Departamento Del CEETA Tema: Vinculación de los Grados Días y el Diseño Bioclimático a la Norma ISO 50001 para la gestión energética Estudiante: Wilber Barrios Hernández Tutor: M.Sc. Ovidio Rodríguez Santos Author: Wilber Barrios Hernández Thesis: M.Sc. Ovidio Rodríguez Santos CEETA Department Title: Linking the Degrees Days and Bioclimatic Design to ISO 50001 for energy management Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419 Resumen Con la presente investigación se realizó una propuesta para el mejoramiento de la gestión energética en el interior de edificaciones, con una vista enfocada en las oficinas para ser más específicos. Esto se hizo a través de la vinculación de conceptos como el Diseño bioclimáticos, las cartas bioclimáticas y la herramienta Grados Días a la Norma Cubana ISO 50001. Para la investigación se utilizó el método bibliográfico-documental para realizar un estudio de los conceptos anteriormente planteados. Para la utilización de estas herramientas y conceptos se hizo una recolección de datos de las temperaturas y humedades del oriente de nuestro país, viendo así el comportamiento del clima desde una escala anual hasta el diario, se establecieron las zonas climáticas para una temperatura base de 18°C y a la vez definiendo el mismo como un clima caliente/húmedo. Finalmente, con estos resultados se creó una relación entre el comportamiento del clima con los tiempos de utilización de los equipos de climatización llegando a la conclusión de que si se aplican diferentes estrategias pasivas en algunos periodos del año se puede lograr alcanzar una temperatura de confort si la utilización de los equipos de climatización convirtiéndose esto en un ahorro energético y una ayuda a la economía tanto del país como de la empresa. Palabras clave: NC ISO 50001, Grados-Día, cartas bioclimáticas, Diseño bioclimático Abstract With the present investigation, a proposal was made for the improvement of energy management within buildings, with a view focused on the offices to be more specific. This was done through the linking of concepts such as bioclimatic design, bioclimatic charts and the Degrees-Day tool to the Cuban Standard ISO 50001. For the research, the bibliographic-documentary methods were used to carry out a study of the previously mentioned concepts. For the use of these tools and concepts a data collection of the temperatures and humidity of the east of our country was made, seeing the behavior of the climate from a null scale to the daily, the climatic zones were established for a base temperature of 18 ° C and at the same time defining it as a hot / humid climate. Finally, with these results a relation between the behavior of the climate with the times of use of the air conditioning equipment was created, arriving at the conclusion that if different passive strategies are applied in some periods of the year, it is possible to reach a comfort temperature if the use of air conditioning equipment, converting this into energy savings and helping the economy of the country and the company. Keywords: NC ISO 50001, Degrees-Day, Bioclimatic charts, Bioclimatic design Índice Introducción .................................................................................................................................. 1 1. Capítulo I Estudio del estado del arte ................................................................................... 4 1.1Norma ISO 50001 ................................................................................................................. 4 1.2 Metodologías de la Norma ISO 50001, los grados días, zonas climáticas y los climogramas ................................................................................................................................................... 4 1.2.1 Norma ISO 50001 ............................................................................................................. 4 1.2.2 Metodología de trabajo ................................................................................................... 5 1.2.3 Las posibles herramientas a utilizar para gestionar y representar los datos recopilados son: ............................................................................................................................................ 6 1.2.4 Para normalizar los datos se pueden utilizar: .................................................................. 6 1.3 Diseño Bioclimático ............................................................................................................. 7 1.3.1 Métodos del diseño bioclimático para adaptar de los edificios al clima ......................... 7 1.4 Aplicación y uso del método de los grados-día ................................................................... 8 1.4.1 Método de cálculo para determinar los grados día ......................................................... 9 1.4.2 Método Horario Grados Días ........................................................................................... 9 1.5 Climogramas ...................................................................................................................... 10 1.5.1 Carta bioclimática de Olgyay .......................................................................................... 10 1.5.2 Carta bioclimática de Givoni .......................................................................................... 10 1.6 Vinculación del diseño bioclimático, los grados días, las zonas bioclimáticas y la Norma ISO 50001 ................................................................................................................................ 11 1.7 Establecimiento de la zona climática para Cuba ............................................................... 12 1.7.1 Caracterización de clima en Cuba. ................................................................................. 12 1.8 Clasificación de las zonas climáticas según los GD ............................................................ 12 1.8.1 Definición internacional de zonas climáticas ................................................................. 12 1.9 Estudio del estado arte ..................................................................................................... 13 1.9.1 Estado arte en el mundo ................................................................................................ 13 1.9.2 Estudio del arte en Cuba ................................................................................................ 24 1.10 Conclusiones parciales .................................................................................................... 27 2. Capítulo II: Metodología y aplicación de los Grados Días, los climogramas y el Diseño Bioclimático a la ISO 50001 ......................................................................................................... 28 2.1 Introducción ...................................................................................................................... 28 2.2 Determinación de las zonas climáticas de Cuba ............................................................... 28 2.3 Resultados del cálculo de la tm mensual de las provincias del oriente de Cuba .............. 29 2.4 Modelo para el cálculo de las Temperaturas Máximas y Mínimas ................................... 29 2.4.1 Modelo base para el cálculo de los grados-día de enfriamiento. .................................. 30 2.5 Resultados de los cálculos de Grados Días ........................................................................ 32 2.6 Escala Universal Termal ..................................................................................................... 34 2.6.1 Calculo para la temperatura de 28°C ............................................................................. 35 2.6.2 Resultados de la clasificación climática de las provincias para la tb de 18°C ................ 36 2.7 Medidas pasivas para disminuir el consumo energético y mejorar el confort según las características del local. .......................................................................................................... 36 2.7.1 Propuestas para la zona 1A y 2A .................................................................................... 36 2.7.2 Propuestas para la zona 3A ............................................................................................ 37 2.7.3 Otros aspectos a tener en cuenta .................................................................................. 37 2.8 Diagramas bioclimáticos ................................................................................................... 37 2.8.1 Valoración del clima en base a la tb de 18°C ................................................................. 37 2.8.2 Resultados del cálculo de las zonas de confort .............................................................. 39 2.9 Datos de las Humedades Relativas máximas y mínimas diarias. ...................................... 39 2.9.1 Temperaturas y humedades horarias ............................................................................ 41 2.9.2 Temperaturas horarias para Cabaiguán, Sancti Spíritus ................................................ 41 2.9.3 Humedades horarias para Cabaiguán, Sancti Spíritus ................................................... 42 3. Capítulo III: Calculo del ahorro energético a través de la vinculación de las variables climáticas y las horas de trabajo en la empresa UEB Transcupet Cabaiguán ............................. 43 3.1 Introducción ...................................................................................................................... 43 3.2 Consumo de los equipos utilizados para la climatización, iluminación y refrigeración de las oficinas de la empresa ....................................................................................................... 44 3.3 Resultados que arrojaron las temperaturas y humedades horarias para Cabaiguán ....... 45 3.3.1 Resultado de la unión de las temperaturas y humedades ............................................. 46 3.3.2 Propuestas de medidas para las zonas de la tabla 3 ...................................................... 47 3.4 Resultados tras la aplicación de las cartas bioclimáticas a las zonas propuestas. ............ 48 3.4.1 Conclusiones del análisis de las cartas bioclimáticas ..................................................... 50 3.5 Calculo de la cantidad de horas a climatizar según los resultados arrojados por la tabla 3 ................................................................................................................................................. 50 3.5.1 Comportamiento del clima dado en horas .................................................................... 51 3.5.2 Para el intervalo del 3 al 6 tenemos que: ....................................................................... 52 3.6 Cálculo del consumo real de los equipos de climatización de la empresa ....................... 52 3.6.1 Consumo de los equipos de climatización ..................................................................... 52 3.6.2 Consumo real ................................................................................................................. 52 3.6.3 Consumo teórico ............................................................................................................ 52 3.7 Conclusiones...................................................................................................................... 53 Bibliografía .............................................................................................................................. 54 Anexos ..................................................................................................................................... 56 1 Introducción Cuba al ser un país subdesarrollado tiene que invertir una gran cantidad de capital en la compra de combustible para la generación de electricidad al no ser este capaz de producir lo necesario para satisfacer la demanda existente, lo que hace que la gestión energética sea de gran relevancia para el país. La necesidad de crear una mayor eficiencia de la gestión energética es lo que impulsa a la creación de este trabajo de diploma. Se pretende lograr esto vinculando algunos conceptos y herramientas de la gestión energética a la Norma ISO 50001, como son los Grados Días, el diseño bioclimático y los climogramas, logrando así establecer una temperatura media para instituciones en específico o más generales como podrían ser provincias o el país. Las ventajas que posee esto es que permite decidir cuáles son las características a tener en cuenta a la hora de diseñar el edificio o que variaciones se le podrían hacer una vez construido para aprovechar las ventajas que puede proveer el clima de la región y utilizando otros parámetros climáticos que brinda la herramienta de los Grados Días, lograr una disminución del consumo energético y de las emisiones de dióxido de carbono en la entidad, también ya a la hora de climatizar el mismo se puede determinar en qué meses del año no es necesario la climatización del local así como definir horarios con este mismo propósito sin perder una temperatura de confort para el mismo. 2 Fundamentación En la actualidad alrededor de la mitad del consumo energético mundial está destinado al funcionamiento de los edificios y las actividades que en ellos se realizan. Al mismo tiempo, la población urbana crece (más de la mitad de la población mundial vive hoy en ciudades), lo que lleva a que cada vez haya más edificios acoplados a los servicios modernos y más gente haciendo uso de ellos(Rosales, 2011 ). De aquí la importancia de la gestión energética sustentable para estos mismos. Ahora; Cuba como país tiene como uno de los desafíos más grandes mantener el equilibrio de oferta y demanda de la energía eléctrica para hacer frente al incremento de la demanda energética asociada con el futuro crecimiento económico. En la proporción de las energías eléctricas según la fuente energética en 2014 en Cuba, la generación termoeléctrica incluyendo la generación con motor diésel representa el 94,8% aproximadamente, las energías renovables, al 5,2% (Biomasa: 4,5%, energía eólica: 0,1%, energía hidroeléctrica: 0,5%, y energía solar fotovoltaica: 0,1%). La importación de combustibles constituye una gran carga sobre el balance de pagos, además de que es susceptible a la situación internacional (Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA, 2016). Debido a esto se presentan los siguientes problemas Problemas Fundamentales de la Energía en Cuba  Alta dependencia de combustibles importados para la generación.  Alto costo promedio de la energía entregada.  Alta contaminación ambiental.  Baja utilización de las fuentes renovables de energía Destacando en lo anteriormente dicho que la mitad del consumo mundial está destinado a la sustentación energética de los edificios y que Cuba tiene una alta dependencia de la importación de combustibles para la generación de electricidad, es necesario la implementación de medidas que requieran un bajo presupuesto o impacto económico y que a su vez puedan generar un ahorro energético. Para lograr lo anteriormente planteado se propone un estudio del Diseño Bioclimático como medida de carácter pasivo (medidas de bajo costo económico), con el fin de determinar cuáles son las más óptimas en cuanto a mejorar el confort térmico teniendo en cuenta las características del clima en nuestro país. Otro aspecto a tener en cuenta es que estas medidas son ambientalistas, es decir; que no generan contaminación al medio ambiente. Si relacionamos todos esto con los sucesos que están ocurriendo debido al cambio climático se puede definir que el trabajo posee importancia no solo para los países subdesarrollados como Cuba, sino que también para los más desarrollados. 3 Problema científico El establecimiento de las relaciones entre las medidas pasivas del Diseño Bioclimático con la Norma ISO 50001, para la gestión energética en edificaciones. Hipótesis Es posible establecer la vinculación de las medidas pasivas del Diseño Bioclimático con la Norma ISO 50001, mediante la estimación del valor de Grados Días de enfriamiento y los períodos de funcionamiento de los sistemas de climatización. Objetivos generales Establecer las vinculaciones entre el Diseño Bioclimático y la Norma ISO 50001, mediante la estimación del valor de los Grados Días y los períodos de funcionamiento de los sistemas de climatización en las edificaciones. Objetivos específicos  Realizar un estudio del estado del arte de la aplicación del Diseño Bioclimático y la Norma ISO 50001 en la gestión energética.  Vincular los grados días, las zonas bioclimáticas, los climogramas a la Norma ISO 50001  Trazar estrategias bioclimáticas como resultado de la relación de las variables de los Grados Días con los períodos de funcionamiento de los sistemas de climatización, logrando así una disminución del consumo energético Viabilidad La investigación se podrá realizar ya que no requiere de gran cantidad de recursos materiales, más bien se basa en cómo se deben de ubicar o controlar para lograr mejoras. Se cuenta con la bibliografía necesaria para realizar la investigación y también se cuenta con un personal de apoyo con la suficiente experiencia y conocimiento para la guía de la investigación. 4 1. Capítulo I Estudio del estado del arte 1.1Norma ISO 50001 En el año 2008 la ISO identificó la necesidad de desarrollar una Norma Internacional para los Sistemas de Gestión Energética. A partir de aquí desde el 2008 hasta el 2015 se realizaron estudios por parte de la New Work Item (NP), Working Draft (WD), Committee Draft (CD), Draft International Standard (DIS), Final Draft International Standard (FDIS) y la Publiation-international Standard (IS) para crear la ISO 50001 que se publicó el mes de junio de 2011.Para ISO 50001, la gestión energética es uno de los cinco campos principales dignos del desarrollo y la promoción que ofrecen las Normas Internacionales. Dado que la norma está basada en una amplia capacidad de aplicación en todos los sectores económicos, se espera que afecte hasta un 60% de la demanda energética mundial(Bermúdez, 2017). El propósito de la Norma Internacional ISO 50001 es facilitar a las organizaciones establecer los sistemas y procesos necesarios para mejorar su desempeño energético, incluyendo la eficiencia energética y el uso y el consumo de la energía. La implementación de esta Norma Internacional está destinada a conducir a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y de otros impactos ambientales relacionados, así como de los costes de la energía a través de una gestión sistemática de la energía. La Norma ISO 50001 establece un marco internacional para la gestión de todos los aspectos relacionados con la energía, incluidos su uso y adquisición, por parte de las instalaciones industriales y comerciales, o de las compañías en su totalidad. Las organizaciones pueden decidir integrar la Norma ISO 50001 con las de otros sistemas de gestión, tales como las de gestión de calidad, medio ambiente, salud y seguridad ocupacional, responsabilidad social u otras (Díaz, 2016-2017). 1.2 Metodologías de la Norma ISO 50001, los grados días, zonas climáticas y los climogramas 1.2.1 Norma ISO 50001  Propósito: Establecer los sistemas y procesos necesarios para mejorar su desempeño energético.  Destinada a: Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y de otros impactos ambientales relacionados.  Reducción de los costes de la energía.  A través de: Una gestión sistemática de la energía 5 1.2.2 Metodología de trabajo Esta norma se basa en el ciclo de mejora continua En el caso de la gestión energética este enfoque significa según Borroto, 2013:  Planear: establecer objetivos y los procesos necesarios para alcanzar los resultados de acuerdo con las oportunidades para mejorar el comportamiento energético y las políticas de la organización.  Hacer: implementar los procesos.  Verificar: monitorear, evaluar los procesos y los productos con referencia a las políticas, objetivos y sus características claves.  Actuar: tomar acciones para la mejora continua del comportamiento energético. Modelo del Sistema de Gestión de la Energía ISO 50001 Figura 1 Este trabajo se verá asociado con la Norma ISO 50001 a través de su Política Energética(Nordelo, 2013) la cual plantea que esta constituye la base y la guía para la implementación, operación y mejora del SGEn y del desempeño energético de la organización. Esta debe ser simple y breve, para que sea comprendida por todos los miembros y personal relacionado con la organización, y reflejar el compromiso de la Dirección para: 6  Lograr la mejora continua del desempeño energético.  Asegurar la información y los recursos para alcanzar los objetivos y metas.  Cumplir los requisitos legales y otros requisitos relacionados con la energía.  Apoyar la adquisición de productos y servicios energéticamente eficientes y el diseño para mejorar el desempeño energético. Tomando de este último aspecto como apoyo, se realizará la vinculación entre las cartas bioclimáticas y el Diseño Bioclimático con la ISO 50001 al ser estas estrategias sostenibles y de poco o nulo impacto al medio ambiente, cumpliendo así la Política Energética de esta norma. 1.2.3 Las posibles herramientas a utilizar para gestionar y representar los datos recopilados son: En este trabajo se manejarán una gran cantidad de variables por lo que es imprescindible el uso de software o herramientas para lograr un correcto manejo de los mismos, dicho esto se presentan las siguientes opciones.  Listas, tablas, gráficas, hojas de cálculo en general: En este trabajo se manejarán los datos a través de un Excel en donde se almacenarán y calcularán los datos requeridos en la investigación. El Excel posibilita un fácil manejo de los datos y métodos de cálculos sencillos por lo que la característica de este mismo cumple con lo necesario para una satisfactoria utilización para la investigación.  Software especializado para la gestión de datos. Esta opción no será necesaria ya que la investigación no precisa de gran complejidad en manejo de datos. 1.2.4 Para normalizar los datos se pueden utilizar:  Filtrado de datos (filtrado de outliers).  Técnica de la Producción Equivalente.  Técnica de Horas-Grado (o grados-día): En caso de nuestro trabajo este será el utilizado ya que este método utiliza las variables climáticas, los cuales se precisan para trabajar con las cartas bioclimáticas y establecer cuáles son los meses del año en los que se puede alcanzar una temperatura de confort apelando a medidas de carácter pasivo. Mientras que los otros dos métodos anteriormente planteados no trabajan con este tipo de datos o variables. 7 1.3 Diseño Bioclimático En 1972 se realiza la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente en Estocolmo, seguido de esto estuvo la crisis del petróleo en 1973 las cuales fueron algunas de las causas que impulsaron a crear el programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA). Esta fue la primera vez que se consideró el medio ambiente como un aspecto a tener en cuenta en cuanto al desarrollo económico industrial. Al empezar a considerar y aplicar este aspecto en los modelos tradicionales del desarrollo este tuvo un gran impacto en los consumos de los mismos lo que dio un gran impulso a plantearse el uso de energías alternativas para la disminución del consumo eléctrico y a su vez el de los combustibles fósiles. Como los edificios se encuentran relacionados directamente con alrededor del 50% del gasto energético mundial (Kostov, 2000, 348; Underwood y Yik, 2004, prefacio; Usón, 2005, 12) a partir de más de tres décadas se crean organizaciones donde se exponen propuestas y métodos con el fin de disminuir este parámetro. La arquitectura bioclimática consiste en el diseño de edificios teniendo en cuenta las condiciones climáticas, aprovechando los recursos disponibles (sol, vegetación, lluvia, vientos) para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energía. La arquitectura bioclimática está íntimamente ligada a la construcción ecológica, que se refiere a las estructuras o procesos de construcción que sean responsables con el medioambiente y ocupan recursos de manera eficiente durante todo el tiempo de vida de una construcción. También tiene impacto en la salubridad de los edificios a, través de un mejor confort térmico, el control de los niveles de CO2 en los interiores, una mayor iluminación y la utilización de materiales de construcción no tóxicos avalados por declaraciones ambientales. 1.3.1 Métodos del diseño bioclimático para adaptar de los edificios al clima Según la etapa del proceso de diseño en que se les utilice, a los métodos de apoyo al diseño se les pude dividir a grandes rasgos en: a) métodos al inicio, indicativos de las estrategias arquitectónicas globales, basados en la relación, según el uso y el tipo de edificio, entre el clima y el criterio de confort térmico b) métodos intermedios, utilizados en las etapas de definición morfológica y material del edificio, orientativos de los efectos particulares y combinados de las distintas decisiones de diseño arquitectónico en el confort térmico (decisiones relativas a la disposición de los volúmenes y los ambientes, la concepción general y detallada de la envolvente, las divisiones internas, la adecuación del entorno del edificio y, eventualmente, el acoplamiento de sistemas pasivos, híbridos o activos de climatización) zim://A/Construcci%C3%B3n_ecol%C3%B3gica.html zim://A/Confort_higrot%C3%A9rmico.html zim://A/Confort_higrot%C3%A9rmico.html 8 c) métodos finales, dirigidos a evaluar desde la perspectiva del confort térmico y el ahorro energético del edificio ya diseñado para eventualmente volver a él y corregir las fallas detectadas. Se ha determinado que las complicaciones técnicas y los costes económicos de adaptar los edificios al clima con miras a satisfacer los criterios de confort térmico y ahorro energético crecen a medida que se retrase su consideración, llegando a ser máximos de dejarse ésta para cuando el edificio esté construido (DOE, 2001, 38; Altavilla et al., 2004; Zeiler et al., 2008). De los métodos al inicio, los de mayor uso son tres: a) el cálculo de los grados-día o de los grados-hora b) los diagramas bioclimáticos c) las Tablas de Mahoney También se tienen en cuenta varios factores a la hora de construir una vivienda bioclimática como la posición, los materiales y su estructura. El cumplimiento de estos mismos proporcionará el nivel de confort de la vivienda y por ende su eficiencia en cuanto a la gestión energética. Pero teniendo en cuenta que solo nos enfocaremos en edificaciones ya construidas, obviaremos estos y solo nos enfocaremos en aquellas características o herramientas que se puedan emplear ya una vez finalizada la edificación y que puedan proveer una ayuda a la gestión energética. 1.4 Aplicación y uso del método de los grados-día Los Grados día son un indicador del grado de rigor térmico de una localidad, ya que relaciona la temperatura media con una cierta temperatura de confort para la climatización. Este se basa en las estadísticas de temperatura de un intervalo de tiempo que puede ir de horas hasta años para lograr trazar una temperatura media. Son muy importantes para calcular la demanda energética tanto en frío como en calor de un determinado sistema de climatización. Por ello es imprescindible conocer, usar y saber calcular este parámetro climático. (Rodríguez, 2013) Los Grados día son un parámetro importante a considerar para la definición de las estrategias de diseño o los requerimientos de climatización (natural o artificial) y, por lo tanto, la demanda de energía de una edificación. Los Grados día se pueden definir como los requerimientos de calentamiento o enfriamiento (en grados centígrados o Kelvin), necesarios para alcanzar la zona de confort, acumulados en un cierto período de tiempo (generalmente un mes; aunque podrían ser semanales, o incluso horarios). Esta temperatura de confort es la temperatura base (TB) fijada. Dado que la ganancia de calor de un edificio es directamente proporcional a la diferencia entre la temperatura exterior e interior, se deduce que 9 el consumo energético de un edificio con climatización durante un período de tiempo debe estar relacionado con la suma de estas diferencias de temperatura en este período. 1.4.1 Método de cálculo para determinar los grados día 1.4.2 Método Horario Grados Días Esta metodología será tomada debido a que para poder determinar los horarios en los cuales no es necesario la climatización, fue necesario llevar el comportamiento del clima a una escala de tiempo de horas diarias ya que al calcular los Grados Días a nivel mensual no se destacó diferencias entre el comportamiento del mismo por lo que se precisó realizar lo anteriormente dicho, lo cual de expondrá en el Capítulo II. Los grados de un período determinado de tiempo (una semana, un mes, etc.) son la suma, para todos los días de ese período de tiempo, de la diferencia entre una temperatura fija o base de los Grados día (16, 18, 20, 22, 25°C) y la temperatura media del día. Cuando esa temperatura media diaria sea inferior a la temperatura base, obtendremos los Grados día de calentamiento; si, por el contrario, esa temperatura media diaria es superior a la base, obtendremos los Grados día de enfriamiento. Así que podemos tener dos tipos de Grados día: de calentamiento o de enfriamiento. Calculo de temperatura media (Tm) Tm = ½ (tmax+tmin) Calculo de Grados Días de enfriamiento (GDE) GDE= Tm-Tb Calculo de Grados Días calentamiento (GDC) GDC= Tb-Tm En este proceso no puede haber valores negativos, por ello, cuando en el caso de los GDE, si Tm >Tb, esto implica que GDE=0. De manera similar, para el caso de los GDC, si Tm >Tb, entonces esto significa que GDC=0. Ahora bien, debido a las características particulares del presente caso de estudio, sólo resulta de interés el cálculo de los GDE, y en ello se centrará el trabajo (Jaspe) 10 1.5 Climogramas Para lograr el correcto diseño bioclimático de un edificio se deben analizar no sólo las condiciones de uso sino también los parámetros climáticos.(Fabiola Corrales Aguilar, 2016) Para determinar las estrategias de diseño de espacios exteriores e interiores con el objetivo de alcanzar confort térmico podemos utilizar los llamados climogramas, diagramas bioclimáticos o cartas bioclimáticas. Al superponer las condiciones climáticas del lugar que estamos analizando nos permiten conocer qué estrategias pasivas y/o activas necesitamos para alcanzar las condiciones de confort. Entre los más conocidos y utilizados se encuentran el de Olgyay y el de Givoni. 1.5.1 Carta bioclimática de Olgyay Está diseñada para espacios exteriores. En este diagrama, Olgyay establece una “zona de confort”, en la que las condiciones de temperatura y humedad brindan al cuerpo humano una sensación térmica agradable. Este diagrama se utiliza para conocer las estrategias de diseño (aprovechamiento/protección de la radiación solar e incremento y/o humectación del aire) y, aunque no se puede utilizar para condiciones interiores, puede ser de gran ayuda para corregir situaciones de incomodidad térmica en espacios exteriores. Para temperaturas, establece un límite inferior para la zona de confort de 21 °C y superior entre los 27-28 °C, con una humedad relativa comprendida entre el 20 y el 80%. 1.5.2 Carta bioclimática de Givoni El climograma de Givoni tiene en cuenta el efecto de la propia edificación sobre el ambiente interior; el edificio amortigua las condiciones climáticas exteriores. Este diagrama permite conocer el tipo de materiales y sistemas constructivos adecuados para crear un ambiente interior que alcance el bienestar térmico, teniendo en cuenta las condiciones climáticas exteriores existentes del lugar en el que nos encontremos. Givoni plantea que las condiciones de confort, respecto a la temperatura y humedad, se encuentran entre los 21 y 26°C, con una humedad relativa entre el 20 y 75%. La carta está diseñada sobre un diagrama psicométrico y en ella se distinguen las siguientes zonas características y estrategias de actuación en la edificación. Zona fría, (no entra dentro de los objetivos de este trabajo) Zona cálida, temperatura por encima de las de confort:  Protección solar  Refrigeración por alta masa térmica  Enfriamiento por evaporación 11  Refrigeración por alta masa térmica con renovación nocturna  Refrigeración por ventilación natural y mecánica  Equipos climatizadores  Deshumidificación convencional Esta representación supone determinadas condiciones:  Una persona con actividad ligera (caminando)  Vestida con ropa ligera  Sin viento y a la sombra Como se ve anteriormente la carta que utilizaremos en este trabajo será la de Givoni ya que está encaminada a lograr el confort térmico en los espacios interiores de una edificación lo cual concuerda con los objetivos de nuestro trabajo. 1.6 Vinculación del diseño bioclimático, los grados días, las zonas bioclimáticas y la Norma ISO 50001 Las vinculaciones entre estos conceptos pudieran ser muchos, ya que se encuentran encaminadas a crear un desarrollo sostenible en la gestión energética, ejemplo de esto es que las dos cumplen con las políticas ambientalistas al tener como uno de sus objetivos disminuir los gases de efecto invernadero y la emisión de CO2 a la atmósfera, los dos tienen como objetivo disminuir el uso de los recursos naturales y que como lo mencionamos anteriormente están encaminadas ambas a lograr una mejor gestión energética en las edificaciones. Debido a que cada vez crece la necesidad de crear métodos más eficientes gestión energética por las consecuencias del cambio climático y la disminución de los combustibles fósiles, estos conceptos han sido trabajados tanto en países desarrollados como subdesarrollados al ser la gestión energética el mayor consumidor de combustibles fósiles en ambos, lo que hace estos temas de vital importancia. La posible forma de vincular esto sería:  El establecimiento de zonas climáticas y utilizar la herramienta grados días para la determinación de una temperatura base.  Utilizar las zonas climáticas ya establecidas para a partir de esto establecer los parámetros de diseño bioclimático que debe poseer el edificio a analizar.  Ya que la Norma ISO 50001, como toda norma establece el que y no el cómo, se utilizaran los conceptos anteriormente dichos para encaminar todo esto hacia una gestión energética sostenible. 12 1.7 Establecimiento de la zona climática para Cuba 1.7.1 Caracterización de clima en Cuba. En la mayor parte de Cuba el clima predominante es del tipo cálido tropical. Con estación lluviosa en el verano. En general es bastante aceptado expresar que el clima de Cuba es tropical, estacionalmente húmedo y con influencia marítima. En el país se reporta también la presencia de otros tipos climáticos como en las zonas más altas de los principales sistemas montañosos o el observado en la franja costera sur de las provincias de Santiago de Cuba y Guantánamo, el cual clasifica como tropical relativamente seco con pocas lluvias. Como factores determinantes en la formación del clima de Cuba se identifican la cantidad de radiación solar que se recibe, las particularidades de la circulación atmosférica sobre el país, y la diferente influencia de las características físico- geográficas propias del territorio nacional. En la temporada que va aproximadamente de noviembre a abril, las variaciones del tiempo y el clima se hacen más notables, con cambios bruscos en el tiempo diario, asociados al paso de sistemas frontales (invierno) y de mayo a octubre, por el contrario, se presentan pocas variaciones en el tiempo, con la influencia más o menos marcada del Anticiclón del Atlántico Norte (verano) 1.8 Clasificación de las zonas climáticas según los GD 1.8.1 Definición internacional de zonas climáticas (Apéndice normativo B - ASHRAE 90.1 - Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings) (Rosales, 2011 ) N° Nombre de las zonas climáticas Criterio térmico 1A y 1B Muy caliente / Húmedo (1A) - Seco (1B) 5000 < GDE10ºC 2A y 2B Caliente / Húmedo (2A) - Seco (2B) GDE10ºC ≤ 5000 3Ay 3B Cálido / Húmedo (3A) - Seco (3B) 2500 < GDE10ºC ≤ 3500 3C Cálido / Marino (3A) GDE10ºC ≤ 2500 y GDC18ºC ≤ 2000 4Ay 4B Mixto / Húmedo (4A) - Seco (4B) GDE10ºC ≤ 2500 y GDC18ºC ≤ 3000 4C Mixto / Marino (4A) 2000 < GDC18ºC ≤ 3000 5A, 5B y 5C 5A, 5B y 5C Fresco / Húmedo (5A) - Seco (5B) - Marino (5C) 3000 < GDC18ºC ≤ 4000 6A y 6B 6A y 6B Frío / Húmedo (6A) - Seco (6B) 4000 < GDC18ºC ≤ 5000 4000 < GDC18ºC≤ 5000 7 Muy frío 5000 < GDC18ºC ≤ 7000 8 Subártico 7000 < GDC18ºC 13 1.9 Estudio del estado arte En el mundo existe una gran cantidad de trabajos e investigaciones relacionado con los Grados Días y el Diseño Bioclimático ya que estos temas son de vital importancia para un desarrollo sostenible de la economía de cualquier país. En este trabajo analizaremos aquellos más convenientes para nuestro país, a partir de los cuales mediante un estudio e investigación de los mismos se trazarán estrategias relacionadas con el objetivo de nuestro trabajo. 1.9.1 Estado arte en el mundo  La Tesis Doctoral realizada por Luis Rosales en el 2011(Rosales, 2011 ) trata el tema de los métodos de ayuda al diseño arquitectónico orientados a adaptar los edificios al clima con miras a satisfacer los requerimientos de confort térmico y ahorro energético en Venezuela. Su contribución se divide en dos partes. Primero, se describen los métodos más conocidos, haciendo énfasis en aquellos que se usan en las etapas iniciales del proceso de diseño (por ser los más influyentes en el cumplimiento de los requerimientos mencionados), con el fin subsiguiente de aplicarlos al contexto venezolano y de esta forma sintetizar y ofrecer información útil para la práctica profesional de la arquitectura en Venezuela. Segundo, como aporte principal, propone un método original orientado a generar información utilizable en las etapas iniciales del proceso de diseño, basado en aplicar, bajo ciertas hipótesis (ligadas al concepto de temperatura libre), modelos de regresión lineal simple a los resultados de la simulación, con lo que se logra desacoplar al edificio simulado del clima en el que se le simuló, quedando luego caracterizado por dichas regresiones. Éstas relacionan la temperatura interior del edificio a determinada hora (la variable dependiente) con la temperatura exterior (la variable independiente). Puesto que se pueden a su vez relacionar con la temperatura exterior (según hipótesis Definición de Marino (C): localidades que cumplan con todos los siguientes criterios: 1. Temperatura media del mes más frío entre -3 ºC y 18 ºC 2. Temperatura media del mes más cálido < 22 ºC 3. Al menos cuatro meses con temperaturas medias mayores de 10 ºC. 4. La temporada fría es la más lluviosa (Oct-mar en el hemisferio norte y abr-sep en el hemisferio sur). Definición de seco (B): localidades que cumplan el siguiente criterio: P < 2 (T+7) Dónde: P = precipitación anual en cm y T = temperatura media anual en ºC Definición de húmedo (A): localidades que no sean marinas ni secas. Tabla 1 14 propias) el criterio de confort térmico, por un lado, y la temperatura exterior de un clima particular, por otro, los tres elementos (edificio, confort y clima) quedan desacoplados y referidos a una misma variable. De esta forma se puede estimar la respuesta del edificio a cualquier clima desde la perspectiva del confort térmico sin necesidad de simular. Si además se determinan las regresiones correspondientes a cambios realizados en el edificio inicial (p.ej. basados en la aplicación de estrategias genéricas de diseño), se puede, finalmente, calcular de forma simple el potencial de dichas estrategias en cualquier clima (lo que se expresa negativamente en términos de grados-hora de malestar térmico). También se expone que en el proceso de diseño los métodos de apoyo de este se dividen en tres grandes rasgos. Métodos al inicio: Se toma en cuenta la caracterización climática de la zona y el tipo de edificio para lograr un buen criterio del confort térmico. Para lograr esto se usan mayormente las herramientas de los grados días, los diagramas bioclimáticos y las tablas de Mahoney, a pesar de que son viejas siguen siendo muy útiles debido a su fácil aplicación como guías iniciales del diseño. Métodos intermedios: Esta se encuentra más dirigida a el diseño en específico y son muy variadas. Tienen como fin asistir al arquitecto durante el proceso de diseño y en particular desde la perspectiva del confort térmico y el ahorro energético. Aquí el arquitecto deberá utilizar su experiencia acumulada tanto en lo referente al diseño como a las variables climatológicas que existen en el lugar para de esta forma aplicar un diseño que provea confort térmico a la edificación. Métodos finales: Estos se encuentran divididos en tres grandes tipos: a) métodos experimentales: Como medio de comprobación de la calidad ambiental de una propuesta arquitectónica han perdido peso en beneficio de la simulación computarizada. Esto no quita que, en casos complejos, en proyectos de presupuesto acorde, no se recurra a ellos para aclarar incertidumbres fuera de las posibilidades de la simulación. b) métodos manuales o simplificados (hipótesis estática): Fueron ideados fundamentalmente para estimar de forma sencilla (manualmente o usando hojas de cálculo) las transferencias de calor totales en un período de tiempo dado a través de la envolvente de edificios cuya temperatura interior se mantenga fija por medio de sistemas de climatización. El resultado es la carga necesaria para climatizar, la cual puede luego cotejarse con las normas u otros edificios del mismo tipo 15 c) métodos computarizados (simulación dinámica): El principal uso que se le da en la actualidad a los métodos computarizados de simulación dinámica de edificios es calcular el comportamiento energético/ambiental de la propuesta arquitectónica para luego volver a ella y realizar los cambios que sugiera la interpretación de los resultados (según un proceso reiterativo de ensayo-error). Evaluar la adaptabilidad de un edificio a un clima y sus variaciones desde la perspectiva del confort térmico y el ahorro energético demanda caracterizar y relacionar tres elementos: el comportamiento térmico del edificio, el clima y el criterio de confort térmico. En las etapas tempranas del proceso de diseño, cuando se está frente a problemas abiertos, el interés consiste en tomar decisiones correctas sobre la base de datos escasos y de carácter general. Habitualmente esto se hace aplicando métodos iniciales que relacionan el clima y el criterio de confort y sugieren con base en ello estrategias genéricas globales (como hacen por ejemplo los diagramas bioclimáticos) o aplicando métodos intermedios que dan indicaciones globales acerca de aspectos más puntuales como la forma de la planta del edificio, la orientación, la volumetría, la distribución espacial, la resistencia térmica de la envolvente, su inercia térmica, el control de la radiación solar, etc.  En junio del 2009 en Uruguay se crea un informe llamado: Pautas de diseño bioclimático para optimizar condiciones de confort y uso de energía en el sector residencial financiado por organismos públicos, para Uruguay, caso de clima complejo(Camacho, 2009 ). Este mismo fue bajo la dirección de Departamento de Clima y Confort en Arquitectura – Instituto de la Construcción Facultad de Arquitectura UDELAR y el Proyecto de Investigación financiado por el PDT – DIC y T – MEC. 2006 / 2008. En el trabajo se presentan pautas para lograr una arquitectura bioclimática desde la concepción el edificio, contribuyendo al confort de los usuarios, la economía energética y la preservación del medio ambiente. Este proyecto tiene como propuesta reelaborar criterios más ajustados para la aplicación de las estrategias bioclimáticas, que contribuyan como herramientas para el proyectista. Esto se obtuvo a partir de estudios experimentales y recolección de datos importantes para establecer comparaciones y correlaciones. También se utilizó herramientas de simulación para el estudio del desempeño térmico y energético. Se realizó una encuesta a los habitantes de dos localidades (Montevideo y Salto) preguntándoles sobre el confort de sus hogares tanto en la temporada de frio como de calor, cuantas horas permanecían en el y cuantos eran, a partir de aquí se determinó la posición y cantidad de los edificios analizados y se colocaron instrumentos para medir la temperatura y la humedad relativa de 16 los locales y con estos datos procedieron a las herramientas bioclimáticas. Después de analizar todos los datos del comportamiento del clima en esas localidades se utilizaron las cartas climatológicas de Olgyay y Givoni y las tablas Mahoney Al analizar todos estos datos se obtuvo que cuando la orientación es Este –Oeste los consumos aumentan en relación al referente, tanto para refrigeración como para calefacción, (Montevideo 7% y en Salto máximo 23% en total). La estrategia que representa menor consumo de energía es la que relaciona mayor cantidad de área con relación al Norte que consigue un ahorro de 15% en Montevideo disminuyendo principalmente la refrigeración y del 9% en Salto, disminuyendo únicamente la refrigeración con respecto a la orientación original. Con este estudio nos podemos dar cuenta que si queremos tener una mejor eficiencia energética debemos hacer que cada edificación por construir esté basada en diversas pautas climatológicas, culturales y tecnológicas locales si depender tanto de los modelos foráneos. Los roles de los ingenieros mecánicos y/o arquitectos son de gran importancia, ya que en sus decisiones y acciones se está involucrado un alto porcentaje del consumo energético del país y las situaciones de confort a las que serán sometidos los usuarios de dicha edificación. Esto demuestra la importancia de manejar las estrategias y pautas del diseño atendiendo a la diversidad climática y necesidades humanas del contexto; es decir; que mientras más se logre especificar las pautas a seguir dependiendo de la localidad en específico, mejor desempeño energético y confort se obtendrá.  En el trabajo realizado por Jascha Julius Moie en su tesis de Maestría en Ciencias Ambientales(MOIE, 2012), se investigaron los requerimientos al diseño bioclimático para proveer de confort térmico a viviendas en el clima cálido húmedo del estado de Quintana Roo, México; analizando así varios factores externos como el nivel de vestimenta, la temperatura del aire, la radiación térmica, la humedad relativa, el movimiento del aire, la contaminación sonora o ruido y la iluminación de confort. Los impactos ambientales correspondientes se estimaron a través del contenido energético primario y las emisiones de CO2. Se realizaron mediciones de temperatura y humedad del clima interior en comparación al exterior a lo largo de varios días para tres diferentes tipos de edificios bioclimáticos en la temporada de temperaturas altas. Los valores obtenidos confirmaron las estimaciones por herramientas de cálculos que con exclusiva ventilación natural no cumplirán las exigencias de confort térmico para todo el año. Con temperaturas interiores a un metro del suelo, correspondiente a lugar de mayor estancia larga, que se mantuvieron a 4 Kelvin por debajo de los valores de las temperaturas exteriores en la tarde, los resultados de medición confirmaron la adecuación de techos naturales de dos vertientes (palapas). La sustitución de materiales naturales por otros más resistentes resulta en una 17 pérdida de permeabilidad, requiriendo entonces medidas sutiles para obtener la ventilación adecuada. Adicionalmente, el impacto ambiental aumenta varias veces, debido al gasto energético en la fabricación y el transporte. Por lo tanto, se prefieren materiales locales. La reflexión y la absorción de la radiación solar son de gran impacto para la temperatura de las edificaciones, tanto las internas del local como las externas de este mismo. Para contrarrestar esto se propone la siembra de árboles de hojas caducas cerca de las edificaciones porque estas proveen sombra en tiempo de verano y permiten el paso de la radiación solar en invierno lo cual podría mejorar considerablemente las temperaturas interiores de los locales y ayudado de la ventilación natural podría evitar el encendido de equipos para lograr el confort térmico.  La tesis realizada por Renato Perini(PERINI, 2009) en septiembre del 2009 trata la rehabilitación ambiental y energética de edificios de oficinas en el clima cálido húmedo de Brasil proponiendo una gran cantidad de variantes en cuanto al diseño bioclimático con carácter pasivo generalmente. Este divide las soluciones en 3 tipos: Soluciones energéticas Sistemas automatizados de control ambiental: Equipos climatizadores Alumbrado artificial Fuentes alternativas de energía: Reduce la dependencia energética de la edificación al suministro público Integración de los sistemas artificiales a los sistemas pasivos Soluciones Lumínico-Visuales Repisas de Luz: Protección solar directa Incremento de la iluminación natural de las zonas más interiores Ventanas Practicables: Protección contra ganancias térmicas por la radiación solar directa Reguladores lumínicos Evitan el deslumbramiento Distribución de luz natural hacia las zonas más profundas 18 Ventanas practicables permiten flexibilidad y adaptación a las condiciones exteriores Conductos de luz natural: Proporcionan luz difusa o conducen rayos solares atenuados a zonas internas Persianas Automatizadas: Evitar el deslumbramiento Promueven la uniformidad lumínica del espacio Controla la luz natural que penetra en el ambiente interior Soluciones Climáticas Plantas poco profundas privilegiando la iluminación natural y la ventilación cruzada. Elementos sombreadores para control de la radiación Persianas Fijas Reflectantes: Cuando aplicadas en conjunto con una repisa de luz evitan ganancias térmicas por radiación directa sin comprometer la iluminación natural. Pueden ser fácilmente instaladas sobre fachadas existentes Galerías ventiladas en fachadas: Pueden ser autoportantes o conectadas a la fachada existente Proporcionan una zona intermedia sombreada revestida por vegetación, persiana o doble acristalamiento Vegetación en fachadas: Pueden ser autoportantes o conectadas a la fachada existente Modifica el microclima Proporciona sombra y aire fresco en el interior Desventajas: Hay que tener cuidados con el incremento de la humedad Persianas practicables: Permite al usuario mayor control de las condiciones interiores de confort La practicidad de estos dispositivos posibilita modificaciones, de acuerdo con las condiciones exteriores 19 Vidrio reflectante de baja emisividad: El vidrio con características reflectantes contribuye para la reducción de la transmisión de calor hacia el interior. Refleja grande parte de la radiación incidente Aberturas opuestas, Patios y Conductos de Extracción de Aire: La entrada y el movimiento de aire fresco en el interior de una oficina son imprescindibles para la salubilidad y el confort térmico del espacio laboral. Ventilación cruzada y refrigeración nocturna: promovidas por diferencia de temperaturas y de presión Ventilación cruzada: condicionada por la presencia de aberturas en lados opuestos Pantallas: Pueden actuar como: Dispositivo de retardo térmico, de uso interior. Elemento de fachada que promueve regulación, difusión o detención lumínica; Además de favorecer la comodidad visual, también pueden ayudar a disminuir las ganancias de calor por las fachadas Como se dijo anteriormente los métodos que se emplean son generalmente de carácter pasivo y con vista a climas cálidos-húmedos lo cual tiene relevancia para nuestro trabajo debido a su similitud en el clima. Podemos ver que las medidas tomadas se enfocan en soluciones naturales de control ambiental y de eficiencia energética aplicadas a edificios ya existentes y al ser un clima con estas características su enfoque principal es en la protección solar y el movimiento del aire. Sería de gran importancia tener en vista estas medidas para su aplicación en las edificaciones de nuestro país al poder hacerse en edificaciones ya construidas, ya que no son de gran dificultad realizarlas y no requieren de muchos recursos o capital económico, exceptuando algunas como la implantación de paneles solares con sistemas automáticos para un mayor aprovechamiento de los rayos solares.  El Manual de Diseño Pasivo y Eficiencia Energética en Edificios Públicos (2009-2012)que fue elaborado como producto resultado del proyecto “Evaluación de Estrategias de Diseño Constructivo y de Estándares de Calidad Ambiental y Uso Eficiente de Energía en Edificaciones Públicas, Mediante Monitorización de Edificios Construidos” recoge la experiencia de haber medido y observado, en época de invierno y verano, diez edificios públicos en uso, ubicados en cinco regiones, de acuerdo a una metodología acorde con el estado del arte en estos ámbitos, y teniendo presente las reglamentaciones y 20 normativas atingentes, propone estrategias, consideraciones y soluciones, para avanzar en el camino de tener edificios de uso público cada vez más sustentables, más eficientes y que a la vez otorguen óptimas condiciones medioambientales a sus usuarios. Esto permitirá desarrollar y establecer parámetros objetivos de diseño ambientalmente sustentable, permitiendo optimizar la inversión pública lo que beneficia también a la privada en términos de diseñar y construir edificios adecuados a las labores que allí se desempeñan -propiciando productividad, cualquiera sea la actividad y con bajos costos de operación En términos generales, el desarrollo del Proyecto contempló tres etapas-objetivos: a) Crear las condiciones para la ejecución del proyecto. Esto instalando las capacidades para diseñar e implementar sistemas de monitorización para medir el desempeño energético y la calidad medioambiental de edificios; b) Desarrollar los bienes públicos. Instalando los sistemas de monitorización en los 10 edificios públicos, ubicados entre la II y XI Región del país, para determinar sus distintos desempeños y analizar los factores que lo afectan. En particular el diseño, la calidad de la construcción, las instalaciones y los hábitos de consumo energético y finalmente proponer soluciones de mejoramiento debidamente valorizadas en términos económicos y c) Transferir los resultados del proyecto, divulgando los productos y resultados, para el conocimiento y la toma de decisiones de los actores involucrados en el diseño, construcción, operación y gestión energética de los edificios y sus desempeños en general, promoviendo actividades en conjunto con la sociedad, para crear una cultura de calidad ambiental y eficiencia energética en los edificios públicos. El proyecto se desarrolló en tres etapas, las que se ejecutaron en un plazo de treinta meses, durante el periodo comprendido entre diciembre de 2009 y mayo de 2012. Etapa I: Instalación de Capacidades: periodo durante el cual se ejecutan las acciones necesarias para crear las condiciones para desarrollar el trabajo de monitorización. Se diseña e implementan los métodos de monitorización, se definen y validan los protocolos para evaluar energética y ambientalmente los edificios; se prepara el personal necesario para las campañas de mediciones y se caracterizan y levantan los edificios sujetos de estudio. Etapa II: Desarrollo: periodo durante el cual se ejecutan las campañas experimentales y se construyen los productos resultados del proyecto; diagnósticos, métodos, propuestas de mejoras, manuales, guías técnicas, entre otros. Durante esta etapa se realizan dos campañas experimentales en cada uno de los diez edificios sujetos de estudio que consultó el trabajo: una que cubrió el periodo invernal y la otra el estival, cada una duró 25 días promedio. Etapa III: Transferencia: periodo durante el cual se ejecutan las acciones conducentes a transferir a los usuarios los productos resultados del proyecto, y se 21 valida el modelo de sustentabilidad que se propuso a Innova Chile, para masificar los resultados en la fase post proyecto. Monitorizaciones y Evaluaciones El levantamiento de información en terreno, consideró la medición continua y/o puntual de una serie de parámetros físico constructivos, ambientales y de consumo energético, con el objetivo de evaluar un conjunto de prestaciones o desempeños del edificio. Desempeños entendidos como el conjunto de características, cualitativas o cuantitativas del edificio, identificables objetivamente, que contribuyen a determinar su aptitud para responder a diferentes funciones para los que ha sido diseñado. La determinación de indicadores y análisis de desempeños, combinó técnicas experimentales de monitorización con otras de simulación. Técnicas de monitorización para medir, bajo régimen dinámico, consumos energéticos, patrones de consumo horario, diario y estacional, junto con medición de variables ambientales y propiedades térmicas, acústicas y permeables de la construcción. Destaca el uso de técnicas de termoflujometría, presurización y termografía, no utilizadas combinadamente en Chile hasta entonces en edificios públicos. En paralelo, se aplicaron encuestas de percepción para medir el grado de satisfacción de los usuarios de los edificios Después de la implementación de los instrumentos de medición en las edificaciones a evaluar se realizó un análisis del clima de cada región para ver las posibles ventajas y minimizar sus desventajas, con el objetivo de alcanzar el bienestar de los usuarios de las edificaciones públicas con un mínimo consumo de energía Como Chile es un país que tiene gran variedad en su clima, el manual propone medidas de calentamiento y enfriamiento pasivo, pero solo hablaremos del enfriamiento pasivo, ya que es el que concuerda con el objetivo de nuestro trabajo. Medidas propuestas Estrategias de ventilación natural: Ventilación cruzada Ventilación convectiva Ventilación nocturna de masa térmica Estrategias de enfriamiento pasivo: Enfriamiento evaporativo Intercambiadores de calor geotérmicos 22 Si se quiere refrescar al ocupante (usuarios del recinto), se recomienda asegurar una diferencia de temperatura entre el aire exterior (a menor temperatura) y el interior. En el caso que la diferencia de temperatura no sea favorable, es posible crear la sensación de una menor temperatura al aumentar la velocidad del aire dentro de los espacios. Estas estrategias ayudarán al ocupante, siempre y cuando el movimiento de aire se produzca al nivel en que permanezca el usuario, es decir a un nivel no superior a los dos metros medidos desde el piso del recinto. Si el propósito de la ventilación cruzada es enfriar la masa térmica de los elementos constructivos por la noche (ventilación nocturna de masa térmica), se recomienda maximizar el contacto del aire con los elementos constructivos para que éstos le transfieran calor.  El proyecto Zebra 2020(TU Wien Grupo de Economía Energética -EEG Septiembre 2016 ) presentado por Raphael Bointner el cual es el coordinador del mismo, tiene como objetivo clave monitorizar la adopción del mercado de los EECN en toda Europa, proporcionar datos y entradas acerca de cómo alcanzar el estándar EECN. Este informe presenta toda la información recopilada de 17 estados miembros europeos. Los datos presentados aquí han sido recogidos y presentados con la implicación de investigaciones europeas, del mundo académico y las autoridades nacionales. En base a esta información, se han derivado recomendaciones encaminadas hacia una estrategia de descarbonización del parque de edificios. Este informe está estructurado de la siguiente manera: (1) Datos de mercado sobre eficiencia de los edificios con estadísticas sobre actividades de renovación y de nueva construcción en los últimos años y una selección de edificios de alta eficiencia con especificaciones técnicas de diferentes países. (2) Un análisis de los certificados de eficiencia energética y una encuesta de los agentes inmobiliarios que muestra el impacto de estos certificados en el mercado inmobiliario. (3) resúmenes de los temas sobre políticas existentes a nivel nacional para el sector de la construcción. (4) El nZEB-tracker (herramienta online estilo Wiki) que presenta criterios seleccionados que muestran la transformación y la madurez del mercado de los edificios de energía casi nula tanto a nivel nacional como de la UE. (5) Escenarios que muestran la transición del mercado hacia los EECN y su impacto sobre la descarbonización del parque de edificios europeo hasta 2020, 2030 y 2050. 23 (6) Recomendaciones con el objetivo de apoyar a las autoridades políticas para establecer metas ambiciosas enfocadas a los EECN y la eficiencia energética en relación al parque de edificios. La suposición del proyecto ZEBRA2020 se basa en los datos estimados en los informes WWF1 y GTR2. En el primer informe, se considera un total de cinco tipos de mejoras para viviendas existentes de distinta naturaleza (E2 Aislamiento +. E3 Aislamiento ++, E4 Renovables, E5 Planes Renove y E6 Mix) y sus efectos se comparan con respecto a una situación en la que no se lleva a cabo ninguna intervención del parque de viviendas (Tendencia) según diferentes tipos de edificios y zonas climáticas. En el segundo informe, se estima que las necesidades de renovaciones profundas reduzcan las necesidades energéticas de calefacción de los edificios hasta un 80% y de agua caliente hasta un 60% (para un objetivo de 10 millones de viviendas, es decir, el 64% del parque de viviendas hasta 2001) de acuerdo con el E6 Mix (ahorro del 85% en consumo energético). Por lo tanto, escogemos el E6 Mix como nivel de referencia para renovaciones profundas en España y, a continuación, se agrupan los cinco tipos de mejoras citados según los tres niveles de renovación definidos: • Nivel 1 "leve": El promedio de ahorro esperado en consumo energético es del ((12 + 23) / 2) 17,5%. Tipo de acciones: -E4 Renovables: Considera la incorporación de instalaciones para el aprovechamiento de la energía solar térmica para producir agua caliente sanitaria (cobertura del 60-70% dependiendo de la zona climática) y la energía solar fotovoltaica para el consumo de electricidad (10%). - E5 Planes Renove: Considera el impacto en el consumo energético de los edificios residenciales existentes de la aplicación de los Planes Renove de calderas y aire acondicionado, de acuerdo con el desarrollo experimentado por diferentes comunidades autónomas con la implementación del Plan de Ahorro y Eficiencia Energética de 2008-2012. • Nivel 2 "media": El promedio de ahorro esperado en consumo energético es del ((57 + 72) / 2) 64,5%. Tipo de acciones: E2 Aislamiento +: Considera una mejora de los niveles máximos permitidos actualmente según el documento HE1 del CTE para los parámetros de transmitancia térmica de los suelos, cubiertas y fachadas, así como las medidas para mejorar el tratamiento de grietas y puentes térmicos. - E3 Aislamiento ++: Refuerza las mejoras introducidas en la solución E2 Aislamiento + incorporando criterios utilizados en el estándar Passive House: una envolvente del edificio muy aislada (máximo valor U de 0,15 W / m2 K) y la recuperación de calor del aire extraído de la casa. 24 • Nivel 3 "profunda": El promedio de ahorro esperado en consumo energético es del 85%. Estas acciones son la combinación de aislamiento del edificio con E3 Aislamiento ++, E4 Renovables y E5 Planes Renove. A continuación, se resumen los diferentes niveles para los ahorros energéticos esperados: Aplicación de mejoras térmicas Ahorro energético esperado Nivel 1 Aplicación de Planes Renove y/o incorporación de energía solar térmica/fotovoltaica 17,5% Nivel 2 Mejora de aislamiento en elementos específicos del edificio (techos, fachadas, puentes térmicos...) y/o envolvente térmica global (incluyendo un sistema de recuperación de calor) 64,5% Nivel 3 Suma del nivel 1 y 2 85% Tabla 1.1 Como se puede ver existe una considerable reducción de consumo energético llegando hasta un 85%, esto demuestra la gran importancia de los materiales de construcción y aislamientos utilizados en cuanto a su influencia en la gestión energética; aspecto a considerar en el trabajo. También un aspecto a destacar es que en los países con normativas más estrictas con respecto a los diseños de edificaciones se logró una mayor gestión energética. 1.9.2 Estudio del arte en Cuba El trabajo de diploma Lianny Madrigal Moreno(Moreno, 2013) realiza un proyecto hacia las ideas conceptuales para una zona de nuevo desarrollo de la ciudad de Manicaragua. Tomando como base el estudio de antecedentes internacionales, nacionales de viviendas que respondan positivamente a las condiciones ambientales de su entorno. Apoyándose en el resultado de la aplicación de una herramienta para la evaluación cualicuantitativa de la dimensión ambiental y energética del hábitat en la propia ciudad; herramienta que es elaborada en el presente trabajo a partir de los indicadores del Procedimiento de diagnóstico integral del Hábitat municipal. Todo ello tributa a la adecuación de los requisitos de diseño y premisas hacia la tarea técnica para el plan parcial de la zona de nuevo desarrollo Santo Domingo y propuestas de solución de vivienda para la ciudad de Manicaragua, formulando criterios de diseño ambientalmente confortable. Para lograr un diseño arquitectónico con tales características se tienen que cumplir con una serie de requisitos que ilustran como debe ser la nueva interpretación de la arquitectura. Dentro de estos preceptos podemos mencionar: 25 1. Adaptación a la temperatura. 2. Asoleamiento, orientación y protección solar del edificio. 3. Aislamiento térmico. 4. Ventilación cruzada. 5. Optimización de recursos naturales. 6. Integración de energías renovables. También en este trabajo se utilizó la Herramienta Habitad 2 como apoyo a la investigación donde se calculó por el comité de experto, donde fueron necesarios 6 compañeros, para esta prueba piloto, se tomó como criterios de partida la evaluación del Procedimiento que entregó el CAM al Proyecto Hábitat 2, sobre la base de estos criterios y un proceso de estudio. Los resultados obtenidos indican que la dimensión ambiental energética del hábitat en Manicaragua es evaluada de Regular con puntuación cuantitativa de 60,52 o lo que es lo mismo 0,61 en escala de 0 a 1. También que los indicadores más deficientes por puntuación son los de fuentes renovables de energía con (0,36), Niveles de contaminación con (0,39), cultura ambiental energética (0,48) e impactos ambientales (0,56). Todos ellos indican que no hay aplicación de arquitectura bioclimática, fuentes renovables en los diseños, reciclaje y reúso, mala educación y déficit de programas, así como impactos ambientales y energéticos de las realidades de la ciudad.  El trabajo realizado por la Dra.Cs. Arq. Dania González Couret(Couret) presenta los resultados de varias investigaciones dirigidas a caracterizar y evaluar la arquitectura cubana en su evolución, desde el punto de vista de su adecuación a las condiciones climáticas. Para ello se combinan métodos de la investigación teórica con trabajos empíricos desarrollados y dirigidos por la autora durante varias décadas, así como otros resultados de investigaciones precedentes. La discusión de los resultados permite demostrar la calidad de la tradición arquitectónica cubana y la necesidad de su rescate como principio esencial para la adaptación al cambio climático. Aunque existen gran cantidad de estudios realizados internacionalmente sobre el diseño bioclimático llegando a adquirir estos mismos gran relevancia para lograr la sustentabilidad económica en nuestro país la arquitectura transita por un camino opuesto, caracterizado por la pérdida de la tradición y la adopción de modelos foráneos no apropiados al clima. El trabajo presenta los resultados de varias 26 investigaciones enfocadas en la caracterización y evaluación de la arquitectura cubana y su evolución, desde el punto de vista de su adecuación a las condiciones climáticas. Por ser Cuba una isla larga y estrecha que ocupa un reducido rango de latitudes, su clima es bastante uniforme, a pesar de que pueden distinguirse tres regiones climáticas (las costas, las zonas montañosas y la zona central). El clima cubano, clasificado por Köpen [Jansa, 1974] como Tropical, es cálido y húmedo, caracterizado por altos valores de temperatura del aire a lo largo del día y el año, elevadas humedades relativas y abundantes lluvias, lo que lo hace diferente de otros climas también cálidos pero secos, catalogados por el referido autor dentro de los Áridos. De las características del clima se derivan las estrategias de diseño bioclimático, que son más variadas en los climas cálido-secos, en los cuales es posible experimentar con recursos como la inercia térmica de la edificación, y del suelo, así como el enfriamiento evaporativo, pero en los cálido-húmedos las dos estrategias principales son reducir la ganancia térmica en la edificación y maximizar la ventilación natural Es por ello que el esquema de diseño bioclimático recomendable para Cuba se corresponde con el edificio aislado protegido del sol y permeable a la ventilación, lo cual es posible en zonas rurales y suburbanas, o en las urbanizaciones abiertas al estilo del movimiento moderno. Sin embargo, los centros históricos de las ciudades tradicionales desarrolladas por los colonizadores españoles responden al modelo compacto mediterráneo más apropiado para los climas secos, en los que en lugar de la ventilación cruzada predomina la inercia térmica de la masa edificada que permite generar microclimas en los patios interiores. 27 1.10 Conclusiones parciales  Se estableció la relación de los grados días, las zonas bioclimáticas y los climogramas a la Norma ISO 50001 con el fin de obtener una mejor gestión energética  Se determinó que la carta bioclimática a utilizar en el trabajo es la de Givoni ya que es la que propone medidas para lograr una zona de confort en el interior de las edificaciones.  De los trabajos investigados anteriormente que planteaban métodos pasivos se pudo establecer que las características del diseño pasivo a aplicar en nuestro país son: 1. Protección solar todo el año 2. Instalación de ventanas 3. Refrigeración por ventilación natural 4. Deshumidificación convencional 5. La siembra de árboles de hojas caducas como ayuda para impedir las ganancias térmicas directas y la reflexión. 28 2. Capítulo II: Metodología y aplicación de los Grados Días, los climogramas y el Diseño Bioclimático a la ISO 50001 2.1 Introducción En este capítulo se expondrá la metodología para calcular la temperatura máxima y mínima a través de la herramienta grados días. Se utilizará el Excel para facilitar el proceso de cálculos y a la vez ya tener los mismos como una herramienta más para una futura utilización. Se calculará las temperatura máxima y mínima disponiendo de una temperatura media que se obtuvieron a través de datos históricos de las provincias de Cuba(2018). Todo esto se hará utilizando el sitio web www.Climate-Data.org donde se obtendrán datos estadísticos fiables de la historia climática de las provincias de nuestro país y siguiendo lo metodología propuesta por Rodríguez Santos(Ovidio Rodríguez Santos ) para el cálculo de los grados-día mensuales de enfriamiento y/o calentamiento con temperatura base variable. Se determinará las zonas climáticas para las provincias orientales de nuestro país, partiendo desde Sancti Spíritus hasta Guantánamo. Esto se logrará utilizando un Excel como herramienta para los cálculos a realizar en la metodología propuesta por Rodríguez Santos. 2.2 Determinación de las zonas climáticas de Cuba Para lograr la creación de zonas climáticas de un país te tomas en cuenta tres aspectos generalmente: a) Clasificaciones basadas en las variaciones geográficas de uno o más elementos del clima y orientadas a reunir las localidades con rangos y combinaciones similares. Aquí la perspectiva es básicamente climática y puede inspirarse en las clasificaciones climáticas clásicas (como la de Köppen) introduciendo aspectos como el relieve y la vegetación. Clasificaciones basadas en la sensación térmica característica de cada clima, evaluada por medio de algún indicador de confort (por ejemplo: la temperatura del aire, la temperatura operativa o la temperatura efectiva). El análisis puede ser sólo numérico o relacionarse con aspectos como el relieve y la vegetación. b) Clasificaciones basadas en un enfoque bioclimático que apele a métodos de ayuda al diseño iniciales (grados-día o grados-hora, diagramas bioclimáticos o tablas de Mahoney). Esta forma de definir zonas climáticas 29 quizá sea la más completa, al considerar la relación entre el clima, el confort y el diseño en términos del potencial de determinadas estrategias c) de diseño concebidas genéricamente (por ejemplo: enfriamiento, calentamiento, ventilación natural, masa térmica, etc.). Atendiendo a este último aspecto como el más completo de los analizados pasaremos a esto a continuación 2.3 Resultados del cálculo de la tm mensual de las provincias del oriente de Cuba Temperatura media (tm) mensual de las provincias occidentales de Cuba Meses SS CA Camg LT Holg Gran Gtm SC Ene 21.59 22.68 22.67 23.3 23.32 23.3 23.3 22.2 Feb 22.03 22.48 22.47 23.17 23.18 23.37 23.16 22.22 Marz 23.59 24.21 24.22 24.78 24.8 24.64 24.78 23.32 Abril 25.18 25.45 25.44 25.94 25.94 25.65 25.95 24.22 May 26.17 26.28 26.28 26.78 26.78 26.43 26.79 25.16 Jun 26.82 26.84 26.83 27.36 27.36 27.12 27.33 25.9 Jul 27.46 27.55 27.55 28.04 28.04 27.66 28.01 26.6 Ago 27.46 27.76 27.76 28.18 28.15 27.92 28.13 26.76 Sept 26.93 27.17 27.17 27.67 27.65 27.37 27.63 26.24 Oct 25.83 26.13 26.12 27 26.91 26.5 26.95 25.24 Nov 24.03 24.83 24.83 25.36 25.33 25.47 25.32 24.21 Dic 22.41 22.85 22.84 23.72 23.71 23.93 23.7 22.9 Tabla 2 Estos datos fueron obtenidos a través del cálculo de las tm de las tm mensuales del Excel (Hernández, 2018) de cada provincia quitando los municipios de cada una por la gran cantidad de datos de estos, los cuales se pueden ver accediendo al Excel en caso de necesitarse. 2.4 Modelo para el cálculo de las Temperaturas Máximas y Mínimas Como se puede ver en la tabla 2.1 este modelo permite el cálculo de las temperaturas máximas y mínimas en cualquier periodo determinado de tiempo y también con cualquier temperatura base, en este trabajo se tomarán desde 10- 25ºC como temperatura base y se calculará para un periodo de tiempo mensual y anual mostrándose todos estos resultados dentro del Excel a utilizar (Hernández, 2018). 30 2.4.1 Modelo base para el cálculo de los grados-día de enfriamiento. El modelo base para el cálculo de los grados-día de enfriamiento con temperatura base y escala de tiempo variables, se sintetiza en el uso de siete expresiones. Se establecen como variables de entrada tres parámetros: la temperatura media tm, la temperatura mínima media tmin y la temperatura máxima media tmax de las temperaturas medias para el periodo, según la escala de tiempo que se tome. Con estas variables se define el parámetro adimensional ζ expresado por la ecuación (1). max min mt t t    (1) Se asumen dos posibles intervalos de variación de la temperatura base tb, un primer intervalo para (tb ≤ tmin) y un segundo intervalo para (tmin ≤ tb ≤ tmax). Región geográfica Territorio nacional cubano. Escala de tiempo Expresión Coeficientes a b Diaria 0,2343 1,3888 3,7564 0,6492 Mensual -12,22 1,3669 9,238 0,7188 Estacional de verano -5,5621 1,0966 5,3765 0,8754 Estacional de invierno -22,338 1,7141 14,62 0,5295 Anual -38,526 2,2018 11,487 0,705 Tabla 2.1 min b mt at max b mt at min . mt a b t  max . mt a b t  min . mt a b t  max . mt a b t  min . mt a b t  max . mt a b t  min . mt a b t  max . mt a b t  31 Para cualquiera de los dos intervalos los grados-día de enfriamiento se calculan por la expresión (2) ( )me mee bGD N t  (2) Donde, N es el número de unidades para el periodo de tiempo que se tome y θmee se conoce como temperatura media equivalente de enfriamiento. La temperatura media equivalente de enfriamiento θmee debe ser determinada para cada intervalo. Para el primer intervalo (tb ≤ tmin) su valor se toma constante e igual a la temperatura media tm, según el caso. Para el segundo intervalo (tmin ≤ tb ≤ tmax), el término θmee se calcula, mediante la siguiente ecuación: ( ) max max( ) e mee mZ t t mee meet t e t     (3) El parámetro tmee se determina según la expresión (4) para los diferentes valores que puede asumir la temperatura base tb: max min max min ( )( )m mee b m t t t t t t t t      (4) Para el cálculo de la constante Ze a sustituir en (3), se debe determinar el parámetro θmee por la expresión (6) y sustituir su valor en (5), tmee se determina por la ecuación (4), (para el valor de temperatura base tb igual a la temperatura media tm y se sustituye su valor en (5) y (6) max max ln mee mee mee m t t t Ze t t      (5) mee meet Z   32 (6) Los valores del parámetro Z que se sustituyen en la expresión (6) se obtienen a partir de la expresión (7), donde el término ζ fue definido en la ecuación (1). BZ A  (7) La expresión (7) y los coeficientes que utiliza, son válidos para el cálculo de los grados-día para cualquier escala de tiempo. La expresión y los valores de sus coeficientes se pueden obtener para la región de estudio por la (tabla #1), anteriormente presentada. Los grados-día de calentamiento se pueden obtener mediante la siguiente relación. ( )mc me m bGD GD N t t   (7) 2.5 Resultados de los cálculos de Grados Días A continuación, se presentan los resultados del cálculo de las tmáx; tmin y tm anuales obtenidos en cada provincia con sus respectivos municipios. Sancti Spíritus Datos Anuales Sancti Spiritus Yaguajay Taguasco La Sierpe Jatibonico Fomento Cabaiguán Trinidad Tm 25.53 25.59 25.5 25.68 25.68 24.8 24.88 25.77 Tmin 17.68 17.81 17.61 18.01 18.01 16.07 16.25 18.22 Tmáx 29.48 29.52 29.46 29.59 29.59 28.97 29.02 29.65 Tabla 2.2 Tabla 2.3 Tabla 2.4 Santiago de Cuba Datos Anuales Contramaestre Guamá Abajo La Maya Mella Palma Soriano San Luis S de C Segundo Frente Tm 25.43 25.93 24.55 25.35 25.18 24.92 26.18 24.83 Tmin 17.46 18.56 15.52 17.28 16.91 16.34 19.11 16.14 Tmáx 29.41 29.76 28.79 29.35 29.23 29.05 29.94 28.99 Las Tunas Datos Anuales Puerto Padre Manatí Majibacoa Las Tunas Jobabo Jesús Mdez Guaro Colombia Amancio Tm 26.12 26.16 25.68 25.74 25.76 26.4 26.23 25,6 25,78 Tmin 18.98 19.07 18.01 18.14 18.19 19.6 19.22 17.84 18.23 Tmáx 29.9 27.81 29.59 29.63 29.64 30.09 29.97 29.54 29.66 33 Holguín Datos Anuales Sagua de Tánamo Rafael Freyre Moa Mayarí Holguín Gibara Frank País Cueto Tm 26.02 26.39 25.96 25.97 25.44 26.48 26.03 25.91 Tmin 18.76 19.57 18.63 18.65 17.48 19.77 18.78 18.52 Tmáx 29.83 30.09 29.78 29.79 29.42 30.15 29.83 29.75 Datos Anuales Calixto García Cacocum Banes Báguanos Antilla Tm 25.65 25.9 26.05 25.89 26.18 Tmin 17.95 18.5 18.83 18.47 19.11 Tmáx 29.57 29.74 29.85 29.73 29.94 Tabla 2.5 Guantanamo Datos Anuales San Ant del Sur Puriales De Caujerí Manuel Tames Maisí Jamal Imías Guantánamo El Salvador Tm 26.08 24.22 24.98 26.16 25.94 26.01 25.65 25.34 Tmin 18.89 14.8 16.47 19.07 18.58 18.74 17.95 17.26 Tmáx 29.87 28.56 29.09 29.92 29.77 29.82 29.57 29.35 Datos Anuales Caimanera Baracoa Tm 25.26 25.87 Tmin 17.09 18.43 Tmáx 29.29 29.72 Tabla 2.6 Tabla 2.7 Granma Datos anuales Bayamo Buey Arriba Cabo Cruz Campechuela Cauto Cristo Guisa Jiguaní Manzanillo Tm 25.78 25.25 26.03 25.96 25.96 24.83 25.43 25.83 Tmin 18.23 17.06 18.78 18.63 18.63 16.14 17.46 18.34 Tmáx 29.66 29.28 29.83 29.78 29.78 28.99 29.41 29.69 Datos Anuales Media Luna Niquero Pilón Río Cauto Veguitas Yara Tm 25.98 26.04 26.13 25.95 25.89 25.89 Tmin 18.67 18.8 19.01 18.61 18.47 18.47 Tmáx 29.8 29.84 29.91 29.78 29.73 29.73 Camagüey Datos Anuales Vertientes Sibanicú Santa Cruz del Sur Palo Seco Nuevitas Najasa Minas Jimaguayú Tm 25.32 25.24 25.75 25.37 25.53 25.17 25.34 25.32 Tmin 17.22 17.04 18.17 17.33 17.68 16.89 17.26 17.22 Tmáx 29.33 29.28 29.64 29.37 29.48 29.23 29.35 29.33 Datos Anuales Guáimaro Florida Esmeralda Céspedes Camagüey Tm 25.53 25.36 25.25 25.26 25.17 Tmin 17.68 17.31 17.06 17.09 16.89 Tmáx 29.48 29.36 29.28 29.29 29.23 Tabla 2.8 34 En el Excel se calcularon los GD anuales para todas las provincias con sus respectivos municipios para la temperatura base desde 10°C hasta los 25°C, como parte de la investigación del comportamiento de las variables; pero nuestro país al ser de clima tropical solo nos interesa los GD de enfriamiento para 18°C, esto es según la Norma Internacional ASHRAE 90.1 donde definen una temperatura base de 10°C y 18°C donde se plantea tomar la mayor para los climas más cálidos. Para hacer la caracterización climática para los GDE con una tb de 18°C se utilizó Escala Universal Termal y los resultados de las tm calculadas en el Excel. 2.6 Escala Universal Termal Severamente caluroso: Tm mensual de 35 °C o mayor. Muy caluroso: 28 a 35 °C caluroso: 23 a 28 °C templado: 18 a 23 °C medio: 10 a 18 °C fresco: 0 a 10 °C frío: −10 a 0 °C muy frío: −25 a −10 °C severamente frío: −40 a −25 °C excesivamente frío: −40 °C o menor. Ahora, se deben calcular las temperaturas máximas y mínimas para cada rango de temperatura, que sería de 18-28°C para al obtener las mismas poder calcular los rangos que delimitan las zonas climáticas a través de los Grados Días Anuales. Para esto se utilizará las fórmulas y coeficientes planteados en la tabla 2.1. Ciego de Ávila Datos Anuales Venezuela Primero de Enero Morón Majagua Júcaro Florencia Ciro Redondo Ciego de Ávila Tm 25.56 25.59 25.28 25.37 25.46 25.36 25.38 25.45 Tmin 17.75 17.81 17.13 17.33 17.53 17.31 17.35 17.50 Tmáx 29.5 29.52 29.31 29.37 29.43 29.36 29.38 29.42 Datos Anuales Chambas Callo Guillermo Bolivia Baraguá Tm 25.58 25.59 25.6 25.75 Tmin 17.79 17.81 17.84 18.17 Tmáx 29.52 29.52 29.53 29.64 Tabla 2.9 35 2.6.1 Calculo para la temperatura de 28°C tmin=-38.526+2,2018*(28) =17,98 tmax=11,487+0,705*(28) =31,227 De igual forma se procede para calcular las tmin y max con las tb de 23 y 18°C Rangos en GDA en los que se clasifican las temperaturas GDA ≤ 1900: Se clasifica como 3A y corresponde a la zona climática Templada/Húmeda 1900 ≤ GDA ≤ 3600: Que se clasifica como 2A que corresponde a la zona climática Caliente/Húmeda 3600 ≤ GDA: Se clasifica como 1A y corresponde a la zona climática Muy Caliente/Húmeda min . mt a b t  Tabla 2.9 1900 ≤ GDA ≤ 3500 GDA ≤ 2000 Sancti Spiritus: 2749 Trinidad: 2837 Cabaiguán: 2512 Fomento: 2485 Jatibonico:2801 La Sierpe: 2795 Taguasco:2737 Yaguajay: 2770 Segundo Frente:2492 Santiago de Cuba: 2985 Palma Soriano:2620 San Luis:2525 La Maya: 2390 Mella:2682 Guamá Abajo: 2894 Contramaestre:2711 Amancio:2839 Colombia: 2774 Bayamo: 2839 Vertientes: 2671 Baraguá: 2828 Bolivia: 2774 Jobabo: 2832 Las Tunas:2825 Majibacoa:2803 Manatí:2978 Puerto Padre:2963 Antilla:2985 Báguanos:2879 Banes:2938 Cacocum:2920 Calixto García:2792 Cueto: 2887 Frank País: 2930 Holguín: 2715 Mayarí: 2909 Moa: 2905 Sagua de Tánamo: 2927 Baracoa: 2872 El Salvador: 2679 Guantánamo: 2792 Imías: 2923 Jamal: 2898 Buey Arriba: 2646 Cabo Cruz: 2930 Campechuela: 2909 Cauto Cristo: 2909 Guisa:2492 Jiguaní: 2711 Manzanillo: 2857 Media Luna: 2912 Niquero: 2934 Pilón: 2967 Río Cauto: 2901 Veguitas: 2879 Yara: 2876 Camagüey: 2617 Céspedes: 2649 Esmeralda: 2646 Florida: 2686 Guáimaro: 2748 Jimaguayú: 2671 Minas: 2679 Najasa: 2617 Nuevitas: 2748 Palo Seco: 2690 Ciro Redondo: 2694 Florencia: 2685 Júcaro: 2722 Majagua: 2691 Morón: 2658 Primero de Enero: 2770 Venezuela: 2759 Guaro:3003 Caimanera: 3011 Gibara: 3095 Rafael Freyre: 3062 Jesús Menéndez: 3066 San Ant del Sur: 2949 Callo Guillermo:2770 Chambas: 2767 Ciego de Ávila: 2722 Maisí: 2978 Manuel Tames: 2547 Puriales De C: 2270 Santa Cruz del S: 2828 Sibanicú: 2642.6 Topes de Collantes:1181 La Gran P: 522 Localidades tmax tm tmin tb tmee ζ tmee (tm) A B Z t'mee ™ Ze Ѳmee GDme Gda 31.23 28 17.98 18 VERDADERO 28 2.113 30.44 2.333 0.779 1.303 29.14 0.4 28 9.999 3649 Figura 2 36 2.6.2 Resultados de la clasificación climática de las provincias para la tb de 18°C Meses Sancti Spíritus Ciego de Ávila Camagüey Las Tunas Holguín Granma Guantánamo Santiago de Cuba Enero 3A 3A 3A 2A 2A 2A 2A 3A Febrero 3A 3A 3A 3A 3A 2A 3A 3A Marzo 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A Abril 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A Mayo 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A Junio 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A Julio 2A 2A 2A 1A 1A 2A 1A 2A Agosto 2A 2A 2A 1A 1A 1A 1A 2A Septiembre 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A Octubre 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A Noviembre 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A 2A Diciembre 3A 3A 3A 2A 2A 2A 2A 3A Tabla 2.10 Con la ayuda de la tabla 2.10 se puede apreciar que el mes de diciembre, enero y febrero entra en una zona climática 3A para casi todos los municipios, ya que este es el período de invierno de nuestro país. Mientras que en el resto del año se mantiene en 2A en la mayoría de los meses y destacándose los meses de julio y agosto como los más calurosos del año entrando en una zona climática de 1A para casi todo el año y aunque solo son pocos meses, los valores de los otros que no entraron en este rango se aproximaron bastante desde los meses desde julio hasta octubre. 2.7 Medidas pasivas para disminuir el consumo energético y mejorar el confort según las características del local. 2.7.1 Propuestas para la zona 1A y 2A Utilizar los climatizadores de aire durante todo el año. En las edificaciones que no poseen climatizadores de aire utilizar la ventilación natural amplia y los ventiladores, por la noche y por el día si la temperatura exterior no excede la interior. Para la reflexión del sol se propone pintar de un acabado muy claro de reflectividad 0,9 (casi un espejo). De esta forma el sol absorbido por el techo y las fachadas es sólo el 10% de la radiación solar incidente. (Rosales, 2011 ) Usar una vestimenta ligera y de ser posible de colores claros A modo de propuesta para edificaciones con climatizadores de aire: Utilizar un ventilador de tiro forzado durante la noche cuando la temperatura es más fresca para mantener una temperatura de confort en las habitaciones y disminuir el uso de los climatizadores de aire por lo mañana. Se tendría que calcular si el consumo que genera el ventilador durante la noche supera al de los climatizadores de aire en el periodo de tiempo que no se pondrían debido al 37 ventilador. De ser así retirar el ventilado, utilizar la ventilación natural durante la noche y los aires desde el comienzo del horario laboral. 2.7.2 Propuestas para la zona 3A Apagar los climatizadores de aire utilizar la ventilación natural amplia y los ventiladores Limitar la ventilación en los días más frescos y maximizarla en los más cálidos o encender los climatizadores de aire de ser necesario. Para la reflexión del sol se propone pintar de un acabado muy claro de reflectividad 0,9 (casi un espejo). De esta forma el sol absorbido por el techo y las fachadas es sólo el 10% de la radiación solar incidente 2.7.3 Otros aspectos a tener en cuenta La cantidad de personas por metro cuadrado: Según CTE (Código Técnico de la Edificación) y reglamentos específicos la distancia recomendable varia en cuanto a los objetivos y actividades que se realizan en los locales(Group, 2015), para este trabajo tomaremos una distancia de 0.90𝑚2 a 1𝑚2 entre personas al ser esta la que se plantea para los locales de oficinas con la recomendación siempre de ampliar esta distancia siempre de ser posible. A manera de propuesta ya teniendo en cuenta que a la hora de instalar cualquier equipo de climatización es necesaria la realización de un cálculo de cargas térmicas del local para ver de cuantos BTU debe ser el equipo de climatización, aprovechar estos mismos cálculos para ver cuales o por donde son las mayores ganancias térmicas del local y aplicar medidas para la reducción de estas mismas. 2.8 Diagramas bioclimáticos Para aplicar los Diagramas bioclimáticos es necesario calcular la temperatura neutra y para esto tomaremos a la provincia de Sancti Spíritus. Para aplicar los diagramas bioclimáticos tomaremos zonas con diferentes características geográficas del relieve, ya sea llanuras, montañas o marítimas. 2.8.1 Valoración del clima en base a la tb de 18°C Montañoso: Topes de Collante: Se clasifica como un clima Caliente/Húmedo Llanura: Cabaiguán: Se clasifica como un clima Muy Caliente/Húmedo Marítimo: Trinidad: Se clasifica como un clima Muy Caliente/Húmedo Cálculo de la zona de confort para los diagramas bioclimáticos. Con la temperatura media anual calculada (Tma) anteriormente en el Excel se pasa a calcular la temperatura neutra (tn) con las fórmulas propuestas por Szokolay, en las cuales se determinan los límites máximos y mínimos de la zona de confort térmico como se describe a continuación: (Alfredo Luna Soto, 2014 ) 38 Llanura: Cabaiguán: Temperatura media anual (Tma)= 24.8°C Tn = (Tma ∗ 0.31) + 17.60 (1) Dónde: Tn= temperatura neutral (°C) Tma= temperatura media anual (°C) Tn = (24.8 ∗ 0.31) + 17.60 = 𝟐𝟓. 𝟑°𝐂, ZCmín = Tn − 2 (2) Dónde: ZCmín= Límite de confort térmico mínimo (°C) Tn= Temperatura neutra (°C) ZCmín = 25.3 − 2 = 𝟐𝟑. 𝟑°𝐂, ZCmáx = Tn + 2 (3) Dónde: ZCmáx= Límite de confort térmico máximo (°C) Tn= Temperatura neutra (°C) ZCmáx = 25.3 + 2 = 𝟐𝟕. 𝟑°𝐂 𝑑𝑇𝑚í𝑛 = [0.023(𝑍𝑐𝑚í𝑛 − 14) ∗ 13] + 𝑍𝑐𝑚í𝑛 (4) Dónde: dT= desplazamiento térmico 𝑑𝑇𝑚í𝑛 = [0.023(23.3 − 14) ∗ 13] + 23.3 𝑑𝑇𝑚í𝑛 = 𝟐𝟔. 𝟏°𝑪 𝑑𝑇𝑚á𝑥 = [0.023(𝑍𝑐𝑚á𝑥 − 14) ∗ 13] + 𝑍𝑐𝑚á𝑥 (4) 𝑑𝑇𝑚á𝑥 = [0.023(27.3 − 14) ∗ 13] + 27.3 𝑑𝑇𝑚á𝑥 = 𝟑𝟏. 𝟑°𝑪 De igual forma se procede para las zonas de Topes de Collante y Trinidad 39 2.8.2 Resultados del cálculo de las zonas de confort Localidades Tma (°C) Tn (°C) ZCmín (°C) ZCmáx (°C) dTmín (°C) dTmáx (°C) Topes de Collante 21.2 24.2 22.2 26.2 24.7 29.8 Cabaiguán 24.8 25.3 23.3 27.3 26.1 31.3 Trinidad 25.7 25.6 23.3 27.6 26.5 31.6 2.9 Datos de las Humedades Relativas máximas y mínimas diarias. Topes de Collante Meses Humedad Temperatura Mínima Máxima Mínima Máxima Enero 60.3 89.3 12.93 22.30 Febrero 61.5 84.6 12.52 22.09 Marzo 62.6 84.5 14.84 23.29 Abril 63.0 82.1 16.62 24.21 Mayo 64,6 83.4 18.12 25 Junio 65.0 84.1 18.94 25.42 Julio 66.5 88.1 19.76 25.85 Agosto 70.4 90.3 20.03 25.99 Septiembre 66.0 91.4 19.49 25.71 Octubre 64.7 92.1 18.39 25.14 Noviembre 62.2 84.8 15.52 23.65 Diciembre 67.3 90.1 13.88 22.79 Cabaiguán Meses Humedad Temperatura Mínima Máxima Mínima Máxima Enero 67.3 93.3 17.03 24.43 Febrero 62.4 89.7 17.71 24.78 Marzo 62.3 88.1 20.17 26.06 Abril 63.0 82.4 22.22 27.13 Mayo 64.5 85.3 23.45 27.76 Junio 65.3 90.3 24.41 28.26 Julio 66.1 92.2 25.09 28.62 Agosto 71.2 90.3 24.95 28.55 Septiembre 67.0 91.1 24.54 28.33 Octubre 64.2 93.8 22.90 27.48 Noviembre 60.1 87.3 20.55 26.27 Diciembre 66.4 92.1 18.39 25.14 40 Trinidad Meses Humedad Temperatura Mínima Máxima Mínima Máxima Enero 63.6 91.6 19.62 25.78 Febrero 62.2 83.8 19.27 25.56 Marzo 62.1 86.5 20.99 26.49 Abril 63.2 84.0 22.90 27.48 Mayo 62.3 87.2 24.41 28.26 Junio 67.5 84.0 25.09 28.62 Julio 68.4 88.0 26.05 29.11 Agosto 74.5 90.9 25.91 29.04 Septiembre 68.7 93.8 25.50 28.83 Octubre 66.4 92.8 24.41 28.26 Noviembre 60.9 87.7 21.95 26.98 Diciembre 67.0 92.0 20.03 25.99 Al tener todos estos datos se procede a trabajar con el software PsychTool que será la herramienta a utilizar para la determinación de las zonas de confort según las localidades analizadas anteriormente. Pasos a seguir para trazar la zona de confort correspondiente a cada localidad. 1. Partiendo del punto definido por la temperatura de neutralidad (calculada con la temperatura media anual exterior) y la humedad relativa de 50%, su ancho corresponde a 2ºC a cada lado, siguiendo la curva de 50% (aceptabilidad de 90%); 2. Sus límites izquierdo y derecho son líneas de igual temperatura efectiva según la norma ASHRAE 55 (1981) 3. Sus límites inferior y superior se fijan según esta misma norma en humedades absolutas de 4 y 12 g/kg, la humedad relativa no puede exceder 90%. 4. Ubicar las temperaturas ZCmín y ZCmáx en la escala del bulbo seco de la carta. Trazar una línea desde estos puntos hasta la intersección con la curva 50% de humedad relativa. 5. Ubicar las temperaturas de desplazamiento térmico dTmín y dTmáx en la escala del bulbo seco y trazar una línea de estos puntos a la intersección de las temperaturas anteriores con las intersecciones obtenidas en el punto anterior. 41 6. Para ubicar los límites horizontales se toman los niveles de 4 a 12 gr/kg de la escala vertical de la tabla, humedad específica (W) y se extienden hasta las intersecciones anteriores formando un paralelogramo. Los resultados obtenidos tras aplicar las cartas bioclimáticas a estas tres zonas seleccionadas se podrán encontrar en el Capítulo III de este trabajo. 2.9.1 Temperaturas y humedades horarias La determinación de las temperaturas y humedades horarias nos permitirá ver cuál es el comportamiento del clima durante el día, viendo en este mismo cuales son los horarios más calurosos y los más frescos representando estos mismos un posible ahorro energético al vincular estos con medidas pasivas para lograr una temperatura de confort dentro de las edificaciones de oficinas sin la necesidad de equipos de climatización. Esto se hará dividiendo las 24 horas del día en 8 intervalos, en donde cada uno de estos es el promedio de 3 horas. 2.9.2 Temperaturas horarias para Cabaiguán, Sancti Spíritus En esta tabla se exponen las temperaturas horarias de la localidad de Cabaiguán. El rango de temperatura de confort dentro de edificaciones se encuentra entre 21°y 26°C según el climograma d Givoni. Las temperaturas por debajo de 21°C estarán representadas por el color azul y las que estén por encima de 26°C con el color rojo. Temperaturas °C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas 1 2 3 4 5 6 7 8 Prom Ene 18,8 18.3 18.3 20.1 23.3 24.5 22.3 21.1 21.1 Feb 19.3 18.4 19.4 20.3 23.5 25.3 21.8 17.8 20.7 Mar 21,4 20.5 17.6 24.9 28.5 27.3 23.7 21.2 23.4 Abr 20.8 21.1 18.9 26.9 28.3 29.4 24.9 22.3 24.1 May 21.5 21.8 20.2 29.1 30.6 29.3 25..2 22.9 25.1 Jun 23.8 24.7 24.1 29.3 31.3 30.1 26.7 24.3 26.8 Jul 24.2 25.6 24.3 29.6 31.5 30.4 26.9 25.3 27.2 Ago 25.4 23.9 23.5 29.7 32.9 30.2 26.1 24.6 27. Sep 23.8 23.5 23.3 28.3 31.4 29.6 25.3 23.3 26.1 Oct 23.2 22.8 22.5 27.4 27.4 28.3 24.6 23.6 25.0 Nov 20.4 19.4 19.4 25.7 26.3 25.5 22.3 21.4 22.6 Dic 21.1 19.4 21.2| 24.9 26.9 28.2 23.1 22.1 23.7 Anual 22.4 21.6 21.0 26.6 28.5 28.2 24.3 22.5 24.4 Tabla 2.11 42 Como demuestra la tabla 2.11 se puede ver que las temperaturas frescas del día de encuentran en los primeros 3 intervalos horarios entre los meses de enero a mayo en su mayoría y a medida que las horas del día avanzan y nos adentramos en el año vemos que las temperaturas aumentan por encima de los 26°C pasando el límite de confort que plantea Givoni, esto e