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Pág. 1. Introducción 2. Condiciones climáticas del Ecuador y zonificación climático habitacional 3. Recomendaciones de diseño para edificaciones ubicadas en las distintas Macro-Regiones del País 4. Conclusiones 5. Anexos

Autores

Massimo Palme Andrea Lobato Andrés Gallardo R. David Beltrán Juan Kastillo Geovanna Villacreses Manuel Almaguer

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Estrategias para mejorar las condiciones de habitabilidad y el consumo de energía en viviendas

Presentación El Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER), es un Instituto Público de Investigación, adscrito al Ministerio de Electricidad y Energía Renovable (MEER), que se crea con el fin de fomentar la investigación científica y tecnológica en el Ecuador en temas relacionados con la promoción de la eficiencia en el uso de los recursos energéticos y una mayor participación de energías renovables sostenibles en la generación local, a través de procesos que incluyen la innovación y formación científica; la difusión del conocimiento; el desarrollo y uso de prácticas tecnológicas amigables con el ambiente; lo que se constituye en un aporte fundamental para la diversificación de la matriz energética nacional.

MSc. Martín Cordovez Director Ejecutivo (E)

Una de las líneas de investigación del INER se enfoca en Eficiencia Energética en Edificaciones, dentro de la cual se ha trabajado en el sector residencial debido a que representa un 12% del consumo energético del país según el Balance Energético Nacional 2015 publicado por el Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos (MICSE). Es importante destacar el crecimiento que este sector ha presentado en los últimos años, ya que entre el 2013 y el 2014 fue de un 4,2% y entre el 2004 y el 2014 el sector evidenció un incremento del 33%. Entre los consumos asociados principalmente están el gas licuado de petróleo (53%) y la electricidad (33%), pero no se puede descartar el uso de leña que representa un 14%. Estos consumos varían significativamente según las características climáticas de la zona donde se emplazan las viviendas, lo cual hace imperante estudiar las condiciones de habitabilidad que las viviendas construidas ofrecen a sus ocupantes como una estrategia para promover un consumo eficiente de energía. Emplear estrategias pasivas para optimizar el uso de energía y garantizar las condiciones ambientales al interior de las viviendas es una de las sugerencias principales propuestas en esta guía. Esto ha sido posible mediante la investigación de los diferentes componentes que se pueden aprovechar para reducir consumos en las viviendas, utilizando y optimizando las condiciones del entorno. El análisis de comportamiento de la envolvente en las viviendas a partir de las condiciones climáticas puede generar un ambiente interno habitable sin necesidad de recurrir a sistemas de climatización para obtener un resultado similar. Esperamos que este documento sea un insumo para los diferentes actores que están involucrados en el sector de la edificación y que pueda ser actualizado y enriquecido de manera participativa para incrementar su alcance y utilidad.

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Prefazione

Italiano

La necessità di mantenere l’incremento di temperatura della Terra a meno di 2°C rispetto ai valori preindustriali pone una sfida di grande portata al settore edilizio, che contribuisce significativamente alle emissioni di CO2. La sfida, che si sta affrontando con decisione nell’U.E. e – sia pure in misura minore – anche in altri paesi sviluppati, deve essere affrontata con grande decisione anche e soprattutto nei Paesi in Via di Sviluppo. In questi paesi, infatti è in corso un processo di rapida urbanizzazione che comporterà un forte incremento dei consumi energetici e quindi delle emissioni. La dimensione del fenomeno è tale che se questi consumi non verranno tenuti sotto controllo avranno ben poco peso le misure tendenti al miglioramento efficienza energetica negli edifici dei paesi sviluppati e sarà impossibile il contenimento dell’incremento di temperatura nei limiti occorrenti.

Federico Butera Profesor Emérito del Politécnico de Milán y consultor de Un-Habitat para la eficiencia energética de los edificios.

Larga parte delle emissioni del parco edilizio dei Paesi in Via di Sviluppo sarà dovuta alla climatizzazione, in particolare al condizionamento dell’aria, dato che la maggioranza di essi si trova in clima tropicale o sub-tropicale. Oggi, purtroppo, le nuove costruzioni in clima tropicale risultano spesso enormemente energivore perché ripropongono acriticamente modelli architettonici che hanno origine in climi freddi, e di solito né il progettista né il committente ne hanno coscienza. L’esperienza dei paesi in cui già da molti anni sono state introdotte misure legislative per imporre dei limiti al consumo energetico degli edifici ha mostrato che non bastano leggi e regolamenti per ottenere dei buoni risultati, ma è indispensabile la formazione dei tecnici che devono applicarli. È indispensabile, cioè, che il progettista conosca i principi della progettazione di edifici sostenibili e le faccia sue, perché non esistono regole univoche, applicabili in qualsiasi circostanza e contesto: un edificio confortevole che consumi poca energia progettato per un luogo non è replicabile in un altro. I fattori climatici sono determinanti, assieme a quelli sociali, culturali ed economici, e ciò comporta che ogni paese deve darsi le sue regole. In questa direzione va la guida “Estrategias para mejorar las condiciones de habitabilidad y el consumo de energía en viviendas“, che costituisce un efficace strumento per la progettazione di edifici sostenibili e si pone come indispensabile corredo a una futura legislazione sul contenimento dei consumi energetici in edilizia. www.iner.gob.ec

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Prólogo

Español

La necesidad de mantener el incremento de temperatura de la Tierra en menos de 2ºC respecto a los valores pre-industriales pone un desafío de gran envergadura para el sector de la edificación, que contribuye de forma significativa a las emisiones de CO2 . El desafío, que está siendo enfrentado con decisión en la Unión Europea y – aunque en forma menor – en otros Países desarrollados, debe igualmente ser enfrentado con gran decisión en los Países en desarrollo. Donde está ocurriendo un proceso rápido de urbanización que implicará un fuerte aumento de los consumos energéticos y consecuentemente de las emisiones. La dimensión del fenómeno es tan grande que si no se controlan estos consumos, las medidas tomadas en los Países desarrollados para mejorar la eficiencia energética de los edificios tendrán muy poco efecto y será imposible evitar el incremento de temperatura dentro del límite previsto. Una gran parte de las emisiones del parque edificado en los Países en desarrollo se debe a la climatización, especialmente al acondicionamiento del aire, debido a que la mayoría de estos se encuentra en zonas tropicales o subtropicales. Lamentablemente, hoy en día las nuevas construcciones en clima tropical resultan grandes consumidores de energía debido a la reproducción acrítica de modelos arquitectónicos que se originan en climas fríos, y normalmente ni el diseñador, ni el constructor están conscientes de ello. La experiencia de Países en donde, desde hace ya muchos años han sido introducidas normativas para imponer límites a los consumos energéticos de los edificios han demostrado que las leyes y reglamentos no son suficientes para obtener buenos resultados, sino que es indispensable la formación de los técnicos que deben aplicarlos. En otras palabras, es importante que el proyectista conozca los principios del diseño sostenible y los haga propios, porque no existen reglas unívocas, aplicables en cualquier circunstancia y contexto: un edificio confortable y que consume poca energía en un lugar no es automáticamente replicable en otro. Los factores climáticos son determinantes, juntamente con los factores sociales, culturales y económicos, y eso implica que cada país debe implementar sus propias reglas. En esta dirección va la publicación “Estrategias para mejorar las condiciones de habitabilidad y el consumo de energía en viviendas”, que constituye un eficaz instrumento para el diseño de edificios sostenibles y se postula como ayuda indispensable a una futura normativa sobre la habitabilidad y los consumos energéticos en el sector. Federico Butera Profesor Emérito del Politécnico de Milán y consultor de Un-Habitat para la eficiencia energética de los edificios.

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1. INTRODUCCIÓN En septiembre de 2015, las Naciones Unidas acordaron un set de objetivos de desarrollo sostenible [1], que debiera guiar la agenda internacional hasta 2030. De estos objetivos, entre los más importantes (objetivos 11 y 13) están relacionados con las ciudades y las edificaciones, especialmente en cuanto a su desempeño energético en un entorno climático cambiante. América Latina juega un rol muy importante en el reto para la sostenibilidad, ya que en este continente se están experimentando paralelamente una mejora sustancial en el desarrollo humano y urbanización acelerada, contribuyendo al incremento de la huella ecológica en los países de la región. No es casual que la ciudad de Medellín haya organizado el último foro urbano mundial en 2014 y que la ciudad de Quito se aproxime a hospedar en octubre de 2016, la tercera conferencia Habitat III, que dictará las líneas estratégicas para el futuro urbano de la humanidad. En Ecuador, los objetivos del plan nacional del buen vivir [2] también enfocan temas relacionados con habitabilidad y eficiencia energética de la edificación como prioritarios para el desarrollo del país (objetivos 3, 7 y 11). La propuesta de una vivienda eficiente, digna, confortable, accesible a todos en el respeto de la sostenibilidad territorial es seguramente uno de los logros a los que hay que apostar para el futuro próximo. El desarrollo urbano acelerado surge como consecuencia del crecimiento poblacional y por lo tanto el incremento en la demanda de vivienda. Actualmente, 130 millones de familias habitan en las áreas urbanas de América Latina [3]. De estas, 42 millones viven bajo las condiciones mínimas de habitabilidad afectando la salud y confort de los usuarios. El déficit de vivienda calculado es aproximadamente de 2 millones de unidades, de las cuales el 72% corresponde al déficit cualitativo y tan solo el 28% al déficit cuantitativo [4]. Como consecuencia, surge la necesidad de promover políticas y reglamentos que impulsen la construcción y rehabilitación de viviendas que garanticen condiciones de habitabilidad (confort térmico).

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Scipio

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Información presentada en 2015 por el Ministerio Coordinador de Sectores Estratégicos en el balance energético con año base 2014, establece que el consumo energético residencial en el Ecuador representa un 12.3% del total nacional en el año 2013, experimentando un crecimiento del 4.6% anual. Asimismo, el consumo de electricidad específico del sector residencial representa un 28.8% del total eléctrico. Estos valores exponen la tendencia creciente que experimenta el consumo energético de las viviendas en el país. Este escenario requiere de acciones adecuadas, con el fin de asegurar que la implementación de medidas de eficiencia energética sea considerada como parte del crecimiento del sector de la edificación (6,9% de participación dentro del PIB en 2000, a 10,6% en 2009) [5]. Por estas razones, la provisión de edificaciones adecuadas y accesibles se ha convertido en un importante reto en la región, según lo reportado en el estudio de Rojas [6]. El reporte del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente [7] indica claramente la tendencia regional por implementar políticas públicas, planes y estrategias enfocadas en fomentar la eficiencia energética en edificaciones. Los reglamentos y ordenanzas vigentes que rigen el sector de la construcción en el país incluyen parámetros urbanísticos [8], arquitectónicos [9, 10], estructurales [11– 23] habitabilidad y salud [24], entre otros. Sin embargo, no existe un reglamento que regule la eficiencia del uso energético en edificaciones y que además exija condiciones adecuadas de confort higrotérmico.

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En la actualidad, la eficiencia energética y el confort higrotérmico en edificaciones nuevas y en rehabilitación son abordados en normas consultivas internacionales y nacionales. En el Ecuador la norma INEN – 2009 señala la necesidad de considerar criterios sobre aislación térmica, factor de forma, eficiencia en iluminación, uso de energías renovables [25]. Asimismo, el capítulo 13 del documento norma ecuatoriana de la construcción (NEC 11), que se encuentra en elaboración, abordará los temas de eficiencia energética [26]. Por otro lado, existen normas y reglamentos para regular la eficiencia energética de equipos de acondicionadores de aire [27, 28], de artefactos de uso doméstico para producción de frío [29] y el rendimiento térmico de colectores solares de placa plana y colectores solares de vacío [30]. Además, varias normas establecen métodos de cálculo para estimar requerimientos de cargas de calefacción y refrigeración [31, 32], cálculo de los coeficientes de transferencia de calor por transmisión y ventilación [33, 34], evaluación de las condiciones de confort interior [35– 40], y estimación energía anual utilizada en calefacción y refrigeración [41].

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Las normas expuestas presentan requisitos mínimos y métodos para evaluación de diferentes parámetros de eficiencia energética y confort térmico. Sin embargo, actualmente no existen criterios técnicos sobre el uso eficiente de la energía en edificaciones validados, que respondan a los requerimientos climáticos del país, ni mecanismos efectivos de transferencia de este tipo de conocimiento al alcance de los actores del sector de la edificación. Como debilidades en este sector, a nivel nacional se han identificado a las siguientes: • El desconocimiento sobre las características de los materiales y sistemas constructivos que respondan a las condiciones climáticas del país. • La falta de información desagregada sobre el consumo energético en las edificaciones en el país. • La inexistencia de políticas sobre eficiencia energética en edificaciones para Ecuador, basadas en normativa vigente y de obligatorio cumplimiento. • Inexistencia de datos climáticos históricos, a nivel horario de condiciones ambientales interiores y de consumo energético de viviendas debidamente sistematizados. La naturaleza del problema y la situación actual acerca de esta temática, demuestran la necesidad de incentivar la investigación aplicada y el desarrollo tecnológico, abordando las condiciones bioclimáticas, geográficas y socio-culturales del país. Por esta razón el Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energía Renovable abrió la línea de investigación en Eficiencia Energética en Edificaciones. Una de las primeras tareas de la línea, ha sido la recopilación de la información climática disponible y su adaptación para ser utilizada en el proyecto de edificaciones. Con esta información se generó un mapa térmico de zonificación del País,

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que establece un criterio nuevo de subdivisión, más preciso del simple “sierra, costa, oriente” todavía muy utilizado. Resultan seis zonas térmicas, dos calurosas (correspondientes a zonas del oriente y costa), dos intermedias (correspondientes a los valles andinos y a las explanadas de la región central) y dos frías (zonas de páramos sobre los 3000 y 5000 metros sobre el nivel del mar ms.n.m.). A partir de la información climática, se desarrollaron estrategias y recomendaciones para la construcción y el acondicionamiento de las viviendas en cada zona. Estas estrategias generales a su vez se subdividieron en ejemplos de estrategias detalladas de elección de materiales, orientación, diseño de sitio, desarrollo de sistemas complejos de acondicionamiento pasivo y en algún caso activo. Esta información se recoge ahora en este compendio de recomendaciones, para que pueda ser una base sobre la cual desarrollar proyectos más eficientes de vivienda, especialmente social. También se encontró la necesidad de empezar a contar con datos de desempeño real de viviendas, para calibrar modelos y verificar los conceptos de la arquitectura sostenible que circulan con amplia difusión a nivel internacional. El logro de vincular la realidad del País con los conocimientos disponibles implicó el diseño de casos de estudio, para emplazar y monitorizar en diferentes regiones del Ecuador. Un primer modelo de vivienda ha sido estudiado en la ciudad de Yachay en la Sierra, mientras que un segundo ha sido diseñado para ser ubicado en la Amazonia. Un tercer modelo, todavía por desarrollar, se ubicará en la costa, para tener un panorama suficientemente amplio del desempeño de edificaciones en términos de confort y eficiencia, punto de partida para plantear una estrategia de desarrollo urbano para Ecuador. Los resultados obtenidos hasta ahora se recogen en los anexos, juntamente a los diagramas psicométricos de las capitales de provincia del Ecuador.

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2. CONDICIONES CLIMÁTICAS DEL ECUADOR Y ZONIFICACIÓN CLIMÁTICO HABITACIONAL Existen muchas metodologías para clasificar los climas. Las más apreciadas por los climatólogos utilizan datos de movimiento de aire en la atmósfera como variable principal. Los ecólogos prefieren utilizar mapas de carácter florafaunístico, mientras que los geógrafos prefieren mapas cuantitativos, como el propuesto por Koppen [42] y perfeccionado más tarde por Gaiger [43], que ha venido siendo actualizado por varios autores hasta la actualidad [44]. Los arquitectos y otros operadores del sector de la construcción también prefieren mapas de tipo cuantitativo, para poder relacionarlos con tipologías constructivas y materiales adecuados. Acorde a la clasificación de Koppen, Ecuador cuenta con los climas Af (ecuatorial), Aw (tropical con invierno seco), Bwh (árido cálido), Bsh (semiárido cálido), Cwa (subtropical con estación seca) y Cwb (templado con invierno seco). Sin embargo, a la hora de definir estrategias arquitectónicas, la información proporcionada por Koppen puede no ser la más adecuada. Instituciones como ASHRAE [45] han desarrollado propuestas diferentes, tomando en cuenta parámetros relacionados con la percepción humana del ambiente construido (confort). Acorde a la clasificación ASHRAE, Ecuador cuenta con los climas 1-A (muy caluroso húmedo), 1-B (muy caluroso seco), 2-A (caluroso húmedo) y 3-A (templado húmedo). Esta clasificación utiliza datos satelitales proporcionados por la NASA (2008) y considera tres parámetros: precipitación media diaria mensual, grados días de calefacción y grados día de refrigeración. Esta metodología ya puede definirse como climático-habitacional, porque utiliza los conceptos de confort térmico.

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Johnny-Chunga

Oscar F. Hevia

NealeA

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Un mapa obtenido con una clasificación como esa (tiene una precisión de 1° de latitud por 1° de longitud), sin embargo, debe ser afinado para cada región del continente. Sobre todo, para el análisis térmico y energético de los materiales de construcción de una vivienda es importante la caracterización climática de la zona específica de estudio, ya que los parámetros meteorológicos serán mandatorios sobre la elección adecuada de los materiales en las fases de diseño y construcción. Por tal razón, se recomienda tener mediciones meteorológicas in-situ por la precisión que se puede alcanzar. Caso contrario se debe buscar fuentes de datos que ayuden a obtener esta información como, por ejemplo: estaciones meteorológicas cercanas a la zona, datos meteorológicos históricos, bases de datos satelitales, etc. De este principio fundamental nace la importancia de caracterizar el clima en el Ecuador y de contar con una zonificación climática de alta resolución adecuada que responda con las necesidades de los análisis térmicos y energéticos de edificaciones. Los estándares establecen una serie de requerimientos en base a la zona climática donde se encuentra ubicada una edificación, teniendo en cuenta lo anterior, se unieron varias fuentes de información que permitieron obtener las condiciones climáticas que poseen un impacto importante en el análisis del uso de energía de las edificaciones. El Ecuador continental tiene una superficie de 249 mil km2, está situado al noroeste de América del Sur y posee tres regiones o macro zonas bien definidas: Costa, Sierra y Amazonía, que presentan diferentes condiciones climáticas determinadas por la altitud, ubicación, presencia de la Cordillera de los Andes y la influencia marítima. La región Costa tiene una estación lluviosa y otra seca, la región Sierra tiene una estación lluviosa y fría y otra seca [46], mientras que la región Amazónica presenta lluvias a lo largo del año.

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Una variable meteorológica muy importante en el análisis térmico y energético de los materiales es la radiación solar. En el 2008 el Ministerio de Electricidad y Energías Renovables publica el Atlas Solar del Ecuador donde se estima el recurso solar mediante la integración de mapas digitales. Esto ha permitido identificar la distribución del recurso solar sobre el territorio ecuatoriano, en el cual existe un promedio de insolación global de 4575 Wh/m2/día. En cuanto a la humedad relativa, la temperatura y la precipitación a nivel nacional son variables que dependen de la orografía del país, lo cual genera zonas o microclimas en cada región. Por tanto, no se puede generalizar la variable para cada macro zona. Con los datos de estaciones meteorológicas disponibles y proporcionadas por el INAMHI, se pudo obtener los grados día de calefacción y refrigeración necesarios para la realización de un mapa de zonificación climática para el Ecuador. En algunos casos, la interpolación entre estaciones meteorológicas puede generar datos aproximados, especialmente en lo correspondiente a las variaciones en la altitud sobre el nivel del mar, que en el Ecuador son muy importantes. Por esta razón, a las categorías consideradas por ASHRAE, en el trabajo realizado en el INER se adjuntan dos categorías de climas de altura como se muestra en la Tabla 1. A continuación se muestra la zonificación climática resultante, la misma que posee 6 zonas climáticas que han sido identificadas en base a los parámetros propuestos por las normas ASHRAE (Figura 1). Ademas, en la tabla 2 se muestra las zonas climáticas de las capitales del provincia del Ecuador.

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Figura 1. Mapa de zonificación climática del Ecuador.

Tabla 1. Definición de Zonas Climáticas para el Ecuador

ZONA CLIMÁTICA 1

Húmeda muy calurosa

2 3 4 5 6

Húmeda calurosa Continental lluviosa Continental templada Fría Muy fría

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Guayaquil, Esmeraldas, Nueva Loja, Machala, Santa Elena Tena, Puyo, Macas Quito, Loja, Cuenca Ibarra, Ambato, Azogues Latacunga, Riobamba, Tulcan Páramos

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Tabla 2. Zonas Climáticas de las Capitales de Provincia del Ecuador.

ZONA CLIMÁTICA Región costa 1 2 3 4 5 6 Región sierra 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Región oriente 18 19 20 21 22 23 Región insular 24

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El Oro Esmeraldas Guayas Los Rios Manabí Santa Elena

Machala Esmeraldas Guayaquil Babahoyo Portoviejo Santa Elena

Humeda muy calurosa Humeda muy calurosa Humeda muy calurosa Humeda muy calurosa Humeda muy calurosa Humeda muy calurosa

Azuay Bolívar Cañar Carchi Chimborazo Cotopaxi Imbabura Loja Pichincha Santo Domingo de los Tsachilas Tungurahua

Cuenca Guaranda Azogues Tulcan Riobamba Latacunga Ibarra Loja Quito Santo Domingo Ambato

Continental lluviosa Continental templado Continental templado Fria Fria Fria Continental templado Continental lluviosa Continental lluviosa Humeda calurosa Continental templado

Morona Santiago Napo Orellana Pastaza Sucumbios Zamora Chinchipe

Macas Tena Francisco de Orellana Puyo Nueva Loja Zamora

Humeda calurosa Humeda calurosa Humeda muy calurosa Humeda calurosa Humeda muy calurosa Humeda calurosa

Galápagos

Puerto Baquerizo Moreno

Humeda calurosa

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3. RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA EDIFICACIONES UBICADAS EN LAS DISTINTAS MACRO-REGIONES DEL PAÍS

Las edificaciones a nivel mundial y especialmente en los países de más altos ingresos por habitante, son responsables de un 30% de los consumos energéticos y de las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con la transformación de la energía necesaria. En Ecuador, como en otros países de bajos o medianos ingresos per cápita, los consumos energéticos de la construcción (sobre todo los relativos a la operación de los edificios), son bastante menores hoy en día, pero esta situación está cambiando muy rápidamente. La razón del menor impacto en los consumos está en la diferente concepción de habitabilidad y confort que los habitantes de estos países tienen, respecto a los habitantes de países con más poder adquisitivo. Es frecuente encontrar en Ecuador viviendas, oficinas y hasta espacios educacionales o del sector hospitalario que no cumplen con requerimientos mínimos de habitabilidad, ni hablar de ser percibidos como espacios confortables, en donde es placentero estar desde un punto de vista perceptivo y fisiológico. Incluso se puede plantear la hipótesis de existencia de unas enfermedades relacionadas con la vivienda, especialmente en los sectores más pobres y vulnerables de la sociedad.

INER

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Las herramientas normalmente utilizadas en el desarrollo de normativas y guías sobre la eficiencia energética de los edificios [48], [49], utilizan como término de medición la demanda térmica de los espacios. En el Ecuador puede parecer absurdo medir la eficiencia de los edificios en esos términos, pues se recomendarían estrategias para generar un ahorro sobre una demanda de energía que es en muchos casos puramente teórica, debido a que usualmente no se acondicionan los espacios y se deja simplemente al usuario la responsabilidad de adaptarse con sus propios medios al entorno construido. No hay que olvidar que, sin embargo, en un sinnúmero de casos, la calidad de los espacios es tan baja que excede los límites de tolerancia (ni hablar de bienestar) asumibles por los habitantes utilizando esas estrategias de adaptación.

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En otras palabras, existe una relación directa entre la demanda (ficticia en muchos casos) de energía térmica y el bienestar adaptativo de los usuarios: si estos tuvieran acceso a más recursos económicos, emplearían algún sistema de acondicionamiento para obtener su confort. Si las edificaciones no responden a estas futuras posibles expectativas, los usuarios implementarán sistemas activos (de alto consumo energético) para acondicionar edificios mal diseñados en un principio, generando posiblemente un derroche energético sin precedentes. Si las edificaciones, se diseñan para responder a estas expectativas siguiendo criterios reconocidos de carácter adaptativo, los sistemas pasivos (es decir los mismos edificios) serán capaces de adsorber las demandas futuras de los usuarios, mejorando su condición de vida sin generar consumo energético adicional. En esta guía, se emplearán ambos conceptos de demanda energética y confort, tomando en cuenta la relación muy estrecha que tienen por lo anteriormente descrito. Las estrategias pasivas que permitan reducir esa demanda (o mejorar el confort y la habitabilidad), serán descritas por cada zona climático-habitacional identificada utilizando el criterio de grados hora expuesto anteriormente.

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En la toma de decisiones sobre las estrategias pasivas recomendables en cada emplazamiento climático, son muy útiles unos gráficos conocidos como ábacos de Olgyay [50] y de Givoni [51]. El ábaco de Givoni, especialmente, se construye a partir de los datos de temperatura y humedad de un año meteorológico típico (por lo menos de frecuencia horaria). La figura 2 muestra en eje horizontal las temperaturas (°C) y en eje vertical la humedad absoluta (gr agua en kg de aire). También se encuentran evidenciadas 7 áreas del diagrama: el área de confort (azul), el área de confort extendida utilizando la estrategia de captación solar (marrón oscuro), la que se alcanza con inercia térmica (marrón claro), la con inercia y ventilación nocturna (marrón claro), la relativa a la ventilación natural (verde), y las correspondientes a los ciclos de evaporación directo (azul oscuro) e indirecto (negro). Las líneas celestes representan el clima exterior (en este caso, de Quito) y se construyen a partir de los

datos de temperatura y humedad relativa media diaria. Se toma para cada mes el valor de temperatura media más bajo y el de humedad relativa media más alto, luego el de temperatura media más alto con el de humedad relativa media más bajo. Llegar a generar condiciones confortables en el interior de una edificación significa, para Givoni, lograr que las rectas enteras caigan dentro del rango de confort extendido utilizando la estrategia oportuna. Hay que recordar además de la existencia de estrategias de climatización pasiva como, la protección de la radiación solar incidente y la conservación del calor, que no es posible visualizar en el diagrama de Givoni. Para un diseño adecuado de las estrategias pasivas, es necesario complementar este ábaco con los diagramas de asoleamiento y con datos de temperatura máxima y mínima sobre base horaria, con el fin de identificar los períodos en los que será más oportuno intervenir con una u otra de las soluciones sugeridas por Givoni.

Figura 2. Rangos de temperaturas mensuales para Quito y estrategias pasivas aplicables

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Rango de confort y Conceptos de confort adaptativo. + 3 Muy Caliente + 2 Caliente + 1 Poco Caliente + 0 Neutro

PMV

Calor

Frío

Cuando hablamos de confort, nos referimos a la combinación de los parámetros ambientales, fisiológicos, psicológicos y culturales que generan en el individuo una sensación de bienestar. Es algo controvertido si la neutralidad térmica (la ausencia de intercambio térmico entre el cuerpo y el ambiente) corresponda a este bienestar. Algunos estudios sugieren de hecho que el ser humano necesita ser estimulado, y no mantenido en una situación de neutralidad estática. En cualquier caso, la presencia de factores de carácter psicológico y cultural impide una definición unívoca de confortabilidad, a pesar de los estudios realizados para explicar la compleja fisiología del intercambio térmico del cuerpo por Fanger [52]. Otros científicos propusieron definiciones de confort de tipo adaptativo, relacionadas con las costumbres de las poblaciones [53, 54]. Todo lo que podemos admitir, sin faltar de generalidad, es la existencia de unos rangos de valores para los parámetros en los que la mayor parte de los usuarios con cierta característica de arropamiento y

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metabolismo se encontraría en condiciones aceptables. Pero atención: los rangos son estacionales, o sea que combinaciones de los parámetros iguales pueden ser percibidas de forma muy diferente si estamos en invierno o verano (o en temporada seca y húmeda para el caso de climas tropicales). Por ejemplo, 18 °C son aceptables en invierno, pero no en verano. De la misma forma, 26 °C interiores en invierno harán percibir el ambiente como caluroso. Existe de alguna manera una dependencia de la temperatura exterior: cuando esta baja, el rango de aceptación se desplaza hacia temperaturas menores y viceversa. En general, Givoni coloca la zona de confort en su ábaco de la forma explicada en la figura 3 y 4. El límite inferior se sitúa en 18-19 grados (depende de la humedad relativa: un frío muy seco (debajo del 25% de humedad relativa) – por otro lado, muy improbable de encontrar – puede resultar más molesto que un frío húmedo – siempre por debajo de 90% en todo caso). Esto explica la pendiente ligera que tiene la recta de la izquierda, según la cual 18 °C estarían en el rango al 90% de humedad, pero necesitaríamos 19 °C al 30%. El límite superior se establece de manera parecida: si 24 °C (o incluso 26 °C) serían aceptables en un ambiente suficientemente seco (pero no demasiado: entre 50% y 30%), en ambientes más húmedos solamente 22-23 °C lo serían. Esto explica la pendiente en la línea de la derecha. Es importante notar el hecho que en temporada fría el 90% de humedad puede ser aceptado, mientras que en temporada de calor solamente estar debajo de un 70% nos coloca en condición de bienestar. De alguna manera, el cuerpo humano está consciente de que el frío casi siempre es húmedo, mientras que el calor no. Por esto desarrollamos solamente una estrategia de reacción automática hacia la pérdida de calor (la vasorestricción), mientras que tenemos dos posibilidades frente al calor (la vasodilatación y la sudoración). Esta última, no será efectiva si el aire está ya saturado de vapor, generando esa sensación de bochorno típica de los climas cálido-húmedos.

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Figura 3. Rango de confort con límites 18°C (90%HR), 19°C (30%HR) 24°C (20%HR) y 22°C (70%HR) para una actividad metabólica media.

Figura 4. Extensión de la zona de confort con estrategias pasivas.

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DESCRIPCIÓN DE LAS ZONAS

ZONA 1

Zona 1: húmeda muy calurosa En esta zona climático-habitacional, que caracteriza las zonas costeras y la región amazónica profunda del Ecuador, con cierta diferencia en las oscilaciones de temperatura día-noche (más pronunciadas en el oriente), las estrategias principales según un análisis del ábaco de Givoni serán la ventilación natural y en algunos casos la inercia térmica (con o sin ventilación nocturna). También será muy importante minimizar las ganancias de calor por radiación solar. Habrá en todo caso algún momento del día en el que será necesario utilizar un equipo artificial por lo que se recomienda seleccionar el más eficiente posible. Ciudades que se encuentran en esta zona son: Babahoyo, Esmeraldas, Portoviejo, Machala, Nueva Loja, Francisco de Orellana, Santa Elena y Guayaquil.

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ZONA 2

Zona 2: húmeda calurosa Esta zona climático-habitacional, similar a la anterior, se caracteriza por una oscilación térmica más elevada que reduce la necesidad de refrigeración, especialmente durante la noche. Por esta razón la estrategia más útil podría ser la construcción de espacios sombreados y de alta inercia, utilizando la ventilación nocturna para evacuar el calor residual acumulado. Ciudades de referencia para este clima serán: Macas, Puyo, Santo Domingo, Tena, Puerto Baquerizo Moreno y Zamora.

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ZONA 3 Zona 3: continental lluvioso El análisis efectuado en función de los grados día de calefacción y refrigeración indica que existe una zona con necesidades tanto de calefacción como de refrigeración, debido a las variaciones de ciclo dia-noche. Esta zona es la que separa las regiones más calurosas de los valles andinos y se extiende por todo el país en el eje vertical. La mayoría de las localidades incluidas en esta zona reciben una cantidad muy alta de lluvia, con la excepción de la región ubicada más al sur, en donde se puede dar cierta aridez localizada. En estas ubicaciones las estrategias pasivas a utilizarse serán la inercia térmica (sin ventilación nocturna), la ventilación natural diurna, la protección solar. En algunos casos, la captación solar puede ser utilizada en conjunto con la inercia, para acumular el calor y almacenarlo hasta la inversión del ciclo térmico. Ciudades en esta zona: Loja, Cuenca y Quito.

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ZONA 4 Calefacción solar (CS)

Inercia térmica (IT)

Zona 4: continental templado En los valles de la región andina, el clima es templado con temperaturas medias de unos 20 grados centigrados todo el año. Las oscilaciones térmicas no son elevadas y en general las necesidades térmicas son de calefacción durante las horas nocturnas. Por lo tanto, las estrategias más recomendables son la inercia térmica y la captación solar. Ciudades de referencia son: Ambato, Guaranda, Azogues e Ibarra.

Minimizar las pérdidas de calor (MPC)

Equipos (E)

Ventilación natural (VN)

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CSP 1 CSP 2 CSP 3 CSP 4 IT 3 IT 4b IT 6 MPC 1 MPC 2 MPC 3 MPC 4 MPC 5 MPC 6 MPC 7 MPC 8 MPC 9 E1 E2 E3 E4 E5 VN 1 VN 2 VN 3 VN 4

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Zona 5: fría Las localidades emplazadas en zonas 5 y 6, con altitud de entre 3000 y 5000 metros deben tratarse por separado, por lo tanto, se define una zona fría, con necesidades de calefacción nocturna y diurna. En esta zona las estrategias más recomendables serán la inercia, el aislamiento y la captación solar. Ciudades ubicadas a esa altura son: Tulcán, Latacunga y Riobamba.

ZONA 5 Y 6

Zona 6: muy fría Las localidades por sobre los 5000 metros, a su vez se separan en una zona muy fría, en donde las estrategias necesarias serán inercia, aislamiento, captación solar directa e indirecta. En esta zona las edificaciones que se pueden encontrar son refugios y casas aisladas como: Refugio del Cotopaxi.

El análisis climático de las zonas del Ecuador, hace notar como dos de las áreas identificadas por Givoni en su diagrama no estén prácticamente presentes en el país. Se trata de las dos zonas que corresponden a estrategias para climas cálidos y secos: enfriamiento por evaporación directo e indirecto. Las estrategias consideradas para cada zona del Ecuador serán entonces agrupadas como se describe a continuación, considerando Givoni y también los conceptos de protección de pérdida o ganancia de calor. También se incorporan estrategias para la instalación de equipos. De esta forma, las macro estrategias serán: ventilación natural, inercia térmica, captación solar, minimización de ganancias de calor, minimización de pérdidas de calor.

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DESCRIPCIÓN DE ESTRATEGIAS VENTILACIÓN NATURAL En los climas cálido-húmedos (o en los que tienen una estación así), la principal estrategia pasiva a utilizarse es la ventilación natural. Esta tiene un efecto muy directo sobre el cuerpo humano, aumentando la capacidad de sudoración que tenemos. Por lo tanto, incorpora unos 5 °C a la derecha del rango de confort, pero sobre todo permite acceder a la zona de humedades entre el 70% y el 90%, cosa que ningún otro sistema pasivo permitiría. Sistemas de esta tipología son muchos y dependen de

la presencia de vientos exteriores y de su variabilidad en intensidad y dirección. Si captamos aire en la parte más alta del edificio, tendremos una torre de viento; si lo captamos en la parte baja, tendremos ventilación cruzada y ascendente. En ambos casos necesitamos ofrecer al aire una salida en la parte alta del edificio. Si utilizamos el efecto Venturi en un dispositivo adecuado, tendremos una chimenea, y si utilizamos la energía del sol, será una chimenea solar. Podemos también aprovechar la inercia del terreno, y generar un sistema de ventilación subterráneo. La ventilación puede ser aprovechada también para enfriar los materiales: tendremos en ese caso fachadas o cubiertas o suelos ventilados (Figura 5).

Figura 5. zona del diagrama incorporada al confort con ventilación natural

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VN-1. Usar ventanas que maximicen el flujo de aire

En zonas climáticas calurosas y con alta humedad relativa es recomendable diseñar edificaciones con ventanas grandes, como se observa en la figura. Con esto se asegura un flujo continuo de grandes masas de aire dentro de la edificación. Lo cual crea un efecto de enfriamiento psicológico en los ocupantes, debido a un aumento en la tasa de evaporación del sudor. Debido a las características del lugar es recomendable usar mosquiteros o mallas sobre las ventanas para evitar que insectos y animales propios de la zona entren en la edificación.

VN-2. Permitir la ventilación cruzada

En zonas climáticas con una alta humedad relativa, y en donde se tiene una velocidad de viento considerable se debe maximizar el efecto de la ventilación cruzada. Para esto se ubican las ventanas o ventoleras de suministro y extracción de aire en fachadas opuestas de la vivienda, tratando que la relación del área de suministro y extracción sea la misma. Con esta estrategia se garantiza un flujo de aire constante dentro de la vivienda. Además, es muy importante asegurar que en esta dirección no exista ningún obstáculo que afecte o disminuya la velocidad del viento, como se observa en la figura.

VN-3. Orientar la fachada de mayor longitud del edificio en la dirección del viento predominante.

Para obtener una mayor eficiencia en la renovación de aire interior de las edificaciones es recomendable diseñar edificios que aprovechen la ventilación cruzada. Dichas edificaciones se caracterizan por ser delgadas, y con una distribución de planta abierta. Es decir que los espacios se encuentren conectados por ductos de salto o con puertas tipo persiana como se observa en la figura. Otro factor importante se centra en la orientación de las fachadas, las cuales deben ser perpendicularmente orientadas hacia las brisas predominantes del viento.

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VN-4. Orientar las ventanas en la dirección predominante del viento Para fachadas donde existen ventanas fijas se recomienda orientar dicha fachada en la dirección perpendicular a la dirección predominante del viento, como se observa en la figura. Con lo cual se asegura el mayor suministro de aire dentro de la edificación.

H J H

VN-5. Utilizar muros operables (que se pueden abrir y cerrar)

Para garantizar un flujo de aire en todo el volumen de la vivienda se recomienda instalar muros operables sobre las fachadas. Dichos muros permiten la regulación manual del flujo de aire, como se observa en la figura.

VN-7. Maximizar la distancia vertical entre la entrada y la salida de aire para producir ventilación por el efecto de succión del aire (chimenea solar).

En lugares donde existe mucha vegetación es importante el diseño de chimeneas solares. Este tipo de estrategias aprovechan el efecto de la flotabilidad del viento para generar condiciones de confort. Como se observa en la figura, estas estrategias deben ser ubicadas sobre los techos de las viviendas, con lo cual se asegura que el aire caliente sea extraído de la vivienda. Para mejorar la eficiencia de la chimenea solar se utilizan áticos muy bien ventilados con techos inclinados, que por un lado ayudan a que el aire se dirija hacia la abertura de extracción y por otro lado ayudan a desfogar el agua de lluvias. Este tipo de estrategias también ayudan a ventilar el techo que está expuesto a ganancias solares.

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INERCIA TÉRMICA Un sistema útil en todos los climas templados, y también en los climas áridos de alta oscilación térmica día-noche es el de la inercia. La inercia expresa la capacidad de los materiales de construcción para acumular calor en su propia estructura, y es una combinación de las propiedades de calor específico y densidad. Como se observa en la Figura 6, la inercia permite extender el rango de confort hacia la izquierda (unos 5 °C) y hacia la derecha (unos 8 °C). Además, lo amplifica ligeramente hacia arriba, permitiendo cierto aumento de la humedad relativa. Los sistemas inerciales consideran la utilización de materiales de alto calor específico como adobes, piedras, agua y hormigones. En algunos casos, requieren de sistemas móviles para ser más efectivos, especialmente cuando se instalan en cubierta. La inercia térmica puede ser combinada con la refrigeración nocturna por ventilación (Figura 7), pero atención: en muchos casos las temperaturas nocturnas bajan lo suficiente como para no ser confortables. Esto limita la utilización de este sistema a los edificios (o los locales) en donde no haya ocupación en horario nocturno. Cuando se implementa esta estrategia, se puede extender el límite superior del rango de confort térmica hasta en 2-3 °C.

Patricio Lobato Z.

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Figura 6. Zona del diagrama incorporada al confort con inercia térmica

Figura 7. Zona del diagrama incorporada al confort con inercia térmica y ventilación nocturna

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IT 1. Utilizar materiales de alta densidad y calor específico en elementos sombreados de la edificación. En zonas calurosas, puede ser importante mantener elementos masivos sombreados, para que contribuyan a la estabilidad térmica del interior. Elegir materiales de alta efusividad térmica, para que tengan una respuesta rápida al contacto, como metales, tierras y piedras.

IT 2. Utilizar sistemas operables para ventilar durante las horas nocturnas los interiores y los elementos de inercia.

En situaciones de oscilación térmica día-noche (pero sin que las temperaturas bajen por debajo de los 18-20 °C), puede ser oportuno ventilar durante el período más fresco para evacuar el calor acumulado en el período caluroso. La ventilación puede bien ser transversal, si hay brisas disponibles, o vertical por efecto venturi o por gradiente térmico.

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IT 3. Utilizar materiales de alta densidad y calor específico en la envolvente, para que reciban el sol durante el día y lo devuelvan durante la noche.

Con el fin de evitar perder el calor aprovechado del sol y de las ganancias internas en la edificación, es necesaria una adecuada selección de los materiales a ser usados en la construcción. En climas fríos como los de la región Sierra de Ecuador, es importante almacenar todo el calor recibido y generado durante el día para ser usado por la noche. Materiales como el adobe, ladrillo que tienen elevada masa térmica son adecuados para este fin. Este tipo de materiales tienen la capacidad

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de almacenar en su interior el calor ganado por el sol durante el día y entregarlo hacia el interior de la vivienda durante la noche. El periodo de tiempo que el material realiza el proceso de carga y descarga de calor está relacionado directamente con el espesor del mismo. Una pared de masa térmica muy gruesa podría no llegar a calentarse lo suficiente como para brindar su calor durante la noche. Por el contrario, una pared muy delgada podría llegar a calentarse tan rápido que el interior de la vivienda también se calentará en el día y ayudan a que el aire se dirija hacia la abertura de extracción y por otro lado ayudan a desfogar el agua de lluvias. Este tipo de estrategias también ayudan a ventilar el techo que está expuesto a ganancias solares.

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IT 4. Utilizar cubiertas de agua o con otro material de elevada inercia y sistemas móviles de protección

Los materiales de elevado calor específico, como el agua y en menor nivel las piedras, las tierras y los hormigones, pueden ser utilizados como elementos inerciales en cubierta. También pueden concebirse sistemas tecnológicos más complejos, que utilicen materiales con cambio de fase para retrasar los efectos térmicos.

Agua

Los sistemas de este tipo tienen dos mecanismos diferentes de funcionamiento: uno para temporadas cálidas y otro para temporadas frías. En el caso de Ecuador, se sugiere el primero para zonas 3 y el segundo para zonas 4-5. En el primer caso, un elemento móvil de protección (aislante y reflectante) se cierra durante el día y se abre durante la noche. De esta manera durante el día el elemento absorbe el calor interno del local, mientras que en la noche lo dispersa de forma radiante hacia el entorno (especialmente hacia el cielo). En el segundo caso, un elemento móvil de protección (aislante y bajo emisivo) se abre durante el día para permitir al sol calentar la cubierta, luego se cierra durante la noche, evitando dispersiones y calentando el ambiente interior.

Caso a) Protege del sol y acumula calor interno durante el día. En la noche emite el calor acumulado hacia el cielo.

Agua

Caso b) Acumula sol en el día y evita perdidas en la noche .

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IT 5. Utilizar la inercia del terreno con construcciones bien asentadas, adosadas a las pendientes o enterradas El terreno tiene normalmente la temperatura media del mes o incluso del año, esto significa que es mucho más estable que la temperatura del aire exterior. Por esta razón, en lugares fríos, se recomienda el adosamiento en pendiente con enterramiento parcial. Si la orientación deja además acceso al sol de mañana, mejor.

Construcción enterrada

IT 6. Utilizar sistemas de ventilación subterráneos para precalentar o refrigerar el aire interior Otra posibilidad de utilizar la inercia del terreno es la de precalentar o pre-enfriar el aire de ventilación con un sistema de conductos subterraneos. Este sistema, conocido como como “tubo canadiense” o “tubo provenzal”, es muy interesante en climas templados, cuando la cantidad de grados que es necesario adicionar o quitar al aire exterior no es muy elevada y puede conseguirse con el intercambio geotérmico.

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Sistema de ventilación subterráneo

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MINIMIZAR LAS GANANCIAS O PÉRDIDAS DE CALOR Las edificaciones pierden calor sensible hacia el ambiente (o ganan calor sensible desde el) de tres formas: conducción, convección y radiación. El calor se transfiere por conducción principalmente a través de los elementos opacos de la envolvente de la edificación (techos, muros y pisos). La convección generalmente está relacionada con las ganancias o pérdidas de calor a través de las infiltraciones de aire del exterior, lo cual depende del viento en una localidad o de las diferencias de presiones que generan el movimiento del aire. La transferencia de calor por radiación se da principalmente a través de las ventanas y techos de las edificaciones, debido a la incidencia de la radiación solar. Comprender estos procesos fundamentales de transferencia de calor es esencial para diseñar y construir edificaciones energéticamente eficientes y confortables. Desde la perspectiva del flujo de energía (calor), la envolvente de una edificación es una composición de varias capas con diferentes propiedades térmicas, superficiales y de permeabilidad. Por esta razón, resulta importante conocer las condiciones climáticas del lugar de emplazamiento de una edificación, para determinar la combinación adecuada de materiales de construcción y las estrategias que permitan alcanzar condiciones adecuadas de confort térmico en un ambiente interior con la menor demanda de energía. La envolvente debería filtrar, absorber o repeler los elementos ambientales (temperatura del aire, radiación, aire en movimiento, y humedad) de acuerdo a los efectos beneficiosos o adversos que estos pueden ofrecer al confort térmico humano. En base a lo anteriormente expuesto y teniendo en consideración las diferentes zonas climáticas del Ecuador, la tipología de una edificación se debe adaptar al ambiente que la rodea. De esta forma, si

las condiciones climáticas en el exterior son cálidas y húmedas, los materiales que forman la envolvente y el diseño de la edificación deberían reducir las ganancias de calor desde el exterior hacia el ambiente interior. Por otro lado, si las condiciones climáticas en el exterior son frías, los materiales y el diseño de la edificación deberían reducir las pérdidas de calor desde el ambiente interior hacia el exterior. Teniendo esto en consideración, las principales opciones en cuanto al diseño de la envolvente de una edificación se pueden clasificar de forma general en: hermética compacta y abierta ventilada. En climas fríos y templados, generalmente la envolvente de una edificación debe ser hermética, compacta y bien aislada, con el fin de retener las ganancias internas de calor de una edificación. Para ello, es importante que se limite lo mayor posible el contacto con el aire frío del exterior, sellando adecuadamente las fisuras o aberturas que puede haber en la envolvente y/o protegiendo las superficies más expuestas al viento mediante vegetación, cerramientos, o estructuras exteriores (estacionamientos, bodegas, etc.). De esta manera, se pretende evitar las pérdidas de calor debido a las infiltraciones de aire del exterior. Por otro lado, para minimizar la transferencia de calor desde el ambiente interior hacia el exterior, es importante que una edificación sea compacta, bien aislada y que se eviten los puentes térmicos. De esta forma, se minimiza la transferencia de calor a través de la envolvente gracias al uso de materiales con baja transmitancia térmica y a una menor área de transferencia de calor. En climas cálidos y húmedos, generalmente una edificación debe ser abierta y ventilada con el fin de facilitar el movimiento del aire para conseguir su enfriamiento (ver estrategia de ventilación natural). Además, en este tipo de climas es importante controlar la entrada de radiación solar y, por tanto, de calor, principalmente a través de ventanas. Para esto, es importante tener muy en cuenta la trayectoria solar y

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por ende la orientación de las superficies translúcidas, de forma que se reduzcan las ganancias de calor solar durante el día. Además, se pueden instalar protecciones solares en las ventanas (voladizos, toldos o parasoles operables) o incluso ventanas de alto rendimiento que permitan el ingreso de iluminación natural pero que reduzcan al mínimo las ganancias de calor. Adicionalmente y considerando que la cubierta puede ser uno de los elementos a través del cual se transfiere la mayor cantidad de calor hacia el interior de una edificación, en climas cálidos húmedos es importante el uso materiales para cubiertas con una alta emisividad y de colores claros para minimizar las ganancias de calor por conducción. A continuación se presenta información más detallada sobre las estrategias orientadas a minimizar las ganancias o pérdidas de calor:

MINIMIZAR LAS GANANCIAS DE CALOR MGC-1. Evitar instalar ventanas en la fachada oeste de la edificación y además generar sombras utilizando la vegetación propia del lugar. El uso de estrategias pasivas para evitar que la temperatura operativa de la edificación aumente debido a ganancias solares a través de las ventanas es muy importante en climas cálidos húmedos. Para lo cual se hace muy importante no ubicar ventanas sobre las fachadas este y oeste debido a que se tiene una incidencia directa de los rayos del sol durante todo el día. Más bien, se recomienda proteger estas fachadas para evitar el sobrecalentamiento tanto en la mañana como en la tarde. Como se observa en la figura generalmente se usa vegetación propia de la zona para proteger dichas fachadas.

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NO

OESTE

SI

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MGC-2. Instalar protecciones solares en ventanas (voladizos, toldos o parasoles operables). Usar aleros o voladizos sobre las ventanas permiten una protección contra la radiación solar, lo cual se ve reflejado en la disminución de las temperaturas del aire interior. Otras estrategias de protección solar como se muestra en la figura, son las utilizadas sobre porches. Este tipo de estrategias se construyen con el fin de brindar sombra al porche de la vivienda y al mismo tiempo crear un espacio ventilado que tiene la característica de estar a una menor temperatura que la exterior.

MGC-3. Instalar ventanas de alto rendimiento.

Este tipo de ventanas son muy utilizadas en climas cálidoshúmedos debido a que permiten el ingreso de iluminación natural y al mismo tiempo protegen a la edificación de un sobrecalentamiento debido a ganancias solares. Esto se logra al crear una cámara de aire entre el vidrio exterior y el interior, con la cual se crea un efecto aislante, como se observa en la figura.

MGC-4. Usar materiales de construcción de colores claros o materiales aislantes reflectantes especialmente en el techo.

Mediante simulaciones energéticas de edificaciones se ha identificado que la cubierta es uno de los elementos de la envolvente más críticos en climas cálido-húmedos, ya que puede ser uno de los elementos a través del cual se transfiere la mayor cantidad de calor hacia el interior de una edificación. Por esta razón, en la cubierta de las edificaciones se recomienda utilizar materiales con un alto índice de reflectancia solar (Solar Reflectance Index - SRI), para lograr una máxima emisividad que reduzca al mínimo la cantidad de calor absorbido. Usar materiales de cubierta con una alta emisividad y de colores claros ayuda a minimizar las ganancias de calor por conducción a través de la cubierta.

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MGC-5. Instalar una barrera radiante que ayude a reducir las ganancias de calor por radiación a través del techo.

Para reducir las ganancias de calor a través de la cubierta de las edificaciones en climas cálido-húmedos, se recomienda instalar una barrera radiante que ayude a reducir las ganancias de calor por radiación. Una barrera radiante puede ser simplemente una capa de papel brillante, con una emitancia de 0.05 o menor, como se observa en la Figura.

MGC-6. Utilizar cubiertas y fachadas vegetales como protección solar.

Las cubiertas vegetales son cubiertas convencionales con la adición de un sustrato y de plantas. El sustrato y la vegetación actúan como aislamiento y como protección del impermeabilizante. Además, la vegetación ofrece una gran protección contra la radiación solar al no permitir que se caliente la cubierta. En la medida en que se protege el punto más vulnerable de una edificación, que es la cubierta, se minimizan los flujos energéticos entre ambiente exterior e interior. Con el uso de cubiertas y fachadas vegetales también se incrementa el aislamiento térmico, ya que tanto el sustrato como la vegetación retienen aire en su interior, lo que les proporciona propiedades aislantes. Por otro lado, las plantas de las cubiertas vegetales retienen parte del agua de lluvia que llega a la cubierta., lo cual mejora el desagüe pluvial de una edificación. Además, en condiciones de calor, la evaporación del agua retenida puede producir grandes efectos refrigerantes dentro de la edificación e incluso dentro de las ciudades. Grandes superficies verdes dentro de los densos centros urbanos pueden incluso reducir el efecto de isla de calor.

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MINIMIZAR LAS PÉRDIDAS DE CALOR MPC-1. Mantener un espacio interior hermético, bien aislado para retener las ganancias de calor de las luces, las personas y de los equipos eléctricos. En climas fríos y muy fríos las ganancias térmicas internas así como el calor que se puede aprovechar del sol son importantes para subir la temperatura interior de una vivienda. Dichas ganancias térmicas se generan por elementos que producen calor dentro de la vivienda como puede ser la iluminación, equipos, accesorios y electrodomésticos y en gran medida los ocupantes de la vivienda. Con el fin de evitar perder el calor aprovechado del sol y de las ganancias internas en la edificación, es importante mantener la vivienda aislada y compacta.

MPC-2. Diseñar edificios compactos con formas cuadradas y varios pisos para minimizar la pérdida de calor por la envolvente (Minimizar el factor de forma)

El factor de forma es la relación entre el volumen total de la edificación y la superficie de la envolvente. Para climas fríos y muy fríos, es recomendable diseñar la edificación tomando en cuenta un factor de forma lo más bajo posible. Esto significa que la edificación es más compacta y que se perderá menos calor por las superficies expuestas al ambiente. Esto se puede lograr distribuyendo el espacio necesario para la edificación en varios pisos.

Lámparas

Ganancias solares directas a travez de las ventanas

Calor latente de plantas Accesorios

MALO Volumen total = 13.824 Superficie de la envolvente = 4.992 Factor de forma = 0.36

BUENO Volumen total = 13.824 Superficie de la envolvente = 2.688 Factor de forma = 0.19

MEJOR Volumen total = 13.824 Superficie de la envolvente = 1.920 Factor de forma = 0.14

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MPC-3. En caso de usar chimeneas, recubrirlas con elementos constructivos de elevada masa térmica para almacenar el calor. En climas muy fríos (6B), el uso de chimeneas de biomasa puede ser necesario para aumentar la temperatura de la vivienda. Se puede sacar mayor provecho de este tipo de elementos al recubrirlos de materiales constructivos de elevada masa térmica para que almacenen el calor de la chimenea y lo proporcionen al ambiente cuando se apaga la misma.

MPC-4. Proteger las superficies más expuestas al viento mediante vegetación, cerramientos, o estructuras exteriores. Al colocar elementos como cerramientos, árboles u otros elementos que eviten la incidencia directa del viento, se logra proteger a la vivienda de la exposición directa de vientos que pueden bajar la temperatura en su interior. Dichos elementos no deben generar sombras sobre las superficies acristaladas para lo cual se toma en cuenta que la distancia entre la vivienda y el elemento de protección debe ser dos veces la altura del mismo.

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MPC-5. Realizar una distribución de planta de tal manera que las zonas no ocupadas como garajes y bodegas estén expuestas a los vientos predominantes En climas fríos y muy fríos es necesario proteger las viviendas del viento para evitar pérdidas considerables de calor. Por esta razón, es recomendable que las zonas no habitables como bodegas, estacionamientos o baños estén expuestas a los vientos predominantes. De esta manera, se puede evitar que las zonas habitadas pierdan calor .

MPC-6. Sellar cuidadosamente una edificación para minimizar las infiltraciones de aire y eliminar corrientes de aire indeseadas. Las infiltraciones se producen por el aire que se transporta a través de fisuras o aberturas de la envolvente (muros, puertas, ventanas, techumbres) de manera no intencional debido a diferencias de presión de aire entre el interior y exterior de las viviendas, que a su vez dependen del viento, efecto chimenea y sistema de ventilación.

Instalar burletes alrededor de los marcos de puertas

Instalar burletes en la parte superior e inferior de los marcos de ventanas

Las pérdidas de calor por infiltraciones indeseadas de aire frío del exterior puede ser perjudicial en climas fríos. Por esta razón, las infiltraciones deben ser reducidas a través de mejores diseños de la envolvente, procesos constructivos adecuados, y utilizando materiales y elementos que aporten al sellado de la edificación.

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MPC-7. Instalar persianas aislantes, cortinas pesadas, o protectores de ventanas operables para reducir las pérdidas de calor durante las noches. Adicional a los vidrios, existen elementos en las ventanas que se pueden incluir para mejorar su rendimiento. Estos elementos pueden ser cortinas de piso a techo, enrollables o cualquier tipo de cortina que permita el ingreso de luz y calor, o en su defecto evitar pérdidas de calor cuando sea requerido ya que funcionan como una barrera térmica entre el ambiente interior y la ventana.

MPC-8. Utilizar materiales aislantes en la envolvente de la edificación para mantener la temperatura interior más uniforme, especialmente en la cubierta. Con el fin de evitar perder el calor aprovechado del sol y de las ganancias internas en la edificación, es necesaria una adecuada selección de los materiales a ser usados en la construcción. Existen soluciones constructivas poco comunes en el país que pueden llegar a tener un impacto positivo tanto en las condiciones de habitabilidad como en el consumo de energía de ser el caso. Dichas soluciones tienen que ver con el uso de aislamiento térmico en la envolvente, así como una tecnología más reciente como materiales de cambio de fase para almacenar calor. En las condiciones de la sierra Ecuatoriana, es recomendable usar este tipo de materiales principalmente en las cubiertas de las viviendas ya que es el elemento de la envolvente que mayores ganancias y pérdidas térmicas genera en la vivienda. De igual manera, el rendimiento de estos materiales dependerá directamente del espesor del mismo.

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MPC-9. Uso de cubiertas inclinadas, con áticos ventilados sobre un entrepiso correctamente aislado funciona bien en climas fríos (ayuda al drenaje de lluvia). Al diseñar una vivienda con un ático ventilado, éste funciona como un aislante natural que evita la pérdida de calor de la vivienda por la cubierta. Esta estrategia debe estar acompañada de aislamiento térmico en el techo falso para evitar transferencia de calor directa entre el aire del ático y el ambiente interior.

Aislamiento del techo Flujo de aire de cresta

Viga

Flujo continuo por falso techo

Ventolera

Aislamiento Espacio debajo de techo

MPC-10. Evitar puentes térmicos de los sistemas estructurales de las viviendas mediante aislamiento.

Transferencia de calor conductivo acurre a travez de todos los elementos de la envolvente del edificio

En referencia a los sistemas constructivos y de materialidad de las edificaciones en climas fríos, los puentes térmicos son poco tomados en cuenta a la hora de diseñar y construir. Los puentes térmicos pueden llegar a ser un problema potencial de pérdida de calor en una vivienda por lo que es indispensable aislarlos correctamente.

Aislamiento del techo Flujo de aire de cresta

Flujo continuo por falso techo

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MPC-11. Utilizar entradas tipo vestíbulo (cámara de aire) para minimizar las infiltraciones de aire y eliminar corrientes de aire indeseadas en sitios fríos y ventosos. Con el objetivo de reducir las infiltraciones y las corrientes de aire indeseadas en climas fríos y muy fríos, se recomienda diseñar las viviendas de forma que los ingresos sean tipo vestíbulo. De esta forma, se crea una cámara de aire en los ingresos a la vivienda de forma que se reduzcan en gran medida las infiltraciones de aire que generan pérdidas considerables de calor.

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CALEFACCIÓN SOLAR PASIVA

se pueden corregir con cierta facilidad con sistemas de humidificación (colocando agua en un recipiente En climas fríos, como son los climas continentales, algunos y dejándola evaporar). Ténganse mucho cuidado con de los mediterráneos y de los costeros y todos los climas de la captación directa: puede hasta sobrecalentar los montaña, la principal estrategia pasiva es la captación ambientes y sobre todo supone una gran superficie de la energía solar, combinada con el buen aislamiento transparente que en la noche se convertirá en un emisor térmico de la construcción. Como se puede apreciar de calor hacia afuera será necesario prever un sistema en la Figura 8, la captación solar permite extender el móvil de protección para los horarios de ausencia de la límite inferior del rango de confort térmico desde los radiación (ver estrategias para minimizar las pérdidas de 18 °C hasta los 10 °C o incluso menos, por efecto de la calor). temperatura radiante del sol sobre el cuerpo humano y también por el aumento de la temperatura en el interior de una edificación debido a la radiación incidente en las superficies. Existen varias formas de captar el sol, o mejor dicho de utilizar o almacenar esa energía. Un sistema de captación directa será una sencilla superficie acristalada, que dejará que la radiación caliente el interior. Este tipo de sistema tiene un efecto muy rápido, pero cesa en ausencia de la fuente energética radiante. Un sistema de tipo semi-directo puede ser un invernadero adosado, o incluso un muro Trombe, que utilizan un vidrio como superficie selectiva y una combinación de movimiento de aire y acumulación en paredes o suelos para tener un efecto inmediato, pero también guardar energía para cuando la fuente primaria no esté presente (de noche). Un sistema indirecto puede ser un muro invernadero, o un sistema de captación asociado a inercia en suelos o cubiertas, que no tiene efecto inmediato, pero conserva energía durante unas 6-8 horas desde la captación. Para implementar cualquiera de los sistemas mencionados es esencial tener en consideración la trayectoria del sol a lo largo de todo el año, con el fin de optimizar el funcionamiento del sistema de captación solar. Considerando que este es un sistema de calefacción pasiva, el aire se deshumidifica, por lo que se vuelven aceptables hasta los límites del 100% de humedad relativa. En cuanto a las humedades muy bajas, estas

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Figura 8: zona del diagrama incorporada al confort con calefacción solar

CSP-1. Usar ventanas sin elementos que generen sombras para maximizar las ganancias de calor solar.

En zonas climáticas de clima templado y frío las ganancias solares son beneficiosas ya que existe poco riesgo de sobrecalentamiento. En este sentido y de acuerdo a la trayectoria solar que se presenta en Ecuador, las superficies acristaladas no deben tener elementos que generen sombras y deben ser orientadas principalmente en sentido este-oeste para aprovechar el sol de la mañana y de la tarde.

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CSP-2. No obstaculizar con vegetación u otros objetos las ventanas por donde se genera ganancia de calor solar.

Como se menciona en la estrategia CSP-2, en climas fríos cualquier ganancia solar es beneficiosa ya que en este tipo de climas hay pocas posibilidades de que se produzca sobrecalentamiento en el interior de las viviendas. Por esta razón, es importante que las ventanas por donde ingresa la luz y el calor del sol no sean obstaculizadas con vegetación u otros objetos que puedan generar sombras.

CSP-3. Usar acristalamiento que admita el ingreso de luz y calor solar pero que evite la pérdida de calor del interior de la vivienda (minimizar el factor U de acristalamiento). Otro elemento que tiene gran impacto en el rendimiento térmico de las viviendas es la materialidad de las ventanas. En la actualidad en Ecuador, es común encontrar vidrios simples de 3 o 6 mm de espesor. Sin embargo en climas fríos donde las ganancias solares son importantes para mejorar las condiciones interiores, son necesarios vidrios de mayores prestaciones. En este sentido, vidrios selectivos que permitan el ingreso de luz así como de calor durante el día y que a su vez eviten pérdidas de calor durante la noche son favorables.

VIDRIO CLARO SIMPLE

VIDRIO CLARO DOBLE

VIDRIO LAMINA LOW E DOBLE

36%

64%

48%

52%

58%

42%

34%

66%

43%

57%

37%

63%

11%

89%

49%

51%

60%

40%

CSP-4. Orientar la fachada de mayor longitud hacia el este para maximizar la cantidad de ventanas expuestas al sol durante la mañana y el atardecer.

Debido a la posición del Ecuador en el globo terráqueo, el sol sigue una trayectoria de este a oeste durante todo el año. Por este motivo, las fachadas ubicadas en dirección este oeste son las que mayor incidencia solar reciben. Para climas fríos y muy fríos donde las ganancias solares son beneficiosas, dichas fachadas deben ser acristaladas para aumentar la ganancia de calor por el sol. Además, estas fachadas no se deben cubrir o generar sombreamiento.

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EQUIPOS A pesar de que las reglas de la sostenibilidad indican que el acondicionamiento en el interior de una edificación debería ser casi totalmente pasivo, habrá situaciones climáticas o períodos del año en los que será necesario utilizar algún sistema activo, ya sea para iluminar, calentar agua, y/o calentar o enfriar los espacios. Teniendo esto en consideración, es importante que los sistemas que se utilicen tengan una alta eficiencia energética, es decir, que cumplan su función con el menor consumo de energía. Con este fin, en las dos últimas décadas los fabricantes principalmente de electrodomésticos y equipos eléctricos han desarrollado importantes avances para producir nuevos productos con mayor eficiencia energética que generen ahorros de energía y por ende ahorros económicos. Además, en varios países se han desarrollado programas de “etiquetado de eficiencia energética”, los cuales están diseñados para ayudar a los consumidores a reducir los costos energéticos mediante el uso de productos de alta eficiencia. En el Ecuador los principales consumidores de energía en el hogar son: sistemas de calentamiento de agua sanitaria, electrodomésticos (refrigeradoras, microondas, secadora de ropa, etc.), y sistemas de iluminación. Además, en algunas zonas climáticas puede ser necesario el uso de sistemas mecánicos de climatización para mantener condiciones adecuadas de confort térmico en un ambiente interior. Teniendo esto en consideración, se presentan las siguientes recomendaciones:

Para cumplir con esto se utilizan colectores solares planos o tubos al vacío, los cuales funcionan bajo el efecto termosifón, lo cual hace que el consumo de energía debido a equipos auxiliares sea nulo. Estos sistemas se ubican sobre el techo de las edificaciones para así aprovechar la mayor radiación posible.

E-2. Usar refrigeradoras y en general electrodomésticos energéticamente eficientes (Por lo menos Energy Star).

La refrigeradora puede ser el electrodoméstico que más electricidad consume en el hogar. Por esta razón, es fundamental tener en consideración la eficiencia energética de este tipo de electrodomésticos a la hora de comprarlos, ya que esta eficiencia se verá traducida en importantes ahorros energéticos y por lo tanto económicos.

E-3. Usar sistemas de iluminación energéticamente eficientes.

Para conseguir una buena iluminación hay que analizar las necesidades de luz en cada una de las partes de la vivienda y estudiar el tipo de bombillas que hay actualmente, para comprar las más apropiadas. Al igual que los electrodomésticos, es fundamental tener en consideración la eficiencia energética a la hora de comprar focos o sistemas de iluminación, ya que esta eficiencia se influirá en importantes ahorros energéticos y por lo tanto económicos.

E-1. Instalar sistemas de calentamiento de agua a partir de energía solar.

En lugares donde se tienen un recurso solar alto y con pocos días con nubosidad se recomienda instalar sistemas de calentamiento de agua con energía solar.

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E-4. Usar hornos/calderas energéticamente eficientes (Mínimo Energy Star).

En zonas climáticas frías (5C y 6B), las temperaturas pueden ser tan bajas que el uso de sistemas de calefacción resulta imprescindible para mantener condiciones adecuadas de confort térmico en un ambiente interior. Cuando se emplean este tipo de sistemas, resulta de gran importancia que los mismos tengan una alta eficiencia energética, de forma que se mantengan condiciones de confort con el menor consumo de energía. Para ello, es importante que al momento de seleccionar el sistema

de calefacción requerido, se deberá primero reducir mediante estrategias pasivas las cargas de calefacción a partir de las cuáles se dimensiona este tipo de sistemas. También es importante que la decisión de compra de este tipo de sistemas, sea basada no en el precio inicial de inversión del sistema, sino en la eficiencia del equipo. De esta forma, si se analiza el desempeño del sistema de calefacción a largo plazo, los ahorros económicos relacionados al bajo consumo energético, hacen que el período de retorno de la inversión resulte rentable y más conveniente que adquirir equipos más baratos pero con menor eficiencia.

Aire calentado a la casa Aire exterior para la combustión Quemadores Gas Caldera debe ser tan eficiente como para que los gases de escape sean lo suficientemente fríos para ser expulsados por una Ventilador tubería de plástico de gases de (no necesita chimenea) escape Aire de retorno desde la casa

Intercambiador de calor de flujo cruzado

Calderas eficientes usan intercambiadores de calor de flujo cruzado

Drenaje del condensado

Figura 9. Sistema de calefacción de alta eficiencia energética.

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E-5. Reducir el uso de iluminación artificial durante el día, instalando pequeños lucernarios debidamente aislados (menos del 5% de la superficie del techo). Pequeñas claraboyas bien aisladas (menos del 3% de la superficie del techo para lugares soleados, 5% en lugares nublados) reducen la iluminación artificial requerida durante el día, con el beneficio extra de recibir ganancia solar como se presenta en la figura.

E-6. Instalar ventiladores de techo en habitaciones de larga permanencia.

A pesar de que no es una estrategia pasiva, se recomienda el uso de ventiladores de techo principalmente en habitaciones de larga permanencia en climas cálidohúmedos, como se muestra en la figura. El uso de este tipo de ventiladores puede producir una sensación térmica que permita ampliar los rangos de temperatura operativa aceptables hasta en 3 °C o más, reduciéndose así el uso de aire acondicionado.

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E-7. Usar sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia energética.

En climas cálido-húmedos, la temperatura y la humedad pueden ser tan elevadas que el uso de sistemas mecánicos de climatización resulta imprescindible para mantener condiciones adecuadas de confort térmico en un ambiente interior. Cuando se emplean este tipo de sistemas, resulta de gran importancia que los mismos tengan una alta eficiencia energética, de forma que se mantengan condiciones de confort con el menor

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consumo de energía. Para ello, es importante que al momento de seleccionar el sistema de climatización requerido, primero que nada se reduzcan mediante estrategias pasivas las cargas térmicas a partir de las cuáles se dimensiona este tipo de sistemas. También es importante que la decisión de compra de este tipo de sistemas, sea basada no en el precio inicial de inversión del sistema, sino en la eficiencia del equipo. De esta forma, si se analiza el desempeño del sistema de climatización a largo plazo, los ahorros económicos relacionados al bajo consumo energético, hacen que el período de retorno de la inversión resulte rentable.

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4. CONCLUSIONES

Javier Ignacio Acuña Ditzel

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Un eje fundamental de la investigación en eficiencia energética es el de edificaciones. Esto queda registrado a nivel internacional por la demanda energética relacionada con la construcción y las emisiones de gases de efecto invernadero con la producción y distribución de la energía final necesaria a cubrir esa demanda. En países como el Ecuador, una parte importante de la población vive en condiciones de habitabilidad inadecuadas, sin generar gastos energéticos, pero con una calidad de vida inferior a lo aceptable. Enfermedades asociadas a la baja calidad de la vivienda están bajo investigación, en todo caso es un objetivo relevante para el país ofrecer a todos sus ciudadanos unas condiciones confortables en sus residencias. Este documento realizado por el INER, es un primer paso hacia una definición climático-habitacional del Ecuador, y a partir de allí presenta recomendaciones generales y consejos que deberan llevar a una mejora sustancial de la calidad ambiental de las viviendas en todo el país. Los datos relativos a la construcción y al monitoreo de los prototipos realizados por el INER, confirman hasta la fecha estas hipótesis. Sin embargo, queda un camino muy largo para recorrer. La eficiencia energética de la vivienda, aquí enfrentada como disciplina aislada, debe ser en realidad insertada en conceptos más generales de eficiencia metabólica de las ciudades. Este reto, aprovechando la presencia en octubre 2016 de la conferencia Habitat en el Ecuador, podrá significar el inicio de una investigación de vanguardia a nivel continental para el país.

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ANEXOS ANEXO A: Climogramas de las capitales de provincia Ambato

Azogues

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Babahoyo

Cuenca

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Esmeraldas

Guaranda

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Guayaquil

Ibarra

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Latacunga

Loja

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Macas

Machala

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Nueva Loja

Portoviejo

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Franscisco de Orellana

Puyo

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Quito

Riobamba

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Santa Elena

Santo Domingo

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Tena

Tulcán

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Zamora

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ANEXO B: CASOS DE ESTUDIO En busca de comprender el comportamiento térmico de las edificaciones destinadas a vivienda en nuestro país, así como mejorar las condiciones de habitabilidad. El INER tiene el objetivo de desarrollar prototipos de vivienda que sirvan como laboratorios para monitoreo de variables atmosféricas, térmicas y de confort. Hasta el momento, se han diseñado dos prototipos considerando condiciones térmicas de dos diferentes zonas climáticas del Ecuador: (a) La vivienda prototipo diseñada y construida para la zona climática continental templada y (b) la vivienda prototipo diseñada y aún por construir en la zona climática húmeda calurosa. En ambos casos, se ha tomado como modelo base para el desarrollo del prototipo, el diseño de la vivienda social genérica desarrollada por el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda (MIDUVI). En un futuro se prevé diseñar más prototipos de vivienda social para las zonas climáticas restantes en el país con el objetivo de fijar un antecedente para mejorar la calidad de habitabilidad de las edificaciones.

a. CASO DE ESTUDIO ZONA CONTINENTAL TEMPLADA Para el prototipo que ha sido diseñado y construido en la zona climática continental templada, se ha seleccionado la localidad de Urcuquí en la provincia de Imbabura, dentro del campus de Yachay Tech (Figura A-1). El modelo de vivienda desarrollado tiene un área de aproximadamente 45 m2 y alberga de tres a cuatro personas (Figura A-2).

Figura A-1. Ubicación

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Figura A-2. Planta

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Tomando en cuenta las estrategias recomendadas en el presente documento para este tipo de clima, se ha considerado la ventilación natural (VN), minimizar las ganancias de calor (MGC) evitar ganar calor durante el día y evitar perderlo durante la noche como principales estrategias pasivas de diseño. En referencia a la ventilación natural, se usaron las estrategias VN 1, VN 2, VN 3, VN 4 y VN 6. Por otro lado, para minimizar las ganancias de calor, se usaron las estrategias MGC 1, MGC 2, MGC 3 y MGC 4. Finalmente, para evitar ganar calor durante el día y perderlo durante la noche, se probó el aislamiento térmico en paredes, piso y cubierta como se muestra en la Figura A-3. El aislamiento térmico que se utilizó es Prorox SL 940 (ROCKWOOL 231), el cual es un panel rígido de lana de roca volcánica indicado para el aislamiento térmico y acústico de equipos industriales y es apto para todo tipo de aplicaciones en horizontal o vertical. El objetivo de este cambio en la materialidad de la vivienda es analizar la eficacia de este tipo de solución constructiva poco usada en el Ecuador para mejorar las condiciones térmicas de la vivienda. En la Figura A-4 se puede observar la vivienda terminada.

Figura A-3. Detalle de los muros exteriores con aislamiento térmico, cubierta, piso y paredes.

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Figura A-4. Prototipo de Vivienda-Laboratorio

Con el fin de evaluar el comportamiento térmico y la eficacia de las estrategias aplicadas en la vivienda, se ha instalado un sistema de monitoreo que recoge datos horarios meteorológicos, datos de temperatura del aire interior de la vivienda, temperaturas superficiales, nivel de iluminación, niveles de ruido y concentración de CO2 (Figura A-5). Los datos se han recopilando desde marzo de 2014. Cabe mencionar que, a pesar de que la vivienda fue diseñada como tal, actualmente funciona como oficinas en Yachay Tech, por lo que no posee ocupación nocturna.

Figura A-5. Ubicación de sensores de medición de variables atmosféricas

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Resultados Los datos que se han recogido desde el inicio del monitoreo de la vivienda, han permitido evaluar el comportamiento térmico de la vivienda y la efectividad de las estrategias aplicadas en la misma. De estos resultados, a continuación se describen los hallazgos más importantes con respecto al periodo de monitorización. Con respecto al comportamiento de la temperatura operativa interior, en la Figura A-6a, se muestran las temperaturas de las tres zonas térmicas de la vivienda en contraste con la temperatura exterior. Es notable que con el sistema constructivo implementado, la temperatura ambiental presenta un comportamiento estable durante las 24 horas. Durante la noche, donde la temperatura exterior tiene en promedio 15°C, el ambiente interior se mantiene entre 21 y 24°C proporcionando un ambiente térmicamente agradable, el cual además, no demandaría un sistema de calefacción. Por otro lado, durante las horas del día, la temperatura interior se mantiene por arriba de la temperatura exterior, lo cual demandaría en ciertos momentos ventilación natural. Con respecto a la ventilación natural, la medida de concentración de CO2 es un claro indicativo del comportamiento de las estrategias de ventilación natural implementadas en la vivienda con el fin de mantener un ambiente saludable. En este contexto, la Figura A-6b presenta los niveles de concentración de dióxido de carbono a lo largo del día. Como se observa, en todas las zonas térmicas de la vivienda existe un nivel constante de CO2 a lo largo del día. Sin embargo, la zona B presenta más concentración, lo que refleja que esa habitación no está ventilada adecuadamente. La zona A y C, se encuentran directamente influenciadas por la abertura principal de la vivienda (tienen menor concentración de CO2). Es notable que en todas las zonas aumenta ligeramente la concentración aproximadamente de 8:00 a 10:00 de la mañana debido a que es la hora de entrada de las personas que ocupan el lugar. No obstante, en la zona C ocurre un alza abrupta de la concentración desde las seis de la tarde, la cual responde a una avería del sistema que fue corregida posteriormente.

Figura A-6. Perfil diario de variables de calidad ambiental interior

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Conclusiones La calidad ambiental que las estrategias pasivas aplicadas pueden generar en la vivienda prototipo fueron evaluadas a través de cuatro factores que afectan el confort de los ocupantes. Por un lado, se analizó la temperatura interna del prototipo en contraste con la temperatura exterior. Por la noche, el sistema constructivo de aislamiento genera un ambiente más cálido en el interior que no demanda calefacción. Durante el día, el elemento de la envolvente que presenta mayor incidencia solar es la cubierta, en donde el sistema de aislación térmica evita sobrecalentamiento al interior del prototipo de vivienda. Sin embargo, en ciertas horas del día es indispensable la ventilación natural. La estrategia de ventilación natural en el prototipo está influenciada por ventilación cruzada en las fachadas norte-sur y ventilación vertical por diferencia de presiones por una abertura en la cubierta. Para analizar la efectividad de la ventilación natural, se evaluó el perfil de la concentración de CO2 en las tres zonas térmicas de la vivienda. Los resultados demostraron que la vivienda está bien ventilada a lo largo del día y noche manteniendo niveles bajos de concentración de CO2 con lo que se garantizan buenas condiciones de calidad de aire.

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b. CASO DE ESTUDIO ZONA HÚMEDA CALUROSA Para el prototipo de vivienda que ha sido diseñado para la zona climática húmeda calurosa, se ha tomado en cuenta la localidad del Tena en la provincia de Napo (Figura A-7). El modelo de la vivienda social ha sido diseñada con un área total de 49.78 m2, dividida en una zona interior de 40.64 m2 y otra exterior de 9.14 m2 con una densidad de ocupación de cuatro usuarios como se muestra en la Figura A-8.

Figura A-7. Ubicación de IKIAM

Figura A-8. Planta

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Tomando en cuenta las estrategias recomendadas para este tipo de clima, se ha seleccionado la ventilación natural, inercia térmica y minimizar ganancias de calor. En referencia a la ventilación natural, se usaron las estrategias VN 1, VN 2, VN 4, VN 5, VN 6 y VN 7. Con respecto a la estrategia de inercia térmica, se usaron las estrategias IT 1 e IT2. Finalmente, dentro de la estrategia de minimizar ganancias de calor se usaron la MGC 1, MGC 2, MGC 4 y .MGC 5 (Figura A-9). Dentro de este conjunto de estrategias que se aplicaron en el diseño de una vivienda prototipo de la amazonia se destacan tres por su poco uso en el país y de las que se espera mejores resultados. Con respecto a la ventilación natural, el uso de muros operables para maximizar el ingreso de aire hacia el interior de la edificación (Figura A-10). Con respecto a inercia térmica, destaca el uso de un muro interior ventilado que funciona como inercia térmica, y además, proporciona aire fresco proveniente de la parte inferior sombreada de la casa (Figura A-11). Finalmente, una estrategia poco usada para minimizar las ganancias de calor en Ecuador, es el uso de cubiertas vegetales. En este caso, una parte de la cubierta está diseñada para usar una cubierta verde de musgo, el cual puede proliferar fácilmente en climas húmedos sin necesidad de un sustrato de gran espesor (Figura A-9). El techo, a más de evitar ganancias de calor durante el día, proporciona frescor durante la noche.

Figura A-9. Modelo de vivienda

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Figura A-10. Esquema de zonas ventiladas

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Figura A-11. Esquema de funcionamiento de la chimenea solar

Resultados esperados El principal objetivo de la construcción de esta vivienda es el evaluar la efectividad de las estrategias pasivas diseñadas para el tipo de clima donde va a ser construída. Dichas estrategias han sido evaluadas mediante programas de simulación obteniendo resultados prometedores de reducción de temperatura interior al compararlos con la vivienda genérica del MIDUVI. Sin embargo, estos resultados deben ser contrastados con datos reales. Por este motivo, al igual que la vivienda construida en Yachay Tech, la vivienda de la amazonia contará con un sistema de monitoreo de variables meteorológicas, de temperatura interior, temperatura superficial, medidores de concentración de CO2, y medidores de niveles de iluminación y ruido. Además, se espera que los habitantes de la vivienda respondan continuamente encuestas de confort térmico. Con estos resultados se determinará la efectividad de las estrategias diseñadas para este clima, y si las mismas cumplen con los requerimientos de confort de los ocupantes. Mediante este estudio, se determinará además, los rangos de temperatura y humedad relativa que los habitantantes de zonas cálidas húmedas con viviendas pasivas pueden llegar a considerar como confortables.

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5. REFERENCIAS [1] International Council for Science, 2015, “Review of the Sustainable Development Goals: The Science Perspective”. [2] Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo, 2013, “Plan Nacional para el Buen Vivir 2013-2017”. [3] Funaro, R., 2011, "Ideas for Development in the Americas, Volume 26: Room for Development in Housing Markets". [4] Acosta, M. ., 2012, "Viviendas deshabilitadas. Un desafio para los países", Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda (p. 8), Mexico. [5] Naranjo, M., & Jácome, H., 2010, Boletín mensual de análisis sectorial de MIPYMES. N° 10 Sector de la construcción, Ecuador: Centro de investigaciones económicas FLACSO-MIPRO. [6] Rojas, E., 2001, "The long road to housing sector reform: lessons from the Chilean housing experience", Housing Studies, 16(4): pp. 461–483. [7] Treviño, C. J., 2014, "Edificación Sostenible en Situación de la Edificación Sostenible en América Latina", Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. [8] INEN, 1984, "Código ecuatoriano de la construcción. Ordenanza básica de zonificación", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [9] INEN, 1984, "Código ecuatoriano de la construcción: Ordenanza municipal básica de construcciones", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [10] Distrito Metropolitano de Quito, D. M. Q., 2005, "Normas de Arquitectura y Urbanismo que corresponde a la codificación de los textos de las ordenanzas N 3457 y 3477", (O. de G. U. Territorial, Ed.), Ecuador. [11] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE CG-Cargas no sismicas", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [12] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE DS-Norma Peligro sísmico, diseño sismo resistente parte 1", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [13] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE DS-Peligro sísmico, diseño sismo resistente parte 3", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [14] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE RE-Riesgo sísmico, evaluación, rehabilitación de estructuras", Ecuador : Registro oficial suplemento 413.

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[15] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la ConstrucciónSE GC-Geotécnia y cimentaciones", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [16] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE HM-Estructuras de hormigón armado", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [17] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE AC-Estructuras de acero", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [18] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE MP-Mamposteria Estructural", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [19] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE MD-Estructuras de madera", Ecuador: Registro oficil suplemento 413. [20] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE VIVIENDA-Viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5m parte 4", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [21] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE VIVIENDA-Viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5m parte 3", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [22] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE VIVIENDA-Viviendas de hasta 2 pisos con luves de hasta 5m parte 1", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [23] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-SE VIVIENDA-Viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5m parte 2", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [24] MIDUVI, 2015, "Norma Ecuatoriana de la Construcción-HS VIDRIO-Vidrio", Ecuador: Registro oficial suplemento 413. [25] INEN, 2009, "Eficiencia energética en edificaciones", Instituto ecuatoriano de normalización, NTE INEN 2. [26] CAMICON, 2014, "Propuesta para la elaboración del capítulo de eficiencia energética en edificaciones", Ecuador: CAMICON. [27] INEN, 2012, "Eficiencia energética de acondicionadores de aire sin ducto", Ecuador: Institulo Ecuatoriano de Normalización. [28] INEN, 2009, "Eficiencia energética para acondicionadores de aire de uso domestico. Requisitos", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización.

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[29] INEN, 2014, "Artefactos de uso doméstico para producción de frio. Reporte de consumo de energía. Métodos de ensayo y etiquetado de eficiencia energética", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [30] INEN, 2009, "Rendimiento térmico de colectores solares en sistemas de calentamiento de agua para uso sanitario", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [31] INEN, 2014, "Eficiencia energética de los edificios. Calculos del consumo de energía para calefacción y refrigeración de espacios.", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [32] INEN, 2014, "Comportamiento higrotérmico de edificios. Cálculo y presentación de datos climaticos. Parte 2: Datos horarios para el dimensionamiento de la carga de refrigeración. ", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [33] INEN, 2014, "Prestaciones térmicas de los edificios. Coeficientes de transferencia de calor por transmisión y ventilación. Método de cálculo", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [34] INEN, 2014, "Prestaciones térmicas de edificios. Transmisión de calor por el terreno. Método de cálculo.", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [35] INEN, 2014, "Aislamiento térmico de los edificios. Determinación del cambio de aire en edificios. Método de dilución de gas trazador. ", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [36] INEN, 2014, "Comportamiento térmico de los edificios. Cálculo de las temperaturas interiores de un local sin refrigeración mecánica en verano. Criterios generales y procedimientos de validación", Ecuador: Instituo Ecuatoriano de Normalización. [37] INEN, 2014, "Comportamiento higrotérmico de edificios. Cálculo y presentación de datos climáticos. Parte 5: Datos para el diseño de la carga térmica de calefacción", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [38] INEN, 1984, "Ventilación natural de edificios. Requisitos", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [39] INEN, 1984, "Ventilación natural de edificios. Método de medición de la renovación del aire en locales", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [40] INEN, 1984, "iluminación natural de edificios. Requisitos", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [41] INEN, 2014, "Comportamiento higrotérmico de edificicios. Cálculo y presentación de datos climáticos. Parte 4: Datos horarios para la evaluación de la energía anual utilizada en calefacción y refrigeración", Ecuador: Instituto Ecuatoriano de Normalización. [42] Koppen, W., 1900: – Versuch einer Klassifikation der Klimate, vorzugsweise nach ihren Beziehungen zur Pflanzenwelt. – Geogr. Zeitschr. 6, 593–611, 657–679

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[43] Geiger, R. 1961: Überarbeitete Neuausgabe von Geiger, R.: KöppenGeiger / Klima der Erde. (Wandkarte 1:16 Mill.). – KlettPerthes, Gotha[44] Kottec, M. et al., 2006, “World Map of the Koppen-Geiger climate classification updated”. [45] ASHRAE Standard 169, 2013, “Climatic Data for Building Design Standards” [46] E. C. Vega and J. C. Jara, “Estimación de la evapotranspiración de referencia para dos zonas (Costa y región Andina) del Ecuador,” no. 56, pp. 390–403, 2009. [47] C. O. N. F. De and G. Eléctrica, “Atlas solar del ecuador,” 2008. [48] Bustamante, W. et al., 2011, “Guía a la eficiencia energética en la vivienda social”, MINVU [49] Butera, F. et al., 2014, “Sustainable Building Design for Tropical Climates”, UN-Habitat [50] Olgyay, V., 1962, “Design with climate”, Princeton University Press [51] Givoni, B., 1969, “Man, Climate and Architecture”, Elsevier Science Collection [52] Fanger, O. P., 1972, “Thermal Comfort”, Danish Technical Press [53] Nicol, F., Humphreys, M., 2002, “Adaptive Thermal Comfort and Sustainable Thermal Standards for Buildings.” Energy and Buildings 34 (6), 563-572 [54] De Dear, R., Brager, G., Cooper, D., 1997, “Developing an Adaptive Model of Thermal Comfort and Preference”. ASHRAE Report 884

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