Magíster en Hábitat Sustentable y Eficiencia Energética

El moho presente en los materiales de una vivienda provoca daños y deterioro en los elementos que la componen y puede perjudicar la salud del individuo que la habita. Todas las decisiones y actividades de diseño en la construcción y gestión afectan el riesgo de crecimiento del moho. Es así que se hace necesario conocer la naturaleza del microorganismo moho y del material sobre el cual se formará, además de los factores dentro del entorno de las condiciones ambientales fluctuantes en el que se encuentra. La normativa nacional existente no ha logrado limitar la formación de moho, en una encuesta realizada en Temuco y Padre Las Casas se determinó que la mitad de las viviendas encuestadas presentaban problemas de postventas relacionadas con la humedad y casi un cuarto reportó problemas de deterioro y manchas en los revestimientos de pinturas y papel mural. Se requiere un mayor desarrollo de las normativas y el establecimiento de criterios que permitan el diseño de una envolvente higrotérmica libre de moho. Los nuevos requerimientos de eficiencia energética contenidos en el PDA podrían empeorar la situación actual además de dejar obsoletos algunos sistemas constructivos. La normativa internacional, el estado del arte y las herramientas de cálculo dinámico de condensaciones y formación de moho pueden ayudar a definir estos criterios de diseño. En esta investigación se experimenta con un elemento muro tipo estándar PDA y se evalúa con 4 diferentes sustratos de revestimiento interior: esmalte al agua común (EAC), papel mural vinilizado (PMV), esmalte al agua antimoho (EAA) y papel mural común (PMC). Sobre estos 4 casos se realizan cálculos teóricos y experimentos prácticos en laboratorio que permitan determinar el riesgo de condensaciones y formación de moho. El cálculo estático se realiza con el método Glaser, según NCh1973:2014 y en base a una herramienta diseñada por la DITEC. El cálculo dinámico se realiza con los softwares WUFI Pro, WUFI Bio y WUFI VTT. El experimento se realiza en la cámara de clima controlado del laboratorio CITEC de la Universidad del Bío Bío en la ciudad de Concepción, Chile. Los resultados obtenidos se comparan entre los diferentes cálculos, experimento, normativas existentes y el estado de arte relacionado. El análisis y discusión de los resultados incluye un análisis de sensibilidad y una posible modelación estadística predictiva de la formación de moho. El revestimiento EAC es el caso que alberga menos agua. El EAA por su parte es el que resulta con mayor contenido de agua, tanto en la solución constructiva total como en la capa subyacente (el yeso cartón). El contenido de agua de la capa subyacente y su fluctuación en el tiempo dependen directamente del tipo de revestimiento de terminación elegido. Los cálculos dinámicos y experimento en laboratorio además coinciden en que las fluctuaciones en el contenido de agua del EAC son las menos variables y las del EAA, seguidas del PMV son las más acentuadas. Lo anterior permite concluir que el EAC permite un secado más rápido o bien frena el vapor de agua de tal manera que sus fluctuaciones de contenido de agua son menos acentuadas. A pesar de las fluctuaciones más acentuadas, el revestimiento EAA es el que presenta un mejor desempeño frente a la formación de moho y por el contrario el revestimiento EAC es el de peor desempeño. Esto es consecuente entre los resultados de curva de isopletas, tasa e índice de crecimiento de moho. La comparación de los casos de revestimientos y variaciones evaluadas permite concluir que la principal causa de formación de moho se basa en los valores elevados de humedad relativa interior, luego el siguiente caso sería el tipo de revestimiento existente, su origen y sensibilidad. Los cálculos realizados entones demuestran la importancia de dos pilares fundamentales para una envolvente libre de moho: el ambiente interior y el sustrato.

Las residencias de lactantes chilenas ubicadas en régimen de clima templado oceánico exigen condiciones permanentes de confort higrotérmico y calidad interior del aire para conservar el equilibrio homeostático de los usuarios; debiendo considerar las variables climáticas diarias y estacionales así como la diferencia metabólica entre usuarios infantes y funcionarios adultos. Los parámetros actuales de calidad ambiental interior en recintos habitables de esta tipología están basados en regímenes de ocupación estacionarios y necesidades metabólicas de adultos, provocando alteraciones en la salud y en el correcto desarrollo fisiológico de los usuarios lactantes atendidos; siendo necesario determinar qué parámetros de calidad ambiental interior son pertinentes para el funcionamiento de recintos habitables para lactantes. Basado en condiciones de habitabilidad interior bajo regímenes de ocupación similares de referentes locales e internacionales, se obtuvieron parámetros referenciales para proceder a analizar las variables obtenidas de 3 casos de estudio; cuyas condiciones de funcionamiento bajo clima templado oceánico permitieron comparar el desempeño ambiental de recintos ocupados por lactantes en relación a la percepción de la calidad ambiental interior de funcionarios adultos, así como realizar la simulación de la demanda energética necesaria para la alcanzar estos parámetros. Se proponen indicadores y parámetros de desempeño para estándares de confort higrotérmico y calidad del aire interior tanto para recintos habitables de ocupación permanente como periódicas, a ser ocupadas por infantes. Se concluye con la necesidad de fortalecer las condiciones de ventilación pasiva necesarias para el adecuado atendimiento de lactantes bajo clima templado oceánico.

Se informa los resultados de una investigación conducente a proponer y validar nuevos estándares de aislación térmica para regir el diseño de envolvente de construcciones habitacionales en la ciudad de Concepción, Chile. La presente investigación trata sobre los estándares de aislación térmica de la construcción habitacional en la ciudad de Concepción. Los actuales estándares de cumplimiento obligatorio de aislación térmica para viviendas en la ciudad de Concepción no son compatibles con las necesidades de uso mínimo óptimo de energía que demanda la sociedad actualmente. El consumo de energía en acondicionamiento térmico de viviendas, por concepto de calefacción principalmente, les irroga a las familias y al estado altos costos energéticos, es responsable además de serios problemas de contaminación ambiental. Existe un nutrido cuerpo normativo de estándares propuestos para resolver esta situación, sin embargo, estas no han logrado llegar a ser de uso obligatorio ni menos reemplazar los estándares que rigen actualmente. Se realiza una propuesta nuevos estándares de aislación térmica para envolventes de construcciones habitacionales en la ciudad de Concepción y posteriormente una validación en base a criterios de rentabilidad social y análisis de costo de ciclo de vida. Se establece como criterio rector del estándar limitar la demanda de energía a valores mínimo-óptimos que se justifiquen económica y socialmente. La definición preliminar de estándares consideró un estudio técnico y económico de obras de construcción habitacional del cual se dedujeron los valores límite de protecciones termoaislantes sin cambios significativos en los costos, como pudiesen ser los cambios de escuadría, rediseño estructural de sistemas EIFS y otros. Con ese objetivo se definen y estudian viviendas representativas de la construcción habitacional de la ciudad, las cuales se simularon para conocer su consumo energético y realizar análisis de costo de ciclo de vida en fase operación en condición base (estado con estándares actuales) y en condición propuesta (estado con nuevos estándares). La validación de dichos estándares consideró como criterio rector un periodo de recuperación de la inversión de cinco años y el uso de un sistema de calefacción eléctrica para cuantificar los costos y beneficios de la propuesta. El trabajo concluye que la incorporación de los estándares propuestos genera cortos periodos de recuperación de la inversión, cumpliendo con el criterio rector establecido, además de generar importantes reducciones en el consumo energético, bajos incrementos de costos de inversión y grandes ahorros en el consumo energético anual. Finalmente se realiza un análisis comparado de las distintas propuestas de mejoramiento de la cual se deduce aquella que genera los mayores índices de rentabilidad y mejor relación costo-eficiencia.

Los procesos de simulación energética son parte de las herramientas más utilizadas en la actualidad para establecer el desempeño de las viviendas. Para conseguirlo requieren incorporar información referente a múltiples aspectos, entre ellos se encuentran los perfiles asociados a la calefacción. Por lo general, su uso se basa en guías y otras herramientas que incorporan información asociada a ellos, no obstante, muchas veces no reflejan la realidad de ciertos grupos de la población, lo que deja vacíos que es necesario atender. Esta investigación pretende establecer perfiles de calefacción en base a la evaluación de los registros de contaminación atmosférica en la zona centro sur de Chile, para ello, recoge información histórica recolectada por el Sistema de Información Nacional de Calidad del Aire. Los perfiles se construyen analizando los cambios en las concentraciones de MP2.5 contenidas en el ambiente, se tomaron de referencia los diferentes meses del año y horas del día. Los resultados mensuales sugieren que el periodo de calefacción se extiende entre los 6 y 8 meses dependiendo de la zona evaluada, por otro lado, los resultados horarios muestran dos periodos de calefacción en el día, cuya extensión es variable en función del mes y momento de la semana considerado. El estudio se valida utilizando datos de ocupación en viviendas sociales, posteriormente sus resultados son contrastados con los criterios de simulación de dos herramientas utilizadas en el país, encontrándose desde 11 hasta 16 horas de diferencia entre los perfiles propuestos y los empleados actualmente, razón por la cual se plantea la necesidad de revisar y/o actualizar los criterios utilizados para así evitar una sobrestimación de los ahorros planteados en las etapas de diseño.

Esta investigación propone valores de transmitancia térmica mínimos óptimos para envolventes de viviendas de la Zona SE de Chile, aplicando criterios de rentabilidad social mediante Análisis de Costos de Ciclo de Vida para reducir las demandas de energía en calefacción, y mejorar su calidad habitable. Lo anterior es impostergable en Punta Arenas, ciudad que cuenta con energía para calefacción y electricidad generada con gas natural regional, cuyo bajo precio subsidiado ha fomentado su desarrollo urbano, provocando a su vez un evidente descuido en el consumo energético para suplir altas demandas de calefacción de viviendas mal preparadas para su clima frío y ventoso, siendo poco rentable para los usuarios la aplicación de medidas de eficiencia energética, situación que genera un alto costo para el estado. Se toma como referencia la experiencia de la provincia de Columbia Británica, Canadá, por sus altos índices de eficiencia energética y sustentabilidad en una región de similar clima y geografía, efectuando un análisis comparativo del estado del arte, de las normativas vigentes y/o en estudio. Luego, se analizan mejoras constructivas disponibles, las que son evaluados según ACCV para obtener valores de transmitancia térmica y de demanda estimada de calefacción factibles de ser exigidos en la comunidad, permitiendo preservar el recurso gas a través de la eficiencia energética, y aportar con ello a un desarrollo sustentable de la región.

Los malos índices de calidad de aire sitúan a Coyhaique como una de las ciudades más contaminadas del mundo, esto debido principalmente a la deficiente envolvente térmica de las viviendas y a la variable económica que hacen de la leña el principal “combustible” de la región y a su vez el más contaminante. Dadas estas problemáticas y las condicionantes climáticas de la región, el Ministerio de Vivienda y Urbanismo ha establecido mejoras de estándares de aislación en viviendas, presentado una serie de fichas técnicas que buscan mejorar la envolvente. Esta tesis busca realizar una comparación de un caso base y las soluciones definidas por Ministerio de Vivienda y Urbanismo en encuentros de muro-sobrecimiento con la finalidad de visualizar el comportamiento del puente térmico, proponiendo de esta manera mejoras constructivas incorporando nuevas tecnologías y materiales locales, de esta manera se presentan nuevas opciones que permiten disminuir considerablemente posibles problemáticas derivadas por las pérdidas de calor, principalmente al incorporar aislación continua en sobrecimiento y en cara superficial de cimiento como solucion más efectiva según la modelación realizada.

La contaminación atmosférica, en ciudades del centro - sur de Chile, ha obligado al Estado a implementar estándares más exigentes de eficiencia energética, a través de los Planes de Descontaminación Atmosférica, en consecuencia, las soluciones constructivas de la envolvente de las viviendas deberán modificarse para dar cumplimiento a este nuevo estándar. Este estudio se enfoca en la evaluación de condensación superficial e intersticial de tres soluciones constructivas de muros exteriores típicos de viviendas sociales de Valdivia, Chile. Esta se realiza con métodos de evaluación unidimensionales y los resultados se analizan comparativamente con soluciones propuestas. En los resultados obtenidos, se observa que la implementación del estándar PDA permite disminuir notablemente los riesgos de condensación en las soluciones constructivas. Las estrategias que permiten mejorar el comportamiento higrotérmico de las soluciones constructivas, son la ncorporación de cámaras de aire ventiladas y no ventiladas, mayor espesor de aislación y barreras de vapor, ordenando las capas, de acuerdo a sus propiedades físicas. Se realiza análisis de sensibilidad del yeso cartón, modificando las propiedades del material, en el cual, al aumentar la porosidad en 12%, disminuye el contenido de humedad en el material entre un 40% a 55% en soluciones base y entre un 15% a 33% en soluciones propuestas.

El sector residencial es uno de los principales consumidores de energía, la creciente conciencia e interés en fomentar la eficiencia energética en las edificaciones es imprescindible para revertir este panorama. El presente estudio aborda esta problemática a través de una evaluación del desempeño energético y un análisis económico basado en la metodología costo ciclo de vida (LCC). Las distintas alternativas de mejoramiento de la envolvente, su calificación energética y la aplicación de la NTM11 con nuevas exigencias de transmitancia térmica. En primer lugar se seleccionan estrategias para mejorar la envolvente del caso estudio, se simulan y se determinan a través del sistema de calificación energética de viviendas su grado de influencia y su repercusión en el desempeño como también mediante un análisis de costos de ciclo de vida identificando como la mejor solución la alternativa H3, al obtener una mejor calificación energética y recuperando la inversión en una plazo de 5 años. El análisis de costo de ciclo de vida es una metodología de gran utilidad para representar de manera objetiva los beneficios económicos, energéticos y ambientales de la eficiencia energética, y contribuye a la hora de la toma de decisiones en el proceso de diseño del proyecto.

Las consecuencias del calentamiento global que se están observando así como los estudios que se han llevado a cabo al respecto, indican que es necesario tomar medidas inmediatas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Estudios han develado que el consumo de energía primaria de los edificios en la mayoría de los países de la IEA, representaban el año 2008 el 40% del consumo total de energía primaria, lo que ha ido en aumento debido a diversos factores, por lo que los estados miembros de la Unión Europea han establecido metas ambiciosas para el desempeño energético de los edificios, las que comenzarán a regir a partir del año 2018. La naturaleza ofrece una variedad de ejemplos que los seres humanos han tomado como referencia para considerar lo aprendido de ella en el diseño de viviendas, edificios y construcciones en general, y su observación y respeto puede mejorar la calidad de vida y reducir el impacto que el desarrollo conlleva. En la arquitectura desde tiempos remotos se ha evidenciado que las viviendas varían en su diseño y materialidad respondiendo a factores culturales y geográficos. Las características de las viviendas y su materialidad han evolucionado para adaptarse a las condiciones climáticas del lugar donde se encuentran emplazadas, entre otros aspectos de uso, con el objetivo de lograr confort y protección. La frase “No es la más fuerte de las especies la que sobrevive, tampoco es la más inteligente, sino la que es capaz de adaptarse a los cambios” atribuida al naturalista Charles Darwin, sumado a lo expuesto anteriormente, sugiere explorar en profundidad el concepto de adaptabilidad en la arquitectura en lo que al desempeño energético de los edificios se refiere. Si se revisa la tecnología de punta, cada día se avanza más hacia el concepto de adaptabilidad; es decir, sistemas que son dinámicos y que permiten adaptarse a los cambios del entorno para el logro de un objetivo. Un ejemplo son los sistemas de iluminación inteligentes que mediante un algoritmo de control apaga o enciende en forma dinámica y según las condiciones de iluminación, cada una de las luminarias de un edificio en forma independiente, con el objetivo de minimizar el consumo de energía. Otro ejemplo es la adaptación dinámica de la posición de las protecciones solares a lo largo del día según la ubicación del sol. Estos conceptos de adaptabilidad no solo se ven reflejados en la arquitectura sino se han visto reflejados en diversos algoritmos y soluciones tecnológicas lo que hace suponer que para lograr la sustentabilidad en general, deberíamos tener presente el incorporar en los diseños y soluciones, el concepto de adaptabilidad para el objetivo que se persiga. Otra manera de enfocar la problemática es investigar en forma teórica el potencial y efectos de tecnologías y/o sistemas donde la adaptabilidad pudiera estar presente en el futuro, y si se logran resultados que permitan un desempeño energético superior al existente con las tecnologías actuales, impulsar su investigación y desarrollo tecnológico, teniendo presente con anterioridad los resultados esperados. Esta tesis consiste en un estudio exploratorio para determinar el potencial de reducción de la demanda energética de calefacción y refrigeración para un EIFS adaptativo o dinámico, inexistente en la actualidad, aplicado a un edificio de referencia. Se presenta un modelo teórico de un EIFS dinámico (Dynamic EIFS) el que se denomina en el presente estudio “D-EIFS”, y se propone una metodología de uso de software estándar tipo BPS para la estimación de la demanda energética de edificios de oficinas que posean un D-EIFS incorporado. Además de lo anterior, se presenta una propuesta general de investigación posterior utilizando optimización multivariable, para reducir en forma importante la demanda de energía de calefacción y refrigeración de edificios. Finalmente, se esboza una idea básica de una línea de investigación tendiente al desarrollo de un D-EIFS basado en la biomimética.

El presente estudio evalúa, en etapa de diseño, el puente térmico típico por cambio de materialidad, del encuentro de muros exteriores de metalcon con muro de hormigón armado. En este se evalúan los efectos energéticos e higrotérmicos negativos y el costo de inversión de 2 estrategias de mejoramiento, en edificios de viviendas sociales, que han sido etiquetados voluntariamente por la Calificación Energética de Viviendas (CEV). Para eso, se analiza el diseño de la envolvente térmica exterior, utilizando la metodología de la CEV y con apoyo del uso del software Therm en conjunto con norma NCh1973 Of.2014 se obtienen los resultados que demuestran que la estrategia de incorporar materiales aislantes de bajo costo, en el encuentro de ambos muros de diferente materialidad, permite eliminar los efectos negativos producidos en el puente térmico, específicamente del riesgo de condensación intersticial, además de la diminución de la demanda para calefacción en la ciudad de Coquimbo.

Esta tesis aborda la evaluación del desempeño energético de viviendas concebidas con diversos sistemas constructivos en Montevideo, proponiendo un modelo de análisis para el estudio del beneficio económico de soluciones de eficiencia energética en la etapa de diseño. El contexto de la investigación se sitúa en torno a la vivienda de interés social en Uruguay, amparado en la nueva Ley de Promoción de la Vivienda de Interés Social (Ley 18.795). En este marco, el Ministerio de Vivienda, Ordenamiento Territorial y Medio Ambiente admite la construcción con sistemas constructivos no tradicionales con su correspondiente Documento de Aptitud Técnica aprobado. Se emplearon tres metodologías combinadas de forma transversal y secuencial. La elección de casos permitió acotar el estudio. Se realizaron simulaciones energéticas y análisis financiero, permitiendo valorar el beneficio económico de la eficiencia energética de las soluciones estudiadas. Se concluye que invertir en soluciones de eficiencia energética puede ser rentable, alcanzando ahorros en el VPN de las soluciones de hasta 11,4% respecto del caso base en un ACV a 20 años. En algunos casos se percibe el repago de la inversión inicial para el tiempo de análisis propuesto, a partir del año 3.

En Chile es necesario investigar la implicancia del Factor Solar Modificado (FSM) en el comfort térmico y su efecto en la demanda energética. El marco normativo actual chileno está conformado por los Requisitos y mecanismos de acreditación para el acondicionamiento ambiental de las edificaciones (NTM 011), Términos de Referencia del Ministerio de Obras Públicas (TDRe) y el Sistema de Certificación Sustentable (CES), éstas normas deben ser evaluadas para que la temperatura operativa se mantenga dentro de rango el mayor tiempo posible. En el presente estudio se obtienen valores óptimos de FSM mediante simulaciones que consideran la orientación y protección solar de la edificación. Se analiza el edificio Consistorial de Collipulli y el edificio de la Gobernación Provincial de Malleco, estableciendo el ahorro económico que se puede generar en el uso de sistemas activos y el consumo eléctrico por iluminación mediante la obtención de un FSM óptimo económico. Finalmente, se comparan los óptimos obtenidos con los valores que recomiendan la NTM11, TDRe y CES, planteando un precedente para el establecimiento de los límites de FSM en Chile.

Chile se encuentra en la búsqueda de generar viviendas sustentables, confortables y herméticas, que otorguen condiciones de habitabilidad óptimas para sus usuarios, sin embargo, producto del Covid-19, la mayor permanencia al interior del hogar dejó de manifiesto la precariedad en los modos de vida que enfrentan las familias más vulnerables; exponiéndose en ocasiones a ambientes riesgosos para su salud. Esta investigación tuvo por objetivo estimar el impacto del Covid-19 en las concentraciones de CO2 en el aire interior, producto de la intensidad de uso (ocupación) de la vivienda; considerando envolventes con distintos niveles de hermeticidad. Mediante metodología experimental, basada en simulaciones con el software DesignBuilder, se cuantificaron las concentraciones de CO2 de cuatro tipos de viviendas de carácter social, emplazadas en la comuna de Coronel, región del Biobío, Chile. Los resultados arrojaron que el confinamiento elevó en un 16,4% los niveles de CO2, mientras que el cambio de la condición original de la envolvente a niveles más herméticos generó un alza de más de un 83% en régimen de uso normal y en un 97% para periodos en confinamiento.

En la zona centro-sur de Chile, en aquellas ciudades con baja capacidad de ventilación y alto consumo de leña para calefacción, se encuentran vigentes planes de descontaminación atmosférica, que dentro de la estrategia de reducción de índices de Material Particulado grueso, exige a la envolvente por encima de la actual norma OGUC, que repercute en la reducción de la demanda energética y permitiría incorporar equipos de climatización más eficientes y menos contaminantes. El objetivo del estudio es encontrar una relación óptima de las variables de diseño energético de viviendas sociales para la integración de equipos de bomba de calor. Una vez estimadas las demandas energéticas, para diferentes escenarios de acondicionamiento térmico de la envolvente, como mejora de las condiciones de aislamiento térmico, optimización de la hermeticidad e instalación de ventanas eficientes, se realizó una evaluación económica utilizando indicadores económicos como el VAN y la TIR, concluyendo que dados los valores de provisión e instalación de bombas de calor en el país, es privadamente rentable instalar sistemas avanzados de bombas de calor para los escenarios propuestos y para equipos de aire acondicionado tipo On-Off con un COP de 3.2, y dos equipos Inverter con un COP de 3.61 y 4.2. Los arreglos constructivos más económicos son los más rentables, es decir, solo mejorando el aislamiento hasta 80 mm de poliestireno expandido o EPS con una densidad de 20 kg/m3. También se concluye que, dado que los equipos más eficientes también presentan buenas condiciones de rentabilidad, ya que las tasas de retorno que los hacen rentables superan el 46% de la TIR y mejoran si sube el precio de la leña dado su bajo control y supervisión, lo que resultado aún más favorable si la inversión es realizada por el Estado a través de un subsidio temporal como apalancamiento para el incentivo a la instalación de estos equipos.