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“La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del
comportamiento térmico y efecto en el confort del techo de
zinc de la vivienda vernácula dominicana”
Osttuhen Díaz TUTORES: Anna Pagès y Antonio Isalgue
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
El techo de zinc de la vivienda vernácula y popular dominicana Cubiertas simples metálicas son una característica distintivas del estilo anglo-antillano típico de las zonas del Caribe. Estas cubiertas se introducen en la arquitectura dominicana a principios del siglo XX. Alrededor de las 60% de las viviendas dominicanas poseen “techos de zinc”. Los techos pueden o no incluir cámara de aire y estas pueden estar o no ventiladas. El material tradicional utilizado en los cielorrasos es la madera ligera contrachapada.
I INTRODUCCIÓN
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana
OBJETIVO GENERAL Identificar de manera analítica, entre las estrategias complementarias de la cubierta de acero galvanizado utilizadas en el amortiguamiento de la transmisión de calor, aquellas que ofrecen más beneficios al confort térmico interior, a fin de recomendar tanto en la rehabilitación de la cubierta en la vivienda dominicana, como para el clima cálido húmedo en general.
ESTRUCTURA DE LA INVESTIGACIÓN PARTE I Generalidades de la cubierta y de algunas de las estrategias para minimizar el paso del calor. PARTE II Comportamiento térmico de cerramientos. PARTE III Estudio comparativo de los casos estudiados. Resultados. Conclusiones.
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
I INTRODUCCIÓN
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
ESTRATEGIAS
Cubierta simple de chapas de zinc
sin cámara
Fibra de
coco
ESTRATEGIAS CONSIDERADAS EN ESTE ESTUDIO
Cascara
de maní
Madera
ligera
Cartón
yeso
Aislantes
lana mineral
Techos fríos
Materiales en el cielorraso
Barrera radiante
I Muy pulida
Cubierta simple con
cámara ventilada
Oxidada
• Capa aislante de lana mineral • Cámara ventilada • Cámara no ventilada • Materiales en el cielorraso • Absortividad del estado superficial • Inclinación de la cubierta
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
CASOS DE ESTUDIO I
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana
UBICACIÓN GEOGRAFICA: Ciudad de Baní, República Dominicana. Latitud 18° 20' N / Altitud 160 msnm
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
III PARAMETROS
Datos teóricos promedios de radiación solar directa según inclinación del plano,
proporcionados por Heliodon.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
W/m
²
Hora (h)
RADIACIÓN DIRECTA SEGÚN INCLINACION DEL PLANO (Orientación Este-Oeste)
15° 30°
Datos de la Oficina Nacional de Meteorología ONAMET, y Red de estaciones de los ingenios privados.
Valores media anual de temperatura y humedad por hora de Baní
Esquema de orientación de la cubierta.
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE LA CUBIERTA
II
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
Transferencia de calor a través de la cubierta galvanizada
Transito de calor a través de una
cubierta ventilada.
CONDICIONANTES DEL CALCULO • (T int = Ta) En todo los casos, excepto el que se indique. • Estado superficial de la cubierta: oxidada (absortividad 0.74) en
todos los casos, excepto el que se indique.
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana RESULTADOS III
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
Curva de temperaturas superficiales interior de la cubierta a ángulos de 15° y 30° respecto de la horizontal
CASO 1
TRANFERENCIA DE CALOR A TRAVES DE CHAPA GALVANIZADA
18.0
23.0
28.0
33.0
38.0
43.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
T (
°C)
Hora (h)
T superficial 15°
T superficial 30°
T ambiente
Temperaturas superficiales sobre
los 40° en las horas más calientes
3 °C
18
23
28
33
38
43
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
T (°
C)
Hora (h)
(Tsz) chapa zinc a 15°
(Tsz) chapa zinc a 30°
(Tsa) aislante a 15°
(Tsa) aislante a 30°
T ambiente
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y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana RESULTADOS III
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Temperaturas superficiales de la cubierta con y sin capa aislante
CASO 2
TRANFERENCIA DE CALOR A TRAVES DEL AISLANTE
12 °C
18
23
28
33
38
43
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
T (°
C)
Hora (h)
(TSz) chapa zinc 15°
(TSz) chapa zinc 30°
Cámara no ventilada (15°)
Cámara no ventilada (30°)
Cámara ventilada (15°)
Cámara ventilada (30°)
T ambiente
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y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana RESULTADOS III
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CASO 3
TRANFERENCIA DE CALOR A TRAVES DE CAMARAS DE AIRE
Influencia de una cámara ventilada en la transmisión de calor
2 °C
10 °C
Resistencia térmica de la cámara no ventilada en situación horizontal con flujo descendente, para espesores mayores de 150 mm: 0.24 m².C/W. (NBT-CT-79)
La resistencia total del cerramiento se obtendrá de los demás cerramientos entre la cámara y el exterior e incluyendo una resistencia superficial exterior (he) correspondiente al aire en calma, igual a la resistencia superficial interior (hi).
(TSc-1) Temperatura Superficial sobre el cielorraso
18
23
28
33
38
43
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
T (°
C)
Hora (h)
(TSz) chapa zinc (15°)
(TSz) chapa zinc (30°)
TS sobre el cielorraso (TSc-1)
Panel carton yeso
Madera ligera
Fibra de coco
Cascara de maní
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y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana RESULTADOS III
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CASO 4
TRANFERENCIA DE CALOR A TRAVES DE CÁMARA VENTILADA Y CIELORRASO
Comparación temperaturas superficiales de los diferentes cielorrasos. (Cubierta inclinada 30°)
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana RESULTADOS III
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
Resumen Temperaturas superficiales resultantes (cubierta inclinada 30°)
18
23
28
33
38
43
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
T (°
C)
Hora (h)
(TSz) chapa de zinc
Cámara no ventilada
(Tsa) aislante sin cámara
Cascara de maní
Fibra de coco
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
T e
mp
era
tura
s d
e s
en
saci
ón
(°C
)
Hora (h)
Solo cuvierta oxidada
Cámara no ventilada
Cámara ventilada
Pintura blanco brillante
Con capa aislante
T ambiente
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana RESULTADOS III
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Comparación temperaturas de sensación resultantes (cubierta inclinada 30°)
T sensación a las 13:00 PM
Zona de confort
EFECTO EN EL CONFORT TÉRMICO
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
T (°
C)
Hora (h)
Solo cuvierta oxidada Cámara no ventilada
Cámara ventilada T ambiente
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana RESULTADOS III
Master de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente / Departamento de Construcciones Arquitectónicas I, ETSAB / Septiembre 2012, Barcelona.
Relación confort con cámara ventilada (30°)
Relación confort entre techo blanco y aislante (30°)
3 °C
1.5 °C
2 °C
Una mejorada 5°C integrando una
cámara bien ventilada
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24T
(°C
) Hora (h)
Solo cuvierta oxidada Pintura blanco brillante
Con capa aislante T ambiente
2 °C
Una mejora de 3.5 °C con aislación
Una mejora de 2 °C con techo blanco
• Se enfatiza la necesidad de las estrategias de sub-cubiertas o cámaras de aire, cielorrasos o aislamientos para reducir la carga térmica el interior de las edificaciones con cubiertas de chapas de acero galvanizado en los climas cálido húmedo.
• Se reafirma que la cámara ventilada es la solución más efectiva para
complementar con la cubierta metálica.
• Sera importante mantener coeficientes de absorción (α) bajos en la superficie de la chapas. Los techos blancos, aunque por si solos no representen una significativa ganancia, complementados con otras estrategias si son una buena medida.
• Los materiales del cielorraso de fibras vegetales son una buena opción, pero su efecto es casi despreciable ante la posibilidad de poder contar con cámara ventilada.
• La inclinación de la cubierta también prueba ser un factor importante. Ángulos de 30° son más eficiente para evadir la incidencia de la radiación solar directa durante más horas al día que un plano inclinado a 15° por estar este ultimo más cerca de la horizontal. Sin embargo, se requiere de un estudio más especializado en la geometría, que incluya además de la temperatura superficial de la cubierta, el factor visión de usuario y ángulos solidos, para obtener resultados más completos.
La cubierta metálica en el clima cálido húmedo: análisis del comportamiento térmico
y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana III CONCLUSIONES
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