Investigaciones para promover edificios bioclimáticos y disminuir consumo energético

La energía en edificaciones es una nueva línea de investigación centrada en la aplicación de conocimiento científico para mejorar las condiciones de confort térmico de las personas que viven en estas, utilizando la menor cantidad de energía. Esto comienza con el conocimiento del clima del lugar de la edificación y el diseño de la misma de acuerdo con ese clima.

En ese sentido, la doctora Guadalupe Huelsz Lesbros ha venido trabajando en el Instituto de Energías Renovables (IER) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) por la creciente preocupación de que 90 por ciento de la energía que se consume en México proviene de la quema de combustibles fósiles que contaminan la atmósfera, principalmente con dióxido de carbono (CO₂).

“Las edificaciones contribuyen cerca de 20 por ciento del consumo de energía en nuestro país, por ello en el instituto no solo buscamos generar energía renovable, también buscamos un uso más eficiente de la energía, entonces dentro de nuestras líneas de investigación tenemos varios temas relacionados con esto”, explicó.

Uno de estos temas es acerca de la transferencia de calor a través de muros y techos de la envolvente arquitectónica, en específico, comentó la doctora, han evaluado el comportamiento térmico de muchos sistemas constructivos de la envolvente cuando una edificación tiene aire acondicionado, de calentamiento y enfriamiento, es decir, se evalúa fijando la temperatura del aire al interior de la edificación.

También han realizado la evaluación de estos sistemas constructivos cuando la edificación no cuenta con aire acondicionado, es decir, cuando la temperatura al interior solo depende de la transferencia de calor de la envolvente arquitectónica. Al hacer la comparación han encontrado que un sistema constructivo puede ser adecuado para su uso en condiciones de aire acondicionado pero no para condiciones sin aire acondicionado y viceversa.

Huelsz Lesbros explicó que esto es una contribución a nivel internacional, ya que en la mayoría de los países los estudios que se hacen están más enfocados en edificaciones con aire acondicionado y nunca antes se había hecho un estudio comparativo. En la mayoría de nuestro país es posible hacer edificaciones confortables térmicamente sin el uso de sistemas de aire acondicionado, si estas son diseñadas correctamente con criterios bioclimáticos, es decir, de acuerdo con el clima del lugar donde se construirán.

“Dentro de nuestra preocupación fundamental de contribuir a que en nuestro país se hagan edificaciones con diseños adecuados al clima, desarrollamos una herramienta numérica que permite hacer la simulación de la transferencia de calor a través de muros y techos de la envolvente de la edificación en las condiciones climáticas de las principales ciudades de la república y así poder seleccionar el sistema constructivo más adecuado. Esta herramienta de simulación está disponible a través de la página y es de acceso gratuito, solo se pide un registro previo”.

La herramienta es de fácil uso y cuenta con instructivos que se pueden bajar del mismo portal de Internet. La herramienta resuelve las ecuaciones del modelo de transferencia de calor dependiente del tiempo que es necesario usar para los climas de nuestro país donde existe una variación grande de la temperatura a lo largo del día y alta radiación solar.

El modelo de transferencia de calor independiente del tiempo, que es el más usado por requerir de cálculos muy simples, solo es válido para condiciones donde las variaciones de temperatura del exterior sean pequeñas, “por ejemplo en países del norte de Europa, el problema fundamental es en invierno, si pensamos en la gran diferencia de temperatura que hay entre el exterior de una edificación y el interior que cuenta con calefacción, las variaciones de la temperatura exterior son relativamente pequeñas, por lo que utilizar el modelo independiente del tiempo es una buena aproximación para esas condiciones. Muchas veces resolver las ecuaciones del modelo dependiente del tiempo va mucho más allá de la formación de un arquitecto, por ello hicimos esta herramienta que les permite hacer la simulación del comportamiento térmico de diferentes sistemas constructivos y puedan ellos ver cuál sería el más adecuado para el clima de la ciudad donde van a construir la edificación”, expresó Huelsz Lesbros en entrevista con la Agencia Informativa Conacyt.

La doctora del IER de la UNAM detalló que es difícil precisar de cuánto sería el ahorro de energía en una edificación específica, pero la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía ha reportado que, en promedio, una casa que cuenta con un sistema de aire acondicionado consume por el uso de este sistema 40 por ciento de la energía total.

“Con esto, en algunos climas no tan severos se puede eliminar el uso del aire acondicionado; sin embargo, en condiciones más severas no se puede quitar la climatización artificial pero sí reducir su uso considerablemente, hasta en un 50 por ciento con el sistema constructivo adecuado”, declaró la doctora Huelsz Lesbros.

Por otra parte, explicó que es muy importante la generación de energía con fuentes renovables y lo más sustentables posibles, pero más importante aún es hacer un uso eficiente de esta energía. «No es suficiente tener generadores eólicos o paneles fotovoltaicos en las edificaciones, sino primero hay que reducir nuestros consumos de energía y para ello se tiene que empezar desde el diseño de nuestras edificaciones de acuerdo con el clima del lugar».

Dentro de esta línea de investigación de energía en edificaciones existe otro proyecto en el cual Guadalupe Huelsz está involucrada, es precisamente en el que utilizan la ventilación de la edificación en climas cálidos para poder aumentar el confort térmico de sus ocupantes sin el uso de sistemas de aire acondicionado y así aumentar la eficiencia energética de las edificaciones.

“Cuando nosotros pensamos en qué es la ventilación, pensamos en el intercambio o la renovación de aire, pero en climas cálidos, sobre todo en los cálido húmedos, podemos utilizar la ventilación natural aumentando el movimiento de aire al interior para mejorar el confort de los habitantes. Esto porque el humano con su metabolismo genera energía térmica, es decir, generamos calor que tenemos que disipar al ambiente, cuando esta acción no nos produce estrés podemos decir que estamos en confort térmico, por eso aumentando la velocidad del aire al interior de una edificación, aumentamos la evaporación del sudor de la piel y con ello podemos lograr el confort térmico de sus ocupantes”.

Lo que se ha hecho en el IER es la elaboración de propuestas para su aplicación en viviendas de interés social para poder favorecer la llamada ventilación cruzada con unas estructuras que se han denominado intercambiadores de viento, mejorando así el confort de los ocupantes.

Estos sistemas constructivos ya se han podido aplicar en algunas zonas del país como Torreón y Hermosillo, donde se ha comprobado la eficiencia de estos sistemas constructivos, pero se diseñaron a modo de prueba por lo que se sigue investigando mediante experimentos en laboratorio y simulaciones numéricas para determinar las mejores configuraciones de acuerdo con las condiciones de viento de cada lugar.

Fuente: CONACYT.