EL ROL DEL SIMULADOR TÉRMICA EN LA ETAPA PROYECTUAL...
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Dra. Arq. M. Victoria Mercado
Investigadora Asistente de CONICET
FORTALEZAS Y DEBILIDADES DE LA SIMULACIÓN
EL ROL DEL SIMULADOR
TÉRMICA EN LA ETAPA PROYECTUAL DE LOS EDIFICIOS BIOCLIMÁTICOS Y EN EL PERÍODO POST-OCUPACIÓN
IBPSA-Argentina
Dra. Arq. Celina Filippín
Investigadora Principal de CONICET
www.ibpsa.com.ar
1
La simulación por software se ha convertido en
la disciplina de diseño, ejecución y análisis de
un modelo físico real o teórico, utilizada para el
ámbito científico y privado
SIMEDIF
ENERGY PLUS
EL ROL DEL SIMULADOR
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Es posible obtener datos estimativos sobre el comportamiento
(energético, térmico, lumínico) transitorio de un edificio en base
a los datos climáticos, materiales, geometría, equipamiento de
climatización, entre otros.
Permite ensayar y definir las condiciones de uso del edificio, nivel
de ocupación, horarios de uso de iluminación, equipos de
calefacción, equipos de enfriamiento, setear termostatos, etc.
Conocer si con el proyecto propuesto y las condiciones
establecidas se alcanzarían las condiciones de confort
ambiental durante el proceso de diseño.
Predicción
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co
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QUE se puede HACER con estos programas
EL ROL DEL SIMULADOR
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Se pueden utilizar dos metodologías:
Utilizando la metodología de simular, confrontar y ajustar es
posible:
- realizar optimizaciones térmicas, lumínicas y energéticas en los
edificios,
- realizar cálculos económicos en relación a la situación energética,
- calcular sistemas solares acoplados al edificio (paneles
fotovoltaicos, colectores solares de agua, colectores
transpirados, techo verde, intercambiadores tierra-aire, etc.).
- Analizar el sistema en estudio en diferentes situaciones
climáticas, y estudiar las variaciones de diseño.
Auditorias en Edificios
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QUE se puede HACER con estos programas
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SIMULADOR
MANAGER
entrada
salida
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DATOS GEOMÉTRICOS:
- cómo ingreso el edificio al programa: ¿por espacios? - ¿por
zonas térmicas? – por zonas con iguales condiciones de
transferencia de calor?
- forma
- cantidad de elementos y cantidades métricas de ellos
- ¿entorno gráfico?
DATOS DE LOCALIZACIÓN
- latitud, longitud
- clima (variables climáticas, modelos utilizados) El simedif utiliza
radiación solar sobre plano horizontal y el Energy plus uno de los
parámetros climáticos dentro de su archivo climático solicita la
radiación solar directa perpendicular al haz. Si en esto no se
tiene especial cuidado podremos sub-estimar las ganancias
solares en el E+ y sobre-estimarlas en el SIMEDIF.
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CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS
MATERIALES:
- tipos de intercambio de calor y cómo los incorpora el
programa (por ejemplo, el simedif utiliza un coeficiente de
transferencia por convección que integra el coeficiente de
transferencia por radiación, en cambio el Energy Plus
incorpora los dos por separados y ofrece al simulador la
posibilidad de seleccionar entre diferentes modelos)
- conductancias de los elementos másicos
- resistenacias de elementos no másicos
- coeficientes de absortividad solar, absortancia térmica y
visible
- número de renovaciones de las zonas
- coeficientes convectivos
- densidad, calor específico
- transmitancia solar para superficies transparentes
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DATOS DE USOS Y ACTIVIDADES
Horarios de uso de los espacios, sobre todo si son edificios
institucionales (escuelas, escuelas albergues, hospitales,
oficinas, viviendas) para:
- cantidad de personas y actividad de las mismas
- elementos de iluminación, horas de funcionamiento
- sistemas de climatización, calefacción, y refrigeración
- uso de termostatos
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LOS MÁS RELEVANTES:
- temperaturas del aire
- temperaturas superficiales
- radiación solar incidente
- energía necesaria para alcanzar el rango de confort establecido
- en el caso de programas más desarrollados, es posible solicitar
como dato de salida los coeficientes de cálculo.
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IDA
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SIRASOL
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VIVIENDA - FONAVI
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[ºC
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Tiempo [horas]
Temperaturas del aire int y ext - Vivienda Fonavi I-
Verano
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VIVIENDA - FONAVI
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VIVIENDA - UNIFAMILIAR
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BODEGA LAS PERDICES
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La simulación como disciplina encarna el principio de:
"aprender haciendo”
Al diseñador, ingeniero, arquitecto o simulador.
No chequea las entradas, no verifica la
aceptabilidad de los rangos de varios parámetros
(excepto un número limitado de chequeos muy
básicos), no interpreta resultados obtenidos.
Ningún Software de simulación REEMPLAZA
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• Los arquitectos tienen un papel clave en el diseño de edificios de bajo
consumo de energía.
• Tanto los métodos de trabajo como la disponibilidad de herramientas
adecuadas de diseño podrían ayudar a los arquitectos en el proceso
de diseño.
UN ACERCAMIENTO
Fuente: J. Kanters, M. Horvat, M.Dubois , Energy and Buildings, 2014
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Los investigadores realizaron encuestas y entrevistas.
Los profesionales indicaron que es necesario un desarrollo de
herramientas de diseño solar en arquitectura que sean
amigables; herramientas visuales que sean sencillamente
operables y modelos de simulación con generación de resultados
fácilmente interpretables y compatibles con el flujo de trabajo del
arquitecto
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Las encuestas y las entrevistas indicaron una
fuerte conciencia sobre los aspectos solares
entre los encuestados
Sin embargo, esto se combina con un uso limitado y un
conocimiento también limitado de las tecnologías de
energía solar, lo que sugiere la necesidad de continuar en el
desarrollo de habilidades, capacidades y herramientas de
diseño entre los arquitectos para acelerar la aplicación de
estas tecnologías en los futuros edificios y el tejido urbano
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Qué es la arquitectura solar para Ud.?
Ud. piensa que es un aspecto importante del diseño sustentable?
Qué información básica y qué debería conocer un arquitecto antes
de empezar a realizar un diseño bioclimático?
Podría describir la primera fase en el diseño ?
Preguntas que los autores realizaron
Podría describir el resto del proceso de diseño?
Cuáles son las herramientas que usa?
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En la práctica de su actividad profesional,
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Importante Neutral No es
importante
No conoce del
tema
Porc
enta
je (%
)
El 74% responde que incluye el tema
Iluminación natural en sus proyectos
(colocación de ventanas).
El 57% incluye estrategias solares pasivas
de calentamiento
El 47% calentamiento solar de agua
El sistema fotovoltaico es menos común
¿cómo calificaría la importancia del uso
de la energía solar?
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Intuitivo Integrador Participativo Orientado a lo
energético
Otros
Nú
mero
cómo describiría su proceso de diseño?
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cómo describiría sus habilidades actuales?
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Muy avanzados Avanzandos Razonable Pobre Muy pobre
Po
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respecto a las herramientas?
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Son muy complejas
Son muy caras
No está integradas al DAC
Llevan mucho tiempo
No están integradas al flujo de trabajo
No soportan adecuadamente el concepto
de diseño
Son satisfactorias
Números
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¿Cómo adecuar las habilidades que actualmente tiene Ud. con las
herramientas de la energía solar en general?
Aprendizaje y Barreras
¿Cuáles son las barreras más importantes para explotar el
diseño solar por parte de los arquitectos?
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Conclusiones de los autores del trabajo:
• Resultados compatibles con el entorno de trabajo del arquitecto
• Desarrollo de software para el diseño solar
• Uso amigable
• Herramientas visuales
• Generación de resultados claros y significativos
• Satisfacción de los requerimientos informáticos propios de cada etapa de diseño
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¿Para qué sirve la simulación?
Para detectar durante el diseño del edificio las posibles causas de disconfort y poder
corregirlas.
Para estimar los consumos energéticos.
Para elegir entre distintas alternativas de diseño la más adecuada al clima.
Para estudiar el efecto de los ocupantes en el uso del edificio.
Acordando con Flores Larsen, Silvana (SEMINARIO INTERNACIONAL DE
ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA Y CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE Salta, 30 -31 de
Agosto y 1 de Setiembre de 2012)
Se agrega que la simulación permite generar resultados claros y significativos desde la prudencia de la
interpretación de los datos
DESDE LA EXPERIENCIA EN LA PROVINCIA DE LA PAMPA Y,
A PARTIR DE LA TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA
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Qcalefacción = 51.43 MJ/d (1.4m3 de GN)
Q enfriamiento = -2708 W (a las 8h)
equipo de 2329 frig
Qgen
Qsolar
Qgen
Qcalefacción = 138.0 MJ/d (3.7m3 de GN)
A = 26m2; V=68m3; RH = 1
Temperatura interior = 18ºC en clima templado frio
Por ejemplo:
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Aumento renovaciones : 4
Qgen
Qsolar
Qgen
Qcalefacción = 138.0 MJ/d
(5.3m3 de GN)
Qcalefacción = 51.43 MJ/d (2.4m3 de GN);
Q enfriamiento = -2132 W (a las 8h)
equipo: 1833 frig
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Optimizar una propuesta de diseño desde los aspectos tecnológicos, energéticos y
económicos
Analizar el costo del ciclo de vida
Replicar un edificio monitoreado, simulado y calibrado en otra localización geográfica
Disminuir la icertidumbre del comportamiento térmico de proyectos demostrativos en
distintas localizaciones geográficas
Refuncionalizar energéticamente un edificio
Proponer distintas intervenciones y sus potencialidades
¿PARA QUÉ SIRVE TAMBIÉN?
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OPTIMIZAR UNA PROPUESTA DE DISEÑO DESDE LOS ASPECTOS
TECNOLÓGICOS, ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS
ANALIZAR PARTE DE SU CICLO DE VIDA
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1999
2001
2003
2005
2007
2009
Años
Co
nsu
mo
de e
nerg
ía (
MJ)
Vivienda tradicional Vivienda intervenida energéticamente
ENERGIA CONTENIDA
Punteado naranja: tradicional
Punteado verde: intervenida energéticamente
Energía incoporada, gris e inducida
Energía operativa
Acordar o no con otros autores
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Un relevamiento detallado para un diagnóstico pertinente
EVALUAR UNA REFUNCIONALIZACIÓN ARQUITECTÓNICA Y
ENERGÉTICA A TRAVÉS DE LA SIMULACIÓN
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Ampliacion y refuncionalizacion energetica del edificio de la Unidad de
Extensión y Desarrollo Territorial del INTA en General Pico (LP)
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Archivo como volante
térmico
Calentamiento natural remoto desde
una zona solarizada con ganancia
solar directa a la Sala de Reunión
Entrepiso aislado térmicamente
para evitar fugas de calor desde la
Sala de Reuniones hacia un sector más ventilado
Acceso al edificio
protegido
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Arq. León Marek y Celina Fiippín
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Estación Experimental del INTA Anguil
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Consumo mensual de energía en calefacción
para mantener el edificio con una temperatura
media de 22ºC
440 450 460 470 480 490 500 510
Convencional
Mejorado
energéticamente
Gas propano en m3
1000 litros de zeppelin = 269m3
Consumo mensual de energía en refrigeración
para mantener el edificio con una temperatura
media de 23ºC
0 500 1000 1500 2000 2500
Convencional
Mejorado
energéticamente
Energía eléctrica en kWh
Energía que consumiría el
edificio convencional y
mejorado con aislamiento
térmica en la cubierta.
Consumo mensual total de energía (calefacción-
refrigeración) para mantener el edificio entre 22 y
23ºC
42000 44000 46000 48000 50000 52000 54000 56000 58000
Convencional
Mejorado
energéticamente
Energía total en MJ
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MONITOREAR, SIMULAR, CALIBRAR, RELOCALIZAR A
PARTIR DE LA DIPSONIBILIDAD DE DATOS CONFIABLES
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Auditorio de la Facultad de Ciencias
Exactas en Santa Rosa, LP
Monitoreo y simulación térmica de invierno del auditorio
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Simulación térmica del auditorio de la
Facultad de Ciencias Exactas para
verano en General Pico, LP
V 5
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V 1
P 2
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V 3
M 2
V 1 C A
M 1
V 1 C A M 1M 1 V 1 C A M 1
S e
P eP e
S eM 4
M 4
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M 2
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V1
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C2
V1
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PROYECTAR, CONSTRUIR SEGÚN LAS REGLAS DEL ARTE Y DEL
BUEN CONSTRUIR.
SEGUIMIENTO DE OBRA.
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Control de las aislaciones en
la envolvente
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Aluminio sin ruptor de
puente térmico = 75%
Aluminio con ruptor de
puente térmico= 67%
PVC = 63%
Madera con vidrio simple
Area efectiva= 64%
Control del área de ganancia
directa por cambio del
material de la carpintería
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Aislación térmica en muro exterior
Hay períodos largos entre el proyecto y la finalización de obra.
Puede haber cambio de empresa constructora. Suele haber
solicitud de alguna variación en pliego. Los responsables en la
etapa proyectual y de simulación deben estar alertas.
Proyecto arquitectónico: Arq. León Marek
Proyecto térmico e integración : Dra. Celina Filippín
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MONITOREAR, SIMULAR, CALIBRAR EN LA ETAPA POS OCUPACIÓN
Diario La Arena
Participación activa de los usuarios
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Consumo de energía en calefacción 0.009
m3/m2
(90 -95 % de ahorro)
ho
ra
Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes
8 10431
Consum
o d
iario
10433
Consum
o d
iario
10435
Consum
o d
iario
10439C
onsum
o d
iario
10444
Consum
o d
iario
14 10433 10435 10439 10444 10446
18 10433
2 m3
10435
2 m3
10439
4 m3
10444
5 m3
10446
2 m3
LOS ALUMNOS
RESPONDEN:
Escuela Bioclimática de Algarrobo del Aguila
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23/ago 25/ago 27/ago 29/ago 31/ago 02/sep 04/sep 06/sep 08/sep
Tem
pera
tura
(ºC
)
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200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Irra
dia
ció
n s
ola
r (W
/m2)
Oficina Exterior Aula Radiación solar
Temperatura ambiente exterior, irradiación solar sobre superficie horizontal y
temperatura de la oficina y de un aula para el periodo de estudio (valores horarios).
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Consumo real
Grados-día, base 18ºC Calor Auxiliar estimado
1998 1999
Real m3
Mes
Estimación
1998 1999
KWh m3 tubos m3 tubos tubos
Ene 0 3.6 5.7 0 0 0 1.1 0.05 1.65 0.07
Feb 0 23.6 3.3 0 0 0 2.8 0.12 2.00 0.08
Mar 31 39.7 31.3 26.8 1.10 0.05 2.6 0.11 2.90 0.12
Abr 97 97.5 137.9 82.9 3.40 0.14 9.4 0.39 10.76 0.45
May 199 164. 202.5 170.7 7.00 0.29 15.4 0.64 18.44 0.77
Jun 307 264. 324.6 265.5 10.90 0.45 65.6 2.70 58.00 2.42
Jul 323 252. 330.5 280.4 11.50 0.50 55.9 2.30 32.00 1.33
Ago 280 268. 247.7 243.8 10.00 0.40 63.3 2.60 32.00 1.33
Sep 184 212. 166.4 158.5 6.50 0.30 21.0 0.87 10.00 0.42
Oct 99 58.7 122.2 85.3 3.50 0.15 3.9 0.16 5.60 0.23
Nov 24 28.3 44.4 20.7 0.85 0.03 2.9 0.12 1.40 0.06
Dic 0 5.3 20.2 0 0 0 1.6 0.06 1.40 0.06
TOTAL 1544 1419 1637 1335 54.75 2.31 245.5 10.12 176.6 7.34
Prediccion del calor auxiliar mensual y consuno real de gas envasado
Pabellón de Ecología en la Facultad de Agronomía
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Muro Norte
10
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20
25
30
35
23-Dic 24-Dic 25-Dic 26-Dic 27-Dic 28-Dic 29-Dic 30-Dic 31-Dic 1-Ene
ambiente exterior
superficie exteriorambiente interior
superficie interior
Temperatura ambiente exterior, temperatura superficial del interior y
exterior del muro norte y temperatura ambiente interior (Dormitorio
Central del Depto. 2).
Muro Sur
10
15
20
25
30
35
23-Dic 24-Dic 25-Dic 26-Dic 27-Dic 28-Dic 29-Dic 30-Dic 31-Dic 1-Ene
ambiente exterior
superficie exterior
superficie interior
Cubierta
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
23-Dic 24-Dic 25-Dic 26-Dic 27-Dic 28-Dic 29-Dic 30-Dic 31-Dic 1-Ene
ambiente exterior
cubierta exterior
Residencias Universitarias Bioclimáticas en Santa Rosa
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MONITOREAR EN DISTINTOS PERÍODOS DE SU CICLO DE VIDA PARA
SIMULAR Y CALIBRAR CON CONFIABILIDAD POSIBLES RÉPLICAS DEL
EDIFICIO ADEMÁS DE INCIAR NUEVAS ETAPAS DE DIVULGACIÓN
0
0,5
1
1,5
2
2,5
9 a 11 11 a 14 14 a 16 16 a 18 18 a 20 20 a 22 22 a 24 24 a 10
Hora
Consu
mo d
e ga
s nat
ura
l (m
3)
Departamento 1
Departamento 2
Departamento 3
Departamento 4
Departamento 5
Departamento 6
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10
Hora oficial
Tem
pera
tura
(ºC
)
0
50
100
150
200
250
300
Rad
iaci
ón s
olar
(W
/m2)
Departamento 4 Departamento 1Departamento 3 AmbienteDepartamento 6 Departamento 2Departamento 5 Radiación solar
Monitoreo 2001
FUTURO
FUTURO
VERDE
PUBLICO
HUERTA
TÉRMICA EN LA ETAPA PROYECTUAL DE LOS EDIFICIOS BIOCLIMÁTICOS Y EN EL PERÍODO POST-OCUPACIÓN
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0
5
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30
35
04-08 06-08 08-08 10-08 12-08 14-08 16-08 18-08 20-08 22-08 24-08 26-08 28-08 30-08 01-09 03-09 05-09
Te
mp
era
tura
(°C
)
DTO 1 DTO 2 DTO 3 EXTERIOR
Comportamiento de los deptos de
PB con respecto al ambiente Fuente: Canori,
M. (2008)
0
5
10
15
20
25
30
35
04-08 06-08 08-08 10-08 12-08 14-08 16-08 18-08 20-08 22-08 24-08 26-08 28-08 30-08 01-09 03-09 05-09
Tem
pera
tura
(°C
)
DTO 4 DTO 5 DTO 6 CAJA DE ESCALERA EXTERIOR
Comportamiento de los deptos de
PA con respecto al ambiente Fuente: Canori,
M. (2008) BLOQUE A BLOQUE B Respuesta de los usuarios de los bloques A
y B a la pregunta N° 3
- Durante la noche generalmente el calefactor
permanece: encendido al máximo, al mínimo o en
piloto
Monitoreo 2008
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Sintesis del periodo en
condiciones reales de uso desde
marzo a diciembre
Monitoreo 2001
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Evolucion de la temperatura interior
entre el 11 de junio y 10 de julio de 2004
Variables climáticas
Qué sucedió más adelante?
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Consumo de gas para calefaccionar la escuela convencional y la escuela solar
Cuáles son los hábitos de uso
del sistema de calefacción?
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0
2000
4000
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12000
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Años
Co
nsu
mo
an
ual d
e g
as (
m3)
Ampliación
Ultimo monitoreo
Consumo histórico de gas natural
Luego de 10 años de uso?
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Año 2004
Año 2000
Año 2004
Año 2004
Qué pasa con el entorno?
Año 2006
Año 2006
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Año 2004
Año 2004
Año 2007 Año 2004
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Año 1999
Año 2004
Año 1995
Año 2004
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Qué pasa con el deterioro y las posibles patologías?
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Hacia 1993……ETAPA PROYECTUAL
CAPITALIZACIÓN DE
ACIERTOS Y ERRORES
Lineamientos generales
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En la capitalización de aciertos y errores y asumiendo que la finalización
del edificio -según reglas del arte y del buen construir- depende:
• de quién es el destinatario de la transferencia: Institución,
Comitente particular
• fundamentalmente de quién gestiona la transferencia en todas
sus etapas
• del momento en que se hace la transferencia y se concreta
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Se reorganiza
la etapa
proyectual
PRE-DISEÑO ENERGÉTICO
ANTEPROYECTO
se negocia para ceder o acordar
PROYECTO DEFINITIVO PLIEGO
CONSTRUCCIÓN
EDIFICIO
Un croquis preliminar y
su modelización y
estimaciones analíticas
permiten evaluar en
una primera
aproximación
-condiciones térmicas
y lumínicas
-ahorro en la carga de
calefacción y/o
enfriamiento e
iluminación
-costos
CROQUIS
PRELIMINAR
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
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¿Por qué un organigrama más complejo?
Integrar la experiencia profesional,
búsqueda de información y el trabajo en
equipo
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El análisis es válido para una determinada
región (depende de los costos del momento
y la accesibilidad a la mano de obra)
Cada edificio es una particularidad
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El período que transcurre entre el pre-diseño
(térmico) y el proyecto definitivo requiere de
la participación activa del:
Comitente – Proyectista - Asesor
Más aún el período que transcurre entre el
pre-diseño y el anteproyecto es un período
de articulación y negociación permanente
para fortalecer la investigación
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El proceso de ejecución necesita de la
participación además del director técnico, del
profesional que ha participado en el pre-diseño
térmico (Es importante un seguimiento
permanente de la obra y un diálogo con quien
la ejecuta)
Minimizar las variaciones que suelen surgir
entre la propuesta del pre-diseño y durante la
construcción y que pudieran afectar el
comportamiento térmico simulado
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Maximizar el análisis de alternativas de diseño en el período de
simulación
Minimizar la impredecibilidad a través del uso adecuado de
modelos de predicción
Realizar un análisis de sensibilidad (+ - área vidriada, + -
sombra, + - espesor en muros interiores, + - absortancia,
+ - ganancias internas de calor)
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Promover el diseño holístico y la discusión entre los distintos
actores
Disminuir la complejidad constructiva
por eso se debe:
Monitorear de manera periódica el comportamiento térmico y
energético del edificio
Puede cambiar el entorno,
hay envejecimiento del edificio, puede no haber mantenimiento (ejemplo, Escuela en Catriló),
puede cambiar el usuario,
pueden cambiar los directivos de las instituciones, etc.
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Un pre-diseño térmico a partir de la simulación integrado al diseño
arquitectónico
Se concluye que
permitirá fortalecer los lineamientos del DB durante
la vida útil del edificio y un mayor acuerdo entre
datos simulados y reales
una adecuada interacción entre los actores,
una construcción acorde con las reglas del arte y del buen construir,
la mayor presevación de las especificaciones
técnicas del pliego y una muy buena gestión de
obra y un sentido de pertenencia de los usuarios
y un sentido de pertenencia de los usuarios
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ARTICULAR DECISIONES EN LA ETAPA
PROYECTUAL, FORTALEZAS, OPORTUNIDADES
Y DEBILIDADES DE LAS HERRAMIENTAS DE
DISEÑO Y SIMULACIóN, CAPITALIZAR
ACIERTOS Y ERRORES DE LOS EDIFICIOS
CONSTRUIDOS
E INTEGRAR INVESTIGACION Y PRACTICA
PROFESIONAL
Para esto se deben:
Muchas gracias!!!!
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