Aplicación de estrategias bioclimáticas enfocadas a incrementar el tiempo en confort térmico en una vivienda ubicada en Zacatecas a través de simulación en EnergyPlus
Publisher
Georgina Rodríguez Campos
Date Issued
2024
Author(s)
Rodríguez Campos, Georgina
Advisor(s)
Domínguez Soberanes, Julieta
Rodríguez Miranda, Sergio
Type
text::thesis::master thesis
Abstract
"El presente trabajo contiene un análisis térmico de una vivienda ubicada en el municipio de Fresnillo, Zacatecas, México; con un clima semiseco templado con lluvias en verano (91.6%), templado subhúmedo con lluvias en verano, de menor humedad (8.3%) y seco templado con lluvias en verano (0.1%), un rango de temperatura de 12-18°C y un rango de precipitación de 300-700 mm. El análisis se enfocó en realizar un diagnóstico térmico y determinación de porcentaje de horas con temperaturas en confort de la vivienda, tal cual se encuentra construida, para posterior a la aplicación de estrategias bioclimáticas evaluar el incremento del tiempo con temperaturas en confort. Considerando un rango de temperatura de confort de 21°C a 27 °C durante todo el año y tras el diseño de tragaluces en las 3 recamaras y el incremento de tamaño de la ventana de la sala, se obtuvo un incremento anual en el tiempo en confort térmico promedio de 5.74%, lo que representa un incremento promedio anual de 1.56°C en la temperatura al interior de la vivienda. La temperatura mínima se registró el 13 de enero (4.12°C) en la zona del baño completo, la cual, con la aplicación de estrategia, aumentó a 4.9°C, por otro lado, la temperatura máxima se registró el 23 de mayo (36.10°C) en la zona térmica de la cocina, misma que aumentó a 36.50°C. La Recamara 2, es la zona térmica que mayor incremento de temperatura promedio anual registró, siendo esta de casi 3°C. De acuerdo con el Software Climate Consultant, se identificaron como meses críticos diciembre/enero con los menores porcentajes de tiempo con temperaturas en confort de 4.4% y 5.8% respectivamente y el mes de junio con el mayor tiempo con temperaturas en confort, siendo este 43.1%. Para el mes de junio se registró en la vivienda un incremento de temperatura promedio de 1.2°C, sin embargo, no rebasa la temperatura máxima del rango de confort (27°C). Por su parte, para el mes de diciembre se logró un incremento de temperatura promedio en la vivienda (todas las zonas térmicas) de 1.87°C, incremento que se traduce a una temperatura promedio anual de 16.5°C, 4.5°C por debajo de la temperatura mínima del rango de confort (21°C). Por lo antes descrito, se realizó el análisis para el incremento del tiempo con temperaturas en confort en la vivienda, incorporando el uso de aire acondicionado. Se realizó un análisis tanto con la implementación de estrategias bioclimáticas como sin ellas (diagnóstico). Con la implementación de estrategias bioclimáticas, el requerimiento energético es 17% menos con respecto a escenario diagnóstico, esto se traduce en poco más de media tonelada de emisiones evitadas. Para llevar a cabo la identificación de Estrategias Bioclimáticas y para la evaluación térmica de la vivienda, se utilizaron los softwares Climate Consultant y EnergyPlus"
License
Acceso Abierto
How to cite
Rodríguez Campos, G. (2025). Aplicación de estrategias bioclimáticas enfocadas a incrementar el tiempo en confort térmico en una vivienda ubicada en Zacatecas a través de simulación en EnergyPlus. (Tesis de Maestría). Universidad Panamericana.
Table of contents
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS.......................................................................................2
ÍNDICE DE FIGURAS.......................................................................................7
ÍNDICE DE TABLAS.......................................................................................10
Resumen...... .................................................................................................11
Abstract..........................................................................................................12
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................14
2. MARCO TEÓRICO .....................................................................................16
2.1 Economía Circular. ................................................................................16
2.1.1 Definición.........................................................................................16
2.1.2 Principios Fundamentales y Estrategias de la Economía Circular ..19
2.1.3 Beneficios de la Economía Circular.................................................21
2.1.4 Economía Circular en Edificios........................................................23
2.2. CONSUMO ENERGÉTICO ..................................................................33
2.2.1 Consumo Total de Energía: Mundial ...............................................33
2.2.2 Consumo Total de Energía: Nacional..............................................34
2.3 ARQUITECTURA BIOCLIMATICA ........................................................47
2.3.1 Introducción/Definición. ...................................................................47
2.3.2 Estrategias Bioclimáticas: Sistemas Pasivos ..................................48
2.4 SIMULACIÓN ENERGÉTICA................................................................60
2.4.1. Modelos de Simulación Estática.....................................................61
2.4.2. Modelos de Simulación Dependiente del Tiempo. .........................63
3. JUS TIFICACIÓN .......................................................................................96
4. OBJETIVOS ...............................................................................................98
4.1 Objetivo General....................................................................................98
4.2 Objetivos Específicos ............................................................................98
5. METODOLOGÍA.......................................................................................100
5.1 Características climáticas de la zona de ubicación del caso de
estudio.......................................................................................................100
5.2 Determinar condiciones climatológicas del caso de estudio: temperatura,
radiación, velocidad y dirección del viento predominante..........................103
5.3 Generación de carta psicométrica; determinación del rango de
temperatura (al exterior) de confort térmico; porcentaje de horas con
temperatura (al exterior) que se encuentran en confort térmico en la ubicación
de la vivienda a lo largo de un año; determinación de meses críticos con
temperaturas (al exterior) fuera del rango de confort e identificación de
estrategias para incrementar el tiempo en confort.....................................105
5.3.1 Generación carta psicométrica, determinación del rango de confort,
porcentaje de horas que se encuentran en confort e identificación de
estrategias bioclimáticas. .......................................................................106
5.3.2 Identificación de meses críticos del caso de estudio.....................107
5.4 Realizar el DiagnÓstico térmico del caso de estudio a través del software
Sketch up-OpenStudio-EnergyPlus. ..........................................................108
5.4.1 Elaboración del modelo geométrico a través de Sketchup............109
5.4.2 Descripción de las propiedades termofísicas de la envolvente de la
vivienda. .................................................................................................109
5.4.3 Establecimiento de Condiciones de Frontera ................................111
5.4.4 Manejo de la Aplicación OpenStudio y ejecución de la
simulación ..............................................................................................112
5.5 Simular a través del Software SketchUp-energyplus, la aplicación de
estrategias arquitectónicas identificadas mediante el software Climate
Consultant en la vivienda del caso de estudio ubicada en el municipio de
Fresnillo, Zacatecas y determinar el incremento del porcentaje de horas en
un año con temperaturas dentro del rango de confort...............................120
5.5.1 Ahorro económico proyectado.......................................................120
6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................123
6.1 Determinar condiciones climatológicas del caso de estudio: temperatura,
radiación, velocidad y dirección del viento predominante..........................123
6.2 Generación de carta psicométrica; determinación del rango de
temperatura (al exterior) de confort térmico; porcentaje de horas con
temperatura (al exterior) que se encuentran en confort térmico en la ubicación
de la vivienda a lo largo de un año; determinación de meses críticos con
temperaturas (al exterior) fuera del rango de confort e identificación de
estrategias para incrementar el tiempo en confort.....................................127
6.2.1 Generación carta psicométrica, determinación de grado de confort,
porcentaje de horas que se encuentran en confort e identificación de
estrategias bioclimáticas. .......................................................................127
6.2.2 Identificación de meses críticos del caso de estudio.....................132
6.3 Realizar el DiagnÓstico térmico del caso de estudio a través del software
Sketch up-OpenStudio-EnergyPlus. ..........................................................136
6.4 Simular a través del Software SketchUp-Energy Plus, la aplicación de
estrategias arquitectónicas identificadas mediante el software Climate
Consultant en la vivienda del caso de estudio ubicada en el municipio de
Fresnillo, Zacatecas y determinar el incremento del porcentaje de horas en
un año con temperaturas dentro del rango de confort...............................139
6.4.1 Ahorro económico proyectado.......................................................160
7. CONCLUSIONES.....................................................................................161
8. RECOMENDACIONES.............................................................................166
9. ANEXOS...................................................................................................168
10. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................169
AGRADECIMIENTOS.......................................................................................2
ÍNDICE DE FIGURAS.......................................................................................7
ÍNDICE DE TABLAS.......................................................................................10
Resumen...... .................................................................................................11
Abstract..........................................................................................................12
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................14
2. MARCO TEÓRICO .....................................................................................16
2.1 Economía Circular. ................................................................................16
2.1.1 Definición.........................................................................................16
2.1.2 Principios Fundamentales y Estrategias de la Economía Circular ..19
2.1.3 Beneficios de la Economía Circular.................................................21
2.1.4 Economía Circular en Edificios........................................................23
2.2. CONSUMO ENERGÉTICO ..................................................................33
2.2.1 Consumo Total de Energía: Mundial ...............................................33
2.2.2 Consumo Total de Energía: Nacional..............................................34
2.3 ARQUITECTURA BIOCLIMATICA ........................................................47
2.3.1 Introducción/Definición. ...................................................................47
2.3.2 Estrategias Bioclimáticas: Sistemas Pasivos ..................................48
2.4 SIMULACIÓN ENERGÉTICA................................................................60
2.4.1. Modelos de Simulación Estática.....................................................61
2.4.2. Modelos de Simulación Dependiente del Tiempo. .........................63
3. JUS TIFICACIÓN .......................................................................................96
4. OBJETIVOS ...............................................................................................98
4.1 Objetivo General....................................................................................98
4.2 Objetivos Específicos ............................................................................98
5. METODOLOGÍA.......................................................................................100
5.1 Características climáticas de la zona de ubicación del caso de
estudio.......................................................................................................100
5.2 Determinar condiciones climatológicas del caso de estudio: temperatura,
radiación, velocidad y dirección del viento predominante..........................103
5.3 Generación de carta psicométrica; determinación del rango de
temperatura (al exterior) de confort térmico; porcentaje de horas con
temperatura (al exterior) que se encuentran en confort térmico en la ubicación
de la vivienda a lo largo de un año; determinación de meses críticos con
temperaturas (al exterior) fuera del rango de confort e identificación de
estrategias para incrementar el tiempo en confort.....................................105
5.3.1 Generación carta psicométrica, determinación del rango de confort,
porcentaje de horas que se encuentran en confort e identificación de
estrategias bioclimáticas. .......................................................................106
5.3.2 Identificación de meses críticos del caso de estudio.....................107
5.4 Realizar el DiagnÓstico térmico del caso de estudio a través del software
Sketch up-OpenStudio-EnergyPlus. ..........................................................108
5.4.1 Elaboración del modelo geométrico a través de Sketchup............109
5.4.2 Descripción de las propiedades termofísicas de la envolvente de la
vivienda. .................................................................................................109
5.4.3 Establecimiento de Condiciones de Frontera ................................111
5.4.4 Manejo de la Aplicación OpenStudio y ejecución de la
simulación ..............................................................................................112
5.5 Simular a través del Software SketchUp-energyplus, la aplicación de
estrategias arquitectónicas identificadas mediante el software Climate
Consultant en la vivienda del caso de estudio ubicada en el municipio de
Fresnillo, Zacatecas y determinar el incremento del porcentaje de horas en
un año con temperaturas dentro del rango de confort...............................120
5.5.1 Ahorro económico proyectado.......................................................120
6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................123
6.1 Determinar condiciones climatológicas del caso de estudio: temperatura,
radiación, velocidad y dirección del viento predominante..........................123
6.2 Generación de carta psicométrica; determinación del rango de
temperatura (al exterior) de confort térmico; porcentaje de horas con
temperatura (al exterior) que se encuentran en confort térmico en la ubicación
de la vivienda a lo largo de un año; determinación de meses críticos con
temperaturas (al exterior) fuera del rango de confort e identificación de
estrategias para incrementar el tiempo en confort.....................................127
6.2.1 Generación carta psicométrica, determinación de grado de confort,
porcentaje de horas que se encuentran en confort e identificación de
estrategias bioclimáticas. .......................................................................127
6.2.2 Identificación de meses críticos del caso de estudio.....................132
6.3 Realizar el DiagnÓstico térmico del caso de estudio a través del software
Sketch up-OpenStudio-EnergyPlus. ..........................................................136
6.4 Simular a través del Software SketchUp-Energy Plus, la aplicación de
estrategias arquitectónicas identificadas mediante el software Climate
Consultant en la vivienda del caso de estudio ubicada en el municipio de
Fresnillo, Zacatecas y determinar el incremento del porcentaje de horas en
un año con temperaturas dentro del rango de confort...............................139
6.4.1 Ahorro económico proyectado.......................................................160
7. CONCLUSIONES.....................................................................................161
8. RECOMENDACIONES.............................................................................166
9. ANEXOS...................................................................................................168
10. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................169