estructurados en MSD y AraucoPly., al compararlos con
idntica vivienda con albailera de ladrillos que cumplen con lo mnimo exigido por la
Reglamentacin Trmica en las distintas ciudades consideradas.
Ello se explica porque la transmitancia trmica de los sistemas de muros con estructura de
madera permiten fcilmente la instalacin de aislante trmico en la cavidad entre el
recubrimiento interior y exterior, lo que facilita la generacin de sistemas constructivos de buen
comportamiento trmico y que fcilmente cumplen con la Reglamentacin Trmica de Viviendas
vigente.
La figura siguiente muestra grficamente la indicada disminucin de las demandas de energa
de calefaccin en viviendas con envolvente estructuradas en madera respecto de las que usan
sistemas constructivos de albailera de ladrillos.
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Figura 5: Demandas de energa de calefaccin en vivienda tipo con diferentes sistemasconstructivos en la envolvente
Los porcentajes de disminucin de la demanda de calefaccin obtenidos con cada una de las
soluciones estructuradas con MSD y AraucoPly, en relacin con la vivienda base con muros de
albailera de ladrillos se presentan en la siguiente tabla:
Tabla 5:Disminucin porcentual en demandas de energa de calefaccin para la vivienda condiferentes sistemas constructivos en la envolvente
Disminucin de demanda de calefaccin conestructura de MSD y AraucoPly
Envolvente
Ciudad
20mm PE(Solucin 1)
50mm PE(Solucin 2)
60mm LM(Solucin 3)
60mm LV(Solucin 4)
Santiago 11.3% 29.2% 32.5% 33.9%
Concepcin 13.6% 33.3% 36.9% 38.4%
Temuco 9.3% 29.0% 32.7% 34.2%
Puerto Montt --- 19.5% 23.6% 25.4%
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Se observa que en la zona central y central sur del pas (incluido Temuco), las disminucines en
las demandas de energa son superiores al 30%. Ello se traduce en que independientemente
del sistema de calefaccin que se utilice y del tipo de energtico considerado (gas, electricidad,
lea), se obtendrn estos ahorros en el consumo de energa en las viviendas para mantenerlas
calefaccionadas en el perodo de invierno.
Cabe indicar que si bien las cifras mostradas consideran las demandas de energa al suponer la
vivienda orientada al norte, en los restantes casos se obtienen ahorros similares.
3.1. Ahorro anual en calefaccin
Con el propsito de apreciar el ahorro de energa anual2 en U.F por el uso de los muros
estructurados en MSD y AraucoPly en comparacin con la albailera de ladrillos., se analizan
diferentes opciones energticas para la calefaccin. Los precios utilizados para calcular el
ahorro en calefaccin dependiendo del tipo de sistema energtico a utilizar, se presentan en la
tabla siguiente:
Tabla 6:Precio del kWh para diferentes tipos de calefaccin
Sistema de
calefaccin
Precio unitario Precio por kWh ($) Precio por kWh (UF)
Kerosene 680 $/lt 68 0,003
Gas Licuado 1000 $/kg 69 0,003
Electricidad 115 $/kwh 115 0,006
Conociendo los precios de la tabla anterior se presentan a continuacin los ahorros anuales en
calefaccin (medidos en UF) para cada una de las soluciones de muro Arauco:
2Los ahorros fueron valorados considerando un rendimiento para estufas tanto a kerosene como a gas de un 95% y
un 100% de rendimiento para sistemas elctricos. Valor de UF al 13 de septiembre del 2008 $20882,05
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El ahorro para la ciudad de Santiago llegan a valores cercanos a los 16,6 U.F. anuales para el
caso de solucin de muro 4 en la envolvente de la vivienda y considerando calefaccin con
electricidad. Se logra un ahorro aproximado de 10 U.F. al utilizar estufas a gas licuado okerosene como medio de calefaccin.
En el caso de Concepcin se obtiene lo siguiente:
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Al valorizar el ahorro en la ciudad de Concepcin se alcanza las 18,8 U.F. anuales en el caso
de utilizar la solucin de muro mas eficiente trmicamente (solucin 4) y considerando
calefaccin con electricidad. Para el caso de gas licuado y kerosenne este ahorro bordea las 12
U.F. anuales.
Las estimaciones de ahorro de energa para el caso de Temuco se muestran en el siguiente
grfico:
En el caso de Temuco se obtienen valores similares a los de Santiago para la solucin 4 en la
envolvente, con un ahorro de 16.8 U.F. anual en el caso de la electricidad y de
aproximadamente 10 UF para gas licuado y kerosenne.
Para la ciudad de Puerto Montt se obtienen los ahorros presentados en la grfica siguiente:
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El ahorro en esta ciudad alcanza las 12.5 U.F. anuales con la solucin 4, al suponer electricidadcomo medio de calefaccin y alrededor de 7 U.F anuales en el caso de kerosenne y gas
licuado. El ahorro menor en esta ciudad comparada con las otras localidades, se explicaporque la solucin de ladrillo considera una transmitancia trmica de 1,1 W/m2C demodo que cumpla con la Reglamentacin Trmica (para lo cual se puede suponeraislante trmico o estuco trmico de alto espesor por ambas caras).
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4. COMENTARIOS FINALES.
El estudio muestra claramente el mejor comportamiento trmico que se logra con el uso de
sistemas constructivos estructurados en madera con aislante trmico en la cavidad entre el
recubrimiento interior y exterior.
El ahorro significativo en calefaccin justifica plenamente el uso de estos sistemas toda vez que
permiten menores consumos de calefaccin que sistemas constructivos basados en albailera
que cumplen con lo mnimo exigido por la Reglamentacin Trmica vigente.
Si bien el estudio se centra en 4 ciudades del pas, los resultados de ste pudieran extendersea ciudades de climas similares a las consideradas, ya sea en zonas costeras como del interior
del territorio.
Cabe indicar que en el clculo de transmitancia trmica de las soluciones con estructuras de
madera, se ha considerado la presencia de la estructura de madera (pie derechos, cadenetas y
soleras). Dado que se ha usado MSD en la estructura, material que presenta una conductividad
relativamente baja (conductividad trmica =0,104W/mC), su presencia no afecta mayormente
al comportamiento trmico del muro.
Incluso, este material no presenta mayores riesgos de condensacin superficial ni intersticialcomo ocurre con otros materiales de alta conductividad trmica, tal como el acero.
Cabe sealar que para alcanzar un buen comportamiento trmico de la vivienda estructurada en
madera, el aislante trmico en la cavidad del muro debe ser cuidadosamente instalado, evitando
todo tipo de espacio sin cubrir y buscando la mayor continuidad con el aislante instalado en el
cielo de las viviendas. Idntico cuidado debe tenerse con la instalacin de la barrera de vapor
en el interior del muro envolvente.
Adicionalmente y para lograr aun un mejor comportamiento trmico de la vivienda a los
observados en el estudio se pueden tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
Disear la vivienda lo ms compacta posible, de tal manera que la superficie de
envolvente sea la menor posible (acercar la forma de la vivienda a un cuadrado). El uso
de viviendas pareadas o continuas disminuyen la exposicin de la envolvente hacia el
exterior.
Orientar recintos tales como living, comedor y dormitorios preferentemente al norte, para
que se vean beneficiados con la radiacin solar en invierno. En la medida de lo posible
dejar la mayor parte del permetro de la vivienda hacia esta orientacin.
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Usar ventanas con doble vidriado hermtico, complementando de esta manera el
mejoramiento trmico realizado en los muros al utilizar las soluciones constructivas con
productos Arauco
Utilizar protecciones solares para evitar el sobrecalentamiento en verano.
Ventilar entretechos en verano, en espacial en climas con altas temperaturas en este
perodo del ao. Se evita as la ganancia solar a travs de la techumbre.
Ventilar la vivienda para conseguir que el aire interior se mantenga con estndares de
calidad adecuados y sin exceso de humedad. Esta ventilacin, en especial en invierno,
debe ser controlada de modo que no sea excesiva. Es decir que no sea superior a la
necesaria para mantener la calidad del aire.
Evitas las infiltraciones de aire a travs de rendijas de la envolvente. El ahorro en el consumo de energa de calefaccin en las viviendas de madera con
respecto a las de albailera de ladrillo, se puede ser aun mayor al usar una estructura
de 2x4 se considere un aislante trmico de 90 mm de espesor.
Waldo Bustamante G.
Ingeniero Civil Mecnico UCh
Doctor en Ciencias AplicadasUniversidad Catlica de Lovaina, Blgica.
Santiago de Chile, Octubre de 2008