CALIFICACIÓN ENERGÉTICA DE UNA VIVIENDA UNIFAMILIAR PARA LA CIUDAD DE SUCRE MEDIANTE EL USO DE PARÁMETROS DE CALIFICACIÓN ENERGÉTICA DE VIVIENDAS (CEV)

INDICE CESIÓN DE DERECHOS i DEDICATORIA iv AGRADECIMIENTOS v RESUMEN xiv INTRODUCCIÓN 1 1.1. ANTECEDENTES 1 1.2. SITUACIÓN PROBLÉMICA 3 1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 3 1.4. OBJETO DE ESTUDIO 4 1.5. CAMPO DE ACCIÓN 4 1.6. IDEA DE INVESTIGACIÓN 4 1.7. HIPÓTESIS 4 1.8. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 4 1.8.1. OBJETIVO GENERAL 4 1.8.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 5 1.9. JUSTIFICACIÓN 5 1.10. DISEÑO METODOLÓGICO 7 1.10.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN 7 1.10.2. MÉTODOS TEÓRICOS 7 1.10.3. MÉTODOS EMPÍRICOS 7 1.10.4. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN 8 1.10.5. INSTRUMENTOS (RECURSOS NECESARIOS) 9 1.11. POBLACIÓN Y MUESTRA 9 CAPITULO I 10 MARCO TEÓRICO Y CONTEXTUAL 10 2.1. MARCO TEÓRICO 10 2.1.1. ANTECEDENTES 10 2.1.1.1. EMISIONES DE CO2 ASOCIADOS AL SECTOR ENERGÉTICO DE BOLIVIA 10 2.1.1.2. CRITERIOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA RESIDENCIAL 11 2.1.1.3. INCIDENCIA DEL SER HUMANO EN LA EFICIENCIA ENERGÉTICA RESIDENCIAL 12 2.2. TEORÍAS 13 2.2.1. DISEÑO DE LA VIVIENDA 13 2.2.2. MÉTODOS DE EVALUACIÓN DE CONSUMO ENERGÉTICO 15 2.2.3. INSTRUMENTOS DE COMPUTACIÓN PARA SIMULACIÓN DE ENERGÍA EN EDIFICIOS 15 2.2.4. SISTEMA DE CALIFICACIÓN ENERGÉTICA DE VIVIENDAS (CEV) 16 2.3. MARCO CONCEPTUAL 17 2.4. MARCO LEGAL 22 2.4.1. CONSTITUCIÓN POLÍTICA DEL ESTADO (7/02/2009) – ART. 378 22 2.4.2. LEY 1604 (21/12/1994) LEY DE ELECTRICIDAD ART. 3 22 2.4.3. DECRETO SUPREMO (5/03/2008) PROGRAMA NACIONAL DE EFICIENCIA ENERGÉTICA 22 2.4.4. LEY 300 (15/10/2012) MARCO DE LA MADRE TIERRA Y DESARROLLO INTEGRAL PARA EL VIVIR BIEN – ART. 15 23 2.4.5. DECRETO SUPREMO 4477 24/03/2021 23 2.4.6. DECRETO MUNICIPAL N°094/2018 (24/01/2018) – LEY DE INCENTIVO A LAS EDIFICACIONES SUSTENTABLES, ECOLÓGICAS Y AMIGABLES CON EL MEDIO AMBIENTE 24 2.4.7. LEY N°177 (01/08/2018): LEY DE ENERGÍA DEL DEPARTAMENTO DE SANTA CRUZ 24 2.5. MARCO CONTEXTUAL 24 2.5.1. CONTEXTO ENERGÉTICO NACIONAL ACTUAL 24 2.5.2. GENERACIÓN DISTRIBUIDA 26 2.6. CONTEXTO CLIMÁTICO 27 CAPITULO II 40 DIAGNÓSTICO 40 2.1. ANÁLISIS DE LAS ESTRATEGIAS PASIVAS APLICADAS EN EL DISEÑO DE UNA VIVIENDA UNIFAMILIAR DE SUCRE 40 2.1.1. DATOS GENERALES 40 2.1.1.1. UBICACIÓN 40 2.1.2. DISTRIBUCIÓN INTERIOR 41 2.1.3. ACCESO 43 2.1.4. CARACTERÍSTICAS ARQUITECTÓNICAS 43 2.1.5. ORIENTACION SOLAR Y PENDIENTE 45 2.1.6. ASOLEAMIENTO Y SU RELACIÓN CON LA FORMA DE LA VIVIENDA 45 2.1.8. COMPACIDAD 51 2.1.9. POROSIDAD 52 2.1.10. ESBELTEZ 52 2.1.11. TRATAMIENTO DE LA PIEL DEL EDIFICIO O LA ENVOLVENTE 53 2.1.12. COLOR 53 2.1.13. FACHADAS 54 2.1.14. FACHADA NORTE Y SUR 55 2.1.15. DIAGNÓSTICO DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE LA VIVIENDA 55 Diagnóstico 56 2.2. DATOS DE CONSUMO Y COSTOS ENERGÉTICOS 57 2.2.1. ENERGÍA ELÉCTRICA 57 CAPITULO III 59 PROPUESTA 59 3.1. RESULTADOS 59 3.1.1. ZONIFICACIÓN TÉRMICA DE SUCRE ACUERDO AL ANÁLISIS CLIMATICO DE CHILE 59 3.1.1.1. COMPARACION DE DATOS CLIMATICOS DE LA CIUDAD DE SUCRE CON LAS ZONAS CLIMÁTICAS B-C-D DE CHILE 60 3.1.2. EVALUACIÓN DE LA ZONAS TÉRMICAS CHILENAS B, C, D APLICABLES A LA VIVIENDA 62 3.1.2.1. CALIFICACIÓN ENERGÉTICA 62 3.1.3. SIMULACIÓN ENERGÉTICA 69 3.1.3.1. ARQUITECTURA 69 3.1.3.2. ENVOLVENTE 69 3.1.3.3. ACTIVIDADES INTERIORES 77 3.1.4. BALANCE ENERGÉTICO 77 3.1.5. RESULTADOS DE LA MEJORAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA 79 3.1.6. CAMBIOS POR ESTRATEGIA 81 3.1.7. RESULTADOS CEV MODELO MEJORADO DE LA ZONA 83 3.1.8. IMPACTO ECONÓMICO 84 CAPITULO IV 86 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 86 4.1. CONCLUSIONES 86 4.2. RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO CON ESTRATEGIAS PASIVAS EN CLIMA TEMPLADO DE SUCRE 88 5. REFERENCIAS 89 ANEXOS 95 ANEXO 1. PUENTES TERMICOS 96 ANEXO 2. AREAS DE MUROS Y VANOS 99 ANEXO 3. PRECALIFICACIÓN DE LA VIVIENDA DE ESTUDIO EN LA ZONA TERMICA B EN ETAPA INICIAL 103 ANEXO 4. PRECALIFICACIÓN DE LA VIVIENDA DE ESTUDIO EN LA ZONA TERMICA B CON LA PROPUESTA DE MEJORA DE SISTEMA CONSTRUCTIVO 108 INDICE DE FIGURAS Figura 1. Posición del sol en solsticio de invierno y verano a las 12:00pm. Sombra proyectada por vivienda ubicada en latitud 27º (Copiapó). Guía de diseño para la eficiencia energética en la vivienda social, Waldo Bustamante, (2021). 14 Figura 2. Actores involucrados en la aplicación del (CEV). Ministerio de vivienda y urbanismo de Chile, 2019. 17 Figura 3 .Nivel de eficiencia energética. Ministerio de vivienda y urbanismo de Chile, 2019. 21 Figura 4. Potencial de Energía Solar KWh/m2/día. Plan para el Desarrollo de las Energías Alternativas 2025. 25 Figura 5. Esquema de la red de generación distribuida. Invista Solar, 2023. https://invictasolar.com.br/ 27 Figura 6. Temperaturas mensuales, elaborado en Sol.arq en base a los datos obtenidos de Climate.onebuilding.org de Sucre, (2007-2021). 29 Figura 7. Humedad relativa mensual de la Ciudad de Sucre de los últimos (2007-2023). Elaborado por Sol-Arq en base a los datos de climate.onebuilding.org. 31 Figura 8. Frecuencia anual de los vientos en la ciudad de Sucre (2007-2021). Elaborado por Sol-Arq en base a los datos de climate.onebuilding.org de Sucre. 32 Figura 9. Frecuencia mensual de los vientos en la ciudad de Sucre, (2007-2021). Elaborado por Sol-Arq en base a los datos de climate.onebuilding.org de Sucre. 33 Figura 10. Radiación solar promedio mensual, (2007.2021). Elaborado por Sol-Arq. en base a los datos de climate.onebuilding.org de Sucre. 35 Figura 11. Normas Generales de Ocupación y Uso de Suelo. Padilla Osman, 2020. Taller virtual desarrollo de proyectos de arquitectura bajo la norma del G.A.M.S. 36 Figura 12. Modelo de Vivienda del Área periférica Nuevas Tendencias de Arquitectura Vanguardista Vivienda del Área Patrimonial. Edificios en Altura del Sector del Barrio Petrolero. Elaboración propia, 2021. 39 Figura 13. Plano de ubicación de la vivienda de estudio y el Centro Histórico de la Ciudad de Sucre. Honorable Alcaldía Municipal, 2000. Plan de habilitación y ordenamiento de zonas de expansión urbana. 40 Figura 14. Ubicación de la Vivienda. Elaboración propia, 2022. 41 Figura 26. Planos de la vivienda y zonificación de actividades en su interior. Elaboración propia, 2023. 43 Figura 15. Vivienda unifamiliar de referencia. Elaboración propia, 2023. 44 Figura 17. Caracterización arquitectónica. Elaboración propia, 2023. 44 Figura 16. Orientación de la vivienda. Elaboración propia, 2022 en base a la tesis “Determinación de estrategias de diseño bioclimático para la ciudad de Sucre (Bolivia)” (Pozo, 2011). 45 Figura 17. Obstrucción solar de vivienda colindante. Elaboración propia, 2023. 45 Figura 18. Radiación solar en verano. Elaborado en el programa 3D SUN-PATH. 46 Figura 19. Radiación solar en invierno. Elaborado en el programa 3D SUN-PATH. 46 Figura 20. Arriba: Localización de vegetación en la vivienda con orientación sud este. Abajo: tipo de especies que se encuentran en el predio. Elaboración propia, 2023. 47 Figura 21. Vivienda de planta semi compacta. Elaboración propia, 2023. 51 Figura 22. Derecha: Presencia de patios en la vivienda. Izquierda: Fotografía del sector de cocheras, donde se puede ver que el mismo edificio se arroja sombra por la tarde. Elaboración propia, 2023. 52 Figura 23. Materiales utilizados en la envolvente. Elaboración propia, 2023. 53 Figura 25. Predominio de color blanco en la envolvente y plomo en la cubierta. Elaboración propia, 2023, en base a Mendoza M., Aguillón J., 2021. 54 Figura 27. Izquierda: Fachada Norte. Der: fachada Sur de la de la vivienda. Elaboración propia, 2023. 55 Figura 28. Datos de consumo y coste energético de energía eléctrica de la vivienda de estudio. Elaboración propia, 2023. 58 Figura 28. Proceso de calificación energética de la vivienda de estudio. 59 Figura 29. Zonificación térmica de CEV – Chile. Biblioteca del Congreso Nacional de Chile, 2021. 60 Figura 30. Comparación con Zona Térmica B – C -D. Elaboración propia, 2023. 61 Figura 31. Requerimientos anuales de energía para calefacción y enfriamiento. Ministerio de Vivienda de Chile, 2019. 63 Figura 32. Calificación energética de la vivienda de análisis tipo B, para la zona térmica B. 63 Figura 33. Zona térmica B. Biblioteca del Congreso Nacional de Chile, 2021. 64 Figura 34. Calificación energética de la vivienda de análisis tipo B, para la zona térmica C. 65 Figura 35. Zona térmica C. Biblioteca del Congreso Nacional de Chile, 2021. 66 Figura 36. Calificación energética de la vivienda de análisis tipo B, para la zona térmica B. 66 Figura 37. Zona térmica D. Biblioteca del Congreso Nacional de Chile, 2021. 67 Figura 39. La vivienda de estudio y las obstrucciones del contexto. 69 Figura 40: Ladrillo de 6 huecos. Ficha técnica INCERCRUZ, 2017. 70 Figura 44. EPS 4cm + yeso cartón 1cm. Knauf Polyplac EPS. 72 Figura 41. Materiales principales de la envolvente. Elaboración propia, 2023. 74 Figura 45. Ventanas proyectantes en sustitución de las ventanas tipo celosía. www.incerco.es 75 Figura 46. Vidrio DVH. www. avitatuc.com, 2019. 75 Figura 47. Propuesta de pérgolas tipo invernadero en la fachada Sur. 76 Figura 42. Modelo 3d de los ambientes del segundo nivel donde se desarrolla mayor actividad. 77 Figura 43. Pérdidas y ganancias de calor anuales, 2023. 78 Figura 48. Demandas energéticas anuales (kWh/m2). Elaboración propia, 2023. 80 Figura 49. Horas de disconfort. Elaboración propia, 2023. 80 Figura 50. Modelo con medidas eficiencia energética. Elaboración propia, 2023. 81 Figura 52. Modelo 01 82 Figura 53.Modelo 02. 82 Figura 56. Demanda energética, inicial y mejorada. Elaboración propia, 2023. 83 Figura 57. Calificación energética otorgada a la vivienda de Sucre de acuerdo con los estándares de la CEV de Chile. 84 INDICE DE TABLAS Tabla 1. Medidas de eficiencia energética en el diseño de vivienda. 13 Tabla 2. Temperatura de la ciudad de Sucre, Bolivia (2007-2021). 27 Tabla 3. Temperaturas horarias medias mensuales (°C) 28 Tabla 4. Humedad relativa máxima y mínima mensual de la ciudad de Sucre, Bolivia (2007-2021). 30 Tabla 5. Velocidad del viento mensual (2007-2021) 32 Tabla 6. Radiación mensual, (2007-2021) 34 Tabla 7. Normas de edificación para viviendas 37 Tabla 10. Valoración de los ambientes según su orientación 41 Tabla 11. Especies arbóreas del área de intervención. 48 Tabla 12. Evaluación de las ventanas y paños vidriados de los espacios con mayor frecuencia de uso en la vivienda 54 Tabla 13. Histórico de consumo de energía eléctrica [kwh] 57 Tabla 14. Costo energético de consumo de energía eléctrica 57 Tabla 15. Calificación de acuerdo con la demanda energética de calefacción y refrigeración para la zona térmica B 63 Tabla 14. Calificación de acuerdo con la demanda energética de calefacción y refrigeración para la zona térmica C 65 Tabla 17. Calificación de acuerdo con la demanda energética de calefacción y refrigeración para la zona térmica D 67 Tabla 18. Solución constructiva de muros inicial 71 Tabla 19. Propuesta constructiva de muros mejorada 71 Tabla 20. Mejora de la transmitancia térmica en muros 72 Tabla 21. Propuesta constructiva de cubierta 73 Tabla 20. Mejora de la transmitancia térmica de ventanas 76 Tabla 23. Pérdidas y ganancias de calor anuales 77 Tabla 24. Total horas de disconfort, necesidad de calefacción y enfriamiento anual 78 Tabla 23. Propuestas de eficiencia energética para la vivienda de estudio 79 Tabla 24. Calificación de eficiencia energética de vivienda mejorada de acuerdo con las tres zonas térmicas de Chile 83 Tabla 27. Costo energético de consumo de energía eléctrica 84 Tabla 28. Consumo de energía y costo anual de energía eléctrica 85 Tabla 29. Costo energético de energía eléctrica según la calificación final 85