Vivir con lo mínimo: análisis del Cabanon de Le Corbusier desde el comportamiento térmico

VIVIR CON LO MÍNIMO Energía, Arquitectura y Medio Ambiente Trabajo Final de Máster David Leonardo Moreno Herrera Director: Albert Cuchí Burgos 2023 Análisis del Cabanon de Le Corbusier desde el comportamiento térmico Agradecimientos: A mi familia, por darme la fuerza. A Ana, por su apoyo incondicional. A Albert, por mostrarme una forma diferente de entender la sostenibilidad. 1 / 68 0.Resumen ..................................................................................................2 1.Introducción .............................................................................................3 2.Objetivos ..................................................................................................4 2.1. Generales 2.2. Específicos 3.Estado del Arte ........................................................................................5 3.1. Cálculo Térmico en la edificación 3.2. El confort térmico 3.4. Desde la cabaña mínima 3.5. El Cabanon de Le Corbusier 3.6. El lugar 4.Metodología ...........................................................................................22 4.1. Obtención y análisis de resultados 4.2. Protocolo y parámetros para la simulación 4.3. Parámetros de aplicación de límites de confort térmico 5.Resultados y Análisis ..............................................................................29 5.1. Desempeño térmico del lugar 5.2. Desempeño térmico de una vivienda estándar en Roquebrune-Cap-Martin 5.3. Desempeño térmico del Cabanon de Le Corbusier 5.4. El Cabanon más allá de un refugio de verano 5.5. Un Cabanon Bioclimático 5.6. La normativa española frente al confort adaptativo 5.7. ¿Por qué funciona el Cabanon desde el punto de vista térmico? 6.Conclusiones .......................................................................................... 58 7.Referencias ............................................................................................ 59 7.1. Libros 7.2. Normativa 7.3. Artículos y Reportes 7.4. Sitios Web 8.Bibliografía ............................................................................................61 8.1. Libros 8.2. Tesis y Tesinas 8.3. Otros 8.4. Artículos y Reportes 9.Anexos ...................................................................................................62 ÍNDICE 2 / 68 Resumen 0. RESUMEN Palabras clave: confort térmico, modelo adaptativo, modelo estático, ahorro energético, arquitectura bioclimática, clima mediterráneo, simulación térmica, Le Corbusier, Cabanon, desempeño térmico. El trabajo analiza el comportamiento térmico del Cabanon, una cabaña de madera de 16 m2 a orillas del Mediterráneo diseñada por Le Corbusier, habitada como casa de verano para sus vacaciones. El hecho representa un giro insólito en la trayectoria profesional del ícono del "movimiento moderno", y es la motivación para un análisis que se adentra en la evaluación de las condiciones de habitabilidad térmica de la estructura, junto con la implementación de estrategias bioclimáticas que logren prolongar el tiempo en el que ésta mantiene temperaturas interiores dentro de rangos considerados como confortables. Esta aproximación busca explorar el comportamiento térmico de arquitecturas icónicas y fomentar la reflexión sobre el concepto de la mínima habitabilidad en un contexto de crisis ambiental. Además, presenta la oportunidad de comparar las exigencias normativas españolas con los estándares de confort más actuales. La metodología implica simulaciones del comportamiento térmico a lo largo del año y la aplicación de los rangos de temperaturas confortables según las normativas CTEDB-HE y EN 16798-1. Los resultados revelan que, según la EN 16798-1, el Cabanon lograba proporcionar condiciones de confort térmico durante el 88% del tiempo del mes en que era habitado, y un 53% según el CTE-DB- HE. Mediante un análisis detallado del contexto y la aplicación de estrategias bioclimáticas, esta cabaña consigue extender el porcentaje a un 91% de todo el año dentro de la EN 16798-1 y un 60% en el rango CTE.DB.HE. Ofreciendo hasta un 25% más de horas de confort que una vivienda estándar. Esto confirma la utilidad del modelo adaptativo para elevar los límites de confort durante los meses cálidos y proporcionar una proyección precisa de la neutralidad térmica en edificios ventilados naturalmente. En contraste, la normativa española no provee esta precisión y sus exigencias conllevan al aumento de la demanda energética Comprender la controvertida decisión de Le Corbusier de habitar el Cabanon, implica asumir que éste es más que una cabaña de madera. Partir de la mínima habitabilidad en el análisis térmico, plantea un enfoque proyectual alternativo que puede extender los alcances del bioclimatismo a la hora de proponer una habitabilidad sostenible. 3 / 68 Introducción 1. INTRODUCCIÓN A sus 64 años, el reconocido arquitecto Le Corbusier decidió construir el Cabanon, una pequeña cabaña de madera en la orilla del Mediterráneo, como un refugio apartado en el que pasaba sus vacaciones. Resulta intrigante que el arquitecto emblemático del "movimiento moderno", símbolo de progreso cultural y tecnológico basado en la ciencia e industrialización, optara, al final de su carrera, por apartarse de la vida "moderna" y las "comodidades" que ésta conlleva. Parecería inexplicable que su forma elegida de retiro en sus últimos años, cuando la búsqueda de comodidad parece fundamental, fuera una diminuta cabaña de madera junto al Mediterráneo en lugar de uno de los lujosos apartamentos en el edificio Clarté en Ginebra o, incluso, la Villa Savoye. ¿Realmente podía el Cabanon ofrecer condiciones confortables?. Resulta lógico asumir, que las ciudades contemporáneas son producto de una constante búsqueda por proporcionar un hábitat lo más confortable posible para el ser humano. La "máquina de habitar" se fundamenta en la idea de que todas sus infraestructuras y tecnologías están diseñadas con ese propósito en mente. Sin embargo, la sociedad contemporánea se enfrenta a una crisis ambiental en la cual el consumo desproporcionado de energía juega un papel fundamental. Según la Agencia Europea del Medio Ambiente, solo el 21,8% de la energía consumida en Europa en 2022 proviene de fuentes renovables. Dentro de este consumo energético, la Directiva Europea EPBD 2018/844/EU especifica que "casi el 50% del consumo de energía final de la Unión se destina a calefacción y refrigeración, de los cuales el 80% se consume en edificios". Esta creciente dificultad para satisfacer la demanda de energía se ha reflejado en el aumento de los precios de la electricidad y los combustibles, lo que ha dado lugar al término "pobreza energética". Se considera que un usuario corre riesgo de padecer pobreza energética cuando gasta más del 10% de sus ingresos en energía, y según esta medida, 124 millones de europeos están en riesgo (Bienvenido-Huertas, D. 2021). Gobiernos y academia han abordado este problema mediante el enfoque de "ahorro-eficiencia" energética, que supone reducir el consumo de energía externa. Pero esta perspectiva presupone la existencia de un consumo de energía externa a "disminuir" para que haya "ahorro". En este contexto, entender la singular elección de Le Corbusier y su proyecto, en apariencia un simple detalle anecdótico, puede ser un punto de partida para la necesaria reflexión en torno a la habitabilidad con los mínimos recursos que nos demanda la contemporaneidad. En la medida en que el Cabanon sea capaz de ofrecer condiciones confortables desde el punto de vista térmico, podríamos cuestionarnos si la arquitectura y energía que demandan nuestras ciudades es un imperativo para proporcionar ambientes térmicamente habitables. ¿Es la reducción de un consumo inevitable e insostenible de energía la única vía hacia la sostenibilidad? ¿O es a partir de una arquitectura deconstruida, que elimina la dependencia de energía externa, como podemos acercarnos a estándares de vida contemporáneos?. El análisis del comportamiento térmico del Cabanon, además de ser un trabajo investigativo de arquitectura histórica, nos obliga a explorar en qué medida la energía del entorno puede proveer condiciones que nos acerquen al confort térmico en la vivienda mediterránea. Partir de esta comprensión podría ofrecer un abordaje alternativo con fines proyectuales. Tal vez sea válido comenzar con lo mínimo para alcanzar lo máximo, en lugar de partir de lo máximo para lograr lo mínimo. "Estoy tan a gusto en el Cabanon que seguramente acabaré mis días aquí" Le Corbusier (Weber, N. F. 2008) 4 / 68 Objetivos 2. OBJETIVOS 2.1. Generales Evaluar en qué medida el Cabanon de Le Corbusier puede ofrecer condiciones de habitabilidad desde el punto de vista térmico. Y cómo dichas condiciones pueden mejorar por medio de estrategias bioclimáticas, que aumenten el período durante el cual el proyecto mantiene temperaturas interiores dentro de los rangos recomendados por diferentes modelos de confort, gastando así, la menor cantidad posible de energía y recursos de ciclo abierto. A partir de este análisis, fomentar la reflexión en torno al hábitat mínimo como punto de partida para el desarrollo de estrategias proyectuales alternativas, que exploren modos de habitar más sostenibles. 2.2. Específicos - Identificar los fenómenos que explican el desempeño térmico de cada uno de los casos de estudio. - Explorar diversas estrategias bioclimáticas que consigan mejorar las condiciones de habitabilidad del Cabanon desde el punto de vista térmico, entendiendo sus mecanismos y formas de aplicación. - Analizar comparativamente el desempeño térmico del Cabanon con el de una vivienda estándar en las mismas condiciones, para así, determinar cual de los dos casos ofrece mejores condiciones de habitabilidad desde el punto de vista térmico, según los estándares de confort utilizados. - Determinar si el modelo de confort adoptado por la normativa española permite hacer una proyección acertada de la sensación térmica de los usuarios en los edificios y qué otros modelos pueden ser aplicados para tal fin. - Identificar el impacto de la aplicación de diferentes modelos de confort en las exigencias térmicas de un edificio -Incluir parámetros de habitabilidad dentro del análisis y entendimiento de la arquitectura históricamente representativa. 5 / 68 Estado del Arte 3.1. Cálculo Térmico en la edificación El cálculo de la temperatura en el interior (Ti en ºC) de los edificios se basa en el estudio del comportamiento de la energía y su interacción con las condiciones exteriores. Este comportamiento se fundamenta en el concepto de equilibrio térmico, el cual consiste en equilibrar las ganancias (W/ m3) y las pérdidas (W/(ºC*m3)) de energía en función de una temperatura determinada del entorno exterior (Te en ºC). Las ganancias de energía se dividen en ganancias internas (I, principalmente provenientes del sol), y ganancias externas (D, generadas por los usuarios, equipos y sistemas de iluminación). Las pérdidas, en cambio, se clasifican en pérdidas por transmisión (Gt, a través de los elementos sólidos) y pérdidas por ventilación (Gv, mediante el aire). La ecuación resultante es la siguiente (Serra Florensa, R., & Coch Roura, H., 2001): equaciones tesis David Leonardo Moreno Herrera June 2023 1 Introduction Balance t´ermico Ti =  I+D Gt +Gv  +Te Variabilidad ∆Ti =∆Te+I+D Gt +Gv − I′+D′ Gt′+Gv′×1−e −t∗G‘ M 1 Con esta ecuación es posible predecir la temperatura interior del espacio bajo condiciones constantes. Sin embargo, si deseamos conocer cómo varía la temperatura entre dos condiciones diferentes, nos referimos a la variabilidad térmica, como la que hay entre el día y la noche. Para esto, es necesario comparar el balance térmico de la situación de base con el balance térmico de la situación desfavorable y con la variación de la temperatura exterior. Además, añadir el periodo de variación térmica (t en horas) y las pérdidas de la situación desfavorable (G', en W/(ºC*m3)) sobre la masa térmica unitaria de la envolvente (M, en Wh/(ºC*m3)) mediante el número de Euler (e). La expresión matemática de este cálculo sería la siguiente (Serra Florensa, R., & Coch Roura, H., 2001): equaciones tesis David Leonardo Moreno Herrera June 2023 1 Introduction Balance t´ermico Ti =I+D Gt +Gv +Te Variabilidad ∆Ti =  ∆Te+I+D Gt +Gv − I′+D′ Gt′+Gv′  ×  1−e −t∗G‘ M  1 El cálculo manual es útil para obtener valores iniciales aproximados, pero resulta tedioso realizar múltiples balances térmicos para determinar el comportamiento de un espacio a lo largo del tiempo. En lugar de ello, se puede recurrir a programas de simulación como DesignBuilder, en los cuales se ingresan todos los parámetros de ganancias y pérdidas, permitiendo que el software realice de manera automatizada y simultánea todos los balances térmicos durante el periodo seleccionado (días, semanas, horas). Como resultado, se obtiene una serie de datos que pueden presentarse en forma de tabla o gráfica. Imagen 3.1.1: Tabla ejemplo generada con los datos de una simulación anual de temperatura interior utilizando el software DesignBuilder. Elaboración Propia. 3. ESTADO DEL ARTE 6 / 68 Estado del Arte En este ejemplo hay diferentes valores de temperatura, el primero que salta a la vista es la temperatura de bulbo seco que se encuentra en la mayoría de los casos por debajo de la temperatura interior. Esta temperatura se refiere a la temperatura del aire en el interior de un termómetro convencional de mercurio, el cual está seco. Su valor suele ser inferior debido a que en el exterior no hay ganancias internas y el aire circula de forma totalmente libre (mayores pérdidas). Luego hay tres valores cercanos pero que indican cosas distintas: la temperatura del aire es aquella del medio gaseoso en el que estamos, la temperatura radiante es la temperatura de los sólidos que componen la envolvente del edificio y que se irradia hacia el aire, la temperatura operativa es la media aritmética entre ambos. En este trabajo tomaremos en cuenta principalmente la temperatura exterior de bulbo seco (Te) y la temperatura operativa (Ti). 3.2. El confort térmico La temperatura de un espacio es algo que se puede calcular o medir con precisión utilizando las herramientas adecuadas, es un hecho objetivo y su valor es exacto. Sin embargo, a la hora de determinar qué temperatura le resulta confortable a las personas, la tarea se complejiza, pues la temperatura "confortable" es una cualidad netamente subjetiva. Estándares internacionales como la ISO 7730 (2005) definen el confort como "aquella condición en la que existe satisfacción respecto del ambiente térmico", pero esa satisfacción en realidad corresponde a una sensación de neutralidad en la que el la cantidad de energía térmica que el cuerpo libera al exterior no es: ni tanta como para que nuestra temperatura interior baje del rango de 36-37ºC, ni tan poca como para que nuestra temperatura interior suba de dicho rango. Como veremos, existen diversos factores físicos, psicológicos, internos y externos que intervienen en la regulación de este equilibrio. El modelo estático La primera aproximación al problema fue desarrollada por Fanger, P. O. (1970) fue él quien desarrolló el primer modelo de confort que a día de hoy, el cual sigue estando en buena parte vigente. Con base en diversos experimentos en cámaras de laboratorio cerradas cuyas condiciones estaban totalmente controladas, determina que no existe una única temperatura confortable, sino que ésta varía, principalmente, según 6 parámetros físicos: temperatura del aire (ta), temperatura radiante (tr), velocidad del aire (var), presión de vapor de agua (Pa), actividad metabólica del usuario (M) y aislamiento térmico de la ropa (hc). Posteriormente, reúne diversos estudios aislados y consigue unificarlos en un único modelo matemático que logra "predecir" qué tan confortable va a estar un grupo de personas en determinadas condiciones según una escala de 7 niveles, de -3 a 3, siendo 0 un estado de neutralidad o "confort". A esto le dio el nombre de "voto medio previsto" (predicted mean vote, PMV). Dicho PMV, corresponderá a una proporción personas insatisfechas entre el grupo en mención, es decir, un "porcentaje de insatisfechos" (percentage of dissatisfied, PPD). Bienvenido-Huertas, D (2021) expresa de forma clara la relación entre estos dos conceptos: Imagen. 3.2.1: Relación lineal entr PMV y PPD. 7 / 68 Estado del Arte La ISO 7730 (2005) aún vigente, adopta el modelo matemático de Fanger y lo expresa de esta manera: Además, establece tres categorías de confort a partir del PPD: < 6 (categoría a), < 10 (categoría b) y <15 (categoría c). El estándar EN 16798-1 (2019) renombra las categorías de letras a números romanos (I, II y III) y adiciona una categoría IV que tolera hasta un PPD < 25. Estas categorías responden a niveles de expectativa según estos criterios: Table 3.2.1: Categorías para rangos de confort según el PPD. 14 / 68 Estado del Arte Imagen 3.5.5: Corte longitudinal C del Cabanon (Flueckiger, U. P. 2019) Imagen 3.5.3: Corte transversal B del Cabanon (Flueckiger, U. P. 2019) Imagen 3.5.4: Vista interior del Cabanon (Flueckiger, U. P. 2019) 15 / 68 Estado del Arte Imagen 3.5.6: Fachada sur-oeste del Cabanon (Flueckiger, U. P. 2019) Imagen 3.5.7: Fachada sur-este del Cabanon (Flueckiger, U. P. 2019) Imagen 3.5.8: Fachada nor-este del Cabanon (Flueckiger, U. P. 2019) 16 / 68 Estado del Arte Los cerramientos del cabanon son bastante simples, los muros están compuestos de un entablado de madera horizontal con acabado cilíndrico que le da la apariencia rústica de estar hecha con troncos al exterior. El piso es en entablado de pino y la cubierta de asbesto con un cielorraso de tablero de pino Imagen 3.5.9: Axonometría explotada del cabanon (Flueckiger, U. P. 2019) Teja de Asbesto Entablado de pino Tablero de pino Entramado de pino Entramado de pino Cielo raso de pino Entablado de pino Entablado rollizo de pino 17 / 68 Estado del Arte 3.6. El lugar Imagen 3.6.1:Ubicación del Cabanon a gran escala. Fuente: https://www.openstreetmap.org/#map=13/43.6734/7.2760 El CabanonEl Cabanon Imagen 3.6.2: Vista del cabanon desde la Costa Azul generada por medio de imágenes satelitales de Apple Maps. El CabanonEl Cabanon El Cabanon se encuentra en Roquebrune-Cap-Martin, en la costa azul mediterránea, situado entre Niza y la frontera que separa Francia de Italia. Este lugar aislado carece de acceso vehicular, con las vías del tren en la parte superior y la abrupta costa rocosa en la parte inferior. La cabaña forma parte de un conjunto de diversas estructuras que se disponen en paralelo a las curvas de nivel de una topografía empinada que desciende hacia la costa. Concretamente, el Cabanon se sitúa en uno de los rellanos, aproximadamente a unos 30 metros de la costa. Su fachada principal está orientada a 49º con respecto al eje este-oeste, y sus coordenadas aproximadas son 43.76º latitud N y 7.46º longitud E. 18 / 68 Estado del Arte Imagen 3.6.4: Corte del terreno de implantación del Cabanon (Flueckiger, U. P. 2019). Imagen 3.6.3: Localización de Cabanon (Flueckiger, U. P. 2019). 19 / 68 Estado del Arte Annual Weather Data : Daily Values 0 5 10 15 20 25 °C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec DBT Dry Bulb Temperature RH Relative Humidity Imagen 3.6.5: Gráfico anual horario de temperatura exterior y humedad relativa. Annual Weather Data : Daily Values 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Wh/m2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec GHS Global Horizontal Solar Radiation CC Total Cloud Cover Imagen 3.6.6: Gráfico anual horario de radiación diaria y nubosidad. El clima de la región es mediterráneo-frío, caracterizado por una temperatura media anual de 15ºC, un nivel de precipitación anual intermedio de 740 mm y una humedad promedio del 70%. La radiación diaria alcanza los 900 Wh/m2 en julio y los 300 Wh/m2 en enero, mientras que los vientos presentan una velocidad media de 3 m/s. Durante los meses fríos, los vientos provienen del noroeste, mientras que en los meses cálidos, soplan desde el suroeste. A continuación, se presentan los gráficos clave que ilustran la información climática relevante, generados mediante la herramienta de visualización EPW de Marsh A (s.f.). 20 / 68 Estado del Arte Los datos meteorológicos empleados para las simulaciones en este estudio son datos de "años típicos" basados en registros históricos reales. Estos datos se ajustan mediante procedimientos estadísticos para que sean coherentes con la información meteorológica a largo plazo y se presentan en archivos climáticos en formato .EPW, que son utilizados por el motor de cálculo EnergyPlus™ para las simulaciones térmicas. Estos archivos son parte de los "ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) IWEC (International Weather for Energy Calculation) weather files for international locations". La fuente principal de estos archivos es el NCDC (National Climatic Data Center) de Estados Unidos, una entidad que recopila datos meteorológicos en tiempo real de diversas ubicaciones alrededor del mundo. Los datos empleados corresponden a la ciudad costera de Niza, que se encuentra a 43.70º latitud N y 7.26º longitud E, aproximadamente a 35 minutos en coche de Roquebrune-Cap-Martin. Imagen 3.6.8: Ubicación del Cabanon en relación con la ciudad de Niza, basada en imágenes satelitales de Apple Maps. El CabanonEl Cabanon Estación met. de NizaEstación met. de Niza Annual Weather Data : Daily Values 0 50 100 150 200 250 300 deg 0 2 4 6 8 10 12 m/s Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec WD Wind Direction WS Wind Speed Imagen 3.6.7: Gráfico anual horario de velocidad y deirección de vientos. 21 / 68 Estado del Arte Imagen 3.6.9: Vista frente al Cabanon hacia el suroeste de la Costa Azul (Flueckiger, U. P. 2019). Imagen 3.6.10: Vista frente al Cabanon hacia el sureste de la Costa Azul (Flueckiger, U. P. 2019). 22 / 68 Metodología La evaluación del comportamiento térmico de los casos de estudio en este trabajo se divide en dos partes. En primer lugar, se lleva a cabo la simulación del comportamiento térmico interior, seguida de la aplicación de los rangos de temperaturas confortables según el CTE-DB-HE y la EN 16798-1 a los resultados obtenidos. El objetivo es determinar el porcentaje de horas en las que el espacio interior estudiado se mantiene dentro de los rangos de temperatura recomendados por cada modelo de confort. Se consideran como confortables condiciones en las que el 90% o más de las horas se encuentran dentro de los rangos de los estándares utilizados, mientras que el 80% se toma como condiciones aceptables. Para poder evaluar el desempeño térmico del Cabanon, es necesario tener puntos de referencia. Por ello, el procedimiento descrito se realiza primero con las temperaturas exteriores del lugar y posteriormente con una vivienda estándar. La vivienda estándar está definida como una unidad de vivienda que cumple con los requisitos establecidos por el CTE en lo que respecta al tamaño y características de la envolvente, además de tener un régimen de uso convencional de una pareja empleada. Se evalúa el desempeño térmico de dicha unidad con ventilación natural y control de radiación pasivos para determinar en qué medida la vivienda requiere de sistemas de acondicionamiento térmico artificiales o no. Posteriormente, se evaluará (de forma aproximada) la energía adicional necesaria para mantener la vivienda dentro de rangos de temperatura exigidos por la normativa española vigente (CTE-DB-HE), cuando los sistemas pasivos no logran conseguirlo. Posteriormente, se evalúa el desempeño térmico del Cabanon tal como fue usado por Le Corbusier. Finalmente, se investiga cómo se puede modificar el Cabanon para aumentar las horas en las que el edificio permanece dentro de los rangos recomendados de temperatura. Estas modificaciones buscan conservar la forma, funcionalidad y servicios del original, gastando la menor cantidad posible de energía y recursos de ciclo abierto. 4.1. Obtención y análisis de resultados En cada caso de estudio se realizaron simulaciones para evaluar el balance térmico a lo largo del año, en intervalos de una hora. Estas simulaciones proporcionaron datos sobre la temperatura interior operativa, así como la humedad relativa. Estos datos se sometieron a un proceso de análisis mediante un código de programación desarrollado internamente en Python 3.10. Este código generó gráficos anuales que representaban las temperaturas superpuestas a los límites de confort previamente mencionados y calculó el número de horas en las que las temperatura interior operativa y la temperatura exterior se encontraron dentro de los rangos considerados como confortables. Se crearon gráficos mensuales para evaluar el comportamiento semanal y representaciones del día promedio de cada mes para observar oscilaciones diarias. Esta metodología permitió un diagnóstico preciso del comportamiento térmico de los casos estudiados y la evaluación detallada del impacto de las estrategias implementadas. 4.2. Protocolo y parámetros para la simulación La simulación se realizará por medio del programa DesignBuilder v6.1.0.006, el cual usa el motor de cálculo EnergyPlus™ versión 9.2.0. Para conseguir una simulación verídica, se han adoptado dos estrategias: Primero, la verificación de los resultados de simulaciones principales con cálculo manual de balance y variabilidad. En este caso, se calcularon las temperaturas de un día promedio de los meses de enero y julio de la simulación, y se compararon con los resultados de la ecuación de balance y variabilidad para un día promedio de los mismos meses. Segundo, para cada versión expuesta se simuló cada una de las modificaciones de los parámetros y fueron analizados sus resultados uno a uno de forma acumulativa hasta llegar a los casos de estudio deseados y expuestos en este trabajo. Esto permite tener un control claro del impacto de cada uno de los ajustes y saber si tenían algún 4. METODOLOGÍA 23 / 68 Metodología Imagen 4.2.2: Escenarios principales analizados para el Cabanon. En verde intenso escenarios expuestos en el trabajo, en rojo escenarios descartados, en verde tenue pasos intermedios. Imagen 4.2.1: Escenarios principales analizados para la vivienda estándar. En azul intenso escenarios expuestos en el trabajo, en rojo escenarios descartados, en azul tenue pasos intermedios. 30 / 68 Resultados y Análisis Dentro de los equipos usados, se contemplan aquellos que ocuparían una vivienda estándar: nevera, lavadora, lavaplatos, celulares, una computadora y televisor. Se estima que estos equipos tendrían un gasto máximo de 1520 W, que varía entre días laborales y fines de semana: Imagen 5.2.3: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de persiana entre junio y septiembre en vivienda estándar. % Las ganancias externas están determinadas principalmente por la radiación solar incidente, la orientación y la topografía, sin embargo, los elementos de protección solar son un factor de control manual que el usuario emplea en la medida en que percibe temperaturas elevadas. Teniendo en cuenta esta posibilidad, para la vivienda estándar se han configurado persianas enrollables exteriores de PVC convencionales en las ventanas del edificio, que operan entre junio y septiembre según el siguiente esquema: Las ganancias internas, están determinadas por la ocupación, iluminación, equipos y cocción de alimentos. Desde la ocupación, se ha configurado una pareja empleada con una tasa metabólica máxima de 1.2 met, que equivale a unos 125 W/ persona de calor liberado y corresponde a estar de pié estático, esta energía varía entre la vigilia y el sueño según los siguientes gráficos de uso entre días laborales y fines de semana: Imagen 5.2.4: Horario (24h) e intensidad (%) de ocupación en días laborales en vivienda estándar. % Imagen 5.2.5: Horario (24h) e intensidad (%) de ocupación en fines de semana en vivienda estándar. % 31 / 68 Resultados y Análisis Imagen 5.2.6: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de equipos en días laborales en vivienda estándar. % Imagen 5.2.7: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de equipos en fines de semana en vivienda estándar. % La cocción prevé una unidad pequeña de inducción que aporta un máximo de 2000W que varía entre: días laborales, sábados sin cocción, y domingos: Imagen 5..2.8: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de equipos de cocción en días laborales en vivienda estándar. % Imagen 5.2.9: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de equipos de cocción los domingos en vivienda estándar . % La iluminación artificial está compuesta por aparatos LED con una intensidad de 3 W/m2, lo que equivaldría a una aportación máxima de 114 W en el área a climatizar. Esta intensidad varía entre periodos más largos de luz solar, abril-septiembre, y periodos más cortos de luz solar, octubre-marzo: 32 / 68 Resultados y Análisis Imagen 5.2.10: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de iluminación artificial de octubre a marzo en vivienda estándar. % Imagen 5.2.11: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de iluminación artificial de abril a septiembre en vivienda estándar. % Las pérdidas constan de dos partes, la primera es la transmisión de calor por medio de la envolvente, determinada por la transmitancia térmica expuesta en la tabla 5.2.2. La segunda, es el intercambio de aire entre el interior y el exterior. Este intercambio se da por medio de la infiltración y la ventilación natural. La infiltración para este caso fue fijada con un valor optimista de 0,3 ac/h, asumiendo que las soluciones constructivas modernas de la vivienda estándar proveen un buen estancamiento de aire al interior. Simulación con ventilación natural Tras definir los parámetros generales de simulación para la vivienda estándar, el primer escenario a analizar es el de la vivienda sin sistemas de climatización artificial y ventilación natural. Teniendo en cuenta que las renovaciones de aire que puede proveer un sistema de ventilación cruzada oscila entre las 8 y las 20 ac/h (Serra Florensa, R., & Coch Roura, H. 2001), se asumen valores favorables de 15 ac/h para el caso de la vivienda estándar, suponiendo que la construcción logra implementar un sistema de ventilación natural eficiente. El funcionamiento de esta ventilación es continuo durante todo el año excepto en diciembre y enero, cuando la temperatura es demasiado baja: Imagen 5.2.12: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de ventilación natural de diciembre y enero en vivienda estándar. % Imagen 5.2.13: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de ventilación natural de febrero a noviembre en vivienda estándar. % 33 / 68 Resultados y Análisis Los resultados del gráfico anual revelan que la vivienda estándar logra aprovechar de forma eficaz la energía de las ganancias internas y evitar las pérdidas por intercambio térmico a través de los cerramientos. El efecto es una diferencia de temperaturas interiores y exteriores de hasta 10 grados, favorable para el invierno. Sin embargo, la variabilidad diaria llega a los 10ºC y en verano la ventilación natural y el control solar no logran hacer descender las temperaturas lo suficiente. El lugar Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura exterior en rango EN 16798-1 (%) 1 0 4 0 27 56 79 78 53 19 1 0 26 Horas de temperatura exterior entre rango del CTE-DB-HE (%) 0 0 2 0 28 92 70 63 99 14 1 0 31 Vivienda estándar sin acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura interior entre rango EN 16798-1 (%) 49 47 76 86 79 68 59 59 72 89 60 50 66 Horas de temperatura interior entre rango del CTE-DB-HE (%) 47 28 61 94 98 44 23 22 51 89 43 42 53 Vivienda estándar con acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 El Cabanon inicial Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 10 15 25 34 35 49 56 56 48 35 13 832 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 3 8 19 32 65 55 44 47 64 44 10 233 El Cabanon de Le Corbusier Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 2 2 11 18 46 69 83 88 64 25 5 2 35 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 0 0 3 7 54 74 52 53 77 25 3 0 29 El Cabanon de Le Corbusier todo el año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 6 9 21 37 64 80 93 88 83 47 14 646 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 1 1 821 75 77 51 53 69 54 9 1 35 Un Cabanon con inercia térmica Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 3 5 22 39 74 87 100 94 89 50 15 448 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 10931 71 94 78 73 95 58 13 044 Un Cabanon Aislado Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 59 65 92 97 100 100 100 100 100 100 85 60 88 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 24 31 57 91 99 86 45 45 61 100 57 28 60 Un Cabanon ideal Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 65 75 98 99 100 100 100 100 100 100 87 63 91 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 26 40 66 96 100 84 38 39 49 100 61 27 60 Un Cabanon ideal días promedio del mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 83 88 100 100 100 100 100 100 100 100 100 79 96 Imagen 5.2.14: Gráfico anual por hora de desempeño térmico de la vivienda estándar sin acondicionamiento artificial. En este caso, el efecto adaptativo resulta más favorable con temperaturas elevadas, se evidencia que el límite superior más alto es la causa principal en la diferencia de horas de confort entre los estándares. Imagen 5.2.15: Gráfico anual por hora de humedad relativa en de la vivienda estándar sin acondicionamiento artificial. La humedad relativa permanece en rangos tolerables dentro de las zonas de confort del cuadro de Olgyay, rara vez sube del 80%, principalmente en septiembre, o baja del 15% principalmente en enero. La magnitud del aislamiento térmico y la gran estanqueidad de la envolvente producen enormes oscilaciones de temperaturas interiores de más de 10 ºC que desbordan ambos límites del modelo adapta adaptativo. 34 / 68 Resultados y Análisis Imagen 5.2.16: Gráfico de enero por horas de desempeño térmico de la vivienda estándar sin acondicionamiento artificial. En los meses más calurosos, la efectiva ventilación cruzada y el control solar logran controlar un poco los picos de temperatura, sin embargo, las elevadas temperaturas exteriores y el exceso de aislamiento produce rápidas alzas de temperatura, que se salen de los límites de confort en las horas de mayor temperatura exterior. Imagen 5.2.17: Gráfico de agosto por horas de desempeño térmico de la vivienda estándar sin acondicionamiento artificial. Simulación de vivienda estándar con acondicionamiento térmico artificial En este caso, manteniendo el mismo régimen de ventilación natural, se ha configurado un sistema alterno de acondicionamiento tipo FanCoil que inyecta aire caliente o frío en las franjas en las que no hay ventilación natural, para mantener siempre las temperaturas interiores dentro de los límites de confort recomendados por el CTE. Se han elegido las temperaturas del modelo estático como los límites de operación del sistema de climatización por dos razones: primero, es más cercano conceptualmente a una vivienda estándar que cumpla con normativa española, y segundo, el modelo adaptativo ha demostrado ser ineficaz en condiciones de estanqueidad sin ventilación natural. La ficha técnica de simulación de DesignBuilder arroja que, si quisiéramos mantener a esta vivienda en temperaturas interiores dentro los rangos de confort elegidos durante todas la horas del año, el gasto energético ascendería a los 4750 kWh anuales o 125 kWh/m2. Esta cifra es apenas una estimación aproximada, pues el cálculo y diseño de un sistema de climatización a detalle, está fuera del alcance del presente trabajo. Por lo tanto, el resultado puede variar según la instalación y equipos a configurar. Sin embargo es una cifra indicativa de la cantidad de energía que requiere la arquitectura estandarizada para satisfacer las exigencias de la normativa española. Energía que se busca suplir por medio del bioclimatismo en una diminuta cabaña de madera. 35 / 68 Resultados y Análisis El lugar Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura exterior en rango EN 16798-1 (%) 1 0 4 0 27 56 79 78 53 19 1 0 26 Horas de temperatura exterior entre rango del CTE-DB-HE (%) 0 0 2 0 28 92 70 63 99 14 1 0 31 Vivienda estándar sin acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura interior entre rango EN 16798-1 (%) 49 47 76 86 79 68 59 59 72 89 60 50 66 Horas de temperatura interior entre rango del CTE-DB-HE (%) 47 28 61 94 98 44 23 22 51 89 43 42 53 Vivienda estándar con acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 El Cabanon inicial Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 10 15 25 34 35 49 56 56 48 35 13 832 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 3 8 19 32 65 55 44 47 64 44 10 233 El Cabanon de Le Corbusier Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 2 2 11 18 46 69 83 88 64 25 5 2 35 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 0 0 3 7 54 74 52 53 77 25 3 0 29 El Cabanon de Le Corbusier todo el año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 6 9 21 37 64 80 93 88 83 47 14 646 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 1 1 821 75 77 51 53 69 54 9 1 35 Un Cabanon con inercia térmica Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 3 5 22 39 74 87 100 94 89 50 15 448 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 10931 71 94 78 73 95 58 13 044 Un Cabanon Aislado Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 59 65 92 97 100 100 100 100 100 100 85 60 88 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 24 31 57 91 99 86 45 45 61 100 57 28 60 Un Cabanon ideal Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 65 75 98 99 100 100 100 100 100 100 87 63 91 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 26 40 66 96 100 84 38 39 49 100 61 27 60 Un Cabanon ideal días promedio del mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 83 88 100 100 100 100 100 100 100 100 100 79 96 Imagen 5.2.18: Gráfico anual por hora de desempeño térmico de la vivienda estándar con acondicionamiento artificial. La humedad relativa se mantiene dentro de límites admisibles, sin embargo, son visibles los efectos de la climatización artificial secando el aire en picos de actividad de calefacción. Imagen 5.2.19: Gráfico anual por hora de humedad relativa en la vivienda estándar sin acondicionamiento artificial. 5.3. Desempeño térmico del Cabanon de Le Corbusier Parámetros de simulación generales El Cabanon es una construcción con un área interior de 16m2 y un volumen de acondicionamiento de 36 m3. La estructura está simplemente apoyada en rocas puntuales que lo elevan aproximadamente 30 cm del terreno, lo que genera un espacio para el flujo de aire (imágenes 3.5.3 y 3.5.5). Posee tres fachadas en contacto con el aire exterior y una que colinda con el restaurante, considerado como espacio adiabático. La tasa de infiltración de aire se fija en 0.5 ac/h asumiento una mayor infiltración de aire que en una vivienda estándar. Las aberturas se componen de una puerta de madera y 5 ventanas de acristalamiento sencillo. Las propiedades de los cerramientos se resumen a continuación: 36 / 68 Resultados y Análisis Cerramientos Vivienda Estandar Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros exteriores 0.353 Ladrillo 0.1 800 1700 Poliestireno 0.08 35 1400 Hormigón 0.1 1400 1000 Yeso 0.013 1000 1000 Muros interiores 1.92 Yeso 0.025 1000 1000 Aire 10 - - Yeso 0.025 1000 1000 Cubierta 0.347 Asfalto 0.01 2100 1000 Fibra de vidrio 0.1 30 840 Aire 0.2 - - Yeso 0.013 1000 1000 Suelo 0.258 Madera 0.005 650 1200 Lana de Roca 0.143 40 840 Mortero 0.025 1300 1000 Ventanas dobles 3vidrio doble - - - Puertas en PVC 4.1 PVC - - - Cerramientos del Cabanon de Le Corbusier Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 1.4 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.05 - - Pino 0.015 650 2120 Cubierta 1.3 Asbesto 0.015 700 1050 Aire 0.3 - - Pino 0.015 650 2120 Suelo 6.8 pino 0.025 650 1200 Aire 0.3 - - Ventanas sencillas 3.5 Vidrio sencillo - - - Puerta en madera 5.4 Madera - - - Cerramientos del Cabanon con inercia Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 2.197 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Cubierta 1.1 Pizarra 0.03 1600 1470 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.25 - - Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Suelo 1.642 Pino 0.025 650 2120 Grava 0.3 881 1674 Ventanas secillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Cerramientos del Cabanon aislado Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 0.76 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Cáñano 0.05 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Cubierta 0.29 Paja 0.2 240 180 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.15 - - Cáñano 0.15 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Suelo 0.174 Pino 0.025 650 2120 Cáñamo 0.3 290 1300 Ventanas sencillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Cerramientos del Cabanon ideal Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 0.76 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Cáñano 0.05 290 1300 pino 0.015 650 2120 Cubierta 0.27 Paja 0.2 240 180 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.15 - - Cáñano 0.15 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Suelo 0.174 Pino 0.025 650 2120 Cáñamo 0.3 290 1300 Ventanas secillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Tabla 5.3.1: Propiedades de los cerramientos del Cabanon de Le Corbusier Una primera aproximación al desempeño térmico del Cabanon En la primera aproximación, las ganancias internas se asemejan a las de la vivienda estándar. La ocupación sigue el mismo patrón descrito en la sección 5.2 e imágenes 5.2.4 y 5.2.5. La iluminación mantiene los mismos horarios e intensidad que en las imágenes 5.2.10 y 5.2.11, pero se cambia a luz incandescente, con un consumo de 12 W/m2, equivalente a 204 W de consumo máximo. Los equipos se limitan a computadoras y celulares con un consumo de 100 W, siguiendo el mismo horario e intensidad de la ocupación. En cuanto a las pérdidas, la ventilación natural conserva el mismo horario e intensidad que la vivienda estándar (imágenes 5.2.12 y 5.2.13). Sin embargo, para aumentar las horas dentro de los rangos de confort, se restringe al período entre junio y agosto, extendiendo los meses de menor ventilación al período entre septiembre y mayo. Por otro lado, considerando las tasas de renovación de aire mencionadas en la sección 5.2 (Serra Florensa, R., & Coch Roura, H. 2001), en este caso se toman valores conservadores de 8 ac/h. Esto se debe a que, a pesar de que el Cabanon cuenta con ventanas en fachadas opuestas expuestas a corrientes de viento promedio de 3 m/s, estas aberturas son bastante reducidas en tamaño y no están alineadas. En caso de que la ventilación natural no sea suficiente, se podría considerar la implementación de un sistema de ventilación mecánica de refuerzo alimentado con energía solar para alcanzar las tasas de ventilación asumidas. Finalmente, la implantación sigue los parámetros de topografía y orientación ilustrados en la sección 4.2, configurando el siguiente modelo: Imagen 5.3.2: Modelo inicial para simulación del Cabanon. El gráfico anual revela un panorama desafiante: El Cabanon no alcanza a mantenerse en temperaturas aceptables durante ni siquiera un tercio de las horas del año según ninguno de los dos modelos de confort. Además, no logra superar el umbral del 90% de confort en ningún mes. Bajo el modelo adaptativo, el mes de agosto sigue siendo uno de los más confortables, pero durante gran parte del día, las temperaturas superan los 35°C, volviéndose inhabitables. Esto se debe a que los cerramientos transmiten la radiación solar con una eficiencia notable y, al mismo tiempo, disipan ese calor rápidamente. 37 / 68 Resultados y Análisis El lugar Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura exterior en rango EN 16798-1 (%) 1 0 4 0 27 56 79 78 53 19 1 0 26 Horas de temperatura exterior entre rango del CTE-DB-HE (%) 0 0 2 0 28 92 70 63 99 14 1 0 31 Vivienda estándar sin acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura interior entre rango EN 16798-1 (%) 49 47 76 86 79 68 59 59 72 89 60 50 66 Horas de temperatura interior entre rango del CTE-DB-HE (%) 47 28 61 94 98 44 23 22 51 89 43 42 53 Vivienda estándar con acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 El Cabanon inicial Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 10 15 25 34 35 49 56 56 48 35 13 832 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 3 8 19 32 65 55 44 47 64 44 10 233 El Cabanon de Le Corbusier Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 2 2 11 18 46 69 83 88 64 25 5 2 35 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 0 0 3 7 54 74 52 53 77 25 3 0 29 El Cabanon de Le Corbusier todo el año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 6 9 21 37 64 80 93 88 83 47 14 646 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 1 1 821 75 77 51 53 69 54 9 1 35 Un Cabanon con inercia térmica Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 3 5 22 39 74 87 100 94 89 50 15 448 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 10931 71 94 78 73 95 58 13 044 Un Cabanon Aislado Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 59 65 92 97 100 100 100 100 100 100 85 60 88 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 24 31 57 91 99 86 45 45 61 100 57 28 60 Un Cabanon ideal Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 65 75 98 99 100 100 100 100 100 100 87 63 91 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 26 40 66 96 100 84 38 39 49 100 61 27 60 Un Cabanon ideal días promedio del mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 83 88 100 100 100 100 100 100 100 100 100 79 96 Imagen 5.3.3: Gráfico anual por hora de desempeño térmico del Cabanon inicial. La humedad por su parte pasa a ser más volátil y supera el 80% principalmente en abril, septiembre y noviembre. Imagen 5.3.4: Gráfico anual por hora de humedad relativa en el Cabanon inicial En estas condiciones, ¿Cómo es posible entonces que Le Corbusier disfrutara tanto del Cabanon? Todo pareciera indicar que, en realidad, el Cabanon es un refugio inhabitable. El Cabanon de Le Corbusier La respuesta a la pregunta pasa por hacer un análisis más minucioso. No solo del cabanon en sí mismo, de su arquitectura; sino de los elementos adicionales que lo acompañan. Porque el Cabanon también es su vegetación y la forma como Le Corbusier lo habitaba. En primera medida, esto se traduce a modelar todo el follaje mediterráneo junto con el precioso árbol de algarrobo adyacente, que en tiempos de Le Corbusier era lo suficientemente exuberante como para cubrir toda la construcción: Su copa semiesférica abarcaba fácilmente con su sombra la totalidad del Cabanon [...]. Hoy en día, el algarrobo se encuentra algo maltrecho, ya que durante una tormenta hace unos años perdió buena parte de su impresionante copa. En las fotografías históricas de Lucien Hervé [...] puede vaerse a Le Corbusier trabajando en la terraza, una extensión ajardinada del Cabanon, un elemento de refrigeración pasiva (Flueckiger, U. P. 2019). 38 / 68 Resultados y Análisis El último factor a añadir al nuevo balance térmico del Cabanon es el control solar existente por medio de las contraventanas interiores en madera de cada ventana, elementos que podrían pasar desapercibidos, pero que en realidad tienen un gran impacto en la temperatura y la percepción de privacidad del espacio interior. Estas contraventanas permanecen cerradas a un 80% en la gran mayoría del día y la noche, excepto la franja de la mañana antes que Le Corbusier salga a trabajar a la terraza o a pasar tiempo de ocio. Fuera de agosto, este elemento se configuró para estar cerrado completamente. Imagen 5.3.5: Modelo para simulación del Cabanon de Le Corbusier. Otro factor relevante es que la cabaña sólo era habitada por Le Corbusier y su esposa durante el mes de agosto, en vacaciones. Por lo tanto, todas las ganancias internas y la ventilación, se concentran en este mes. El resto del año, el Cabanon estaba completamente cerrado y vacío. La ocupación se fija de tal forma que los ocupantes permanecían la mayor parte del día fuera del Cabanon, eso si, con una hora para la siesta luego de comer. El aporte de equipos de computación y celulares ha sido removido de la ecuación y la ventilación natural se mantiene al máximo excepto a la hora de dormir, donde puede ser necesaria mayor privacidad, y cuando los ocupantes no estaban en casa. Los esquemas de horarios e intensidad resultantes son los siguientes: Imagen 5.3.6: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de ocupación en agosto en el Cabanon original. % Imagen 5.3.7: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de ventilación natural en agosto en el Cabanon original. % Imagen 5.3.8: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de contraventanas cerradas en agosto en el Cabanon original. % 39 / 68 Resultados y Análisis Imagen 5.3.9 Ventana y contraventana interior del Cabanon con la sombra que provee el algarrobo. Los Gráficos muestran un panorama distinto: las modificaciones plateadas producen una reducción considerable de la variabilidad térmica a lo largo de todo el año. Este efecto también es apreciable en la humedad pero poco significativo en los porcentajes anuales. El lugar Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura exterior en rango EN 16798-1 (%) 1 0 4 0 27 56 79 78 53 19 1 0 26 Horas de temperatura exterior entre rango del CTE-DB-HE (%) 0 0 2 0 28 92 70 63 99 14 1 0 31 Vivienda estándar sin acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura interior entre rango EN 16798-1 (%) 49 47 76 86 79 68 59 59 72 89 60 50 66 Horas de temperatura interior entre rango del CTE-DB-HE (%) 47 28 61 94 98 44 23 22 51 89 43 42 53 Vivienda estándar con acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 El Cabanon inicial Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 10 15 25 34 35 49 56 56 48 35 13 832 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 3 8 19 32 65 55 44 47 64 44 10 233 El Cabanon de Le Corbusier Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 2 2 11 18 46 69 83 88 64 25 5 2 35 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 0 0 3 7 54 74 52 53 77 25 3 0 29 El Cabanon de Le Corbusier todo el año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 6 9 21 37 64 80 93 88 83 47 14 646 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 1 1 821 75 77 51 53 69 54 9 1 35 Un Cabanon con inercia térmica Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 3 5 22 39 74 87 100 94 89 50 15 448 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 10931 71 94 78 73 95 58 13 044 Un Cabanon Aislado Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 59 65 92 97 100 100 100 100 100 100 85 60 88 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 24 31 57 91 99 86 45 45 61 100 57 28 60 Un Cabanon ideal Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 65 75 98 99 100 100 100 100 100 100 87 63 91 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 26 40 66 96 100 84 38 39 49 100 61 27 60 Un Cabanon ideal días promedio del mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 83 88 100 100 100 100 100 100 100 100 100 79 96 Imagen 5.3.10: Gráfico anual por hora de desempeño térmico del Cabanon original. Imagen 5.3.11: Gráfico anual por hora de humedad relativa en el Cabanon original. 46 / 68 Resultados y Análisis Imagen 5.5.6: Gráfico de desempeño térmico de día promedio de enero en el Cabanon con inercia. Imagen 5.5.5: Gráfico de julio por horas de desempeño térmico del Cabanon con inercia. Los gráficos mensualizados muestran una notable mejora en las temperaturas durante los meses de verano. En particular, julio logra mantenerse completamente dentro de los rangos del confort adaptativo, algo que anteriormente solo se había logrado mediante sistemas de acondicionamien- to artificial. Es destacable cómo durante estos meses, la combinación de la inercia térmica y la ventilación natural mantiene la temperatura interior por debajo de los picos y por encima de los valles de la temperatura exterior. Sin embargo, en los meses más fríos, la inercia térmica reduce las horas por encima de los límites inferiores de confort debido a la disminución en los picos de temperatura. A pesar de esto, al observar la curva de temperaturas en días promedio de enero, se aprecia que la inercia térmica logra almacenar la energía de las ganancias internas y elevar la temperatura promedio del día en hasta 3 ºC. En este contexto, la actividad física cobra un significado más relevante. Imagen 5.5.4: Gráfico anual por hora de humedad relativa en el Cabanon con inercia. 47 / 68 Resultados y Análisis Cerramientos Vivienda Estandar Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros exteriores 0.353 Ladrillo 0.1 800 1700 Poliestireno 0.08 35 1400 Hormigón 0.1 1400 1000 Yeso 0.013 1000 1000 Muros interiores 1.92 Yeso 0.025 1000 1000 Aire 10 - - Yeso 0.025 1000 1000 Cubierta 0.347 Asfalto 0.01 2100 1000 Fibra de vidrio 0.1 30 840 Aire 0.2 - - Yeso 0.013 1000 1000 Suelo 0.258 Madera 0.005 650 1200 Lana de Roca 0.143 40 840 Mortero 0.025 1300 1000 Ventanas dobles 3vidrio doble - - - Puertas en PVC 4.1 PVC - - - Cerramientos del Cabanon de Le Corbusier Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 1.4 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.05 - - Pino 0.015 650 2120 Cubierta 1.3 Asbesto 0.015 700 1050 Aire 0.3 - - Pino 0.015 650 2120 Suelo 6.8 pino 0.025 650 1200 Aire 0.3 - - Ventanas sencillas 3.5 Vidrio sencillo - - - Puerta en madera 5.4 Madera - - - Cerramientos del Cabanon con inercia Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 2.197 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Cubierta 1.1 Pizarra 0.03 1600 1470 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.25 - - Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Suelo 1.642 Pino 0.025 650 2120 Grava 0.3 881 1674 Ventanas secillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Cerramientos del Cabanon aislado Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 0.76 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Cáñano 0.05 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Cubierta 0.29 Paja 0.2 240 180 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.15 - - Cáñano 0.15 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Suelo 0.174 Pino 0.025 650 2120 Cáñamo 0.3 290 1300 Ventanas sencillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Cerramientos del Cabanon ideal Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 0.76 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Cáñano 0.05 290 1300 pino 0.015 650 2120 Cubierta 0.27 Paja 0.2 240 180 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.15 - - Cáñano 0.15 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Suelo 0.174 Pino 0.025 650 2120 Cáñamo 0.3 290 1300 Ventanas secillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Tabla 5.5.7: Propiedades de los cerramientos del Cabanon aislado. El lugar Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura exterior en rango EN 16798-1 (%) 1 0 4 0 27 56 79 78 53 19 1 0 26 Horas de temperatura exterior entre rango del CTE-DB-HE (%) 0 0 2 0 28 92 70 63 99 14 1 0 31 Vivienda estándar sin acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura interior entre rango EN 16798-1 (%) 49 47 76 86 79 68 59 59 72 89 60 50 66 Horas de temperatura interior entre rango del CTE-DB-HE (%) 47 28 61 94 98 44 23 22 51 89 43 42 53 Vivienda estándar con acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 El Cabanon inicial Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 10 15 25 34 35 49 56 56 48 35 13 832 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 3 8 19 32 65 55 44 47 64 44 10 233 El Cabanon de Le Corbusier Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 2 2 11 18 46 69 83 88 64 25 5 2 35 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 0 0 3 7 54 74 52 53 77 25 3 0 29 El Cabanon de Le Corbusier todo el año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 6 9 21 37 64 80 93 88 83 47 14 646 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 1 1 821 75 77 51 53 69 54 9 1 35 Un Cabanon con inercia térmica Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 3 5 22 39 74 87 100 94 89 50 15 448 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 10931 71 94 78 73 95 58 13 044 Un Cabanon Aislado Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 59 65 92 97 100 100 100 100 100 100 85 60 88 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 24 31 57 91 99 86 45 45 61 100 57 28 60 Un Cabanon ideal Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 65 75 98 99 100 100 100 100 100 100 87 63 91 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 26 40 66 96 100 84 38 39 49 100 61 27 60 Un Cabanon ideal días promedio del mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 83 88 100 100 100 100 100 100 100 100 100 79 96 Imagen 5.5.8: Gráfico anual por hora de desempeño térmico del Cabanon aislado. El camino del aislamiento térmico El aislamiento térmico es la resistencia de un material a transferir calor entre dos medios con temperaturas distintas. A primera vista esta definición parecería coincidir con la de inercia térmica, sin embargo, existe una diferencia fundamental en la forma como ambas propiedades se expresan: La inercia térmica se refiere a la resistencia al cambio de temperatura debido a la acumulación de masa en el material, lo que le permite "almacenar energía". Por otro lado, el aislamiento térmico se relaciona con la resistencia a la transferencia de energía térmica a través de la porosidad de su estructura. Un material aislante puede experimentar cambios rápidos de temperatura en su superficie cuando se expone al frío o al calor, pero estos cambios no se propagarán más allá de la zona específica que ha estado expuesta a la variación de temperatura. En este escenario, las modificaciones propuestas al Cabanon se realizarían por medio del mismo mecanismo: los muros, suelo y cielo raso se rellenarían de cáñamo comprimido y la cubierta de asbesto pasaría a ser de paja, con el fin de mejorar la transmitancia térmica. El reforzamiento del cielo raso con una cara adicional de tablero de pino en este caso se considera innecesaria: 48 / 68 Resultados y Análisis Los gráficos de desempeño térmico revelan unos resultados que superan las expectativas. En este caso, hay un 88% de horas del año dentro del rango del modelo adaptativo y los únicos meses con un porcentaje menor al 80%, son los meses de diciembre y enero. En el modelo estático, se consigue un 60% con 4 meses por encima del 80%. La intervención de los cerramientos con paja y cáñamo comprimido, logra preservar las ganancias internas en invierno y refrigerar en verano con la ventilación natural, todo sin aumentar excesivamente la variabilidad diaria. Desde la humedad relativa, también hay condiciones más favorables, los picos recurrentes por encima del 80% prácticamente se reducen al mes de septiembre. Imagen 5.5.9: Gráfico anual por hora de humedad relativa en el Cabanon aislado. Imagen 5.5.11: Gráfico de desempeño térmico de día promedio de enero en el Cabanon aislado. Imagen 5.5.10: Gráfico de enero por horas de desempeño térmico del Cabanon aislado. Los gráficos de día promedio y mes de enero, muestran cómo la curva de temperaturas interiores consigue separarse de la curva de temperaturas exteriores mientras que los picos de actividad física, junto con las demás ganancias internas, permiten elevar la temperatura del espacio justo en las horas valle hasta los límites inferiores del modelo adaptativo. 49 / 68 Resultados y Análisis Un Cabanon para todo el año Habiendo obtenido los resultados expuestos, el presente caso se centra en hacer una revisión de todos lo parámetros para corregir posibles vicios en la configuración de la simulación y, de paso, mejorar algunos indicadores que contribuyan al confort térmico. Comenzando por el contexto, en su análisis, Flueckiger, U. P. (2019) menciona cómo el árbol de Algarrobo adyacente era capaz de cubrir por completo al Cabanon en tiempos de Le Corbusier, sin embargo, también menciona que en la actualidad la frondosa copa se ha visto reducida en tamaño (Sección 5.3). la intervención al Cabanon, requeriría contemplar el contexto actual, por lo que se ha modificado el tamaño del follaje en el modelo. Pasando a lo constructivo, se ha reducido el espesor del tejado de paja, considerando que 15 cm de paja compactada puede garantizar el aislamiento e impermeabilidad necesarios. Por otra parte, se ha modificado el cielo raso para añadirle inercia térmica, que pueda almacenar mejor la energía de las ganancias internas y externas. El resumen con la configuración y propiedades de los cerramientos se muestra en la tabla 5.5.13. Desde la ventilación se han realizado dos modificaciones: La primera consiste en aumentar la infiltración de aire de la cabaña, esto obedece a que 0.5 ac/h se considera una tasa muy baja, teniendo en cuenta la materialidad y la técnica constructiva del Cabanon. Esto permitiría, además, garantizar la mínima ventilación de 8 l/s con las venta- Imagen 5.5.12: Modelo para simulación del Cabanon ideal Cerramientos Vivienda Estandar Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros exteriores 0.353 Ladrillo 0.1 800 1700 Poliestireno 0.08 35 1400 Hormigón 0.1 1400 1000 Yeso 0.013 1000 1000 Muros interiores 1.92 Yeso 0.025 1000 1000 Aire 10 - - Yeso 0.025 1000 1000 Cubierta 0.347 Asfalto 0.01 2100 1000 Fibra de vidrio 0.1 30 840 Aire 0.2 - - Yeso 0.013 1000 1000 Suelo 0.258 Madera 0.005 650 1200 Lana de Roca 0.143 40 840 Mortero 0.025 1300 1000 Ventanas dobles 3vidrio doble - - - Puertas en PVC 4.1 PVC - - - Cerramientos del Cabanon de Le Corbusier Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 1.4 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.05 - - Pino 0.015 650 2120 Cubierta 1.3 Asbesto 0.015 700 1050 Aire 0.3 - - Pino 0.015 650 2120 Suelo 6.8 pino 0.025 650 1200 Aire 0.3 - - Ventanas sencillas 3.5 Vidrio sencillo - - - Puerta en madera 5.4 Madera - - - Cerramientos del Cabanon con inercia Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 2.197 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Cubierta 1.1 Pizarra 0.03 1600 1470 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.25 - - Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Suelo 1.642 Pino 0.025 650 2120 Grava 0.3 881 1674 Ventanas secillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Cerramientos del Cabanon aislado Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 0.76 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Cáñano 0.05 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Cubierta 0.29 Paja 0.2 240 180 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.15 - - Cáñano 0.15 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Suelo 0.174 Pino 0.025 650 2120 Cáñamo 0.3 290 1300 Ventanas sencillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Cerramientos del Cabanon ideal Transmitancia térmica U (W/ºC*m2) Material Espesor (m) Densidad (kg/m3) Calor específico (J/kg*ºC) Imagen Muros 0.76 Pino 0.015 650 2120 Pino 0.015 650 2120 Cáñano 0.05 290 1300 pino 0.015 650 2120 Cubierta 0.27 Paja 0.2 240 180 Pino 0.015 650 2120 Aire 0.15 - - Cáñano 0.15 290 1300 Pino 0.015 650 2120 Grava 0.05 881 1674 pino 0.015 650 2120 Suelo 0.174 Pino 0.025 650 2120 Cáñamo 0.3 290 1300 Ventanas secillas 3.5 - - - - Puertas en madera 5.4 - - - - Tabla 5.5.13: Propiedades de los cerramientos del Cabanon aislado. Imagen 5.5.14: Horario (24h) e intensidad de uso (%) de la ventilación natural en mayo y septiembre en el Cabanon ideal. % 50 / 68 Resultados y Análisis nas cerradas, exigencia del CTE-DB-HS para locales habitables. La segunda, es la modificación del régimen de ventilación natural en los meses de mayo y septiembre, de tal forma que haya un flujo de más constante pero de baja intensidad, que no reduzca en exceso la temperatura. El gráfico anual de temperaturas experimenta ligeras modificaciones, pero con un impacto notable en los porcentajes de horas dentro de los límites de confort de la EN 16798-1. Estos cambios logran situar al Cabanon dentro de los rangos considerados "confortables" para los propósitos de este estudio. La versión intervenida del Cabanon logra mantenerse dentro de los límites de confort adaptativo durante aproximadamente 8 meses al año, prácticamente el 100% del tiempo. Esto contrasta significativamente con el modelo estático, que apenas alcanza un 60% de horas anuales dentro del rango de confort y sólo durante solo 3 meses en primavera y otoño, se mantiene encima del 90% de horas mensuales. El lugar Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura exterior en rango EN 16798-1 (%) 1 0 4 0 27 56 79 78 53 19 1 0 26 Horas de temperatura exterior entre rango del CTE-DB-HE (%) 0 0 2 0 28 92 70 63 99 14 1 0 31 Vivienda estándar sin acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura interior entre rango EN 16798-1 (%) 49 47 76 86 79 68 59 59 72 89 60 50 66 Horas de temperatura interior entre rango del CTE-DB-HE (%) 47 28 61 94 98 44 23 22 51 89 43 42 53 Vivienda estándar con acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 El Cabanon inicial Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 10 15 25 34 35 49 56 56 48 35 13 832 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 3 8 19 32 65 55 44 47 64 44 10 233 El Cabanon de Le Corbusier Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 2 2 11 18 46 69 83 88 64 25 5 2 35 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 0 0 3 7 54 74 52 53 77 25 3 0 29 El Cabanon de Le Corbusier todo el año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 6 9 21 37 64 80 93 88 83 47 14 646 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 1 1 821 75 77 51 53 69 54 9 1 35 Un Cabanon con inercia térmica Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 3 5 22 39 74 87 100 94 89 50 15 448 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 10931 71 94 78 73 95 58 13 044 Un Cabanon Aislado Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 59 65 92 97 100 100 100 100 100 100 85 60 88 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 24 31 57 91 99 86 45 45 61 100 57 28 60 Un Cabanon ideal Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 65 75 98 99 100 100 100 100 100 100 87 63 91 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 26 40 66 96 100 84 38 39 49 100 61 27 60 Un Cabanon ideal días promedio del mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 83 88 100 100 100 100 100 100 100 100 100 79 96 Imagen 5.5.15: Gráfico anual por hora de desempeño térmico del Cabanon ideal. Si examinamos el comportamiento durante los días promedio entre noviembre y febrero, observamos que, en realidad, solo diciembre muestra un porcentaje inferior al 80% en horas de días promedio. Esto sugiere que la gran mayoría de las horas por debajo del límite inferior corresponden a valles puntuales que ocurren entre las 5 y las 6 de la mañana, con temperaturas entre 18 y 17 ºC. El lugar Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura exterior en rango EN 16798-1 (%) 1 0 4 0 27 56 79 78 53 19 1 0 26 Horas de temperatura exterior entre rango del CTE-DB-HE (%) 0 0 2 0 28 92 70 63 99 14 1 0 31 Vivienda estándar sin acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas de temperatura interior entre rango EN 16798-1 (%) 49 47 76 86 79 68 59 59 72 89 60 50 66 Horas de temperatura interior entre rango del CTE-DB-HE (%) 47 28 61 94 98 44 23 22 51 89 43 42 53 Vivienda estándar con acondicionamiento Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 El Cabanon inicial Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 10 15 25 34 35 49 56 56 48 35 13 832 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 3 8 19 32 65 55 44 47 64 44 10 233 El Cabanon de Le Corbusier Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 2 2 11 18 46 69 83 88 64 25 5 2 35 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 0 0 3 7 54 74 52 53 77 25 3 0 29 El Cabanon de Le Corbusier todo el año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 6 9 21 37 64 80 93 88 83 47 14 646 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 1 1 821 75 77 51 53 69 54 9 1 35 Un Cabanon con inercia térmica Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 3 5 22 39 74 87 100 94 89 50 15 448 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 10931 71 94 78 73 95 58 13 044 Un Cabanon Aislado Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 59 65 92 97 100 100 100 100 100 100 85 60 88 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 24 31 57 91 99 86 45 45 61 100 57 28 60 Un Cabanon ideal Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 65 75 98 99 100 100 100 100 100 100 87 63 91 Horas dentro del rango de temperaturas del CTE-DB-HE (%) 26 40 66 96 100 84 38 39 49 100 61 27 60 Un Cabanon ideal días promedio del mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Año Horas dentro del rango de temperaturas de la EN 16798-1 (%) 83 88 100 100 100 100 100 100 100 100 100 79 96 Imagen 5.5.16: Gráfico de desempeño térmico de día promedio de noviembre en el Cabanon ideal. Imagen 5.5.17: Gráfico de desempeño térmico de día promedio de diciembre en el Cabanon con ideal. 51 / 68 Resultados y Análisis Teniendo esto en cuenta, podríamos encontrar la neutralidad térmica por medio del microclima que se produce en la cama gracias al aislamiento (clo) que puede proveer un edredón de plumas, el cual puede variar entre 2 y 4 clo (OCU, 2023). El resultado de la visualización del modelo EN 15251 (Imagen 3.2.4) en el ábaco psicrométrico con una temperatura radiante de 18ºC, clo de 3.0 y velocidad del aire de 0.0 m/s; muestra cómo una temperatura operativa de 17ºC con 80% de humedad relativa, cumple con la categoría 2 del modelo adaptativo (herramienta de visualización Marsh A, s.f.): Psychrometric Chart Comfort: EN 15251:2007 PMV -0.7 PMV +0.7 PMV -0.2 PMV +0.2 COMFORT 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 °C Dry Bulb Temperature (°C) 0 5 10 15 20 25 30 35 g/kg Absolute Humidity (g/kg) 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% EN 15251:2007 Dry Bulb: 17.00 °C Rel Humidity: 80.84% Sensation: Neutral SET: 28.27 °C PMV: -0.50 PPD: 5.2% COMPLIES Category: II Imagen 5.5.20: Psicrométrico con límites de confort EN 15251 y parámetros de confort de los valles de temperaturas operativas interiores de días promedio de invierno en el Cabanon ideal. Finalmente, los resultados de simulación con respecto a la humedad relativa, revelan una disminución en los picos de humedad los meses de mayo y septiembre. En este caso, nuevamente son los gráficos de días promedio los que muestran el contraste entre el antes y el después de la variación en el régimen de ventilación natural, los resultados son concluyentes en confirmar efectividad de la ventilación natural para regular los niveles de humedad. Imagen 5.5.18: Gráfico de desempeño térmico de día promedio de enero en el Cabanon con ideal. Imagen 5.5.19: Gráfico de desempeño térmico de día promedio de febrero en el Cabanon con ideal. 52 / 68 Resultados y Análisis Imagen 5.5.22: Gráfico de días promedio de humedad relativa en septiembre en el Cabanon ideal. Imagen 5.5.21: Gráfico de días promedio de humedad relativa en septiembre en el Cabanon aislado. Imagen 5.5.20: Gráfico anual por hora de humedad relativa en el Cabanon ideal. 5.6. La normativa española frente al confort adaptativo Los resultados presentados indican que, en promedio, la diferencia de puntos porcentuales de horas dentro de los límites de confort entre los dos modelos utilizados es de 11%, favoreciendo al modelo adaptativo. Es importante destacar que en dos de los casos (imágenes 5.1.1 y 5.3.3), la diferencia porcentual favorecía al modelo del CTE. A pesar de que esta diferencia no es insignificante, tampoco representa una diferencia contundente. Para comprender estos resultados en profundidad, es necesario realizar un análisis más detallado. La influencia de la temperatura exterior El fundamentado detrás del modelo adaptativo es la cuantificación de la proporción en la que el cuerpo humano se adapta a las variaciones de temperatura exterior en el mediano plazo y, con ello, cambia su percepción de neutralidad térmica. Pero esta variación en la percepción del confort tiene tres particularidades: primero, no es una variación simétrica, es decir, que la diferencia entre límites superiores en verano de la EN 16798-1 con respecto al CTE alcanza los 5ºC, mientras que la diferencia de límites inferiores en invierno apenas llega a 1 ºC. Esta es la razón por la cual la efectividad del uso del modelo adaptativo para reducir las exigencias en la arquitectura es mucho mayo en verano que en invierno. En segundo lugar, así como la variación de los límites superiores con el alza de temperaturas amplía el límite de confort, la variación de los límites inferiores reducen de forma proporcional las tolerancias al frío. Es por ello que en casos con mayor variabilidad de temperatura operativa diaria, el modelo adaptativo es más restrictivo que el estático hasta por 3 ºC. 53 / 68 Resultados y Análisis Finalmente, y como se menciona en la sección 3.2, la aplicabilidad del modelo adaptativo sólo resulta válida en espacios ventilados de forma natural. La variabilidad diaria en el modelo de confort En el modelo de confort del CTE, se destaca la aplicación de una variabilidad diaria de temperaturas que reduce las demandas en horas nocturnas (Imágenes 4.3.4 y 4.3.5). Esta medida parte de la premisa de que durante el sueño, las personas tienen una mayor tolerancia a temperaturas frías y cálidas. Estudios como el de Wang, Y., Liu, Y., Song, C., & Liu, J. (2015) sobre la temperatura microclimática durante el sueño en relación con las temperaturas operativas del espacio podrían, respaldar esta aproximación. Los autores concluyen que la neutralidad térmica de la temperatura operativa del espacio durante el sueño se encuentra a 15.8ºC, mientras que la neutralidad térmica de la temperatura microclimática en el interior de la cama se sitúa en los 30.4ºC. Si asumimos que en invierno la temperatura ideal microclimática se consigue por medio del aislamiento de la ropa de cama (tal como se propone en la sección 5.5) a una temperatura operativa mínima de 15.8ºC, y que en verano una temperatura operativa máxima de 30.4ºC coincidiría con la temperatura de cama ideal; la variabilidad térmica diaria dentro del modelo de confort permitiría ampliar mucho más los límites de temperaturas altas y bajas, reduciendo la exigencia en la arquitectura o la demanda energética de sistemas de acondicionamiento artificial. Rangos continuos y rangos alternos Una de las diferencias más notables entre los modelos normativos y adaptativos utilizados es que el primero maneja un rango continuo de límites superiores e inferiores, mientras que el segundo usa un rango alternado en el que en verano solo hay un límite superior y en invierno solo hay un límite inferior. Los resultados de los casos de estudio muestran cómo el modelo adaptativo se vuelve más restrictivo cuando las temperaturas interiores son demasiado frías en verano o demasiado cálidas en invierno. La existencia de estos límites de confort "opuestos" está claramente demostrada, pero su exigencia puede ser discutible, ya que los usuarios pueden corregir fácilmente estas situaciones, lo que hace que las exigencias a la arquitectura sean innecesarias. Esto se asemejaría más al comportamiento real de los usuarios, ya que solo requeriría ajustar el aislamiento de la ropa o la ventilación en situaciones de calor en invierno, y aumentar el aislamiento o cerrar las ventanas en situaciones de frío en verano. Imagen 5.6.1: Superposición de modelos de confort. +5 +1 -3 54 / 68 Resultados y Análisis 5.7. ¿Por qué funciona el Cabanon desde el punto de vista térmico? Los resultados muestran que según el estándar de la EN 16798-1, el Cabanon de Le Corbusier podía ofrecer condiciones de confort térmico durante 88% de las horas de agosto, época en la que era habitado. Mientras que el Cabanon bioclimático consigue un 91% de las horas del año dentro de dichos rangos. Esto sin recurrir a sistemas de acondicionamiento térmico artificiales y proporcionando hasta un 25% más de horas de confort que la vivienda estándar. Comprender estos resultados requiere una revisión de diferentes aspectos desde el bioclimatismo. El Árbol y la terraza ajardinada Ya se ha mencionado las limitaciones existentes en torno a la evaluación microclimática del sitio, en particular, la terraza ajardinada como elemento de refrigeración pasiva, cuyos efectos relacionados a la evapo-transpiración y absorción de energía solar por medio de la fotosíntesis; resultan imposibles de simular. Aún así, los resultados son concluyentes en exponer la importancia de este elemento dentro del funcionamiento térmico del Cabanon. De la conjunción entre arquitectura y entorno, resulta una simbiosis indisoluble para conseguir condiciones confortables, justo en el periodo de tiempo en el que Le Corbusier lo habitaba. La diferencia con los casos sin vegetación se vuelve abismal dentro del modelo adaptativo. Inercia y aislamiento Los resultados de las diferentes versiones del Cabanon bioclimático podrían sugerir que el aislamiento térmico es, de hecho, el factor determinante para lograr un desempeño térmico adecuado y, por lo tanto, el enfoque propues- to por la normativa española y la industria de la construcción es correcto. Sin embargo, esta conclusión no explica la enorme diferencia de desempeño que existe entre el Cabanon ideal y la vivienda estándar, a pesar de que ambos casos poseen bajos niveles de transmitancia térmica en sus cerramientos. En este punto, la comparativa entre los materiales empleados en cada caso, más allá de la transmitancia, revela que existe una diferencia importante entre los aislantes industrializados de la vivienda estándar y las fibras naturales propuestas para el Cabanon. A pesar de que ambos tipos de material proveen una baja transmitancia, las mayores densidades le proveen al Cabanon una inercia térmica eficaz. La suma de inercia y aislamiento es lo que determina la estabilidad térmica de la que carece la vivienda estándar. Imagen 5.7.1: Desempeño térmico de casos con y sin terraza. Imagen 5.7.2: Comparación de transmitancia de cerramientos 55 / 68 Resultados y Análisis ¿El tamaño importa? Los estudios ya citados de Wilson, A. y Boehland, J. (2005) y Stephan, A. y Crawford, R. H. (2016) ponen de manifiesto un hecho que los resultados confirman. Una vivienda de menores dimensiones no solo gasta menos energía y recursos en su construcción, sino que también requiere menos energía para ser calefactada o refrigerada: mientras que el Cabanon consigue bajar sus temperaturas en verano con 4.2 renovaciones de aire por hora en promedio, la vivienda estándar no logra el mismo efecto teniendo 7 renovaciones. Mientras el Cabanon se calienta en invierno con un aporte total diario de 5.5 kWh, la vivienda estándar no lo hace con 7.4 kWh. En este caso, parece que menos es más. Pero esto no solo tiene que ver con el tamaño, son varias las referencias bibliográficas que, como Serra Florensa, R., & Coch Roura, H. (2001), enumeran elementos importantes del bioclimatismo como la compacidad, porosidad y esbeltez, como parte importante de la consecución de espacios habitables. Entre estos factores, hay dos relaciones interesantes a analizar. La primera es la relación entre cerramientos fijos (muros, cubierta, suelo) y cerramientos móviles (puertas y ventanas). En la vivienda estándar, las aberturas representan el 13% de la superficie total del edificio, mientras que en el Cabanon es apenas un 3%. Es lógico pensar que el gran ventanal hacia la Costa Azul de la vivienda estándar es una respuesta arquitectónica obvia y deseable, sin embargo, ¿quién quiere un gran ventanal cuando se puede salir a la terraza ajardinada y disfrutar de toda la Costa Azul? Las pequeñas ventanas del Cabanon que enmarcan vistas puntuales reducen el contacto directo con el aire exterior y contribuyen a conservar mejor la energía. La segunda, es la relación entre la masa térmica del edificio (Wh/ºC) y el volumen de aire que contiene (m3), esta relación es un factor crucial que determina el potencial que tiene la inercia térmica del edificio para calentar el ambiente interior. En ese sentido, hecho de que la vivienda estándar tenga mucha más masa, se vuelve irrelevante frente el hecho de que la pequeña cabaña, incluso antes de ser intervenida, logra ser más eficiente en el aprovechamiento de la energía térmica. Relación entre el clima y la actividad La actividad, la forma de habitar el espacio y la interacción entre el usuario, la arquitectura y el clima pueden desempeñar un papel fundamental en la consecución de condiciones confortables en 5.7.4: Comparación de masa térmica unitaria. Imagen 5.7.3: Comparación de densidad de materiales de aislamiento entre el Cabanon ideal y la vivienda estándar 62 / 68 Anexos Matriz de cálculo manual de balance térmico y variabilidad EL CABANON DE LE CORBUSIER PARA TODO EL AÑO EN JULIO Balance térmico al interior Temperatura Interior Ti (ºC) Ganancias externas I (W/m3) Ganancias internas D (W/m3) Pérdidas por ventilación Gv (W/º(C*m3)) Pérdidas por transmisión Gt (W/º(C*m3)) Superficie de ventana al sur Sve (m2) Ti= ((I+D)/(Gt+Gv))+Te I=Sve*Rv D=(Σni*ei*nhi)/Vh*24 Gv=0,33*rh Gt=(Σsi*Ui*αi)/Vh Sve=(Σsi*Yi*CR*CO)/Vh 25.87 2.31 3.66 1.39 1.81 0.03 Temperatura operativa promedio en julio Simulación Desviación 26.2 0.33 Variabilidad térmica al interior Variabilidad térmica diaria Diferencia de temperatura del balance (ºC) Diferencia de temperatura en día (ºC) M (Wh/º(C*m3)) Ganancias externas I' (W/m3) Ganancias internas D' (W/m3) Pérdidas por ventilación Gv` (W/(ºC*m3) Pérdidas por transmisión Gt` (W/(ºC*m3) ΔT i = (ΔT ie + ΔT e - ΔT ie ’) *(1-e^(-t*G`))/M) ΔT ie = ((I + D)/G)-Te ΔT ie ’ = (I’ + D’)/G' (∑ V i * ρ i * ce*Ct )/Vh ((∑Si*Yi*Co*f*Cr)/Vh)*Rv D'=(Σni*ei*nhi)/Vh*24 Gv'=0,33*rh Gt'=(Σsi*Ui*αi)/V h 2.67 1.87 1.30 36.29 0.00 4.07 1.32 1.81 Variabilidad térmica Julio Simulación Desviación 2.72 0.05 Radiación sur promedio / día (Wh/m2/día) 1955 Radiación sur promedio (W/m2) 81 Volumen Habitable Vh (m3) 36 Temperatura ext. promedio mensual Te 24.0 ∆ Temperatura exterior diaria ∆Te 3.0 # euler 2.718 Factor de tiempo Ct 0.6 Tiempo de variabilidad ciclo de día t 16 Ganancias internas en el día entero D Consumo (W) Número Consumo diario (W) Horas de operación equivalentes /día nh (h/d) Densidad energética diaria (W/m3.d) Ocupación 125 22900 11.6 80.6 Iluminación 204 1265.2 1.3 7.4 Equipos 0 0 0 0.0 0.0 Electrónicos 0 0 0 0.0 0.0 Cocina 0 0 0.0 0.0 TOTAL 3165.2 87.9 Ganancias internas en la noche D' (5:00-21:00) Consumo (W) Número Consumo diario (W) Horas de operación equivalentes /día nh (h/d) Densidad energética diaria (W/(m3.d)) Ocupación 125 21625 13.0 45.1 Iluminación 204 1265.2 1.3 7.4 Equipos 0 0 0 0.0 0.0 Electrónicos 0 0 0 0.0 0.0 Cocina 0 0 0 0.0 0.0 TOTAL 1890.2 52.5 Superficies con intercambio de calor con orientación equivalente (49º de inclinación, superficies verticales *0.76) 1.24 0.76 Área Si (m2) Área equivalente Coeficiente de captación Yi Coeficiente de orientación CR Coeficiente de obstrucción CO Factor de retardo f si*Yi*CR*CO si*Ui*αi Muro a sur 10.02 12.42 0.01 1.00 0.40 0.70 0.04 14.74 Ventana a sur 0.50 0.62 0.70 1.00 0.40 0.00 0.17 2.17 Muro este 10.26 7.80 1.80 0.30 0.00 0.00 7.40 Ventanas a este 0.60 0.46 0.70 1.80 0.30 0.00 0.17 1.28 Muro oeste 10.90 8.28 0.01 1.80 0.60 0.70 0.12 7.86 Ventana oeste 0.90 0.68 0.70 1.80 0.60 0.00 0.52 1.92 Puerta a oeste 1.50 1.14 1.80 0.60 0.00 0.00 4.92 Cubierta 15.96 15.96 2.20 0.30 0.00 0.00 24.96 Suelo 15.96 0.00 0.00 0.00 Coeficiente de situación de superficie α Sur Norte Este-oeste Cubierta Suelo 11.1 0.8 1.2 0 Masa térmica M Metros lineales (m) Área (m2) Volumen (m3) Densidad (kg/m3) Calor específico (Wh/Kg*ºC) Vi* ρi * ce*Ct Tablero de madera 0.02 78.32 1.17 650.00 0.58 265.73 Estructura de madera 0.06 7.07 0.42 650.00 0.58 95.96 Recubrimiento de madera rolliza 0.02 31.18 0.47 650.00 0.58 105.79 Muro colindante de ladrillo 0.30 10.02 3.01 1700.00 0.22 681.36 Vidrio sencillo 0.01 2.00 0.01 2500.00 0.23 3.50 Puerta pino 0.03 1.50 0.05 650.00 0.58 10.18 Contraventanas 0.03 2.00 0.05 650.00 0.58 11.31 Suelo de entablado macho-hembra pino 0.03 15.96 0.40 650.00 0.58 90.24 Cubierta de asbesto 0.02 22.00 0.33 700.00 0.31 42.35 Componente λ (W/(ºC*m)) Espesor (m) Resistencia Rn (m2*ºC)/W) Resistencia superficial al interior ((m2*ºC)/W) Resistencia superficial al exterior ((m2*ºC)/W) Resistencia Total ((m2*ºC)/W) Coeficiente de transmisión térmica Recubrimiento en madera rolliza 1.04 0.30 0.29 Tablero de madera contrachapada 0.14 0.02 0.11 Cámara de aire 0.17 Tablero de madera contrachapada 0.14 0.02 0.11 Teja fibrocemento 0.87 0.01 0.35 Cámara de aire 0.17 Tablero de madera contrachapada 0.14 0.02 0.11 Suelo de madera ventilado Entablado demadera de pino 0.14 0.03 0.21 0.21 4.67 Puerta en madera 5.40 Ventana con contraventana Vidrio sencillo y porticón de madera 2.30 Ventana sin contraventana Vidrio sencillo 5 Promedio de ventanas 3.5 Cubierta en fibrocemento con cielorraso en madera 0.10 0.04 0.77 1.30 Transmisión térmica Muro en tablero de madera 0.13 0.04 0.84 1.19 63 / 68 Anexos VIVIENDA ESTÁNDAR SIN AC EN JULIO Balance térmico al interior Temperatura Interior Ti (ºC) Ganancias externas I (W/m3) Ganancias internas D (W/m3) Pérdidas por ventilación Gv (W/ºC*m3) Pérdidas por transmisión Gt (W/ºC*m3) Superficie de ventana al sur Sve (m2) Ti= ((I+D)/(Gt+Gv))+Te I=Sve*Rv D=(Σni*ei*nhi)/Vh*24 Gv=0,33*rh Gt=(Σsi*Ui*αi)/Vh Sve=(Σsi*Yi*CR*CO)/Vh 28.17 11.10 2.57 2.31 0.97 0.14 Temperatura operativa promedio en julio Simulación Desviación 30 1.83 Variabilidad térmica al interior Variabilidad térmica diaria Diferencia de temperatura del balance (ºC) Diferencia de temperatura en día (ºC) M Ganancias externas I' Ganancias internas D' Pérdidas por ventilación Gv` (W/(ºC*m3) Pérdidas por transmisión Gt (W/(ºC*m3) ΔTi = (ΔTie + ΔTe - ΔTie’) *(1-e^(-t*G`))/M) ΔTie = (I + D)/G ΔTie’ = (I’ + D’)/G' (∑ Vi* ρi * ce*Ct )/Vh ((∑Si*Yi*Co*f*Cr)/Vh)*Rv D'=(Σni*ei*nhi)/Vh*24 Gv'=0,33*rh Gt'=(Σsi*Ui*αi)/Vh 5.57 4.17 0.73 26.16 0.31 2.09 2.31 0.97 Variabilidad térmica Julio Simulación Desviación 6.9 1.33 Radiación sur promedio / día (Wh/m2/día) 1955 Radiación sur promedio (W/m2) 81 Volumen Habitable Vh (m3) 120.7 Temperatura ext. promedio mensual Te 24.0 ∆ Temperatura exterior diaria ∆Te 3.0 # euler 2.718 Factor de tiempo Ct 0.6 Tiempo de variabilidad ciclo de día t 16 Ganancias internas en el día entero D Consumo (W) Número Consumo diario (W) Horas de operación equivalentes /día nh (h/d) Densidad energética diaria (W/m3.d) Ocupación 125 22650 10.6 73.6 Iluminación 114 1148.2 1.3 4.1 Equipos 1420 12556 1.8 71.0 Electrónicos 100 1180 1.8 5.0 Cocina 2000 11900 1.0 52.8 TOTAL 7434.2 206.5 Ganancias internas en la noche D' (5:00-21:00) Consumo (W) Número Consumo diario (W) Horas de operación equivalentes /día nh (h/d) Densidad energética diaria (W/m3.d) Ocupación 125 21625 13.0 45.1 Iluminación 114 1148.2 1.3 4.1 Equipos 1420 11420 1.0 39.4 Electrónicos 100 1100 1.0 2.8 Cocina 2000 11140 0.6 31.7 TOTAL 4433.2 123.1 Superficies con intercambio de calor con orientación equivalente (49º de inclinación, superficies verticales *0.76) 1.24 0.76 Área Si (m2) Área equivalente Coeficiente de captación Yi Coeficiente de orientación CR Coeficiente de obstrucción CO Factor de retardo f si*Yi*CR*CO si*Ui*αi si*Yi*CR*CO*f Muro a sur 10.00 12.40 0.02 1.00 1.00 0.70 0.20 4.38 0.14 Ventana a sur 4.15 5.15 0.80 1.00 1.00 0.00 4.12 15.44 0.00 Muro este 18.90 14.36 1.80 0.60 0.00 0.00 4.06 0.00 Ventanas a este 2.40 1.82 0.80 1.80 0.60 0.00 1.58 4.38 0.00 Puerta a este 2.50 1.90 1.80 0.60 0.00 0.00 4.56 0.00 Muro oeste 12.84 9.76 0.02 1.80 1.00 0.70 0.46 2.76 0.32 Ventana oeste 8.46 6.43 0.80 1.80 1.00 0.00 9.26 15.43 0.00 Puerta a oeste 2.50 1.90 1.80 1.00 0.00 0.00 0.46 0.00 Muro a norte 11.97 14.85 0.60 0.80 0.00 0.00 48.99 0.00 Ventana a norte 2.18 2.70 0.80 0.60 0.80 0.00 0.84 0.00 0.00 Cubierta 39.00 39.00 2.20 1.00 0.00 0.00 16.24 0.00 Suelo 39.00 0.00 0.00 0.00 Coeficiente de situación de superficie α Sur Norte Este-oeste Cubierta Suelo 11.1 0.8 1.2 0 Metros lineales (m) Área (m2) Volumen (m3) Densidad (kg/m3) Calor específico (Wh/(Kg*ºC)) Vi* ρi * ce*Ct Bloque de concreto 0.10 53.71 5.37 1400.00 0.27 1218.17 Bloque de ladrillo 0.10 53.71 5.37 1700.00 0.22 1205.27 Poliestireno 0.08 53.71 4.24 35.00 0.39 34.66 Yeso 0.01 92.71 1.21 1000.00 0.27 195.25 Asfalto 0.01 39.00 0.39 2100.00 0.27 132.68 Fibra de vidrio 0.10 39.00 3.90 30.00 0.233 16.36 Mortero 0.03 39.00 0.98 1300.00 0.27 205.34 Lana de roca 0.143 39.00 5.58 40.00 0.233 31.19 Madera 0.005 39.00 0.20 650.00 0.33 25.10 Vidrio doble 0.01 17.19 0.17 2500.00 0.23 60.15 Puerta interior madera 0.03 5.00 0.15 650.00 0.33 19.31 Puerta exterior PVC 0.03 5.00 0.15 650.00 0.24 14.04 3157.50 Transmisión térmica Coeficiente de transmisión térmica total U (W/(ºC*m2)) Muros 0.35 Cubierta 0.35 Suelo 0.26 Puertas con refibidor 0.30 Ventanas 3.00 Ventana sin contraventana 0 Promedio de ventanas 3.00 Masa térmica M 64 / 68 Anexos Estrategias alternativas no implementadas en casos expuestos Alero textil sobre fachada oeste Gráfico anual por hora de desempeño térmico. Operative temperature inside CTE range: 36.04 % of time Operative temperature inside EN 16798-1 range: 47.92 % of time El escenario probó ser ineficaz, se conseguía el mismo efecto por medio de las contraventanas. Inercia térmica con arena en los cerramientos Gráfico anual por hora de desempeño térmico. Operative temperature inside CTE range: 40.8 % of time Operative temperature inside EN 16798-1 range: 48.16 % of time El escenario probó ser menos eficaz que la grava y añadía demasiado peso a la estructura. 65 / 68 Anexos Cambio de ventanería a vidrio doble Gráfico anual por hora de desempeño térmico. Operative temperature inside CTE range: 41.08 % of time Operative temperature inside EN 16798-1 range: 52.11 % of time El escenario probó ser ineficaz, la relación ventanas-muros es muy baja y no presenta cambios tangibles . Muros de inercia, suelo y cubierta aislados Gráfico anual por hora de desempeño térmico. Operative temperature inside CTE range: 40.08 % of time Operative temperature inside EN 16798-1 range: 57.94 % of time El escenario probó ser menos ineficaz que el cáñamo en todos los cerramientos. 66 / 68 Anexos Muros aislados, suelo y cubierta de inercia Gráfico anual por hora de desempeño térmico. Operative temperature inside CTE range: 44.71 % of time Operative temperature inside EN 16798-1 range: 55.12 % of time El escenario probó ser menos ineficaz que el cáñamo en todos los cerramientos. Cerramientos aislados y cubierta en pizarra Gráfico anual por hora de desempeño térmico. Operative temperature inside CTE range: 57.88 % of time Operative temperature inside EN 16798-1 range: 87.46 % of time El escenario probó ser menos eficaz que la paja. 67 / 68 Anexos Cocinar en el Cabanon: cocineta de pellets para invierno como aporte a las ganancias internas Gráfico anual por hora de desempeño térmico. Operative temperature inside CTE range: 51.01 % of time Operative temperature inside EN 16798-1 range: 63.93 % of time El escenario presentaba dificultades técnicas y modificaba el propósito original del Cabanon 68 / 68 Anexos Sobre el nuevo DB-HE. Este texto es una carta enviada por Fabián López y por Albert Cuchí a Luís Vega, responsable del CTE -y con quien mantienen una excelente relación en tanto que asesores del Ministerio en estos asuntossobre unas comunicaciones al respecto del cambio del documento DB-HE del CTE en 2019 y la desaparición en él del indicador de la demanda energética. Finalmente, en febrero de 2020 coincidimos personalmente en la ETSAV y debatimos éstos y otros temas. Querido Luís, como temo que va a ser difícil coincidir personalmente, y hasta que lo hagamos, me parece que deberemos practicar el viejo género epistolar para ir manteniendo la discusión sobre los cambios del CTE. Sobre todo cuando tu respuesta parece que enuncia temas de fondo en todo ese asunto. Ya que lo pones así, vamos a ello. Comentas en tu correo la falta de consistencia de la demanda y, por ende, su limitación como indicador. Obviamente, la demanda tiene un problema: no existe independientemente del edificio. Frente a un clima -caracterizado con los parámetros adecuados y por su variación diaria y estacionallo que le enfrentamos es un programa (de vivienda, por ejemplo) con unas condiciones exigenciales (de confort, o no: pero eso lo hablamos luego) igualmente convenientemente parametrizadas. En esa confrontación clima-programa no aparece ninguna demanda hasta que el programa se desarrolla en una arquitectura. La demanda es hija de esa arquitectura como mediadora entre el espacio exterior climáticamente determinado, y el interior definido exigencialmente por el programa. No hay, por tanto, una demanda apriorística, objetiva. Imagino que esa es la raíz de la inconsistencia que aduces. Claro, la manera habitual de limitarla ha sido dando por buena la forma arquitectónica que se proponga y actuando desde ahí sobre ella para minimizar la demanda, incidiendo sobre el resto de los factores que intervienen, como es por ejemplo la transmitancia de los cerramientos. De ahí la típica discusión con la idea de ‘edificio de referencia’ de la herramienta Líder, que ‘descontaba’ el buen hacer del arquitecto organizando el edificio y orientando adecuadamente las diversas partes del programa, para demandarle exigencias en los cerramientos en el mismo grado que a alguien cuyo edificio no había sido planteado con criterios que permitían de entrada una demanda inicial menor. O bien hacer un montón de modelos de diferentes tipologías con diferentes cerramientos y en diferentes climas, como los enormes archivos que han generado nuestros amigos termodinámicos de Sevilla. O lo que exige el borrador sobre el que discutimos, que limita la transmitancia térmica de los cerramientos del edificio y como novedad -digamos retroactiva, que a Albert particularmente le ha hecho ilusión y le ha rejuvenecidola recuperación de la antes llamada Kg que considera el factor de forma y, por tanto, incluye una característica formal de la arquitectura en la limitación de la demanda. Volviendo a la línea general de razonamiento, parece entonces que no se puede pedir -ni por tanto limitaruna demanda a priori, puesto que esa demanda no existe ya que no hay aún una Documento citado no publicado