Evaluación térmica de las mejoras sucesivas del aislamiento de dos módulos experimentales de vivienda (MEVs) ubicados en el Centro Poblado de Imata (4519 MSNM), Arequipa

Abstract

La tesis comprende la evaluación de los datos experimentales, que se registraron por cada cambio en las modificaciones sucesivas de las envolventes de dos módulos experimentales de vivienda (MEV1 y MEV2), que se construyeron de acuerdo con la tipología de las viviendas del centro poblado de Imata (Arequipa). Dicha evaluación ha ido acompañada con la simulación del comportamiento térmico de los MEVs, para entender sus comportamientos energéticos, y cuantificar las pérdidas de energía al mejorar el aislamiento de las envolventes, así como determinar la ganancia solar pasiva de diferentes componentes bioclimáticos incorporados. Los MEVs se encuentran ubicados en el centro poblado de Imata, a 4 519 msnm, distrito de San Antonio de Chuca, provincia de Caylloma, región Arequipa, considerada una de las zonas más frías de la región. Sin embargo, recibe una gran irradiancia solar que, en promedio es mayor a 6 kWh·m-2·día-1. En los MEVs se introdujeron diferentes modificaciones en las envolventes como, cambio en el techado, enlucido de yeso en las paredes, instalación de claraboyas, instalación de falso techo y construcción de invernadero adosado al módulo, entre otras modificaciones. Todos los cambios se desarrollaron de forma sucesiva y durante todo el proceso, se monitoreó el comportamiento de las temperaturas al interior de los MEVs, así como parámetros meteorológicos de temperatura, humedad, velocidad y dirección del viento y radiación solar. Por cada modificación realizada en las envolventes se simuló su comportamiento energético empleando los programas SketchUp, OpenStudio y EnergyPlus. Para el registro de datos climatológicos en Imata, se utilizó una estación meteorológica Davis Vantage Pro 2 Plus, para la toma de datos al interior de los módulos se utilizaron sensores de temperatura Pt100, micro estaciones U12-012 y registradores de datos U12-006 de la marca Hobo. Para las simulaciones, las propiedades termofísicas de los materiales, se tomaron de la Norma Técnica Peruana EM.110. Por medio del uso de las técnicas de aislamiento pasivo y captación solar, aplicados en los MEVs, se obtuvieron incrementos de temperatura en su interior, para el MEV1 fue de 6,8 °C y para el MEV2 fue de 11,5 °C. Estos incrementos de temperatura tuvieron como referencia la temperatura de la construcción inicial del módulo denominada vivienda típica, semejante a las viviendas del lugar. Se obtuvo que el invernadero adosado al MEV2, permitió alcanzar un incremento de temperatura de 5,2 °C con respecto al MEV1. Considerando una temperatura neutra para los pobladores de Imata de 15 °C, la energía requerida para el MEV1 y el MEV2 sería de 14,2 kWh·día-1 y 10,2 kWh·día-1, respectivamente, valores que contrastan con el caso de la energía requerida para el módulo típico que sería de 38,7 kWh·día-1.

The thesis comprises the evaluation of the experimental data, which were recorded for each change in the successive modifications of the envelopes of two experimental housing modules (MEV1 and MEV2), which were built according to the typology of the Imata village (Arequipa). The evaluation has been performed as well as the thermal simulation of the MEVs, to understand their energy behavior, and quantify the energy gain due to the improvement of the envelope´s insulation, also to calculate the passive solar gain of the different installed bioclimatic components. The MEVs are located in Imata Village, at 4 519 masl, District of San Antonio de Chuca, Province of Caylloma, Arequipa Region. This village is considered one of the coldest in the region. However, it receives great solar irradiance that, on average, is greater than 6 kWh·m-2·day-1. In the MEVs, different modifications were made to the envelopes, such as the change in the roof, plastering addition on the walls, installation of skylights, installation of a false ceiling, and the construction of a greenhouse attached to the module, among other modifications. All the changes were made successively and through all the processes, the indoor temperatures of the MEVs were monitored, as well as meteorological parameters like temperature, humidity, wind speed and direction, and solar radiation. For each modification made to the envelopes, the temperature and their energy behavior were simulated using the SketchUp, OpenStudio, and EnergyPlus programs. The climatological data in Imata was registered with a Davis Vantage Pro 2 Plus meteorological station, while the data inside the modules were measured and registered with Pt100 temperature sensors, U12-012 Hobo micro stations, and U12-006 Hobo data loggers. For the simulations, the thermophysical properties of the materials were taken from the Peruvian Technical Standard EM.110. Through envelope isolation and solar passive gain applied in the MEVs, the temperature increment in MEV1 was 6.8 °C and in MEV2 was 11.5 °C compared to the initial construction of the module called typical dwelling built according to the typology of the Imata village. It was determined that the greenhouse attached to MEV2, allowed to obtain a temperature increase of 5.2 °C with respect to MEV1. Considering 15 °C as a neutral temperature for the inhabitants of Imata, the energy required for MEV1 and MEV2 would be 14.2 kWh·day-1 and 10.2 kWh·day-1, respectively Those values contrast with the case of the energy required for the typical module that would be 38.7 kWh·day-1.