Evaluación diacrónica de la eficiencia energética residencial durante la fase de uso en viviendas IPV

Resumen

 

 

Los elementos que componen la envolvente arquitectónica en contacto con el exterior representan un factor concluyente en el consumo de energía. Por esto, se han desarrollado múltiples recomendaciones y estrategias de mejoramiento de esta, con el propósito de optimizar el comportamiento energético de la vivienda. Sin embargo, no se ha estudiado el desarrollo de la envolvente durante los procesos de crecimiento de una vivienda (desde la perspectiva de la EE). Ni se ha profundizado en la relación entre la variabilidad de la envolvente y los consumos energéticos que implican estas transformaciones.

En este contexto, se pregunta ¿de qué manera, las variaciones producidas en la envolvente durante los procesos de crecimiento de viviendas IPV del AMSJ, construidas entre 1990 y 2000, pueden aportar al ahorro energético y mejorar la EE residencial? El objetivo de la investigación es aportar al conocimiento de la eficiencia energética (EE) en viviendas IPV del Área Metropolitana de San Juan durante la fase de uso, mediante una metodología de evaluación termo-energética diacrónica de la envolvente.

La investigación representa una contribución al trabajar sobre una perspectiva no abordada en la actualidad, la cual hace referencia a considerar el proceso de crecimiento de una vivienda como una oportunidad para alcanzar EE. Por esto, se propone el desarrollo de un modelo metodológico de evaluación de EE solamente de la envolvente arquitectónica de las viviendas. Si bien existen metodologías de evaluación de la EE basadas a la envolvente, se pretende que la metodología propuesta incorpore en su formulación, mediante funciones estadísticas, la variable tiempo y así obtener una valoración de un proceso de cambio, que representa en sí a la vivienda.

Justificación del tema

En Argentina, los consumos eléctricos en el sector residencial han sufrido incrementos paulatinos desde finales de siglo pasado, acompañando el crecimiento de la población y superando a la variación del PBI y al crecimiento del consumo de gas. El Balance Energético Nacional del año 2021, indica que el sector residencial representa el 25.7% del consumo nacional de energía total (energía primaria más energía secundaria), siendo el segundo en importancia (Secretaría de Energía, 2021). A futuro se espera un crecimiento anual acumulado del consumo eléctrico residencial del 2.6%, llegando a 182 TWh (Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable, 2019).

En este marco, conocer el ahorro energético que implica cada tipo de variación en la envolvente, permitiría elegir y aplicar el tipo de ampliación con mayor potencial de ahorro y mejora de la habitabilidad. Asimismo, se convertiría en un aporte a la reducción de la demanda energética en viviendas y sus respectivas facturas domiciliaras. Resolver este problema representa un aporte al desarrollo de conciencia energética del usuario, a sensibilizar sobre el uso eficiente de la energía y a incentivar prácticas responsables durante la fase de uso en una construcción.

Por otra parte, solucionar esto a gran escala, beneficiaría a la infraestructura de redes de abastecimiento de energía (sistema eléctrico y gas natural) ayudando a mejorar su funcionamiento, descomprimir las líneas de distribución y a evitar picos de demanda que no siempre pueden ser abastecidos. También favorecería a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, logrando una mejora en el ambiente natural.

Además, durante la fase de uso de una vivienda se detectan importantes niveles de consumos, entre los más significativos surgen los relacionados con la energía y el agua, estos generan residuos, elevados niveles de CO₂ y un gran impacto ambiental (Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable, 2012). Según (López Plazas, 2006), del total de la energía que consume una edificación durante el ciclo de vida, entre el 66% y 80% se relaciona a la fase de uso.

Breve estado del arte

En el marco de la tesis, se analizaron las diversas maneras de evaluar la EE en viviendas, focalizando en antecedentes de diacronicidad, en viviendas ampliadas y en la manera de valoración de la envolvente en términos de eficiencia. Como resultado se analizaron 73 normativas de 53 países. Del análisis se destacan dos países por su postura en referencia al ahorro energético de los edificios. Estos son; Suecia y Finlandia que se basan en La Pirámide de Kioto para elevar los niveles de EE en el ámbito construido. Finlandia plasma en La guía de EE estructural en construcciones de renovación (Ojanen et al., 2017) su posición de priorizar que la envolvente sea energéticamente eficiente, ya que la considera como la base esencial para la funcionalidad de todos los sistemas en el edificio. De modo similar, Suecia toma la Pirámide de Kioto como estrategia para reducir las necesidades energéticas y se basa en los niveles de la pirámide para implementar las medidas de ahorro y reducción energética en las viviendas (Rockwoolab, 2020).

Si bien todas las normativas analizadas, en algún punto, hacen referencia a la envolvente para aportar a la EE, se destacan cinco antecedentes donde la envolvente cumple el rol principal en la metodología de evaluación de la EE. El primero de ellos es Brasil, donde en el Reglamento Técnico de Calidad para la Clase de EE de Edificios Comerciales, de Servicios y Públicos (Ministério da indústria, 2018), la etiqueta puede obtenerse sólo para la envolvente o para la envolvente y algún sistema técnico (por ejemplo, aire acondicionado).

Austria, a diferencia de otros países, evalúa el rendimiento energético del edificio solo en base a la calidad térmica de la envolvente, sin incluir la demanda de refrigeración, iluminación y ventilación. Puesto que dichos factores son considerados secundarios en la configuración del certificado y no influyen en el cálculo de la clase energética (BMVBS, 2010). En Bélgica, el rendimiento energético de la vivienda depende de la envolvente y las instalaciones técnicas, conforme lo indica el Manual de certificación del rendimiento energético de vivienda individual. En el mismo se analiza la cantidad de superficie expuesta al exterior, el carácter masico de los elementos constructivo, la resistencia térmica de los componentes, el coeficiente de transmitancia térmica, aislamiento, acristalamientos, protección solar en ventanas, orientación, inclinación, etc. (Bruxelles Environnement, 2021).

La normativa Building Energy Act, en Alemania, determina que deben describirse los valores de aislamiento térmico de los elementos de la envolvente y que estos valores cambian si el edificio se encuentra adosado en sus lados o si es un edificio aislado, de manera similar a lo descripto en Bélgica. Asimismo, hace referencia a valores de compacidad del edificio en relación con el perímetro, la proporción de aberturas, la orientación, etc. (Steinmeier et al., 2020). En Chipre, la Guía de Aislamiento térmico de los edificios (Hadjinicolaou, 2016) y el Manual de Metodología para el cálculo del rendimiento energético de edificios son obligatorios para calcular el rendimiento energético de viviendas. Los documentos detallan la importancia de la envolvente en base a materiales y casos típicos de aislamiento térmico.

Asimismo, se buscaron antecedentes de diacronicidad en las metodologías de evaluación de la EE y si bien ninguna utiliza esta visión para evaluar, se encontraron iniciativas que destacan a la vivienda como un proceso en constante cambio. La Directiva 2002/91/EC Energy Performance Building exige a los estados de la Unión Europea (UE) emitir CEE y cada país debe elegir como evaluar la vivienda ampliada. República Checa y Luxemburgo evalúan las viviendas ampliadas con la misma metodología que las viviendas nuevas. En cambio, Austria, Dinamarca, Francia, Alemania y los Países Bajos utilizan la misma metodología que en viviendas nuevas, pero con menores requisitos. Por último, hay países que disponen de una metodología diferenciada para evaluar viviendas ampliadas como Bélgica, Gran Bretaña y Suecia (BMVBS, 2010).

Argentina cuenta con la serie IRAM 11600, que incluye el método de cálculo de la resistencia térmica, la clasificación bioambiental Argentina, el coeficiente volumétrico G de pérdidas de calor, las condiciones de habitabilidad en viviendas y valores máximos admisibles de Transmitancia Térmica, el cálculo de puentes térmicos entra otras. Particularmente, desde 2019, presenta la Norma IRAM 11900 Prestaciones Energéticas en Viviendas. Método de cálculo y etiquetado de EE, la cual establece el cálculo de prestaciones energéticas para viviendas unifamiliares y edificios residenciales (Secretaría de Energía, 2020). La norma fija rangos de la etiqueta que corresponden a la demanda energética, basados en estudios del parque habitacional. Así, se puede conocer el nivel de EE de la vivienda y detectar oportunidades de mejoras (Stagnitta, 2018).

Presentación del problema

Los elementos que componen la envolvente arquitectónica en contacto con el exterior representan un factor concluyente en el consumo de energía. Por esto, a la actualidad, se han desarrollado múltiples recomendaciones y estrategias de mejoramiento de esta, con el propósito de optimizar el comportamiento energético de la vivienda. Nos referimos a trabajos de retrofit o reciclado edilicio en viviendas, como los realizados por (Díscoli et al., 2016), (Andersen et al., 2017) y (Blasco Lucas, 2011), entre otros.

Sin embargo, no se ha estudiado el desarrollo de la envolvente arquitectónica durante los procesos de crecimiento de una vivienda (desde la perspectiva de la EE). Ni se ha profundizado en la relación entre la variabilidad de la envolvente y los consumos energéticos que implican estas transformaciones. En base a entrevistas realizadas en el IPV, Dirección de Planeamiento y desarrollo Urbano (DPDU) y en la FAUD-UNSJ se determina que esta información, es al momento, inexistente en San Juan (A. Grgic; J. Cueli; A. Merlo comunicación personal, agosto de 2020).

Se expresa que, en general, se desconocen en su praxis, cantidad y calidad las modificaciones que se realizan en la envolvente, producto del crecimiento de las viviendas durante la fase de uso. Así también, no son consideradas como una oportunidad para mejorar la EE, la habitabilidad y las consecuentes patologías edilicias (Secretaría de Vivienda, 2015). Mayoritariamente, las ampliaciones son pensadas, diseñadas y construidas sin tener en cuenta su evolución real a partir de los contextos, así como el potencial ahorro energético que se podría obtener en ese proceso.

Según datos oficiales, desde 1954 a la actualidad, el IPV de la provincia de San Juan ha construido aproximadamente el 44.4% del total de viviendas en la provincia (Instituto de Investigaciones Económicas y Estadísticas, 2020); (IPV, 2020). La tendencia prospectiva indica que la construcción de viviendas sociales y la progresiva obsolescencia de las existentes, contribuirán a un significativo aumento en la demanda energética residencial. En este marco, se considera necesario contar con un instrumento metodológico adecuado al modo en que se construye y evoluciona la envolvente en su crecimiento espontáneo, para poder evaluar tecnológica y energéticamente este proceso.

Problema como pregunta de investigación

• ¿De qué manera, las variaciones producidas en la envolvente durante los procesos de crecimiento de viviendas IPV del AMSJ, construidas entre 1990 y 2000, pueden aportar al ahorro energético y mejorar la EE residencial?
• ¿Cuáles son las características de las variaciones producidas en la envolvente durante los procesos de crecimiento de viviendas IPV del AMSJ, construidas entre 1990 y 2000 que inciden en el ahorro y eficiencia energéticos residencial?
• ¿Qué formas tecnológico-constructivas se evidenciaron en las diferentes acciones de crecimiento formal de las viviendas IPV del AMSJ?

Objetivo General (OG)

Elaborar una metodología de evaluación termo-energética diacrónica de la envolvente, que contribuya al conocimiento de la eficiencia energética residencial y permita el desarrollo de lineamientos arquitectónicos y tecnológico-constructivos.

Objetivos Específicos (OE)

1. Sistematizar la evolución, durante la fase de uso, de viviendas IPV representativas del AMSJ, en cuanto a variables de diseño arquitectónico, variables tecnológico-constructivas de la envolvente y variables energéticas.
2. Desarrollar una metodología de evaluación termo-energética diacrónica de la envolvente, destinada a viviendas IPV, integrando las variables representativas del objetivo anterior.
3. Aplicar la metodología elaborada a prototipos de viviendas IPV durante la fase de uso, a modo de validación.
4. Elaborar lineamientos arquitectónicos y tecnológico-constructivos energéticamente eficientes, para el crecimiento de prototipos IPV y cuantificar su potencial ahorro energético.

Hipótesis Primaria

• Ante la ausencia de estrategias de crecimiento de las viviendas IPV y de la incorporación de EE en la envolvente durante la fase de uso, contar con un instrumento metodológico que permita evaluar de forma diacrónica el rendimiento termo-energético de las viviendas IPV sistematizando el análisis de las modificaciones de la envolvente durante la fase de uso, representaría un aporte a la reducción de la demanda energética.

Hipótesis Secundarias

• Como resultado de los procesos de crecimiento formal e informal de viviendas IPV en el AMSJ, se evidencian diferentes modificaciones en sus envolventes que repercuten en el desarrollo energético de la vivienda. Entre ellas puede nombrarse, el crecimiento del prototipo hacia otros colindantes, la relación entre superficie vidriada y superficie opaca, el equilibrio entre el aumento de superficie cubierta y envolvente expuesta al exterior, entre otros. Considerar estas modificaciones de manera sistemática permitiría mejorar la situación energética futura de las viviendas para reducir su demanda de energía.
• Incorporar el enfoque diacrónico al abordaje metodológico, permite demostrar con mayor exactitud la variabilidad a la que está expuesta una vivienda IPV durante la fase de uso y dimensionar su impacto energético.

Metodología

Unidad de análisis: Se identifica como unidad de análisis a las viviendas individuales unifamiliares pertenecientes a barrios construidos por el IPV y ubicadas dentro del AMSJ.

Universo: Para definir las viviendas del universo, del total de barrios construidos por el IPV en la provincia, se seleccionaron aquellos ubicados dentro del AMSJ y construidos entre 1990 y 2000. Además, se escogieron los barrios de vivienda individual en planta baja, se identificaron 3790 viviendas, que cumplen estas condiciones. Seguidamente, se relevaron las viviendas ampliadas, mediante imágenes satelitales en el software QGIS y se obtuvo que el 89.97% creció. Por último, se buscaron en DPDU las 3410 viviendas, para detectar aquellas que realizaron los procesos de crecimiento de forma oficial y se adquirieron los datos de consumos energéticos de las viviendas, lo que afirma su estado de habitabilidad actual. Siendo este el último filtro se llega a que, el universo de estudio se compone por 3410 viviendas IPV.

Muestra: Por las características de la tesis se seleccionó la muestra no probabilística, esto es cuando la selección de casos se realiza por ciertos propósitos especifica dos por el investigador (Hernández Sampieri et al., 2014). La selección de las unidades de análisis se realizó según dos criterios, tipología arquitectónica y las viviendas con mayor porcentaje de ampliación. Se utilizará como técnica de selección y muestreo, un muestreo no probabilístico de casos tipo. Esto se utiliza, cuando el objetivo es la riqueza, profundidad y calidad de la información, no la estandarización. Se toma como muestra: 24 viviendas, pertenecientes a 7 barrios del AMSJ.

Obtención, Construcción y Análisis de Datos. Para la obtención de datos se buscaron fuentes accesibles y viables. En el OEN°1, se utilizaron fuentes secundarias, entre ellas; imágenes satelitales, planos arquitectónicos y datos de consumos energéticos, provistos por Energía San Juan y Ecogas. Las imágenes aéreas son de libre acceso y la obtención de planos y datos de consumo se realizó con un pedido formal por escrito. Como técnica de recolección de datos, se eligió la revisión de fuentes de observación secundaria (Cea D’ Ancona, 1996). Los datos se recolectaron en formato digital por su practicidad y fácil lectura en computadora. Para el OEN°2, los datos se obtuvieron de fuentes secundarias, es decir de bibliografía nacional e internacional.

En la segunda parte del OEN°2 se utilizará una fuente primaria, ya que será elaboración propia, al igual que en el OEN°3 y OEN°4. Respecto a la construcción de datos: para el OEN°1 y OEN°2 la técnica seleccionada es el análisis documental y se analizarán documentos visuales y escritos (Gilbert, 2008). Seguidamente, se organizarán los datos en planillas descriptivas, utilizando Excel. Para el OEN°3 y OEN°4 se utilizará el análisis técnico descriptivo, mediante software de simulación dinámica y estática.

Para el análisis de datos en el OEN°1, luego de sintetizar la información de fuentes secundarias, se continuará analizándola. Para ello se eligió la técnica: estadística descriptiva (mediante análisis multivariable). Para esto, se elaborará un matriz de datos, donde se estudiarán las variables de análisis. Como herramienta se hará uso de los softwares Excel, Access, SPSS y R. Para el OEN°2 se llevará a cabo un análisis documental y fichaje técnico-descriptivo.

Variables e Indicadores. Respecto a la utilización de variables e indicadores, el primer paso, es hacer explícito las variables (diseño arquitectónico, envolvente, energía y uso), para luego obtener los indicadores simples o compuestos que servirán para evaluar las variables (Tabla 1). De cada variable existe disponibilidad de datos o pueden obtenerse sencillamente y cada una puede relacionarse con el resto, incluso, en algunos casos existen relaciones de dependencia entre ellas, lo cual beneficiaría los análisis propuestos. 

 

Indicador			Descripción	Origen de los datos*
Diseño Arquitectónico	1	Superficie original y ampliada (m² y %)	detalla la sup. cubierta y semicubierta en el PO y por sup. cubierta y semicubierta en planta baja y planta alta en el PA. También se especifica en crecimiento en %.	FP
	2	Orientación	detalla la orientación de la fachada principal.	FP
	3	Ubicación en la parcela	detalla si se encuentra aislada o apareada, hacia uno o los dos lados, y en que orientación.	FP
	4	FOT	es la relación de la superficie edificable y la superficie total de la parcela (Gonzalez, 2019). Se detalla el FOT original y el actual	FS
	5	Año de ampliación	detalla la diferencia de años entre la construcción y la ampliación. También se describe la cantidad de ampliaciones y el año de su construcción.	FP
	6	Tipología	detalla la tipología arquitectónica del prototipo	FP
Envolvente	1	FF: Factor de forma (m²/m³)	sup. envolvente/ volumen	FS
	2	FE: Factor de exposición (m²/m²)	sup. expuesta/envolvente	FS
	3	FC: Factor de compacidad (m²/m²)	sup. habitable/envolvente	FS
	4	FAEP: Factor área envolvente piso (m²/m²)	sup. envolvente/sup. piso	FS
	5	FA: Factor de aventanamiento (m²/m²)	sup vidriada/sup. opaca	FS
	6	Transmitancia Térmica (W/m²K)	Es el cociente entre el flujo de calor en régimen estacionario y el área y la diferencia de temperatura entre los medios circundantes a cada lado del sistema (IRAM, 2002).	FS
Energía	1	Consumo energético anual (kWh/año)	Es el consumo total de energía al año	FS
	2	Consumo energético/m² (kWh/m²)	Es el consumo energético por unidad de superficie	FS
	3	Consumo energético/persona (kWh/p)	Es el consumo energético por habitante	FS
Uso	1	Habitantes	detalla la cantidad de personas que habitan la vivienda desde la entrega a la actualidad.	FP
	2	Cambio o incorporación de usos	detalla las viviendas que incorporaron un uso no previsto en el PO o que cambiaron el uso de un espacio por otro no previsto originalmente	FP
	3	Espacios de dormitorio incorporados (m² y %)	detalla las viviendas que incorporaron dormitorios en sus ampliaciones	FP
	4	Espacios de estar-comedor incorporados (m² y %)	detalla las viviendas que incorporaron espacios de estar en sus ampliaciones	FP
*FP: fuente primaria – FS: fuente secundaria

Tabla N°1. Variables e indicadores de la tesis

 

Resultados parciales

Como se observa en Michaux et al. (2021) las conclusiones obtenidas hasta el momento muestran que los casos de estudio han incrementado su superficie cubierta para incorporar usos no considerados originalmente por el IPV. Los espacios de estar y comedor, son los que presentan mayor necesidad de incrementar sus dimensiones, ya que en el 88% de los casos estos espacios fueron ampliados. Con respecto a los modos de crecimiento, lo predominante es la ampliación hacia los laterales y frente. Actualmente se está trabajando en el análisis de los datos sobre la envolvente y su relación con los consumos energéticos.

Asimismo, los resultados de la investigación son factibles de integrarse en planes de mejoramiento energético residencial, proyectos de planificación energética, o cualquier intención similar de origen estatal o socio-comunitaria, que tengan como fin la reducción en la demanda de energía en el ámbito construido.

 

Palabras clave: viviendas IPV, crecimiento eficiente, envolvente edilicia

 

Referencias

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