Enfriamiento pasivo por techos fríos en edificios

Abstract

RESUMEN: En las últimas tres o cuatro décadas, se vienen utilizando de manera creciente aparatos electromecánicos para climatizar el interior de los edificios ubicados en climas cálidos sub-húmedos. Uno de los grandes efectos producidos al ocupar los aparatos mencionados, es que se contribuye a la generación de gases de invernadero causantes del cambio climático actual. Por ello, hay que proporcionar a los hacedores de la arquitectura nuevos conocimientos para que se puedan llegar a un diseño capaz de resolver la comodidad y las necesidades del usuario, pero procurando que la climatización al interior de los locales este basada en sistemas pasivos, llamados así porque son los que recurren al propio ambiente para cubrir esta necesidad y por lo tanto no producen contaminación alguna. En respuesta a lo anterior, en esta tesis se aborda el estudio de los techos fríos como solución pasiva para climatizar el interior de los locales y llevar a un estado de confort a los usuarios. Dicho estudio se realizó por medio de la creación de un modelo matemático capaz de predecir el comportamiento de las temperaturas al interior de los locales situados en el clima cálido-subhúmedo. El modelo citado se comprobó por medio de un modelo experimental de una habitación a escala, con un intercambiador de calor que hace la función de techo frío y un calefactor eléctrico como fuente interna de calor. Los experimentos se llevaron a cabo en el Centro de Investigación en Energía de la UNAM. Además, para acotar el problema y la viabilidad de la aplicación del techo frío en un caso de estudio real, se realizó una encuesta en la unidad habitacional Arboleda Chipitlán, en Cuernavaca estado de Morelos, ubicada en un clima cálido subhúmedo. Los resultados obtenidos de la encuesta fueron que los usuarios en la época de verano ocupan prendas con poco aislamiento térmico, además en la misma época ocupan algún sistema activo para enfriar el interior de sus viviendas, manifestando índices de desconfort térmico. Por medio del modelo matemático se encontró que es viable la utilización del techo frío como sistema pasivo de climatización, ya que puede en un lapso de una hora disminuir la temperatura interior de un local al rededor de 8 °C. Con esto se produce un grado de confort aceptable para los usuarios en la época de verano, en donde las temperaturas máximas interiores de las viviendas son alrededor de 35 °C. ABSTRACT: In the last four decades, it have been an increased use of mechanical systems for the cooling of buildings located in the warm humid climate. The gravest effect produced by the use of these systems is the emission of green house gases. Therefore, is imperative to provide new knowledge to the architectural makers, with the objective of design buildings that solve the comfort and users needs in a passive way, that is, solving the cooling needs from the outside environment. As an answer to this problem, chilled ceilings are studied in this thesis as a passive solution for cooling the interior of buildings and obtaining the thermal comfort. In the investigation a mathematic model is proposed, that predicts the temperature evolution of a building localized in the warm humid climate. This model was validated with an experimental scale model of a room, having a heat exchanger as a chilled ceiling and a heater as a heat source. The experiments were done at Centro de Investigación en Energía, UNAM. In addition, to delimit the problem and its viability for real applications, a survey was applied at Unidad Habitacional Chipitlán, in Cuernavaca, Mexico, a neighborhood located in a hot humid climate. The results obtained from the survey show that the users in summer use clothes with small thermal resistance; also, they use active systems for cooling the interior manifesting thermal discomfort. With the mathematical model, it was found the viability of chilled ceilings for cooling passively, since they can in one hour reduce the temperature by 8 °C. Hence, this system produces thermal comfort for the users in summer.