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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


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



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.


I INTRODUCCIÓN




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




CASOS DE ESTUDIO I



UBICACIÓN GEOGRAFICA: Ciudad de Baní, República Dominicana. Latitud 18° 20' N / Altitud 160 msnm


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.


y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE LA CUBIERTA

II


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.


y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana RESULTADOS III


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




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




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




CASO 4

TRANFERENCIA DE CALOR A TRAVES DE CÁMARA VENTILADA Y CIELORRASO

Comparación temperaturas superficiales de los diferentes cielorrasos. (Cubierta inclinada 30°)




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




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




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.


y efecto en el confort del techo de zinc de la vivienda vernácula dominicana III CONCLUSIONES


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