Ernst Müller

Manual de diseño paraviviendas con climatización pasiva

Forschungslabor für Experimentelles BauenUniversidad de Kassel, Alemania

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autor:Ernst Müller(físico, especializado en energía solar y diseño pasivo)

contacto: Mueller.Ernst@gmail.com (ernstm@uni-kassel.de)

editor:Forschungslabor für Experimentelles Bauen FEB(Laboratorio de Construcción Experimental)Universidad de Kassel, Alemania

Primera edición revisada: Junio 2002

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Contenido:Agradecimientos............................................................................................................................ ivPrefacio............................................................................................................................................ v1 Introducción a la climatización pasiva............................................................................ 11.1 Climatización pasiva........................................................................................................................ 11.2 Confort térmico ................................................................................................................................ 11.3 Estrategias de climatización pasiva y matriz de soluciones constructivas .............................. 2

2 Herramientas para el diseño pasivo.............................................................................. 112.1 Herramientas tradicionales de diseño pasivo y comparación de métodos de diseño........... 112.2 Herramientas simples.................................................................................................................... 132.2.1 Análisis del clima.............................................................................................................................. 132.2.2 Herramientas de cálculo para el dimensionamiento de sobretechos.............................................. 142.3 Simulación térmica ........................................................................................................................ 192.4 Herramientas de cálculo para la estimación del confort térmico en verano e invierno......... 192.4.1 Desarrollo de las herramientas de cálculo....................................................................................... 192.4.2 Características térmicas básicas de una casa ................................................................................ 212.4.3 Elementos especiales: espacio ático ............................................................................................... 222.4.4 Determinación de los factores de corrección................................................................................... 232.4.5 Estimación del confort térmico en invierno ...................................................................................... 232.4.6 Estimación del confort térmico en verano........................................................................................ 252.4.7 Calificación del diseño térmico por las condiciones de confort térmico .......................................... 272.4.8 Resumen de las aplicaciones posibles de las herramientas de cálculo.......................................... 28

3 Recomendaciones de diseño pasivo ............................................................................ 303.1 Recomendaciones de diseño por aspecto constructivo para la zona central de Chile ......... 303.2 Estrategias y recomendaciones sistemáticas de diseño pasivo.............................................. 393.3 Comparación de propuestas de diseño pasivo con diseños convencionales........................ 44

4 Anexos ............................................................................................................................. 544.1 Referencias bibliográficas ............................................................................................................ 544.2 Instrucciones para el uso de las herramientas de cálculo para el confort térmico................ 57

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AgradecimientosEste manual se publicó en el contexto del proyecto de investigación "Viviendas sismorresistentes conmateriales locales y climatización pasiva en zonas rurales de los Andes" bajo la dirección del prof. Dr.-Ing.Gernot Minke del Forschungslabor für Experimentelles Bauen (FEB, Laboratorio de Investigación deConstrucciones Experimentales) de la Universidad de Kassel, Alemania. El proyecto y este manual fueronpatrocinados por las instituciones alemanas Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) y CooperaciónTécnica Alemana (Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit gtz).

Informaciones sobre valores de materiales medidos en Chile se obtuvo de Gabriel Rodríguez del Instituto deInvestigaciones y Ensayos de Materiales IDIEM de la Universidad de Chile. Los datos climáticos fuerenpreparados a partir de datos promedios de la Dirección Meteorológica de Chile y de datos horariosobtenidos de mediciones de la Comisión Nacional de Medio Ambiente CONAMA a través del CentroNacional de Medio Ambiente CENMA, todos en Santiago de Chile.

El programa de simulación térmica DEROB-LTH fue utilizado gracias a la cooperación con la Universidad deLund, Division of Energy and Building Design y Department of Building Science, ambos parte delDepartment of Construction and Architecture (Lund, Suecia), y los autores y otros usuarios del programaallá.

Kassel, Mayo 2002Ernst Müller

v

PrefacioLa calidad térmica y energética de la vivienda en Chile y América Latina todavía es un tema, que no recibela atención que merece a nivel de investigación y construcción: por lo tanto el uso de energía en viviendas yedificios resulta altamente ineficiente y en su diseño raras veces se considera el confort térmico y el bajoconsumo de energía como criterios fundamentales. Condicionantes básicas como la zona climática o laorientación son descuidadas en la construcción de la mayoría de las viviendas. Para la gente humilde, estosignifica bajo confort térmico, contaminación intradomiciliar por estufas sin chimenea y problemas de salud.Cuando los habitantes disponen de mayores recursos económicos, el diseño deficiente es compensado porun alto gasto energético. De todos modos, el confort térmico permanece deficiente y el consumo de energíapara calefacción (y refrigeración) es alto y creciente, así como los costos económicos y ecológicos por eluso de fuentes convencionales de energía.La climatización pasiva es una solución prometedora frente a esta problemática, porque puede ofrecerbuenas condiciones de confort térmico sin gasto energético ni contaminación. Pero faltan investigacionescon métodos modernos sobre su aplicación en la región y existe poca información técnica orientada a lascondiciones regionales.Enfrentando esta situación, este manual fue elaborado para presentar pautas de diseño y herramientas queposibilitan construir viviendas, que cumplen con los siguientes requisitos importantes:♦ adaptados al clima local ofrecen buen confort térmico y calidad de aire, tanto en invierno como en

verano, con un bajo consumo de fuentes no renovables de energía mediante un diseño arquitectónicocon elementos de calefacción solar pasiva y refrigeración pasiva;

♦ económicamente son accesibles por el bajo consumo energético y el uso de materiales locales, tantotradicionales como modernos, que mantienen bajo el costo efectivo de la construcción más gastoenergético.

La tierra es un material de bajo costo, alta capacidad térmica y conductividad térmica razonable, que esapto para grandes espesores. Existen técnicas tradicionales y nuevas para su empleo en construccionessismorresistentes. Por eso la tierra es un material de gran interés para construcciones con climatizaciónpasiva en zonas climáticas con grandes variaciones térmicas diarias o la necesidad de calefacción solar.Por lo tanto, la tierra como material de construcción recibió atención especial en este manual (los aspectosconstructivos de la tierra son tratados en las publicaciones de Gernot Minke).Este manual está basado en la evaluación de la literatura existente y amplias investigaciones propias consimulaciones térmicas, realizadas dentro de un proyecto de investigación "Viviendas sismorresistentes conmateriales locales y climatización pasiva en zonas rurales de los Andes". Se dirige a profesionales yestudiantes de arquitectura e ingeniería, que quieren profundizarse en el tema de la climatización pasiva.Existe bastante literatura ya “clásica” que explica los principios generales de la climatización pasiva y quepor su fecha de publicación y universalidad climática rara vez está basada en simulaciones exactas delcomportamiento térmico. Por eso, aquí se buscó un enfoque nuevo:♦ fundamentar y explicar las recomendaciones de diseño pasivo con simulaciones térmicas;♦ identificar claramente los parámetros más relevantes del diseño pasivo a partir de las simulaciones

térmicas;♦ elaborar herramientas nuevas y relativamente simples para evaluar las condiciones de confort en casas

pasivas, que se fundamentan en normas térmicas internacionales y simulaciones térmicas específicas;♦ ofrecer información técnica y recomendaciones claras, adaptadas a las condiciones climáticas y

constructivas de la región, en este caso la zona central de Chile.Aunque algunas herramientas y recomendaciones se refieren a esta zona climática específica, losresultados y métodos presentados tienen una relevancia y aplicación mucho más amplia:♦ las recomendaciones cualitativas de diseño son transferibles para otras zona climáticas con veranos

calurosos y secos (de gran variación térmica diaria) e inviernos fríos con buenos niveles de radiaciónsolar, p. ej. en América Latina o la zona del Mediterráneo;

♦ un método de cálculo y modelo universal para las condiciones de invierno es fácilmente adaptable aotras zonas climáticas por el usuario;

♦ la explicación del diseño pasivo a partir de los parámetros más relevantes permite un mejorentendimiento del comportamiento térmico en general;

♦ la metodología de trabajo es aplicable para mejorar el diseño pasivo en otras zonas climáticas.Las simulaciones térmicas permitieron evaluar a bajo costo un gran espectro de propuestas de diseño noconvencionales con el empleo de materiales de construcción locales. Constituyen una base científica parael gran potencial de climatización pasiva. El enfoque metodológico empleado de un proceso de desarrollode alta tecnología para crear finalmente soluciones técnicas simples y económicas, resultó fructífero yprometedor para la arquitectura pasiva.De esta forma, este manual aporta al mejoramiento de las condiciones de vida y a la reducción de consumoenergético en el sector residencial como elementos esenciales de un proceso de desarrollo sostenible.

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1 Introducción a la climatización pasiva

1.1 Climatización pasivaEl objetivo del diseño con climatización pasiva es el alcance de:♦ mejor confort térmico♦ menor consumo de energía en calefacción y refrigeración♦ menor costo de energía y de mantenimiento♦ menor impacto ambiental.

Como enfoque estratégico, climatización pasiva significa una forma de diseño de viviendas y otros espacioshabitados que:♦ ofrece confort térmico con un consumo mínimo o cero de fuentes no renovables de energía,♦ se adapta a las condiciones climáticas locales y♦ aprovecha el entorno para mejorar el confort térmico.

Por eso, el arte de la climatización pasiva y del diseño pasivo básicamente consiste en entender y dirigirbien los flujos de calor en una casa a través del diseño y del manejo adecuado, para obtener lascondiciones de confort térmico deseadas. Es importante que los que quieren aprender este arte formen supropio modelo térmico de una casa en su mente antes de comenzar a realizar cálculos detallados conherramientas y computadores. Los capítulos siguientes facilitarán los elementos fundamentales para estemodelo que solamente se completará con la experiencia propia.1.2 Confort térmicoEl rango de confort térmico descrito en la literatura [Bansal 1994] se puede resumir como sigue:♦ temperatura: 19°C ~ 26°C♦ humedad relativa: 20% ~ 80%.

Existen criterios y modelos mucho más complejos de confort térmico (vea p. ej. [Bedoya], [Docherty 1999],[Bansal 1994], [Fanger 1982]), pero aquí se trabajará principalmente con el rango de temperaturas indicado.Para el invierno, en Chile se puede permitir temperaturas algo inferiores como mostró [Taboada 1987]:Incluso en los estratos socioeconómicos, donde el costo del combustible no significa mayores problemas,las temperaturas interiores medias de invierno no alcanzaron los 19°C considerados mínimos en Europa,así que un diseño pasivo que ofrece temperaturas solo levemente por debajo de 19°C puede serconsiderado suficiente.

tabla 1 Temperaturas interiores de invierno medias para cada estrato socioeconómicoen Santiago de Chile (valores medidos)

Estrato Temperatura interior media1. Alto 18,4 °C2. Medio-alto3. Medio 17,2 °C

4. Medio-bajo 16,3 °C5. Bajo 14,3 °C

Para medir el grado de desviación de las temperaturas internas de las condiciones ideales de conforttérmico fueron definidos los grados-hora diarios de calor (base 26°C) y frío (base 19°C). Son calculados en(Kh/d) en forma análoga a los grados-día usados en cálculos tradicionales de calefacción. El uso delpromedio para cualquier periodo de N horas hace comparables periodos de duración diferente (meses,verano etc.):

grados-hora diarios Ghbase = ×⎭⎬⎫

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Las temperaturas operativas θo constituyen un mejor indicador de confort térmico que las temperaturas deaire θ, especialmente en construcciones mal aisladas térmicamente con temperaturas muy altas de algunassuperficies en verano (p. ej. el cielo) y temperaturas muy bajas de superficies exteriores en invierno: aquí yen los resultados de las simulaciones térmicas más adelante, la temperatura operativa θo de un espacioestá definida como el valor promedio de la temperatura de aire interior θi y de la temperatura promedia delas superficies interiores que deslindan el mismo espacio. La temperatura promedia de las superficiesinteriores a su vez se calcula como promedio de las temperaturas de las superficies interiores ponderadaspor su área respectiva. De esta forma se puede obtener los grados-hora diarios de calor Gh26 o Gh26o enverano y grados-hora diarios de frío Gh19 o Gh19o en invierno, donde el índice indica la temperatura de basey el uso de temperaturas operativas cuando corresponde.

2

1.3 Estrategias de climatización pasiva y matriz de soluciones constructivasLas tres tareas principales para obtener condiciones de confort térmico son:♦ evitar el sobrecalentamiento con temperaturas demasiado altas:

principalmente en el Periodo Caluroso y en verano;caracterizado por los grados-hora de calor (= sobrecalentamiento) Gh26 o Gh26o en base 26°C;

♦ evitar el enfriamiento con temperaturas demasiado bajas:principalmente en el Periodo Frío y en invierno;caracterizado por los grados-hora de frío Gh19 o Gh19o en base 19°C;

♦ mantener niveles confortables de humedad:este no es un tema crítico en casas pasivas en la zona climática considerada en este manual, porque elclima es seco; por lo tanto no será considerado con mayor detalle.

Dependiendo de la construcción, su uso (p. ej. las ganancias internas) y el tiempo de cada día, problemasde calor o frío pueden ocurrir en cualquier época del año, por lo cual se evita de hablar simplemente deinvierno y verano.

Una primera impresión del intercambio térmico de una casa con su entorno físico da la figura siguiente:figura 1 Intercambio térmico de una casa con su entorno físico

[Camous 1986] modificado por E.M.

En esta figura se puede observar como las temperaturas en una casa dependen de la relación dinámica delos flujos de calor:♦ El intercambio de calor con el exterior:

⎯ el flujo de calor y su dirección dependen de la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior;ocurre principalmente por conducción (y convección o transmisión de radiación infrarroja dentro decámaras de aire) a través de la envolvente en muros, techos / cielos y pisos; las superficies externasde una casa a su vez intercambian energía térmica con su entorno a través de dos mecanismos:− conducción y convección transmiten la energía de la superficie externa al aire exterior; los

movimientos del aire exterior aumentan esta transmisión de calor;− la superficie externa emite radiación térmica (infrarroja, IR) y absorbe la radiación térmica emitida

por el entorno; las intensidades de emisión crecen rápidamente con la temperatura (absoluta), loque influye el balance energético de este proceso; como las temperaturas del entorno físico sonparecidas a las externas de una casa, el componente más importante es el intercambio con elcielo: especialmente el cielo claro tiene una temperatura más baja que la temperatura del aire y de

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una casa, lo que aumenta las pérdidas de calor de una casa; la superficie más expuesta a latemperatura del cielo es un techo horizontal o de poca inclinación;

⎯ el segundo mecanismo de intercambio son los movimientos del aire entre el interior y el exterior, quedependen del tamaño de las rendijas y aberturas en ventanas, puertas (y muros) y de la diferencia depresión entre diferentes aberturas. Esta ventilación se mide en cambios de aire del volumen interiorpor hora; el valor mínimo en una casa habitada para eliminar la humedad de las personas y lacontaminación interior (sin estufa) es de aproximadamente 0,5 cambios por hora. Cuando lasaberturas principales se encuentran en fachadas opuestas, se habla de ventilación cruzada y lastasas de ventilación son mucho más altas en comparación con aberturas en la misma fachada,porque el viento puede producir una diferencia de presión entre estas fachadas opuestas.

♦ Las ganancias solares ocurren por todas las superficies externas expuestas a la luz solar, tanto laradiación directa del sol (que produce una sombra), como la radiación difusa que viene del cielo azul, lasnubes o reflejada por el entorno:⎯ La mayor parte se produce por superficies transparentes (ventanas): se habla de ganancias directas,

cuando la luz solar entra al espacio habitado y es absorbida directamente por las superficies en esto;se habla de ganancias indirectas, cuando la luz solar es absorbida en elementos externos al espaciohabitado (p. ej. la superficie externa de un muro Trombe o en un invernadero) y después la energíatérmica es transferida al espacio habitado por conducción o convección.

⎯ Las ganancias solares también ocurren por superficies opacas, aunque en menor grado: lassuperficies externas se calientan al absorber la radiación solar y traspasan parte de esta energía alinterior, mientras que la otra parte se pierde de nuevo al entorno; en un muro bien aislado este efectoes casi despreciable, pero un techo de poca inclinación absorbe gran cantidad de radiación solar enverano y la traspasa al interior si falta aislamiento térmico debajo.

♦ Las ganancias de calor internas: las personas que viven en una casa producen calor - dependiendo desu actividad alrededor de 100W por persona (más detalles: [Bansal 1988] y otros), ademásprácticamente toda la energía (eléctrica) “consumida” por los equipos domésticos se transforma en calor:toda esa energía aumenta la temperatura interior de una casa.

♦ El proceso de acumulación de calor puede reducir las variaciones de temperatura en una casa deforma significativa: cuando la temperatura del aire interior es superior a la temperatura de los elementosinternos pesados o estos reciben energía por radiación solar, la temperatura de estos elementos subelentamente y la energía es almacenada, cuando la temperatura interna es más baja de nuevo, loselementos pesados entregan la energía almacenada al interior. De forma análoga se puede enfriar loselementos pesados internos de una casa con el aire fresco de la noche en verano para que seancapaces de absorber el excedente de energía durante el día sin elevar demasiado su temperatura. Esteproceso de variación térmica retrasada también se llama inercia térmica, la capacidad térmica decualquier objeto o elemento se mide por su capacidad térmica. La inercia térmica de un muro pesadotambién retrasa y modifica el flujo de energía entre el interior y el exterior de una casa. Los principalesaportes a la capacidad térmica de una casa provienen de sus muros pesados (exteriores e interiores) yde un piso pesado incluyendo la tierra debajo. Un cielo o techo pesado no es recomendable en una zonasísmica.

Es importante tener claro que como resultado de las ganancias solares e internas la temperatura internapromedia de una casa siempre es más alta que la temperatura exterior promedia. Así el flujo de calorpromedio es del interior al exterior y compensa exactamente las ganancias. Solamente de forma temporariay dinámica es posible obtener temperaturas internas inferiores a las externas en algunos periodos del día.Un resumen general de estrategias posibles de climatización pasiva muestra la tabla siguiente, donde laselección de los elementos más importantes y adecuados depende todavía de las características climáticaslocales.Además se elaboró una segunda sistematización de soluciones para elementos constructivos en forma dematriz con códigos, que permiten clasificar diseños arquitectónicos por los elementos de climatizaciónutilizados. A estos códigos se agrega algunos ejemplos y dibujos de elementos con sus respectivoscódigos. Es importante anotar, que para cada aspecto se puede aplicar también varias o ninguna de lassoluciones presentadas. Además las soluciones utilizadas pueden variar entre diferentes partes de lamisma construcción.

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tabla 2 Estrategias de climatización pasiva (hemisférico sur)Aspecto Periodo Frío Periodo CalurosoIntercambio de calorcon el exterior• por la envolvente• por ventilación

”reducir pérdidas de calor”:• aislamiento térmico:

– opaco (cielo, muros, piso, móvilen ventanas)– transparente (ventanas)

• tamaño de ventanas depende desu calidad térmica y orientación

• ventilación adecuada: reducirinfiltraciones de aire de acuerdocon las necesidades higiénicas(evitar emisión interior del humo deestufas)

• forma:– tamaño (edificio mejor que casa)– relación superficie / volumen

• protección de vientos fríos:– orientación de elementos– vestíbulo de entrada– vegetación– otros elementos construidos

”aumentar pérdidas de calor”:• conducción: piso / subsuelo• radiación térmica (IR): techo (con protección

móvil)• convección / ventilación:

– ventilación cruzada– efecto termosifón con aberturas en nivelesdiferentes (ventilación, chimenea solar, etc.)– patio interior (con vegetación o agua)– ventilación por túnel de enfriamiento– ventilación mecánica

• evaporación:– vegetación externa– fuentes de agua– otras formas de evaporación de agua

• ventilación adecuada:– ventilación nocturna (especialmente enclima seco)– ventilación aumentada (especialmente enclima húmedo)

Ganancias solarespor superficiesopacas ytransparentes

aprovechar ganancias directas eindirectas de energía solar:• orientación: fachada norte más

grande• orientación y tamaño de ventanas:

preferencialmente al norte• invernadero adosado, combinado

con capacidad térmica• muro acumulador o muro Trombe• aislamiento transparente (conserva

energía absorbida detrás)• colores oscuros internos y externos• elementos reflectantes externos

para aumentar radiación disponible

protección de la radiación solardirecta y difusa:• estructuras fijas:

– sobretechos y aleros– estructuras verticales– estructuras complejas

• sombreamiento móvil, externo o interno– marquesinas– láminas de aluminio– venecianas– cortinas

• orientación y tamaño de ventanas• elementos externos (vegetación, otros

elementos construidos)

”reducir ganancias de calor”:• aislamiento térmico: cielo y muros• forma: – tamaño

– relación superficie / volumen• orientación este - oeste del eje más largo:

– fachada norte más grande– fachada este/oeste menor

• ventilar entretechos sobrecalentados• protección de vientos calientes:

– orientación de elementos– vegetación– otros elementos construidos

• colores claros externosGanancias de calorinternas:personas y equipos

aprovechar ganancias internas:a través de la reducción de las pérdidasde calor y de la acumulación de calor

reducir ganancias internas:• equipos de bajo consumo de energía• cocina separada o exterior

Acumulación decalor(inercia térmica)

elementos constructivos pesadosen el piso, muros externos e internos,techo y cielo, con acumulación• primaria: iluminación directa del

elemento pesado• secundaria: iluminación indirecta• terciaria: elementos independientes

compensar variaciones térmicas diarias y devarios días, aprovechar bajas temperaturasnocturnas con elementos constructivos pesados(y ventilación nocturna) en:• el piso• muros externas e internas• techo y cielo (no recomendable en zona

sísmica)Control de humedad • evitar emisión de humo de estufas

al interior• ventilación adecuada• absorción / desorción

(muros de tierra)• humidificación / dehumidificación

• ventilación adecuada• absorción / desorción

(muros de tierra)• humidificación / dehumidificación

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Algunos ejemplos de soluciones constructivos para la climatización pasiva (solamente principiosgenerales de función):

nota: las letras y los números entre [ ] se refieren a los códigos de fila y columna en la matriz anterior

figura 2 [h] Ganancias solares: componentes principales

[Sarmiento 1985]

figura 3 [h1] Ganancia directa: principio, ventanas [Sarmiento 1985]

figura 4 [h2] Ganancia directa: [Sarmiento 1985]

figura 5 [h8] Muro Trombe con ventilación [Sarmiento 1985]

figura 6 [h10] Reflector exterior(combinado con muro Trombe

sin ventilación) [Bansal 1994]

figura 7 [h8] [G6] Muro Trombe: calefacción en invierno y enfriamiento por ventilación en verano[Sarmiento 1985]

8

figura 8 [h7] Muro Trombe sin ventilación [Evans 1994]

figura 9 [h3] Ganancia indirecta con muro de acumulación:invernadero + muro acumulador sin ventilación [Evans 1994]

figura 10 [h4] Ganancia indirecta con ventilación:invernadero + muro acumulador con ventilación [Evans 1994];

aberturas de ventilación interna más grandes que en el dibujo aquí serían más eficientes

figura 11 [h5] Ganancia directa con ganancias directas:invernadero + ganancia directa [Evans 1994]

9

figura 12 [h6] Ganancia directa con acumulación independiente:invernadero + lecho de piedras [Evans 1994]

figura 13 [G1] Ventilación cruzada [Santamouris 1996]

figura 14 [G4] Ventilación con extractores de aire [Cárcamo 1995]

figura 15 [H6] Enfriamiento por túnel de ventilación subterránea [Bansal 1994]

10

figura 16 [K1] Protección solar horizontal fija: diseños diferentes con efecto similar[Santamouris 1996]

figura 17 [K1, K2] Protección solar fija: horizontal, vertical y combinada [Santamouris 1996]

11

2 Herramientas para el diseño pasivo

2.1 Herramientas tradicionales de diseño pasivo y comparación de métodos de diseñoUno de los métodos tradicionales más interesantes son los diagramas de Mahoney (ver [Koenigsberger1973] y para esta zona climática [Müller 1998]) que caracterizan el estrés térmico en cada mes a partir delos datos climáticos (principalmente extremas mensuales de temperatura y humedad), con el fin de ofrecerrecomendaciones de diseño generales, que serán considerados más adelante.

tabla 5 Diagrama de Mahoney para Santiago de Chile (solo Tabla 2) (nota: C = Calor; F = Frío; O = neutral)

Diagnóstico: (°C) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicTemperatura máxima media 29,4 28,7 26,7 23 17,9 14,4 14,5 16,2 18,4 22 25,1 28Confort diurno: máximo 28 28 28 28 25 25 25 25 25 28 28 28Confort diurno: mínimo 21 21 21 21 20 20 20 20 20 21 21 21Temperatura mínima media 12,4 11,8 10,1 7,6 5,7 3,7 3,2 4,3 5,9 7,8 9,5 11,8Confort nocturno: máximo 21 21 21 21 20 20 20 20 20 21 21 21Confort nocturno: mínimo 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14estrés térmico: día C C O O F F F F F O O Oestrés térmico: noche F F F F F F F F F F F FIndicadores:

Arido: A1 1 1 1 1 1 1 1Arido: A3 1 1 1 1 1

Solo se muestra la Tabla 2 de Mahoney, la Tabla 1 contiene un resumen de datos climáticos mensuales, laTabla 3 de Mahoney permite identificar las siguientes recomendaciones de diseño de acuerdo con losIndicadores A1 y A3 en la Tabla anterior:♦ A1: capacidad térmica necesaria;♦ A3: protección contra el frío en invierno necesaria;♦ planta: eje más largo en sentido este – oeste;♦ diseño compacto;♦ previsión para ventilación cruzada temporaria;♦ ventanas de tamaño mediano (20% - 40% del área del muro externo);♦ muros pesados externos e internos;♦ techos pesados (nota para Chile: térmicamente correcto, pero no recomendable por causa de los

sismos).Otro método tradicional de diseño son los diagramas bioclimáticos (“bioclimatic diagrams of Givoni”), quegrafican los extremos climáticos mensuales y la zona de confort térmico para los parámetros de temperaturay humedad junto con recomendaciones de diseño y climatización: ver [Bansal 1994, p. 18f], también [UnitedNations 1990], [Olgyay 1963], [Evans 1994], [Koenigsberger 1974]. Lamentablemente no es posibleconsiderar la importante intensidad de radicación solar en este tipo de diagramas.La principal ventaja de estos métodos es su aplicación rápida y simple. Sin embargo, sus limitacionesradican en la cantidad reducida de informaciones que consideran con respecto al clima y al proyectoarquitectónico, lo que lleva a recomendaciones de diseño poco detallados y poco exactos. Por consiguientepresentan su mayor utilidad en casos simples y el análisis inicial de una zona climática nueva para eldiseñador.Los métodos modernos de diseño en cambio consideran una descripción mucho más detallada de lascondiciones climáticas, del proyecto arquitectónico y de las condiciones de uso. Eso es posible ahoragracias al uso de programas computacionales, que incluyen modelos matemáticos detallados y complejos.En el caso de programas de simulación, estos modelos representan directamente los procesos físicos, p. ej.la absorción de la radiación solar y los flujos energéticos en una vivienda. De esta forma pueden ofrecerresultados detallados y más exactos del comportamiento térmico y energético de una casa o de un edificio.Además son la única herramienta que puede considerar con precisión la dinámica de los procesos térmicos.El inconveniente es su complejidad y la gran cantidad de información necesaria, que exige un mayor tiempode aprendizaje y de implementación para cada proyecto. Por lo tanto su uso se justifica principalmente para:♦ proyectos novedosos, p. ej. de diseño pasivo♦ proyectos grandes♦ investigación:

⎯ estudios de caso⎯ estudios paramétricos

12

⎯ elaboración de pautas y recomendaciones de diseño⎯ desarrollo de herramientas simples de diseño y dimensionamiento⎯ diseño pasivo, uso pasivo de la energía solar y climatización pasiva.

Una comparación resumida de los diferentes métodos diseño utilizados muestra la tabla siguiente:

tabla 6 Métodos tradicionales y modernos de diseño pasivoMétodos tradicionales Métodos modernos

Tipos yEjemplos

• gráficos climáticos• diagramas solares y de sombra• cálculo de posición solar• diagramas bioclimáticos (Givoni)• diagramas de Mahoney• normas térmicas

• programas computacionales de simulación térmica yenergética con modelos matemáticos detallados de losprocesos físicos: p. ej. DEROB-LTH (U. de Lund, Suecia),HAUSer (U. de Kassel), TRNSYS (U. de Wisconsin,EE.UU. – programa comercial)

Ventajas • exige poca información sobre:- el proyecto y su ubicación- el clima- las condiciones de uso

• aplicación rápida en casos simples• de fácil manejo

• descripción detallada sobre:- el proyecto- el clima- las condiciones de uso

• resultados detallados y exactos de:- el comportamiento térmico dinámico- el comportamiento energético

Desventajas • generales, poco específicos• limitados a pocos factores de

influencia• poco detallados• poca precisión

• exige gran cantidad y detalle de información• tiempo de aprendizaje• complejos y de difícil manejo• mayor tiempo de aplicación

UtilidadPrincipal

• recomendaciones generales dediseño

• casos estándares• análisis inicial• diseño preliminar (p. ej. elementos

de sombreamiento)

• proyectos novedosos• proyectos grandes• investigación:

- estudios de caso- pautas de diseño- herramientas simples de diseño y dimensionamiento- diseño pasivo o bioclimático

Algunos elementos tradicionales de diseño serán presentados y adaptados aquí en el capitulo 2.2 siguientepor su utilidad para entender el diseño pasivo y para el análisis inicial.Las herramientas de cálculo para la estimación del confort térmico presentados en este trabajo de ciertaforma constituyen una metodología intermediaria:♦ orientadas en el cálculo de las normas térmicas tradicionales para limitar el aprendizaje y el trabajo

necesario;♦ con una complejidad y cantidad de factores considerados mayor que los métodos tradicionales, pero

más simple y rápido que simulaciones térmicas;♦ modernas por ser fundamentadas en simulaciones térmicas.Aplicando y combinando los métodos analizados, se puede resumir el proceso de diseño pasivo y el papelde las simulaciones térmicas de la siguiente manera:1. Antecedentes:

♦ estrategias de climatización pasiva en base a:- métodos tradicionales y simples de diseño pasivo- literatura, estudios de caso y otras experiencias- herramientas de cálculo para la estimación del confort térmico presentadas aquí ("método rápido")- estudios paramétricos con simulaciones térmicas si la zona climática es nueva

♦ materiales y soluciones constructivas preferidos para elementos principales♦ diseño arquitectónico y materiales preferidos♦ estrategias de construcción sismorresistente♦ exigencias generales del proyecto (uso, economía, normas, etc.)

2. Diseño(s) preliminar(es):♦ estimación del comportamiento térmico y energético esperado

(p. ej. con herramientas de cálculo simples)♦ cálculo estructural (preliminar)♦ evaluación cualitativa o cuantitativa aproximada

3. Simulación térmica: solo para diseños novedosos o experimentales♦ optimización de los parámetros de diseño en su interdependencia♦ evaluación cuantitativa del comportamiento térmico y energético

13

4. Diseño arquitectónico definitivo y construcción:♦ decisión sobre el diseño definitivo♦ cálculo estructural definitivo♦ simulación térmica final, cuando corresponde♦ elaboración de los planos arquitectónicos definitivos♦ construcción

5. Mediciones del comportamiento térmico, cuando corresponde6. Evaluación del comportamiento térmico, cuando corresponde2.2 Herramientas simples

2.2.1 Análisis del climaLa zona climática considerada en el presente proyecto es la Zona Central Interior Chilena, de acuerdo conla norma NCh 1079 sobre la zonificación climático - habitacional para Chile. Los resultados de lassimulaciones térmicas son aplicables para las viviendas de aproximadamente 40% de la población Chilenaque vive en la Región Metropolitana y algunas regiones vecinas hasta 1000m de altura, tomando en cuentala zona 3 de la nueva zonificación térmica Chilena en [MINVU 2000]. Esta zona climática muestra lassiguientes características generales:♦ combinación de veranos calurosos e inviernos fríos;♦ clima seco con gran variación térmica, diaria y anual;♦ índices muy altos de radiación solar en verano;♦ radiación solar relativamente alta en invierno (en comparación con Europa central con valores típicos de

solo 0,5kWh/m²d);♦ precipitaciones bajas y prácticamente nulas en verano.

Un resumen de los datos importantes del clima de la zona central Chilena y de la radiación solar, calculadapara superficies de diferentes orientaciones muestran las dos figuras siguientes (con datos de [DirecciónMeteorológica de Chile 1991] y [Sarmiento 1995]).

figura 18 Gráfico climático de Santiago de Chile (Pudahuel; QN = Quinta Normal)latitud: 33,4° sur; longitud: -70,8°; altura: 475 m

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dicmes

0

25

50

75

100

Precipitaciones(QN)

Radiación solarglobal

Temp. max.media

Temperaturamedia

Temp. min.media

Humedadrelativa

Precipitaciones (mm/mes)Humedad Relativa (%)

Temperaturas (°C)Radiación Solar Global (kWh/m²d)

14

figura 19 Radiación Solar en Superficies con Diferentes Orientacionespara Santiago de Chile (Pudahuel)

0

1

2

3

4

5

6

7

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dicmes

radi

ació

n so

lar

(kW

h/m

²d)

horizontal

vertical alnorte

norte, incl. 33°

vertical, 30° aleste/oeste

vertical, 60° aleste/oeste

vertical aleste/oeste

vertical al sur

2.2.2 Herramientas de cálculo para el dimensionamiento de sobretechosLos diagramas solares representan de forma gráfica (y normalmente con baja precisión) la posición solarpara todo el año en una cierta latitud geográfica; no dependen de la longitud y son simétricos para los doshemisferios, intercambiando el norte con el sur. La figura 20 siguiente muestra un ejemplo, que es válidopara la zona de Santiago de Chile. Las coordenadas son el Acimut de la posición solar, el ángulo medido enel plano horizontal desde el norte, y la altitud (o altura) del sol, medida verticalmente desde el horizontehasta el zenit (punto verticalmente sobre el observador). La declinación del sol corresponde a la fecha delaño, una relación que consta de la tabla 7 siguiente. En estas coordenadas, el sistema de líneashorizontales curvas corresponde al movimiento solar durante un día desde el este (derecha) al oeste(izquierda). Las líneas verticales curvas indican la posición solar a cada hora solar (en la leyenda del gráficoidentificado desde las 8 horas hasta las 16 horas). Así se puede estimar p. ej. que el sol se encuentra a casi80° de altura al mediodía del solsticio de verano (21.12. con declinación de -23°27’); en el solsticio deinvierno el sol se encuentra a poco más que 30° de altura al mediodía (21.6. con declinación de 23°27’).Además se puede observar bien que en el verano (declinación negativa) el sol tiene una posición al sur deleste / oeste en las primeras y últimas horas del día, así que (solamente) en estas horas la fachada sur deuna casa recibe radiación solar directa. De esta forma la lectura de un gráfico solar permite una primeraimpresión de la radiación solar que recibe una casa y se puede estimar la altitud del sol en diferentesépocas del año para dimensionar por ejemplo un sobretecho para sombrear una ventana norte. Diagramassolares para Santiago fueron publicados p. ej. en [Stuven], [Sarmiento 1985] y [Sarmiento 1985] (también[Lippsmeier 1980], [Gut 1993], [Koenigsberger 1973]), donde también se puede encontrar más informaciónsobre su aplicación, especialmente para el dimensionamiento de elementos fijos de sombreamiento.

15

figura 20 Gráfico Solar para 35° Latitud Sur (de [Sarmiento 1985], leyendas modificadas)

Para indicar la relación de fecha y declinación solar y ofrecer mejor precisión en la determinación de laaltura del sol se elaboró la tabla 7. Esta muestra para la región de Santiago la declinación y altura del solpara los días 5, 15 y 25 de cada mes y la hora solar de cada columna. Ayuda determinar el tamañoadecuado de elementos fijos de sombreamiento y de ventanas de forma geométrica. Esto es especialmenteútil en una fachada norte en verano con un sobretecho para el sombreamiento, que se puede dimensionarde acuerdo con la posición solar al mediodía, cuando el sol se encuentra exactamente en el norte frente aesta fachada, pero a gran altitud solar. En las otras fachadas, elementos de sombreamiento fijos son muchomenos eficientes: p. ej. las fachadas este y oeste reciben radiación solar directamente de frente en ciertashoras de la mañana o de la tarde cuando la declinación del sol es negativa, como se puede concluir delacimut 90° del sol (= este u oeste) en el diagrama solar.Los diagramas de sombra parecidos sirven para las mismas finalidades y están descritos en [Lippsmeier1980].

16

tabla 7 Altitud del sol (°) a la hora solar indicada para 33,5° Sur: zona de Santiago de Chile (elaboración propia con fórmulas de [Duffie 1991])

horasolar:

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Mes día declinación (°)

ángulode horasolar ω:

-90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90

Ene 5 -22,6 12,3 24,3 36,7 49,2 61,5 72,9 79,1 72,9 61,5 49,2 36,7 24,3 12,3Ene 15 -21,3 11,5 23,7 36,1 48,6 60,8 72,0 77,8 72,0 60,8 48,6 36,1 23,7 11,5Ene 25 -19,3 10,5 22,7 35,1 47,6 59,7 70,5 75,8 70,5 59,7 47,6 35,1 22,7 10,5Feb 5 -16,4 9,0 21,3 33,8 46,2 58,1 68,2 72,9 68,2 58,1 46,2 33,8 21,3 9,0Feb 15 -13,3 7,3 19,7 32,2 44,5 56,1 65,6 69,8 65,6 56,1 44,5 32,2 19,7 7,3Feb 25 -9,8 5,4 17,8 30,3 42,4 53,7 62,6 66,3 62,6 53,7 42,4 30,3 17,8 5,4Mar 5 -6,8 3,7 16,2 28,6 40,6 51,5 59,9 63,3 59,9 51,5 40,6 28,6 16,2 3,7Mar 15 -2,8 1,6 14,0 26,3 38,0 48,5 56,3 59,3 56,3 48,5 38,0 26,3 14,0 1,6Mar 25 1,2 11,8 23,9 35,3 45,3 52,5 55,3 52,5 45,3 35,3 23,9 11,8Abr 5 5,6 9,3 21,2 32,2 41,7 48,4 50,9 48,4 41,7 32,2 21,2 9,3Abr 15 9,4 7,0 18,7 29,4 38,5 44,8 47,1 44,8 38,5 29,4 18,7 7,0Abr 25 13,0 5,0 16,4 26,8 35,5 41,4 43,5 41,4 35,5 26,8 16,4 5,0May 5 16,1 3,1 14,3 24,4 32,7 38,4 40,4 38,4 32,7 24,4 14,3 3,1May 15 18,8 1,5 12,5 22,4 30,4 35,8 37,7 35,8 30,4 22,4 12,5 1,5May 25 20,9 0,3 11,1 20,7 28,5 33,7 35,6 33,7 28,5 20,7 11,1 0,3Jun 5 22,5 10,0 19,5 27,1 32,2 34,0 32,2 27,1 19,5 10,0Jun 15 23,3 9,5 18,8 26,4 31,4 33,2 31,4 26,4 18,8 9,5Jun 25 23,4 9,4 18,8 26,3 31,3 33,1 31,3 26,3 18,8 9,4Jul 5 22,8 9,8 19,3 26,9 31,9 33,7 31,9 26,9 19,3 9,8Jul 15 21,5 10,7 20,2 28,0 33,2 35,0 33,2 28,0 20,2 10,7Jul 25 19,6 1,0 12,0 21,7 29,7 35,0 36,9 35,0 29,7 21,7 12,0 1,0Ago 5 16,8 2,7 13,8 23,9 32,1 37,7 39,7 37,7 32,1 23,9 13,8 2,7Ago 15 13,8 4,5 15,9 26,2 34,7 40,6 42,7 40,6 34,7 26,2 15,9 4,5Ago 25 10,3 6,5 18,1 28,8 37,7 43,9 46,2 43,9 37,7 28,8 18,1 6,5Set 5 6,2 8,9 20,8 31,8 41,2 47,8 50,3 47,8 41,2 31,8 20,8 8,9Set 15 2,2 11,2 23,3 34,6 44,4 51,6 54,3 51,6 44,4 34,6 23,3 11,2Set 25 -1,8 1,0 13,5 25,7 37,4 47,7 55,3 58,3 55,3 47,7 37,4 25,7 13,5 1,0Oct 5 -5,8 3,2 15,7 28,1 40,0 50,7 59,0 62,3 59,0 50,7 40,0 28,1 15,7 3,2Oct 15 -9,6 5,3 17,7 30,2 42,3 53,5 62,4 66,1 62,4 53,5 42,3 30,2 17,7 5,3Oct 25 -13,1 7,2 19,6 32,1 44,4 56,0 65,5 69,6 65,5 56,0 44,4 32,1 19,6 7,2Nov 5 -16,5 9,0 21,4 33,8 46,3 58,2 68,3 73,0 68,3 58,2 46,3 33,8 21,4 9,0Nov 15 -19,1 10,4 22,6 35,1 47,6 59,7 70,4 75,6 70,4 59,7 47,6 35,1 22,6 10,4Nov 25 -21,2 11,5 23,6 36,0 48,5 60,8 71,9 77,7 71,9 60,8 48,5 36,0 23,6 11,5Dic 5 -22,6 12,2 24,3 36,7 49,2 61,5 72,9 79,1 72,9 61,5 49,2 36,7 24,3 12,2Dic 15 -23,3 12,6 24,6 37,0 49,5 61,9 73,4 79,8 73,4 61,9 49,5 37,0 24,6 12,6Dic 25 -23,4 12,7 24,7 37,0 49,5 61,9 73,4 79,9 73,4 61,9 49,5 37,0 24,7 12,7

La situación más importante para el sombreamiento con elementos fijos es la fachada norte: solamente aquíes posible con un elemento fijo - un sobretecho o alero simple - crear sombra en verano y al mismo tiempomantener la insolación favorable y necesaria en invierno. En zonas climáticas sin época fría esto se veríadiferente. La selectividad necesaria aquí no es posible con un elemento fijo en las otras fachadas, por locual en orientaciones diferentes de la norte se recomienda usar elementos móviles en frente o detrás de alas ventanas. Por eso se consideró solamente elementos fijos y la orientación norte en la herramientapresentada aquí.Se preparó una planilla de cálculo que permite calcular fácilmente la geometría de ventana y sobretecho:basta decidir el periodo del año durante el cual se pretende sombrear totalmente una ventana (p. ej. hastamediados de enero) y el periodo del año durante el cual se quiere asoleamiento completo para la mismaventana (p. ej. hasta inicio de agosto). Para este ejemplo, de la tabla se puede concluir que se necesitasombreamiento hasta una altitud solar de 78°, porque en el verano antes de mediados de enero el sol estámás alto todavía; en el invierno la altitud solar límite es de 39°, porque antes de inicio de agosto la posición

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solar está más baja todavía, además la posición solar está más baja por la mañana y por la tarde.Obviamente la posición solar a una cierta hora cambia poco de un día al otro, así que en este ejemplo, laventana en febrero todavía recibirá buena sombra y a fines de agosto todavía va a recibir casi asoleamientocompleto también. Con estos datos de ángulo / fecha y la geometría de la ventana y del sobretecho sepuede calcular los tamaños exactos de ambos de forma geométrica con la planilla: el tamaño delsobretecho es el resultado de su inclinación y de la exigencia de sombreamiento en verano hasta la partebaja de la ventana; la altura de la ventana entonces es resultado de la exigencia de pleno asoleamiento eninvierno; la diferencia de altura entre los límites de la ventana determina su extensión vertical. Obviamenteno todos las pretensiones de asoleamiento y sombreamiento son viables, esto requiere la búsqueda de uncompromiso razonable de ángulos / fechas y dimensiones. Hay que tener en cuenta también que solamentepara el sombreamiento existen alternativas móviles, pero no para el asoleamiento. La ventaja de la planillaes la facilidad de probar alternativas y la posibilidad de adaptar un parámetro de entrada para conseguir uncierto resultado (con funciones estándar del programa de planilla de cálculo).

El método considera dos situaciones posibles:1. techo inclinado hacia abajo: situación común, con inclinación positiva;2. techo inclinado hacia arriba, con inclinación negativa; permite un mejor aprovechamiento de la fachada

norte para mayores ganancias solares en invierno.Las referencias para los parámetros son el plano de la ventana (vidrio exterior en el caso de una ventanadoble) y los puntos donde este plano de referencia se encuentra con el piso y el lado exterior del techo.Todos los ángulos son en grados, las medidas en metros. Los parámetros de entrada son entonces:♦ la inclinación α del techo (positivo en caso 1, negativo en caso 2);♦ el ángulo límite de verano γ: la ventana recibirá plena sombra en verano al mediodía con una altura del

sol igual o mayor que este valor − esto determina el tamaño necesario del sobretecho;♦ el ángulo límite de invierno β: la ventana recibirá pleno asoleamiento en invierno con una altura del sol

igual o menor que este valor − esto determina el tamaño de la ventana posible bajo las exigencias deverano;

♦ la altura total del espacio y del muro H1 entre el piso y el cruce con el techo;♦ la altura h1 de la base opaca de la ventana entre el piso y el marco;♦ la altura h2 del marco de la ventana;♦ para muros Trombe etc.: la distancia horizontal d entre el plano de referencia (de las demás ventanas) y

el lado exterior del vidrio del muro Trombe (en otros casos: d = 0).

figura 21 Modelo para el cálculo de ventanas y sobretechos: techo normal o techo con inclinación negativa

La latitud geográfica no entra como parámetro explícito en este cálculo – es considerada de forma indirecta

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en el momento de escoger los ángulos β y γ: la manera más simple es revisar la tabla 7 o la planillacorrespondiente entre las herramientas, que se puede configurar para cualquier latitud. De acuerdo con laestrategia deseada de asoleamiento y sombreamiento se escoge dos fechas y los ánguloscorrespondientes de la tabla. En otras latitudes los ángulos serían diferentes para las mismas fechas y losmismos ángulos corresponderían a otras fechas. Se puede probar varias combinaciones de los parámetrosde entrada hasta llegar a un tamaño razonable / deseado de ventanas y sobretecho o usar las funcionespropias de Excel para buscar el valor de entrada que lleva al resultado deseado.

figura 22 Modelo para el cálculo de ventanas y sobretechos: muro Trombe con techo normal (inclinación negativa posible de forma análoga)

En el caso de muros Trombe hay dos posibilidades de uso:♦ un cálculo como para ventanas con sombreamiento en verano y asoleamiento en invierno;♦ si el muro Trombe está tapado con material opaco en verano, no precisa más sombra – entonces puede

existir un sobretecho de acuerdo con las necesidades de las ventanas en el mismo muro y se puedecalcular el tamaño del muro Trombe con las mismas formulas:⎯ se define los parámetros de entrada para la ventana al lado en una línea y para el muro Trombe en

otra;⎯ se ajusta el ángulo de verano del muro Trombe (automáticamente – ver ejemplo en planilla) hasta

obtener el mismo tamaño de techo como de la ventana; el ángulo de invierno puede ser igual odiferente de la ventana;

⎯ el ángulo de verano indica el sombreamiento que el muro Trombe tendrá en verano (poco importante)⎯ como resultado interesante se obtiene el tamaño posible del muro Trombe bajo este techo y con la

duración de pleno asoleamiento deseada.

Los resultados inmediatos de la planilla de cálculo son:♦ la distancia D que el sobretecho sobresale a la ventana (medida horizontalmente);♦ la longitud L del sobretecho necesario (medida en su inclinación);♦ la altura H del punto extremo exterior del techo sobre el nivel del piso interior;♦ la altura h del límite superior de la ventana sobre el piso (parte transparente de vidrio, sin marco);♦ la altura de la parte transparente de la ventana: (h - h1 - h2) (para poder calcular su área transparente).Las dimensiones de ventanas, muros Trombe y sobretechos de las casas simuladas fueron determinadascon este método simple de cálculo geométrico.

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2.3 Simulación térmicaLa herramienta más universal y poderosa para la optimización del diseño térmico de una vivienda es lasimulación computacional de su comportamiento térmico: Para este trabajo se empleó ampliamente elprograma DEROB-LTH de la Universidad de Lund (Suecia). Este programa utiliza en forma detallada losdatos climáticos a nivel horario, el perfil de uso, el proyecto arquitectónico con su geometría y lascaracterísticas de los materiales de todos los elementos constructivos para calcular en forma dinámica elcomportamiento térmico con valores horarios de temperaturas de aire, operativas y superficiales, así comolos flujos de energía radiativa y térmica. En comparación con otros programas de simulación térmica tiene laventaja de un modelo muy detallado para la radiación solar y térmica, que son de gran importancia en lazona climática de este trabajo.Los datos climáticos requeridos, tipo TRY ("test reference year", TRY en inglés) no estaban disponibles paraChile, así que fueron preparados con una metodología propia, que se puede resumir como sigue: la baseformaron varios años con datos climáticos horarios de temperatura y de radiación solar global. De los datosdisponibles y completos de la estación La Platina en Santiago de [CONAMA] se seleccionó los 12 meses,que mejor corresponden a los promedios de largo plazo de la Dirección Meteorológica de Chile y [Sarmiento1995]. En base a esta información y fórmulas estándar de [Duffie 1991] se calculó datos horarios deradiación difusa y directa. La temperatura del cielo, necesaria para la consideración de su radiacióninfrarroja, fue calculada adaptando modelos disponibles después de una amplia revisión de literatura ycomparación con valores medidos, disponibles de otra zona climática. Mayores detalles se encuentran en lapublicación [Müller, Agosto 2001].Fueron realizados varios estudios paramétricos con esta metodología, cuyos resultados son la base de lasherramientas de cálculo y recomendaciones de diseño más adelante. En un estudio paramétrico se variadiferentes parámetros de una construcción a partir de un caso estándar para determinar su influencia en elcomportamiento térmico. Se simuló tanto el comportamiento térmico de un modelo de una vivienda dedimensiones típicas como el modelo de una habitación dentro de una vivienda durante el año típico TRYpara la región de Santiago de Chile, lo que permitió el cálculo de diferentes indicadores de confort térmicobasados en las temperaturas horarias, por ejemplo los grados-hora diarios de frío y calor. Es importantenotar que las diferencias y variaciones de temperaturas y indicadores en los diferentes escenarios son mássignificativos que los valores absolutos, ya que varios factores de influencia, como las temperaturasambientales y el comportamiento de los usuarios, pueden cambiar de un año o de un proyecto a otro.2.4 Herramientas de cálculo para la estimación del confort térmico en verano e invierno

2.4.1 Desarrollo de las herramientas de cálculoLa idea básica para estas herramientas de cálculo para la estimación del confort térmico es la siguiente:1. Se calcula las características térmicas básicas de una casa usando normas térmicas europeas

(principalmente la [DIN EN 832], continuada en el borrador [E DIN EN ISO 13790]). Estas normas sonparecidas a las normas Chilenas [NCh 853] y [NCh 1960], pero más completas.

2. Las características térmicas básicas, calculadas de una forma relativamente simple en una planilla decálculo, permiten estimar indicadores de confort térmico en base a temperaturas operativas en verano(grados-hora diarios de calor Gh26o) e invierno (grados-hora diarios de frío Gh19o) para una casa pasivasin calefacción ni refrigeración con aire acondicionado. Esto es posible gracias a las correlacionesestablecidas con simulaciones térmicas en la investigación aquí.

La aplicación de las normas fue simplificada y adaptada a las condiciones climáticas de verano y locales enalgunos aspectos, en otros aspectos se utilizó partes no obligatorias de las normas para mayor precisión.Por ejemplo, las ganancias por elementos opacos y las pérdidas adicionales por intercambio de radiacióninfrarroja con el cielo son más importantes aquí que en el centro y norte de Europa, tanto por diferenciasclimáticas (muy alta radiación solar en verano, baja temperatura del cielo en verano) como por diferenciasconstructivas (falta de aislamiento térmico en muchos casos). En verano, las ganancias por un elementoopaco – p. ej. el techo de "zinc" sin aislamiento – pueden ser tan grandes que llevan al sobrecalentamientode una casa.Por simplicidad y para fines de diseño se optó por el mes extremo de cada temporada en vez de latemporada completa. Para la estimación de las condiciones de confort térmico se considera solamenteenero como mes más caluroso del verano y julio como mes más frío de invierno. Si una casa dispone deelementos suficientes de adaptación térmica, se puede esperar buenas condiciones de confort térmico entodas las estaciones del año. En capítulo 3.2 se discute la relación entre las estaciones con mayor detalle.Se realizó más que 500 simulaciones térmicas con el programa DEROB-LTH y el modelo de una habitacióncomo parte de una casa típica de un solo piso, considerando los siguientes parámetros constructivos endiferentes combinaciones para cubrir el espectro de construcciones Chilenas típicas y con elementos dediseño pasivo y materiales locales:

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♦ orientación principal (de las ventanas): norte, sur, este, oeste;♦ tipo de construcción:

⎯ 43cm de tapial, incluyendo el revoque de barro;⎯ 41,5cm de tapial, incluyendo el revoque de barro interior, con 2,6cm de aislamiento térmico exterior,

espacio de aire y protección exterior de 1cm de machihembrado de pino;⎯ tabique sin aislamiento térmico (1cm de machihembrado de pino exterior, 5cm de aire, 1,2cm de yeso

– cartón interior;⎯ tabique con 7cm de aislamiento térmico en el medio;⎯ ladrillos de 14cm sin revoque;⎯ ladrillos de 14cm con 5cm de aislamiento térmico exterior, espacio de aire y protección exterior de

1cm de machihembrado de pino;♦ muros interiores: livianos (tabique) o pesados (ladrillo o barro);♦ ventanas con marcos de madera:

⎯ simples o dobles;⎯ tamaño normal, grande o máximo posible;

♦ ganancias de calor internas promedios por personas y equipamientos de 5W/m² o 10W/m² (referencia:área del piso);

♦ infiltraciones de aire: 0,5/h, 1/h, 2/h, 4/h (cambios de aire por hora), siendo 1/h el valor estándar;♦ el techo es de zinc con espacio de aire debajo y un cielo de 1,2cm de yeso – cartón, sin aislante o con

8cm o 15cm de aislante de poliestireno expandido sobre el cielo;♦ opciones en verano:

⎯ cortinas de color claro durante el día;⎯ ventilación nocturna de 10/h de 20hrs a 6hrs de diciembre a febrero;

♦ los muros internos y externos son pintados de color blanco con 30% de absorción (piso mas oscuro:50%);

♦ en ningún caso se consideró un sistema de calefacción o refrigeración de acuerdo con la finalidad dediseño pasivo.

Los muros con aislamiento térmico fueron calculados de tal forma que todas las alternativas tengan lasmismas pérdidas de calor por transmisión. El piso es de 7cm de hormigón sobre 8cm de ripio y 1m de tierra(como modelo). Las pérdidas laterales fueron consideradas respetando los valores calculados de acuerdocon [DIN EN ISO 13370]. Las ganancias de calor internas varían de acuerdo con un perfil de uso típico.Fueron realizados algunos estudios preliminares para evaluar y reducir las diferencias en las característicastérmicas calculados con el método simples y con simulaciones especiales para situaciones típicas deverano e invierno. Se sabia de trabajos propios anteriores para esta zona climática y de otros autores (ver[Hauser 1997] y [Kolmetz 1996]), que habían trabajado para el clima alemán, que especialmente en veranoresulta difícil obtener una buena correlación entre cálculos con normas térmicas y simulaciones térmicas.El método detallado descrito en [DIN EN ISO 13786] para la determinación de la capacidad térmica esdemasiado complicado para una herramienta simple de cálculo (efectivamente, simulaciones térmicasserían más simples), pero resulta demasiado grosero considerar solamente los 10cm interiores de todos losmuros, como propone [E DIN EN ISO 13790, anexo H]. Se obtuvo una correlación mejor corrigiendo estevalor como describe la [DIN V 4108-6: 2000-11]: se considera la capacidad térmica de los 10cm interioresde todos los muros, pero solamente hasta la mitad del grosor del muro y solamente las capas interioreshasta la primera capa aislante (con conductividad térmica λ < 0,1W/mK y resistencia térmicaR > 0,25m²K/W). La razón es fácil de entender: una capa aislante impide el intercambio de calor con elinterior y con eso la "función" de almacenaje de la capacidad térmica; tanto con muros exteriores comointeriores, la segunda mitad de un muro intercambia calor principalmente con el otro lado, que le queda máscerca.El proceso principal de desarrollo de las herramientas de cálculo entonces se puede resumir como sigue:1. Se calcula las características térmicas básicas de una casa de acuerdo con las (versiones alemanas de)

normas térmicas europeas ISO y EN.2. Las características de los materiales de construcción Chilenos fueron tomadas de [NCh 853], que incluye

muchas mediciones realizadas en Chile por el IDIEM; valores no disponibles localmente fueron tomadosde [Hohmann 1997], [VDI 1994], [DIN V 4108-4], [DIN EN ISO 13370] y [Gut 1993]; las característicastérmicas del barro fueron tomadas con preferencia de [Minke 1999], [Minke 2001] y [DIN 18953].

3. Algunos valores característicos y factores de corrección propias de las normas térmicas fuerondeterminados con simulaciones térmicas especiales para el clima local (ver capítulo 2.4.4).

4. Los datos climáticos mensuales y la radiación solar en superficies de diferentes orientaciones fuerondeterminados de los datos horarios del TRY por razones de consistencia.

5. Fueron establecidos modelos simples especiales para elementos y aspectos de diseño, que no formanparte de las normas térmicas, p. ej. ventilación nocturna.

6. Fue realizado un gran número de simulaciones térmicas para una gama amplia de parámetros de diseño

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en una habitación con temperaturas que flotan libremente; los parámetros de simulación, p. ej.coeficientes de transferencia de calor, fueron escogidos de forma adaptada a los valores de las normastérmicas, pero no se efectuó ninguna simplificación al modelo de simulación propiamente tal.

7. Se calculó los grados-hora diarios de calor Gh26o para el mes más caluroso de verano (enero) y losgrados-hora diarios de frío Gh19o para el mes mas frío de invierno (julio) con un programa propio a partirde los resultados de las simulaciones térmicas.

8. El análisis regresivo de la correlación entre las características térmicas básicas del cálculo simples porun lado y los resultados de confort térmico de las simulaciones por el otro lado permitió establecer lasfunciones correlativas más aptas para el verano y el invierno. Además fueron optimizados algunosparámetros del modelo en este paso para obtener la mejor correlación posible. La identificación de lascaracterísticas térmicas más significativas y de modelos matemáticos adecuados era crucial en estepaso.

9. El proceso simple de cálculo de acuerdo con las normas térmicas y las funciones de regresión fueronimplementados en un planillas de cálculo como programa (casa_pasiva.xls) para poder predecir lascondiciones de confort térmico en base a los parámetros de diseño o directamente a partir de lascaracterísticas térmicas básicas del diseño.

2.4.2 Características térmicas básicas de una casaAquí se presenta un breve resumen del proceso de cálculo para las características térmicas básicas de unahabitación o casa. Esto incluye el modelo térmico simplificado utilizado por las normas térmicas, lo queademás ayuda a alcanzar un entendimiento de los procesos térmicos principales en una casa. Más detallesse puede encontrar en las normas térmicas citadas (disponibles en Chile en la Universidad TécnicaFederico Santa María en Valparaíso y en el Instituto Nacional de Normalización INN en Santiago).El balance energético de una casa pasiva sin calefacción se puede resumir de acuerdo con [DIN EN 832] (y[E DIN EN ISO 13790]), usando la potencia media P = Q/t en vez de la energía Q durante el tiempo t en lasconsideraciones siguientes. A diferencia de las normas citadas, aquí la temperatura interior puede servariable durante el mes.Entonces, el balance energético para cualquier casa pasiva (temperaturas medias mensuales) se puederesumir como sigue:

Ht (θi - θe) = (HT + Hv) (θi - θe) = Pg,eff = Pg η = (Ps + Pi) ηLos coeficientes de esta formula se explican en los siguientes párrafos:El coeficiente de las perdidas totales de calor Ht es la suma del coeficiente de las perdidas de calor portransmisión HT (de acuerdo con [DIN EN ISO 13789], [DIN EN ISO 6946] y [DIN EN ISO 13370]) y delcoeficiente de las perdidas de calor por ventilación Hv (de acuerdo con [DIN EN 832] o [E DIN EN ISO13790]); θi es la temperatura interior, θr es la temperatura interior de referencia, asumida aquí como idénticaa la temperatura base de 26°C en verano y 19°C en invierno; θe es la temperatura exterior media mensual;las ganancias térmicas totales Pg son la suma de las ganancias solares Ps y de las ganancias internas Pi; semultiplica enseguida con el factor de utilización η para obtener las ganancias efectivas Pg,eff. Las gananciassolares fueron calculadas de acuerdo con [DIN EN 832] y su anexo D.5 incluyendo las ganancias solares através de elementos opacos y las pérdidas por radiación infrarroja de todos los elementos exteriores.Ganancias solares opacas y radiación infrarroja son consideradas también en las simulaciones térmicas ypueden asumir valores significativos aquí por causa del clima seco y del nivel muy bajo de aislamiento detechos en algunos casos. Por eso las ganancias solares Ps (totales) son calculadas sumando las gananciassolares por superficies transparentes Pst, las ganancias solares de superficies opacas Po y las pérdidasadicionales por radicación infrarroja al cielo con las siguiente fórmulas:

Ps = Pst + Po – Hir (θe – θsky)Pst = (I / t) A FF Fs Fc Fw g fa

con la radiación solar I durante el tiempo t en la superficie A (con marcos de ventanas, superficietransparente A FF) y factores para sombreamiento Fs, cortinas Fc, marcos de ventanas FF y el factor Fw paracorregir el factor de ganancias solares g, que es definido solamente para radiación solar con incidencianormal (= vertical a la superficie del vidrio) de acuerdo con [DIN EN 410]; el factor fa fue introducidoadicionalmente para considerar la reflexión de radiación solar para afuera, un efecto calculado por elmodelo de radiación detallado de DEROB-LTH, pero no considerado en las normas.Las ganancias solares de superficies opacas Po son calculadas por la siguiente fórmula:

Po = (I / t) U A Rse αe Fs

con la radiación solar I durante el tiempo t en la superficie A con una absorbencia αe (p. ej. 30% parablanco), la transmitancia térmica U, la resistencia térmica de superficie externa Rse y un factor de correcciónpara sombreamiento Fs.La consideración de las pérdidas adicionales por radicación infrarroja en Ps corresponde a la exigencia de[DIN EN 832]. El coeficiente Hir de corrección para las perdidas adicionales de calor por radicación infrarrojay la diferencia entre la temperatura del aire externo θe y la temperatura del cielo θsky se calcula para todos

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las superficies transparentes y opacas como sigue:Hir = U A Rse hr Ff = U A Rse 5W/m²K εr Ff

con la emisividad εr de la superficie externa para radiación infrarroja (p. ej. 90% para casi todos losmateriales), el coeficiente superficial de transferencia térmica externa por radiación infrarroja hr (hr =5W/m²K εr aquí) y el factor de forma Ff que considera la relación geométrica entre la superficie y el cielo:

Ff = (1 + cos α) / 2para una superficie con una inclinación α en relación con la horizontal (α >= 0 para todos los techos),siendo Ff = 0,5 para superficies verticales y Ff = 1 para techos horizontales.El factor de utilización η es calculado de acuerdo con las formulas de [DIN EN 832] como función de larelación entre ganancias y pérdidas térmicas GP y del constante de tiempo τ de la habitación o casa:

GP = Pg / (Ht (θr – θe));η = (1 – GP a) / (1 – GP (a+1)) para GP ≠ 1

η = a / (a+1) para GP = 1con τ = C / Ht; a = a0 + τ / τ0

El constante de tiempo τ indica la velocidad con la que una habitación o casa se calienta o enfría cuandoexiste una diferencia de temperatura entre el interior y el exterior. Los parámetros numéricos a0 y τ0 en lafórmula fueron determinados de las simulaciones térmicas, porque los valores estándares en la norma sonpara casas calefaccionadas.De esta forma se puede describir las características térmicas básicas de una casa a partir de solo tresparámetros, que permitirán predecir las condiciones de confort térmico:♦ el coeficiente de perdidas totales de calor Ht en (W/K);♦ la capacidad térmica C en (Wh/K);♦ las ganancias térmicas totales Pg en (W).2.4.3 Elementos especiales: espacio áticoEl techo con espacio ático, que es bastante común en Chile, exige un tratamiento especial para su cálculotérmico porque se trata de un segundo volumen térmicamente acoplado al espacio habitado. En Chileademás puede generar ganancias térmicas por elementos opacos significativos, que aportan alsobrecalentamiento en verano cuando se trata de un techo de zinc y un cielo sin aislamiento térmico comohabían mostrado estudios propios anteriores.La norma [DIN EN ISO 13789] describe como calcular las pérdidas de calor a través del ático, descrito aquípara el caso que no hay intercambio de aire entre el interior y el ático. El coeficiente de las perdidasespecíficas de calor HU en W/K, que corresponden al flujo de calor a través del ático entre el interiorhabitado y el exterior, se calcula con:

HU = b Σ (Uc Ac)Esto significa, que el coeficiente de perdidas entre interior y el ático en W/K (la suma de las pérdidas Uc Acsobre todas las áreas Ac del cielo) es ponderado por un factor de reducción b para obtener el coeficiente delas perdidas efectivas entre el interior y el exterior:

b = Hue / (Hiu + Hue)con el coeficiente de las perdidas específicas entre interior y el ático Hiu y el coeficiente de las perdidasespecíficas entre el ático y el exterior Hue; el coeficiente Hue incluye también las pérdidas de calor del áticopor ventilación con el exterior Hv como descrito en [DIN EN 832]. HU entra de forma normal en la suma paracalcular el coeficiente de las perdidas totales: Ht = Hu + ....El ático normalmente no tiene ventanas y ganancias solares por superficies transparentes, pero hay quecalcular las ganancias por elementos opacos (especialmente el techo) y la parte de ellos que llega alinterior. La norma no describe este caso de forma explícita, pero se puede adaptar el procedimiento de la[DIN EN 832; anexo D.1] para invernaderos a este caso – las ganancias opacas y pérdidas por radiacióninfrarroja del ático son ponderados por un factor (1 – b) y así entran en la suma del capítulo anterior paracalcular las ganancias solares PS:

Ps = (1 – b) [Po – Hir (θe - θsky)]ático + ...El modelo de simulación para un espacio ático es mucho más detallado que para la cámara de aire en untecho simple, especialmente para las resistencias superficiales interiores. Además las temperaturas y elflujo de calor dentro de un espacio ático pueden alcanzar valores bastante fuera de lo normal en verano.Por eso era necesario mejorar también el modelo en el cálculo simple y considerar en verano que el flujo decalor dominante es desde el techo caliente hacia abajo y que es reducido por la baja emisividad infrarrojadel lado inferior de un techo metálico. Se escogieron los valores correspondientes para las resistenciassuperficiales en el interior del espacio ático (techo y cielo). Las resistencias superficiales externas sonaproximadas como constantes porque son dominadas por la influencia del viento estimado de acuerdo con

23

la norma. En invierno se continua usando los coeficientes de resistencia superficial para una direcciónvariable del flujo de calor. Este cálculo y los coeficientes están incluidos en la planilla de cálculo.2.4.4 Determinación de los factores de correcciónSe precisaba de gran cuidado con los factores de corrección en la fórmula de las ganancias solares parapoder obtener una buena correlación con los resultados de las simulaciones térmicas:♦ FF es un factor que puede ser determinado geométricamente de la relación entre el área transparente y

el área total de la ventana; es igual a 1 si los marcos son considerados de forma separada.♦ El factor fa depende de la geometría y del color interno de la habitación, del tipo de ventana (simple o

doble) y del tamaño de la ventana, pero es prácticamente independiente de la orientación; valoresestándares fueron determinados con simulaciones térmicas como el cuociente de la radiación solarabsorbida y transmitida con valores resultantes que varían entre 90% y 95%.

♦ Factores de sombreamiento Fs para situaciones estándar se encuentran en [E DIN EN ISO 13790], [DINV 4108-6] y [DIN EN 410] o pueden ser determinados con mayor precisión a través de la comparación deradiación solar incidente con y sin el elemento sombreador.

♦ Fw es un factor de corrección para ganancias solares con un ángulo non - vertical de incidencia de laradiación solar y depende principalmente de la relación geométrica ventana - sol y de la dependenciaangular de la transmisividad de la ventana. Por eso el valor aproximado 0,9, ofrecido en [E DIN EN ISO13790] para latitudes altas del hemisferio norte no es suficiente para 33,6° latitud sur aquí y Fw fuecalculado con simulaciones especiales de acuerdo con la definición en [DIN EN 410] con el modelo deuna “cámara de prueba” bajo condiciones estándar de 20°C temperatura interior y el clima del TRY de lazona central, comparando dos simulaciones con ganancias solares y sin radiación solar (I = 0). Losresultados aquí varían entre 71% y 93%, dependiendo del tipo de ventana, el mes (posición solar) y laorientación. Son incluidas en la planilla de cálculo en una tabla para diferentes situaciones.

♦ La determinación del factor de corrección Fc para la reducción de las ganancias solares por las cortinasexigió un procedimiento parecido a Fw, porque parte de la energía absorbida por las cortinas entra albalance energético de la habitación. Los factores fueron optimizados para la mejor correlación posible enverano, porque es en esta estación cuando son más importante. El resultado solamente depende del tipode cortina (absorbencia y transmisividad) y si la cortina es utilizada con una ventana simple o doble,mientras que las dependencias de la orientación y del mes pueden ser despreciadas.

2.4.5 Estimación del confort térmico en inviernoCon las informaciones resumidas hasta ahora se puede calcular la relación entre ganancias efectivas ypérdidas térmicas GPeff:

GPeff = GP η = Pg η / (Ht (θr - θe))El factor de utilización η representa la parte (relativa) de las ganancias totales, que es utilizable. Así ηcompensa por las ganancias que no son útiles para el confort térmico en el nivel de 19°C, porque latemperatura interior operativa supera estos 19°C; cuando la temperatura interior de aire excede incluso los26°C en invierno, se supone que la temperatura interior (de aire) es limitada a este valor. Esto se puedealcanzar fácilmente con un aumento de la ventilación en las horas de ganancias excesivas, porque elmáximo de la temperatura exterior en julio es de solo 22,2°C. Matemáticamente, GPeff tiene un límitesuperior de 1, porque η tiene un límite superior de 1/GP para GP>1 y grandes τ.Del balance energético en el capítulo 2.4.2 se puede deducir fácilmente:

GPeff = Pg η / (Ht (θr - θe)) = Ht (θi - θe) / (Ht (θr - θe)) = (θi - θe) / (θr - θe)Esto significa que GPeff mide el promedio del aumento relativo de la temperatura interior en comparacióncon el aumento necesario para condiciones perfectas de confort térmico.La regresión cuadrada entre los grados-hora diarios de frío Gh19o y GPeff es muy buena y graficada en lafigura 23 siguiente como “Gh19o/d (modelo)”. Los coeficientes de la correlación y los parámetros para τconstan de la tabla 8 para la siguiente función:

Gh19o = m0 + m1 GPeff + m2 GPeff²El gráfico en figura 23, que diferencia los puntos de acuerdo con la orientación, muestra que lasdesviaciones no están relacionadas con este parámetro, pero los mejores diseños corresponden todos a laorientación norte, que es la única aconsejable por esa razón. De la misma forma se ve en la figura 24similar con los mismos diseños, que las mejores alternativas cuentan todas con un constante de tiempo τbastante grande sobre 32 horas lo que se explica por su construcción pesada de barro y bajas pérdidas decalor por buen aislamiento térmico, que permiten un buen aprovechamiento de las ganancias solares einternas.El coeficiente de correlación r² entre los valores GPeff del cálculo simple y los resultados de las simulacionesexactas Gh19o es muy bueno con un valor de 0,9922; por eso la estimación de los Gh19o solamente tiene unerror estándar de 4,0Kh/d, lo que para un valor medio de Gh19o de 150Kh/d corresponde a solo 2,7% dediscrepancia.

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figura 23 Correlaciones de los grados-hora diarios de frío para diferentes orientacionesen el mes más frío de invierno (julio) en Santiago de Chile

0

50

100

150

200

250

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

"ganancias efectivas" / "pérdidas totales" = GPeff

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Gh19o/d (N) Gh19o/d (S)Gh19o/d (E) Gh19o/d (O)Gh19o/d (modelo) Gh19o/d (modelo universal)

figura 24 Correlaciones de los grados-hora diarios de frío para diferentes constantes de tiempo τen el mes más frío de invierno (julio) en Santiago de Chile

0

50

100

150

200

250

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0"ganancias efectivas" / "pérdidas totales" = GPeff

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Gh19o/d : tau=]0h-16h] Gh19o/d : tau=]16h-24h]Gh19o/d : tau=]24h-32h] Gh19o/d : tau=]32h-96h]Gh19o/d (modelo) Gh19o/d (modelo universal)

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Un segundo “modelo universal” no depende de los coeficientes de la correlación (m0, m1, m2) y ofrece unaprecisión solo levemente reducida se muestra junto con el modelo anterior: este “modelo universal” dependesolamente de los parámetros para η (a0, τ0) y su función establece una conexión lineal entre los grados-horadiarios de frío Gh19 para el aire exterior (272,6Kh/d) para GPeff = 0 sin ganancias, es decir el clima, yGh19o = 0 para GPeff = 1, así que sería fácil adaptar esa relación para otras zonas climáticas, en tanto quelos factores de corrección del capitulo anterior continúan válidos o son sustituidos por valores adaptados. Lapequeña diferencia con la correlación exacta puede ser resultado de que aquí se usa temperaturasoperativas para describir el confort térmico y que las temperaturas superficiales en invierno son típicamentemás bajas que las temperaturas de aire. Ninguna simulación térmica adicional sería necesaria paraestablecer este modelo universal para una zona climática y latitud parecida, así que constituye un resultadoy una herramienta adicional interesante para casas pasivas en invierno.

tabla 8 Valores de los coeficientes de la correlación y de los parámetros para el cálculo de ηParámetro Julio (invierno) Enero (verano) Unidadtemperatura de referencia para el confort térmico: θr 19 26 °Ccoeficiente para calcular el factor de utilización η: a0 0,4 0 1coeficiente para calcular el factor de utilización η: τ0 8 6 hfactor de corrección para el factor de utilización η: fQi - 0,769 1coeficiente para calcular la ventilación nocturna: fVN - 0,0729 K/hfactor de corrección para el factor de utilización η: fo,N - 1,000 1factor de corrección para el factor de utilización η: fo,E - 0,858 1factor de corrección para el factor de utilización η: fo,S - 0,934 1factor de corrección para el factor de utilización η: fo,W - 0,898 1coeficiente para calcular el factor de utilización η: fγ - 0,772 1coeficiente para la correlación: m0 272,86 0,00 Kh/dcoeficiente para la correlación: m1 -248,92 376,98 Kh/dcoeficiente para la correlación: m2 -23,94 -795,19 Kh/dcoeficiente para la correlación: m3 - 846,07 Kh/dcoeficiente de correlación: r² 0,9922 0,9814 1error estándar de los valores Gh19o y Gh26o estimados 4,00 1,98 Kh/d

2.4.6 Estimación del confort térmico en veranoTomando como indicio los trabajos de [Kolmetz 1996] y [Hauser 1997] para Alemania, en verano se puedeesperar una correlación entre los grados-hora diarios de calor Gh26o y las ganancias excesivas, que no sonutilizables para la compensación de pérdidas de calor a la temperatura de referencia θr, utilizando larelación entre ganancias excesivas y pérdidas térmicas GPexc:

GPexc = Pg (1 - η) / ( Ht (θr - θe) ); con θr = 26°C aquí(1 - η) representa el porcentaje de las ganancias totales, que no es utilizable en el nivel de 26°C y por esoes causa de un sobrecalentamiento por encima de esta temperatura de referencia.

La correlación de Gh26o con GPexc era promisoria, pero las desviaciones de la correlación todavía estabansuperiores a la situación de invierno. Por eso, la introducción de factores de corrección era necesario paracalcular mejor la relación entre ganancias excesivas y pérdidas térmicas GPexc en verano; además el efectode la ventilación nocturna es considerado con PVN (ver más adelante):

GP = (Pst fo,orient + (Po – Hir (θe - θsky)) + Pi fQi) / (Ht (θr - θe) + PVN)El significado de estas correcciones se ve mejor con una pequeña transformación y calculando GPexc:

⇒ GPexc = (Pst {fo,orient (1 - η)} + (Po – Hir (θe - θsky)) (1 - η) + Pi {fQi (1 - η)} ) / (Ht (θr - θe) + PVN)De las expresiones entre { } se ve, que efectivamente se trata de correcciones del porcentaje de gananciasno utilizables (excesivas) dependiendo de su origen: este porcentaje es una magnitud básicamentedinámica en verano y depende de la coincidencia en el tiempo de ganancias excesivas y temperaturasaltas, que el modelo estático de las normas térmicas no puede considerar con suficiente precisión. Porejemplo, la parte de las ganancias internas que ocurre durante las noches, que incluso en verano sonfrescas en esta zona climática, prácticamente no aporta al sobrecalentamiento, lo que explica el valor bajode fQi. Los factores fo,orient asumen diferentes valores en función de la orientación de la ventanas (N, E, S, O)y así consideran diferencias dinámicas entre las orientaciones; el valor para norte fue definido como fo,N = 1para limitar las correcciones a estas diferencias sin modificar las ganancias solares en general. Lasganancias opacas no fueron modificadas, porque corresponden a diferentes orientaciones, incluyendo eltecho, y su dinámica depende mucho del constante de tiempo de los diferentes elementos opacos, quiere

26

decir del tiempo que el calor demora para atravesar un elemento opaco y que puede variar entre casi 0(techo de "zinc") y muchas horas (muro grueso y pesado). La forma de la curva para η recibió una pequeñamodificación con un factor de corrección fγ:

η = (1 - (fγ GP) a) / (1 - (fγ GP) (a+1)) para (fγ GP) ≠ 1η = a / (a+1) para (fγ GP) = 1

La ventilación nocturna (VN) es esencial para la climatización pasiva en esta zona de clima mediterráneo,pero no es considerada en las normas [DIN EN 832] y [E DIN EN ISO 13790] hechas para calefacción. Elefecto refrigerador de la ventilación nocturna depende fuertemente de la capacidad térmica C de unahabitación o casa, así que la ventilación nocturna fue considerada con una pérdida de calor adicional PVN(promedio diario en W), proporcional a la capacidad térmica C, de la siguiente forma:

PVN = fVN C (C en Wh/K)Los factores de corrección y el constante fVN fueron determinados para obtener un valor máximo para elcoeficiente de correlación r² del análisis de regresión entre los resultados de simulaciones térmicas Gh26o yla relación entre ganancias excesivas y pérdidas térmicas GPexc del cálculo simple de las normas. Losvalores de todos los coeficientes están documentados en la tabla 8 anterior y la función de correlaciónconsta de la figura 25 para la siguiente función:

Gh26o = m0 + m1 GPexc + m2 GPexc² + m3 GPexc³figura 25 Correlación de los grados-hora diarios de calor para diferentes orientaciones

en el mes más caluroso de verano (enero) en Santiago de Chile

0

10

20

30

40

50

60

70

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35"ganancias excesivas" / "pérdidas totales" = GPexc

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

Gh26o/d (N) Gh26o/d (S)Gh26o/d (E) Gh26o/d (O)Gh26o/d (modelo)

El gráfico similar figura 26, que diferencia los mismos puntos de acuerdo con la realización de ventilaciónnocturna, muestra que las desviaciones no están relacionadas con este parámetro, es decir que laventilación nocturna es considerada de forma adecuada en el modelo. En cambio se puede observar quelos mayores problemas de confort son relacionados con la falta de ventilación nocturna, tanto por el criteriode los grados-hora diarios de calor como por el criterio de la relación entre ganancias excesivas y pérdidastotales. De forma análoga se puede observar en la figura 25 que la orientación no está relacionada con lasdesviaciones, pero los mayores problemas de sobrecalentamiento corresponden a casas con orientacióneste y oeste, que por eso no es aconsejable.

27

figura 26 Correlación de los grados-hora diarios de calor sin y con ventilación nocturnaen el mes más caluroso de verano (enero) en Santiago de Chile

0

10

20

30

40

50

60

70

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35"ganancias excesivas" / "pérdidas totales" = GPexc

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

Gh26o/d (con vn) Gh26o/d (modelo) Gh26o/d (sin vn)

A diferencia de otros modelos simples de diseño elaborados para zonas climáticas en Europa y Alemania,con el método aquí presentado se puede estimar los grados-hora diarios de calor en verano y no solamenteel número de horas con temperaturas excesivas como con el “Method 5000” en [Goulding 1992] y una solafunción de correlación contiene todos los casos.El coeficiente de correlación r² entre los valores GPexc del cálculo simple y los resultados de lassimulaciones exactas Gh26o es muy bueno con un valor de 0,9814 por eso la estimación de los Gh26osolamente tiene un error estándar de1,98Kh/d, lo que para un valor medio de Gh26o de 40Kh/d correspondea solo 5% de discrepancia.2.4.7 Calificación del diseño térmico por las condiciones de confort térmicoLa calificación del diseño térmico en la tabla 9 partió por la evaluación de la reducción relativa del disconforttérmico en verano e invierno en comparación con el máximo posible en invierno y el máximo encontrado enlas simulaciones de verano. A partir de eso se llegó a la calificación del diseño térmico entre pasivo, cuandoel diseño compensa prácticamente por completo los efectos del clima, hasta simplemente insuficiente,cuando las condiciones interiores son iguales o incluso peores (en verano) que la intemperie. Para dar unejemplo: más de 40Kh/d de sobrecalentamiento en verano significan 13 horas diarias con más de 29°C,bastante superior a la temperatura exterior; la distribución en solo 13 horas es realista, porque por la nochebaja la temperatura en una casa con la ventilación y por las temperaturas exteriores bajas.

tabla 9 Calificación del diseño térmico por las condiciones de confort térmicoperíodo

(invierno)frío eficiencia en la

reduccióncalificación

delcalificación de las

condicionesperíodo(verano)

caluroso

GPeff Gh19o/d(Kh/d)

del disconforttérmico

diseñotérmico

de confort térmico Gh26o/d(Kh/d)

GPexc

> 0,95 < 15 > 95% pasivo seguro / muy buenas < 4 < 0,0080,9 - 0,95 < 30 90% – 95% bueno bueno < 8 0,008 – 0,0150,8 – 0,9 < 60 80% – 90% aceptable pocos problemas < 15 0,015 – 0,0250,5 – 0,8 < 150 50% – 80% mejorable problemas seguros < 40 0,025 – 0,130

< 0,5 > 150 < 50% insuficiente problemas grandes > 40 > 0,130

28

Las calificaciones de confort y las recomendaciones para GPeff y GPexc consideran también el rango devariabilidad y la inseguridad en la estimación de los valores exactos de las simulaciones térmicas a travésdel cálculo simple como se las puede observar en figura 23, figura 24, figura 25 y figura 26.Hay que tener en cuenta que una casa puede recibir calificaciones diferentes en verano e invierno y que undiseño simplemente bien hecho y manejado puede alcanzar condiciones por lo menos buenas en verano,mientras que en invierno un diseño pasivo o bueno exige también un esfuerzo económico, especialmentepara el mejor aislamiento térmico, como se puede observar en los ejemplos de los capítulos 3.1 y 3.3.

Como resumen se propone para una casa bien diseñada y económicamente accesible:♦ en invierno, un valor de GPeff entre 0,9 y 0,95 es recomendable, tomando en cuenta las reducidas

exigencias de confort en Chile y porque las temperaturas más bajas típicamente ocurren por la mañanaantes de la salida del sol, cuando temperaturas inferiores a 19°C son más aceptables;

♦ en verano, un valor de GPexc inferior a 0,008 es recomendable y alcanzable, considerando que latemperatura máxima de 26°C debería ser excedida solamente en pequeña medida en una casa usadadurante el día.

2.4.8 Resumen de las aplicaciones posibles de las herramientas de cálculoEl los capítulos anteriores se presentó herramientas novedosas de cálculo, que permiten la estimación delconfort térmico a través de la correlación entre las características térmicas básicas de una casa, calculadasde forma simple, y las condiciones de confort descritas por los grados-hora diarios de calor o frío. Estasherramientas pueden ser utilizadas de diferentes formas:1. Para su destino original – la estimación de las condiciones de confort térmico:

♦ en las primeras fases de diseño con una estimación aproximada de las características térmicasbásicas del diseño (Ht, C y Pg) para obtener una primera idea de los niveles necesarios ymejoramientos recomendables;

♦ en fases más avanzadas del diseño con un cálculo simple completo para evaluar, si el tamaño y lacalidad de los elementos de construcción previstos en un diseño son suficientes para alcanzar lascondiciones de confort deseadas (p. ej. tamaño de ventanas, niveles de aislamiento térmico);

♦ como herramienta inicial para la concepción de estudios paramétricos detallados con simulacionestérmicos de un diseño complejo; esto facilita aumentar considerablemente la eficiencia de lassimulaciones y así permite economizar tiempo;

♦ como una herramienta simple para estudios paramétricos de estudiantes.2. Para formular recomendaciones de diseño:

♦ las herramientas de estimación de confort térmico permiten recomendaciones cuantitativas de diseñoen términos de la relación entre ganancias efectivas y pérdidas térmicas GPeff para el invierno y de larelación entre ganancias excesivas y pérdidas térmicas GPexc para el verano (ver capítulo 2.4.7);

♦ estos recomendaciones son presentadas en el capítulo 3.2 basados en las características térmicasdel diseño y los parámetros del cálculo térmico;

♦ se puede analizar los resultados de las simulaciones con gráficos que diferencian los puntos deacuerdo con diferentes parámetros y características de diseño como en los gráficos anteriores: p. ej.se puede observar fácilmente que en invierno la orientación norte obtiene las mejores gananciassolares y condiciones de confort, mientras que en verano se puede observar los grandes problemasque causan las orientaciones este y oeste, que por eso no son recomendables (ver capítulos 2.4.5 y2.4.6).

Estas aplicaciones pueden ser útil tanto para el proceso de diseño mismo como para futuras extensionesde normas térmicas, especialmente con respecto a casas pasivas y el confort térmico en verano.

3. Para una mejor comprensión del diseño pasivo:♦ las características térmicas básicas de un diseño pasivo son descritas por los parámetros primarios,

que todavía dependen del tamaño de un espacio habitado:⎯ el coeficiente de pérdidas totales de calor Ht en W/K;⎯ la capacidad térmica C en Wh/K;⎯ las ganancias térmicas totales Pg en W.

♦ las características térmicas básicas de un diseño pasivo pueden ser comprendidas a través de losparámetros secundarios identificados aquí, que son combinaciones de los anteriores y universalespor ser independientes del tamaño de un espacio habitado:⎯ el constante de tiempo τ (= C/Ht) en horas mide la velocidad con la cual una casa se calienta o

enfría;⎯ el factor de utilización η como porcentaje mide la eficiencia de la utilización de las ganancias

solares e internas, respectivamente la parte complementaria (1 - η), que causa elsobrecalentamiento;

⎯ la relación entre ganancias y pérdidas térmicas GP = Pg/(Ht(θr − θe) es el indicador relevante para

29

la magnitud relativa de las ganancias;⎯ en invierno, la relación entre ganancias efectivas y pérdidas térmicas GPeff = (θi - θe)/(θr - θe) mide

el promedio del aumento relativo de la temperatura interior en comparación con el aumentonecesario para condiciones perfectas de confort térmico;

⎯ en verano, la relación entre ganancias excesivas y pérdidas térmicas GPexc mide la cantidadrelativa de las ganancias excesivas de calor y con eso indica el riesgo de sobrecalentamiento.

30

3 Recomendaciones de diseño pasivo

3.1 Recomendaciones de diseño por aspecto constructivo para la zona central de ChileEn éste capítulo se muestra la variación del comportamiento térmico en función de los aspectosconstructivos más importantes para facilitar el entendimiento de las recomendaciones de diseño. Elcomportamiento térmico se caracteriza aquí a través de los grados-hora diarios de calor en verano (valorespositivos, diciembre hasta febrero) y de los grados-hora diarios de frío en invierno (valores negativos, mayohasta septiembre; las escalas en los gráficos para calor y frío son diferentes y variables). En ambasestaciones del año, los mejores diseños son aquellos, cuyos valores se aproximan más al cero, porque ladistancia del cero corresponde al grado de disconfort térmico. Se seleccionó casos correspondientes de lassimulaciones térmicas realizadas para la elaboración de las herramientas de cálculo, así que cada punto enlas figuras de este capitulo corresponde al promedio de varios diseños que comparten el aspectoconstructivo indicado. Así las tendencias y las variaciones mostradas en cada figura o grupo de figuras sonmás significativas y universales que comparaciones paramétricas donde se comparan solamente diseñosúnicos. En cada figura, lo importante es la tendencia de la variación y la diferencia entre diferentes diseñosbásicos, mientras que para un valor absoluto sería necesario realizar el cálculo del caso específico.

Si no hay otra indicación con la figura, aquí se compararán tres tipos de construcciones básicas:1. casas de tabique (muro tabiquería, con paneles huecos y estructura de madera), sin aislamiento

térmico con muros internos de tabique y piso de cemento: construcción liviana;2. casas de tapial (tierra apisonada) con muros internos de tabique y piso de cemento: construcción

pesada (nota: térmicamente el adobe se comporta igual al tapial si la densidad de la tierra es igual);en estos dos casos y el de ladrillo, el techo considera 80mm de aislamiento térmico; casas con y sinsombreamiento móvil y ventilación nocturna en verano son consideradas; las ventanas pueden ser“pequeñas”, “normales” o ”grandes”, realizadas como ventana simple o doble; las infiltraciones de airepueden ser de 1, 2 o 4 cambios por hora.3. casas pasivas corresponden a un diseño mejorado con muros de tapial aislado exteriormente, muros

internos de tabique y piso de cemento; el techo considera 150mm de aislamiento térmico; las casaspasivas siempre consideran sombreamiento móvil y ventilación nocturna en verano; las ventanas puedenser ”grandes” o “máximas”, realizadas como ventana doble o doble con una superficie de baja emisividadinfrarroja, lo que reduce aún más las perdidas térmicas; las infiltraciones de aire puede ser de 0,5 o 1cambio por hora.

Las ganancias internas de calor son consideradas con 5W/m², la orientación de la fachada exterior puedeser Norte, Este, Oeste o Sur. Por la consistencia de los diseños, no siempre fueron consideradas todas lascombinaciones teóricamente posibles. Las simulaciones fueron seleccionadas del conjunto usado para lasherramientas de cálculo, así que mayores detalles constructivos se encuentran en el capítulo 2.4.1.

En las dos figuras siguientes se analiza el comportamiento térmico en función del coeficiente de pérdidastotales, que suma las pérdidas por la envolvente y por ventilación.La figura 27 muestra el comportamiento térmico en función del aislamiento térmico de la envolvente paracasas de diferentes orientaciones con protección solar y ventilación nocturna en verano; las ventanas aquíson de tamaño normal y simples, respectivamente ventanas grandes dobles en el caso de la casa pasiva.La gran importancia del aislamiento del techo para el confort térmico llama la atención en verano: la causason las grandes ganancias solares no deseables de un techo de poca inclinación sin aislamiento térmico,que recibe gran cantidad de radiación solar en verano y traspasa esa energía excesiva al interior. Elaislamiento térmico tiene poco y además ambiguo efecto en el confort térmico en verano, porque un mejoraislamiento puede impedir que el exceso de ganancias térmicas es transportado al exterior (especialmentedurante el día), pero también puede reducir ganancias térmicas no deseadas a través de elementos opacos,especialmente el techo. El efecto neto depende del nivel de referencia y de los detalles de la variación detemperatura durante el día. Por eso, el mejoramiento menor de la casa de tabique a la casa de ladrillo y detapial en verano se explica también por la capacidad térmica creciente, que es importante en esta estación(ver figura 33).En invierno, las condiciones de confort térmico siempre mejoran de forma proporcional a la reducción de laspérdidas de calor con el material de los muros y el aislamiento térmico adicional.Así los niveles de aislamiento térmico deben ser aumentados de acuerdo con las necesidades de invierno –en los momentos de sobrecalentamiento existe la alternativa más flexible de aumentar las pérdidas de calorpor ventilación de forma selectiva y más adecuada.La figura 28 muestra la importancia de la ventilación: solamente en verano, la ventilación nocturna esconsiderada con 10 cambios de aire por hora desde las 20 hasta las 6 horas (hora solar). En las casas detabique y de tapial, la tasa constante varía de 1 a 2 a 4 cambios de aire por hora; en la casa pasiva, quedebería contar con ventanas de mejor hermeticidad, la tasa constante varía de 0,5 a 1 a 4. La mejor

31

estrategia en verano es la ventilación nocturna y bajo esta condición un aumento de las infiltracionesgenerales tiene solamente un pequeño efecto negativo por la entrada de aire caliente durante el día. En unacasa con un coeficiente de pérdidas térmicas relativamente alto como la de tabique y de tapial (conventanas simples), la variación de la ventilación constante en verano hace poca diferencia. En el caso de lacasa pasiva con un coeficiente muy bajo, un aumento de la ventilación constante por lo menos permitecompensar este coeficiente bajo en verano y eliminar el excedente de ganancias térmicas. Obviamente laestrategia más recomendable sería un aumento selectivo de la ventilación – la ventilación nocturna. Eninvierno la situación es más simple: un aumento de la tasa de ventilación siempre aumenta las pérdidas decalor y con eso empeora las condiciones de confort. Este efecto es especialmente dramático en la casapasiva, donde se perdería casi todo el efecto del mejor aislamiento por una falta de hermeticidad o de cierrede las ventanas y puertas.

figura 27 Aislamiento térmico

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

ningúnaislamiento

techo aislado techo y muroaislado

casa pasiva

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Casa de tabique (ver.) Casa de ladrillo (ver.)Casa de tapial (ver.) Casa de tabique (inv.)Casa de ladrillo (inv.) Casa de tapial (inv.)

figura 28 Tasas y estrategias de ventilación

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

vent. baja ynocturna

vent. alta ynocturna

vent. bajaconst.

vent. altaconst.

vent. muyalta const.

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Casa de tabique (ver.) Casa de tapial (ver.)Casa pasiva (ver.) Casa de tabique (inv.)Casa de tapial (inv.) Casa pasiva (inv.)

32

figura 29 Estrategias de climatización pasiva en verano

0

10

20

30

40

50

60

sin ventilación nocturnay protección s.

con ventilaciónnocturna, sin protección

s.

sin ventilación nocturna,con protección s.

con ventilaciónaumentada y protección

s.

con ventilación nocturnay protección s.

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

Casa de tabique, piso liviano (ver.) Casa de tabique (ver.) Casa de tapial (ver.) Casa pasiva (ver.)

En la figura 29 se analiza las estrategias de climatización pasiva en verano y el papel importante de laventilación en eso. La medida más importante en verano es la protección solar, especialmente en lasfachadas que reciben altos índices de radiación solar en verano (ver figura 19). Incluso en los diseños quecuentan con una capacidad térmica suficiente, o sea con por lo menos un elemento grande pesado, elsombreamiento solo es más eficiente que la ventilación nocturna sola. Solo después de introducir unabuena protección solar corresponde pensar en una adecuada ventilación nocturna para perfeccionar lascondiciones de confort. La estrategia de ventilación nocturna es bastante simple: En épocas de veranoconviene aumentar las tasa de ventilación siempre cuando la temperatura interior es más alta que latemperatura exterior. La manera más eficiente es la ventilación cruzada entre lados opuestos de la casa ycon aberturas internas, que permiten el paso de las corrientes de aire fresco. Pero también se puede pensaren extractores de aire (adicionales) o incluso algún extractor de aire con ventilador eléctrico de bajoconsumo, si no hay otra alternativa. La ventilación nocturna es especialmente importante en una casapasiva que por su buen aislamiento térmico no puede liberarse de las ganancias solares (e internas)excesivas salvo por ventilación. La ventilación nocturna pierde su efecto cuando falta capacidad térmicapara absorber el excedente de calor durante el día para liberarlo después durante la noche – eso se veclaramente en la casi nula diferencia de sobrecalentamiento con o sin ventilación nocturna en la casa detabique con piso liviano, tanto sin como con protección solar. En una casa sin capacidad térmicasignificativa (o sea sin elementos pesados), la mejor estrategia de ventilación es una ventilación constanteaumentada (4 cambios por hora aquí). No obstante, una casa demasiado liviana no puede ofrecercondiciones de confort térmico en verano en este clima caluroso y muy asoleado.La figura 30, figura 31 y figura 32 en lo siguiente representan algunos valores típicos para el coeficiente depérdidas totales Ht, la capacidad térmica C y el constante de tiempo τ resultante. Los valores correspondena los casos analizados en este capitulo y fueron calculados como descrito en el capítulo 2.4.2.

33

figura 30 Valores típicos:coeficiente de pérdidas totales Ht

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ningúnaislamiento

techo aislado techo y muroaislado

casa pasiva

coef

icie

nte

de p

érdi

das

tota

les

de c

alor

(W/K

)

Casa de tabique Casa de ladrillo Casa de tapial

figura 31 Valores típicos:capacidad térmica C

0

500

1000

1500

2000

piso liviano piso pesado,muros internoslivianos, dos

fachadas

piso pesado,muros internos

livianos

piso y murosinternos pesados

capa

cida

d té

rmic

a (W

h/K

)

Casa de tabique Casa de ladrillo Casa de tapial

Las diferencias de pérdidas totales en los casos sin aislamiento en los muros corresponden a lasdiferencias de la transmitancia térmica de los muros, en el caso de los muros aislados, el espesor delaislamiento había sido calculado para obtener la misma transmitancia. La pequeña diferencia de capacidadtérmica entre las casas de tabique y de tapial con muros internos pesados es resultado de las ventanasgrandes en la casa de tapial que efectivamente deja poca superficie de tapial externo aquí. Una constantede tiempo muy buena solamente es posible con una combinación de gran capacidad térmica y bajaspérdidas térmicas, el puro aumento de la capacidad térmica no es suficiente.En estas figuras, las ventanas fueron consideradas con tamaño normal y como ventana simplerespectivamente tamaño grande y ventana doble en la casa pasiva. Ventanas más grandes reducen lacapacidad térmica levemente por la reducción de superficie de muro externo y normalmente aumentan laspérdidas de calor por las mayores pérdidas térmicas de ventanas en comparación con la parte del muroexterior que ellos sustituyen. De eso resultaría una constante de tiempo un poco más pequeña. Pero estosefectos son menores. El tamaño de una habitación o cuarto también modifica estos valores al cambiar larelación entre las superficies de elementos pesados y el volumen. En caso de necesidad de mayorprecisión, los valores pueden ser calculados como descrito antes o con las herramientas incluidas enplanilla de cálculo.figura 32 Valores típicos: constante de tiempo τ = C / Ht

0

10

20

30

40

50

60

sin masa térmica(tabique)

piso pesado(tabique)

piso y murosexternos pesados

(ladrillo)

piso y murosexternos pesados

(tapial)

piso y murosinternos pesados

(tabique)

casa pasiva:piso y muros

pesados (tapial)

cons

tant

e de

tiem

po (h

)

ningún aislamiento techo aislado techo y muro aislado

34

figura 33 Capacidad térmica y masa térmica

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

sin masa térmica(tabique)

piso pesado(tabique)

piso y murosexternos pesados

(ladrillo)

piso y murosexternos pesados

(tapial)

piso y murosinternos pesados

(tabique)

casa pasiva:piso y muros

pesados (tapial)

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

sin aislamiento externo (ver.) con aislamiento externo (ver.)

sin aislamiento externo (inv.) con aislamiento externo (inv.)

El efecto de la masa y capacidad térmica se analiza con más detalle en la figura 33: Todos los casoscomparados incluyen ventilación nocturna en verano con diferentes orientaciones, tipos y tamaños deventanas. Las casas sin masa térmica son de tabique con piso liviano de madera, las de piso pesado (decemento sobre tierra) son de tabique, los muros pesados son de tapial y los muros internos pesados deadobe parado; la casa pasiva además tiene mejor aislamiento térmico y mejores ventanas. Tanto en veranocomo en invierno es importante contar con por lo menos un elemento pesado de gran superficie, p. ej. elpiso, para alcanzar un nivel razonable de capacidad térmica. Un aumento más allá de eso tiene efectospositivos pero en menor grado. El papel de la capacidad térmica consiste en reducir la variación detemperaturas internas entre día y noche. En verano eso evita extremos de temperatura por la tarde y es labase del funcionamiento de la ventilación nocturna. En invierno – más exacto la época fría – la capacidadtérmica permite almacenar las ganancias solares del día para mantener una temperatura agradable a partirdel final de la tarde cuando la temperatura exterior baja con la desaparición del sol. De otra forma lasganancias solares pueden llevar al rápido sobrecalentamiento, especialmente en días asoleados sin muchofrío durante el día (primavera y otoño). Como consecuencia las ganancias excesivas son eliminadas através de un aumento de la ventilación, cuando la temperatura del aire interior sobrepasa el límite de 26°C yasí son perdidas. Este efecto fue considerado en todas las simulaciones aquí y se transforma en lareducción del factor de utilización en casas con poca capacidad térmica y constante de tiempo pequeño.

tabla 10 Tamaño relativo de ventanas (una habitación de una casa) Tamaño relativo a la superficie de fachada relativo a la superficie de piso pequeño 14% (2 fachadas externas) 20% normal 25% (1 fachada externa) 20% grande 50% (1 fachada externa) 40% máximo 82% (1 fachada externa) 65%Los números en esta tabla solamente tienen carácter informativo de acuerdo con los costumbres dearquitectura. El desarrollo y análisis de los métodos de cálculo aquí ha mostrado, que lo más importantepara el comportamiento térmico no es una simple relación de áreas geométricas, sino la relación entre

35

ganancias térmicas y pérdidas térmicas, que además de las áreas depende de las características térmicasde los elementos respectivos (más detalles en el capítulo 3.2).En figura 34 se compara el comportamiento térmico en función de la orientación de las ventanas para trestipos de casas: de tabique, de tapial y pasiva: En invierno, el mejor comportamiento térmico corresponde ala orientación norte; este y oeste son casi iguales y bastante inferiores, mientras la orientación sur causa losmayores problemas de frío. Esta variación corresponde directamente a la cantidad de radiación solar queincide en la fachada de acuerdo con su orientación. En verano, una fachada sur también recibe solamenteuna pequeña cantidad de radiación solar y por eso es poco crítica, pero la fachada norte también recibepoca radiación solar por la gran altura del sol en esta época, incluso menos que la fachada sur en diciembrey enero. Mientras tanto, las fachadas este y oeste reciben grandes cantidades de radiación solar por lamañana respectivamente por la tarde; en el caso oeste además coinciden las altas temperaturas exterioresde la tarde con la incidencia solar, lo que explica su peor comportamiento.

figura 34 Orientación de las ventanas

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Norte Este Oeste Sur

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Casa de tabique (ver.) Casa de tapial (ver.) Casa pasiva (ver.)Casa de tabique (inv.) Casa de tapial (inv.) Casa pasiva (inv.)

figura 35 Tamaño de las ventanas

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

pequeño normal grande máximo

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Casa de tabique (ver.) Casa de tapial (ver.) Casa pasiva (ver.)Casa de tabique (inv.) Casa de tapial (inv.) Casa pasiva (inv.)

En invierno la diferencia entre la casa de tabique y la de tapial es mucho menor que la diferencia de amboscon la casa pasiva: esto se explica por la gran importancia y reducción de las perdidas de calor de la casapasiva, mientras que la capacidad térmica es de menor importancia en invierno. En verano, la casa de tapialmuestra un mejor comportamiento que la casa de tabique debido a su mayor capacidad térmica que esesencial en verano. El comportamiento relativamente desfavorable de la casa pasiva orientada al este yoeste se explica justamente por sus bajas pérdidas de calor, que en verano deberían ser compensadas pormayor protección solar y ventilación. De cualquier forma, la única orientación adecuada para una casapasiva es la norte, para no perder buena parte de los efectos térmicos de las mejoras de diseño. En todoslos diseños, la orientación norte representa el mejor compromiso para las diferentes estaciones del año.En la figura 35 se compara el comportamiento térmico en función del tamaño de las ventanas: En verano, eltamaño de las ventanas aumenta el riesgo de sobrecalentamiento lo que debe ser compensado pormedidas de protección solar y ventilación adecuadas. Esta necesidad se acentúa en diseños con menorespérdidas de calor, especialmente la casa pasiva: mientras que las casas pasivas con ventanas grandesmuestran buen comportamiento térmico en verano gracias a la ventilación nocturna, su gran capacidadtérmica y la protección solar, en el caso de las ventanas de tamaño máximo haría falta un mejoramiento dela protección solar para las orientaciones este y oeste. En la comparación aquí, un aumento del tamaño delas ventanas siempre es favorable en invierno debido a la relativa abundancia de radiación solar en la zonay las temperaturas amenas de invierno. No obstante, en una casa con calefacción o menores gananciassolares por sombreamiento externo, el crecimiento de las pérdidas de calor con grandes ventanas,especialmente simples, limitaría el tamaño máximo de ventanas.La figura 36 muestra este efecto en invierno para casas de tabique y tapial con aislamiento térmico yventanas simples. Las ganancias internas de 10W/m² aquí aumentan la temperatura interior y con eso laimportancia relativa de las pérdidas de calor frente a las ganancias, aunque en menor grado que lo haría lacalefacción. Pasando de una ventana de tamaño normal a ventanas grandes, el gran aumento de laspérdidas de calor entre un muro de tabique aislado y una ventana simple sobrecompensa el aumento de lasganancias solares para todas las orientaciones. La diferencia crece de orientación norte a este / oeste y sur,porque la radiación solar y las ganancias solares disminuyen en este sentido mientras que las pérdidas decalor quedan constantes. En general, las temperaturas amenas de invierno, los altos índices de radiaciónsolar y el nivel normalmente más bajo de aislamiento térmico de los muros permiten mayores ventanas yganancias solares más grandes aquí en comparación con los países del centro y norte de Europa.En verano las ventanas más grandes aumentan los problemas de sobrecalentamiento ya conocidos. No

36

obstante sus pérdidas de calor idénticas, la casa de tapial muestra mejores condiciones de confort, tanto enverano como en invierno. Por eso se puede atribuir esta diferencia a su mayor capacidad térmica, quepermite compensar mejor las variaciones térmicas y aprovechar mejor las ganancias solares.

figura 36 Tamaño de las ventanas:casa de tabique con aislamiento

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Norte Este Oeste Sur

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Ventana normal (ver.) Ventana grande (ver.)Ventana normal (inv.) Ventana grande (inv.)

figura 37 Tamaño de las ventanas:casa de tapial con aislamiento

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Norte Este Oeste Sur

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Ventana normal (ver.) Ventana grande (ver.)Ventana normal (inv.) Ventana grande (inv.)

La figura 38, figura 39 y figura 40 muestran que el uso de ventanas de menores pérdidas de calor multiplicael efecto del aumento de las ganancias solares directas con el tamaño de las ventanas. Comparando losdos gráficos de cada figura se ve el efecto de la calidad de las ventanas – en el caso de las casas pasivasse consideró como calidad mínima las ventanas dobles, en los demás casos las ventanas simples. Lareducción de los problemas de frío con el tamaño es mucho más notable con ventanas dobles (o de bajaemisividad) que con las ventas más simples. Paralelamente, los problemas de sobrecalentamiento crecenmás rápido con el tamaño con el uso de ventanas de menores pérdidas de calor – pero en este caso existenmedidas selectivas para mantener un buen comportamiento en verano, especialmente sombreamiento yventilación adecuada. Así que un buen comportamiento térmico en invierno exige el uso de ventanas doblescon tamaño suficiente y medidas compensatorias en verano. En el caso de la casa pasiva bien orientada alnorte, la diferencia entre ventanas dobles y ventanas dobles de baja emisividad es pequeña en invierno, asíque las ventanas dobles son suficientes como material local para una casa solar simple en esta región.

37

figura 38 Orientación norte: comparación de ventanas de diferente calidad térmica y tamaño

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

pequeño (N) normal (N) grande (N) máximo (N)

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Casa de tabique, v. simple (ver.) Casa de tapial, v. simple (ver.)Casa pasiva, v. doble (ver.) Casa de tabique, v. simple (inv.)Casa de tapial, v. simple (inv.) Casa pasiva, v. doble (inv.)

-20

-15

-10

-5

0

5

10

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20

pequeño (N) normal (N) grande (N) máximo (N)

grad

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-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Casa de tabique, v. doble (ver.) Casa de tapial, v. doble (ver.)Casa pasiva, v. baja emis. (ver.) Casa de tabique, v. doble (inv.)Casa de tapial, v. doble (inv.) Casa pasiva, v. baja emis. (inv.)

figura 39 Orientación este y oeste: comparación de ventanas de diferente calidad térmica y tamaño

-40-35-30-25-20-15-10-505

10152025303540

pequeño (E, O) normal (E, O) grande (E, O) máximo (E, O)

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

ios

de fr

ío (K

h/d)

Casa de tabique, v. simple (ver.) Casa de tapial, v. simple (ver.)Casa pasiva, v. doble (ver.) Casa de tabique, v. simple (inv.)Casa de tapial, v. simple (inv.) Casa pasiva, v. doble (inv.)

-40-35-30-25-20-15-10-505

10152025303540

pequeño (E, O) normal (E, O) grande (E, O) máximo (E, O)

grad

os-h

ora

diar

ios

de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

grad

os-h

ora

diar

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de fr

ío (K

h/d)

Casa de tabique, v. doble (ver.) Casa de tapial, v. doble (ver.)Casa pasiva, v. baja emis. (ver.) Casa de tabique, v. doble (inv.)Casa de tapial, v. doble (inv.) Casa pasiva, v. baja emis. (inv.)

figura 40 Orientación sur: comparación de ventanas de diferente calidad térmica y tamaño

-10

-5

0

5

10

pequeño (S) normal (S) grande (S) máximo (S)

grad

os-h

ora

diar

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de c

alor

(Kh/

d)

-200

-150

-100

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0

50

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grad

os-h

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ío (K

h/d)

Casa de tabique, v. simple (ver.) Casa de tapial, v. simple (ver.)Casa pasiva, v. doble (ver.) Casa de tabique, v. simple (inv.)Casa de tapial, v. simple (inv.) Casa pasiva, v. doble (inv.)

-10

-5

0

5

10

pequeño (S) normal (S) grande (S) máximo (S)

grad

os-h

ora

diar

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de c

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(Kh/

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-200

-150

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0

50

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150

200

grad

os-h

ora

diar

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ío (K

h/d)

Casa de tabique, v. doble (ver.) Casa de tapial, v. doble (ver.)Casa pasiva, v. baja emis. (ver.) Casa de tabique, v. doble (inv.)Casa de tapial, v. doble (inv.) Casa pasiva, v. baja emis. (inv.)

Comparando los tres gráficos izquierdos (o derechos) entre ellos, se ve claramente el efecto de laorientación: de nuevo se confirman las desventajas de la orientación este y oeste en verano (¡ver escalaizquierda!). La orientación norte de lejos ofrece el mejor comportamiento en invierno, mientras que ni unacasa pasiva de muy buen aislamiento y capacidad térmica puede funcionar bien cuando está mal orientadaal sur.Comparando los diferentes tipos constructivos en cada figura, se puede concluir:♦ en algunos casos una casa de tabique puede ofrecer condiciones mínimas de confort en verano gracias

a la capacidad térmica de su piso pesado (ver también figura 33) cuando además cuenta conorientación, protección solar y ventilación adecuadas (ver también figura 29). Pero por su falta de

38

aislamiento térmico nunca puede ofrecer condiciones satisfactorias de confort térmico en invierno, nicuando cuenta con ventanas dobles y orientación norte;

♦ la casa de tapial muestra variaciones de confort térmico paralelas a la casa de tabique, pero siempre secomporta mejor gracias a sus menores pérdidas de calor por los muros y su mayor capacidad térmica;

♦ la casa pasiva en las orientaciones este, oeste y sur sirve de ejemplo como una mala orientación puedearruinar los efectos térmicos incluso de un muy buen diseño térmico. En su orientación norte correcta, lacasa pasiva con sus muros aislados, gran capacidad térmica y mejor calidad de ventanas muestra uncomportamiento casi perfecto, especialmente con ventanas dobles máximos o ventanas grandes de bajaemisividad.

Las ganancias solares son directamente proporcional a la cantidad de radiación solar que reciben (verfigura 19) y a su superficie. Sombreamiento y ventanas de menor transparencia (p. ej. ventanas doble)pueden reducirlas. Como se vio, si un aumento del área de ventanas realmente es favorable para el conforttérmico en invierno, depende de varios factores y de su efecto en conjunto, siendo los más importantes:♦ la diferencia de pérdidas de calor entre ventanas y muros;♦ la calidad térmica de las ventanas (pérdidas y transmisión);♦ la radiación solar disponible (orientación, sombreamiento, periodo del año, clima)♦ el nivel ya alcanzado de ganancias solares y otras fuentes de calor (internas, calefacción), que elevan la

temperatura interna e incrementan la importancia relativa de las pérdidas de calor;♦ el nivel general de pérdidas de calor de la casa (influye el nivel de temperatura interna)♦ la capacidad térmica, que permite el aprovechamiento efectivo de las ganancias solares por la noche.

Por eso, los gráficos y explicaciones aquí sirven para dar una indicación cualitativa de la influencia de losdiferentes factores. Una respuesta definitiva en un diseño específico solamente es posible a través de uncálculo como descrito en el capítulo 2.4 o con simulaciones térmicas.La siguiente tabla ofrece un resumen de los tipos de casas consideradas en este manual. Un diseño térmicobien equilibrado no debería tener diferencias de calificación mayor que uno en sus aspectos de capacidadtérmica y aislamiento térmico, siendo la capacidad térmica más importante en verano y el aislamiento másimportante en invierno. También debe existir un equilibrio de los niveles de aislamiento térmico en losdiferentes partes de la envolvente – p. ej. no hace mucho sentido poner ventanas dobles en una casa sinaislamiento térmico en el techo / cielo. Con estos dos aspectos de diseño se puede crear las condicionesbásicas para niveles de confort térmico de acuerdo con las calificaciones en la tabla. Estas condiciones sepueden concretizar solamente observando también las recomendaciones con respecto a la protección solaren verano, la disponibilidad de ganancias solares en invierno y la ventilación adecuada en todas las épocasdel año.

tabla 11 Tipos de casas por nivel de aislamiento térmico y capacidad térmicaaislamiento térmico

capacidadtérmica

insuficiente(ningún aislamiento,

ventana simple)

mejorable / aceptable(techo aislado,

ventana simple o mejor)

bueno(techo y muros aislados,

ventana doble)

muy bueno(techo y muros bien

aislados,ventana doble o mejor)

insuficiente(piso y muroslivianos)

- tabique con pisoliviano

- tabique con piso liviano - -

aceptable(piso pesado)

- tabique - tabique - tabique aislado - tabique bien aislado

buena(piso y algunosmurospesados)

- tabique con murosinternos pesados,- ladrillo (depende delespesor / área),- tapial

- tabique con murosinternos pesados,- ladrillo (depende delespesor / área),- tapial

- tabique aislado conmuros internos pesados,- ladrillo aislado,- tapial

- tabique bien aislado

muy buena(piso y murosexternos einternospesados)

- ladrillo,- tapial

- ladrillo,- tapial

propuesta de prototipo detapial liviano conventanas dobles

casa pasiva de tapialaislado

Indicaciones más cuantitativas se encuentran en el capítulo 2.4.7, recomendaciones más detalladas en elcapítulo 3.2 y la comparación de casas completas con otros elementos de climatización pasiva en elcapítulo 3.3.

39

3.2 Estrategias y recomendaciones sistemáticas de diseño pasivoPara la zona central Chilena se elaboró recomendaciones de diseño pasivo, tanto en base a la literatura([Bansal 1994], [Cárcamo 1995] e otros en las referencias bibliográficas), el análisis del clima de esta zona(ver capítulo 2.2.1) como fundamentadas en trabajos propios anteriores con métodos tradicionales dediseño y simulaciones térmicas para un estudio de caso, estudios paramétricos y el desarrollo de lasherramientas de cálculo para la estimación del confort térmico descrito antes (ver [Müller 1997], [Müller1998], [Müller, Noviembre 1998], [Müller 2000], [Müller, Abril 2001], [Müller, Noviembre 2001]).La figura 41 muestra ejemplos de la importante función de los factores de utilización η para invierno (a0 = 0)y verano (a0 = 0,4; GP incluye fγ) para ilustrar las recomendaciones más adelante.

figura 41 Comparación de factores de utilización η en función dela relación ganancias / pérdidas GP y del constante relativo de tiempo: τ / τ0

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 1 2 3 4 5 6 7constante relativo de tiempo τ / τ0

fact

or d

e ut

iliza

ción

η

factor de utilización (GP=0,2; ao=0,4)factor de utilización (GP=0,2; ao=0)factor de utilización (GP=1; ao=0,4)factor de utilización (GP=1; ao=0)factor de utilización (GP=2; ao=0,4)factor de utilización (GP=2; ao=0)

Las “herramientas de cálculo...” no solo sirven para la “estimación del confort térmico en verano e invierno”pero también permiten identificar con claridad las características constructivas que son las más importantesen cada época del año para alcanzar buenas condiciones de confort térmico:♦ En todas las épocas del año es importante obtener un factor alto de utilización η de las ganancias

internas y solares. Esto implica una constante de tiempo τ lo suficientemente alta, dependiendo de larelación entre ganancias y pérdidas térmicas GP, siendo que una GP mayor, con ganancias altas enrelación a las pérdidas, exige una constante de tiempo τ más grande también y por consiguiente unacapacidad térmica mayor (en relación con las perdidas, porque τ = C/Ht). La figura 41 muestra estarelación, que es aplicable tanto para el verano como para el invierno, porque se usa la constante relativode tiempo (τ / τ0), que lo hace independiente del valor específico de τ0.

♦ En el periodo frío es importante maximizar la relación entre ganancias y pérdidas térmicas GP,aumentando las ganancias y reduciendo las pérdidas de forma equilibrada. Un alto factor de utilización ηcon una capacidad térmica grande permite entonces aprovechar y conservar bien las gananciastérmicas.

♦ En el periodo caluroso es importante minimizar la relación entre ganancias y pérdidas térmicas GP,reduciendo las ganancias y aumentando las pérdidas térmicas de forma equilibrada. Un alto factor deutilización η ayuda a reducir las ganancias no utilizables y así a evitar el sobrecalentamiento. Una forma

40

especialmente eficiente para aumentar las pérdidas de calor (mejor dicho: eliminar los excesos de calor)representa la ventilación nocturna.El aislamiento térmico en general tiene efectos reducidos y ambiguos en verano y eso depende de ladinámica del uso y del diseño: por un lado, un mejor aislamiento térmico (introducido para el invierno)aparentemente aumenta la relación entre ganancias y pérdidas térmicas GP en verano, pero eso puedeser compensado por mayor ventilación. Al otro lado, el sol calienta las superficies externas y un mejoraislamiento térmico reduce el flujo de esta energía no deseada al interior. Esto es especialmenteimportante para el techo, que dependiendo de su inclinación recibe la mayor intensidad de radiaciónsolar, y en las fachadas este y oeste que vienen en segundo lugar de radiación solar. Comoconsecuencia, se debe ajustar el aislamiento térmico a las necesidades de invierno, porque otrosaspectos son más importantes en verano.

Cuando el/la diseñador/a de una casa utiliza las recomendaciones de diseño y herramientas presentadasaquí, es importante, que tenga presente un concepto general del funcionamiento energético de la casa yde los flujos de energía variables en el transcurso de cada día y de las diferentes estaciones del año. Nodebe olvidarse de la síntesis (el balance energético como descrito en el capítulo 2.4.2) optimizando detallesconstructivos aislados, porque lo esencial es un buen equilibrio entre los elementos de diseño pasivos yentre las estaciones del año: p. ej. no hace sentido aumentar demasiado las ganancias solares pasivas eninvierno si no hay capacidad térmica suficiente para almacenarlas para la noche; no es suficiente reducir laspérdidas de calor en una casa pasiva extremamente, si no existe un nivel razonable de ganancias pasivaspara conservar – o se aumenta las ganancias solares o en último caso se precisa de una calefacciónauxiliar, cuya energía se aprovecha de forma más eficiente con las pérdidas reducidas. Elementos pasivosque aumentan las ganancias solares en invierno (e. g. muro Trombe, invernadero, grandes ventanas)exigen una adecuada protección solar en verano para evitar un sobrecalentamiento no deseado.

tabla 12 Grado de influencia de elementos constructivos en las características térmicas básicas(grado de influencia: determinante – importante – poca – nula)

característica térmica Elemento / Aspecto pérdidas de calor Ht capacidad térmica C ganancias de calor Pg

muros externos - material determinante determinante pocamuros externos - aislamiento determinante poca pocamuros internos - material nula determinante nulapiso - material importante determinante nulacolores externos nula nula poca (solo techo sin

aislamiento en verano)colores internos nula nula pocatecho - aislamiento determinante nula verano: importante

invierno: pocaventanas – orientación nula nula determinanteventanas – tamaño importante poca determinanteventanas – tipo(simple, doble, baja emisividad)

determinante nula importante

ventanas – protección solar nula nula determinantemuros – protección solar nula nula pocaforma - compacidad(cuadrado, rectangular etc.)

importante poca muros: pocaventanas: importante

forma - orientación del eje más largo nula nula muros: pocaventanas: importante

ventilación determinante nula verano: importanteinvierno: poca

ganancias de calor internas nula nula pocamuro Trombe poca importante

(como muro)importante

invernadero adosado importante nula importante

Más allá del modelo simplificado (de las herramientas y normas), en el verano de esta zona climática degrandes variaciones diarias de temperatura es muy importante la dinámica del flujo de energía, porque p. ej.una alta ventilación en horas de la tarde normalmente significa una ganancia no deseada de energía parauna casa por la temperatura exterior más alta, mientras que por la noche la ventilación significa una pérdidade energía para la casa – las horas exactas de cada periodo dependen de la relación variable entre lastemperaturas interiores y exteriores. En esencia, eso es más un problema y una limitación para las normasy el cálculo simplificado que para el usuario, que fácilmente puede ajustar la ventilación de acuerdo con susensación térmica. Lo importante para el diseñador es proveer al usuario de los elementos suficientes para

41

adaptar la casa a sus necesidades, en este caso prever la posibilidad de ventilación cruzada con aperturasregulables. En construcciones novedosas o muy extremas en algún aspecto constructivo o de uso,solamente simulaciones térmicas cuidadosas pueden resolver las dudas sobre su comportamiento térmico.En este caso, las herramientas simples y recomendaciones aquí solamente pueden servir como indicador ehipótesis para las primeras fases de diseño y investigaciones más detalladas.Para facilitar el trabajo de diseño, la tabla 12 resume el grado de influencia que tienen los diferentesaspectos constructivos en las características térmicas básicas del diseño - Ht, C y Pg. Esto permiteidentificar los aspectos constructivos que hay que considerar con prioridad para mejorar una característicaespecífica. Además identifica que tipo de influencia ejerce cada aspecto constructivo. Esta evaluaciónconsidera la variabilidad e importancia en el diseño arquitectónico, lo que no siempre es lo mismo como lateoría física; p. ej. las ganancias internas (por equipos y personas) son importantes en el balanceenergético, pero en una vivienda no son variadas en función del comportamiento térmico (al otro lado, en unedificio de oficinas es posible y conviene economizar energía para reducir las ganancias excesivas enverano). El nivel del aislamiento térmico del piso también determina la transmisión de calor, pero dependefuertemente del espesor de los muros y la forma en planta; además no conviene considerar un aislamientodel piso en esta zona por razones económicas y los beneficios de la capacidad térmica del subsuelo enverano.

Un buen funcionamiento de las estrategias de climatización pasiva recomendadas en este manual exige lapresencia y buena combinación de ciertos aspectos constructivos, diferentes en cada caso. Además unaestrategia escogida para una época del año normalmente exige medidas compensatorias para la otraépoca. Esta interdependencia y el aspecto climático esencial para el funcionamiento de las estrategiasprincipales son resumidos en lo siguiente:♦ reducción de las pérdidas de calor:

existencia de una época fría;⎯ invierno: aislamiento térmico y ventanas dobles, ventanas y puertas con buena hermeticidad;⎯ compensación en verano: ventilación nocturna y aumento de la ventilación general.

♦ ganancias directas: buena disponibilidad de radiación solar en la época fría;⎯ invierno: ventanas grandes al norte sin sombra, capacidad térmica;⎯ compensación en verano: protección solar.

♦ muro Trombe: buena disponibilidad de radiación solar en la época fría;⎯ invierno: muro Trombe de buena conductividad térmica y capacidad térmica (tapial, ladrillo o

concreto) con vidrio doble orientado al norte sin sombra, muro de espesor adecuado (aprox. 20cm a40cm) con superficie externa negra, aberturas de ventilación al interior regulables;

⎯ compensación en verano: protección solar eficiente; cierre de las aberturas de ventilación al interior.♦ invernadero adosado:

buena disponibilidad de radiación solar en la época fría (deseable pero no imprescindible, porque sirvetambién de espacio tapón);⎯ invierno: ventanas grandes al norte sin sombra, capacidad térmica, conexión térmica con la casa

regulable (puerta / ventana interna, aberturas de ventilación); ventanas externas o internas dobles;⎯ compensación en verano: protección solar eficiente, ventilación nocturna y posible aumento de la

ventilación general en el invernadero.♦ ventilación nocturna:

temperaturas nocturnas frescas (diferencia de temperatura día – noche) en verano;⎯ verano: posibilidad de ventilación cruzada o aumentada por la noche, capacidad térmica;⎯ compensación en invierno: buena hermeticidad de las aberturas de ventilación.

El método de calculo desarrollado y presentado aquí (ver capítulo 2.4) permite el dimensionamiento de loselementos principales de diseño y la estimación de las condiciones de confort térmico para los mesesextremos del año: enero como mes más caluroso del verano y julio como mes más frío de invierno. Si unacasa dispone de elementos suficientes de adaptación térmica para regular sombreamiento y ventilación deacuerdo con las temperaturas de cada día, se puede obtener buenas condiciones de confort térmicoparecidas o superiores a los meses extremos en todas las estaciones del año. El mayor cuidado hay quetener con el sombreamiento fijo, porque este no es adaptable y solamente ofrece protección parcial de laradiación solar difusa. Así no conviene confiar únicamente en este tipo de sombreamiento en verano,porque puede causar problemas de exceso solar en primavera u otoño, cuando el sombreamiento fijo ya esmenos eficiente por la menor altura del sol. Al otro lado un dimensionamiento excesivo del sombreamientofijo puede reducir demasiado las ganancias solares en la época fría, también en días fríos de los meses detransición como abril / mayo o septiembre / octubre cuando el sol ya alcanza mayor altura.

42

En algunos diseños, el mes de febrero puede mostrar problemas de sobrecalentamiento levementesuperiores al mes de enero por causa de la posición solar y la mayor incidencia de radiación solar en lafachada norte.

43

tabla 13 Resumen de recomendaciones de climatización pasiva para la zona central de Chile(los números indican la prioridad relativa para cada estación del año)

Aspecto Periodo Frío Periodo CalurosoIntercambio de calorcon el exterior:• por la envolvente• por ventilación

1 reducir pérdidas de calor:1.1 aislamiento térmico:

1.1.1 cielo / techo1.1.2 muros1.1.3 ventanas dobles (o mejor)

1.2 ventilación adecuada:1.2.1 reducir infiltraciones de aire

en ventanas y entradas1.2.2 de acuerdo con las necesidades

higiénicas (evitar emisión interiordel humo de estufas)

1.3 tamaño de ventanas en función de sucalidad térmica y orientación:mínimo al sur; máximo al norte

1.4 forma:1.4.1 construcción compacta1.4.2 unidades más grandes ofrecen

mejor relación superficie/volumen1.5 protección de vientos fríos:

1.5.1 vestíbulo de entrada1.5.2 vegetación1.5.3 otros elementos construidos

3 aumentar pérdidas de calor:3.1 ventilación / convección:

3.1.1 ventilación nocturna3.1.2 ventilación cruzada3.1.3 aberturas en partes bajas y altas3.1.4 aprovechar vientos frescos

(nocturnos)3.1.5 patio interior (con vegetación o agua)

3.2 conducción: piso sin aislamiento encontacto con el subsuelo

3.3 evaporación:3.3.1 vegetación externa3.3.2 fuentes de agua

(el aislamiento térmico en general tiene efectosreducidos y ambiguos en verano)

Ganancias solarespor superficiesopacas ytransparentes

2 aprovechamiento pasivode la energía solar(con colores no muy clarosen elementos absorbentes):

2.1 ganancias directas:ventanas grandes hacia el norte

2.2 ganancias indirectas:2.2.1 invernadero adosado en la fachada

norte, combinado con capacidadtérmica

2.2.2 muro acumulador omuro Trombe

2.2.3 elementos reflectantes externos

1 protección de la radiación solardirecta y difusa:

1.1 protección solar mediante1.1.1 ventanas al norte: sobretecho +

protección móvil1.1.2 ventanas al este/oeste: protección

móvil (+ sobretecho o prot. vertical),tamaño limitado

1.1.3 ventanas al sur:protección vertical o móvil

1.2 orientación y tamaño de ventanas:1.2.1 preferencialmente al norte1.2.2 limitadas al este y oeste

1.3 colores claros en superficies externas1.4 vegetación de hoja caduca1.5 invernadero en la fachada norte con:

1.5.1 protección solar eficiente (y techoopaco)

1.5.2 aperturas de ventilación en partesinferiores y superiores

5 reducir ganancias de calor:5.1 aislamiento térmico:

5.1.1 cielo / techo (importante)5.1.2 muros (menos importante)

5.2 orientación este - oestedel eje más largo:

5.2.1 fachada norte más grande5.2.2 fachada este/oeste menor

5.3 entretecho ventilado (solo con cielo sinaislamiento térmico)

5.4 colores claros externosAcumulación de calor(inercia térmica)

3 elementos constructivos pesados,especialmente en las partes internasexpuestas a la radiación solar directa:

3.1 el piso3.2 los muros externos e internos

2 compensar variaciones térmicas,aprovechar bajas temperaturasnocturnas con (ventilación nocturna y)elementos constructivos pesados en:

2.1 el piso2.2 los muros externos e internos

Ganancias de calorinternas:personas y equipos

4 aprovechar ganancias internas:a través de la reducción de las pérdidasde calor y de la acumulación de calor

4 reducir ganancias internas con:4.1 iluminación de bajo consumo de energía4.2 equipos de bajo consumo de energía

44

También en invierno en algunos casos junio puede causar problemas de frío un poco más grandes quejulio, aunque es menos frío, porque por causas del clima y la nubosidad hay menos radiación solardisponible en junio. La observación de las ganancias solares y de la relación entre ganancias y pérdidastérmicas en las planillas de cálculo ofrece un indicador para eso, por lo cual todos los meses están incluidosen el cálculo inicial de características térmicas. Los meses de primavera (marzo y abril) y otoño (octubre ynoviembre) son los más variables en la zona climática considerada aquí, así que son difíciles de calcularporque el rendimiento térmico depende de un manejo adecuado y flexible de los usuarios de una casa –usando sombreamiento y ventilación aumentada o nocturna en periodos calurosos y reduciendo sombra yventilación en días frescos. No obstante, en una casa bien diseñada para los meses extremos esto nopresentaría mayores problemas para los usuarios, porque el manejo puede ser realizado de acuerdo con lasensación térmica de forma casi intuitiva.3.3 Comparación de propuestas de diseño pasivo con diseños convencionalesEn este capítulo se compara el comportamiento térmico de algunas propuestas de diseño pasivo y dediseños normales con simulaciones térmicas. Se puede resumir las alternativas, que serán entrecruzadasde varias formas, como sigue:Alternativas de construcción básica:♦ tapial / adobe: liviano (1200kg/m³)), normal (2000kg/m³)), con o sin aislamiento térmico externo;♦ construcción liviana de tabique aislado con muros internos pesados de adobe parado;♦ construcción normal (convencional) de ladrillo o tabique sin aislamiento térmico.Estrategias de climatización pasiva para el verano:♦ protección solar;♦ ventilación (nocturna);♦ normal, sin climatización pasiva pero con mayor ventilación general.Estrategias de climatización pasiva para el invierno:♦ aislamiento térmico (muros, techo y ventanas);♦ ganancias directas (ventanales grandes al norte);♦ muro Trombe;♦ invernadero adosado (ver diseño en figura 44);♦ normal, sin climatización pasiva.

La vivienda simulada tiene un área de 62,72m². La distribución de sus espacios interiores corresponde deforma aproximada a una situación típica y al prototipo previsto. El diseño del modelo no es simplemente deuna construcción típica, sino considera un ”buen diseño térmico”, como p. ej. el sombreamiento y la tierra(tapial) como material estándar. El diseño del modelo estándar y de algunas variantes simuladas, con lafachada vidriada grande orientada hacia el norte (y sin mostrar el techo y el cielo), se muestran en lasfiguras siguientes, generadas con el programa de simulación DEROB-LTH.

figura 42 Casa estándar (muros de tapial), orientación norte: 15.1. - 14hrs y 15.7. - 14hrs

La vista en estos dibujos es desde la posición del sol en las fechas y horas indicadas. La orientaciónindicada se refiere a la orientación de la fachada principal con la ventana grande (aproximadamente, norte

45

es en frente a la izquierda). En estas figuras también se puede observar las condiciones de asoleamiento delas ventanas en invierno y su sombreamiento en verano: solo si una (parte de una) ventana o de un muro esvisible desde la posición solar, recibe su radiación. Los marcos pequeños alrededor de algunas ventanasrepresentan muros gruesos, que pueden sombrear parcialmente las ventanas insertas en su centro. Lasvariantes de diseño simuladas comparten las siguientes características comunes en su orientación norte:♦ piso: 7cm de hormigón sobre 8cm de ripio y 1m de tierra (como modelo);♦ el techo es de fierro galvanizado ("zinc") y el cielo de 1,2cm de yeso - cartón sin o con aislante de

poliestireno expandido encima; el espacio del entretecho está ventilado (2/h) (excepción: propuesta deprototipo sin entretecho);

♦ el sobretecho en la fachada principal norte está calculado de tal forma, que ofrece sombra a lasventanas de la fachada norte en verano y pleno acceso solar en la época más fría del invierno como sepuede verificar en las figuras de la casa estándar para el 15.1. y 15.7..

♦ Cada volumen tiene una sola ventana y no hay ventanas en la fachada sur (excepción: propuesta deprototipo). Las ventanas tienen cortinas cerradas como protección solar móvil de día entre noviembre ymarzo con transmisión 10% y absorción 20%, p. ej. de tela blanca gruesa (con excepción de los diseñosnormales).

♦ El perfil de uso considera ganancias de calor por personas y equipamientos de 15,18kWh/día con un usodiurno (hora solar: 7hrs~22hrs) variable en la sala - cocina grande central y un uso nocturno(18hrs~7hrs) variable en las cuatro habitaciones incluyendo el baño.

♦ La ventilación nocturna es de 10/h (cambios de aire por hora) de 20hrs a 6hrs de diciembre a febrero(excepción: casas normales sin ventilación nocturna);

♦ Los muros internos y externos son pintados de color blanco con 30% de absorción (cielo 20%, piso masoscuro 50%).

♦ En ningún caso se consideró un sistema de calefacción o refrigeración de acuerdo con la finalidad dediseño pasivo en este manual.

Las casas normales corresponden a construcciones normales en Chile sin ningún elemento declimatización pasiva; se caracterizan por:♦ infiltraciones de aire en la casa: 1,5/h en invierno y 3/h en verano, 2/h en el entretecho; sin ventilación

nocturna;♦ orientación variable;♦ sin sombreamiento por un sobretecho;♦ las ventanas tienen cortinas cerradas como protección solar móvil de día entre noviembre y marzo de un

material más simple con transmisión 20% y absorción 30%, p. ej. de tela fina de color claro;♦ el techo es de zinc y el cielo de 1,2cm de yeso - cartón sin aislante;♦ el material de los otros elementos de construcción consta de la tabla 14 más adelante. El muro de ladrillo

considera ladrillos de 1200kg/m³ con 7,1cm de altura y 1,3cm de mortero de cemento; no tiene revoqueexterior como es común en construcciones Chilenas simples.

figura 43 Casa normal, orientación norte: 15.1. - 14hrs y 15.7. - 14hrs

46

Los diseños estándar se caracterizan por:♦ ventanas simples de tamaño medio;♦ orientación norte;♦ ventilación nocturna en verano;♦ el techo es de zinc y el cielo de 1,2cm de yeso - cartón con 80mm de aislante de poliestireno expandido

encima como estándar; este espesor corresponde a la nueva “Ordenanza General de Urbanismo yConstrucciones” en [MINVU 2000].

figura 44 Diseño pasivo – invernadero (frente a la fachada principal): 15.1. - 14hrs y 15.7. - 14hrs

Los invernaderos adosados se caracterizan por:♦ adosado a la fachada norte completa (ver figura 44);♦ con ventanas dobles en su fachada norte (incluyendo una puerta vidriada) y con muros opacos en sus

fachadas este y oeste; tanto las ventanas como los muros son de la misma calidad como la propia casa;el techo sin espacio ático cuenta con aislamiento térmico con el mismo espesor como el cielo de la casa;

♦ el muro de separación entre el invernadero y la casa es un muro pesado sin aislamiento térmico:⎯ todas las construcciones de tapial: tipo “tapial” - 40cm de tapial con revoque de barro de 1,5cm en

ambos lados (todo con ρ = 2000kg/m³);⎯ construcción de tabique aislado: tipo “adobe parado” - 10cm de adobe parado con revoque de barro

de 1,5cm en ambos lados (todo ρ = 2000kg/m³);♦ las ventanas interiores de separación entre el invernadero y la casa son simples;♦ la ventana norte del invernadero cuenta con fundamentos de 30cm de altura de un muro de ladrillos

(ρ = 1000kg/m³) de 14cm de espesor sin revoque;♦ en los casos de un invernadero “cerrado”, las ventanas interiores siempre están cerradas; el invernadero

sirve de espacio tapón para la casa y el intercambio de calor solamente se efectúa a través de laconductividad térmica relativamente alta de las ventanas simples y de los muros de separación sinaislamiento térmico;

♦ los demás invernaderos realizan la ventilación de la casa completa en invierno a través de la entrada deaire por el invernadero y la eliminación del aire consumido desde los espacios habitados al exterior(correspondiendo a 0,5 cambios de aire por hora); esta ventilación se podría obtener fácilmente con 3pequeños ventiladores de extracción de aire en la cocina (parte del volumen 1, sala – cocina) y losvolúmenes sur incluyendo el baño; esto significa una mejor transferencia de calor del invernadero a lacasa y una reducción significativa de la pérdidas de calor por la ventilación necesaria, porque el aire yaentra precalentado por el invernadero a la casa;

Los muros Trombe se caracterizan por:♦ construcción de 40cm de tapial pesado (ρ = 2200kg/m³, λ = 1,4W/mK, con agregado de ripio a la tierra) y

1,5cm de revoque interior de barro común (ρ = 2000kg/m³), para obtener valores máximos de capacidady conductividad térmica en el muro Trombe;

♦ la superficie exterior del muro Trombe está pintada de negro;

47

♦ dos vidrios;♦ aislamiento lateral con 1cm de poliuretano y marco de madera de pino de 2cm; el poliuretano resiste

bien a las temperaturas altas posibles dentro del muro Trombe, lo que lo diferencia del poliestireno noapto aquí;

♦ de abril a octubre: área de intercambio de aire con el interior correspondiente al 6% de la superficievidriada;

♦ de noviembre a marzo: son sombreados y cerrados para evitar un sobrecalentamiento.

figura 45 Diseño pasivo - muro Trombe: 15.1. - 14hrs y 15.7. - 14hrs

Los diseños de ganancia directa se caracterizan por:♦ todos los muros internos son pesados: en el caso de la construcción en tabique aislado son de adobes

parados con revoque de barro con un espesor total de 13cm (ρ = 2000kg/m³), fijados de formasismorresistente entre una estructura de pilares de madera; en los casos de las construcciones en tapial,los muros interiores revocados incluso consisten de tapial de 43cm (ρ = 2000kg/m³) por razones desismorresistencia de la casa, que exige la formación de ángulos de tapial en forma de “L” o “T” con losmuros exteriores; este último significa una pérdida pequeña de espacio útil en relación al área bruta peroaumenta levemente la capacidad térmica efectiva;

♦ ventanas al norte: dobles normales o dobles especiales, ocupando el total de la fachada norte con losventanales y sus marcos.

48

figura 46 Diseño pasivo (muros de tapial) - ganancia directa: 15.1. - 14hrs y 15.7. - 14hrs

49

La propuesta para la casa prototipo en tapial consiste en una casa de diseño pasivo, construida conmateriales locales a bajo costo y con una construcción sismorresistente1. Cuenta con todos los elementosde tapial de forma "L" para que resistan mejor a los movimientos sísmicos.Para el invierno, la casa tiene pérdidas de calor reducidas por el uso de barro alivianado con paja y demenor conductividad térmica para los muros externos, ventanas dobles bien herméticas (0,5 cambios deaire por hora), elementos exteriores livianos en las partes sobre el encadenado con 7,5cm de aislante y untecho con 10cm de aislamiento térmico. Las ventanas grandes bien orientadas al norte, especialmente en lasala central, permiten buenas ganancias solares directas. El uso de ventanas de tamaño aún mayor,deseable desde el punto de vista térmico, no era posible por razones estructurales en este caso. Lasganancias solares para el dormitorio 4 (abajo a la derecha en la figura 47 para julio) se obtieneadicionalmente a través de un muro Trombe con dos vidrios, que no afecta la estabilidad. Estos murosconsisten en una parte integrada al muro exterior con una superficie pintada de negro mate y protegidos pordos vidrios delante. La entrega del calor solar recibido se realiza en una parte con una circulación de airecalentado a través de dos aberturas de ventilación en las partes inferior y superior del muro. Otra parte delcalor se transmite directamente por el propio muro construido con barro pesado de mayor conductividadtérmica.Para el verano, la casa cuenta con protección solar por un alero en la fachada norte y además conprotección solar móvil en todas las ventanas. Un eventual sobrecalentamiento por causa del muro Trombese evita con el cierre hermético de las aperturas de ventilación en el muro Trombe y una persiana exteriorde color claro durante el periodo de verano. Otro elemento importante para el confort térmico en verano esla ventilación nocturna mediante una ventilación cruzada que es mejorada por aberturas de ventilaciónsobre ventanas y puertas interiores. Además se incluyó una pequeña ventana de ventilación en la cocina.El diseño prevé el uso de materiales únicamente locales, para bajar los costos de los materiales. Larealización de los muros en la técnica del tapial reduce fuertemente los gastos para el material, puesto quela tierra normalmente se encuentra gratis en el mismo sitio.De esta forma la casa prototipo puede ofrecer buenas condiciones de confort en verano y mejoradas eninvierno en comparación con diseños normales.

figura 47 Propuesta - casa prototipo: 15.1. - 14hrs y 15.7. - 14hrs

1 El diseño térmico de esta propuesta de prototipo fue elaborado y calculado por el autor, E. M.; los demás aspectos deldiseño fueron propuestas por Prof. Dr.-Ing. Gernot Minke y el diseño fue discutido con otros expertos en un seminariointernacional de investigación dentro del proyecto que permitió la elaboración de este manual.

50

tabla 14 Descripción de las construcciones(capas de muros y cielos desde el lado exterior hacia el lado interior)

Construcciónbásica

Muros exteriores Muros interiores(excepciones: “ganancia directa” yseparación del invernadero)

Cielo

Casa normal detabique

“tabique hueco”:machihembrado de pino: 1cmaire: 5cmyeso – cartón: 1,2cm

“tabique hueco”:yeso – cartón: 1,2cmaire: 5cmyeso – cartón: 1,2cm

yeso – cartón: 1,2cm

Casa normal deladrillo

muro de ladrillo (ρ=1200kg/m³): 14cmrevoque de yeso: 1,5cm

revoque de yeso: 1,5cmmuro de ladrillo (ρ=1200kg/m³): 14cmrevoque de yeso: 1,5cm

yeso - cartón: 1,2cm

Tapial 40cm revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmtapial (ρ = 2000kg/m³): 40cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

“adobe parado”:revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmadobe parado (ρ = 2000kg/m³): 10cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

poliestireno expandido: 8cmyeso - cartón: 1,2cm

Tapial liviano40cm

revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmtapial liviano (ρ=1200kg/m³): 40cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

“adobe parado”:revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmadobe parado (ρ = 2000kg/m³): 10cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

poliestireno expandido:15cmyeso - cartón: 1,2cm

Tabique aislado machihembrado de pino: 1cmaire: 2,5cmpoliestireno expandido: 15cmyeso – cartón: 1,2cm

“adobe parado”:revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmadobe parado (ρ = 2000kg/m³): 10cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

poliestireno expandido:15cmyeso - cartón: 1,2cm

Tapial liviano40cm aislado

machihembrado de pino: 1cmaire: 2,5cmpoliestireno expandido: 10cmtapial liviano (ρ=1200kg/m³): 40cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

“adobe parado”:revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmadobe parado (ρ = 2000kg/m³): 10cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

poliestireno expandido:15cmyeso - cartón: 1,2cm

Tapial 40cmaislado

machihembrado de pino: 1cmaire: 2,5cmpoliestireno expandido: 20cmtapial (ρ=2000kg/m³): 40cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

“adobe parado”:revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmadobe parado (ρ = 2000kg/m³): 10cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

poliestireno expandido:20cmyeso - cartón: 1,2cm

Propuesta -prototipo

revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmtapial liviano (ρ=1200kg/m³): 40cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

“tapial” (2 son de “tabique hueco”):revoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cmtapial (ρ = 2000kg/m³): 40cmrevoque de barro (ρ = 2000kg/m³): 1,5cm

poliestireno expandido:10cmyeso - cartón: 1,2cm

Las ventanas dobles son de vidrio común con 2,5cm de aire en el medio y marcos de madera de 5cm deespesor.Las ventanas especiales siempre son dobles con marcos de madera de 5cm de espesor, construidas dellado exterior al interior de la forma siguiente: vidrio común – 1,2cm de gas Argón – vidrio especial de bajaemisividad infrarroja (15%) hacia el interior de la ventana. Presentan la ventaja de reducirconsiderablemente las perdidas de calor con una transmisión de luz superior y un precio inferior a unaventana triple.

tabla 15 Tamaño de ventanas y muros Trombe en la orientación norte de la casa(relativo al área de la superficie de piso bruta en la simulación térmica)

Construcción sala al norte dormitoriosal norte

dormitorios sural este y oeste

dormitorio:muro Trombe

cocina (sala)al sur

casa estándarcasa normal

18% 17% 13% - -

muro Trombe 18% 17% 13% 27% -invernadero(al norte: ventanasseparadores con elinvernadero)

(20%) (20%) 13% - -

ganancia directa 28% 49% 13% - -propuesta - prototipo 22% 15% 7% 23%- 2%

Debido al gran número de variantes simulados y la cantidad de datos resultantes aquí solamente se puedepresentar una selección de la información con los variantes más interesantes. Variantes “desequilibradas”,p. ej. con muros con aislamiento externo pero ventanas simples, no son presentadas, porque no haríansentido técnicamente ni económicamente. De esta forma también se puede apreciar algunas síntesis dediseño pasivo que respetan las limitaciones de la construcción sismorresistente y son consistentes en sus

51

diversos elementos.La sala - cocina central (volumen 1) es el mayor espacio, identificable en el centro de los dibujos, eldormitorio (volumen 4) queda abajo a la derecha en las figuras anteriores. Para estos dos espacios semuestran en los siguientes gráficos el promedio de los grados-hora diarios de calor en verano (diciembrehasta febrero) y el promedio de los grados-hora diarios de frío en invierno (mayo hasta septiembre). Ambosvalores son basados en las temperaturas operativas de cada espacio. Como aquí se trata de evaluar elcomportamiento completo de propuestas diferentes de diseño se optó por las estaciones completas en vezde los meses extremos (enero y julio). Por eso, las leyendas abreviadas se explican como sigue:♦ "Calor_1o/día": grados-hora diarios de calor en verano, basados en temperaturas operativas de la sala 1;♦ "Frío_1o/día": grados-hora diarios de frío en invierno, basados en temperaturas operativas de la sala 1;♦ "Calor_4o/día": grados-hora diarios de calor en verano, basados en temperaturas operativas del

dormitorio 4;♦ "Frío_4o/día": grados-hora diarios de frío en invierno, basados en temperaturas operativas del

dormitorio 4;

Los resultados son presentados dos veces aquí para facilitar la comparación visual:♦ agrupados por construcción facilitan la comparación de diferentes elementos de climatización pasiva

dentro de cada construcción básica;♦ agrupados por elementos de climatización pasiva facilitan la comparación de diferentes construcciones

básicas.

figura 48 Grados-hora de calor en verano (positivos) y de frío en el periodo invernal (negativos)para la sala 1 (N) y el dormitorio 4 (N, opción muro Trombe) – agrupado por construcción

-200

-175

-150

-125

-100

-75

-50

-25

0

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Calor_1o/día Frío_1o/día Calor_4o/día Frío_4o/día

Confort térmico en verano:Aunque pocos casos muestran problemas serios de sobrecalentamiento en verano, estos corresponden a lagran mayoría de las viviendas de la zona central de Chile, aunque existen casas aún peores: las "casasnormales" de ladrillo o tabique que ofrecen peores condiciones de confort que el aire libre (6,4Kh/d degrados-hora de calor) con valores hasta 16,1Kh/d debido al sobrecalentamiento por ganancias solares einternas. Las ganancias solares no solamente ocurren a través de las ventanas, especialmente deorientación este y oeste, sino también por los muros y el techo / cielo sin aislamiento térmico. Además faltaventilación nocturna para eliminar las ganancias excesivas, porque exigirían un manejo más cuidadoso y

52

buena capacidad térmica. Especialmente en las casas de tabique falta capacidad térmica necesaria paracompensar la variación térmica diaria. Este último efecto también se nota en un grado muy inferior en lacasa de tabique aislado con ganancias directas, que es la única casa con diseño pasivo donde la capacidadtérmica reducida lleva a un mínimo sobrecalentamiento en verano, aunque este es muy pequeño debido ala mejor protección solar, la ventilación nocturna y la reducción de ganancias por el techo / cielo bien aisladotérmicamente.La falta de sobrecalentamiento en las casas con diseño pasivo muestra que en verano la climatizaciónpasiva es viable con una variedad de construcciones básicas diferentes, que cumplen con las siguientescaracterísticas mínimas:♦ control eficiente de ganancias solares en la casa y los elementos previstos para el aumento de

ganancias solares en invierno; de esta forma, las grandes ventanas en la casa, el invernadero o losmuros Trombe no causan problemas de confort en verano;

♦ gran capacidad térmica;♦ ventilación nocturna (con la posibilidad de ventilación cruzada por la noche para obtener un número

suficiente de cambios de aire);♦ nivel razonable de aislamiento térmico para evitar ganancias excesivas por elementos opacos (con un

nivel de exigencia inferior al necesario para el invierno).

figura 49 Grados-hora de calor en verano (positivos) y frío en el periodo invernal (negativos)para la sala 1 (N) y el dormitorio 4 (N, opción muro Trombe) – agrupado por climatización

-200

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Confort térmico en invierno:En esta zona climática es bastante más difícil obtener el confort térmico con climatización pasiva en inviernoque en verano: En las figuras se puede observar dos líneas claras de confort térmico cada vez mejor eninvierno con cada vez menos problemas de frío:♦ En la primera figura 48 agrupada por construcción (mejor aislamiento térmico) se ve mejor el efecto de

las estrategias de climatización pasiva:1. diseño estándar / con ventana doble2. con muro Trombe3. con invernadero cerrado4. con invernadero que precalienta el aire de ventilación5. con ganancias directas

53

♦ En la segunda figura 49 agrupada por estrategia de climatización pasiva (ganancias solares) se ve mejorel efecto del aislamiento térmico:1. Tapial 40cm, estándar2. Tapial liviano 40cm, estándar3. Tapial liviano 40cm, ventana doble4. Tabique aislado, ventana doble5. Tapial liviano 40cm aislado (10cm), ventana doble6. Tapial 40cm aislado (20cm), ventana doble7. Tapial liviano 40cm aislado (10cm), ventana doble especial8. Tapial 40cm aislado (20cm), ventana doble especial

De nuevo se puede observar que el parámetro de mayor importancia en invierno es el nivel de aislamientotérmico en muros y ventanas. Por eso, todos las variantes con ganancias solares aumentadas (grandesventanas, invernadero, muro Trombe) consideraron también ventanas dobles. Las ganancias solaresocupan la segunda prioridad: el invernadero, que además sirve de espacio tapón, aporta con sus grandessuperficies vidriadas a las ganancias solares directas e indirectas, pero es menos eficiente que las grandesventanas dobles en este estudio pasivo sin calefacción. Aquí el invernadero está conectado térmicamente ala casa, porque las ventanas y muros que los separan son de baja resistencia térmica. La construcciónbásica tiene que contar con un buen nivel de aislamiento térmico en ventanas, muros y techo, tanto en lacasa como en el invernadero, porque este repite los sistemas constructivos de estos elementos aquí. Esoevita que las pérdidas de calor incluso aumenten por la mayor superficie externa del conjunto casa +invernadero. La eficiencia del invernadero aumenta considerablemente si se lo aprovecha para precalentarel aire de la ventilación necesaria de la casa. Más allá de estas consideraciones térmicas, el invernaderoconstituye una ampliación del espacio habitable de la casa, protegido de la intemperie, lo que más justificasu costo. El muro Trombe se agregó únicamente al volumen 4 aquí: solamente hace sentido con dos vidrioscomo se mostró en un estudio anterior [Müller 1998] y mejora significativamente el confort en invierno,aunque su área de 27% del piso sea relativamente pequeño. La mejor eficiencia para el aumento de lasganancias solares presenta el ventanal norte grande, que es fácil de realizar, aunque exige cuidados con lasismorresistencia de los muros por el gran vano en el muro exterior. La capacidad térmica de los murosinternos y del piso pesado en la construcción en tabique aislado permiten aprovechar las ganancias solares,pero es menos eficiente en eso que la mayor capacidad térmica de todas las construcciones en tapial.En resumen, el mejor confort térmico en invierno presenta lógicamente el diseño en tapial de 40cm con20cm de aislamiento térmico externo, ventanas dobles especiales y ganancias directas maximizadas.Buenas condiciones de confort ofrece también la alternativa de tapial liviano de 40cm con solamente 10cmde aislamiento térmico externo pero también ventanas dobles especiales y ganancias directas maximizadas.La comparación del último caso con el análogo en tapial de 40cm con 20cm de aislamiento térmico externopero ventanas dobles de vidrio común muestra, que una vez contando con aislamiento térmico en losmuros, importa más el mejoramiento de las ventanas. Pero como propuesta de casa pasiva más simple yeconómica, la solución de Tapial aislado con ventanas dobles y ganancias directas maximizadas también esinteresante. Como construcciones económicas que pueden ofrecer una mejora significativa del conforttérmico frente a las casas normales se puede destacar las construcciones en tapial liviano sin o conganancias directas maximizadas. La propuesta de prototipo con una construcción parecida combina estamejora del confort térmico con el buen aprovechamiento del espacio interno por los muros interiores masdelgados y la sismorresistencia que permiten las ganancias directas no maximizadas y el muro Trombe.

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4 Anexos

4.1 Referencias bibliográficasBibliografía recomendable para profundizar en los temas de este manual:– Bansal, Narenda K.; Hauser, Gerd; Minke, Gernot: Passive Building Design - A Handbook of Natural

Climatic Control; Amsterdam, London, New York, Tokio 1994.– Bedoya F., César; Neila G., Fco. Javier: Las técnicas de acondicionamiento ambiental: Fundamentos

arquitectónicos; Madrid (sin año).– Camous, Roger; Watson, Donald: El Habitat Bioclimático, De la concepción a la construcción; Barcelona

1986.– Cárcamo L., Pilar; Rodriguez C., Carolina; Testa S., Morris (profesor guía): Chile, Arquitectura y Sol -

Hacia una metodología de recomendaciones de diseño para el confort físico - ambiental según lasdistintas zonas climático - habitacionales; Seminario de investigación 1995, Departamento Ciencias de laConstrucción F.A.U. Universidad de Chile; Santiago 1995.

– Docherty, Michael; Szokolay, Steve,: Climate Analysis; Brisbane 1999.– Evans, John Martin: Housing, Climate and Comfort; London 1980.– Evans, John Martin; de Schiller, Silvia: Diseño Bioambiental y Arquitectura Solar; Buenos Aires 1994.– Goulding, J. R.; Lewis, J. O.; Steemers, T.C. (editors): Energy in Architecture - The European Passive

Solar Handbook, London 1992.– Gut, Paul; Ackerknecht, Dieter: Climate Responsive Building - Appropriate Building Construction in

Tropical and Subtropical Regions; St. Gallen, Switzerland, 1993.– Koenigsberger, O. H. et al.: Manual of tropical housing and building, Part one: Climatic Design; London,

1974.– Lippsmeier, Georg: Tropenbau, Building in the Tropics; München 1980.– Markus, T. A.; Morris, E. N.: Buildings, Climate and Energy; London 1980.– Mazria , Edward: El Libro de la Energía Solar Pasiva; México1985.– Minke, Gernot: Lehmbau - Handbuch, Der Baustoff Lehm und seine Anwendung; Staufen bei Freiburg

1999.– Minke, Gernot: Manual de construcción en tierra, La tierra como material de construcción y sus

aplicaciones en la arquitectura actual; Montevideo 2001.– Minke, Gernot: Manual de construcción para viviendas antisísmicas de tierra; Kassel Noviembre 2001.– Olgyay, Victor: Design with Climate - Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism; Princeton 1963.– Rosenlund, Hans: Climatic Design of Buildings using Passive Techniques; Building Issues 1 / 2000,

Volume 10; Lund 2000.– Santamouris, M. and Asimakopolous, D.: Passive Cooling of Buildings; London 1996.– Szokolay, Steven V.: Solar Geometry; Brisbane 1996.– Stulz Roland: Construyendo con Materiales de Bajo Costo; Skat, CETAL Ediciones, Valparaíso 1987.– Stuven, Hellmuth L.: 43 Gráficos de Trayectoria Solar para Ciudades de Chile y Argentina; Dpto. de

Tecnología Arquitectónica y Ambiental de la Facultad de Arquitectura y Urbanismo de la Universidad deChile, Santiago 1986.

– United Nations Centre for Human Settlements (Habitat): National Design Handbook Prototype on PassiveSolar Heating and Natural Cooling of Buildings; Nairobi 1990.

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Otras referencias y fuentes utilizadas:(nota: las normas DIN son citadas con su título en inglés como aparece en las normas en alemán utilizadas;eso debe facilitar el acceso)– Bansal, Narenda K.; Minke, Gernot: Climatic Zones and Rural Housing in India; Jülich 1988.– CONAMA – Comisión Nacional de Medio Ambiente midió y suministró los datos climáticos horarios a

través del Centro Nacional de Medio Ambiente CENMA, ambos en Santiago de Chile.– DIN V 18953, Lehmbau - Baulehm, Lehmbauteile; 1956– DIN EN ISO 13786, Thermal performance of building components – Dynamic thermal characteristics –

Calculation method (ISO13786: 1999).– DIN EN ISO 13789, Thermal performance of buildings – Transmission heat loss coefficient – Calculation

method (ISO 13789: 1999).– DIN EN ISO 6946, Building components and building elements – Thermal resistance and thermal

transmittance – Calculation method (ISO 6946: 1996).– DIN EN ISO 13370, Thermal performance of buildings – Heat transfer via the ground – Calculation

methods (ISO13370: 1998).– DIN EN 410, Glass in building – Determination of luminous and solar characteristics of glazing; German

version EN 410: 1998.– DIN EN 832, Thermal performance of buildings – Calculation of energy use for heating – Residential

buildings; German version EN 832: 1998.– DIN V 4108-4, Thermal insulation and energy economy in buildings – Part 4: Hygrothermal design values;– DIN V 4108-6, Thermal protection and energy economy in buildings – Part 6: Calculation of annual heat

and annual energy use (DIN V 4108-6: 2000-11).– Dirección Meteorológica de Chile: Normales Climatológicas 1961 – 1990; Santiago – Chile 1991.– Duffie, John; Beckman, William A: Solar Engineering of Thermal Processes; 2nd ed. New York,

Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore 1991.– E DIN EN ISO 13790, Thermal performance of buildings – Calculation of energy use for heating (ISO/DIS

13790: 1999); German version prEN 13790: 1999.– Fanger, P. O.: Thermal Comfort, Analysis and Application in Environmental Engineering; Copenhagen

1982.– Hauser, Gerd y Otto, Frank: Planungsinstrument für das sommerliche Wärmeverhalten von Gebäuden;

Baunatal 1997.– Hohmann, Rainer; Setzer, Max J.: Bauphysikalische Formeln und Tabellen, Wärmeschutz -

Feuchteschutz – Schallschutz; Düsseldorf 1997.– Kolmetz, Sven: Thermische Bewertung von Gebäuden unter sommerlichen Randbedingungen, Kassel

1996.– MINVU Ministerio de Vivienda y Urbanismo: Manual de Aplicación, Reglamentación Térmica, Ordenanza

General de Urbanismo y Construcciones, Santiago Abril 2000.– Müller, Ernst: Recommendations and Methods for Thermal Improvement of Dwellings in Central Chile;

Wall Building Technical Brief, German Appropriate Technology Exchange, Eschborn 1997.– Müller, Ernst: Architecture, Thermal Comfort and Energy in Chile - A Case Study and Design Rules for

Houses in the Central Region. Architecture, Energy & Environment Compendium 1996; Department ofArchitecture and Development Studies, Lund Centre for Habitat Studies, Lund University (Sweden) 1998.

– Müller, Ernst: Mejoramiento Térmico de Viviendas con Climatización Pasiva para la Zona Central deChile con Programas de Simulación Térmica; Congreso Internacional De Energías SustentablesSENESE X; Punta Arenas (Chile), Noviembre 1998.

– Müller, Ernst: Estudios Paramétricos con Simulaciones Térmicas para Viviendas con ClimatizaciónPasiva en la Zona Central de Chile, COCIM - CONAE 2000, UTFSM, Valparaíso - Chile, Octubre 2000.

– Müller, Ernst: Desenvolvimento de Regras de Desenho Passivo para Edificações Habitacionais na ZonaCentral do Chile, ELECS, Canela/RS – Brasil, Abril 2001.

– Müller, Ernst: Development of a Test Reference Year on a Limited Data Base for Simulations on PassiveHeating and Cooling in Chile, Building Simulation 2001, Rio de Janeiro - Brasil, Agosto 2001.

– Müller, Ernst: Development of New Design Tools and Recommendations For Passive Design in aMediterranean Climate; PLEA 2001, Florianópolis – Brasil, Noviembre 2001

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– Norma Chilena NCh 853.Of91: Acondicionamiento ambiental térmico - Envolvente térmica de edificios -Cálculos de resistencias y transmitancias térmicas, Santiago 1991.

– Norma Chilena NCh 1079.Of77: Zonificación climático - habitacional para Chile y recomendaciones parael diseño arquitectónico.

– Norma Chilena NCh 1960.Of89: Aislación térmica - Cálculo de coeficientes volumétricos globales depérdidas térmicas, Santiago 1989.

– Sarmiento, Pedro: Energía Solar, Aplicaciones e Ingeniería, Sistemas Pasivos; 2ª edición, Valparaíso1985.

– Sarmiento, Pedro: Energía Solar, Aplicaciones e Ingeniería, Sistemas Pasivos; 3ª edición, Valparaíso1995.

– Taboada Rodrigues, Jorge A.: Reacondicionamiento térmico del parque de viviendas del Gran Santiago:bases para la evaluación de potencialidades; Santiago - Chile 1987.

– Verein Deutscher Ingenieure: VDI-Wärmeatlas - Berechnungsblätter für den Wärmeübergang; Düsseldorf1994.

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4.2 Instrucciones para el uso de las herramientas de cálculo para el confort térmicoLas herramientas de cálculo fueron implementadas como conjunto de planillas de cálculo "tools_v.xls" paraExcel 97, que además lleva su número de versión al final del nombre. Para facilitar la distribución ydiscusión a nivel internacional, las planillas fueron escritas en inglés, pero las instrucciones más importantesconstan aquí en castellano.

Para aplicar el método hay que seguir la secuencia de planillas desde la izquierda hacia la derecha,siguiendo las instrucciones, especialmente en la primera hoja "Legend":♦ Los diferentes tipos de células están marcados por colores:

⎯ las amarillas pálidas y diferentes tonos de naranja son para el ingreso de datos por el usuario;⎯ las amarillas fuertes tienen fórmulas para la copia automática de datos pero también pueden recibir el

ingreso de datos por el usuario;⎯ las de color lila son solamente para el "método rápido" con estimaciones directas manuales de las

características térmicas básicas del diseño para obtener una primera idea de las condiciones deconfort; exige algunos datos en las planillas "Input_general", "Input_months", "Months","Main_output_house";

⎯ letras o células azules corresponden a códigos y fórmulas que no deben ser modificadas;⎯ los resultados más importantes son marcados con verde.

♦ Un principio importante para las planillas es el uso de códigos para identificar elementos y grupos dedatos; estos códigos facilitan referencias automáticas a características de los elementos identificados (p.ej. materiales y elementos constructivos); la mejor manera es copiar los códigos de su origen o otro lugary insertarlos como dato de ingreso donde se quiere para evitar problemas por diferencias de escritura.

♦ En muchos casos, especialmente las bibliotecas (ver abajo), está previsto que el usuario define nuevostipos de elementos, materiales etc. con sus propios códigos únicos. Las celdas y columnas de resultadostambién llevan códigos y a veces nombres de bloque para facilitar el acceso automatizado desde otrasplanillas por el usuario.

En lo siguiente viene un resumen breve de la función de las diferentes planillas de cálculo:1. "Legend":

la leyenda contiene instrucciones básicas de uso y explica el papel de los diferentes tipos de células;2. "Input_general":

ingreso de parámetros generales y parámetros constantes del diseño;3. "Input_surfaces":

ingreso de superficies interiores y exteriores;4. "Input_months":

ingreso de parámetros variables para todos los meses;5. "Months_climate":

- solo referencia automática; - ingreso de nuevos datos solamente hace sentido para el "modelo universal" en invierno;

6. "Months":- cálculo mensual estándar con resultados intermediarios interesantes; - ingreso de parámetros para el método rápido;

7. "Output_months":cálculo mensual con modelos especiales y resultados del cálculo mensual;

8. "Output_walls_windows":resultados intermediarios interesantes de los diferentes grupos de elementos;

9. "Main_output_house":- ingreso de nuevos datos para el "método rápido" y el "modelo universal" en invierno - resultados principales sobre características térmicas y condiciones de confort;

10. "graph_summer":gráfico de la curva de correlación para el verano con el diseño actual marcado;

11. "graph_winter":gráfico de la curva de correlación para el invierno con el diseño actual marcado;

12. "graph_winter_universal":gráfico de la curva de correlación universal para el invierno con el diseño actual marcado;

"libraries->": marcador para inicio de las bibliotecas;13. "Material":

- materiales de construcción y sus características térmicas; - ingreso de nuevos materiales previsto;

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14. "Elements":- elementos constructivos y cálculo de sus características térmicas; - ingreso de nuevos elementos previsto;

15. "Ground":- cálculo especial para las pérdidas de calor a través del piso sobre el suelo, vinculado con "Elements";- ingreso de nuevos elementos previsto;

16. "Tools_Parameters":- parámetros necesarios para el cálculo y factores de corrección como descritos en este texto; - ingreso de nuevos elementos posible si se conoce los valores;

17. "WindowParameters":- parámetros necesarios para el cálculo y factores de corrección para ventanas y sombreamiento;- ingreso de nuevos elementos posible si se conoce los valores;

18. "Climate_Data":datos climáticos originales y completos;

19. "Correlation":parámetros necesarios para la estimación de las condiciones de confort térmico.

20. Bibliographyalgunas referencias bibliográficas

"other_tools->": marcador para otras herramientas independientes de los anteriores21. "Solar_Position":

calcula la declinación y altitud del sol para todo el año y una latitud deseada – ver capítulo 2.2.2;22. "Fixed_Shading"

permite calcular el tamaño de sobretechos, ventanas y muros Trombe en una fachada norte – vercapítulo 2.2.2.

El método desarrollado aquí para la estimación del confort térmico y las planillas son versiones adaptadas yextendidas de las normas originales – no son hechas para una aplicación "legal" de normas térmicas, sinopara evaluar el confort térmico en casas pasivas. El método ha sido preparado y programando con muchocuidado. No obstante, ningún método de cálculo ni de simulación libera a quien diseña de suresponsabilidad de entender el diseño y verificar si sus números hacen sentido. La plena responsabilidad delos resultados y de sus conclusiones queda con quien utiliza el método de cálculo.