El proyecto abordado es una guardería infantil que forma parte del sistema municipal de Desarrollo Integral de la Familia (DIF), en la ciudad de Chihuahua. El cometido principal de la consultoría consistió en analizar y comparar diversas alternativas constructivas, respetando las características generales del proyecto arquitectónico, con el objeto de evaluar el grado de eficiencia térmica y energética de cada una de ellas. La principal herramienta de análisis fue el programa DesignBuilder.

Descripción general del proyecto

El edificio se desarrolla en una sola planta, a partir de un esquema rectangular relativamente compacto. Su eje longitudinal corre en sentido este-oeste, de tal manera que la fachada principal, donde se ubica el acceso, se orienta hacia el sur (con una desviación de 30º hacia el este). La superficie construida total es de aproximadamente 2,105 m2.

En la parte central del edificio se ubica un patio de aproximadamente 75 m2, el cual tiene el cometido de mejorar la ventilación e iluminación natural de esa zona. La altura libre interior de las cubiertas es de 3.90 m, en promedio, si bien el espacio de usos múltiples se eleva hasta alcanzar una altura 6.65 m. En las siguientes imágenes es posible apreciar la configuración volumétrica del edificio, así como la distribución de los espacios interiores. Estos últimos han sido agrupados en un conjunto de zonas térmicas.

Opciones constructivas

En la Opción base se emplean sistemas constructivos de uso común, sin aislamiento, los cuales suelen ofrecer un desempeño térmico y energético bastante deficiente. Se omiten los dispositivos de sombreado del proyecto original y en todas las ventanas se emplea vidrio claro sencillo. También se considera una ventilación natural relativamente deficiente. Esta opción constituye una referencia para evaluar el grado de mejora y los ahorros conseguidos con las opciones alternativas. Las variables constructivas principales:

• Muros exteriores de bloque de concreto 15x20x40cm, sin relleno, con aplanados de cemento-mortero-arena al exterior y aplanados de yeso al interior. Valor U = 2.56 W/m2ºC.
• Muros interiores de tablarroca de ½”. Valor U = 1.86 W/m2ºC.
• Cubiertas de metalosa sin aislamiento. Valor U = 5.22 W/m2ºC.

La Opción alternativa 01 busca mejorar el desempeño térmico del edificio mediante el aumento de la masa térmica y la adición de aislamiento, tanto en los muros exteriores como en las cubiertas. Se sigue considerando el vidrio claro sencillo en todas las ventanas pero se incluyen los dispositivos de sombreado del proyecto original. Se considera una ventilación natural más eficiente, así como el aprovechamiento de la ventilación natural nocturna en la simulación en modo mecánico. Las variables constructivas principales:

• Muros exteriores de bloque de concreto 20x20x40cm, sin relleno, con aislamiento a base de poliestireno expandido de alta densidad de 1”, aplanados de cemento-mortero-arena al exterior, aplanados de yeso al interior. Valor U = 0.88 W/m2ºC.
• Muros interiores de bloque de concreto 20x20x40cm, sin relleno, con aplanados de yeso en ambas caras. Valor U = 2.29 W/m2ºC.
• Cubiertas de metalosa con aislamiento a base de poliisocianurato de 1”. Valor U = 0.87 W/m2ºC.

La Opción alternativa 02 propone un importante aumento de la masa térmica en los muros exteriores, considerando bloques rellenos de tierra, así como un aislamiento aún mayor en las cubiertas. La configuración de las ventanas y la ventilación natural es igual que en la opción anterior, salvo que se plantea el uso de vidrio reflectante en el ventanal este del espacio de usos múltiples general, con el objeto de reducir las ganancias solares durante el verano. Las variables constructivas principales:

• Muros exteriores de bloque de concreto 20x20x40cm, con relleno de tierra, aislamiento a base de poliestireno expandido de alta densidad de 1”, aplanados de cemento-mortero-arena al exterior y aplanados de yeso al interior. Valor U = 0.79 W/m2ºC.
• Muros interiores de bloque de concreto 20x20x40cm, con relleno de tierra, aplanados de yeso en ambas caras. Valor U = 1.80 W/m2ºC.
• Cubiertas de metalosa con aislamiento a base de poliisocianurato de 1 ½”. Valor U = 0.60 W/m2ºC.

Nota: Con excepción del espacio de usos múltiples, en todas las zonas se incluyen falsos plafones de tablarroca de ½”, con una cámara de aire de aproximadamente 1.2 m, los cuales se modelan de manera independiente al cerramiento de cubierta en sí. En las tres opciones se consideran firmes (suelo sobre terreno) de concreto de 10 cm, con acabado de loseta cerámica y un valor U de 3.65 W/m2ºC.

Organización de las simulaciones

La siguiente tabla indica las simulaciones, incluyendo los criterios básicos asumidos, que se desarrollaron para cada una de las tres opciones arquitectónicas-constructivas.

Otros parámetros asignados

Además de las opciones constructivas, en las simulaciones se han especificado diversos parámetros que influyen en el desempeño térmico, lumínico y energético del edificio. Entre ellos se incluye la información relacionada con la ocupación y uso del edificio, la iluminación natural y artificial, la configuración de las ventanas, la ventilación natural y los sistemas de climatización mecánica. Para ver con mayor detalle estos parámetros puedes descargar el reporte completo, disponible en la parte inferior de esta página.

Gráficas de resultados

Como muestra de las gráficas de resultados hemos incluido aquí las de temperaturas interiores y las de consumos energéticos, para las tres opciones constructivas, tanto en verano como en invierno. Las gráficas de temperaturas abarcan las cuatro semanas más cálidas y más frías del año, de acuerdo al archivo de datos climáticos: del 9 de junio al 6 de julio y del 8 de diciembre al 5 de enero, respectivamente. Las gráficas de consumos energéticos ofrecen datos mensuales para los periodos de verano e invierno.

Conclusiones

En las tablas y gráficas anexas se sintetizan los resultados de las simulaciones para las tres opciones constructivas. Las primeras permiten comparar el desempeño de las alternativas en modo pasivo, poniendo en relación las horas con temperaturas que sobrepasan los límites extremos de confort establecidos (29ºC en verano y 18ºC en invierno). Las segundas comparan el desempeño de las alternativas en modo mecánico, relacionando los consumos energéticos derivados del uso de sistemas mecánicos de climatización. En ambas tablas se incluyen los resultados de los periodos de verano e invierno, así como las sumatorias anuales. Se muestra asimismo los porcentajes de mejora de las alternativas 01 y 02 respecto a la Opción base, así como el de la Alternativa 02 respecto a la Alternativa 01.

Si bien aparentemente la Alternativa 01 resulta más redituable que la Alternativa 02 (comparando los niveles de mejora escalonados), es importante considerar que esta última requiere una inversión extra relativamente baja, relacionada principalmente con el aumento de 1/2” de aislamiento en la cubierta y el relleno de tierra en los muros exteriores e interiores con el objeto de ampliar la masa térmica. En todo caso lo recomendable sería desarrollar un análisis de costos más detallado, de preferencia bajo el esquema de Costos de Ciclo de Vida (CCV), para establecer en que medida la Alternativa 02 resulta viable.

En la siguiente tabla se estiman los costos anuales simples de los consumos energéticos relacionados con los sistemas de climatización. Es ella se diferencian los gastos por consumo de gas LP, a un costo actual estimado en $0.76 por kWh, y los gastos por consumo de energía eléctrica, a un costo actual estimado en $1.25 por kWh.

Nota: estos datos se basan en los parámetros establecidos para las simulaciones y son solamente de referencia, por lo que no deben considerarse un pronóstico del gasto real del edificio.