Método para la evaluación y aprovechamiento de la energía solar en entornos urbanos, para la climatización pasiva de edificios

NÉSTOR ALEJANDRO MESA ARIZABALO; DAVID MORILLÓN GÁLVEZ

Serie Investigación y desarrollo. Editorial del Instituto de Ingeniería de la UNAM

Lugar: Mexico, D.F.; Año: 2008 p. 148

La finalidad de este documento es presentar un método para evaluar el potencial de la energía solar en entornos urbanos, con objeto de ser utilizada en la climatización pasiva, para lograr condiciones de confort térmico en el interior de los edificios, proveyendo una herramienta para la planificación del desarrollo urbano, con base en la habitabilidad de los edificios, con el máximo aprovechamiento del recurso solar. La base del análisis son las variables morfológicas de la manzana y las construcciones insertas en las mismas, y los requerimientos energéticos de los edificios para la climatización, de acuerdo a la trama urbana. La estructura básica del método se apoya en la evaluación del potencial de captación solar en las superficies de los edificios conforme a los entornos urbanos, el cálculo del comportamiento térmico y los requerimientos energéticos por unidad de volumen, para la climatización de los edificios. El método desarrollado fue aplicado, como caso de estudio, al Área Metropolitana de Mendoza, Argentina (AMM). Para la evaluación del potencial solar se desarrolló un método gráfico computacional que, a partir de la captura de la volumetría y de los valores geográficos y cronológicos, permite obtener perspectivas axonométricas vistas desde el sol, dando como resultado las superficies de secciones normales a la dirección de los rayos solares incidentes sobre cada fachada asoleada. Los valores obtenidos permitieron caracterizar cada zona de análisis, según la relación entre las áreas potencialmente colectoras de energía solar, (principalmente las fachadas y los techos), con la densidad de edificación. Los valores de áreas soleadas, se analizaron con los registros de la irradiancía disponible a cada hora y día de análisis, obteniendo así  como resultado el aporte solar a las condiciones térmicas dentro de los edificios. Dicho valor comparado con el consumo de energía requerida para la climatización de los edificios con energía convencional, permite determinar el potencial de ahorro de energía. El cálculo del comportamiento térmico y de los requerimientos energéticos por unidad de volumen, de las distintas tipologías de manzanas y edificios se realizó a través del cálculo analítico y métodos de simulación. Los resultados obtenidos permiten conocer la respuesta energética, además de determinar la más eficiente de las densidades y tipologías, teniendo que la alta densidad con tipología compacta es mas eficiente que la densidad baja y tipología abiertas, con ahorros de energía hasta el 80%, y además la correlación entre el comportamiento térmico y las características morfológicas de los edificios. Se aporta información cuantitativa sobre las correlaciones entre las características morfológicas de las tipologías de unidades urbanas (manzanas) y edificios seleccionados, y los consumos energéticos necesarios para la climatización convencional de los edificios. Los resultados obtenidos de la evaluación del AMM a través de la aplicación del método desarrollado, se introducen en un sistema de información geográfica (GIS), con la finalidad de dar pautas para la toma de decisiones en la planificación o desarrollo urbano, con base en la habitabilidad de los espacios interiores de los edificios, y el máximo aprovechamiento del recurso solar, y de esta forma mejorar la calidad de vida de los habitantes de las ciudades. Validado el método de análisis se puede determinar que el mismo es de aplicación universal.