UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVIL CONSUMO DE ENERGA A NIVEL RESIDENCIAL EN CHILE Y ANLISIS DE EFICIENCIA ENERGTICA EN CALEFACCIN MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO CIVIL NATHALY PATRICIA ROMERO RAMOS PROFESOR GUA: GABRIEL RODRIGUEZ JAQUE MIEMBROS DE LA COMISIN: MIGUEL BUSTAMANTE SEPLVEDA MAURICIO TOLEDO VILLEGAS SANTIAGO DE CHILE MARZO 2011 ii RESUMENDELAMEMORIAPARAOPTARAL TTULO DE INGENIERO CIVIL POR: NATHALY ROMERO RAMOS FECHA: 15/03/2010 PROF. GUA: SR. GABRIEL RODRGUEZ JAQUE CONSUMO DE ENERGA A NIVEL RESIDENCIAL EN CHILE Y ANLISIS DE EFICIENCIA ENERGTICA EN CALEFACCIN Elobjetivoprincipaldeestetrabajoescaracterizarelconsumodeenergaenelsector residencialdeChiley,apartirdeello,identificardndeenfocarlasmedidasquedeben implementarse para generar un mayor ahorro de energa. En este estudio se utilizaron los datos de la encuesta Estudio de usos finales y curva de ofertadeconservacindelaenergaenelsectorresidencialdeChile(MinisteriodeEnerga, 2010). Se seleccion una muestra de 113 encuestas de un total de 3.220, correspondientes a viviendas ubicadas en las ciudades de Valparaso, Santiago y Concepcin. Se compararon los consumos de energa de acuerdo a: ciudad (zona trmica), tipo de agrupacin (casa aislada 1 piso, pareada de 1 y 2 pisos y departamento) y nivel socioeconmico. Result que en las zonas conmsgrados-daelconsumodeenergaesmayor,influenciadoporlasnecesidadesde calefaccin. Destaca en Concepcin el alto consumo en calefaccin. Las casas aisladas son las que ms consumen y los departamentos los que menos, cuya ubicacin crtica en el edificio, es en una esquina del ltimo piso y la mejor es en el centro de un piso intermedio. El nivel socio-econmico que ms consume energa es el ABC1 y el que menos el nivel C2. Considerando slo el consumo en electricidad, el refrigerador es el electrodomstico que msconsume(31%),seguidobastantedelejosporlailuminacin(15%).Destacaelalto consumo en stand-by (13%). Respectoalconsumototalenelectricidadycombustibles, predominaelconsumoencalefaccin(29%)yenaguacaliente(30%),sinembargo,la calefaccin es ms crtica cuando se analiza el consumo estacional de invierno. Al llevar una vivienda antigua a cumplir la reglamentacin trmica, se ahorra cerca de un 6% del consumo total anual de energa. La inversin requerida para ello es alrededor de 25 [UF] que debe ser financiada total o parcialmente por el Gobierno, para que las familias perciban el ahorroacortoplazo.Lasmedidasaplicadassobreloexigidoenlareglamentacintrmica actual, que generan mayor ahorro en calefaccin son: aislar los muros con 4 [cm] ms y mejorar las ventanas con un vidrio de menor transmitancia trmica. No se recomienda aislar el piso y ni el techo ms all de la reglamentacin, ya que el ahorro es pequeo. En condiciones normales detemperaturaycumpliendolasexigenciasdeaislacintrmicademuros,noseproduce condensacin superficial en ellos. iii AGRADECIMIENTOS Este, es uno de los pasos ms grandes de mi vida, que he podido dar con seguridad y confianza, gracias al apoyo incondicional de mis padres. Ellos me inculcaron, sabiamente, que los estudiosdeban ser mi prioridad, y tenan razn. Al cumplir esta meta, veo un mundo de posibilidades y nuevos proyectos que emprender y disfrutar junto a ellos. Estar infinitamente agradecida por todos los esfuerzos que han hecho para que est hoy yo aqu, y por dejarme sta, la ms valiosa herencia que pudiera recibir en mi vida. Les agradezco a mis hermanos, Felipe y Karen, por ser mi gua. Ellos cruzaron este camino primero que yo y me mostraron cmo haba que recorrerlo. Espero, que si alguna vez lo necesitan, pueda guiarlos tan bien como ellos lo han hecho conmigo. Ahora puedo compartir con ellos, el orgullo de ser ingenieros. Quisiera agradecer adems, a una persona muy especial, C-ba, mi compaero, amigo y amante. l me ha acompaado durante toda mi carrera universitaria, ha compartido mis triunfos y cadas y me ha dado el Vamos! cuando he dudado de mi misma. l ha sido un gran apoyo para m. No me olvido de mis profesores. Agradezco y valoro el tiempo que han dedicado en transmitir sus conocimientos y experiencia a nuevas generaciones. Espero llevar aquello, a donde quiera que vaya, para as difundir el valor de hacer las cosas bien, pensando al hombre en equilibrio con la naturaleza. Este ttulo no es slo mo,sino que tambin, de todos ustedes. iv NDICE DE CONTENIDOS Contenidos Pgina NDICE DE CONTENIDOS ........................................................................................................ iv CAPTULO 1: INTRODUCCIN ................................................................................................. 1 1.1Introduccin[] ................................................................................................................. 1 CAPTULO 2: CONCEPTOS TERICOS ................................................................................... 5 2.1Introduccin .................................................................................................................. 5 2.2Trminos y definiciones ................................................................................................ 6 2.3Generalidades de la vivienda y su entorno ................................................................. 10 2.4Reglamentacin trmica (RT) ..................................................................................... 13 2.5Condensaciones superficiales .................................................................................... 14 2.6Discusin de resultados y conclusiones ...................................................................... 19 CAPTULO 3: ZONIFICACIN CLIMTICO HABITACIONAL Y TRMICA DE CHILE ............. 20 3.1Introduccin ................................................................................................................ 20 3.2Zonificacin climtica habitacional de Chile ................................................................ 21 3.3Zonificacin trmica de Chile ...................................................................................... 22 3.4Discusin de resultados y conclusiones ...................................................................... 24 CAPTULO 4: DEFINICIN DE TIPOLOGAS DE VIVIENDA ................................................... 25 4.1Introduccin ................................................................................................................ 25 4.2Tipologas de vivienda ................................................................................................ 26 4.3Antecedentes de las tipologas de viviendas en el pas .............................................. 27 4.4Seleccin de viviendas ............................................................................................... 35 4.5Discusin de resultados y conclusiones ...................................................................... 36 CAPTULO5:CARACTERIZACINDELCONSUMODEENERGAENELSECTOR RESIDENCIAL DE CHILE......................................................................................................... 37 5.1Introduccin ................................................................................................................ 37 5.2Consumo anual de energa en una vivienda promedio ............................................... 41 5.3Consumo anual de electricidad en una vivienda promedio ......................................... 51 5.4Consumo anual de energa por ciudad (zona trmica) ................................................ 53 5.5Consumo de energa por tipo de agrupacin de vivienda ........................................... 56 5.6Consumo de energa por nivel socio-econmico ........................................................ 59 5.7Tipos de energticos utilizados en la vivienda ............................................................ 65 v 5.8Discusin de resultados y conclusiones ...................................................................... 69 CAPTULO 6: GASTO ANUAL DE ENERGA EN CALEFACCIN ........................................... 71 6.1Introduccin ................................................................................................................ 71 6.2Consideraciones para el clculo del gasto anual de energa en calefaccin ............... 73 6.3Clculo del gasto energtico en viviendas .................................................................. 76 6.4Discusin de resultados y conclusiones ...................................................................... 82 CAPTULO 7: ANLISIS DE MEDIDAS DE EFICIENCIA ENERGTICA EN CALEFACCIN . 83 7.1Introduccin ................................................................................................................ 83 7.2Definicin de medidas ................................................................................................ 85 7.3Aplicacin de medidas para cada tipologa de vivienda .............................................. 97 7.4Ahorro en el consumo total de energa ..................................................................... 103 7.5Evaluacin econmica .............................................................................................. 105 7.6Fichas: Caracterizacin del consumo de energa en la vivienda yanlisis de eficiencia energtica en calefaccin .................................................................................................... 117 7.7Discusin de resultados y conclusiones .................................................................... 121 CAPTULO 8: DISCUSIN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES ...................................... 122 BIBLIOGRAFA ....................................................................................................................... 126 ANEXOS ................................................................................................................................. 129 A.1Anexo 1: Materialidad y caractersticas trmicas de los elementos de la envolvente de cada tipologa de vivienda ................................................................................................... 129 A.2Anexo 2: Precio de energticos ................................................................................ 145 A.3Anexo 3: Fichas Caracterizacin del consumo de energa en la vivienda y anlisis de eficiencia energtica en calefaccin ................................................................................... 150 1 CAPTULO 1: INTRODUCCIN 1.1Introduccin[1] Elpetrleorepresentabaenelao2004cercadel35%delaenergaprimaria consumida globalmente, siendo la fuente energtica que mueve la mayor parte de la industria, el transporte, los edificios y, en general, todas las actividades relacionadas con el quehacer en la vida de las personas. Como el petrleo se ha ido agotando progresivamente, su extraccin se hahechocadavezmscara,debidoa queaumentaasuvezladificultadcon queseextrae. Ante esta realidad, la preocupacin no slo se centra en el reemplazo de esta fuente de energa por otra, sino que tambin en la eficiencia con que sta se utiliza. Es aqu donde surge la idea de eficiencia energtica y sustentabilidad, que se resumen en obtener energa al mnimo costo posibleyusarlaracionalmente,asegurandoquelasfuentesyusosseansosteniblesenel tiempo, temas que en Chile slo han cobrado importancia en esta ltima dcada. EnChile,enelao2006,cercadel40%deltotaldeenergaprimariaconsumida proviene del petrleo, el 24% del gas natural, el 16% de la lea y otros combustibles, el 12% del carbn y el 8% de la hidroelectricidad. Se destaca el alto consumo de lea, que se acenta en la zona sur del pas debido a la disponibilidad del recurso en los bosques. El consumo final de energa se puede dividir en cuatro grandes sectores econmicos: el industrial y minero (35%), el transporte (34%), el comercial, pblico y residencial (25%), y el sector energtico (6%). El rubro donde menos avances se han hecho es en el tercero, es decir, los edificios, pues la eficiencia energtica en el uso de ste y el confort de los habitantes, se han visto relegados por el diseo arquitectnicoyestructural.Elconfortdeloshabitantesdebierairdelamanoconeldiseo material, de modo que las condiciones interiores del inmueble sean las adecuadas para que la energa utilizada en calefaccin y ventilacin sea mnima. En este sentido, la buena aislacin de muros,pisosytechosayudabastanteareducirelconsumodeenerga(combustiblesy electricidad), lo cual debiera considerarse en las bases de diseo del edificio. Dado el perodo de reconstruccin en que se encuentra el pas, luego del terremoto del 27 de febrero de 2010, debierantomarseencuentaestosfactoresalmomentodeestablecerlasbasesdediseode las nuevas viviendas. Lareglamentacintrmicanacional,referentealaaislacintrmicadeviviendas, comenz a exigirse a partir del ao 2000 para la aislacin de techumbres y desde el ao 2007 se incluy la exigencia en la aislacin de muros perimetrales, ventanas y pisos ventilados (resto delaenvolventetrmicadelavivienda)(ProgramaPasdeEficienciaEnergtica(PPEE), 2009). Partedelasexigenciasquesehanidodesarrollandoparaincentivarlareduccindel consumodeenerga,serefierenalconsumodeartefactosdeusodomstico,comosonlos refrigeradores,hornosyluminarias.Actualmente,estosartefactosseclasificanconunaletra que indica su clase de eficiencia energtica, la cual va desde la A hasta la E, vale decir, desde elmenoralmayorconsumodeenerga.Algosimilarsehaelaboradoparalacertificacin energticadeviviendas,atravsdelacualse pretende quelaconstruccinseenfoqueenla eficiencia energtica y alcanzar niveles de confort aceptable para las personas. [1]Datos estadsticos en base a (Tokman, 2007). 2 Chile posee una variedad climtica bastante pronunciada a lo ancho del pas, a pesar de ser muy angosto. Esta variacin es incluso mayor que en el sentido longitudinal de norte-sur. A razdeesto,Chilesehaclasificadoen9zonasclimtico-habitacionales,lascualesestn estipuladas en la NCh 1079 Of.2008 (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2008) de acuerdo a factores geogrficos y meteorolgicos. Por otra parte, el Art. 4.1.10 de la O.G.U.C. (OrdenanzaGeneraldeUrbanismoyConstrucciones(O.G.U.C)Art.4.1.10,2006)establece slo con fines de aislamiento trmico, una divisin del pas en 7 zonas trmicas, de acuerdo a la divisinpoltica-administrativa(comunas)yaltituddecadalocalidad.Laszonasclimtico-habitacionales no necesariamente coinciden con las zonas trmicas, por lo que para una misma localidadpuedenexistirdistintosrequerimientostrmicos,comoeselcasodeSanFelipe-Los AndesySantoDomingo,quepertenecenaunamismazonatrmica,sinembargo,sus temperaturaseninviernoyveranosondistintasentreambaslocalidades.Entoncescabela dudadeculeslasituacinrealdelsectoryqusedebeconsiderarparaeldiseo.Esta diferenciaentrelaO.G.U.C.ynormaNCh1079Of.2008,plantealadiscusinderealizaruna solazonificacindelpas.Larevisinymayordesarrollodelasnormastrmicaschilenas, permitir seguir mejorando los requerimientos que permitan alcanzar un nivel de confort mejor para las personas con un uso ms eficiente de la energa. Respectoaloltimo,paralograrunareduccinenelconsumodeenergadelas viviendas,sepuedenhacerunsinfndeintervenciones,tantofsicascomoconductuales.En esteestudiosepretendedeterminarelenfoquequedebeotorgarsealaspolticas gubernamentales, para reducir el consumo energtico en el sector residencial de Chile, a partir demejoramientosenlacalidadtrmicadelavivienda.Esto,sumadoauncambioenla conductadelaspersonasrespectoalusoeficientedelaenerga,permitirquelafamilia reduzcaconsiderablementesuconsumoyconsecuentemente,paguemenosenelusode energa. El objetivo principal de este estudio es caracterizar el consumo de energa en el sector residencial de Chile, analizando las diferencias que existen entre distintas zonas trmicas, tipos deagrupacindeviviendaynivelessocio-econmicosdelafamilia,enbaseaunaencuesta desarrollada para el Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile (Ministerio de Energa, 2010) y, a partir de ello, analizar distintas medidasdemejoramientodelaenvolventetrmicadelaviviendaparareducirelconsumode energa en calefaccin, que se estima es uno de los principales consumos en el hogar. Como consecuenciadeloanterior,sehabrdesarrolladounametodologaparaevaluar energticamente la vivienda que servir de base para futuros estudios. Se seleccionar una muestra de 113 encuestas de un total de 3.220, correspondientes a casasaisladas,pareadasydepartamentosubicadosenlasciudadesdeValparaso(zona trmica 2), Santiago (zona trmica 3) y Concepcin (zona trmica 4), que son las ciudades ms pobladasdelpas,segnelCenso2002(InstitutoNacionaldeEstadsticas(INE),2002).Se definirn tipologas de viviendas representativas a nivel nacional y se determinar el gasto anual de energa en calefaccin (Gac) para cada una de ellas, considerando las zonas trmicas 2, 3 y 4. Sedeterminarnlosnivelesmnimosdeaislacinentechoymuros,talquenose produzcacondensacinsuperficialyseverificarnestosvaloresconlosexigidosenla reglamentacintrmicaactual.Apartirdeello,seevaluarlaimplementacindedistintas medidasdemejoramientodelaenvolventetrmicadelaviviendaysedeterminarcunto ahorrogeneran.Paraello,semodelarnlastipologasenelsoftwareCertificacindel ComportamientoTrmicoparaEdificiosenChile(CCTE).Seevaluarelahorroenergticoy econmicoqueconllevaelllevarunaviviendaantiguaacumplirconlasexigenciasdela reglamentacin trmica actual. 3 Finalmente, se confeccionarn unas fichas para cada tipologa de vivienda, ubicndolas en distintas zonas trmicas del pas, en las cuales se resuma toda la informacin obtenida en el estudio respecto al consumo de energa y al anlisis de distintas medidas de mejoramiento de laenvolventetrmicadelasviviendas.Conlainformacinpresentadadeestaformase pretende facilitar la toma de decisiones, respecto a dnde intervenir para reducir el consumo de energa en la vivienda. A continuacin, se expone un esquema general de la memoria, respecto a los clculos y anlisis que se realizarn en los captulos siguientes, referidos a la caracterizacin del consumo de energa en el sector residencial de Chile y al anlisis de medidas de eficiencia energtica en calefaccin. 4 Figura 1.1 Esquema general de la memoria MemoriaAntecedentes Caracterizacin del consumo de energa en la vivienda Gasto anual de energa en calefaccin Anlisis de medidas de eficiencia energtica en calefaccin Resumen de informacin en fichas Vivienda promedio: -Evaluacindendicesde consumo de energa: [kWh/ao] [kWh/m2-ao] [kWh/hab-ao] - Consumo de electricidad Consumos de energa por: - Zona trmica (ciudad) - Tipologa - Nivel socio-econmico Uso de energticos - Terminologa - La vivienda y su entorno - Reglamentacin trmica - Condensacin superficial - Zonificacin trmica -Tipologasdeviviendasen el pas Consumo ms crtico: calefaccin Anlisis por tipologa Definicindemedidassegn cumplimientodela reglamentacin trmica (RT): - Sin RT: Caso base sin RT - Con RT: Caso base con RT Med 1: DVH o doble ventana Med 2: +1cm aisl. muro Med 3: +2cm aisl. muro Med 4: +3cm aisl. muro Med 5: +5cm aisl. techo Med 6: piso semi aislado - Ahorro de energa - Inversin Definicin de tipologas: - Tip 1: casa aislada 1 piso - Tip 2: casa pareada 1 piso - Tip 3: casa pareada 2 pisos - Tip 4: departamento CAPITULO2, 3 Y 4 CAPITULO 5 CAPITULO 6 CAPITULO 7 CAPITULO 7 5 CAPTULO 2: CONCEPTOS TERICOS 2.1Introduccin En este captulo se definirn algunos conceptos tericos que ayudarn a la comprensin de la terminologa utilizada en el desarrollo de este estudio. Estas definiciones estn de acuerdo aloestipuladoenlaNCh853Of.2007(InstitutoNacionaldeNormalizacindeChile(INN), 2007),laNCh1960Of.89(InstitutoNacionaldeNormalizacindeChile(INN),1989)yelArt. 4.1.10delaO.G.U.C.(OrdenanzaGeneraldeUrbanismoyConstrucciones(O.G.U.C)Art. 4.1.10, 2006). Luegodeello,seexpondrncomoantecedentescaractersticasgeneralesdela reglamentacintrmicaactual,juntoconlasexigenciasenlaspropiedadestrmicasdelos elementos que componen la envolvente trmica de la vivienda, tal como estipula el Art. 4.1.10 de la O.G.U.C. Posteriormente, se darn a conocer las distintas formas en que la vivienda gana y pierde energa.Seexpondrlaimportanciadedisearunaviviendaenfocndoseenminimizarel consumo de energa en base a las condiciones climticas y recursos existentes en el lugar en que se ubique la vivienda. Finalmente,seanalizarelefectoquetienelacondensacinsuperficialenlavivienda. Secalcularelvalormximodetransmitanciatrmica,talquenoseproduzcacondensacin superficialenlosmurosysecompararnlosresultadosconloexigidoenlareglamentacin trmica actual. Para ello, se analizarn las ciudades de Valparaso, Santiago y Concepcin, ya que al ser las ms pobladas de Chile, segn el Censo 2002 (Instituto Nacional de Estadsticas (INE),2002),seestarrepresentandounabuenapartedelasviviendasexistentesenelpas. Estas mismas ciudades sern consideradas en el resto del estudio, para el clculo del consumo de energa, el gasto anual de energa en calefaccin y el anlisis de medidas de mejoramiento de la envolvente trmica de la vivienda. 6 2.2Trminos y definiciones A continuacin, se detallan los conceptos fundamentales a los cuales se hace referencia en el desarrollo de este estudio y que son tomados de NCh 853 Of.2007 (Instituto Nacional de NormalizacindeChile(INN),2007),NCh1960Of.89(InstitutoNacionaldeNormalizacinde Chile(INN),1989)ydelManualdeAplicacinreglamentacintrmica,Art.4.1.10dela O.G.U.C. (Ministerio de Vivienda y Urbanismo, 2006). 2.2.1Aislacin trmica: es la capacidad de oposicin al paso de calor de un elemento o conjuntodeelementos,yqueenconstruccinserefiereesencialmenteal intercambio de energa calrica entre el ambiente interior y el exterior. 2.2.2Conductividad trmica, : cantidad de calor que en condiciones estacionarias pasa enlaunidaddetiempoatravsdelaunidaddereadeunamuestradematerial homogneo de extensin infinita, de caras planas y paralelas y de espesor unitario, cuandoseestableceunadiferenciadetemperaturaunitariaentresuscaras.Se expresaen[W/m K].SedeterminaexperimentalmentesegnNCh850Of.83 (InstitutoNacionaldeNormalizacindeChile(INN),1983)oNCh851Of.2008 (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2008). 2.2.3Coeficientesuperficialdetransferenciatrmica,h:flujoquesetransmitepor unidad de rea desde o hacia una superficie en contacto con el aire cuando ste y la superficie existe una diferencia unitaria de temperaturas. Se expresa en [W/m2 K]. 2.2.4Complejo: conjunto de elementos constructivos que forman parte de una vivienda o edificio, tales como: complejo de techumbre, complejo de entrepiso, etc. 2.2.5Elemento:conjuntodematerialesquedimensionadoycolocadosadecuadamente permiten que cumplan una funcin definida, tales como: muros, tabiques, losas, etc. 2.2.6Material: componente que por s solo no cumple una funcin especfica. 2.2.7Resistencia trmica, R: oposicin al paso del calor que presentan los elementos de construccin. Se expresa en [m2 K/W]. Se distinguen los siguientes casos: 2.2.7.1Resistenciatrmicadeunacapamaterial,R:paraunacapadecaras planasyparalelas,deespesor,conformadaporunmaterialhomogneode conductividad trmica , la resistencia trmica, , queda dada por: =(Ec. 2.1) 2.2.7.2Resistenciatrmicadeunacmaradeairenoventilada,Rg:resistencia trmicaquepresentaunamasadeaireconfinado(cmaradeaire).Sedetermina experimentalmentepormediodelaNCh851Of.2008(InstitutoNacionalde Normalizacin de Chile (INN), 2008). Sus valores aparecen en la NCh 853 Of.2007 (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2007). 7 2.2.7.3Resistenciatrmicatotaldeelementoscompuestosporvariascapas homogneas, RT: la resistencia trmica total para un elemento formado por una serie decapasoplacasplanasyparalelasdeelementosdematerialesdistintosen contactoentres,quedadadaporelinversodelatransmitanciatrmicadel elemento, o bien, por la suma de las resistencias de cada capa del elemento: = = = + + +(Ec. 2.2) Donde: :sumatoriadelasresistenciastrmicasdelascapasde materiales que conforman el elemento. : resistencia superficial interior. : resistencia superficial exterior. :sumatoriadelasresistenciasdelascapasdeairequeposeeel elemento. 2.2.7.4Resistencia trmica de superficie, Rs: inverso del coeficiente superficial de transferenciatrmicah.SusvaloresaparecenenlaNCh853Of.2007(Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2007). Se expresa en [m2 K/W]. =(Ec. 2.3) 2.2.8R100: segn la norma NCh 2251 Of.94 (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN),1994)eslaresistenciatrmicaquepresentaunmaterialoelementode construccin, multiplicado por 100. Se expresa en [m2 K/W]x100. = 100(Ec. 2.4) 2.2.9Transmitanciatrmicalineal,KL:flujodecalorqueatraviesaunelementopor unidad de longitud del mismo y por grado de diferencia de temperatura. Se expresa en [W/m K].2.2.10 Envolventetrmicadeunedificio:seriedeelementosconstructivosatravsde loscualesseproduceelflujotrmicoentreambienteinterioryelambienteexterior deledificio.Estconstituidabsicamenteporloscomplejosdetechumbre,muros, pisos y ventanas. 2.2.11 Grado-da, GD: en un perodo de un da, es la diferencia entre la temperatura fijada comobase,ylamediadiariadelatemperaturaqueestbajolatemperaturade base,igualandoalabaseaquellasuperiorasta.Dependiendodelperodode tiempo utilizado, se puede hablar de grados-da, grados-hora, grados-ao, etc. 2.2.12 Temperatura base: es la temperatura que se fija como parmetro para el clculo de requerimientosdecalefaccinconloscualesseobtengoconforttrmico.Segnel uso del edificio, se escoge una temperatura base entre 12C y 18C.2.2.13 Temperatura mxima: temperatura ms elevada que se observa dentro de un lapso dado, generalmente un da, un mes, un ao. 2.2.14 Temperaturamnima:temperaturamsbajaqueseobservadentrodeunlapso dado, generalmente un da, un mes, un ao. 8 2.2.15 Temperaturamediadelda:engeneral,seexpresacomoelpromedioaritmtico entrelastemperaturasmxima,mnimaylascorrespondientesalas12,18y24 UTC (tiempo universal coordinado). 2.2.16 Temperaturadebulboseco:eslatemperaturaledaenuntermmetrodebulbo seco que mide la temperatura del aire ambiente. 2.2.17 Prdidasporrenovacionesdeaire,n:prdidadecalordeunrecintoquese produce por efecto de la renovacin del volumen de aire interior. 2.2.18 Transmitanciatrmica,U:flujodecalorquepasaporunidaddesuperficiedel elementoyporgradodediferenciadetemperaturasentrelosdosambientes separadospordichoelemento.Seexpresaen[W/m2 K].Sedetermina experimentalmente segn NCh 851 Of.2008 (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile(INN),2008)oporclculosegnNCh853Of.2007(InstitutoNacionalde Normalizacin de Chile (INN), 2007). 2.2.19 Coeficientevolumtricoglobaldeprdidastrmicasportransmisindela envolvente,GV1:flujotrmicoquesetransmiteatravsdelaenvolventedeun edificio (o parte de l), referido a la unidad de volumen, impulsado por la diferencia unitaria de temperatura entre el ambiente interior y el ambiente exterior. Se expresa en [W/m3 K]. = (Ec. 2.5) Donde: :transmitanciatrmicadeloscomplejosqueconformanla envolvente trmica de la vivienda (muros, techo, ventanasy pisos). : superficie de los complejos que conforman la envolvente trmica de la vivienda (muros, techo, ventanas y pisos). : transmitancia trmica lineal. : permetro de la vivienda. : volumen total encerrado por la envolvente de la vivienda. 2.2.20 Coeficientevolumtricoglobaldeprdidastrmicastotales,GV2:flujotrmico totaldeunedificio(opartedel),transmitidoporlaenvolventeyporlos intercambiosdeaire,referidoalaunidaddevolumenyaladiferenciaunitariade temperaturaentreelambienteinterioryelambienteexterior.Seexpresaen[W/m3 K]. = +0,35 =+0,35 (Ec. 2.6) Donde: 0,35 :flujotrmicoporventilacinreferidoalaunidaddevolumeny temperatura. 2.2.21 Gasto anual de energa en calefaccin, Gac: corresponde al gasto total de energa de una vivienda en el perodo de un ao. Se expresa en [kWh/ao]. =(Ec. 2.7) Donde: : grados-da anual [K]. 9 2.2.22 Humedadabsoluta,HA:contenidodevapordeaguaquecontieneelaire.Se expresa en gramos de agua por metro cbico de aire. 2.2.23 Humedad absoluta de saturacin, HAsat: contenido de vapor de agua mximo que puede admitir el aire para una temperatura dada. 2.2.24 Humedad relativa, HR: la humedad relativa del aire se define como la razn entre la cantidadrealdevapordeaguaquecontieneylamximacantidaddeaguaque puedecontenerundeterminadovolumendeaire.Cuandoelaireestseco,la humedad relativa es 0% y si est saturado, la humedad relativa es de 100%. % = 100(Ec. 2.8) 2.2.25 Condensacin:cuandolahumedadrelativaesmayora100%,elairenopuede contener ms vapor ya que sobresatura, depositndose el exceso en forma de agua lquida sobre las superficies ms fras.2.2.26 Poder calorfico, PC: cantidad de energa generada por la combustin completa de unaunidaddecombustible(gaseoso,lquidooslido),obtenidaapartirde condicionesdeensayo.Elpodercalorficosepuedeexpresarendiferentes unidades,talescomo[kcal/m3]paragases,[kcal/lt]paralquidosy[kcal/kg]para slidos(ProgramaPasEficienciaEnergtica(PPEE),2010).Elpodercalorficose puede distinguir en: 2.2.26.1Poder calorfico superior, PCS: el proceso de combustin produce dixido decarbono(CO2)yagua(H2O).Estepodercalorficoincluyeeltotaldeenerga disponibleporelcombustible,incluyendolaenergadecondensacindelvaporde agua generado en la combustin. Cuanto ms hidrgeno tenga el combustible, ms grande es la variacin entre el poder calorfico inferior y superior y ms conveniente aprovecharlo (gas natural, petrleo, lea). 2.2.26.2Podercalorficoinferior,PCI:estevalornoincluyelaenergade condensacindelvapordeaguageneradoenlacombustin.Seasumequeesta energasepierde.Sinembargo,esposiblerecuperarlaatravsdediversos sistemas, de los que se destacan las calderas de condensacin. Al utilizar este valor, se obtienen mejores niveles de eficiencia en los equipos. 10 2.3Generalidades de la vivienda y su entorno Enunaviviendaexistetransferenciadecalordesdeyhaciaelexteriordeella, dependiendodelgradientedetemperaturasqueexistanentreelinteriordelaviviendayel exterior. Estas transferencias se traducen en ganancias y prdidas de calor en la vivienda, las cuales se muestran en la Figura 2.1. Figura 2.1 Ganancias y prdidas de calor en una vivienda Las ganancias y prdidas de calor dentro de la vivienda se resumen en la Tabla 2.1. Tabla 2.1 Ganancias y prdidas de calor en una vivienda GananciasPrdidas Soleamiento: Muros Ventanas Techo Conduccin: -Muros -Ventanas -Techo -Piso Artefactos: -Electrodomsticos -Iluminacin -Calefaccin Radiacin: Muros Ventanas Techo Ventilacin (condicin verano)Ventilacin (condicin invierno) Personas y animales FUENTE: Fsica de la construccin. Conceptos trmicos. (Rodrguez, Fsica de la construccin. Conceptos trmicos, 2009) Prdida por ventilacin Prdida portransmisin en techumbre Ganancia solar Prdida por ventanaPrdida por transmisin Ganancia poren muro electrodomsticos Ganancia por personas Prdida por ingreso de aire Prdida por transmisin en suelo 11 Deacuerdoalaestacindelao,latemperaturavarafueradelavivienda(: temperaturaexterior)ydentrodeellaseprocuramantenerunatemperaturadeconfort(: temperatura interior). A partir de ello, se define lo siguiente: -Condicin de invierno : > -Condicin de verano : < As,enpocainvernallatemperaturafueradelaviviendaesinferioralaquehayal interiordeella.Enpocadeveranolasituacinseinvierte,teniendoalinteriordelavivienda una temperatura menor a la que hay fuera de ella. Dadas estas variaciones de temperatura durante el ao, cuando se disea un edificio se debe tener en cuenta el aprovechamiento de las condiciones climticas y los recursos naturales existentes, en especial la energa solar para minimizar el consumo energtico del edificio. Esto es lo que se conoce como arquitectura bioclimtica o arquitectura solar pasiva. sta se refiere a las aplicaciones en que la energa solar se capta, se guarda y se distribuye de forma directa, es decir,sinmediacindeelementosmecnicos.Elobjetivoesdisearyaportarsoluciones constructivasquepermitanqueeledificiocapteorechaceenergasolar,segnlapocadel ao,afinderegularladeacuerdoalasnecesidadesdecalefaccin,refrigeracinode iluminacin. El aprovechamiento de la radiacin que llega al edificio se basa en la optimizacin de la orientacin; la definicin de volmenes y aberturas; la seleccin de materiales apropiados, ylautilizacindeelementosdediseoespecficosyadecuados.Losprincipiosdela arquitectura bioclimtica estn en el mismo diseo: El entorno climtico. La forma, orientacin y distribucin de los recintos en el edificio. Los cierres, el aislamiento y la inercia trmica. El entorno climtico, por su influencia directa en el confort trmico, es el primer factor a tener en cuenta a la hora de concebir un proyecto de arquitectura bioclimtica. Laformadeunedificiointervienedirectamenteenelaprovechamientoclimticodel entorno a travs de dos elementos bsicos: la superficie y el volumen. A mayor superficie, ms capacidadparaintercambiarcalorentreelexterioryelinterior.Amayorvolumen,ms capacidadparaalmacenarcalor.Elfactorformadeledificiorelacionaestasdosvariables, siendoelcocienteentrelasuperficieyelvolumendeledificio.Paraclimasfrosconvieneun factor formapequeo,entre0,5y0,8, mientras queparaclimasclidos convieneunogrande, superiora1,2.Porotraparte,laorientacindeledificiodeterminasuexposicinalsolyalos vientos. Respectoalaorientacindelavivienda,dependedeltipodeagrupacinquesetrate paradeterminarculeslaimportanciaquetieneestefactorrespectoalaenergaquese requieraparacalefaccionarlavivienda.Porejemplo,lasviviendasaisladaspuedenrecibirla radiacin solar por cualquiera de sus fachadas, ya que todas estn expuestas al exterior, no as en el caso de los departamentos. Engeneral,sepuededecirqueenlascasas,yaseanaisladas,pareadasoenfila,la orientacin de la vivienda con respecto al sol, no interviene en gran medida en el consumo de energaqueserequiereparacalefaccin,yaquelamayorpartedesusfachadasestn expuestas al exterior y por cualquiera de ellas pueden recibir la energa irradiada por el sol. Eso s, todo depender de la configuracin de la casa para determinar la incidencia de la orientacin delavivienda.Elcasomsrepresentativoeseldelosdepartamentos, puesalomsdosde 12 sus fachadas estn expuestas al exterior y, dependiendo de cmo stas se orienten, es cunta energa solar podr recibir la vivienda directamente. As, en este caso, la orientacin que posea eldepartamentoconrespectoalsolesunfactorimportantequedebetenerseencuenta respecto al consumo de energa que se requerir para calefaccionar.Cuando la vivienda est orientada hacia el norte, recibe directamente los rayos solares, loquegeneraunagananciadeenergaenelhogarpormediodelaradiacin,ademsde recibir luz durante gran parte del da. El caso opuesto es la orientacin sur, en que la vivienda recibe slo radiacin difusa y el aporte de energa calrica es menor. En la orientacin sur no se recibeluzdirectaaningunahoradelda.Paraaprovechardemaneraptimalaenergasolar que ingresa a travs de los acristalamientos de la vivienda, se recomienda darle una orientacin norteolasrelacionadasconellacomonoresteynoroeste,alasfachadasquecuentencon mayorporcentajedesuperficiesvidriadas.Estoocurreporqueestasorientacionessonlas nicas que presentan sus mayores valores de radiacin en invierno que es cuando se requiere deenergaadicionalparacalefaccionarylosmenoresvaloresenveranodondeseevitaesta energa (Villanueva, 2009). Encuantoaloscierresdeledificio,sufuncinprincipalespreservarlascondiciones interiores,independientementedelasexteriores.Unadelasmanerasparaconseguirloesa travs de la disminucin del intercambio de calor entre el interior y el exterior, de forma que los muros ejerzan una funcin de aislamiento trmico, lo cual se logra por medio de la intervencin en:-El grosor de los elementos de la envolvente trmica de la vivienda. -Las dimensiones del cierre. -Las propiedades termofsicas de los materiales que lo componen.La masa de un edificio tiene la capacidad de almacenar energa en forma de calor. sta puedeserliberadanuevamentealambientecuandolatemperaturadelentornoesmenorala temperatura de los materiales, as se consigue evitar las variaciones de temperatura dentro de la vivienda. A esto se le llama inercia trmica. Se mide en base a la capacidad trmica, es decir, a la cantidad de calor que puede almacenar un elemento por unidad de masa al incrementar su temperatura en un grado centgrado. Si es mayor, mejor, pues entre ms inercia trmica tengan los elementos del edificio, mayor ser su accin aislante y ayudar a reducir las variaciones de temperatura al interior del edificio, respecto al exterior. 13 2.4Reglamentacin trmica (RT) Enelao2000,entrenvigencialaprimerareglamentacintrmicaqueinvolucraba slo especificaciones respecto a la aislacin de techumbres. La reglamentacin trmica actual, comenzaaplicarseapartirdelao2007,yestreferidaatodosloselementosdela envolventetrmica.EnelArt.4.1.10delaO.G.U.C.(OrdenanzaGeneraldeUrbanismoy Construcciones(O.G.U.C)Art.4.1.10,2006)seestablecenlasexigenciasmnimasde acondicionamientotrmicoparaloscomplejosdetechumbre,murosperimetralesypisos ventilados.Elvalormnimoparalaresistenciatrmicatotal(RT)ylatransmitanciatrmica(U) de estos complejos depende de la zona trmica que se est evaluando, tal como se expone en la Tabla 2.2. Tabla 2.2 Exigencias mnimas de resistencia y transmitancia trmica para elementos de la envolvente trmica de viviendas, segn zona trmica TechumbreMurosPisos Ventilados Zona trmica URTURTURT [W/mK][mK/W][W/mK][mK/W][W/mK][mK/W] Zona 10,841,1940,253,60,28 Zona 20,61,6730,330,871,15 Zona 30,472,131,90,530,71,43 Zona 40,382,631,70,590,61,67 Zona 50,333,031,60,630,52 Zona 60,283,571,10,910,392,56 Zona 70,2540,61,670,323,13 FUENTE: Manual de aplicacin reglamentacin trmica. O.G.U.C. Art. 4.1.10 (Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU), 2006) Adems,lareglamentacintrmicaindicalosvaloresmximosdeR100paralos complejos de techumbre, muros y pisos ventilados. Tabla 2.3 Exigencias mnimas de R100 para elementos de la envolvente trmica de viviendas, segn zona trmica TechumbreMurosPisos Ventilados Zona trmica R100R100R100 [mK/W]x100[mK/W]x100[mK/W]x100 Zona 1942323 Zona 21412398 Zona 318840126 Zona 423546150 Zona 528250183 Zona 632978239 Zona 7376154295 FUENTE: Manual de aplicacin reglamentacin trmica. O.G.U.C. Art. 4.1.10 (Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU), 2006) 14 2.5Condensaciones superficiales Existenotrosfactoresquedebentomarseencuentaalmomentodedisearuna vivienda,comoeselcasodelahumedad.Lahumedadenlaconstruccingeneradiversos problemas en la vivienda, uno de los principales es la disminucin de la aislacin trmica de los materiales que conforman muros y techos. Esto ocurre, pues al humedecerse los materiales, el airecontenidoenlosorificiosserellenaconagua,queposeeunaconductividadtrmica22 veces mayor que la del aire. El aumento de la conductividad depende del tipo de material y del clima donde se ubique la vivienda. Porotraparte,lacondensacinsuperficialestintrnsecamenterelacionadaconla humedad,demodoquecuandolahumedadrelativadelaireeselevada,ylatemperatura superficial de muros, losas, ventanas es baja con respecto a la temperatura del aire alinterior de la vivienda, se produce condensacin. Algunas causas de la condensacin superficial son: -Bajo aislamiento trmico de los elementos envolventes. -Existencia de puentes trmicos. -Temperatura exterior baja. -Generacin exceso de vapor de agua al interior de la vivienda. -Falta de renovaciones de aire. Para determinar la temperatura de roco y hacer un anlisis del confort trmico, se utiliza elbacopsicomtricoquemuestralainterdependenciaentrelahumedadrelativa(ejevertical izquierdo), la temperatura de bulbo seco (eje horizontal) y la masa de vapor de agua por masa de aire seco, con su equivalencia en presin de vapor (eje vertical derecho). 15 FUENTE: NCh 1973 Of.87. Anexo A baco psicomtrico (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 1987) Figura 2.2 baco psicomtrico Elbacopsicomtricomuestra,entrminosgenerales,queamedidaqueaumentala temperaturaelaireescapazdecontener mayorcantidaddeagua antesdellegaralpuntode roco, en el cual se produce condensacin. Lareglamentacintrmicaexigevaloresmnimosdecumplimientorespectoalas resistenciasytransmitanciastrmicasdeloselementosdelaenvolventedelavivienda.El cumplimiento de estos valores mnimos no asegura a priori, que no se produzca condensacin superficial en tales elementos. Sequieredeterminarelniveldeexigenciaquedebieraexigirseparalatransmitancia trmica de muros, tal que no se produzca condensacin y se verificar si estos valores estn de acuerdoaloestipuladoenlareglamentacintrmicaactual.Paraello,sedeterminarla temperatura superficial interior del muro (Tsi) usando el baco psicomtrico. 16 Cuandolatemperatura superficialinterioresinferiorala temperaturadesaturacindel aire (o temperatura de roco), se produce condensacin sobre la superficie, ya que el aire no es capaz de contener todo el vapor de agua que hay en el ambiente. Acontinuacin,sepresentaunatablaqueresumelastemperaturasdesaturacindel aire para las temperaturas interiores de clculo ms habituales. Tabla 2.4 Temperatura de saturacin del aire para ciertas temperaturas interiores, segn el baco psicomtrico Temperatura interior, Ti [C] 182022 Humedad relativa interior [%] Temperatura de roco [C] Calefaccin seca 30023,5 35245,7 40468 455,87,59,5 507,5911 558,810,512,5 60101214 6511,212,214,2 7012,514,516,5 Calefaccin hmeda 7513,515,517,5 8014,516,518,5 Local hmedo 8515,517,519,5 9016,518,520,5 FUENTE: Neila, F.J; C. Bedoya. (Hernandez, 2009) De acuerdo a la tabla anterior, si se considera una temperatura interior (Ti) de 18 [C] y un tipo de calefaccin hmeda (HR=75%), entonces la temperatura de saturacin del aire (Tsi) es de 13,5 [C]. Las condiciones definidas para la temperatura interior y la humedad de la vivienda, estn de acuerdo a las condiciones de confort definidas por B. Givoni, que consisten en que para una actividaddadaysuponiendoquelaspersonasseencuentranvestidasdemanerarazonable paralascondicionesexistentes,elconforttrmicopuedeserlogradoalencontrarsealinterior deunazonadeconfort,talcomosemuestraenelsiguientediagrama(verFigura2.3).Esta zonadeconfortseencuentradefinidaporlatemperaturaen[C]ylacantidaddehumedad absoluta, es decir, la cantidad de gramos de agua por cada kilgramo de aire seco, adems de considerarunavelocidaddelairede0,2[m/s].(CorporacindeDesarrolloTecnolgico(CDT) de la Cmara Chilena de la Construccin (CChC), 2010) 17 FUENTE: (Corporacin de Desarrollo Tecnolgico (CDT) de la Cmara Chilena de la Construccin (CChC), 2010) Figura 2.3 Diagrama de confort Deacuerdoalafiguraanterior,eninviernolatemperaturamnimaaceptadacomo confortableesdealrededorde17[C]conunahume dadrelativaentreel30%yel80%. Tambin se puede ver que las condiciones confortables en invierno y verano coinciden en una zona considerable del diagrama, por lo que es conveniente situarse en un punto de interseccin deambaszonasdeconfort.Sepuededefinircomounatemperaturaconfortablelos20[C] (equivalentea68[F]),valorconsideradocomoace ptableenpasesdesarrollados,conuna humedadrelativadelaireentre35%y75%,yunmovimientodelairede1[m/s](Rodrguez, Temperatura de confort, 2002). Ahora, para determinar el valor de la transmitancia trmica, de modo que no se produzca condensacin superficial, se utiliza lo siguiente: = (Ec. 2.9) =(Ec. 2.10) 18 Los datos que se tienen son: -Temperatura superficial interior = 13,5 [C] -Temperatura interior = 18 [ -Resistencia superficial interior = 0,12 [m K/W] Falta slo la temperatura exterior, que depende de cada ciudad en estudio: Valparaso, SantiagoyConcepcin.Seconsideraelperododeinviernoenelcualesimportante calefaccionar,ycuandosepresentanlastemperaturasmsfrasdelao.EnlanormaNCh 1079 Of.2008 (Instituto Nacional deNormalizacin de Chile (INN), 2008), se expone una tabla conlastemperaturasmediasmnimasparacadaciudad.Deacuerdoaello,lastemperaturas exteriores es muestran en la Tabla 2.5. Tabla 2.5 Temperaturas medias mnimas para el mes ms fro anual, segn ciudad CiudadEstacin Mes invierno Temperatura mnima [C]Promedio [C] Perodo ValparasoPta. ngelesJul9,29,21961 - 1990 Santiago PudahuelJul2,5 3,5 1961 - 1990 Quinta NormalJul3,91961 - 1990 TobalabaJul3,81961 - 1990 Los CerrillosJul3,81961 - 1990 ConcepcinCarriel SurAgo - Sep5,65,61961 - 1990 FUENTE: NCh 1079 Of.2008, Tabla C.3 Valores de temperatura mnima media [C] (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2008) Apartirdelosdatosanteriores,sedeterminanlossiguientesvaloresmximosde transmitancia trmica para que no haya condensacin superficial. Tabla 2.6 Mnima transmitancia trmica de muros para que no se produzca condensacin superficial CiudadTsi [C] Ti [C] Rsi [mK/W]Te [C] Us/condens [W/mK]URT(*) [W/mK] Valparaso13,5180,129,24,263,00 Santiago13,5180,123,52,591,90 Concepcin13,5180,125,63,021,70 (*)Los valores de U, segn la reglamentacin trmica (RT), estn en la Tabla 2.2 De acuerdo a los resultados anteriores, se puede establecer que en general, al cumplir conlatransmitanciatrmicamximaimpuestaporlareglamentacintrmica,seaseguraque enlasviviendasubicadasenlasciudadesdeValparaso,SantiagoyConcepcin,nose producir condensacin superficial en los muros y, por lo tanto, basta cumplir con lo estipulado enlareglamentacintrmica.Cabemencionarqueestehechoestcondicionadoaquese presentencondicionesnormalesdetemperaturaenestasciudades,comoseindicanenla Tabla2.5.Enconsecuencia,siesquelatemperaturaquesepresentaesinferiorala temperaturamnimamedia,comoeselcasodeSantiagoenquealgunosdaslatemperatura desciende bajo los cero grados celcius, entonces se puede producir condensacin superficial. 19 2.6Discusin de resultados y conclusiones En una vivienda existe una transferencia de energa entre el interior y el exterior de ella. Las ganancias de energa se producen por el soleamiento a travs de muros, ventanas y techo; porelusodeartefactos;porlaspersonasyanimales;yporlaventilacinencondicinde verano.Lasprdidasdeenergaseproducenporconduccinatravsdemuros,ventanas, techo y piso; por radiacin a travs de muros, ventanas y techo; y por ventilacin en condicin de invierno. Teniendo en cuenta este intercambio de calor y las variaciones de temperatura durante elao,eldiseodelasviviendasdebehacerseconsiderandolascondicionesclimticasylos recursos naturales del lugar en que se ubique la vivienda, todo ello con el objetivo de minimizar el consumo energtico del hogar.Laarquitecturabioclimticaseenfocaenel aprovechamientodeenergaslimpias,comolaenergasolar,apartirdeldiseomismodela vivienda. Un buen diseo permite satisfacer las necesidades de refrigeracin y calefaccin de la vivienda,segnlapocadelao,sinnecesidaddeutilizarotrosrecursosomecanismos adicionales. Respecto a la orientacin del edificio, se recomienda que se haga hacia el norte, ya que as se estar aprovechando de manera ptima la energa solar. Paralograruncomportamientotrmicoadecuadodelasviviendas,lareglamentacin trmicaactual,vigenteapartirdelao2007,recogelasexigenciasmnimasrespectoala aislacin trmica de los elementos que conforman la envolvente trmica de la vivienda: muros, techo y pisos ventilados. Al analizar la generacin de condensacin superficial en muros de viviendas ubicadas en Valparaso, Santiago y Concepcin, se obtuvo que al cumplir con los estndares mnimos de la reglamentacintrmica,noseproducircondensacinenlosmuros.Sinembargo,hayque tenerencuentaqueparatemperaturasinferioresalastemperaturasmnimasmedias,existe riesgo de que se produzca condensacin superficial. 20 CAPTULO 3: ZONIFICACIN CLIMTICO HABITACIONAL Y TRMICA DE CHILE 3.1Introduccin Enestecaptulo,seexpondrnalgunascaractersticasgeneralesdelclimaenel territoriochileno.Seanalizarlazonificacinclimticohabitacional,expuestaenlaNCh1079 Of.2008 (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2008)), y la zonificacin trmica de Chile,expuestaenelArt.4.1.10delaO.G.U.C.(OrdenanzaGeneraldeUrbanismoy Construcciones(O.G.U.C)Art.4.1.10,2006),suscaractersticasprincipalesylasdiferencias que existen entre ellas. Chileesunpasconunagrandiversidadclimtica,debidoasuextensinenlatitudy accidentes geogrficos, que le otorgan caractersticas nicas a nivel mundial. A pesar de ser un pas angosto, las diferencias climticas a lo ancho de l son incluso ms pronunciadas que en el sentido longitudinal, norte-sur. Desdenorteasur,lasprecipitacionesaumentanylastemperaturasmediasvanen decremento, eso s, a una tasa ms bien baja debido a la presencia del Ocano Pacfico y a la corriente fra de Humboldt, que bordea la costa desde la Isla de Chilo con direccin norte. En elnorte,sepresentanzonasmuyridasyconescasasprecipitaciones,continuandoenel centroconzonasdeinviernoshmedosylluviosos,parallegarfinalmentealsurdondelas precipitaciones son abundantes y la temperatura llega a niveles bajo cero. Los cambios de clima que se experimentan a lo ancho del pas, se deben a la presencia delaCordilleradeLosAndes.Aunamismalatitud,setienencondicionesdistintasentrela costa(0 m.s.n.m.)y200kmhaciaelinterior(3.000m.s.n.m.):enlaprimera,lastemperaturas sonaptasparalahabitacinylascondicionessonengeneralnormales,yenlasegunda,las temperaturassonbastantebajas,llegandoavariosgradosbajoceroyconcondiciones ambientales difciles para la habitacin humana. Existendosparticularidadesdelcomportamientoantesdescrito:primero,enlaregin altiplnica,lastemperaturassonbajasdebidoalaalturaenqueseencuentraypresenciade lluvia en los meses deverano; y la segunda, en lazona oriente de las cumbres andinas en el sur del pas, donde se presenta una sombra pluviomtrica y temperaturas bajas obligadas por la latitud en que se encuentran (Donoso, 2009). Conocer la temperatura a lo largo del ao en distintas zonas del pas, es importante para eldiseodelaaislacintrmicaydesistemasdecalefacciny/oaireacondicionadodelas viviendas. Cabe destacar que en Chile las necesidades son principalmente de calefaccin, pues para que se necesite refrigeracin, la temperatura media diaria debe ser superior a 28C, lo cual ocurresloenalgunasregionesyporescasoperododetiempo.Adems,enChilelas temperaturas altas tienen asociadas humedades bajas, lo que permite que las personas toleren mejor el calor. Existen diversas sectorizaciones del territorio nacional, vinculadas con el clima y/o con la vivienda.Dosdeellassonlazonificacinclimticohabitacional(NCh1079Of.2008(Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2008)) y la zonificacin trmica (Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (O.G.U.C) Art. 4.1.10, 2006).21 3.2Zonificacin climtica habitacional de Chile EnlanormaNCh1079Of.2008(InstitutoNacionaldeNormalizacindeChile(INN), 2008),sehaceunasubdivisincompletadelterritoriochilenoenzonascaracterizadas exclusivamente por agentes climticos que inciden en la calidad habitable de las viviendas. Su propsitoessealarlosrasgosdistintivosquecaracterizanlasdiferenteszonasenquese puede dividir el territorio desde esta perspectiva.La norma identifica nueve zonas climtico-habitacionales para Chile: -NLnorte litoral -NDnorte desrtica -NVTnorte valle transversal -CLcentral litoral -CIcentral interior -SLsur litoral -SEsur extremo -Anandina En esta clasificacin se excluyen: Isla Sala y Gmez, San Flix, San Ambrosio e Isla de Pascua.Lazonificacinclimticohabitacional,tieneporfinalidadidentificarreasde condicionesclimticashomogneas,dondeseaposibleestablecerconprecisinlosrigores climticos de los diferentes agentes externos que condicionany afectan lavivienda. La norma NCh1079 Of.2008 no incluye el factor humano como agente condicionante del ambiente interior de la vivienda, por lo que solamente es considerada desde el punto de vista fsico. Losfactoresclimticosconsideradospararealizarestaclasificacinson:temperatura, humedad relativa, precipitaciones (lluvias y nieve), vientos predominantes, heladas, altura sobre el nivel del mar, insolacin, asoleamiento, nubosidad y salinidad atmosfrica. 22 3.3Zonificacin trmica de Chile Estazonificacin(OrdenanzaGeneraldeUrbanismoyConstrucciones(O.G.U.C)Art. 4.1.10, 2006) incorpora disposiciones sobre exigencias de aislacin trmica en las viviendas, en concordanciaconunazonificacinbasadaexclusivamenteenlatemperaturanecesariade calefaccinparalograrconforthabitableenelinteriordelasviviendasenlasdiferentesreas del territorio nacional. Se distinguen siete zonas trmicas con grados-da (GD) calculados con una temperatura base de 15 [C]: -Zona 1hasta 500 grados-da -Zona 2desde 500 a 700 grados-da -Zona 3desde 750 a 1.000 grados-da -Zona 4desde 1.000 a 1.250 grados-da -Zona 5desde 1.250 a 1.500 grados-da -Zona 6desde 1.500 a 2.000 grados-da -Zona 7sobre 2.000 grados-da Latemperaturabase(vercaptulo2.2.12),sefijaparaelclculodelosgrados-dade una localidad y no debe confundirse con la temperatura de confort. La temperatura base suele fijarseentrelos12[C]ylos18[C],segncons ideracionesdegananciastrmicasporotras circunstancias como pueden ser las ganancias solares, el gasto elctrico por electrodomsticos, el agrupamiento de unidades de viviendas por pareos, etc. (Rodrguez, Temperatura de confort, 2002).Encambio,latemperaturadeconfortseconsideracomo20[C]comounvalor aceptable. Los grados-da (GD) de calefaccin requeridos para lograr confort trmico, con base 15 [C],aumentanenlamedidaqueseencuentraenlas zonasmsfras.Esporelloqueenla zona 1, del norte, se requieren hasta 500 GD y en la zona 7, del sector sur, ms de 2.000 GD. Ladiferenciaentreestaszonificacioneses que enlaprimera,delaNCh1079Of.2008 (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2008), se establece una macrozonificacin que trasciende los lmites regionales, sin profundizar en caractersticas locales, enfocndose en factores geogrficos y meteorolgicos. En la segunda en cambio, de la O.G.U.C, se establece unazonificacinexclusivamentetrmica,excluyendoelrestodelosfactoresdelclimaque inciden en la calidad habitable de las viviendas. Adems, la zonificacin trmica est hecha en basealadivisinpoltica-administrativaylaaltituddelalocalidad,porloqueno necesariamentecoincidenlaszonasclimticasconlaszonastrmicasyas,paraunamisma localidad, pueden existir distintos requerimientos trmicos. Cabe destacar, que la zonificacin trmica asigna el mismo rango de grados-da a casi latotalidaddelterritoriodelasregionesdeValparasoyMetropolitana,incluyendoSanto Domingo y San Felipe-Los Andes, siendo que presentan los casos extremos en temperaturas. EnSanFelipe,seobservalamayorcantidaddeheladasanuales,contemperaturas,porlo tanto, menores o iguales a 0C, mientras que en San to Domingo, las temperaturas medias de losmesesdejulioyagosto(mesesmsfros),nobajandelos6,8C.Similarcontrastese observa con las oscilaciones trmicas diarias, en que en los meses de verano, estacin en que 23 se manifiesta con mayor amplitud, se alcanzan 19,2C en San Felipe-Los Andes, en cambio en SantoDomingo,apenassealcanzan11,2C.Elasigna runrangotanampliodegrados-daa cada zona trmica, genera este tipo de conflictos respecto al comportamiento trmico de ciertas localidades,demodoquelasnecesidadesdeaislacinpuedencambiarbastanteentreuna ciudadyotra,siendoquesegnelArt.4.1.10delaO.G.U.C.(OrdenanzaGeneralde UrbanismoyConstrucciones(O.G.U.C)Art.4.1.10,2006),pertenecenaunamismazona trmica. 24 3.4Discusin de resultados y conclusiones Chile posee una gran diversidad climtica que se acenta a lo ancho del pas ms que a lo largo de l, debido a la presencia de la Cordillera de los Andes.Engeneral,enChilelasnecesidadessonprincipalmentedecalefaccin,porloquees necesario aislar la envolvente trmica de la vivienda. De acuerdo a las temperaturas existentes encadareadelpas,eselgradodeaislacintrmicaquesenecesitaparaalcanzaruna temperaturaconfortableenlavivienda.Mientrasmsfraeslazona,mayoressernlos requerimientos de aislacin trmica. Desde el punto de vista de las edificaciones, existen dos zonificaciones importantes del territorio nacional, vinculadas con el clima y/o la vivienda: la zonificacin climtico habitacional (expuesta en la NCh 1079 Of.2008 (Instituto Nacional de Normalizacin de Chile (INN), 2008)) y lazonificacintrmica(expuestaenelArt.4.1.10delaO.G.U.G(OrdenanzaGeneralde UrbanismoyConstrucciones(O.G.U.C)Art.4.1.10,2006)).Laprimera,consideralosagentes climticosqueincidenenlacalidadhabitabledelasviviendas,dividiendoelpasen9zonas climtico-habitacionales.Lazonificacintrmica,encambio,sebasanicamenteenla temperaturadecalefaccinnecesariaparalograrunconforthabitableenlasviviendas,de acuerdoalosgrados-dayaltituddecadalocalidad;enellasedefinen7zonastrmicas, considerando la divisin poltico-administrativa de las ciudades para la divisin. Cabedestacarquecomoambaszonificacionesnocoincidennecesariamente,pueden existirdistintosrequerimientostrmicosparaunamismalocalidad.Adems,seplanteala necesidadderealizarunazonificacintrmicamsprecisaenlacualseincluyanlas singularidadesclimticasenciertossectoresdelpas,comoeselcasodeSanFelipe-Los Andes, de modo que los requerimientos trmicos que se exijan sean los adecuados para cada localidad. 25 CAPTULO 4: DEFINICIN DE TIPOLOGAS DE VIVIENDA 4.1Introduccin En este captulo se definirn las tipologas de vivienda caractersticas del pas en base al Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial deChile(MinisteriodeEnerga,2010).Entalestudio,seencuestaviviendasnuevasy antiguas ubicadas a lo largo de todo el pas, incluyendo distintos tipos de agrupamiento: casas aisladas, casas pareadas, casas en fila y departamentos. El total de viviendas encuestadas fue de3.220.Se solicital MinisteriodeEnergautilizarestasencuestaspararealizarelpresente estudio. Dado el carcter confidencial de las encuestas y a que el Ministerio consider que con unnmeromslimitadodedatossepodranobtenerdeigualformabuenosresultados,se otorgaron los datos de slo 113 encuestas, concediendo adems, la posibilidad de escoger esta muestra. Envistaaloanterior,seseleccionarunamuestrade113viviendasquecumplancon las caractersticas de las tipologas de viviendas que se definan en este captulo, y a partir de ellas se caracterizar el consumo de energa del sector residencial. Para ello, se considerarn sloviviendasubicadasenlasciudadesdeValparaso,SantiagoyConcepcin,debidoaque sonlasmspobladasdelpas,segnenelCensodelao2002(InstitutoNacionalde Estadsticas (INE), 2002). Al limitar el estudio a estas tres ciudades, se podrn obtener mejores resultados estadsticos en vista a que el nmero de encuestas que se dispone es limitado. Tomandoenconsideracinlosantecedentesdelasviviendasexistentesenelpas,se definirn las tipologas basndose en los siguientes criterios: -Tipo de agrupamiento -Ao de construccin -Materialidad -Nmero de pisos -Superficie [m2] 26 4.2Tipologas de vivienda Las viviendas se pueden clasificar de acuerdo al tipo de agrupacin que posean, lo cual hace referencia a las caractersticas generales del edificio. Los tipos de agrupacin se detallan en la siguiente tabla: Tabla 4.1 Tipos de agrupacin de vivienda Tipo de agrupacin de viviendaCaractersticas Vivienda aislada No comparte ninguno de sus lados con otra vivienda Lasprdidasdecalorhaciael ambiente,seproducenporlascaras expuestasalexterior:4fachadasde muro, el suelo y el techo. Vivienda pareada Comparte un lado con otra vivienda (no hay prdida de calor por el pareo). Las prdidas de calor hacia el ambiente se producen por las caras expuestas al exterior: 3 fachadas de muro, el suelo y el techo. Vivienda en fila Compartedosladosconotravivienda (enambospareosnosepierdecalor hacia el exterior). Las prdidas de calor hacia el ambiente se producen por las caras expuestas al exterior: 2 fachadas de muro, el suelo y el techo. Departamento Tipodedepartamento,deacuerdoal nmerodefachadasexpuestasal exterior,dondeseproducenlas prdidas de calor hacia el ambiente: A:posee2carasexpuestasalexterior (techo y un muro). B:posee3carasexpuestasalexterior (techo y dos muros). C:posee1caraexpuestaalexterior (un muro). D:posee2carasexpuestasalexterior (dos muros). E:posee2carasexpuestasalexterior (piso y un muro). F:posee3carasexpuestasalexterior (piso y dos muros). 27 4.3Antecedentes de las tipologas de viviendas en el pas Lasviviendaspuedenagruparsedeacuerdoacaractersticascomunesqueposeen entre ellas, tales como: superficie, tipo de agrupacin de vivienda (departamentos, casas en fila, pareadasoaisladas),localidadenqueseubica,entreotras.Sepretendeidentificaraquellas tipologasque,enconjunto,sean representativasdelparque deviviendasexistentesenChile. Para ello, se utiliza el Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa enelsectorresidencialdeChile(MinisteriodeEnerga,2010),enelcualseestudianlas caractersticasgeneralesdelasviviendasdelpas,enbaseaunaencuestadesarrolladaa familias a lo largo de todo el pas. Lostemsqueabarcalaencuestason:tipologadevivienda,nivelsocioeconmico, datosdeconsumodeenergadeacuerdoalascuentasdegas,electricidadylea,equipos consumidores de energa que son utilizados en la vivienda, percepcin respecto a las medidas de eficiencia energtica y confort trmico. Seseleccionunamuestrade113encuestasdeuntotalde3.220,conformadapor viviendas ubicadas en las tres ciudades ms pobladas del pas, segn el Censo 2002 (Instituto NacionaldeEstadsticas(INE),2002),lascualesson:Valparaso,SantiagoyConcepcin. Segnlareglamentacintrmica,estasciudadespertenecenadistintaszonastrmicas,tal como se detalla en la siguiente tabla:Tabla 4.6 Ciudades ms pobladas de Chile: poblacin, zona trmica y grados-da ReginProvincia Poblacin Provincia Capital Zona trmica GD de la zona trmica 13 Regin Metropolitana de Santiago Santiago4.668.473SantiagoZ3> 750 - 1000 08 Regin del BioboConcepcin912.889ConcepcinZ4> 1000 - 1250 05 Regin de ValparasoValparaso876.022ValparasoZ2> 500 - 750 FUENTE: Resultados generales Censo 2002, Cuadro 1.1 - Poblacin total, por sexo e ndice de masculinidad, segn divisin poltico administrativa y rea urbana-rural (Instituto Nacional de Estadsticas (INE), 2002) y (Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (O.G.U.C) Art. 4.1.10, 2006) Lossiguientes,sonpartedelosresultadosentregadosenelestudiodelMinisteriode Energa(MinisteriodeEnerga,2010),loscualesservirnparadeterminarlastipologasde viviendas que se utilizarn en el presente informe. 4.3.1Ubicacin de las viviendas por zona trmica EnelEstudiodeusosfinalesycurvadeofertadeconservacindelaenergaenel sector residencialdeChile(MinisteriodeEnerga,2010)siguientes, se definen grupos de zonas trmicasNombreGTZA GTZBSector norte del pasGTZCSector central del pasGTZDSector sur del pasFUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en En base a las encuestas que se hay construidas 5.261.252 viviendas. Len la siguiente figura: FUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la Figura 4.1 Distribucin del total de viviendas en Chile, segn zona trmicaLafiguraanteriormuestraquelaszonastrmicasenqueexistemayorcantidaviviendas respecto al total del pas, son las tres siguientes:-Zona 3 43,5% del total de viviendas del pas-Zona 4 18,4% del total de viviendas del pas-Zona 2 14,5% del total de viviendas del pas8,8%0500.0001.000.0001.500.0002.000.0002.500.000Z1Distribucin de viviendas en Chile, segn (Total de viviendas: 5.261.252 unidades)28 Ubicacin de las viviendas por zona trmica Estudiodeusosfinalesycurvadeofertadeconservacindelaenergaenel (MinisteriodeEnerga,2010),alquepertenecenlos se definen grupos de zonas trmicas, tal como se muestra en la Tabla 4.7.Tabla 4.7 Grupos de zonas trmicas Nombre Simbologa Zona trmicaNacional - Sector norte del pas Z1 y Z2Sector central del pas Z3, Z4 y Sector sur del pas Z6 y Z7FUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile(Ministerio de Energa, 2010) En base a las encuestas que se realizaron para tal estudio, se determin que en el pas hay construidas 5.261.252 viviendas. La distribucin de viviendas por zona trmica, Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile(Ministerio de Energa, 2010) Distribucin del total de viviendas en Chile, segn zona trmicaLafiguraanteriormuestraquelaszonastrmicasenqueexistemayorcantidaviviendas respecto al total del pas, son las tres siguientes: 43,5% del total de viviendas del pas 18,4% del total de viviendas del pas 4,5% del total de viviendas del pas 14,5%43,5%18,4%8,6%4,2%Z2 Z3 Z4 Z5 Z6Distribucin de viviendas en Chile, segn zona trmica [unidades](Total de viviendas: 5.261.252 unidades)Estudiodeusosfinalesycurvadeofertadeconservacindelaenergaenel ,alquepertenecenlosantecedentes , tal como se muestra en la Tabla 4.7. rmica 2 4 y Z5 7 el sector residencial de Chile realizaron para tal estudio, se determin que en el pas a distribucin de viviendas por zona trmica, se expone energa en el sector residencial de Chile Distribucin del total de viviendas en Chile, segn zona trmica Lafiguraanteriormuestraquelaszonastrmicasenqueexistemayorcantidadde 1,9%Z7Distribucin de viviendas en Chile, segn 29 EnelltimoCensodelao2002(InstitutoNacionaldeEstadsticas(INE),2002),se determin que el nmero total de habitantes en el pas era de 15.116.435 [hab]. Se vio adems, que las ciudades ms pobladas de Chile corresponden justamente a las zonas trmicas en que, segn el estudio del Ministerio de Energa (Ministerio de Energa, 2010), existe mayor nmero de viviendas. Estas ciudades son: -SantiagoZona 3 4.668.473 [hab]31% del total -ConcepcinZona 4912.889 [hab]6% del total -ValparasoZona 2876.022 [hab]6% del total 4.3.2Tipo de agrupacin de las viviendas Segn la informacin del estudio del Ministerio de Energael nmero de viviendas por cada tipo de agrupacin es el siguiente:Tabla 4.8 Tipo de viviendaCasa aisladaCasa pareadaCasa en filaDepartamentoTotal generalFUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de ChileEn vista de que las casas en fila no se considerarn en el anlisis de este informe y slo se tomarn en cuentas las siguientes tipologas:casasaisladas,casaspareadasydepartamentos.LaFigura4.2,muestrala distribucin de los tipos de agrupacin de viviendaFUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de ChileFigura 4.2 Agrupacin de viviendas por grupo de zona trmicaDelaFigura4.2,seanalizanlosgruposdezonastrmicasGTZByGTZC,que correspondenalaszonas2,3y4,quesonlasmspobladasdelpas.Seobservaqueenel grupo trmico GTZB, predominan con un 6,6%. En el grupo trmico GTZC, la mayora son casas pareadas con un 30,7%, y luego vienenlascasasaisladasconun23,4%.Enelcasodelosdepartamentos,supresenciaes mayoritariamente en el grupo GTZC, es decir, zona central del pas.9,9% 23,4%0400.000800.0001.200.0001.600.0002.000.000C AisladaAgrupacin de viviendas por grupo de zona (Total de viviendas: 5.261.252 unidades)30 Tipo de agrupacin de las viviendas Segn la informacin del estudio del Ministerio de Energa (Ministerio de Energa, 2010)cada tipo de agrupacin es el siguiente: 8 Cantidad de viviendas por tipo de agrupacin Tipo de viviendaTotal unidadesTotal unidades [%]Casa aislada1.986.40937,8% Casa pareada2.038.17538,7% Casa en fila494.9389,4% Departamento741.73014,1% Total general5.261.252100,0% Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile(Ministerio de Energa, 2010) En vista de que las casas en fila representan menos del 10% de las viviendas del pas, no se considerarn en el anlisis de este informe y slo se tomarn en cuentas las siguientes tipologas:casasaisladas,casaspareadasydepartamentos.LaFigura4.2,muestrala tipos de agrupacin de vivienda, segn grupo de zona trmica.Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile(Ministerio de Energa, 2010) Agrupacin de viviendas por grupo de zona trmicaseanalizanlosgruposdezonastrmicasGTZByGTZC,que correspondenalaszonas2,3y4,quesonlasmspobladasdelpas.Seobservaqueenel grupo trmico GTZB, predominan las viviendas aisladas con un 9,9%, seguidas de las pareadas con un 6,6%. En el grupo trmico GTZC, la mayora son casas pareadas con un 30,7%, y luego vienenlascasasaisladasconun23,4%.Enelcasodelosdepartamentos,supresenciaes grupo GTZC, es decir, zona central del pas. 6,6%3,8%3,1% 23,4%30,7%5,5% 10,9%4,4% 1,4%0,1%0,2%C Aislada C Pareada C Fila DptoAgrupacin de viviendas por grupo de zona trmica [%](Total de viviendas: 5.261.252 unidades)(Ministerio de Energa, 2010), Total unidades [%] Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile representan menos del 10% de las viviendas del pas, no se considerarn en el anlisis de este informe y slo se tomarn en cuentas las siguientes tipologas:casasaisladas,casaspareadasydepartamentos.LaFigura4.2,muestrala rmica. Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile Agrupacin de viviendas por grupo de zona trmica seanalizanlosgruposdezonastrmicasGTZByGTZC,que correspondenalaszonas2,3y4,quesonlasmspobladasdelpas.Seobservaqueenel %, seguidas de las pareadas con un 6,6%. En el grupo trmico GTZC, la mayora son casas pareadas con un 30,7%, y luego vienenlascasasaisladasconun23,4%.Enelcasodelosdepartamentos,supresenciaes GTZBGTZCGTZD 4.3.3Ao de construccin de las viviendas Respecto al ao de construccin de las viviendas, (Ministerio de Energa, 2010) FUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de ChileFigurDe la figura anterior se desprende que el 86% deantesdequeseimplementaralaprimerareglamentacintrmica, queentrenvigenciaenel ao2000.Deestasviviendas,seconsideraquelasconstruidasantesdelcumplidosuvidatilyestnsiendoreemplazadaspornuevasviviendasquecumplenconla reglamentacin trmica actual. A raz de lo anterior, las viviendas cuyo ao de construccin se sitaentrelosaos1977al2000,sonelfocodela reacondicionamiento trmico.El13%delasviviendasestnconstruidasentrelosaos2001y2007,porloque cuentan con aislacin trmica de la techumbre, que entr en vigencia el ao 2000. El 2% de las viviendascuentanconaislacinentodalaenvolventetrmica:muros,techumbreypisos ventilados,segnlareglamentacintrmicaquecomenzaregirapartirdelao2008(Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU), 2006) > 10 aos2.362.302 44,9%> 3 aos673.440 12,8%Ao de construccin de viviendas31 Ao de construccin de las viviendas Respecto al ao de construccin de las viviendas, en el estudio del Ministerio de Energa se entrega la siguiente estadstica: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile(Ministerio de Energa, 2010) Figura 4.3 Ao de construccin de viviendas De la figura anterior se desprende que el 86% de las viviendas del pas,antesdequeseimplementaralaprimerareglamentacintrmica, queentrenvigenciaenel ao2000.Deestasviviendas,seconsideraquelasconstruidasantesdelcumplidosuvidatilyestnsiendoreemplazadaspornuevasviviendasquecumplenconla reglamentacin trmica actual. A raz de lo anterior, las viviendas cuyo ao de construccin se sitaentrelosaos1977al2000,sonelfocodelaimplementacindemedidasde reacondicionamiento trmico. El13%delasviviendasestnconstruidasentrelosaos2001y2007,porloque cuentan con aislacin trmica de la techumbre, que entr en vigencia el ao 2000. El 2% de las aislacinentodalaenvolventetrmica:muros,techumbreypisos ventilados,segnlareglamentacintrmicaquecomenzaregirapartirdelao2008(Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU), 2006). > 35 aos2.141.330 40,7%> 10 aos2.362.302 44,9%< 3 aos84.180 1,6%Ao de construccin de viviendas(En base a unidades de vivienda)antes de 1976 (> 35 aos)entre 1977-2000 (> 10 aos)entre 2001-2007 (> 3 aos)desde 2007 (< 3 aos)en el estudio del Ministerio de Energa Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile del pas, se construyeron antesdequeseimplementaralaprimerareglamentacintrmica, queentrenvigenciaenel ao2000.Deestasviviendas,seconsideraquelasconstruidasantesdelao1976yahan cumplidosuvidatilyestnsiendoreemplazadaspornuevasviviendasquecumplenconla reglamentacin trmica actual. A raz de lo anterior, las viviendas cuyo ao de construccin se implementacindemedidasde El13%delasviviendasestnconstruidasentrelosaos2001y2007,porloque cuentan con aislacin trmica de la techumbre, que entr en vigencia el ao 2000. El 2% de las aislacinentodalaenvolventetrmica:muros,techumbreypisos ventilados,segnlareglamentacintrmicaquecomenzaregirapartirdelao2008 antes de 1976 (> 35 aos)2000 (> 10 aos)2007 (> 3 aos) 4.3.4Materialidad de las viviendas Encuantoalamaterialid(Ministerio de Energa, 2010),FUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de Enbasealafiguraprecedente,seestablecequelasviviendasestnconstruidas mayoritariamente por ladrillo (48,8%), seguidas por las de madera/tabique (26,5%) y, bastante msabajoporlasviviendasdehormign (12%).Estossonlos tres principalesmateriales que se utilizan en las viviendas. (Total de viviendas: 5.261.252 unidades)32 las viviendas Encuantoalamaterialidaddelasviviendas,enelestudiodelMinisteriodeEnerga, se exponen los siguientes resultados: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile(Ministerio de Energa, 2010) Figura 4.4 Materialidad de viviendas Enbasealafiguraprecedente,seestablecequelasviviendasestnconstruidas por ladrillo (48,8%), seguidas por las de madera/tabique (26,5%) y, bastante msabajoporlasviviendasdehormign (12%).Estossonlos tres principalesmateriales que Adobe252.540 4,8%Bloques H384.071 7,3%H Celular31.568 0,6%Hormign A631.350 12,0%Ladrillo2.567.491 48,8%Mad/Tabique1.394.232 26,5%Materialidad de viviendas(Total de viviendas: 5.261.252 unidades)addelasviviendas,enelestudiodelMinisteriodeEnerga conservacin de la energa en el sector residencial de Chile Enbasealafiguraprecedente,seestablecequelasviviendasestnconstruidas por ladrillo (48,8%), seguidas por las de madera/tabique (26,5%) y, bastante msabajoporlasviviendasdehormign (12%).Estossonlos tres principalesmateriales que 33 4.3.5Nmero de pisos de las viviendas SegnlosresultadosdelaencuestaexpuestosenelestudiodelMinisteriodeEnerga (Ministerio de Energa, 2010), la cantidad de pisos que posee cada tipo de vivienda es:Tabla 4.9 Nmero de pisos por tipo de agrupacin de viviendas Tipo1 piso2 pisosTotal Casa aislada29,4%8,3%37,8% Casa pareada23,9%14,8%38,7% Casa en fila5,7%3,8%9,4% Departamento13,4%0,7%14,1% Total72,5%27,5%100,0% FUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile (Ministerio de Energa, 2010) De la tabla anterior se desprende que el 72,5% de las viviendas son de 1 piso y el 27,5% sonde2pisos.Lascasasaisladassonmayoritariamentede1piso(29,4%),aligualquelos departamentos(13,4%).Enrelacinalas casasen filaypareadas,no existeunacantidadde pisos predominante. El 23,9% de las casas pareadas poseen 1 piso y el 14,8% son de 2 pisos. 4.3.6Superficie de viviendas SegnlosresultadosexpuestosenelestudiodelMinisteriodeEnergaEnerga,2010),lasuperficieconstruidadelasen la siguiente figura: FUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de ChileEl 78% de las viviendala conforman viviendasde superficies inferiores a 36 [m2] (4,8%). La Tabla 4.10 resume la superficie promedio para cada tipo de agrupacin de vivienda.Tabla 4.10 Superficie promedio paTipo de viviendaCasa aisladaCasa pareadaCasa en filaDepartamentoTotal generalFUENTE: Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el El promedio de superficie para las viviendas del pas es de 77 [mTomandoencuentalasestadsticasprecedentes,seconsiderarparalaseleccinde tipologasdevivienda,unrangodesuperficiesde51viviendas de todo el pas. La superficie media de este rango est muy cercana a los 77 [mse obtuvo como superficie promedio para las viviendas existentes en el pas.TOTAL4,8%0200.000400.000600.000800.0001.000.0001.200.0001.400.0001.600.000< 35 m2(Total de viviendas: 5.261.252 unidades)34 Superficie de viviendas sultadosexpuestosenelestudiodelMinisteriodeEnergalasuperficieconstruidadelasviviendassegntipodeagrupacin,y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile(Ministerio de Energa, 2010) Figura 4.5 Superficie de viviendas % de las viviendas poseen una superficie entre 36 [m2] y 100 [mviviendasde superficies superiores a 100 [m2] (17,2%) y otro tanto pLa Tabla 4.10 resume la superficie promedio para cada tipo de agrupacin de vivienda.Superficie promedio para cada tipo de agrupacin de viviendaTipo de viviendaSuperficie promedio [m2] Casa aislada84 Casa pareada72 Casa en fila71 Departamento76 Total general77 Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile(Ministerio de Energa, 2010) El promedio de superficie para las viviendas del pas es de 77 [m2]. Tomandoencuentalasestadsticasprecedentes,seconsiderarparalaseleccinde vivienda,unrangodesuperficiesde51-100[m2],querepresentael51%delas viviendas de todo el pas. La superficie media de este rango est muy cercana a los 77 [mse obtuvo como superficie promedio para las viviendas existentes en el pas.TOTAL4,8%TOTAL27,0% TOTAL26,9%TOTAL24,1% TOTAL17,2% 36-50 m2 51-70 m2 71-100 m2 > 100 m2Superficie de viviendas(Total de viviendas: 5.261.252 unidades)sultadosexpuestosenelestudiodelMinisteriodeEnerga(Ministeriode ssegntipodeagrupacin,seexpone y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile 0 [m2]. Una parte menor y otro tanto por viviendas La Tabla 4.10 resume la superficie promedio para cada tipo de agrupacin de vivienda. ra cada tipo de agrupacin de vivienda sector residencial de Chile Tomandoencuentalasestadsticasprecedentes,seconsiderarparalaseleccinde ],querepresentael51%delas viviendas de todo el pas. La superficie media de este rango est muy cercana a los 77 [m2] que se obtuvo como superficie promedio para las viviendas existentes en el pas. C AisladaC PareadaC FilaDptoTOTAL35 4.4Seleccin de viviendas Para evaluar medidas de eficiencia energtica, se requiere definir tipologas de vivienda que representen el parque de viviendas existentes en Chile. Para ello, se utiliza el Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial de Chile (Ministerio de Energa, 2010). A continuacin, se describen cada uno de los filtros para la seleccin de viviendas. Las ciudades que se analizarn en este estudio son las siguientes: -Valparaso (zona 2) -Santiago (zona 3) -Concepcin (zona 4) Se seleccionaron las siguientes tipologas de vivienda: Tabla 4.11 Tipologas de vivienda definidas para el estudio Tipologa Tipo de agrupamiento Nde pisos Superficie construida [m2] Tipologa 1Casa aislada151-70 Tipologa 2Casa pareada151-70 Tipologa 3Casa pareada271-100 Tipologa 4Departamento151-70 Debido a que las casas en fila representan un porcentaje bastante bajo con respecto a las viviendas existentes en el pas (9,4% de un total de 5.261.252 viviendas), no se tomarn en consideracin en los anlisis de los captulos siguientes. En cuanto a las caractersticas de las viviendas seleccionadas, se tiene lo siguiente: -Ao de construccinSin reglamentacin trmica (1977-2000) Con reglamentacin trmica de techo (2000) Con reglamentacin trmica actual (2007) -Tipo de pisoEn contacto con terreno -Tipo de localidadUrbana -MaterialidadAlbailera de ladrillo Se excluyen las viviendas construidas antes del ao 1976, bajo el supuesto de que por suantigedad seirnreemplazandoporviviendasnuevas quecuentan conlareglamentacin trmica actual (aislacin en toda la envolvente trmica). Como representan el 40,7% del total de viviendas en Chile y no se conoce la tasa con la que se irn renovando, el consumo extra que poseenportenerunamalaaislacintrmicapodragenerarseporunperododetiempo bastante largo. Por tal motivo, se sugiere analizar este grupo con mayor detalle en otro estudio. 36 4.5Discusin de resultados y conclusiones DelaencuestarealizadaparaelEstudiodeusosfinalesycurvadeofertade conservacin de la energa en el sector residencial de Chile (Ministerio de Energa, 2010), se seleccionunamuestrade113viviendas,cuyacantidadestdeacuerdoalosdatos proporcionados por el Ministerio de Energa. Esta muestra corresponde a viviendas ubicadas en lasciudadesdeValparaso(zonatrmica2),Santiago(zonatrmica3)yConcepcin(zona trmica4),quefueronescogidasporserlasciudadesmspobladasdelpas,deacuerdoal Censo del ao 2002 (Instituto Nacional de Estadsticas (INE), 2002). EnbasealestudiodesarrolladoporelMinisteriodeEnerga(MinisteriodeEnerga, 2010), se definieron cuatro tipologas de vivienda. Sus caractersticas principales son: -Tipologa 1: Casa aislada, 1 piso. Superficie 51-70 [m2]. -Tipologa 2: Casa pareada, 1 piso. Superficie 51-70 [m2]. -Tipologa 3: Casa pareada, 2 pisos. Superficie 71-100 [m2]. -Tipologa 4: Departamento, 1 piso. Superficie 51-70 [m2]. Elaodeconstruccindelasviviendasseleccionadasesapartirde1976.La materialidadesdealbaileradeladrillo.Enelcasodelascasas(tipologas1,2y3),elpiso inferiorestencontactoconelterreno.Lasviviendasqueseseleccionaronsondeuna localidad urbana. En el captulo siguiente, se caracterizar el consumo de energa en el sector residencial, a partir de los datos de la muestra seleccionada. 37 CAPTULO 5: CARACTERIZACIN DEL CONSUMO DE ENERGA EN EL SECTOR RESIDENCIAL DE CHILE 5.1Introduccin Enestecaptulo,serealizarunacaracterizacindelconsumodeenergaenelsector residencialdeChile,utilizandolaseleccindeviviendasdelcaptuloanterior,tomadasdel Estudio de usos finales y curva de oferta de conservacin de la energa en el sector residencial deChile(MinisteriodeEnerga,2010).Entalcaptulo,seseleccionunamuestrade113 encuestasdeuntotalde3.220,consistenteenviviendasubicadasenlasciudadesde Valparaso (zona trmica 2), Santiago (zona trmica 3) y Concepcin (zona trmica 4).Utilizandoestamuestradeviviendas,sedeterminarelconsumodeenerga (electricidad y combustibles) de una vivienda promedio, en base a tres ndices: -Consumo total anual de energa [kWh/ao]. -Consumo total anual de energa por unidad de superficie [kWh/m2-ao]. -Consumo total anual de energa por habitante [kWh/hab-ao]. Junto con ello, se identificar qu artefacto o sistema que se utiliza en el hogar es el que msenergaconsume.Luego,considerandoslolaelectricidad,sedeterminarelconsumo total anual de electricidad y se comparar con los resultados de otras fuentes. Posterioraello,seanalizarnycompararnlosconsumosdeenerga(electricidady combustibles)deacuerdoalassiguientesclasificaciones:ciudad(zonatrmica),tipologay nivel socio-econmico. Estos factores inciden en el consumo de energa en la vivienda, ya sea porejemplo,siseestenunaciudadcontemperaturasmuybajas,losrequerimientosen calefaccinsernmayoresyvariarndeacuerdoaltipodevivienda,esdecir,siesun departamentoounacasa.Tambinafectaelnivelsocio-econmico,puesamedidaquese tienen ms recursos, ms dinero puede gastar la familia en energa.Finalmente,seevaluarquenergticos(fuentesdeenerga:electricidady combustibles)sonlosmsutilizadosenlasviviendasdelasciudadesestudiadas:Valparaso, Santiago y Concepcin. A continuacin, en la Figura 5.1, se esquematiza lo que se desarrollar en este captulo. Figura 5.1 Esquema Lamuestradeviviendasnopermitehaceruncruceentrelas trmica,tipologaynivelsociocantidaddeencuestasdisponiblesesreducida(113encuestas)yenalgunoscrucesnose tienen datos. Por tal motivo, se analizarn de manecada una de las clasificaciones mencionadas, tal como se muestra en la Figura 5.1.Antesderealizarcualquierclculo,sedebetenerencuentaqueenunaviviendase utilizanvariostiposdeenergticosenelhogar.Enesteestudiosiguientes energticos: -Gas natural -Gas licuado -Electricidad -Lea Caracterizacin del consumo de energa en la viviendaVivienda promedio: Muestra total 113 encuestasConsumo de energa segn:Uso de energticos en viviendas38 Esquema caracterizacin del consumo de energa en la viviendaLamuestradeviviendasnopermitehaceruncruceentrelasclasificacionesde:zona trmica,tipologaynivelsocio-econmicoalavez,nitampocoentredosdeellas,puesla cantidaddeencuestasdisponiblesesreducida(113encuestas)yenalgunoscrucesnose tienen datos. Por tal motivo, se analizarn de manera independiente el consumo de energa por cada una de las clasificaciones mencionadas, tal como se muestra en la Figura 5.1.Antesderealizarcualquierclculo,sedebetenerencuentaqueenunaviviendase utilizanvariostiposdeenergticosparaelfuncionamientodeartefactosysistemas enelhogar.Enesteestudioseconsiderarnparaelclculodeconsumodeenergalos Vivienda promedio: Muestra total 113 Evaluacin de ndices de consumo de energa[kWh/ao][kWh/m[kWh/habConsumo de electricidadConsumo de energa Ciudad - Zona trmicaValparaso Santiago Concepcin TipologaTip 1: Casa aislada 1 pisoTip 2: Casa pareada 1 pisoTip 3: Casa pareada 2 pisosTip 4: DepartamentoNivel socio-econmico (NSE)NSE 1: ABC1NSE 2: C2NSE 3: C3NSE 4: D y EUso de energticos en caracterizacin del consumo de energa en la vivienda clasificacionesde:zona econmicoalavez,nitampocoentredosdeellas,puesla cantidaddeencuestasdisponiblesesreducida(113encuestas)yenalgunoscrucesnose ra independiente el consumo de energa por cada una de las clasificaciones mencionadas, tal como se muestra en la Figura 5.1. Antesderealizarcualquierclculo,sedebetenerencuentaqueenunaviviendase artefactosysistemaspresentes seconsiderarnparaelclculodeconsumodeenergalos [kWh/ao][kWh/m2-ao][kWh/hab-ao]Valparaso - Zona 2Santiago - Zona 3Concepcin - Zona 4Tip 1: Casa aislada 1 pisoTip 2: Casa pareada 1 pisoTip 3: Casa pareada 2 pisosTip 4: DepartamentoNSE 1: ABC1NSE 2: C2NSE 3: C3NSE 4: D y E39 Paradeterminarelconsumototaldeenergadentrodelaviviendaycmostese distribuye entre los distintos artefactos y sistemas, se utilizan dos criterios: a)Clculodelconsumototalanualdeenerga,pormediodeldetalledecuentasde consumo de los siguientes energticos: gas natural, gas licuado,electricidadylea, obtenidos a partir de la encuesta. b)Clculo del consumo total anual de energa por cada artefacto y/o sistema. Enelcriterioa)noseconsiderelconsumodecarbn,yaqueenningunadelas113 viviendas seleccionadas en este estudio, se utilizaba tal combustible. En cuanto al kerosene, en eltemdecuentasdelaencuestanoselespreguntaalasfamiliascuntogastaneneste combustible,raznporlacualnoseincluyeenelconsumodadoporeldetalledecuentas definido como criterio a). El uso del kerosene slo se considera en el criterio b), incorporndolo al consumo en calefaccin de las estufas a parafina. Alrealizarelanlisisdeltipodeenergticosqueseutilizanenlavivienda,se considerarn slo los del criterio a), es decir, aquellos de los que se tiene el detalle de la cuenta de consumo, que son: el gas natural, el gas licuado, la electricidad y la lea. Dado que las cuentas entregan el consumo real de energa, se ajustan los resultados del criteriob)conelcriterioa),obteniendoladistribucindelconsumoparacadaartefactoy sistema utilizado en la vivienda. En la Figura 5.2, se esquematiza este ajuste. Ajuste del consumo de energaCriterio a) Cuentas (Consumo real anual en electricidad y combustibles)Energtico[kWh/ao] Gas Natural1.421 Gas Licuado2.394 Electricidad2.135 Lea1.602 Total7.552 Consumoanualde energadecada artefactoysistema, ajustado Figura 40 Ajuste del consumo de energa Criterio b) Artefactos y sistemas(Consumo real anual en electricidad y combustibles) (Consumo anual) Artefacto/sistema Agua caliente Cocina Calefactores Refrigerador Iluminacin Stand-by Televisin Otros Total Diferencia de 6% en el consumo total AJUSTERedistribuir el consumo real, segn los porcentajes de consumo de cada artefacto y sistema Consumoanualde energadecada artefactoysistema, Artefacto/sistema[kWh/ao]% Agua caliente2.23830% Cocina89612% Calefactores2.19829% Refrigerador5457% Iluminacin2644% Stand-by2373% Televisin2203% Otros95413% Total7.552100% Figura 5.2 Esquema ajuste del consumo de energa Artefactos y sistemas [kWh/ao]% 2.11130% 84412% 2.07329% 5147% 2494% 2233% 2073% 89913% 7.120100% 41 5.2Consumo anual de energa en una vivienda promedio Sedeterminaelconsumoanualdeenergadeunaviviendapromedio,apartirdela muestraseleccionada.Comoestasencuestascorrespondenaviviendasubicadasenlas ciudades ms pobladas de Chile (Valparaso, Santiago y Concepcin), se puede considerar que losresultadosobtenidossonrepresentativosdeunhogarurbanopromediodeChile.No obstante lo anterior, debiera calcularse el consumo energtico de viviendas ubicadas en todas laszonastrmicasdelpasparaobtenerunresultadomsprecisoyrepresentativoanivel nacional,yaqueelconsumodeenergadependedelclima.Porlotanto,cuandosehableen estecaptulodeunaviviendapromedio,sedebetenerenconsideracinqueslosehan tomadoencuentalasciudadesde:Valparaso,SantiagoyConcepcin,representandoalas zonas trmicas 2, 3 y 4, y que cualquier otra zona trmica que se trate tendr variaciones en los resultados. Seconsideranlossiguientesartefactosysistemasenelhogar,paracalcularlos consumos de energa: -Agua caliente sanitaria: agua utilizada en higiene personal, es decir, lavado de manos + ducha + tina. -Cocina. -Calefactores:Sistemasconabastecimientodecombustiblecentralizado(comoesla calefaccin central) + Sistemas de abastecimiento de combustible localizado (como son las estufas). -Refrigerador. -Iluminacin. -Stand-by (o cargas muertas/fatasmas/vampiro). -Televisin. -Otros:hornoelctrico,freezer,lavavajillas,lavadodelozaamano,secadoraderopa, plancha,computador,DVDoVHS,consoladevideojuegos,equipodemsica,celular, horno, hervidor, microondas, aspiradora y lavadora. Es necesario establecer un ndice de consumo de energa dentro del hogar para poder evaluarlasdiferenciasentrecadaciudad,nivelsocio-econmicoytipodeagrupacinde vivienda, Para ello, se establecen los siguientes ndices: -Consumo total anual de energa [kWh/ao]. -Consumo total anual de energa por unidad de superficie [kWh/m2-ao]. -Consumo total anual de energa por habitante [kWh/hab-ao]. Es importante destacar que los clculos se realizan por cada vivienda y luego se calcula elpromediodeellospararealizarlasestadsticas,esdecir,nosecalculanlospromediosde consumo y se dividen por el promedio de superficie o habitantes. Con ello, se reduce el error de arrastre en los clculos. El consumo de energa se calcular en [kWh], pero como los combustibles y electricidad tienendistintospoderescalorficos,serequierehacerunaconversindeunidades(para entender qu significa el poder calorfico ver captulo 2.2.26). 42 Elpodercalorfico queinteresa como consumidoreselpodercalorfico inferior,yaque en el caso de las estufas a combustin, slo una parte del combustible se convierte en c