Transferencia de calor en edificaciones: Casas y edificios sustentables

Dr. Jorge Rojas Menéndez / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
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Dra. Guadalupe Huelsz Lesbros / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
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Centro de Investigación en Energía-UNAM
Archivo: Diseño térmico de edificaciones

En el Centro de Investigación en Energía (CIE) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) tenemos una línea de Investigación sobre el Diseño Térmico de Edificaciones. Con este tipo de estudios pretendemos proponer estrategias de bajo consumo energético para lograr condiciones de confort térmico al interior de las edificaciones, y así reducir el uso de combustibles fósiles.

La primera pregunta que surge es ¿qué se entiende por confort térmico?, según la American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), se refiere al estado mental que expresa satisfacción con el medio ambiente que lo rodea. Esto es, las condiciones de temperatura y de humedad en el medio ambiente bajo las cuales nos sentimos a gusto para realizar alguna actividad o para descansar. Cuando nuestra casa o nuestra oficina están a temperatura muy alta o muy baja, no podemos realizar nuestras actividades de manera eficiente. Si nuestra economía lo permite, lo podemos resolver mediante el uso de equipos de enfriamiento o calefacción, pero en general el consumo de energía eléctrica es muy alto. Como la mayoría de la energía eléctrica se genera por la quema de combustibles fósiles, el uso de estos sistemas tiene fuertes implicaciones en la contaminación ambiental. Actualmente existen alternativas para lograr el confort térmico minimizando el uso de equipos eléctricos. Los métodos pasivos incluyen el uso de materiales con propiedades térmicas adecuadas, tomar en cuenta la orientación y las características locales del clima. Los métodos activos utilizan sistemas mecánicos de bajo consumo de energía.

Una parte importante del Estado de Morelos cuenta con un clima cálido sub-húmedo donde se registran precipitaciones entre mil y 2 mil mm anuales y temperaturas promedio anuales entre 22°C y 26°C, con regiones en donde se superan los 26°C. A pesar de que éste no es un clima extremo, en la época de secas, las temperaturas máximas pueden llegar a estar entre los 35 °C y los 40 °C, que para la mayoría de gente son condiciones fuera del confort térmico.

Un ejemplo de diseño pasivo para reducir el efecto de este tipo de clima en el interior de las edificaciones se tiene en las propias instalaciones del CIE que se encuentran localizadas en el municipio de Temixco, Morelos Las oficinas están orientadas sur-norte y cuentan con ventanas en la parte frontal y posterior para propiciar la ventilación natural. Sus techos son tipo escudo con circulación de aire en su interior con lo que se logra un aislamiento térmico de la parte interior con respecto a la parte expuesta a la radiación solar. El Auditorio Tonatiuh del CIE cuenta con muros dobles y ventilación natural que juegan un papel importante en las condiciones térmicas del interior. Estudios recientes en las edificaciones del CIE demuestran que a pesar de los buenos resultados de su diseño bioclimático en algunas horas, durante los meses de abril y mayo, no es posible mantener la temperatura interior abajo de 28 oC (máxima temperatura de confort según ASHRAE). Esto sucede cuando la temperatura del aire en el exterior es mayor a los 32 oC y que de acuerdo con otros autores, bajo estas condiciones el confort térmico al interior sólo se puede lograr utilizando alguna estrategia activa de enfriamiento.

Es claro que para un clima cálido sub-húmedo es muy importante contar con un buen diseño térmico de las edificaciones y posiblemente en algunas épocas del año habrá que recurrir a sistemas de enfriamiento y que estos deberán de consumir lo menos posible de energía eléctrica. Con esta idea propusimos el proyecto estrategias de enfriamiento de bajo consumo energético para zonas del estado de Morelos con clima cálido-subhúmedo el cual fue aprobado por el CCyTEM en su convocatoria del Fondo Mixto 2008-1 para recibir un importante apoyo económico.

Realizaremos un estudio básico de transferencia de calor en algunos de los edificios del CIE. Para ello se analizarán los datos del clima y del interior de la edificación y se resolverán modelos matemáticos. Con los resultados se determinará que tipo de sistema de enfriamiento de bajo consumo energético puede llevar a las edificaciones al confort térmico durante todo el año. Después se diseñará un equipo y se probará en las instalaciones del CIE. Se compararán los resultados del programa utilizado en la simulación con los datos obtenidos en las edificaciones. Esto nos permitirá desarrollar una metodología para encontrar la mejor estrategia de enfriamiento de bajo consumo energético para diferentes tipos de edificaciones que se construyan en zonas del Estado de Morelos con clima cálido sub-húmedo.
Es un proyecto para tres años donde a través de becas se invitará a estudiantes de licenciatura, maestría y doctorado a realizar sus tesis en temas afines. También invitaremos a un Doctor, recién graduado en el área de transferencia de calor en edificaciones, para que realice una estancia posdoctoral trabajando con nosotros. Trataremos que los resultados de esta investigación se apliquen en la vivienda de Morelos a través compañías constructoras, como Acabados, Limpieza y Construcción S. A. de C.V. que forma parte del consorcio de este proyecto. Invitamos a otras constructoras morelenses a sumarse a este esfuerzo por construir casas y edificios más sustentables.

El Dr. Jorge Rojas Menéndez es investigador en el Centro de Investigación en Energía de la UNAM; miembro del Sistema Nacional de Investigadores y profesor en el posgrado de Ingeniería de la UNAM. Sus líneas de Investigación son Convección Natural en Cavidades, Flujo en Canales y Diseño Térmico en Edificaciones. Es miembro de la Academia de Ingeniería donde fue presidente de la especialidad en Energética. 

El Dr. Roberto Best y Brown es investigador titular, en el Centro de Investigación en Energía de la UNAM; miembro del Sistema Nacional de Investigadores y profesor en el Posgrado de Ingeniería de la misma UNAM. Sus líneas de investigación son Simulación de Bombas de Calor, Sistemas de Refrigeración, Secado Acoplados a Procesos Térmicos y Estudio Experimental sobre Sistemas Térmicos de Refrigeración, Aire Acondicionado y Secado Solar. Es miembro de la Academia de Ingeniería. Actualmente es el jefe del Departamento de Sistemas Energéticos del CIE.

La Dra. Guadalupe Huelsz es investigadora titular del CIE-UNAM. Estudió la licenciatura en Física y la maestría y doctorado en Ingeniería Mecánica en la UNAM. Realiza investigaciones en el campo de mecánica de fluidos y transferencia de calor. Dentro de sus líneas de investigación están: efecto termoacústico, estabilidad en flujos oscilatorios, desarrollo de técnicas de medición en ondas acústicas y flujos, estudios térmicos en sistemas de aprovechamiento de energía solar y en edificaciones.

El Dr. Ramón Tovar es investigador del Centro de Investigación en Energía de la UNAM y miembro del Sistema Nacional de Investigadores. Estudió Ingeniería mecánica en la Universidad de Guanajuato, Maestría y Doctorado en Ingeniería en la UNAM y realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de California, San Diego. Trabaja en las líneas de investigación sobre convección natural y ventilación de edificios..

El Dr. Pablo Elías López obtuvo su doctorado en arquitectura por la Universidad de Colima. Actualmente desarrolla las temáticas: Sistemas pasivos y de ahorro energético para la climatización de espacios arquitectónicos, así como la simulación térmica de edificaciones. Es profesor investigador de la Facultad de arquitectura diseño y urbanismo de la Universidad Autónoma de Tamaulipas y actualmente se encuentra realizando estancia postdoctoral en el CIE-UNAM, desarrollando el proyecto de potencial de uso de sistemas pasivos de climatización aplicados a un clima cálido subhúmedo.