Evaluación de estrategias de mejoramiento térmico en el edificio del departamento de ingeniería...

7/30/2019 Evaluacin de estrategias de mejoramiento trmico en el edificio del departamento de ingeniera de obras civiles

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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULO

DE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ.

PAMELA ANDREA CATRIFOL QUILODRAN

2012

EVALUACIN DE ESTRATEGIAS DE MEJORAMIENTO TRMICOEN EL EDIFICIO DEL DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS

CIVILES DE LA UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA


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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULO

DE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ.

PAMELA ANDREA CATRIFOL QUILODRAN

2012

Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del

Departamento de Ingeniera de Obras Civiles de la Universidad de La Frontera


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Dedicada a Mis PadresArmando y Uberlinda


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AGRADECIMIENTOS

Finalizando esta importante etapa de mi vida lo primero que se me viene a la mente es

agradecer a Dios por darme la maravillosa familia que tengo, en especial mis padres Armando

y Uberlinda que son lo ms importante de mi vida, gracias por suadmirable sacrificio y su eterno e

incondicional amor, sin ustedes nada de esto sera posible. Gracias por apoyarme continuamente en

todos mis desafos, por la confianza que depositan en m y lo ms importante por hacerme

inmensamente feliz. Los amo y por sobre todo los admiro.

Tambin agradezco a mi hermano Cristian y su esposa Marcela por darme la posibilidad de ser la

madrina del pequeito ms importante de mi corazn, Matas, es imposible expresar el inmenso

amor y felicidad que da a da me entregas a travs de todas tus locuras. Verte crecer ha sido una de

las experiencias ms lindas que he tenido. Mi enano regaln te amo con todo mi corazn.

A mis cuatro abuelitos, tos, tas, primos y primas gracias por los momentos vividos y el apoyoque continuamente sent de ustedes. Nombrarlos a todos es un poco largo, pero de corazn

ustedes saben que los quiero mucho. En especial mi gueli Elcira por su inmenso amor y

sabidura, gracias por estar presente en mi vida entregndome cario y consejos para ser una

mejor persona. Esto tambin es para ti que siempre quisiste que fuera profesional, mi viejita

hermosa no sabes cunto te quiero.

Adems agradecer, a ti Elvis por acompaarme en este proceso de mi vida, por todos los

momentos que pasamos y por todo lo que me entregaste, te quiero mucho. A mis amigos de la

Universidad que han compartido conmigo estos maravillosos aos de mi vida, sin duda es lo ms

lindo que he vivido en especial a la Chika, Dany, Felipe, Mauri, y Jos gracias por todo.

Naturalmente nos conocemos muchos aos y de todo este proceso universitario lo ms rescatable

para mi, fueron las experiencias vividas, tantas aventuras, paseos, noches de estudio, noches de

fiestas, tantos recuerdos inolvidables que son uno de los mayores tesoros que tengo.

Al profesor Juan Pablo Crdenas y Guillermo Lira, por sus conocimientos, gua y ayuda

fundamental en esta memoria.

En general gracias a todos los que estuvieron presente en este desafo, sin duda, nombrarlos a

todos sera imposible.

Los quiero y simplemente Gracias.


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NDICE DE CONTENIDOS

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CAPITULO 1 INTRODUCCION 2

1.1 Exposicin general del problema 2

1.2 Nivel actual del problema 2

1.3 Objetivos 3

1.3.1 Objetivo General 3

1.3.2 Objetivos Especficos 3

CAPITULO 2CONTEXTO 5

2.1 Introduccin 5

2.2 Enfoque del Tema 5

2.2.1 Efecto Invernadero 5

2.2.2 Huella de Carbono 10

2.2.3 Eficiencia Energtica a Nivel Nacional 12

2.2.4 Eficiencia Energtica en la Construccin 14

2.3 Contextualizacin del Estudio 15

2.3.1 Regin de la Araucana 15

2.3.2 Temuco 16

2.3.3 Universidad de La Frontera 18

2.3.4 Departamento de Ingeniera en Obras Civiles 19

CAPITULO 3METODOLOGA DE TRABAJO 24

3.1 Introduccin 24

3.2 Plan de trabajo 24

3.3 Ejecucin de plan de Trabajo 24

3.3.1 Recopilacin de Antecedentes 24


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3.3.2 Consideraciones del Modelo 25

3.3.3 Modelo en Design Builder 31

3.3.4 Simulacin de Estrategias de Mejoramiento 34

3.3.5 Anlisis de las Mejoras a Travs del Software Retscreen 36

CAPITULO 4 RESULTADOS Y ANALISIS 38

4.1 Introduccin 38

4.2 Diagnostico de la situacin Actual 38

4.2.1 Energa Anual del Edificio 38

4.2.2 Ganancias Internas 39

4.2.3 Infiltracin y Ventilacin del Edificio 404.2.4 Produccin de CO2 41

4.2.5 Confort 41

4.2.6 Consumo Total de Combustible y Electricidad 42

4.2.7 Consumo real de Combustible en Edificio 45

4.2.8 Comparacin de Combustible Real Versus Programado 46

4.3 Anlisis de Variables segn Matriz Taguchi 47

4.3.1 Anlisis Energtico y Econmico por variable 48

4.4 Alternativas de Mejoramiento Trmico 67

4.4.1 Alternativa de Mejoramiento N1 68




4.5 Anlisis de Rentabilidad 774.5.1 Mejoramiento N1 78

4.5.2 Mejoramiento N2 78




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CAPITULO 5 CONCLUSIONES 84

BIBLIOGRAFIA 86

ANEXO A PLANOS DEL DEPARTAMENTO INGENIERIA EN OBRAS CIVILES 88

ANEXO B DISEO EN DESIGN BUILDER 92

ANEXO C MEDICIN DE TEMPERATURA Y HUMEDAD 109

ANEXO D CONSUMO ANUAL DE GAS EN UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA 112

ANEXO E ANLISIS DE PRECIO UNITARIO Y PRESUPUESTO 119


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NDICE DE TABLAS

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Tabla 3. 1 Promedios de Ocupacin del Edificio. ...................................................................... 25

Tabla 3. 2 Resultados Ensayos de Infiltracin Departamento Ingeniera de Obras Civiles de

la Universidad de La Frontera ................................................................................... 29

Tabla 3. 3 Matriz Taguchi .......................................................................................................... 34

Tabla 3. 4 Planilla para realizar simulaciones de Mejoramiento ................................................ 35

Tabla 3. 5 Planilla de Mejoramiento Trmico ............................................................................ 36

Tabla 4. 1 Demanda de consumo anual de gas en el Edificio 45

Tabla 4. 2 Resultados matriz Taguchi ........................................................................................ 47

Tabla 4. 3 Porcentaje de Influencia de cada Variable. ............................................................... 48

Tabla 4. 4 Variables de la Aislacin de muros ........................................................................... 51Tabla 4. 5 Relacin de Energa y Costo Variable Muros ........................................................... 52

Tabla 4. 6 Relacin de Demanda de Combustible y Costo de la Inversin Variable muros ...... 53

Tabla 4. 7 Variables de la Aislacin de Cielos ........................................................................... 55

Tabla 4. 8 Relacin de Energa y Costo Variable Cielo ............................................................. 56

Tabla 4. 9 Relacin de Demanda de Combustible y Costo de la Inversin Variable Cielo ....... 57

Tabla 4. 10 Variables de Ventana ................................................................................................. 59

Tabla 4. 11 Relacin de Energa y Costo Variable Ventanas ....................................................... 60

Tabla 4. 12 Relacin de Demanda de Combustible y Costo de la Inversin Variable Ventana .. 61

Tabla 4. 13 Variables de Infiltracin ............................................................................................ 63

Tabla 4. 14 Relacin de Energa y Costo Variable Infiltracin .................................................... 64

Tabla 4. 15 Relacin de Demanda de Combustible y Costo de la Inversin Variable Infiltracin ..

................................................................................................................................... 65

Tabla 4. 16 Alternativas de Mejoramiento Trmico ..................................................................... 67

Tabla 4. 17 Consumo Total de Combustible Mejoramiento N1 ................................................... 70



Tabla 4. 20 Consumo Total de Combustible mejoramiento N3 ................................................... 77

Tabla 4. 21 Resumen de Propuestas de Mejoramiento ................................................................. 77


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NDICE DE FIGURAS

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Figura 2. 1 Efecto Invernadero ...................................................................................................... 5

Figura 2. 2 Emisiones mundiales de Gases de Efecto Invernadero ............................................... 7Figura 2. 3 Fuente de emisiones de CO2

Figura 2. 4 CO2 emisiones de utilizacin de Combustibles fsiles2. 8

Figura 2. 5 Fuente de emisiones de Metano................................................................................... 9

Figura 2. 6 Fuente de emisiones de Oxido de Nitrgeno ............................................................... 9

Figura 2. 7 Distribucin de las Emisiones de CO2 a nivel mundial y contribucin de Chile ao

2008 ........................................................................................................................... 10

Figura 2. 8 Plan de Mitigacin, Ministerio del Medio Ambiente, Gobierno de Chile. ............... 11

Figura 2. 9 Grfico de energa primaria en Chile ........................................................................ 12

Figura 2. 10 Mapa de la Regin de la Araucana ........................................................................... 15

Figura 2. 11 Temperaturas anuales en Temuco ............................................................................. 17

Figura 2. 12 Precipitaciones anuales en Temuco ........................................................................... 17

Figura 2. 13 Temperaturas anuales de Temuco ao 2011.............................................................. 18

Figura 2. 14 Planta del Campus Andrs Bello de la Universidad de La Frontera ......................... 20

Figura 2. 15 Frontis del Departamento Ingeniera en obras Civiles .............................................. 21

Figura 2. 16 Fachada Laboratorio de Materiales de Construccin. ............................................... 21

Figura 2. 17 Entrada Principal Departamento Ingeniera en Obras Civiles. .................................. 22

Figura 2. 18 Entrada Laboratorio del Departamento Ingeniera en Obras Civiles. ....................... 22

Figura 3. 1 Ejemplo calendario de ocupacin promedio salas de Clases. 26

Figura 3. 2 Representacin de la Infiltracin de aire en una vivienda tipo. ................................. 28

Figura 3. 3 Infiltracin por Unin de Dos Materiales Of. Director del Depto. de Ing. de Obras

Civiles ........................................................................................................................ 30

Figura 3. 4 Infiltracin por Unin de Madera/Madera Bao Director Depto. de Ing. de ObrasCiviles ........................................................................................................................ 30

Figura 3. 5 Infiltracin por Unin de Madera/Madera Bao Director Depto. de Ing. de Obras

Civiles ........................................................................................................................ 30

Figura 3. 6 Diseo del Edificio en Design Builder ...................................................................... 33

Figura 3. 7 Visualizacin del Edificio en Design Builder .......................................................... 33


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Figura 4. 1 Demanda Energtica Anual ....................................................................................... 39

Figura 4. 2 Ganancias Internas Anuales....................................................................................... 39

Figura 4. 3 Demanda Energtica Anual ....................................................................................... 40

Figura 4. 4 Produccin de CO2 Anual ......................................................................................... 41

Figura 4. 5 Temperatura anual ..................................................................................................... 42Figura 4. 6 Humedad Relativa Anual........................................................................................... 42

Figura 4. 7 Gasto anual de combustible y electricidad del Edificio. ........................................... 43

Figura 4. 8 Gasto mensual de combustible y electricidad del Edificio. ....................................... 44

Figura 4. 9 Grfico de Temperaturas promedio registradas el ao 2011 ..................................... 44

Figura 4. 10 Grfico de Consumo mensual de gas en Litros, ao 2011 Edificio de Ingeniera de

Obras Civiles. ............................................................................................................ 45

Figura 4. 11 Grfico de Consumo real versus Programado. .......................................................... 46

Figura 4. 12 Grfico Resultado Muros ..............................................................................

Figura 4. 13 Grfico Resultado Cielos ...................................................................... 49

Figura 4. 14 Grfico Resultado Ventanas .............................................................................

Figura 4. 15 Grfico Resultado Infiltracin ............................................................. 49

Figura 4. 16 Relacin entre transmitancia trmica del muro, demanda de combustible y costo de

la inversin ................................................................................................................ 51

Figura 4. 17 Costo de Inversin para ahorrar 100 kWh en la Variable Muros ............................. 52

Figura 4. 18 Ahorro Energtico invirtiendo $100.000 en mejoras de la Variable muros .............. 53Figura 4. 19 Costo de Inversin para Ahorrar 1 Milln de Combustible en la Variable muros .... 54

Figura 4. 20 Ahorro en la Demanda de Combustible al invertir 1 Milln en Mejoras en la Variable

Muros ......................................................................................................................... 54

Figura 4. 21 Relacin entre transmitancia trmica del cielo, demanda de combustible y costo de la

inversin .................................................................................................................... 55

Figura 4. 22 Costo de Inversin para ahorrar 100 kWh en la Variable Cielo ............................... 56

Figura 4. 23 Ahorro Energtico invirtiendo $100.000 en mejoras en Variable Cielo. .................. 57

Figura 4. 24 Costo de Inversin para Ahorrar 1 Milln de Combustible en Variable Cielo ......... 58

Figura 4. 25 Ahorro en la Demanda de Combustible al invertir 1 Milln en Mejoras en Variable

Cielo .......................................................................................................................... 58

Figura 4. 26 Relacin entre transmitancia trmica del Ventana, demanda de combustible y costo

de la inversin ............................................................................................................ 59

Figura 4. 27 Costo de Inversin para ahorrar 100 kWh en la Variable Ventanas ........................ 60


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Figura 4. 28 Ahorro Energtico invirtiendo $100.000 en mejoras en Variable Ventana .............. 61

Figura 4. 29 Costo de Inversin para Ahorrar 1 Milln de Combustible en Variable Ventana .... 62


Ventana ...................................................................................................................... 62

Figura 4. 31 Relacin entre renovaciones de aire, demanda de combustible y costo de la inversin................................................................................................................................... 63

Figura 4. 32 Costo de Inversin para ahorrar 100 kWh en la Variable Infiltracin ..................... 64

Figura 4. 33 Ahorro Energtico invirtiendo $100.000 en mejoras en Variable Infiltracin .......... 65

Figura 4. 34 Costo de Inversin para Ahorrar 1 Milln de Combustible en Variable Infiltracin 66


Infiltracin ................................................................................................................. 66

Figura 4. 36 Demanda Energtica Anual Mejoramiento N1 ......................................................... 68

Figura 4. 37 Ganancias Internas Anuales Mejoramiento N1 ......................................................... 69

Figura 4. 38 Prdidas Mejoramiento N1 ........................................................................................ 69



Figura 4. 41 Prdidas Mejoramiento N2 ........................................................................................ 72



Figura 4. 44 Perdidas del Modelo Mejoramiento N3 .................................................................... 74Figura 4. 45 Demanda Energtica Anual ....................................................................................... 75

Figura 4. 46 Ganancias Internas Anuales....................................................................................... 76

Figura 4. 47 Perdidas del Modelo Mejoramiento N4 .................................................................... 76

Figura 4. 48 Flujo de Caja Acumulado Mejoramiento N1 ............................................................ 78




Figura 4. 52 Etapas de Modificacin Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles 81

Figura 4. 53 Flujo de Caja Mejoramiento Trmico N4 Modificado .............................................. 82


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RESUMEN

El presente Trabajo de Ttulo tiene como objetivo determinar soluciones de reacondicionamiento

trmico para el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles de La Universidad de La

Frontera.Uno de los problemas de mayor envergadura a nivel mundial es el Calentamiento Global, y la

velocidad con esta sucediendo, las consecuencias son impredecibles, pero entre lo que se ha estimado

y lo que ya est sucediendo, es el aumento considerable de las temperaturas, produciendo cambios

climticos importantes que desencadenan una serie de efectos como: ondas de calor en lugares de

climas frescos, ondas de calor en lugares de climas frescos, aumento de regiones desrticas, cambio

en los patrones de precipitacin, aumento de los fenmenos atmosfricos violentos, derretimiento de

glaciares y disminucin de las reservas de agua dulce, aumento del nivel del mar, inundaciones, etc.

La causa proviene del aumento desproporcionado de gases de Efecto Invernadero principalmenteDixido de Carbono (CO2), que es el de mayor concentracin en todo el mundo, la fuente principal

es el consumo de combustibles fsiles (petrleo, carbn y gas natural) junto con la deforestacin

causada por la actividad humana. Es decir, tiene directa relacin con el uso desmedido de

combustible utilizado para calefaccionar y refrigerar los distintos espacios. Es aqu donde apuntan las

grandes naciones, bajar los niveles de contaminacin principalmente CO2 y as contribuir a la

disminucin del Calentamiento Global.

Al igual que otros pases Chile ha decidido colaborar en forma voluntaria las iniciativas mundiales

para mitigar emisiones de gases de Efecto Invernadero (GEI). Entre las medidas concretas que se

plantean hay ciertos planes de mitigacin que se relaciona al rea de la construccin y son de inters

para el presente Trabajo de Titulo, entre ellas se tienen: Fuentes de energa renovable, cambio de

hbito en las personas, cambios de combustible y Eficiencia Energtica. El objetivo del Trabajo de

Titulo es colaborar con esta iniciativa nacional y mundial a travs de estudios para determinar

soluciones de reacondicionamiento trmico bajando los consumos de gas utilizados para

calefaccionar los distintos Edificios, especficamente el Departamento de Ingeniera de Obras Civiles.

En primera instancia se modela y simula el Edificio en condiciones actuales con el programa

computacional Design Builder, entregando como principal resultado la demanda energtica,

ganancias internas y prdidas de energa que presenta el Edificio. Teniendo esta informacin base se

logro dimensionar como es el funcionamiento actual y las variables ms influyentes dentro del

modelo. En este caso el Edificio presenta una demanda energtica anual de 107.450 kWh lo que

significa, aproximadamente $9.273.534 por concepto de gas en el Edificio del Departamento de

Ingeniera de Obras Civiles.


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Dentro de las variables ms influyentes se tienen las prdidas de energa por infiltracin, muros,

ventanas y cielos, las cuales se llevan a una matriz Taguchi con distintos niveles de exigencia creando

9 modelos a intervenir, los que una vez analizados por el software Design Builder entregan las

demandas energticas de cada uno. Estas demandas son nuevamente analizadas por otro software

llamado Qualitek, el cual entrega el nivel de influencia que tiene cada variable dentro del modelo.

Con esto se realiza un razonamiento lgico por cada variable identificando los niveles que tiene

mayor influencia de acuerdo al costo de intervencin y costo de combustible. Con esto se llego al

modelo ptimo de acuerdo a los anlisis, correspondientes al Mejoramiento N1, sin embargo se

proponen 3 nuevas alternativas variando los parmetros. Teniendo las cuatro alternativas de

mejoramiento se realiza una simulacin con el software Design Builder para cada una de ellas con

los nuevos parmetros a intervenir. Teniendo los resultados de las demandas energticas se realiza un

cuadro comparativo con el costo del combustible y el costo de la inversin.

Luego se realiza un flujo de caja acumulado para las cuatro alternativas a travs del softwareRetscreen considerando una vida til real de 40 aos para el Edificio. De todos los resultados el

mejoramiento N4 es el ms ptimo, sin embargo, se logro una mayor rentabilidad realizando el

Mejoramiento Trmico por partes, en primera instancia las oficinas de profesores, luego las salas de

clases y laboratorios, finalmente el resto del Edificio. Por lo tanto, se disminuye la inversin inicial y

a travs de los ahorros generados anualmente se gestionan los dems cambios. Esto es una alternativa

realmente viable en trminos econmicos, por ende un aporte real a futuras inversiones de Eficiencia

Energtica en la Universidad de La Frontera.


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CAPITULO 1

INTRODUCCIN


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Captulo 1 Introduccin

Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras

Civiles de la Universidad de La Frontera 2

CAPITULO 1 INTRODUCCION

1.1 Exposicin general del problema

Uno de los propsitos fundamentales de la construccin, particularmente en edificacin, es

proveer de adecuadas, estables y permanentes condiciones de habitabilidad a sus habitantes, con

prioridad en el confort higrotrmico, requerimiento bsico e imprescindible para la actividad

humana. Hoy en da, es necesario alcanzar estos parmetros con el menor costo en energa

posible, o ms bien conseguir su uso racional, por consideraciones tanto econmicas como de

proteccin al medio ambiente. Las mayores demandas energticas en edificacin, estn

relacionadas principalmente por conceptos de iluminacin, calefaccin y refrigeracin, de aqu

nace la importancia de buscar soluciones arquitectnicas para el acondicionamiento trmico e

iluminacin, ms an, analizar diferentes alternativas constructivas de mejoramiento en los

edificios, generando un ahorro tanto en trminos financieros como de energa.

1.2 Nivel actual del problema

Un estudio sobre el comportamiento energitrmico de los edificios de la Universidad de La

Frontera realizada especficamente en el Departamento de Ingeniera de Obras Civiles, regin de

la Araucana, detalla claramente la cantidad y ubicacin donde se producen las mayores prdidas

energticas. Esto principalmente producto de la ubicacin, condiciones exteriores, orientacin,

distribucin de los diferentes recintos del edificio, materiales utilizados en la construccin,

aislacin, hermeticidad y principalmente los errores que se cometen a la hora de construir.

Tomando en cuenta estos antecedentes se hace necesaria la evaluacin de estrategias de

mejoramiento trmico en el Edificio de Ingeniera de Obras Civiles, para as contribuir a la

disminucin de la demanda energtica, reducir el impacto ambiental, generar espacios con

temperatura de confort y por ende reducir los costos de mantencin del edificio.


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Captulo 1 Introduccin



1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Evaluar energticamente estrategias de intervencin en el edificio del Departamento de Ingeniera

de Obras Civiles

1.3.2 Objetivos Especficos

Identificar las variables ms importantes en el comportamiento energtico del edificio del

departamento de Ingeniera de Obras Civiles.

Evaluar ambiental, tcnica y econmicamente la factibilidad de la implementacin de lasestrategias.

Definir una serie de estrategias evaluadas segn su eficiencia.


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CAPTULO 2

CONTEXTO


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Captulo 2 Contexto



CAPITULO 2 CONTEXTO

2.1 Introduccin

El presente capitulo da a conocer de manera general la problemtica actual a nivel mundial sobreenerga y su eficiente uso, contextualizndolo en la regin de la Araucana , ciudad de Temuco y

puntualmente en el Edificio de Ingeniera de Obras Civiles de la Universidad de La Frontera,

donde se realiza el presente Trabajo de Ttulo.

2.2 Enfoque del Tema

2.2.1 Efecto Invernadero

La atmsfera es una capa de gases que rodea al planeta, y una vez que pasa la energaproveniente del sol a travs de ella, funciona como un escudo que retiene el calor para evitar que

rebote y se regrese al espacio. Si esto no sucediera la temperatura sera tan baja que todo se

congelara, este fenmeno natural que posibilita la vida en el planeta se conoce como efecto

invernadero.

Figura 2. 1 Efecto Invernadero

De todos los gases que componen la Atmosfera solo el 1% absorbe la radiacin trmica terrestre,

es decir, solo este minsculo porcentaje es responsable del efecto invernadero, los gases que lo


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Captulo 2 Contexto



provocan los llamaremos gases de efecto invernadero (GEI), entre estos los ms importantes son

el vapor de agua y el dixido de carbono, en la medida que estos gases aumenten en la

atmosfera, el efecto invernadero aumentara, produciendo a escala mundial un calentamiento

excesivo del planeta llamado Calentamiento Global.

Gases de efecto invernadero

Vapor de Agua (H2O)

Dixido de carbono (CO2)

Metano (CH4)

xido nitroso (N2O)

Hidrofluorocarbonos (HFC)

Perfluorocarbonos (PFC)

Hexafluoruro de azufre (SF6)

Lo ms complicado del calentamiento global es la velocidad con que est sucediendo, las

consecuencias son impredecibles, pero entre lo que se ha estimado y lo que ya est sucediendo, es

el aumento considerable de las temperaturas, produciendo cambios climticos importantes que

desencadenan una serie de efectos como:

Ondas de calor en lugares de climas frescos.

Aumento de regiones desrticas.

Cambio en los patrones de precipitacin.

Aumento de los fenmenos atmosfricos violentos.

Derretimiento de glaciares y disminucin de las reservas de agua dulce

Aumento del nivel del mar.

Inundaciones.

A pesar de que el clima cambia naturalmente, los expertos sealan que las actividades humanas

ms importantes son las que generan grandes cantidades de gases de efecto invernadero y por

ende el gran problema del calentamiento global. Las emisiones de estos gases comenzaron a

incrementarse de forma acelerada en el siglo XIX debido a la Revolucin Industrial. Muchas de


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Captulo 2 Contexto



las actividades asociadas con la emisin de gases son ahora esenciales para la economa mundial

y forman una parte fundamental de la vida moderna.

Los gases de efecto invernadero (GEI) ingresan a la atmsfera de dos formas: a travs de un

proceso natural como la respiracin de los animales, humanos y plantas. La otra manera es a

travs de lasactividades humanas cmo la fabricacin de elementos plsticos, la extraccin o usode combustibles fsiles (petrleo, gas y carbn). Los principales gases implicados en el efecto

invernadero son:

Figura 2. 2 Emisiones mundiales de Gases de Efecto Invernadero1

Como muestra la Figura 2.2 el dixido de carbono es el gas de efecto invernadero en mayor

concentracin en todo el mundo, seguido del Metano, el Oxido Nitrgeno y Gases Fluorados

respectivamente. Las principales fuentes de emisin de estos gases se muestran a continuacin.

Dixido de carbono (CO2)

Es el ms importante y su fuente principal es el consumo de combustibles fsiles (petrleo,

carbn y gas natural) junto a la deforestacin (Cambio de uso en la Tierra) causada por la

actividad humana, como muestra la figura 2.3.

1Fuente: IPCC; Cambio Climtico 2007: Informe de Sntesis
http://www.tuimpacto.org/gases-de-efecto-invernadero.phphttp://www.tuimpacto.org/glossary.php#atmosferahttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#procesos-naturaleshttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#actividades-humanashttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#actividades-humanashttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#procesos-naturaleshttp://www.tuimpacto.org/glossary.php#atmosferahttp://www.tuimpacto.org/gases-de-efecto-invernadero.php


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Captulo 2 Contexto



Figura 2. 3 Fuente de emisiones de CO2 Figura 2. 4 CO2 emisiones de utilizacin

de Combustibles fsiles2

Los tres sectores principales que utilizan combustibles fsiles son:

El transporte (Petrleo en mayor consumo)

Los servicios pblicos (electricidad, gas, petrleo, etc.)

La produccin industrial

Metano (CH4)

La actividad humana es la que crea la mayor fuente de emisiones de metano, las 3 principales

fuentes son:

Combustible fsil (Carbn, petrleo y gas): Se encuentra durante la extraccin y

transporte decombustibles fsil.

Agrcola (estircol): Hay dos formas por las cuales se emite, la primera por la digestin

alimenticia de los animales y la otra por la descomposicin anaerbica (sin oxgeno) del

excremento.Vertederos: La basura nueva se apila sobre la que ya esta acumulada y esta se

descompone en condicionesanaerbicas y as se producen grandes cantidades demetano.
http://www.tuimpacto.org/glosario.php#combustibles-fosileshttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#anaerobicohttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#metano-ch4http://www.tuimpacto.org/glosario.php#metano-ch4http://www.tuimpacto.org/glosario.php#anaerobicohttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#combustibles-fosiles


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Captulo 2 Contexto



Figura 2. 5 Fuente de emisiones de Metano

xido de Nitrgeno (N2O)

Los humanos son los responsables del 96% de las emisiones dexido de nitrgeno.Casi todaslasemisiones son causadas por estos 3 factores:

Fertilizacin artificial de la tierra

Fuentes fijas y mviles de combustin de materiales de origen fsil

Estircol (excrementos de animales que se utilizan parafertilizar los cultivos)

Figura 2. 6 Fuente de emisiones de Oxido de Nitrgeno

Gases Fluorados (F)

Son los nicos gases que participan en el efecto invernadero y no son de origen natural, sino que

artificial, producidos por el hombre mediante la industrializacin. Son utilizados en la

produccin de sistemas de refrigeracin/ aire acondicionado, espumas y aerosoles.
http://www.tuimpacto.org/origen-del-n2o.phphttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#oxido-de-nitrogeno-n2ohttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#emisioneshttp://es.wikipedia.org/wiki/Excrementohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fertilizarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fertilizarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Excrementohttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#emisioneshttp://www.tuimpacto.org/glosario.php#oxido-de-nitrogeno-n2ohttp://www.tuimpacto.org/origen-del-n2o.php


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Captulo 2 Contexto



2.2.2 Huella de Carbono

La forma de cuantificar las emisiones de Gases de Efecto Invernadero de los hogares,

actividades, consumos o hbitos es la medicin de la Huella de Carbono.

Se denomina huella de carbono (HC) al conjunto de emisiones de gases de efecto invernadero(GEI) producidas, directa o indirectamente, por personas, organizaciones, productos, eventos o

estados, en trminos de CO2 equivalentes, y se puede entender como una medida del impacto que

se genera en el medio ambiente, especficamente en trminos del cambio climtico. La huella de

carbono ms que un nmero, es una radiografa que identifica los sectores o acciones que ms

emisiones de CO2 tienen asociadas.

Chile no es un emisor relevante de gases de efecto invernadero. De acuerdo a estadsticas

internacionales de la Agencia Internacional de Energa (EIA) que consideran solo las emisiones

nacionales de CO2 por combustin de hidrocarburos, su aporte al total de emisiones es

aproximadamente el 0,2% (IEA, 2009; IEA, 2010).

Figura 2. 7 Distribucin de las Emisiones de CO2 a nivel mundial y contribucin de Chile ao20082

2 Fuente: Ministerio del Medio Ambiente, en base a la Agencia Internacional de Energa, 2010

49,68%

15,03%

8,40%

23,12%

3,51% 0,26%Asia, Oceana y ex UninSovitica

Europa

frica y Medio Oriente

America del Norte

America Central y del Sur (SinChile)

Chile


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Captulo 2 Contexto



Aunque Chile es un pas con relativamente bajas emisiones de CO2 a nivel mundial, se espera un

crecimiento importante de acuerdo al desarrollo de su economa en las ltimas dcadas, por lo

que sus emisiones continuaran aumentando de manera acelerada.

Al igual que otros pases en desarrollo, Chile ha decidido colaborar en forma voluntaria en las

iniciativas mundiales para mitigar emisiones de gases de efecto invernadero. Entre las medidasconcretas que se plantean hay ciertos planes de mitigacin que se relacionan al rea de la

construccin y son de inters para el presente Trabajo de Titulo.

Entre ellas tenemos:

Fuentes de Energa Renovables.

Cambio de Habito en las personas.

Cambios de Combustibles.

Eficiencia Energtica.

Figura 2. 8 Plan de Mitigacin, Ministerio del Medio Ambiente, Gobierno de Chile.


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Captulo 2 Contexto



2.2.3 Eficiencia Energtica a Nivel Nacional

La Eficiencia Energtica (EE) como definicin es el conjunto de acciones que permiten optimizar

la relacin entre la cantidad de energa consumida y los productos y servicios finales obtenidos.

Esto se puede lograr a travs de la implementacin de diversas medidas e inversiones a niveltecnolgico, de gestin y de hbitos culturales en la comunidad.3

Las necesidades de mayores niveles de eficiencia energtica (EE) nunca han sido tan evidentes

como en la actualidad. Factores como los altos precios de la energa, la creciente preocupacin

por el medioambiente y la seguridad energtica del pas han contribuido a tomar conciencia de la

necesidad de un mayor desarrollo de la EE.

En los ltimos aos, cerca del 35% de la energa primaria que consume el pas proviene del

petrleo y 19% corresponde a hidroelectricidad. La restante energa proviene del gas natural

(22%), la lea y otros (14%) y el carbn (16%) (Figura 2.9). El consumo de algunas de estas

fuentes presentan fluctuaciones en el tiempo tal como ocurre con el gas natural (decrece de un

24,2% a un 14,4 % en el periodo), la lea y otros (se incrementa de un 13,2 a un 16,8%) y el

carbn (crece de un 7,9 a un 13,8%). Estas fluctuaciones se deben a los precios y a la

disponibilidad del recurso.

Figura 2. 9 Grfico de energa primaria en Chile4

3Fuente: http://www.acee.cl/576/propertyvalue-12850.html4Fuente: Gua de Diseo para la eficiencia energtica en Chile.

35%

19%

22%

14%

16%Petroleo

Hidroelectricidad

Gas Natural

Lea y otros

Carbon


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Captulo 2 Contexto



Sin embargo, esa conciencia tiene que materializarse en actos concretos y la eficiencia energtica

debe incorporarse en el comportamiento cotidiano de todos los actores, tanto a nivel pblico

como privado, y en este ltimo caso, en los sectores residencial, comercial, minero, transporte e

industrial.

Conforme a estudios realizados la propuesta del gobierno es que en el ao 2020 se pueda alcanzaruna disminucin del 12% en la demanda de energa final proyectada hacia ese ao. Para cumplir

esta meta se sealan las siguientes medidas.

Plan de Accin de Eficiencia Energtica 2012-2020 (PAEE20): Pretende constituirse

en una gua para el sector pblico y privado de manera que se puedan emprender las

acciones necesarias para materializar el importante potencial de Eficiencia Energtica.

Las medidas del PAEE20 persiguen incorporar elementos de eficiencia energtica en los

distintos sectores productivos como la minera, industria, transporte y edificacin.

Sello de Eficiencia Energtica: La idea es crear un Sello de Eficiencia Energtica que

premie e identifique las empresas lderes en el desarrollo de la EE a nivel nacional. Esto

permitir reducir los costos energticos, aumentar su competitividad y reducir sus

emisiones.

Estndares Mnimos de Eficiencia Energtica (MEPS): La idea es establecer

Estndares Mnimos de Eficiencia Energtica con los que debern cumplir los productos,

equipos, artefactos y materiales, entre otros, que utilicen cualquier tipo de recurso

energtico, para su comercializacin en el pas. Esta medida permitir limitar la mxima

cantidad de energa que puede ser consumida por un producto especfico, siempre velando

por su desempeo y asegurando que la satisfaccin de los usuarios no se vea afectada.

Creacin de Comisin Interministerial de Desarrollo de Polticas de EficienciaEnergtica: Se conformara una Comisin Interministerial de Desarrollo de Polticas de

Eficiencia Energtica, que constituir una instancia en que las medidas adoptadas o

acuerdos alcanzados sean integrados a las polticas sectoriales de cada entidad o

institucin participante. Esta instancia rendir cuenta de su gestin, en forma peridica,

directamente al Presidente de la Repblica.


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Captulo 2 Contexto



2.2.4 Eficiencia Energtica en la Construccin

Como se ha mencionado anteriormente, uno de los principales medios para alcanzar el objetivo

de la emisin del CO2 es reducir el consumo de energa.

Un edificio construido hoy en da consume la mitad de energa que un edificio realizado aprincipios de los aos setenta. La calefaccin y la produccin de agua caliente sanitaria,

representan an hoy una cuarta parte de la energa consumida en Chile y contribuyen en igual

medida a la produccin de emisiones de CO2.

En la medida que el consumo de energa sea cada vez menor, aumenta la eficiencia energtica.

Ser ms eficiente no significa renunciar al grado de bienestar y calidad de vida, sino ms bien

lograr una serie de estrategias para bajar los consumos de energa y con esto contribuir a la

eficiencia energtica.

Algunas de las estrategias que se plantean a nivel nacional son las siguientes:

Aislamiento trmico en la envolvente (muros, techos y ventanas)

Reduccin de las prdidas de calor por infiltracin en invierno

Adecuada orientacin del edificio

Permitir la entrada del sol en invierno

Utilizar sistemas decalefaccin yaire acondicionado eficientes (etiquetado energtico)

Ahorro energtico en agua

Utilizar iluminacin eficiente mediante el uso delmparas de bajo consumo
http://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_t%C3%A9rmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aire_acondicionadohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Etiqueta_energ%C3%A9tica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mpara_de_bajo_consumohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mpara_de_bajo_consumohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Etiqueta_energ%C3%A9tica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Aire_acondicionadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calefacci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_t%C3%A9rmico


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Captulo 2 Contexto



2.3 Contextualizacin del Estudio

Es necesario sealar que este Trabajo de Ttulo forma parte de un proyecto del Laboratorio de

Eficiencia Energtica de la Universidad de La Frontera de Temuco, en donde se estudian las

demandas energticas de los distintos edificios que forman parte de la institucin, adems de lasestrategias de reacondicionamiento, todo esto con el fin de aportar al problema energtico

nacional y mundial. Logrando a futuro ser una Institucin autosustentable.

A continuacin se definen las caractersticas de los lugares fsicos en donde se desarrollara el

presente trabajo de Ttulo

2.3.1 Regin de la Araucana

Es una de las quince regiones en las que se encuentra divididoChile,se ubica entre el paralelo

38 44' y los 39 37' de latitud sur y desde los 70 50' de longitud oeste hasta el Ocano Pacfico.

Limita al norte con la Regin del Biobo, al sur con la Regin de Los Ros, al este con la

Repblica Argentina y al oeste con elOcano Pacfico.

Figura 2. 10 Mapa de la Regin de la Araucana
http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_territorial_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_del_Biob%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_de_Los_R%C3%ADoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Argentinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9ano_Pac%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9ano_Pac%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Argentinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_de_Los_R%C3%ADoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B3n_del_Biob%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_territorial_de_Chile


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Captulo 2 Contexto



Posee una superficie total de 31.842,3Km2 con 869.535 habitantes alcanzando una densidad de

27,3 hab/km2. Y se divide en dos provincias:

Por el norte la Provincia de Malleco, que cuenta con 11 comunas siendo su capital provincial

Angol, distribuyndose en una superficie provincial total de 18.409 Km2 que corresponde al 57.8

% del total de la superficie regional y en donde habitan 201.615 habitantes (23,19 % del total dela poblacin regional).

Por el sur la Provincia de Cautn, con un total de 21 comunas siendo su capital provincial

Temuco distribuyndose en una superficie provincial de 13.433,3Km2 correspondiente al 42,2 5

del total de la superficie regional en donde se concentra 667.920 habitantes (76,81 % del total de

la poblacin regional).

2.3.2 Temuco

Temuco es la capital de laRegin de La Araucana y de laProvincia de Cautn,est ubicada al

sur de Chile aproximadamente a unos 670 Kilmetros de Santiago ( capital de Chile). Fue

fundada el 24 de Febrero de 1881. El nombre de la ciudad procede de Temuko, que es un trmino

enmapudungun que significa "agua de temu".

Tiene una superficie de 464 Km2 con una poblacin de 276.883. Un 5,7% corresponde a la zona

rural y el 94,35% restaste es poblacin urbana5 y es una de las ciudades de Chile que mas a

crecido en los ltimos aos.

El sitio de la ciudad morfolgicamente corresponde a terrazas fluviales del ro Cautn que se

desarrollan en forma encajonada entre el Cerro ielol (350 msnm) y el Cerro Conun Huenu (360

msnm).

En cuanto al clima corresponde auna zona templada lluviosa con influenciamediterrnea tpica

de la depresin intermedia del pas, las precipitaciones se hacen presente generalmente todo el

ao con mayor fuerza los meses de invierno, siendo enero y febrero los meses de calor.

A continuacin un grafico que detalla las temperaturas mximas y mnimas a travs de los aos.Igualmente registros de precipitacin anuales que hay en la Ciudad. 6

5Datos del Censo Nacional del 20026Fuente: Elaboracin Propia, datos climticos, tutiempo.net
http://es.wikipedia.org/wiki/IX_Regi%C3%B3n_de_la_Araucan%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Caut%C3%ADnhttp://es.wikipedia.org/wiki/Kil%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Mapudungunhttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_oce%C3%A1nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_mediterr%C3%A1neohttp://es.wikipedia.org/wiki/Depresi%C3%B3n_intermediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Depresi%C3%B3n_intermediahttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_mediterr%C3%A1neohttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_oce%C3%A1nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mapudungunhttp://es.wikipedia.org/wiki/Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Santiago_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Kil%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Caut%C3%ADnhttp://es.wikipedia.org/wiki/IX_Regi%C3%B3n_de_la_Araucan%C3%ADa


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Captulo 2 Contexto



Figura 2. 11 Temperaturas anuales en Temuco

Figura 2. 12 Precipitaciones anuales en Temuco

2007 2008 2009 2010 2011

Temperatura MinimaAnual ( C) 4,9 6,5 5,9 5,6 6,1

Temperatura MaximaAnual ( C) 18,2 20,1 18,6 18,1 18,9

0

5

10

15

20

25

Precipitacin

en

mm

2007 2008 2009 2010 2011

Precipitacion TotalAcumulada mm 930,16 1012,44 955,85 798,32 954,29

0

200

400

600

800

1000

1200

Precipitacinen

mm


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Captulo 2 Contexto



Figura 2. 13 Temperaturas anuales de Temuco ao 2011

2.3.3 Universidad de La Frontera

Es la nica universidad estatal de Regin de La Araucana y se encuentra ubicada en la ciudad de

Temuco, con sedes en Angol y Pucn, es una institucin de educacin superior pblica y estatal,

considerada una de las diez mejores universidades del pas, por sus notables indicadores de

calidad y excelencia. Actualmente es una universidad acreditada.

Pertenece al Consorcio de Universidades del Estado de Chile, Consejo de Rectores de las

Universidades Chilenas, y a la Agrupacin de Universidades Regionales de Chile.

Nace como institucin autnoma el 10 de marzo de 1981 fusionando las sedes de laUniversidad

Tcnica del Estado y laUniversidad de Chile.Con la misin de contribuir al desarrollo de su

entorno inmediato y de Chile, mediante la generacin y transmisin de conocimiento, la

formacin de profesionales y postgraduados, el cultivo de las artes y de la cultura, manteniendo

su compromiso con la calidad y la innovacin, con el respeto por las personas, la naturaleza y la

diversidad cultural, con la construccin de una sociedad ms justa y democrtica.

Esta Universidad lidera la oferta de pregrado y postgrado en la regin, educndose en sus aulas

ms de 8.000 futuros profesionales.

0

2

4

68

10

12

14

16

18

TemperaruraenC

T Media
http://es.wikipedia.org/wiki/Consorcio_de_Universidades_del_Estado_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_Chilehttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_T%C3%A9cnica_del_Estadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Consorcio_de_Universidades_del_Estado_de_Chile


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Captulo 2 Contexto



La universidad cuenta con cinco Facultades:

Facultad de Ingeniera, Ciencias y Administracin.

Facultad de Medicina.

Facultad de Educacin, Ciencias Sociales y Humanidades.Facultad de Ciencias Agropecuarias y Forestales.

Facultad de Derecho

Entre las cinco facultades cuenta con 40 carreras y una moderna infraestructura de 93 mil metros

cuadrados construidos. Ms la implementacin de 60 programas de Magster, Doctorado y

Especialidades Mdicas.

2.3.4 Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles

Es un edificio que pertenece a la Facultad de Ingeniera, Ciencias y Administracin ubicado en el

Campus Andrs Bello de la Universidad de La Frontera (Figura 2.14.) Dicho edificio inicio su

construccin el 22 de Diciembre de 19927 y fue puesto en marcha el 3 de mayo de 1993 para

impartir la carrera de construccin civil, luego en el ao 2002 se realiza una ampliacin del

edificio correspondiente a un segundo piso adecuado como sala de clases y dibujo tcnico.

Actualmente el edificio cuenta con una superficie aproximada de 1700 m2, incluyendo un patio

de servicio techado y bodegas ubicadas a un costado del edificio principal.

A continuacin se detalla la ubicacin y distribucin del Edificio del Departamento Ingeniera de

Obras Civiles.

7Libro de Obra Construccin pabelln Departamento de Ingeniera de Obras Civiles.


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Captulo 2 Contexto



Figura 2. 14 Planta del Campus Andrs Bello de la Universidad de La Frontera

Actualmente el edificio alberga a docentes y alumnos exclusivamente de la Carrera Ingeniera en

Construccin. Cuenta con hall de acceso, patio, 4 salas de Clases, sala de estudio, salas de

computacin, baos (Damas y Varones), Laboratorios, Fotocopiadora y adems toda la seccin

de docentes correspondiente a oficinas, sala de reuniones y baos.

Otro dato importante, es que dentro de las instalaciones se encuentra el Laboratorio de Materiales

de Construccin del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles de la Universidad de La

Frontera , conocido como LOCUF que presta servicios a organizaciones pblicas y privadas en

las reas de Mecnica de Suelos, Hormigones y ridos.

A continuacin una serie de imgenes que muestran el real estado del edificio en estudio.


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Captulo 2 Contexto



Figura 2. 15 Frontis del Edificio del Departamento de Ingeniera de obras Civiles.

Figura 2. 16 Fachada Laboratorio de Materiales de Construccin.


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Captulo 2 Contexto



Figura 2. 17 Entrada Principal del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles.

Figura 2. 18 Entrada Laboratorio del Departamento de Ingeniera de Obras Civiles.


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Captulo 3 Metodologa de Trabajo



CAPTULO 3

METODOLOGA DE TRABAJO


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CAPITULO 3 METODOLOGA DE TRABAJO

3.1 Introduccin

En este captulo se ve la metodologa utilizada por el autor para dar cumplimiento a los objetivos

propuestos.

El anlisis trmico y energtico del edificio se realiza a travs del software Design Builder, al que

se le integra toda la informacin relacionada con las caractersticas fsicas y usuales del edificio,

con esto se logra el diseo base, es decir, un modelo aproximado a la realidad actual del edificio,

luego el software analiza es estado de este a travs de una simulacin que entrega como resultado

una serie de grficos del comportamiento trmico. Con todos los antecedentes que entrega la

simulacin, es posible visualizar donde se generan las mayores prdidas y las posibles estrategias

de mejoramiento trmico del edificio. Como mtodo de evaluacin de las mejoras se utiliza un

clculo estadstico a travs de una matriz llamada Taguchi, la cual alterna una serie de variables

entregando una planilla con 9 simulaciones de las posibles mejoras que tendra el edificio. Se

analizan los 9 casos y se ve el ms eficiente tcnica y econmicamente.

3.2 Plan de trabajo

A continuacin se muestra el plan de trabajo empleado para la realizacin del estudio.

Recopilacin de antecedentes

Consideraciones del Modelo

Modelo en Design Builder

Simulacin de Estrategias de Mejoramiento

Anlisis de las mejoras a travs del software RETScreen International.

3.3 Ejecucin de plan de Trabajo

3.3.1 Recopilacin de Antecedentes

Se investigo en la Divisin de Obras de la Universidad de La Frontera, la cual posee toda la

informacin respecto de los edificios que conforman esta institucin. Especficamente planos y

Especificaciones Tcnicas del Edificio en estudio. Adems se hizo levantamiento actualizado,


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para corroborar medidas y verificar cada uno de los cambios que se han efectuado a lo largo de

los aos. (Ver planos en Anexo A)

3.3.2 Consideraciones del Modelo

a) Zonas del Edificio

Debido a la gran cantidad de zonas que presenta el edificio, es necesario agrupar las de

similar ocupacin para as generar plantillas tipo e ingresarlas al software, haciendo el trabajo

mucho ms eficiente. Los recintos que se utilizaron son 6 y se identifican en el software como:

salas de clases, hall y pasillos, laboratorios, oficinas, baos, y recintos varios, este ltimo

corresponde a todos los pequeos espacios dentro del edificio que no tienen un uso masivo.

b) Uso promedio

Este dato se introduce en cada planilla (dependiendo de la zona), se determinan las superficies

en metros cuadrados de las diferentes zonas del edificio, adems de la capacidad de ocupantes

que tienen cada una de ellas. Estos datos se obtienen de los horarios de clases y entrevistas con

los auxiliares del edificio. Luego se toman los recintos ms representativos y se crea una tabla

con los promedios de cada uno de ellos.

Para estimar el uso promedio en las salas se utilizo un 60%. Un ejemplo, el promedio de

ocupacin de las oficinas es 0,11(pers. /m2), este dato se utiliza para todas las oficina existentes

en el Edificio.

Tabla 3. 1 Promedios de Ocupacin del Edificio.

Recintos Superficie

Promedio (m2)

Ocupacin

(personas/m2)

Baos 4,43 0,39

Salas 49,58 0,96

Pasillos y Hall 37,29 0,20

Oficinas 10,65 0,11

Laboratorios 47,41 0,09

Recintos Varios 7,67 0,24


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c) Ganancias internas

Dentro de los datos importantes en el modelo, son las ganancias que aportan las personas,

iluminacin, equipos computacionales, calefaccin y equipos de laboratorio. Para estimar estos

valores fue necesario crear un calendario referido al uso de estas en los distintos recintos deledificio, las consideraciones fueron las siguientes:

Hall y pasillos, baos y recintos varios: Presentan una ocupacin continua todo el da

desde las 8:30 hasta las 21:20 aproximadamente, de lunes a viernes. Se toma el receso de

dos semanas en julio, enero y todo febrero producto de vacaciones de invierno y verano

respectivamente.

Laboratorio: Tiene una ocupacin continua durante todo el ao desde las 8:30 hasta las

19:00, con una hora de almuerzo.

Salas de clases: Se considero un promedio del calendario de ocupacin de las 4 salas en el

primer semestre del 2012.

PERIODO LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES

8:30 a 9:30 Leg Amb y Const. P. Constructivos 3 Gestin Emp 1 Estructuras 1

9:40 a 10:40 Leg Amb y Const. P. Constructivos 3 Gestin Emp 1 Gestin Emp 1 Estructuras 1

10:50 a 11:50 M. de Suelos 2

12:00 a 13:00 Gestin Emp 1 Gest.int. de Proy.

Almuerzo

14:30 a 15:30 Leg Laboral M. de Suelos 1 M. de Suelos 1

15:40 a 16:40 Leg Laboral M. de Suelos 1

16:50 a 17:50 Prev de Riesgos Leg Amb y Const. T. Propuesta y Lic. T. Propuesta y Lic.

18:00 a 19:00 Prev de Riesgos Prev. de Riesgos T. Propuesta y Lic.

19:10 a 20:10 O. Hidrulicas Obras de Ingeniera T.I. Procesos C. T.I. Procesos C.

20:20 a 21:20 O. Hidrulicas Obras de Ingeniera T.I. Procesos C.

Figura 3. 1 Ejemplo calendario de ocupacin promedio salas de Clases.

Oficinas: El funcionamiento en general es desde las 8:30 hasta las 13:00 y luego de las

14:30 hasta las 18:30. Con un receso de dos semanas en julio, dos semanas en enero y

todo febrero.


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Los equipos computacionales se consideran 40 en el laboratorio del segundo piso y 19 en la sala

del primer piso, adems de un equipo por cada oficina.

La Calefaccin es a gas y el uso vara desde abril hasta noviembre dependiendo del recinto.

La iluminacin corresponde a tubos fluorescentes y las horas del da en que estn encendidas son

generalmente en la maana y en las tardes. Se consideran mayores en los meses de invierno endonde se oscurece ms temprano.

d) Mediciones de Temperatura

Los registros de temperatura del edificio se realizan travs de un dispositivo de conexin USB

llamado data Logger, el cual mide temperatura y humedad a distintos intervalos de tiempo.

Estas mediciones se realizan en dos recintos del edificio por una semana, las que permitenobtener una representacin grafica de temperatura y humedad a intervalos de una hora.

De todas las mediciones se saca un promedio que se considera como temperatura media

ambiental en el interior del edificio, esto para efecto de diseo en Design Builder.

Con los datos de temperatura interior que entregan los Dataloggers mas la temperatura exterior

que registra la estacin meteorolgica del Laboratorio de Eficiencia Energtica se genera un

grafico de curvas llamado termograma el cual permite hacer un anlisis trmico del edificio.

(Anexo C)

e) Infiltraciones por medio del Blower Door Test

La infiltracin se define como el flujo incontrolado de aire exterior que entra en un edificio a

travs de grietas y otras aberturas no intencionales y por el uso normal de las puertas exteriores.

En palabras simples, la infiltracin tambin es conocida como el ingreso de aire no controlado

hacia un edificio y es igual a la exfiltracin, que es la tasa de aire que sale de la estructura. 8

Las zonas que generalmente tienen problemas de infiltracin son:

Rendijas de ventanas.

Rendijas de puertas.

8Trabajo de Ttulo Estudio de prdidas Energticas por infiltracin de aire en viviendas a travs del Blower DoorTest, (Hope y Gonzales, 2009)


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Juntas que se forman en la unin de distintos materiales como por ejemplo entre

hormign y madera.

Grietas formadas por efectos de la dilatacin y contraccin.

Aberturas por conductos de calefaccin, instalaciones elctricas y otros.

El principal problema que representan las infiltraciones de aire, son las prdidas energticas que

stas producen, pues al calefaccionar un espacio interior se incurre en un gasto de energa, y el

aire fro del exterior que ingresa a travs de las reas de infiltracin tiende a quitarle energa a

dicho aire calentado (Ley Cero de la Termodinmica). Y en verano ocurre un efecto similar, pues

el aire exterior que se encuentra a mayor temperatura que el interior, ingresa a la vivienda o

edificio, tendiendo siempre al equilibrio trmico. El viento aumenta este efecto, al ejercer presin

o succin sobre las aberturas.

Figura 3. 2 Representacin de la Infiltracin de aire en una vivienda tipo.

Para medir la infiltracin se realiza una prueba en el edifico llamada Blower Door Test, que es un

diagnostico diseado para medir la estanqueidad de los edificios o zonas de stos, es decir, medirla tasa de renovaciones de aire en un determinado periodo.

Para el anlisis del Edificio de Ingeniera de Obras Civiles se toman los datos obtenidos en el

Ensayo de Infiltracin realizado en el Trabajo de Titulo Estudio del Comportamiento

Energitrmico de los Edificios de la Universidad de La Frontera: Primera Etapa.


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De la tabla 3.2 los datos utilizados en el software corresponden a la ACH/h utilizando un

promedio para las salas, oficinas y recintos varios.

Tabla 3. 2 Resultados Ensayos de Infiltracin Departamento Ingeniera de Obras Civiles dela Universidad de La Frontera

Sala Materialidad EfLA (4 Pa),cm2

Air Chg/h(50 Pa)

ACH/h

OC-01 Hormign, cielo madera 882,9 22,14 5,54

OC-03 Hormign 325,8 7,84 1,96

OC-04 Hormign, placa yeso-cartn 1.440,00 16,25 4,06

Oficina JP Hormign, cielo madera 170,3 2,5 0,63

Of Dir. OC Hormign, cielo madera 295,2 23,36 5,84

Sala consejo Hormign, cielo madera 182,7 8,74 2,18

f) Termografa

Es una tcnica que permite ver la temperatura de una superficie con precisin a travs de una

imagen generada por la cmara termogrfica. El ser humano no es sensible a la radiacin

infrarroja emitida por un objeto, pero las cmaras termogrficas son capaces de medir esta

energa a travs de sus sensores infrarrojos. La radiacin infrarroja es la seal de entrada que la

cmara necesita para generar una imagen de un espectro de colores, en el que cada uno de loscolores, segn la escala, significa una temperatura distinta, donde los tonos amarillos y rojizos

representan reas calientes y los tonos azules y violetas representan reas fras. La termografa se

utiliza al mismo tiempo que se realiza el ensayo de infiltracin, por lo que las imgenes captadas

por la cmara termogrfica corresponden a las mismas salas y oficinas ensayadas9.

De las termografas realizadas se muestran 3 imgenes con el fin de ejemplificar los puntos ms

comunes en donde se producen infiltraciones.

En las termografas se identifican las siguientes situaciones de infiltracin:

9Trabajo de Titulo Estudio del Comportamiento Energitrmico de los Edificios de la Universidad de La Frontera:Primera Etapa
http://www.nivelatermografia.net/camaras-termograficashttp://www.nivelatermografia.net/camara-termografica-flir-i5http://www.nivelatermografia.net/camara-termografica-flir-i5http://www.nivelatermografia.net/camaras-termograficas


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Figura 3. 3 Infiltracin por Unin de Dos Materiales Of. Director del Depto. de Ing. de ObrasCiviles

Figura 3. 4 Infiltracin por Unin de Madera/Madera Bao Director Depto. de Ing. de ObrasCiviles

Figura 3. 5 Infiltracin por Unin de Madera/Madera Bao Director Depto. de Ing. de ObrasCiviles


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3.3.3 Modelo en Design Builder

Para modelar el edificio, se ocupa el software de simulacin energtica Design Builder, el cual

propone un orden lgico en el ingreso de los datos al sistema, esto a travs de ocho pestaas que

se encuentran en la parte superior del software, en este caso para no realizar el procedimientoreiterativo en las 65 zonas que tiene el edificio se crearon 6 planillas tipo (salas de clases, hall y

pasillos, laboratorios, oficinas, baos, y recintos varios) las cuales se asignaron a las distintas

ocupaciones reales que presenta el edificio.

Los datos se ingresan en el siguiente orden:

Layout (Modelo): Corresponde al diseo del edificio, sin embargo antes de comenzar se

ingresan algunas variables de entrada como coordenadas de ubicacin del edificio,

orientacin y clima de la regin, esto con el fin de representar lo ms real posible las

caractersticas del edificio.

En esta pestaa se crea y visualiza el edificio en bloques tridimensionales como muestra

la figura 3.6.

Activity (Actividad): En esta pestaa se especifica la densidad de ocupacin que tiene

cada zona y los horarios a travs de un calendario anual que se crea en el software,

temperaturas de funcionamiento de los sistemas de climatizacin, aparatos usados por lazona con sus respectivos aportes trmicos, entre otros detalles.

Construction (Construccin): Aqu se especifican las caractersticas propias del edificio

en cuanto a materialidades. Los espesores de cada capa que constituyen los muros, cielos,

pisos, cubierta, puertas y ventanas. Cada material contiene sus propiedades trmicas

bsicas (densidad, calor especfico y conductividad trmica). Otro dato importante que se

ingresa en esta pestaa es la infiltracin de aire (tabla 3.2.) Se utiliza la ACH/h(renovaciones de aire natural).

Opening (aberturas): Se ingresa el tipo de ventanas interiores y exteriores que posee el

edificio, en este caso vidriado simple con marcos de aluminio.


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Lighting (Iluminacin) En esta pestaa se ingresan los horarios en que se encuentran

encendidas las luces del edificio adems del tipo de luminaria, con el fin de obtener las

ganancias que aportan.

HVAC (Calefaccin, Ventilacin y Aire acondicionado): Se ingresa el calendario de

ocupacin de la calefaccin, combustible gas, y el rendimiento del sistema

aproximadamente un 65%.

Una vez que se han incorporado todos los datos al sistema se visualiza el modelo y se realiza la

simulacin base para obtener los resultados.

Detalles del procedimiento en Design Builder ver Anexo B.


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Figura 3. 6 Diseo del Edificio en Design Builder

Figura 3. 7 Visualizacin del Edificio en Design Builder


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3.3.4 Simulacin de Estrategias de Mejoramiento

Una vez que se tiene el modelo listo en el software se da comienza a la primera simulacin

trmica, que corresponde a la situacin actual del Edificio, de aqu en adelante modelo base. El

software entrega una serie de resultados los cuales son seleccionados de acuerdo al estudio que seest realizando. La idea de este primer modelo es ver la demanda energtica que presenta el

Edificio, con el fin evaluar diversas estrategias de mejoramiento trmico.

Teniendo el modelo base se identifican las variables constructivas que afectan directamente el

comportamiento energtico del edificio, para este caso en particular son muros, cielo, ventanas e

infiltracin.

La evaluacin de las mejoras est basada en un mtodo estadstico matricial llamado Taguchi, el

cual permite la interaccin de variables y niveles (tabla 3.3) obteniendo una muestra aleatoria

de modelos.

Tabla 3. 3 Matriz Taguchi

Variables y NivelesNivel 1 Nivel 2 Nivel 3

Variable 1 Aislacin Muro 1,60 0,73 0,15 [U]

Variable 2

Variable 3

Aislante Cielo

Infiltracin

0,33

3,60

0,24

2,00

0,15

0,30

[U]

[ach]

Variable 4 Ventana 4,30 2,70 1,78 [U]

La matriz Taguchi contempla cuatro variables y especifica la unidad de medida de cada una de

ellas:

Variable 1: Aislacin de Muros [U transmitancia trmica en W/m2K]

Variable 2: Aislante de Cielo [U, transmitancia trmica W/m2K]

Variable 3: Infiltracin [Ach/h, renovaciones de aire]

Variable 4: Ventana [U, transmitancia trmica W/m2K]


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Tambin presenta tres niveles para cada una de las variables, el nivel 1 considera valores

cercanos o iguales a la reglamentacin trmica (Ordenanza General de Urbanismo y

Construcciones), el nivel 3 considera valores cercanos a los estndares Passivhaus y el nivel 2 un

promedio de ambos. Esto con el fin de analizar el comportamiento trmico del Edificio a

estndares exigentes y al lmite de la normativa chilena.

Completada la matriz se obtienen los datos de las simulaciones a realizar que en este caso sern

9. Esta planilla est vinculada a los datos de los niveles de la matriz.

Tabla 3. 4 Planilla para realizar simulaciones de Mejoramiento

Variables Respuesta

Punto Diseo(simulaciones)

AislacinMuro

Aislantecielo

Infiltracin Ventana Calefaccin Refrigeracin

[U] [U] [ach ] [U] [Kwh] [Kwh]

1 1,60 0,33 3,60 4,3 0 0

2 1,60 0,24 2,00 2,7 0 0

3 1,60 0,15 0,30 1,78 0 0

4 0,73 0,33 2,00 1,78 0 0

5 0,73 0,24 0,30 4,3 0 0

6 0,73 0,15 3,60 2,7 0 0

7 0,15 0,33 0,30 2,7 0 0

8 0,15 0,24 3,60 1,78 0 0

9 0,15 0,15 2,00 4,3 0 0

Los 9 diseos presentan distintos valores de acuerdo a la matriz, cada una de las simulaciones se

ingresa como proyecto nuevo en Design Builder conforme a los datos establecidos en la tabla 3.4.Las demandas de calefaccin obtenidas se ingresan en el software Qualitek el cual disea

automticamente la matriz Taguchi basada en las variables y niveles indicados, como resultado

entrega 1 grafico por cada variable analizada y una tabla ANOVA que muestra el porcentaje de

influencia de la demanda energtica de cada variable.


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3.3.5 Anlisis de las Mejoras a Travs del Software Retscreen

Una vez que se obtienen los valores ptimos para cada variable se proponen 4 posibles

alternativas de mejoramiento trmico para el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras

Civiles.

Tabla 3. 5 Planilla de Mejoramiento Trmico

Aislacin muros

(W/m2K)

Aislacin Cielos

(W/m2K)

Ventanas

(W/m2K)

Infiltraciones

ach/h

Mejoramiento N1

Mejoramiento N2

Mejoramiento N3

Mejoramiento N4

Se realiza una nueva simulacin trmica en Design Builder con cada una de las alternativas

propuestas, esto con el fin de obtener la demanda energtica de cada modelo.

Otro dato importante es el costo de inversin de cada alternativa, para lo cual fue necesario

cubicar todo el Edificio y realizar un presupuesto detallado.

Teniendo estos antecedentes para cada una de las tres alternativas se ingresan al software

Retscreen, que es una herramienta de anlisis de proyectos de energa limpia, basada en Excelayuda a determinar de manera rpida y econmica la viabilidad tcnica y financiera de proyectos

de eficiencia energtica.

En la planilla Excel se ingresan los antecedentes del modelo base y mejorado, entre los que se

destacan; rea del edificio, porcentaje de eficiencia que tuvo la mejora, tipo y costo de

combustible utilizado, carga de calefaccin para el Edificio, costos de inversin para cada

mejora, tasa de inflacin y tiempo de vida del proyecto. Con todo esto el software realiza un

anlisis de rentabilidad a travs de un grafico y tasa interna de retorno. Se proyecta una vida til

del Edificio de 60 aos, lleva 20 en funcionamiento, por lo tanto, el estudio se realiza a 40 aos.


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Captulo 4 Resultados y Anlisis

37 37Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edificio del Departamento de Ingeniera de Obras


CAPTULO 4

RESULTADOS Y ANALISIS


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CAPITULO 4 RESULTADOS Y ANALISIS

4.1 Introduccin

En este captulo se dan a conocer todos los resultados obtenidos al realizar las simulaciones del

modelo en el software Design Builder correspondiente al edificio de Ingeniera de Obras Civilesen condiciones actuales y modificadas, es pertinente mencionar que el programa entrega un sinfn

de informacin respecto al comportamiento trmico del edificio, la cual es acotada y seleccionada

de acuerdo al estudio que se est realizando.

Luego, se evalan las variables ms influyentes a travs del software Qualitek, obteniendo las

posibles alternativas de mejoramiento trmico. Las que finalmente son analizada a travs del

software Retscreen de acuerdo a la rentabilidad que cada una de ellas genera a lo largo de los

aos.

4.2 Diagnstico de la situacin Actual

Al ejecutar la simulacin del modelo en Design Builder este analiza todos los datos ingresados,

realiza los respectivos clculos energticos y proporciona resultados de forma grafica y

numrica, en este caso para la situacin base del Edificio, es decir, la aproximacin mas real

actualmente.

4.2.1 Energa Anual del Edificio

Se presentan los resultados respecto de las Cargas del sistema, es decir la carga energtica que

necesita el edificio para calefaccionar o refrigerar los diferentes recintos. En este caso solo

calefaccin, ya que el edificio no cuenta con sistema de refrigeracin de ningn tipo. La demanda

energtica bajo las condiciones actuales es de 107.450 kWh anual (107,45 MWh/ao).

Un dato importante que se obtiene de los grficos es la energa anual normalizada, que consiste

en la energa utilizada en un ao para un metro cuadrado del edificio. Para el caso basecorresponde a 74,28 kWh/m2.


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Figura 4. 1 Demanda Energtica Anual

4.2.2 Ganancias Internas

El edificio y sus elementos constructivos, en su interaccin con el medio ambiente, se someten a

una serie de fenmenos de transferencia, captacin y almacenamiento de calor. En este caso las

ganancias internas como forma de energa pueden ser cuantificadas y analizadas de acuerdo al

aporte que presentan.

Figura 4. 2 Ganancias Internas Anuales.


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40 40Evaluacin de Estrategias de Mejoramiento Trmico en el Edifi

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