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Universidad de ChileFacultad de Ciencias Fısicas y MatematicasDepartamento de Ingenierıa Civil

EVALUACION DE UN EDIFICIO PARA OFICINAS, SEGUNREQUERIMIENTOS DE LA NORMA ASHRAE 90.1, PARA

TRES ZONAS CLIMATICAS DE CHILE

MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL

SERGIO ADRIAN VARELA ALEGRE

PROFESOR GUIAROLF SIELFELD CORVALAN

MIEMBROS DE LA COMISION:CARLOS AGUILERA GUTIERREZ

MAURICIO TOLEDO VILLEGAS

SANTIAGO DE CHILEJULIO 2011

Evaluacion de un edificio para oficinas, segun requerimientos de la norma ASHRAE 90.1, para tres zonas climaticas de Chile

RESUMEN DE LA MEMORIA

PARA OPTAR AL TITULO DE

INGENIERO CIVIL

POR: SERGIO VARELA A.

FECHA: 01 de septiembre de 2011

PROF. GUIA: SR. ROLF SIELFELD C.

EVALUACION DE UN EDIFICIO PARA OFICINAS, SEGUN REQUERIMIENTOS DE

LA NORMA ASHRAE 90.1, PARA TRES ZONAS CLIMATICAS DE CHILE

El objetivo general del presente trabajo es analizar de forma comparativa el desempeno energetico

de un edificio de oficinas tipo, segun estandares de construccion local y normativa ((ASHRAE

90.1-2007 Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings)), para distintas

zonas climaticas de Chile. Y proponer mejoras cuantitativas a nivel de diseno pasivo, equipamiento

de climatizacion e iluminacion.

Se estudia el desempeno energetico de un edificio para oficinas, proximo a iniciar obra de

construccion, en las ciudades de Santiago, Antofagasta y Concepcion. Centrandose en el diseno de

arquitectura y especificaciones de ingenierıa como son los sistemas de iluminacion, de computacion

y de climatizacion de ambientes. Todas estas, dimensiones involucradas en el consumo energetico

del edificio.

Una vez reconocidas dichas dimensiones en el diseno tradicional, estas se comparan de forma

cuantitativa con una lınea base entregada por la metodologıa de cuantificacion del desempeno

energetico, incluıda en el apendice G de la normativa ((ASHRAE 90.1-2007)). Dicha lınea base

representa una variacion del mismo edificio, pero cumpliendo con los requerimientos mınimos

especificados en la normativa, considerando entre sus variables: climatologıa del lugar, geometrıa,

orientacion, materialidad de envolvente, iluminacion, climatizacion de ambientes, entre otros.

Los resultados del estudio indican consumos energeticos del diseno tradicional superiores a la

lınea base decrita en el parrafo anterior, en un 37%, 35% y 47% para las ciudades de Santiago,

Concepcion y Antofagasta respectivamente.

Se concluye que existen dos falencias en el diseno del edificio que causan aumento en el consumo

energetico por sobre la lınea base. Estas son, primero, sistemas de iluminacion ineficientes, de

alto consumo y sin control automatico; y segundo, una fachada mayoritariamente vidriada, con

alto traspaso de radiacion solar al interior del edificio. Falencias que en conjunto provocan un

sobrecalentamiento de los espacios interiores, generando mayor uso de enfriamiento y con esto un

aumento en el consumo energetico total del edificio.

Departamento de Ingenierıa Civil i Universidad de Chile


Finalmente se proponen cuatro estrategias de mejoras en el diseno, que pretenden alcanzar

consumos de energıa bajo la lınea base. Estas corresponden a mejoras en el sistema de iluminacion

y control de este; modificacion de la fachada; y un diseno integral de iluminacion y fachada, el que

se evalua para dos sistemas de climatizacion.

Departamento de Ingenierıa Civil ii Universidad de Chile


a.

A mis padres y hermanos, gente de alegrıa y esfuerzo...

Departamento de Ingenierıa Civil iii Universidad de Chile


AGRADECIMIENTOS

El presente trabajo no hubiese sido posible de realizar sin el conocimiento, experiencia y

profesionalismo del profesor guıa Sr. Rolf Sielfeld y los miembros de la comision Sr. Carlos Aguilera

y Sr. Mauricio Toledo. Mi mas sincero agradecimiento.

Departamento de Ingenierıa Civil iv Universidad de Chile

Indice general

1. Introduccion 1

1.1. Motivacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2.1. Objetivos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2.2. Objetivos Especıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3. Hipotesis y Metodologıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2. Consumo de Energıa en Edificios 11

2.1. Uso segun tipos de edificios para oficinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2. Zonas Climaticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3. Edificio de referencia: Edificio Moneda, caracterısticas generales. . . . . . . . . . . . 18

3. Conceptos y Metodologıa ASHRAE 90.1-2007 19

3.1. Conceptos y Terminologıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.1.1. Envolvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.1.2. Sistema HVAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.1.3. Iluminacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.2. Metodo de Cuantificacion del Desempeno Energetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.2.1. Requerimientos de Envolvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.2.2. Requerimientos de Sistema HVAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.2.3. Requerimientos de Iluminacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4. Analisis Diseno Tradicional 63

4.1. Caracterısticas de Modelos: Edificio Tradicional y Lınea Base . . . . . . . . . . . . . 65

4.2. Analisis Diseno Tradicional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.2.1. Elevado Consumo de Iluminacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.2.2. Balance Energetico y Ganancias Interiores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.2.3. Porcentaje vidriado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.2.4. Coeficiente de Ganancia Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.2.5. Tecnologıa y comportamiento del sistema HVAC . . . . . . . . . . . . . . . . 80

v


5. Estrategias de Diseno 82

5.1. Estrategia 1: Potencia Instalada (LPD) y Control de Iluminacion . . . . . . . . . . . 84

5.2. Estrategia 2: Fachada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5.3. Estrategias 3a y 3b: Diseno Integral de Iluminacion y Fachada . . . . . . . . . . . . 93

5.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

6. Analisis de Inversion 99

6.1. Ahorros Energeticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

6.2. Tarifa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

6.3. Estrategia 1: Potencia Instalada (LPD) y Control de Iluminacion . . . . . . . . . . . 104

6.4. Estrategia 2: Fachada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

6.5. Estrategia 3a: Diseno Integral con Sistema HVAC ASHRAE 90.1-2007 . . . . . . . . 108

6.6. Estrategia 3b: Diseno Integral con Sistema HVAC Tradicional . . . . . . . . . . . . . 110

6.7. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

7. Conclusiones 114

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Indice de figuras

1.1. Desglose Consumo Energıa Primaria en Chile 2008. (CNE, 2008) . . . . . . . . . . . 2

1.2. Distribucion climatico habitacional de Chile. (NCh 1079.of 2008, 2008) . . . . . . . . 5

1.3. Edificio Moneda, caracterısticas principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.4. Cuantificacion del desempeno energetico ((ASHRAE 90.1-2007)). . . . . . . . . . . . . 8

1.5. Diagrama de flujo del estudio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1. Intensidad de uso energetico promedio. (Departamento de Energıa, USA, 2011) . . . 12

2.2. Tipologıa de oficinas. (Energy Consumption Guide 19, 2003). . . . . . . . . . . . . . 14

2.3. Consumo energetico segun tipologıas de oficinas. (Energy Consumption Guide 19, 2003) 15

2.4. Distribucion de temperaturas en enero y junio. (Department of Geography, 2011) . . 15

2.5. Radiacion solar neta en enero y junio. (Department of Geography, 2011) . . . . . . 16

2.6. Consumo promedio en Santiago 180, 8 [kWh/m2]- (Cabrera & Sielfeld, 2008) . . . . 16

2.7. Definicion de zonas climaticas internacionales AHSRAE. (ASHRAE 90.1-2007, 2007) 17

3.1. Diagrama capıtulo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2. Imagen termografica y flujos de calor de edificaciones.(Science Photo) . . . . . . . . 23

3.3. Cargas Externas e Internas. (http://new-learn.info) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.4. Flujo unidereccional. (http://new-learn.info) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.5. Propiedades de superficies vidriadas. ( www.commercialwindows.umn.edu) . . . . . . 26

3.6. Alcance de los Requerimientos de Envolvente, fuente:ASHRAE 90.1-2007 (2007) . . 28

3.7. Rutas de cumplimiento de Envolvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.8. Rutas de cumplimiento de Sistema HVAC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.9. Sistema de iluminacion en oficinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.10. Funcionamiento tubo fluorescente. http : //www.rohrlux.de . . . . . . . . . . . . . . 44

3.11. Eficacia de los sistemas de iluminacion segun tecnologıa. (ASHRAE, 2008) . . . . . . 45

3.12. Rutas de cumplimiento de Sistema Iluminacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.13. Esquema de Sistema HVAC VAV con unidades terminales. . . . . . . . . . . . . . . . 56


4.2. Zonificacion de modelo, Planta tipo 3 a 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.3. Zonificacion de modelo, Planta tipo 12 a 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

vii


4.4. Perfil de ocupacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.5. Perfil de iluminacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.6. Comparacion sistemas de climatizacion tradicional y lınea base. . . . . . . . . . . . . 70

4.7. Consumo Edificio Moneda, diseno tradicional y lınea base, Santiago. . . . . . . . . . 73

4.8. Consumo Edificio Moneda, diseno tradicional y lınea base, Concepcion. . . . . . . . 73

4.9. Consumo Edificio Moneda, diseno tradicional y lınea base, Antofagasta. . . . . . . . 74

4.10. Balance energetico mensual, diseno tradicional Santiago. . . . . . . . . . . . . . . . . 75

4.11. Balance energetico mensual, diseno tradicional Concepcion. . . . . . . . . . . . . . . 75

4.12. Balance energetico mensual, diseno tradicional Antofagasta. . . . . . . . . . . . . . . 76

4.13. Consumo anual en funcion del porcentaje vidriado, Antofagasta. . . . . . . . . . . . 77

4.14. Ganancias de calor total y solar a traves de ventanas en Antofagasta. . . . . . . . . . 77

4.15. Consumo anual de edificio tradicional segun termopanel. . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.16. Ganancia solar para distintos tipos de termopanel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.17. Consumo de equipo enfriador Fancoil para distintos tipos de termopanel. . . . . . . . 80


5.2. Sistema iluminacion fluorescente T8 y balastos electromagneticos . . . . . . . . . . . 84

5.3. Control de Iluminacion para Estrategia 1:LPD y Control. . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.4. Consumos estrategia 1: LPD + Control y lınea base en Santiago. . . . . . . . . . . . 86

5.5. Consumos estrategia 1: LPD + Control y lınea base en Concepcion. . . . . . . . . . 87

5.6. Consumos estrategia 1: LPD + Control y lınea base en Antofagasta. . . . . . . . . . 87

5.7. Consumos estrategia 2: Fachada en Santiago. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.8. Consumos estrategia 2: Fachada en Concepcion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.9. Consumos estrategia 2: Fachada en Antofagasta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

5.10. Balance energetico fachada propuesta y tradicional, Santiago. . . . . . . . . . . . . . 91

5.11. Balance energetico fachada propuesta y tradicional, Concepcion. . . . . . . . . . . . 91

5.12. Balance energetico fachada propuesta y tradicional, Antofagasta. . . . . . . . . . . . 92

5.13. Sistema Iluminacion T12 con balasto electromagnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

5.14. Balance termico Estrategia 3, Santiago . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

5.15. Balance termico Estrategia 3, Concepcion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

5.16. Balance termico Estrategia 3, Antofagasta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

5.17. Consumos estrategia 3: Diseno Integral y lınea base en Santiago. . . . . . . . . . . . 96

5.18. Consumos estrategia 3: Diseno Integral y lınea base en Concepcion. . . . . . . . . . . 97

5.19. Consumos estrategia 3: Diseno Integral y lınea base en Antofagasta. . . . . . . . . . 97

6.1. Variacion del costo energetico en Chile. (CNE, Ministerio de Energıa). . . . . . . . . 103

6.2. Energıa conservada y periodo de retorno estrategias en Santiago. . . . . . . . . . . . 112

6.3. Energıa conservada y periodo de retorno estrategias en Concepcion. . . . . . . . . . 112

6.4. Energıa conservada y periodo de retorno estrategias en Antofagasta. . . . . . . . . . 113

Departamento de Ingenierıa Civil viii Universidad de Chile

Indice de tablas

2.1. Definicion de zonas climaticas ASHRAE. (ASHRAE 90.1-2007, 2007) . . . . . . . . . 17

3.1. Criterio para espacios calefaccionados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2. Requerimientos de Envolvente Zona Climatica 1. (ASHRAE 90.1-2007, 2007) . . . . 30








3.10. Requerimientos ASHRAE 90.1-2007 para enfriadores de agua. . . . . . . . . . . . . . 41

3.11. Flujo luminoso segun tipo de luminaria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.12. Eficiencia de sistemas de iluminacion segun tecnologıa,(Bordoni, 2010) . . . . . . . . 45

3.13. Ruta prescriptiva iluminacion, metodo espacio por espacio. (ASHRAE 90.1-2007, 2007) 48

3.14. Ajuste de Caıda de Presion ventiladores. (ASHRAE 90.1-2007, 2007). . . . . . . . . 58

3.15. Funcionamiento carga parcial ventiladores VAV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.16. Factor de ajuste sistemas de control de iluminacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1. Superficies Edificio Moneda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.2. Envolvente tradicional y lınea base segun zonificacion climatica . . . . . . . . . . . . 69

4.3. Resumen Potencia Instalada en Iluminacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.4. Resultados desempeno energetico diseno tradicional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.5. Analisis diseno tradicional, desglose de consumos por zona climatica . . . . . . . . . 72

4.6. Analisis lınea base, desglose de consumos por zona climatica . . . . . . . . . . . . . . 72

4.7. Ganancias de calor por radiacion y total anual kWh/ano−m2. . . . . . . . . . . . . 76

4.8. Analisis parametrico porcentaje vidriado, Antofagasta. . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.9. Caracterısticas de vidrios analisis de fachada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.10. Tabla de resultados analisis SHGC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.1. Resumen LPD para Estrategia 1: LPD y Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

ix


5.2. Consumos anuales, Estrategia 1: LPD y Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.3. Porcentaje de consumo de estrategia iluminacion con respecto a diseno tradicional. . 86

5.4. Cuantificacion Estrategia 1, segun Building Performance Rating Method . . . . . . . 86

5.5. Consumos anuales, Estrategia 2: Fachada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5.6. Variacion de estrategia Fachada con respecto a diseno tradicional. . . . . . . . . . . 88

5.7. Cuantificacion Estrategia Fachada segun Performance Rating Method . . . . . . . . 89

5.8. Aporte solar estrategia de fachada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

5.9. Iluminacion propuesta Estrategia 3 y lınea base ((ASHRAE 90.1-2007)) . . . . . . . . 93

5.10. Resultados Estrategia 3a, Sistema HVAC ((ASHRAE 90.1-2007)) . . . . . . . . . . . . 94

5.11. Resultados Estrategia 3b, Sistema HVAC Tradicional . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

5.12. Cuantificacion energetica Estrategia 3a: Diseno Integral Sistema HVAC ((ASHRAE 90.1-2007)). 96

5.13. Cuantificacion energetica Estrategia 3b: Diseno Integral Sistema HVAC Tradicional. 96

5.14. Resumen del desempeno energetico para estrategias de diseno. . . . . . . . . . . . . . 98

6.1. Consumos energeticos mensual estrategias de diseno y diseno tradicional. . . . . . . 101

6.2. Ahorros energeticos anuales estrategias de diseno en base a diseno tradicional. . . . . 102

6.3. Tarifas actual y promedio ultimos 10 anos. (CNE, Ministerio de Energıa). . . . . . . 103

6.4. Aumento de Inversion Estrategia de Diseno 1, LPD y Control de Iluminacion. . . . . 104

6.5. Costos de Inversion Estrategia 1: LPD + Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

6.6. Ahorros energeticos y tarificacion energetica. Estrategia 1: LPD + Control. . . . . . 104

6.7. Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 1. . . . . . . . . . . . . . . 105

6.8. Aumento de Inversion Estrategia de Diseno 2, Fachada. . . . . . . . . . . . . . . . . 106

6.9. Costos de Inversion Estrategia 2: Fachada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

6.10. Ahorros energeticos y tarificacion energetica. Estrategia 2: Fachada. . . . . . . . . . 107

6.11. Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 2. . . . . . . . . . . . . . . 107

6.12. Aumento de Inversion Estrategia de Diseno 3a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

6.13. Costos de Inversion Estrategia 3a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

6.14. Ahorros energeticos y tarificacion energetica. Estrategia 3a. . . . . . . . . . . . . . . 108

6.15. Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 3a. . . . . . . . . . . . . . . 109

6.16. Aumento de Inversion Estrategia de Diseno 3b. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

6.17. Costos de Inversion Estrategia 3b. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

6.18. Ahorros energeticos y tarificacion energetica. Estrategia 3b. . . . . . . . . . . . . . . 110

6.19. Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 3b. . . . . . . . . . . . . . . 111

6.20. Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 3b. . . . . . . . . . . . . . . 112

7.1. Resumen de Estrategias de Diseno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Departamento de Ingenierıa Civil x Universidad de Chile

Capıtulo 1

Introduccion

¨En tanto los seres humanos se entiendan como parte de un ecosistema

mayor y complejo que requiere armonıa entre sus partes para mantener su

equilibrio. Estos seran potencialmente capaces, sin importar la forma, de

asegurar el rol de las generaciones futuras en este sistema¨

1


1.1. Motivacion

Uno de los principales conceptos asociados al desarrollo de un proyecto pensado desde la

sostenibilidad, es el uso eficiente de los recursos energeticos, agua y materiales. Es ası como, al tener

menores ındices de consumo energetico, se disminuiran a la vez el consumo de recursos naturales

y los niveles de emision de contaminantes. A esto se agrega una baja en los costos operacionales

del edificio que compensaran posibles aumentos en la inversion de sistemas eficientes y de mayor

complejidad tecnologica; dando factibilidad a este tipo de proyectos.

Las edificaciones son uno de los principales agentes consumidores de energıa, se estima que

requieren alrededor del 30% de la energıa a nivel mundial. Disminuir un 10% los consumos de las

edificaciones, solo en los Estados Unidos serıa equivalente en emisiones de gases efecto invernadero,

a sacar de circulacion 30 millones de automoviles de las carreteras. (US Green Building Council,

2009). A nivel nacional, el consumo del sector comercial, publico y residencial; asociado a las

edificaciones consume el 20% del total, como se observa en Figura 1.1.

Figura 1.1: Desglose Consumo Energıa Primaria en Chile 2008. (CNE, 2008)

Desempeno Energetico de Edificaciones

Se entiende por desempeno energetico de una edificacion, al nivel de eficiencia en el consumo

de energıa necesaria para satisfacer las diversas necesidades asociadas a la ocupacion de dicha

construccion. Este involucra la interaccion de distintos elementos consumidores de energıa, entre

los que se encuentran: climatizacion de ambientes, iluminacion, equipos electricos, agua caliente

sanitaria y ventilacion, entre otros.

Esta interaccion se comporta de manera sistemica (Calderon, 2010), debido a que en la

cuantificacion del desempeno energetico se involucran variables de diversa ındole; entre las que

se encuentran: aspectos arquitectonicos, materialidad, orientacion espacial, climatologıa de la zona

Departamento de Ingenierıa Civil 2 Universidad de Chile


de emplazamiento, utilizacion de espacios, sombreamiento, entre otros. Estimar estos consumos y

encontrar las implicancias de ciertas medidas de eficiencia energetica en otros agentes consumidores,

sera propia a cada tipologıa de edificios y caracterısticas inherentes a estos.

Por ejemplo, al calcular la mejora del desempeno de un edificio, renovando las luminarias

por unas de mayor eficiencia, implicara menores ganancias de calor en el ambiente y por ende una

variacion en el consumo asociado a la climatizacion de estos. Aumentando el consumo de calefaccion,

o por el contrario, disminuyendo la carga de aire acondicionado. Este efecto se denomina efecto

cruzado.

Consumo segun Zona Climatica

La diversidad de la climatologıa en Chile es altısima, se observa desde climas deserticos y

extrema aridez, hasta climas frıos y de alta pluviosidad; pasando por practicamente toda la gama

de climas definidos por los especialistas. Segun normativa nacional NCh1079of.2008 se definen 9

zonas climatico-habitacionales, las que presentan caracterısticas que permiten realizar un diseno

arquitectonico adecuado para cada zona. Las zonas definidas son:

Norte Litoral: Abarca la franja costera desde el lımite con Peru hasta el lımite norte de

la comuna de La Ligua, la zona entre el lado occidental de la Cordillera de la Costa hacia

el poniente, hasta donde se siente la influencia del mar. Posee un ancho variable alcanzando

hasta los 50 km. aproximadamente. Es una zona desertica, con clima dominante marıtimo y

poca oscilacion de temperatura diaria. Nubosidad y humedad en las mananas, soleamiento

fuerte en las tardes y lluvias nulas en su extremo norte y poco frecuentes en el sur. Posee

viento proveniente del Sur y Sur-Oeste.

Norte Desertico: Ocupa la planicie comprendida entre la Cordillera de los Andes y la

Cordillera de la Costa, desde el lımite con Peru hasta el lımite norte de las comunas de

Potrerillos y Diego de Almagro. Se puede considerar la lınea de nivel de 3000m como lımite

oriental. Es una zona desertica, sin lluvias y calurosa. Posee fuerte radiacion solar, una

atmosfera limpia y una fuerte oscilacion de temperatura diaria. Vegetacion nula, con noches

frıas y vientos fuertes. Tiene la particularidad de tener una angosta subzona de microclima,

debido al cruce del Rıo Loa. Vientos dominantes del Oeste.

Norte Valle Transversal: Se extiende por la region de los cordones y valles transversales,

al oriente de la zona NL excluyendo la Cordillera de los Andes sobre los 400 m y desde el

lımite norte de las comunas de Potrerillos y Diego de Almagro hasta el lımite norte de las

comunas de La Ligua y Petorca. Es una zona semidesertica con veranos largos y calurosos.

Los valles presentan microclimas. Posee lluvias escasas, con un aumento en el sur. Tiene una

oscilacion diaria de temperatura y radiacion solar fuerte. Presenta un aumento de vegetacion,



escasa nubosidad, vientos irregulares y una atmosfera relativamente seca. Vientos dominantes

del Oeste.

Central Litoral: Continua hacia el sur la zona ocupada por el NL, desde el lımite norte de

la comuna de La Ligua hasta el lımite norte de la comuna de Cobquecura. Penetra en los

valles de los rıos. Posee clima marıtimo, con inviernos cortos, temperatura templada, lluvias

importantes. El suelo y su ambiente son salinos y relativamente humedos, con una vegetacion

normal. Vientos predominantes del Sur-Oeste.

Central Interior: Abarca el valle central extendido entre el NL y la precordillera de los

Andes por bajo de los 1000 m de altura. Empieza por el norte desde el lımite norte de las

comunas de La Ligua y Petorca hasta el lımite norte de las comunas de Cobquecura, Quirihue,

Ninhue, San Carlos y Niquen. Posee un clima mediterraneo con temperaturas templadas e

inviernos de 4 a 5 meses, una vegetacion normal y lluvias en aumento hacia el sur. Una

insolacion intensa en verano y una oscilacion de temperatura diaria moderada, aumentando

hacia el Este. Presenta un viento proveniente del Sur-Oeste.

Sur Litoral: Es una zona ubicada a continuacion del CL que cubre desde el lımite norte de

la comuna de Cobquecura hasta el lımite sur de las comunas de Maullı, Calbuco y Puerto

Montt. Varıa en su ancho, con penetracion en los diferentes valles de los rıos que la cruzan.

Posee clima marıtimo y lluvioso, con inviernos largos y un suelo y ambiente salinos y humedos.

Vientos desde el Oeste fuertes. Vegetacion robusta y una temperatura templada a frıa. Vientos

irregulares provenientes del Sur-Oeste y Norte.

Sur Interior: Es la continuacion del CI, abarcando por el norte desde el el lımite norte de

las comunas de Cobquecura, Quirihue, Ninhue, San Carlos y Niquen hasta el lımite norte

de las comunas de Maullın y Puerto Montt. Hacia el Este llega hasta la Cordillera de los

Andes por debajo de los 600 m. Es una zona lluviosa y frıa con heladas. Posee veranos cortos

de 4 a 5 meses con una insolacion moderada, ademas de varios rıos y lagos, con sus propios

microclimas. Una vegetacion robusta y un ambiente y suelo humedos. Vientos de componentes

Sur.

Sur Extremo: Esta constituida por la region de los canales y archipielagos desde Chiloe hasta

la Tierra del Fuego. Contiene hacia el Este una seccion continental. Es una zona frıa y lluviosa

(todo el ano). Nubosidad casi permanente y vernos cortos. Suelo y/o ambiente muy humedo.

Tambien heladas y nieve en altura, y vientos muy fuertes hacia el sur. Posee microclimas

importantes en el interior.

Andina: Comprende la faja cordillerana y precordillerana superior a los 3000 m de altitud

en el norte (Zona Altiplanica) que bajando paulatinamente hacia el sur se pierde al sur de

Pto. Montt. Es una zona de atmosfera seca con grandes oscilaciones de temperaturas diarias.

En invierno se producen ventiscas y nieve. Vegetacion de altura y un gran contenido de luz



ultravioleta en la radiacion solar. Debido a las diferencias de altura y latitud que presenta a

lo largo posee caracterısticas particulares, principalmente con condiciones severas.

Figura 1.2: Distribucion climatico habitacional de Chile. (NCh 1079.of 2008, 2008)

En la actualidad no existe normativa alguna que regule, en terminos de eficiencia energetica, los

disenos arquitectonicos de edificaciones comerciales u otro rubro aparte del sector residencial; donde

desde el ano 2006 comienza a exigirse la reglamentacion termica de viviendas (OGUC, 2006) y se

presenta una zonificacion especialmente disenada para regular la aislacion termica de techumbres,

pisos, muros y cantidad de ventanas para viviendas.

Es por esto que se necesita de estudios donde se analice el diseno de edificaciones en Chile

segun tipologıa y como este determinara, junto con las caracterısticas climatologicas, el consumo

energetico.



1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivos Generales

Analizar de forma comparativa el desempeno energetico de un edificio de oficinas tipo, segun

estandares de construccion local y normativa ((ASHRAE 90.1-2007 Energy Standard for Buildings

Except Low-Rise Residential Buildings)), para distintas zonas climaticas de Chile. Y proponer

mejoras cuantitativas a nivel de diseno pasivo, equipamiento de climatizacion e iluminacion.

Se consideran 3 ciudades: Santiago, Concepcion y Antofagasta.

1.2.2. Objetivos Especıficos

Reconocer, en un edificio recien disenado- previo inicio de obra-, las principales caracterısticas:

arquitectonicas, materialidad de envolvente, ganancias internas asociadas, uso ocupacional, sistema

de climatizacion (HVAC), sistema de iluminacion y otros equipos; involucrados en el desempeno

energetico de edificios tipo oficinas.

Realizar variaciones en el diseno actual, de manera que cumpla los requerimientos del estandar

((ASHRAE 90.1-2007 Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings)), para

distintas zonas climaticas en Chile. Y producto de un analisis comparativo de las mejoras en el

diseno, proponer el mejor caso.



1.3. Hipotesis y Metodologıa

Se analiza en este trabajo el diseno de un edificio para oficinas que representa el estandar de

como se construye actualmente en Chile. La estructura denominada Edificio Moneda, esta emplazada

en la comuna de Santiago, en la interseccion entre calles Moneda y Fanor Velazco. Actualmente

se encuentra en etapa final de diseno y proximo a iniciar obra de construccion. Las caracterısticas

generales de la edificacion son las siguientes:

Construccion de hormigon armado, con 21 niveles y 5 subterraneos para estacionamientos.

Fachada completamente vidriada sin sistemas de sombreamiento.

Planta abierta, se refiere a espacios libres sin divisiones interiores.

Equipo de climatizacion centralizado en base a sistema del tipo Fancoil, suministrado por

enfriadores de agua para aire acondicionado y resistencia eletrica en calefaccion.

Figura 1.3: Edificio Moneda, caracterısticas principales

Se espera encontrar aquellas caracterısticas del diseno tradicional que generan un mayor

consumo energetico respecto del presentado por el estandar y como la climatologıa del lugar

determina estos consumos. Entre estas caracterısticas, se encontrarıan una alta ganancia de calor

por radiacion solar a traves de la superficie vidriada y sistemas de climatizacion de baja eficiencia,

que en conjunto provocan un elevado consumo de energıa en refrigeracion.



Se adopta en este estudio la metodologıa de Cuantificacion del Desempeno Energetico o BPRM

(proveniente de las siglas en ingles Performance Rating Method), incluıdo en el Apendice G del

codigo ASHRAE 90.1-2007. Metodo que tiene por objetivo medir el desempeno energetico de un

diseno que supere los niveles de consumo del estandar, comparando dicho desempeno con una lınea

base (ver Figura 1.4).

La lınea base de comparacion se construye partir del diseno del mismo edificio, pero cumpliendo

con los requerimientos mınimos tratados en dicho estandar. Comparando ası, el consumo energetico

de cualquier edificacion, con el consumo si estuviese disenada exactamente con los requisitos de la

normativa en cuestion.

La cuantificacion energetica se obtiene mediante softwares de simulacion computacional, considerando

modelos dinamicos que incluyen entre otras variables: data climatica del lugar de emplazamiento

(temperatura, radiacion, etc), perfil de ocupacion del edificio, flujos termicos a traves de la envolvente

y desempeno de equipamientos mecanicos. Al considerar la data climatica de cada zona, esta

herramienta se considera apta a los objetivos de este trabajo. Se utiliza el software de simulacion

dinamica Design Builder v2.1 (licencia de evaluacion) en conjunto con Energy Plus, donde se

incluyen modelos detallados de simulacion energetica de edificaciones y distribuıdo libremente por

el Departamento de Energıa de los Estados Unidos.

Figura 1.4: Cuantificacion del desempeno energetico ((ASHRAE 90.1-2007)).



Se muestra en Figura 1.5 el diagrama explicativo del procedimiento del estudio, el que se

compone basicamente en dos etapas:

Analisis Diseno Tradicional: Se entiende por diseno tradicional a los elementos especificados

en el proyecto de arquitectura y especialidades de ingenierıa, que estan involucrados en el

desempeno energetico del Edificio Moneda. Entre estos elementos se encuentran: especificaciones

de construccion, sistemas de iluminacion, ventilacion y aire acondicionado, entre otros. Los

modelos estan tratados de manera que representen, de forma general, las caracterısticas del

diseno que influyen en el consumo energetico final.

Estrategias de Diseno: Una vez evaluado el desempeno energetico, se proponen modificaciones

a los elementos de arquitectura y otras especialidades. Dichas modificaciones se definen como

Estrategias de Diseno, y estan pensadas en lograr un desempeno energetico que presente

consumos menores a los de la lınea base ((ASHRAE 90.1-2007)). Se agrega tambien el analisis

economico de la inversion y el calculo del perıodo de retorno de dicha inversion debido a los

ahorros de energıa.



Figura 1.5: Diagrama de flujo del estudio.


Capıtulo 2

Consumo de Energıa en Edificios

11


En el caso de las edificaciones, el consumo energetico quedara determinado inicialmente, por el

uso para el que esta disenado el proyecto. Este tipo de clasificacion es conocido como uso final de la

energıa o intensidad de uso. Por ejemplo, para un hotel sera necesario mantener niveles adecuados

de temperaturas el interior de las habitaciones, proveer de agua caliente sanitaria para duchas, o

de un servicio de restaurante en cualquier momento; En cambio en un supermercado se observaran

consumos o intensidades de uso diferentes, destinadas principalmente a refrigeracion de alimentos

y calefaccion de espacios (ver Figura 2.1).

Figura 2.1: Intensidad de uso energetico promedio. (Departamento de Energıa, USA, 2011)

Caracterizar y comparar estos consumos es el primer paso para analizar el consumo de energıa

de un proyecto, reconociedo aquellos agentes donde existe un malgasto. Este tipo de analisis

comparativo se denomina Benchmarking, el que se puede definir como una herramienta de administracion

que proporciona un enfoque disciplinario y logico para comprender y evaluar de manera objetiva

las fortalezas y debilidades de una companıa, en comparacion de aquella que presenta el mejor

desempeno.



2.1. Uso segun tipos de edificios para oficinas

Para realizar un correcto analisis energetico de edificios tipo oficinas se debera caracterizar los

consumos de edificaciones similares (oficinas), reconociendo cuales son los agentes que determinan

los niveles de consumo y aquellos que no son predominantes. Existe una amplia variedad de

tipologıas de edificios para oficinas, las que se definen en 4 tipologıas descritas a continuacion.

(Energy Consumption Guide 19, 2003)

1. Oficinas celulares naturalmente ventiladas: Edificacion simple, generalmente disenada

como espacio residencial reacondicionado para utilizacion comercial. El tamano fluctua entre

100 m2 y 3000 m2.

El enfoque domestico, con ventanas individuales, bajos niveles de iluminacion natural, interruptores

locales de iluminacion y sistemas de control unitarios de calefaccion; Ayudan a conseguir las

condiciones de operacion adecuadas a los requerimientos de los ocupantes y tienden a tener,

en particular, menores ındices de electricidad.

2. Planta abierta naturalmente ventilada: Plantas abiertas con algunas zonas de oficinas

celulares entre 500 m2 y 4000 m2.

Este tipo de edificaciones generalmente son disenadas para tal proposito, aunque a veces

corresponde a reacondicionamiento de espacios industriales. Los niveles de iluminacion artificial

y horas de uso generalmente superan a los de oficinas celulares. Presentan mayor equipamiento

de oficinas (computacional), maquinas dispensadoras, etc. Luces y equipos compartidos tienden

a ser controlados en grupo y por ende presentan mayor tiempo de encendido.

3. Oficina tradicional con aire acondicionado: Construidas para uso general de oficinas.

Tamano entre 2000 m2 y 8000 m2.

La ocupacion y distribucion de este tipo de edificaciones es similar a las de planta abierta

naturalmente ventilada, pero usualmente con una planta mas profunda, y con ventanas

tinteadas y con sistemas de sombreamiento que disminuyen los niveles de iluminacion natural.

El sistema de climatizacion se basa en un sistema de volumen de aire variable (VAV) con

chillers enfriados por aire.

4. Oficina corporativa con aire acondicionado: Corresponde a edificaciones corporativas,

administrativas o tecnicas de nivel nacional o regional. El tamano esta en el rango de 4000

m2 a 20000 m2.

Este tipo de edificaciones esta disenado segun altos niveles de prestaciones. Presentan mayores

horas de ocupacion para cubrir los diversos tipos de ocupacion. Se agrega el consumo asociado

a casino (servicio de colaciones para aproximadamente la mitad del personal); salas especialmente



acondicionadas para servidores computacionales y equipos de comunicacion; Bodegas extensas,

instalaciones de estacionamientos y entretencion.

Figura 2.2: Tipologıa de oficinas. (Energy Consumption Guide 19, 2003).

El consumo real variara dependiendo de los niveles de ocupacion, servicios y equipamiento para

cada uno de los distintos tipos de oficinas anteriormente descritos. Tambien influira la eficiencia de

los sistemas y equipos que suministran las diferentes necesidades de ocupacion, servicios, etcetera.

Existen diversos usos finales de energıa asociados a edificaciones, entre las que se encuentran:

Calefaccion

Agua caliente

Aire Acondicionado

Ventilacion

bombas y control

Humidificacion

Iluminacion

Equipamiento de oficinas



Cocina

Sala de servicio

Sala de comunicaciones, entre otros

Figura 2.3: Consumo energetico segun tipologıas de oficinas. (Energy Consumption Guide 19, 2003)

2.2. Zonas Climaticas

Importancia de la climatologıa y falta de estudios nacionales

El desempeno energetico de las edificaciones estara determinado tambien por las caracterısticas

de la climatologıa donde estan emplazadas las construcciones. Se observa en Figura 2.3 la predominancia

del consumo en calefaccion de espacios para oficinas, lo que da razon a un clima de bajas temperaturas

(ver Figura 2.4) y bajos ındices de radiacion solar (ver Figura 2.5), caracterısticos de la climatologıa

europea. Las condiciones de Santiago, Concepcion y Antofagasta son distintas a las recientemente

descritas, y es debido a esto que se observaran diferencias.

Figura 2.4: Distribucion de temperaturas en enero y junio. (Department of Geography, 2011)



Figura 2.5: Radiacion solar neta en enero y junio. (Department of Geography, 2011)

Para la ciudad de Santiago el consumo de oficinas posee un consumo promedio de 180, 8

[kWh/m2], con una distribucion de usos finales que se desglosa en las siguientes categorıas:

Refrigeracion (22%),

Calefaccion (27%)

Iluminacion (26%)

Equipamiento Computacional (13%)

Cargas de Proceso (12%)

Figura 2.6: Consumo promedio en Santiago 180, 8 [kWh/m2]- (Cabrera & Sielfeld, 2008)

Para el diseno de la envolvente, ASHRAE define ocho zonas climaticas, caracterizadas por el

comportamiento termico anual, segun los grados dıa de refrigeracion y de calefaccion (CDD10◦C y

HDD18◦C) y el nivel de pluviosidad segun Tabla 2.7. Las zonas climaticas correspondientes a las

ciudades de Santiago (proyecto original), Concepcion y Antofagasta se entregan en Tabla 2.1.



Zona Climatica ASHRAE

Santiago 4B, Clima mixto-secoAntofagasta 3C, Clima calido-marinoConcepcion 4C, Clima mixto-marino

Tabla 2.1: Definicion de zonas climaticas ASHRAE. (ASHRAE 90.1-2007, 2007)

Humedo (A): Localidades que no se clasifican como B o C.

Seco (B): Climas no clasificados como C que cumplan con:

Pcm < 2,0 · (TC + 7)

Donde

Pcm:Precipitacion anual, [cm]

TC:Temperatura media anual, [◦C]

Marino (C): Localidades con las siguientes caracterısticas:

• Temperatura media del mes mas frıo entre −3◦C y 18◦C

• Temperatura media del mes mas calido < 22◦C

• Al menos cuatro meses con temperaturas media sobre 10◦C

• Temporada de verano seca. El mes de mayor precipitacion en la temporada frıa debera tener

al menos tres veces mas precipitaciones que el mes con menor precipitacion durante el

resto del ano.

Figura 2.7: Definicion de zonas climaticas internacionales AHSRAE. (ASHRAE 90.1-2007, 2007)



2.3. Edificio de referencia: Edificio Moneda, caracterısticas generales.

Se analiza en este trabajo el diseno de un edificio para oficinas, que representa el estandar

de como se construye actualmente en Chile. Se explico anteriormente que los consumos presentan

un alto nivel de dispersion, mas se puede observar ciertas caracterısticas que estan presentes en

practicamente la mayorıa de las construcciones actuales.

Este es el caso del proyecto Edificio Moneda, en etapa final de diseno y proximo a iniciar obra

de construccion. Actualmente se encuentra en analisis de modificacion del sistema de climatizacion.

Las caracterısticas de la edificacion se simplificaron para poder realizar modelos mas representativos,

de manera que el estudio se enfoca a las estrategias de diseno y no en caracterısticas especiales de

arquitectura.

El edificio considera las siguientes caracterısticas:

Hormigon armado

Muro cortina en fachada

Equipo HVAC Chiller Fan-coil y resistencia electrica

Ventilacion forzada

Ocupacion diurna

El detalle de estos agentes se especifica en el capıtulo siguiente, donde se profundiza las

propiedades y conceptos asociados al consumo de energıa de los distintos elementos presentes en

las edificaciones.


Capıtulo 3

Conceptos y Metodologıa ASHRAE

90.1-2007

19


El presente capıtulo contiene la conceptualizacion y descripcion de los topicos tratados en el

estandar, incluyendo la descripcion de la metodologıa de cuantificacion del desempeno energetico

(apendice G ((ASHRAE 90.1-2007))), utilizada como herramienta de analisis en el presente trabajo.

Se compone de dos temas principales:

1. Conceptos y Terminologıa: Donde se entrega una breve descripcion de la interaccion de

la Envolvente (fachada), Iluminacion y Sistemas mecanicos dentro de una edificacion.

2. Metodo de Cuantificacion del Desempeno Energetico: Tema donde se explica la

herramienta de comparacion utilizada, donde se calcula el porcentaje de ahorros energeticos

del diseno de un edificio, con respecto a una lınea base que representa una variacion del mismo

modelo, pero cumpliendo al mınimo con los requisitos especificados en el estandar (ver Figura

3.1). Dicho metodo se basa en la comparacion de consumos energeticos de dos modelos de

simulacion energetica.

Figura 3.1: Diagrama capıtulo 3.

La bibliografıa consultada se enfoco en manual de usuario del estandar ((ASHRAE 90.1-2007))

(ASHRAE, 2008) y documentacion de referencia ASHRAE’s Fundamentals Handbook (ASHRAE,

2009), donde se incluyen informacion tecnica muy detallada relacionada con la industria de la

construccion, diseno de edificaciones y la habitabilidad de estos.



La normativa ASHRAE 90.1-2007 (2007) es un documento que entrega los requerimientos

mınimos, de consumo eficiente de energıa, asociados al diseno integrado de un edificio. Este abarca

las distintas especialidades involucradas en la realizacion de una edificacion, y que estan asociadas

al consumo energetico durante la ocupacion de esta.

El estandar se desglosa en 12 secciones, de las cuales las secciones 1, 2, 3, 4 y 12 son de orden

administrativo, en las que se entrega: proposito, alcance, definiciones, abreviaciones, acronimos,

administracion, control y normativa referenciada del estandar. Las secciones 5 a 10 contienen

los requerimientos tecnicos de las distintas componentes consideradas, mientras que la seccion

11 presenta una forma alternativa de cumplimiento con la norma. Los puntos tratados son:

1. Seccion 5. Envolvente: Seccion que trata la materialidad de la envolvente del edificio,

incluidos elementos opacos y vidriados.

2. Seccion 6. Calefaccion, Ventilacion y Aire Acondicionado: En esta seccion se cubren

distintos sistemas HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioned), equipamientos y sistemas

de control.

3. Seccion 7. Servicio de Agua Caliente Sanitaria: Trata sistemas y equipamientos destinados

a suministrar agua caliente.

4. Seccion 8. Potencia: Se aplica a los sistemas de distribucion electrica (potencia).

5. Seccion 9. Iluminacion: Establece los requerimientos para sistemas de iluminacion interior,

exterior y sistemas de control de estos.

6. Seccion 10. Otros Equipos: Trata cualquier otro equipamiento con motores electricos.

7. Seccion 11. Coste Presupuestado de Energıa (Energy Cost Budget Method): Capıtulo

que entrega una forma alternativa de cumplimiento con el estandar. Este especifica los

requerimientos para desarrollar modelos computacionales que simulan el comportamiento

energetico del diseno propuesto y el de un diseno hipotetico del mismo edificio pero que

cumple con las condiciones mınimas del estandar en cada uno de los sistemas tratados en las

secciones 5 a 10. Se da cumplimiento con el estandar si se logra certificar consumos anuales

menores a los presupuestados por el modelo hipotetico.

Se adopta en este estudio la metodologıa entregada en el apendice G del documento, (variacion

del Coste Presupuestado de Energıa o Energy Cost Budget Method) denominada Performance

Rating Method. Este metodo posee diferencias con el ECB, principalmente en que es una herramienta

enfocada para medir el nivel de eficiencia de un diseno en comparacion a un diseno especıfico que

cumplirıa con el estandar, considerando todos los usos finales de la energıa. La lınea base de este



metodo no dependera de los sistemas considerados en el proyecto, si no solamente del tamano y

ocupacion a la que estara destinado el edificio.



3.1. Conceptos y Terminologıa

Los conceptos y terminologıa asociados al consumo de energıa,considerados en el codigo ASHRAE

90.1-2007, y que aplican al estudio se detallan a continuacion:

3.1.1. Envolvente

La envolvente se define como aquellos elementos de un edificio que separan los espacios

interiores del exterior, entre los que se encuentran muros, ventanas, techumbre, losas sobre terreno,

etc. A estos se suman tambien los elementos que separan los espacios interiores de zonas no

acondicionadas (por ejemplo bodegas) donde podrıan ocurrir transferencias de calor desde o hacia

el exterior indirectamente.

La materialidad de la envolvente no presenta consumos energeticos asociados directamente,

pero es uno de los factores mas influyentes en el diseno de construcciones energeticamente eficientes.

Esto se debe a la interaccion de la edificacion con el ambiente exterior, mediante flujos termicos

a traves de su envolvente, afectando las condiciones interiores del edificio. Dicha interaccion es

dinamica y provocara variaciones en los diferentes consumos energeticos, principalmente a traves del

sistema de climatizacion (HVAC), sistema que balanceara la temperatura y los niveles de humedad

interior para mantener una adecuada calidad del ambiente interior.

Figura 3.2: Imagen termografica y flujos de calor de edificaciones.(Science Photo)

Los conceptos, variables y propiedades fısicas que permiten una mejor comprension de la

envolvente y como interactua con el ambiente, se presentan a continuacion:



Cargas termicas: Consiste en la ganancia o perdida de calor al interior de los espacios del

edificio. El diseno de la envolvente debera considerar tanto las cargas termicas interiores como

las exteriores.

Las cargas exteriores corresponde a las ganancias o perdidas de calor debido a la interaccion

del edificio con el ambiente, incluyendo: ganancias solares por radiacion, efectos de conduccion

a traves de la superficie y niveles de infiltracion. Las cargas interiores son aquellas generadas

dentro de los espacios, incluyendo: ganancias de calor debido a sistemas de iluminacion,

computadores y densidad ocupacional, entre otros.

Se debera considerar tambien como afectaran las caracterısticas de la superficie vidriada en

los niveles de iluminacion natural, a las que se les asocia el consumo del sistema de iluminacion.

Figura 3.3: Cargas Externas e Internas. (http://new-learn.info)

Superficies opacas: Superficies de la envolvente que no permiten el traspaso de luz al interior

de los espacios, tales como: muros, techumbre y pisos. La caracterizacion de estos elementos

se basa en la capacidad de traspaso de calor por conduccion (transmitancia termica) y efectos

de amortiguamiento termico en el tiempo (capacitancia o inercia termica), los que dependeran

de la materialidad con que estos elementos esten construidos.

Transmitancia termica (U-value): Corresponde al flujo unidireccional de calor por unidad

de superficie, de un material o solucion constructiva, producido al inducir una diferencia

de temperatura unitaria en ambos lados de la solucion. Este flujo es una simplificacion

estacionaria del flujo de calor, ya que en la realidad se observan comportamientos transientes

a medida que el diferencial de temperaturas varıa.



Figura 3.4: Flujo unidereccional. (http://new-learn.info)

El calculo de la transmitancia termica se obtiene mediante el inverso de la resistencia total

(Rt), la que corresponde a la suma en serie de las resistencias termicas (Ri) que presentaran

las distintas capas de los elementos constructivos. La resistencia termica de cada capa (Ri)

dependera de la conductividad termica (λi) y el espesor (ei) de cada material. Se debera considerar

tambien la resistencia termica producida por las capas superficiales de aire estanco interior

(Rsi) y exterior (Rse), cuyos valores dependeran principalmente de las condiciones de viento a

las que estan sometidas dichas superficies. Dicho valor sin considerar capas de aire se denomina

conductancia termica (C-factor).

U = 1Rt

= 1

Rsi+Rse+∑

N

i=1

ei

λi

Superficies transparentes (fenestration): Se refiere a aquellos elementos que permiten

el traspaso de luz hacia los espacios del edificio. Generalmente corresponde a ventanas y

lucarnas, mas se considera tambien puertas vidriadas, bloques de vidrio y paneles plasticos

transparentes. Dependiendo de las caracterısticas de la zona climatica, las perdidas termicas

por conduccion pueden llegar a ser significativas en el dimensionamiento de los sistemas

de clima. A traves de este tipo de superficies se tendran flujos por conduccion (valor U) y

se agrega la ganancia solar debido al traspaso de radiacion solar, que se caracteriza por el

coeficiente de ganancia solar (SHGC).



Controlar estas ganancias termicas exteriores afectara significativamente el consumo energetico,

especialmente en el sector comercial, donde debido a las altas cargas interiores (ocupacion y

equipos computacionales) un valor elevado de ganancia solar puede llegar inclusive a no tener

demanda de calefaccion en epocas de frıo y muy elevados valores de cargas de refrigeracion

en epocas de calor.

Coeficiente de Ganancia Solar (SHGC): Representa el porcentaje de ganancia solar por

unidad de superficie que entra en un espacio en relacion a la radiacion solar incidente. Esta

ganancia solar considera tanto los efectos de radiacion solar transmitida directamente, como

la absorbida y emitida por re-irradiacion. Un cristal ideal que traspase el total de radiacion

incidente tendra un valor de 1, pero este valor es fısicamente imposible. Un cristal comun

posee un valor aproximado de 0,86, mientras que existen cristales especialmente disenados

llegando a valores bajo los 0,2.

Figura 3.5: Propiedades de superficies vidriadas. ( www.commercialwindows.umn.edu)

Transmitancia de luz visible (VLT): Corresponde a la fraccion del espectro de radiacion

visible que traspasa una superficie transparente. Este factor es determina el nivel de iluminacion

natural que se obtendra en la edificacion. Este factor esta fuertemente relacionado con la

ganancia solar (SHGC), mientras menor sea la transmitancia de luz visible, menor sera tambien

la ganancia solar.

Relacion Ventana-Muro: Porcentaje de superficie transparente vertical con respecto al

total de muros. La ganancia solar no necesariamente sera mayor a medida que esta relacion



aumente, dependera de la orientacion de la superficie vidriada, pero en general es un ındice

al que, junto al coeficiente SHGC, se asocia la cantidad de radiacion que entra a los espacios.

Rutas de Cumplimiento

El estandar ASHRAE 90.1 aplica a las componentes de la envolvente de los espacios acondicionados

o semi-calefaccionados, siendo los requerimientos de estos ultimos menos estrictos que los primeros.

Un espacio acondicionado es aquel capacitado para mantener temperaturas adecuadas al confort

humano. Para este codigo se define como aquellas zonas con un sistema de refrigeracion cuya

capacidad de frıo instalada por unidad de superficie es superior a 15W/m2 (espacio refrigerado), o

capacidad de calefaccion mayor a las entregadas en Tabla 3.1.

Heating output Zona[w/m2] Climatica ASHRAE

15 1 y 230 345 1 y 560 6 y 775 8

Tabla 3.1: Criterio para espacios calefaccionados.

Se considera tambien aquellas zonas indirectamente acondicionadas, sin climatizacion pero

adyacentes a otras, de manera tal que el producto de la transmitancia termica y la superficie

respectiva proveniente de zonas acondicionadas supere al producto respectivo hacia el exterior

o zonas no acondicionadas. Generalmente las zonas de transito como los pasillos entran en esta

categorıa.

Los espacios semi-calefaccionado son aquellos con un sistema cuya capacidad en calefaccion es

igual o superior a 10 W/m2 y menor a las entregadas en Tabla 3.1.



Figura 3.6: Alcance de los Requerimientos de Envolvente, fuente:ASHRAE 90.1-2007 (2007)

En adicion a los requerimientos generales, el estandar contiene requerimientos obligatorios (ver

Anexo A) que deberan satisfacerse cualesquiera se la ruta de cumplimiento optada. Estos incluyen

requerimientos en la instalacion de la aislacion termica, niveles de filtracion y etiquetado de puertas

y ventanas. Una vez cumplido lo anterior, se entregan 3 opciones o rutas de cumplimiento:

La opcion prescriptiva de la envolvente

La opcion de compensacion de envolvente

La opcion del Coste Presupuestado de Energıa (Energy Cost Budget Method).

Figura 3.7: Rutas de cumplimiento de Envolvente

La opcion prescriptiva de envolvente entrega, para cada una de las 8 zonas climaticas (definidas

por ASHRAE), los criterios mınimos de diseno. Estos incluyen los niveles de aislacion termica para

los elementos opacos tales como: techumbres, muros, y pisos. Para los elementos sobre nivel, el

criterio de diseno se expresa en transmitancia termica maxima (valor U), o en su defecto por un

valor de aislacion termica mınima (R), con esta segunda no sera necesario realizar calculos de

transmitancia termica de las soluciones constructivas.



Se entrega tambien los criterios de diseno para las superficies vidriadas (ventanas, puertas

vidriadas, bloques de vidrio, paneles plasticos y lucarnas). Este criterio dependera, por ejemplo,

del tipo de marco asociado para ventanas o del porcentaje vidriado de las lucarnas. El criterio para

este tipo de elementos sera limitando el coeficiente de ganancia solar (SHGC) y la transmitancia

termica (U-factor). Se limita tambien el porcentaje de ventanas a 40% del total de superficie de

muros y a un 5% del total de superficie de techumbre en el caso de las lucarnas.

Con la opcion prescriptiva, cada componente de la envolvente debera cumplir por separado

los requerimientos del estandar adjuntos en Tablas 3.2 a 3.9, aunque es posible realizar un calculo

especial que promedia el desempeno de las superficies, permitiendo ası que algunas de estas no

cumplan con los requerimientos siempre y cuando otras superficies tengan un alto desempeno.

Este calculo es permitido para superficies que esten dentro de la misma categorıa de uso de

espacios y en el mismo tipo de construccion. No se permite el calculo ponderado de resistencias

termicas (R-value), solo se permite la ponderacion de valores de transmitancia termica (U-factors),

conductancia termica (C-factors), y SHGCs.

La opcion de compensacion de envolvente, entrega mayor flexibilidad al disenador, pudiendo

relajar los requerimientos de comportamiento termico de alguna componente de la envolvente,

siempre y cuando el resto compense dicha falla. Los metodos de esta seccion se entregan en el

apendice C del documento y quedan fuera del alcance de este estudio.

La opcion del Coste Presupuestado de Energıa (Energy Cost Budget Method) engloba el calculo

del consumo energetico de la edificacion por completo, considerando en el modelo el desempeno

de la envolvente. En este caso el incumplimiento de los requerimientos de la envolvente estaran

compensadas por la implementacion de sistemas de iluminacion o HVAC de mayor eficiencia.



Tabla 3.2: Requerimientos de Envolvente Zona Climatica 1. (ASHRAE 90.1-2007, 2007)



3.1.2. Sistema HVAC

El sistema de climatizacion o sistema HVAC (proveniente de las siglas Heating, Ventilating and

Air Conditioning), corresponde a aquel sistema que provee, ya sea colectiva o individualmente, los

procesos de calefaccion, ventilacion, y/o aire acondicionado; necesarios para mantener condiciones

ambientales adecuadas dentro de un edificio. Existen numerosas opciones de mecanismos de calefaccion,

ventilacion y aire acondicionado, las que pueden diferir en practicamente todo su funcionamiento.

El disenador debera seleccionar, bajo distintos criterios, el sistema HVAC con aquella combinacion

de mecanismos que mejor se adecue a los objetivos y necesidades del proyecto, entre los que se

encuentran:

Requerimientos de temperatura, sobrepresion y humedad.

Capacidad del sistema (tamano).

Costos de inversion, operacion y mantenimiento.

Seguridad y Confiabilidad.

Consideraciones ambientales especiales: por ejemplo, pabellon quirurgico antibacterial.

Una vez determinado los objetivos, la seleccion del (los) sistema (s) debera basarse en las

limitaciones propias de estos, tales como: capacidad termica, tamano y disponibilidad de espacio

en el proyecto, restricciones arquitectonicas, etc. Muy pocos proyectos permiten una evaluacion

cuantitativa del desempeno de los diversos sistemas HVAC para un proyecto, y son seleccionados

generalmente por las practicas tradicionales, data historica y principalmente por la experiencia del

disenador.

Cargas Termicas y Seleccion del Sistema

Las cargas termicas de calefaccion y refrigeracion contribuyen al dimensionamiento y seleccion

de los sistemas de climatizacion, guiando a aquellos que sean capaces de suplir dichas cargas. Las

condiciones de diseno que determinan la capacidad dependeran de cada proyecto y del clima del

lugar de emplazamiento. Ası, para el dimensionamiento de los equipos de calefaccion se debera compensar

las perdidas termicas del dıa mas frıo sin considerar ganancia termica interior alguna. Y en caso

contrario, el sistema de aire acondicionado debera ser capaz de compensar todas las ganancias

termicas en el dıa de mayor temperatura.

El sistema HVAC se compone de dos subsistemas: el sistema primario y el sistema secundario.

Se entiende por sistema primario a aquel que transforma la energıa primaria (combustibles o

electricidad) en un medio de calefaccion o refrigeracion. El sistema secundario, o de distribucion,

es aquel que distribuye la calefaccion, ventilacion y aire acondicionado a los espacios dentro del



edificio. A grandes rasgos, ambos sistemas seran independientes, lo que permitira la seleccion de

un sistema de distribucion sin depender del sistema primario seleccionado.

Un sistema HVAC eficiente no necesariamente es aquel que considera equipos de alta eficiencia.

La interaccion de las distintas componentes del sistema juega un rol mas importante en la eficiencia

final. Particularmente, para los sistemas que sirven a multiples zonas, la eficiencia de los mecanismos

de distribucion de aire o agua y el control de estos puede llegar a ser uno de los factores determinantes

en el consumo energetico.

La eficiencia del desempeno de un sistema HVAC (η) tambien denimonada CoP (de las siglas

Coefficient of Performance se podra definir como las cargas con que el sistema primario debera lidiar

Ql (calefaccion y refrigeracion) dividido en la energıa que este sistema consume E.

η = Ql

E

Un sistema eficiente minimizara la energıa utilizada, ya sea disminuyendo las perdidas de

distribucion, aumentando el rendimiento de los equipos, y utilizando las denominadas free cooling

o free heating a traves de la implementacion de recuperadores de calor y economizadores. Los

sistemas de alta eficiencia pueden llegar a valores de eficiencia superiores al 100%, llegando incluso

a valores por sobre el 600% de eficiencia, este es el caso de los sistemas de volumen de refrigerante

variable VRV, los que regulan la distribucion de refrigerante segun varıa la demanda en cada zona

climatizada.

Diseno HVAC en Chile

En Santiago el consumo en calefaccion y aire acondicionado en oficinas representan el 49% del

total anual (Cabrera & Sielfeld, 2008), lo que no se aleja de la tendencia mundial, donde junto con

la iluminacion presentan los mayores consumos en este tipo de edificaciones. Sera necesario agregar

entonces a los criterios de diseno de este tipo de sistemas, la eficiencia en el consumo de energıa.

Los sistemas de climatizacion estan conformados por un sistema centralizado de aire acondicionado

del tipo fancoil (distribucion a volumen constante) y suministrado por enfriadores de agua (chiller),

que dependiendo de diversas caraterısticas presentan valores de eficiencia entre 300% (chillers

enfriados por aire) y 600% (chillers enfriados por agua).


Se entrega en el estandar tres rutas de cumplimiento las que se pueden observar en Figura 3.8.



Figura 3.8: Rutas de cumplimiento de Sistema HVAC.

La ruta de aproximacion simplificada se podra utilizar para sistemas relativamente pequenos,

asociados a edificios de mayor simplicidad. Se enfoca en reducir los tiempos invertidos en analizar

el desempeno de equipamientos que no presentaran variaciones muy altas en su consumo.

La ruta prescriptiva podra ser utilizada por practicamente cualquier tipo de sistema HVAC,

pero esta primordialmente enfocada para ser utilizada en sistemas de mayor complejidad y relacionados

con edificaciones mayores como es el caso del presente trabajo, tales como sistemas VAV o sistemas

que consideran plantas centrales hidronicas.

Al igual que en la seccion anterior, el Coste Presupuestado de Energıa (Energy Cost Budget

Method), esta disenado para demostrar el cumplimiento de sistemas que ciertamente no pudiesen

estar incluidos en la ruta prescriptiva. Se permite incluir tambien compensaciones entre los desempenos

del resto de sistemas mecanicos, como iluminacion, envolvente y otros, que en conjunto presenten

consumos menores a los requeridos por la normativa en cuestion.

Los sistemas deberan cumplir con los requerimientos obligatorios, adjuntos en Anexo A, y que

se refieren al etiquetado, puesta en marcha, sistemas de control, etc. La principal diferencia de esta

seccion en relacion al resto del documento, se presenta en que para cada componente mecanica se

entregan los niveles de eficiencia (ver Anexo A) y por ende se acota a un desempeno energetico

mınimo cada elemento incluido en el diseno del sistema HVAC.

A modo de ejemplo, al disenar un sistema que considera un enfriador de agua o chiller,

este debera cumplir, dependiendo de su tamano o capacidad termica con los niveles de eficiencia

considerados en Tabla 3.10. Se entrega para cada tipo de equipo, los niveles de eficiencia mınimos

a cumplir en la ruta prescriptiva.



Tabla 3.10: Requerimientos ASHRAE 90.1-2007 para enfriadores de agua.



3.1.3. Iluminacion

Si bien los sistemas de iluminacion varıan de edificio en edificio, el consumo promedio de

este tipo de sistemas para edificios comerciales se estima, para los Estados Unidos , en un 35%

del total anual. En el caso nacional, para Santiago se observa un consumo de 40 kWh/ano − m2

equivalentes a un 27% del total anual (Cabrera & Sielfeld, 2008). Ademas del consumo directo

asociado a iluminacion, tambien se debera considerar el aporte de este en las ganancias de calor,

las que aumentaran el consumo en aire acondicionado, que como se nombro anteriormente, tiene

gran participacion en el consumo total de un edificio para oficinas.

Figura 3.9: Sistema de iluminacion en oficinas

Utilizar iluminacion de alta eficiencia y sistemas de control de iluminacion es la mejor manera

de asegurar un consumo bajo en esta area. Con un diseno correcto se puede llegar a tener consumos

menores, mejorando incluso los niveles de confort lumınicos. Por ejemplo, la implementacion de las

nuevas tecnologıas, como tubos fluorescentes compactas T-8 con balasto electronico, entregan la

misma cantidad de luz que un tubo fluorescente tradicional, pero consumiendo solamente dos tercios

de la energıa. Analogamente, las fuentes fluorescentes compactas llegan a niveles de eficiencia tres

o cuatro veces mayores a los de luminarias incandescentes, de las que es sabido su bajo desempeno

energetico y alta produccion de calor.

Conceptos y Densidad de Potencia Instalada (LPD)

Los conceptos, terminologıa y definiciones que permiten una mejor comprension de los sistemas

de iluminacion se entregan a continuacion:

Flujo luminoso: Unidad de medida que cuantifica la potencia o caudal de energıa de la



radiacion luminosa. Su unidad caracterıstica es el lumen (Lm). Ejemplos de flujo luminoso se

entregan en Tabla 3.11.

Lampara incandescente 60W 730 LmLampara fluorescente 65 W blanco 5100 LmLampara Halogena 1000 W 22000 LmLampara de vapor de mercurio 125 W 5600 LmLampara de sodio 1000 W 120000 Lm

Tabla 3.11: Flujo luminoso segun tipo de luminaria.

Iluminancia: Corresponde al flujo lumınico que llega a una superficie, su unidad de medida

es el lux (lx), que corresponde a un lumen por metro cuadrado. Los niveles de iluminancia

requeridos variaran dependiendo de la actividad a realizar, es ası como para actividad de

oficinas, se recomienda valores entre 300[lx] y 1000[lx], valores fuera de este rango provocaran

efectos negativos en el usuario, como encandilamiento o cansancio visual.

Superficie Iluminada Bruta: Corresponde a la superficie total en planta (piso) de los

espacios iluminados dentro del edificio. Este incluye subterraneos, aticos, entrepisos y otros;

siempre que estos tengan una altura superior a 2, 3[m]. El area bruta se mide desde las caras

exteriores de los muros exteriores o desde el eje de muros colindantes medianeros. Se define

tambien la superficie iluminada bruta interior, la que corresponde a la superficie iluminada

bruta de cada espacio. Las superficies iluminadas se utilizan para el calculo de las potencias

instaladas en iluminacion por unidad de superficie o Lighting Power Densities (LPD).

Balasto: Dispositivo utilizado en la mayorıa de las luminarias de descarga, entre las que se

incluyen: fluorescentes, vapor de mercurio, halogenas metalicas y de sodio presurizado. Al

contrario de las luminarias incandescentes, las que utilizan la corriente electrica para calentar

filamentos de tungsteno para irradiar luz visible, las lamparas de descarga inducen un arco

electrico a traves de electrodos de un gas dentro de un tubo sellado, ionizandolo y liberando

electrones para la posterior generacion de luz. Para la correcta operacion de estos sistemas,

este arco electrico debera mantenerse a cierto nivel de voltaje y corriente electrica. Esta es

la funcion del balasto, el que tambien provee el voltaje necesario de partida al encender el

sistema.



Figura 3.10: Funcionamiento tubo fluorescente. http : //www.rohrlux.de

El balasto electronico de alta frecuencia representa uno de los avances tecnologicos mas

recientes, aumentando la eficiencia de sistemas en un 15% a 20% con respecto a su equivalente,

el balasto magnetico. El balasto electronico transforma la potencia entrante de 60[Hz] a

una de mayor frecuencia que correspondera a la de funcionamiento optimo del sistema de

iluminacion. Otras ventajas del balasto electronico, por sobre los magneticos son:

• En luminarias de alta descarga, la mayor precision del arco electrico aumenta la vida

util y consistencia del color.

• Al ser mas silenciosos y disminuir el parpadeo a niveles imperceptibles para el ser

humano, los niveles de confort lumınico aumentan y cansancio visual disminuye

• Disminucion de cableado electrico debido a la posibilidad de operar en tres o cuatro

lamparas a la vez con un solo dispositivo

• Aumento de posibilidades de implementacion de sistemas de control, incluyendo controles

dimeables capaces de ajustar los de niveles de iluminacion.

Eficacia: Indice de medida del rendimiento de una lampara. Se expresa mediante el flujo

luminoso entregado y la potencia consumida para producir dicho flujo. El valor teorico maximo

alcanzable con una conversion de la energıa a 555[nm] serıa 638[lm/W ].

La eficacia de una luminaria se vera afectada por diversos motivos, se distingue el aumento

de la potencia instalada por necesidad de balastos y la disminucion de la luminancia por

reflexiones y absorciones de luz dependiendo de la disposicion espacial y caracterısticas propias

de la instalacion, tales como: difusores, reflectores, etc. Se considera tambien perdidas de

eficacia debido a falta de mantencion adecuada.



Figura 3.11: Eficacia de los sistemas de iluminacion segun tecnologıa. (ASHRAE, 2008)

Indice de Eficiencia Energetica: Indice alternativo para cuantificar la eficiencia de un

sistema de iluminacion es consumo para crear 100[lx] en una superficie unitaria. Se utiliza

en la etapa de seleccion del tipo de sistema a especificar y se basa en disenos previos. Se

adjunta en Tabla 3.12 diversos sistemas de iluminacion, donde se muestra la eficacia y el

ındice [W ]/100[lx−m2].

Tabla 3.12: Eficiencia de sistemas de iluminacion segun tecnologıa,(Bordoni, 2010)

Densidad de Potencia en Iluminacion (LPD): De la sigla en ingles Lighting Power



Density, la densidad de potencia instalada en iluminacion corresponde a la potencia instalada

por unidad de superficie de todo el sistema de iluminacion artificial. Esta dependera de la

eficiencia de la tecnologıa seleccionada (incluyendo perdidas por balastos, luminaria, etc.) y

de los niveles de iluminancia adecuados al uso de los espacios respectivos. Es util para obtener

el consumo energetico por iluminacion, este dependera de las horas anuales de uso y el sistema

de control del sistema. Por ejemplo, para oficinas donde se requieren 500[lx], la densidad de

potencia instalada sera 5 veces el ındice [W/100lx−m2] del sistema o tecnologıa seleccionado.


El estandar incentiva el uso de luminarias eficientes mediante la asignacion de potencias

maximas admisibles, tanto para sistemas de iluminacion interiores, como exteriores. Estos sistemas

deberan cumplir los requerimientos por separado y no esta permitido realizar compensaciones entre

ellos. Un espacio o edificio cumplira con el estandar, si su potencia instalada en iluminacion es

menor a la permitida por el estandar sin importar el tipo de sistema propuesto, esto entrega mayor

flexibilidad al disenador para especificar aquella luminaria que mas se adecue a los requerimientos de

cada proyecto, alcanzando los niveles de iluminacion, pero asegurando consumos bajo el estandar.

Se agrega tambien, requerimientos de sistemas de control automaticos para prevenir el uso de las

luminarias cuando no es necesario.

Figura 3.12: Rutas de cumplimiento de Sistema Iluminacion.

En adicion a los requerimientos generales, el estandar contiene requerimientos obligatorios

(Anexo A) que deberan satisfacerse cualesquiera sea la ruta de cumplimiento optada. Estos incluyen

control automatico de apagado, control en la iluminacion exterior, entre otros. Una vez cumplido

lo anterior, se entregan tres opciones o rutas de cumplimiento:

Metodo del area del edificio

Metodo Espacio por espacio

Opcion del Coste Presupuestado de Energıa (Energy Cost Budget Method)

Ambos metodos, del area del edificio y espacio por espacio, forman parte de la ruta prescriptiva

y especifican la densidad de potencia instalada en iluminacion, limitando- cualquiera sea el diseno- a



estos valores. En el metodo del area del edificio se asigna una LPD constante al conjunto completo,

dependiendo del uso general de la estructura. El segundo metodo, menos sencillo, es el metodo

espacio por espacio, el que en vez de asignar un valor unico, define una densidad de potencia interior

a cada sub-espacio dentro del edificio por separado. Requiriendo de mayor detalle y esfuerzo en

la clasificacion de los espacios en cuestion, pero permite mayores valores que los asignados en el

metodo del edificio completo.

El tercer camino corresponde al Coste Presupuestado de Energıa (Energy Cost Budget Method),

al igual que en la seccion anterior, es una alternativa de cumplimiento, donde se estima el desempeno

energetico del edificio completo. Se permite ası la compensacion de posibles faltas en el cumplimiento

con los requerimientos prescriptivos de los sistemas de iluminacion, mediante la implementacion de

una envolvente o sistema HVAC de mejores prestaciones.



Tabla 3.13: Ruta prescriptiva iluminacion, metodo espacio por espacio. (ASHRAE 90.1-2007, 2007)



3.2. Metodo de Cuantificacion del Desempeno Energetico

El estandar entrega, en su apendice G, una forma para cuantificar el desempeno de una

edificacion denominado Metodo de Cuantificacion del Desempeno Energetico (Building Performance

Rating Method). Es utilizada generalmente como base en programas de eficiencia energetica o

construccion sustentable (green buildings), en los que el consumo energetico y su impacto ambiental

forman parte importante y esencial de los objetivos en un proyecto. La cuantificacion del consumo

energetico en el proceso de diseno, es tambien a una herramienta que facilita la seleccion de sistemas

mas adecuados, optimizando el desempeno energetico en funcion de las restricciones propias de cada

edificio.

La seccion 11 del estandar (Energy Cost Budget Method) tiene por objetivo entregar un

procedimiento alternativo de cumplimiento con el codigo 90.1, mediante la cuantificacion del desempeno

total de un proyecto. Entregando mayor flexibilidad al disenador al considerar compensaciones

(trade off ) entre los distintos sistemas. Los requerimientos de los modelos estan enfocados para

compararse con un diseno que cumple con los niveles mınimos del estandar. Por ejemplo, de tener

un sistema de calefaccion basado en una bomba de calor, el modelo base tendra el mismo sistema

pero con una bomba con un CoP mınimo exigido para este tipo de mecanismos. Las posibilidades de

compensacion, sin embargo, estan algo limitadas al diseno propuesto y al cumplimiento mınimo del

estandar, se podra entregar otra metodologıa con mayor flexibilidad si es que se desea cuantificar

un diseno de alto nivel de eficiencia energetica.

Este es el proposito del Metodo de Cuantificacion del Desempeno Energetico (Building Performance

Rating Method), en el que se establece la lınea base para el consumo total del edificio y poder

calcular ası el porcentaje de mejora que presenta algun diseno propuesto por sobre dicha lınea

base. Este metodo es una modificacion del ECB, disenado para cuantificar proyectos que superen

substancialmente los niveles del estandar. Se considera en esta metodologıa otros aspectos del

diseno, tales como: orientacion, ventilacion natural, iluminacion natural, seleccion de sistema de

climatizacion adecuado, entre otros.

Se utiliza un programa computacional para calcular los consumos anuales de operacion de

dos modelos: el edificio propuesto y el edificio lınea base. El diseno de la lınea base, que es una

variacion del edificio propuesto, cumple con todos los requerimientos prescriptivos y obligatorios

del estandar. Es decir, la lınea base representa al edificio como si estuviese cumpliendo exactamente

con el estandar.

A pesar del margen de consumo entre ambos modelos, el diseno propuesto debera especificar el

cumplimiento de todos los requerimientos obligatorios de cada seccion, descritos con anterioridad

y adjuntos en Anexo A. Dichos requerimientos son necesarios por diversos motivos, entre los que

destaca la correcta instalacion y rotulado de los sistemas; ademas de algunas restricciones especiales



de diseno, como lo es la iluminacion exterior.

Calculando el porcentaje de mejoras

El Metodo de Cuentificagion del Desempeno Energetico (BPR) involucra la comparacion del

diseno propuesto con su lınea base, calculando las mejoras en funcion del porcentaje de ahorro. El

apendice G permite al disenador basar estos ahorros en terminos de la energıa (kWh/ano), o en

terminos de los costos ($/ano). De utilizar los costos energeticos o monetarios, estos deberan ser

calculados de manera consistente y adecuada para realizar una correcta comparacion. Se debera cumplir

con las siguientes reglas:

Ambas simulaciones deberan utilizar el mismo software.

Ambas simulaciones deberan utilizar la misma base de datos climatica.

Ambas simulaciones deberan utilizar igual tarifa energetica.

Ambas simulaciones deberan utilizar identica programacion horaria de uso, a excepcion de

ajustes necesarios para calcular medidas de eficiencia especiales.

Una vez obtenidos los consumos o costos energeticos, el porcentaje de mejora se calcula

mediante la siguiente formula:

%mejora = 100 · desempenoedificiolineabase−desempenoedificiopropuestodesempenoedificiolineabase

Debido a la importancia del programa de simulacion energetica en este metodo, se establecen

ciertos requerimientos a las capacidades del software utilizado. Entre estas se encuentran requerimientos

desde lo mas basico, como la de poder modelar los topicos energeticos tratados en el codigo; hasta

lo mas especıfico, entre lo que se encuentran:

Capacidad de simular una base mınima de 8760 hrs seguidas (un ano). Programas que

representen dıas tıpicos no son aptos para este analisis.

Sistemas y cargas termicas interiores deberan tener variacion horaria, y su interaccion debera influir

en el desempeno energetico. El programa debera ser capaz de modelar variaciones horarias

(semanal, fin de semana y vacaciones) para ocupacion, iluminacion y equipos, configuracion

de termostatos y funcionamiento del sistema HVAC.

La inercia o masa termica afecta el tiempo y magnitud de las cargas que debe suplir el sistema

HVAC. El programa debera ser capaz de modelar efectos de inercia termica dependiendo de

la materialidad de los elementos constructivos.

El programa debera ser capaz de simular como mınimo 10 zonas termicas.



El sistema mecanico suele operar por debajo de las condiciones de diseno, es por esto que

el programa debera ser capaz de modelar equipamiento bajo una variedad de condiciones

termicas y de carga.

La implementacion de economizadores para refrigeracion (free cooling) es un topico importante

en los consumos de edificaciones y esta considerado en la lınea base. El programa debera ser

capaz de modelar economizadores de aire con sistemas de control integrado, permitiendo el

funcionamiento para disminuir las cargas de aire acondicionado incluso cuando el sistema de

aire acondicionado este en funcionamiento.

Se debera considerar tambien el dimensionamiento de la capacidad del sistema HVAC y

flujos de agua y aire mınimos para ambos modelos. Los calculos podran basarse en codigos de

ingenierıa normalmente aceptados. El dimensionamiento es necesario para asegurar el correcto

funcionamiento del sistema HVAC de la lınea base, para poder hacer una comparacion adecuada de

ambos sistemas, estos deberan dimensionarse segun el comportamiento especıfico de cada modelo

y no necesariamente basado en el modelo propuesto.

La base de datos climatica de la localidad debera incluir valores representativos horarios de

todos los parametros necesarios, tales como: temperatura, humedad, radiacion directa. Tambien se

podra incluir variacion del viento, nubosidad, etc.

Clasificacion de uso de Espacios y Programacion

Un topico clave en el modelo del diseno propuesto, es la asignacion de un tipo de uso de cada

espacio del edificio. Esta es utilizada para la determinacion de la potencia instalada en iluminacion

de la lınea base y diferenciar areas que difieran en la operacion del espacio, o caracterısticas

(configuracion de termostato, tasa de ventilacion, etc).

Las opciones de clasificacion de espacios se obtienen de alguna de las dos tablas entregadas

en las metodologıas de la seccion de iluminacion del estandar: area del edificio (building area

method) y espapcio por espacio space by space method), las que estan pensadas para crear una

clasificacion de los espacios segun el uso ´para el que estan destinados. El especialista de iluminacion

podra seleccionar una de esta dos opciones de clasificacion, y no podran mezclarlas. En este estudio

se considera el segundo metodo como se observa en 3.13.

La ocupacion y operacion de los edificios es otro factor importante en el desempeno energetico.

El apendice G permite al disenador seleccionar una programacion razonable de operacion del

edificio, entre las que se deberan especificar programacion de ocupacion para dıas de semana,

fin de semana y vacaciones; para los siguientes topicos:



Ocupacion

Iluminacion

Operacion Sistema HVAC, incluyendo ventiladores y operacion fuera de horario.

Otro tipo equipos o cargas que posiblemente afecte los calculos, incluyendo ventilacion de

estacionamientos, iluminacion exterior, etc.

Las programaciones de uso definidas en la simulacion son utiles para determinar el comportamiento

de las cargas termicas y otras condiciones. La informacion de la programacion diaria podra incluir

informacion como: nivel de ocupacion, configuracion de temperaturas interiores, porcentaje de

ocupacion de equipos, etc. Mientras el dimensionamiento de los sistemas mecanicos se basa en el

peor escenario, los valores de las programaciones deberan estimarse para un uso normal y utilizando

supuestos realistas basados en la ocupacion del edificio.

La programacion de uso debera ser igual en ambos modelos (propuesto y base), pudiendo

modificarse en el diseno propuesto para cuantificar ciertas medidas de eficiencia. Por ejemplo,

la implementacion de sistemas de agua caliente sanitaria con suministro energetico renovable no

convencionales se podra modelar con la disminucion en la demanda del sistema auxiliar. Y por

ende, programaciones diferentes en la demanda de agua para ambos modelos.

En resumen, el metodo Performance Rating Method se basa en la creacion de un modelo

computacional que representa la propuesta de diseno, considerando materialidad de envolvente y

sistemas mecanicos; asociados al consumo del edificio. Este modelo se compara con una lınea base

analoga, identica al modelo propuesto, pero variando las caracterısticas, de manera que se cumpla

exactamente con el codigo 90.1− 2007.

Los requerimientos de los modelos propuesto y lınea base, aplicables en cada seccion se detallan

a continuacion. Se agrega la comparacion de dichos requerimientos con los del diseno tradicional,

con los que se obtiene la estimacion del nivel de consumo energetico en el que se encuentra el diseno

tradicional.

3.2.1. Requerimientos de Envolvente

Modelos de Diseno Propuesto y Lınea Base

La regla principal para el modelo de la envolvente del diseno propuesto, es basarse en los documentos

de arquitectura, incluyendo la forma del edificio, dimensiones, orientaciones, superficies opacas,

vidriamiento, etc. Se podra realizar simplificaciones, entre las que se encuentran:



Elementos no aislados termicamente, como: proyeccion de balcones, vigas perimetrales de losas

entre pisos o vigas intermedias sobresalientes, podran modelarse por separado u homologar

la implicancia de estos en el valor U de cada elemento.

Superficies exteriores cuyo azimut difiera en menos de 45◦, podran ser consideradas con igual

orientacion.

La techumbre exterior debera tener une reflectancia de 0, 3, pudiendo aumentarla a 0, 45

siempre que se certifique un valor superior a 0, 7 y emitancia de 0, 75 o SRI de 82.

Sistemas de sombreamiento podran modelarse certificando que estos sean controlados con

dispositivos automaticos, por ejemplo: protecciones solares controladas automaticamente o protecciones

exteriores permanentes (voladizos, aletas, etc).

Cada componente para la envolvente de la lınea base se basara en dimensiones equivalentes a las

del diseno propuesto, es decir, la superficie exterior de muros, techos y pisos debera ser identica en

ambos modelos. Se modela cada elemento con las restricciones prescriptivas segun la zona climatica

respectiva.

El estudio enfatiza este punto, debido a que las condiciones de borde de la envolvente dependeran

de la zona climatica del proyecto. Dando razon a los objetivos del presente trabajo, analizando el

desempeno energetico en distintas zonas climaticas sobre la base de restricciones, o condiciones de

borde dadas por ASHRAE y presentes en esta metodologıa. Las consideraciones son las siguientes:

Orientacion y Forma

El desempeno de la lınea base se obtiene promediando el consumo del edificio en su posicion

inicial y rotando en 90◦,180◦ y 270◦ sin considerar sombreamiento propio. El modelo propuesto,

en cambio, considera el efecto de sombreamiento propio y solo su orientacion real. Se da credito

ası, a aquellos disenos que privilegian la orientacion y forma, que produzca disminuciones en

las cargas termicas, y por ende, consumos del sistema HVAC menores.

Elementos Opacos

La lınea base asume ser construida de estructuras livianas sin efectos de inercia termica,

independientemente del diseno propuesto. Si en la propuesta se considera construccion con

masa termica que mejora el comportamiento termico durante el dıa, se dara credito al

compararlo con elementos de construcciones livianas sin dicho efecto. Este es el caso de la

lınea base la que debera cumplir con los requerimientos prescriptivos del estandar con los

siguientes tipos de construccion:



• Techumbre tipo aislacion continua sobre losa.

• Muros construccion liviana de acero.

• Pisos tipo Steel Joist.

La transmitancia (valor U) de la lınea base se ajustan a los valores lımite requeridos segun cada

zona climatica, especificados en tablas 3.2 a 3.9 del estandar. Este metodo se diferencia del

ECB, donde la envolvente depende totalmente de la propuesta de diseno inclusive manteniendo

su masa termica. La lınea base en cambio, sera siempre de las mismas caracterısticas y de

baja inercia termica, donde se observara una gran capacidad de absorber o disipar la energıa

sin capacidad de acumulacion ni desfase de peaks termicos.

Elementos transparentes

El porcentaje de superficie vidriada debera ser igual al diseno propuesto o un 40% del total de

muros, el menor de estos valores. De presentar valores mayores a 40%, se debera disminuir la

superficie de ventanas proporcionalmente hasta lograr este valor, manteniendo ası la distribucion

de los cristales asignados segun el diseno real.

La transmitancia (valor U) y ganancia solar (SHGC) de la lınea base se ajustan a los valores

lımite requeridos segun cada zona climatica, especificados en Tablas 3.2 a 3.9. Se define ası, las

caracterısticas de la envolvente y que definira en conjunto con la ocupacion, cargas internas

y otros; el comportamiento termico y los consumos energeticos anuales de la lınea base del

edificio.



3.2.2. Requerimientos de Sistema HVAC

El metodo BPR esta enfocado bajo el supuesto que el edificio posee un sistema mecanico de

calefaccion y refrigeracion. Incluso si no existe uno de estos sistemas en el diseno propuesto, se

debera asumir modelar el elemento faltante de igual forma que la lınea base. Asegurando ası que

las simulaciones estan suministrando tanto calefaccion como refrigeracion a los espacios. Lo anterior

esta especificado para realizar comparaciones adecuadas en el consumo energetico final de ambos

sistemas HVAC para la misma cantidad de espacios.

Modelo de Sistemas Diseno Propuesto y Lınea Base

El sistema HVAC del diseno propuesto debera ser aquel que se entrega en la documentacion

y planimetrıa de la especialidad de climatizacion. Esto incluye el tipo de sistema, capacidades

termicas, eficiencias, control y sistemas secundarios (como economizadores), etc. La eficiencia

podra ajustarse para alcanzar los requerimientos del software de simulacion. Mientras la eficiencia

de un sistema puede ser especificada los mas detalladamente posible, generalmente los programas de

simulacion requieren de la informacion del desempeno de los elementos del sistema, bajo condiciones

estandarizadas.

El sistema HVAC de la lınea base esta definido en base al tamano del edificio propuesto,

el numero de pisos y el tipo de uso para el que esta proyectado (residencial y no-residendicial).

En contrates a la seccion 11, donde el sistema HVAC se determina principalmente en base al

sistema HVAC propuesto; el sistema base del apendice G, es totalmente independiente, excepto por

caracterısticas generales del edificio propuesto (uso y fuente de energıa).

La mayorıa de los elementos son tambien independientes del diseno propuesto, tales como: Potencia

de vetiladores, tipo y numero de calderas y enfriadores de agua (chiller), torres de enfriamiento,

temperaturas de suministro para aire, agua frıa y agua caliente, etc. Definiendo el sistema HVAC

base independientemente del propuesto, permite al disenador ganar creditos por la seleccion adecuada

de sistemas HVAC, que muestren un mejor desempeno energetico.

El sistema de la lınea base designado para el edificio en estudio, no residencial mayor a 14000

m2, se denomina: Volumen de aire variable con caja de ventiladores paralelos (VAV with PFP

boxes). Siendo el tipo de sistema secundario principal con un ventilador de volumen de aire variable

acondicionado con una caja mezcladora con ventiladores en paralelo para cada zona. El sistema de

aire acondicionado se compone por una planta enfriadora de agua (chilled water) y calefaccion en

base a resistencia electrica en cada zona. Se muestra en figura 3.13, la configuracion de un sistema

VAV con diferentes tipos de unidades terminales. El sistema de la lınea base corresponde al la

segunda opcion Parallel Inlet Unit o Unidad terminal paralela (PFP).



Figura 3.13: Esquema de Sistema HVAC VAV con unidades terminales.

Requerimientos Generales de Sistema HVAC

Los requerimientos generales, una vez determinados los sistemas de los modelos, son:

Eficiencia y Capacidades de Equipamiento

Las eficiencias mınimas del sistema HVAC deberan ser las correspondientes al diseno de

la lınea base. Esto incluye, de ser especificada, cualquier eficiencia en carga parcial. Dicha

eficiencia define el desempeno de los sistemas de la lınea base. Muchos equipamientos tienen

considerados en sus eficiencias el consumo de los ventiladores de distribucion, de ser ası se

debera desglosar y separar el mecanismo de distribucion de los ventiladores de suministro de

aire.

Suele entregarse por parte de los fabricantes de sistemas HVAC, una variedad de parametros

que ayudan en la determinacion del coeficiente de desempeno CoP, la cantidad de energıa por

unidad de energıa de entrada al sistema de refrigeracion. Este desempeno es funcion de la

tasa de suministro de aire, temperatura exterior, y temperatura del aire entrante al sistema

y loop de frıo. En general los software de simulacion requieren del CoP bajo condiciones de



ensayo estandarizadas.

El dimensionamiento de los equipos tambien tiene un alto impacto en los consumos, dependiendo

del funcionamiento a carga parcial del sistema, este variara sus consumos en funcion del

porcentaje al que suele trabajar. El metodo del apendice G, regula este dimensionamiento, de

manera tal que sea adecuado y equivalente al diseno propuesto en su funcionamiento. Evitando

ademas, comparaciones erroneas que intencionalmente puedan beneficiar el porcentaje de

mejoras.

La regla de dimensionamiento del equipo HVAC de la lınea base se determina por separado

para cada orientacion, y la capacidad peak de frıo se dimensiona con un 15% de sobredimensionamiento.

En el caso de calefaccion se considera un 25% de sobredimensionamiento. Para verificar que

la lınea base y el diseno propuesto tienen tamanos de quipos razonables, se debera chequear

las horas en que ambos sistemas no son capaces de cumplir con las cargas termicas. Estas

horas de no cumplimiento son un buen indicador de posibles errores en el dimensionamiento.

Se considera adecuado el funcionamiento de ambos sistemas HVAC, si se satisfacen las

siguientes condiciones:

• Las horas de no-cumplimiento de ambos modelos no debera ser superior a 300[hrs] al

ano. De no cumplirse, se debera incrementar la capacidad del modelo, de manera tal de

cumplir con las 300[hrs].

• Segundo, las horas de no cumplimiento del modelo propuesto no podra exceder en, mas

de 50[hrs], a las horas de no cumplimiento de la lınea base. De no cumplirse lo anterior

se debera aumentar la capacidad de la lınea base proporcionalmente hasta cumplir dicho

requisito.

Operacion de Ventiladores

Se estipula que ventiladores de suministro y retorno deberan tener operacion continua, siempre

que exista ocupacion y ciclar (encendido y apagado) fuera de dicho horario, para cumplir

cargas de calefaccion y refrigeracion. Esto entrega una operacion continua de los ventiladores

ciclando solo cuando no exista operacion.

La cantidad de aire que se suple a los espacios en la lınea base, esta basada en una diferencia

de temperaturas de aire al espacio de 11[◦C], o la cantidad mınima de ventilacion, o aire

mezclado, la mayor de las anteriores. Si el espacio esta disenado a 24[◦C], entonces la entrada

de aire entregado se supone de 13[◦C] y con este valor se cuantifica la tasa de aire inyectado.



El volumen de aire inyectado en el modelo propuesto podra entonces ser superior o menor

al de la lınea base. Esto permite al disenador ganar creditos por especificar tasas de aire a

temperaturas que optimicen el consumo energetico y ası disminuir el consumo de ventiladores.

De especificarse ventiladores de retorno o alivio en el diseno propuesto, la lınea base tambien

debera considerarlos en su modelo. Estos deberan dimensionarse para la cantidad de aire

suministrada al espacio menos el aire mınimo exterior, o para el 90% del volumen suministrado.

Ventiladores de suministro, retorno, exhausto o alivio; estan dimensionados segun la formula

siguiente:

Pfan = kWi · 1000FanMotorEficiency

Donde:

Pfan = potenciaventilador(Watts)

kWi = Ls ∗ 0,0015 +A, sistemas 3− 4 volumen constante

kWi = Ls ∗ 0,0021 +A, sistemas 5− 8 volumen variable

A = ajustedecaidadepresionsegun 3.14

Tabla 3.14: Ajuste de Caıda de Presion ventiladores. (ASHRAE 90.1-2007, 2007).

Para ventiladores en cajas paralelas PFP de sistemas VAV, estos se dimensionan para el 50%

de su flujo peak de diseno, y se modelan para una potencia de 0,74W/(L/s). El flujo mınimo

de configuracion debera ser el 30% del flujo peak de diseno o la tasa requerida para cumplir



aire exterior mınimo, la mayor de estas.

Ventilacion y Economizadores

La ventilacion de espacios puede llegar a ser parte importante del consumo anual, pero no

esta considerado como oportunidad de ahorro energetico en este metodo. La tasa mınima de

ventilacion del diseno propuesto seran iguales en la lınea base. En otras palabras, la tasa de

ventilacion es energeticamente neutral en ambos modelos.

El sistema considera el uso de economizadores de aire, los que suministran aire exterior

para ayudar en la refrigeracion o calefaccion de espacios. Estos deberan tener lımites de

funcionamiento, de manera tal que se permita la entrada de aire exterior mınimo cuando la

temperatura exceda, en este caso, los 24[◦C].

Tipo y Cantidad de Chillers

El tipo de unidades enfriadoras de agua, comunmente conocidas como chillers dependeran de

la carga peak de frıo de la lınea base, la que es diferente a la del modelo propuesto. Si el edificio

requiere una capacidad menor o igual a 1114 kW (300 tonr), entonces correspondera un chiller

de tornillo, enfriado por agua. Para cargas entre 1114kW y 2229(600tonr)kW , entonces se

especificaran dos chillers tipo tornillo, enfriados por agua, de igual capacidad. Para cargas

superiores a 2229kW , se debera especificar dos o mas chillers del tipo centrıfugo, de manera

que ninguno sea superior a 2813kW

La temperatura de funcionamiento del chiller se modela para un suministro a 6, 7[◦C] y

retorno de 13[◦C]. La temperatura debera resetearse basandose en las condiciones exteriores

de temperatura del aire, como sigue: 7[◦C] para temperaturas superiores a 27[◦C], 12[◦C] para

temperaturas de 16[◦C] y menos, y ajuste lineal para temperaturas entre 16[◦C] y 27[◦C].

La temperatura de suministro de aire se debe setar en 2, 3[◦C] por sobre las condiciones

mınimas de diseno. El sistema de suministro debera considerar un desempeno de carga parcial

con las caracterısticas de cualesquiera de los siguientes metodos: Data a carga parcial o

Ecuacion de carga parcial.(ver Figura 3.15)



Tabla 3.15: Funcionamiento carga parcial ventiladores VAV.



3.2.3. Requerimientos de Iluminacion

Modelos de diseno propuesto y lınea base

El metodo basa la cuantificacion de los consumos de iluminacion, en las rutas y clasificacion

de espacios entregados en la seccion respectiva. De existir documentacion de un diseno completo

de iluminacion, se debera modelar la potencia instalada de acuerdo a dicha informacion. En

casos especiales donde no exista una densidad de potencia definida en el proyecto (proyectos tipo

Core and Shell), se debera completar por una densidad de potencia definida por defecto, por la

metodologıa del area del edificio. La densidad de potencia incluye todos los dispositivos disenados

para iluminacion, sistemas permanentes y portatiles, incluyendo luminaria especial de escritorios y

decorativas.

La densidad de potencia interior de la lınea base se determina utilizando los valores admisibles

de cualquiera de los dos metodos del estandar. La categorizacion de los espacios debera ser identica

en ambos modelos. La potencia especificada correspondera a la resultante para cada bloque termico.

Sistemas de Control Automatico

La normativa requiere de sistema de control de apagado automatico, esto se incluye en ambos

modelos mediante la programacion de uso diario. No se considera mas sistemas de control en la

lınea base, debido a que la programacion de uso anual se modela basandose en los requerimientos

obligatorios.

La cuantificacion del aporte de cierto tipo de control automatico, se logra disminuyendo la

potencia instalada por los factores entregados en Tabla 3.16. Solo se podra considerar un sistema

de control por espacio y la variacion dependera del tamano de la zona y horas de operacion. Otro

sistema de control, no considerado en esta metodologıa podra modelarse ajustando la programacion

de uso u otra forma, entregando informacion adecuada y debidamente justificadas.

Tabla 3.16: Factor de ajuste sistemas de control de iluminacion.



Control automatico mediante sensores de iluminacion natural no se incluyen en la lınea base,

pero podran modelarse en el diseno propuesto. Idealmente estos controles se deberan analizar

mediante software de calculo y analisis dinamico, que contenga algoritmos para obtener el nivel de

iluminacion natural durante el ano.


Capıtulo 4

Analisis Diseno Tradicional

63


El presente capıtulo aborda el consumo energetico del diseno tradicional y su respectiva lınea

base, segun metodologıa de cuantificacion del desempeno energetico del apendice G ((ASHRAE

90.1-2007)). Se compone de dos temas principales: Caracterizacion de modelos y Analisis de diseno

tradicional (ver Figura 4.1).


1. La caracterizacion de modelos aborda las propiedades y otras consideraciones necesarias en

los modelos de simulacion energetica. Donde se incluyen las caracterısticas de envolvente,

iluminacion y sistema HVAC; ademas de los supuestos de ocupacion tomados para los modelos

de simulacion energetica, para el Edificio Moneda (diseno tradicional) y su lınea base para

cada zona climatica en cuestion.

2. Debido a consumos superiores a los de la lınea base, que indican un diagnostico ineficiente;

se agrega el estudio el analisis del comportamiento energetico. Reconociendo las causantes de

consumos elevados, entre las que se encuentran: iluminacion ineficiente, falta de sistemas de

control y alta ganancia solar a traves de fachada vidriada.



4.1. Caracterısticas de Modelos: Edificio Tradicional y Lınea Base

El proyecto moneda, emplazado en el centro de Santiago, esta destinado a ocupacion de oficinas.

Se compone de 21 niveles y 5 subterraneos, con una superficie total de 17025 m2 y 6232 m2

respectivamente, donde:

Niveles primero y segundo se destinan a comercio y hall de entrada (doble altura). La superficie

se desglosa en 1648 m2 modelados como comercio y 134 m2 sin ocupacion (zona de escaleras

y ascensores)

Los niveles tercero a veintiunavo se proyecta como plantas libres, sin divisiones interiores, que

permiten al ocupante disponer libremente del espacio.

El proyecto presenta 2 plantas tipo: Pisos 3 al 11 con 839 m2 y pisos 12 al 21 con 657 m2 (64

m2 y 67 m2 sin ocupacion respectivamente). La zonificacion de cada planta se adecua a los

requerimientos del apendice G, formando una franja de 5 m desde el perımetro exterior (ver

Figuras 4.2 y 4.3 ).

Figura 4.2: Zonificacion de modelo, Planta tipo 3 a 11.



Figura 4.3: Zonificacion de modelo, Planta tipo 12 a 21.

Subterraneos solo se considera para calculos de ventilacion e iluminacion. La Superficie total

corresponde a 5772 m2 y 341 m2 sin ocupacion (zona de escaleras y ascensores).

El resumen de superficies del proyecto se entrega en Tabla 4.1. La mayor parte del edificio se

modela como espacios libres, sin divisiones y zonificados de acuerdo a metodologıa de cuantificacion

energetica (segun orientacion y franja equidistante a 5 [m] del perımetro).

Tabla 4.1: Superficies Edificio Moneda.



El resumen de los modelos y consideraciones para simulacion energetica del diseno tradicional

(proyecto inicial) del Edificio Moneda y su lınea base ((ASHRAE 90.1-2007)), se detalla a continuacion:

Ocupacion: La ocupacion del proyecto moneda se modela para una densidad ocupacional

(cantidad de personas porm2) de 0, 1 personas porm2. La actividad realizada se clasifica como

trabajo liviano, produciendo una carga termica de 120 W/persona y un factor de ponderacion

0, 9 relacionado al genero (mujeres y ninos). Ası se modela una carga total por unidad de

superficie de 10, 8 W/m2. El perfil de ocupacion se considera de lunes a viernes entre las

7 : 00 y 19 : 00 hrs, como se muestra en Figura 4.4.

Figura 4.4: Perfil de ocupacion.

Iluminacion: La iluminacion del edificio se modela siguiendo los niveles de iluminacion

necesarios para crear 500 lx en oficinas y comercio y 150 lx en estacionamientos, la carga

termica dependera de la tecnologıa especificada en cada diseno (tradicional y lınea base),

considerando el total de LPD como carga termica (ASHRAE, 2009). El perfil de iluminacion

se considera de lunes a viernes entre las 7 : 00 y 19 : 00 hrs, como se muestra en Figura 4.5.

Figura 4.5: Perfil de iluminacion.



Operacion Sistema HVAC: La operacion del sistema de climatizacion esta configurada

para mantener la temperatura interior entre los 20◦C y los 24◦C, solo se considera esta

configuracion en las zonas de oficinas y recepcion. La disponibilidad del sistema HVAC sigue

el perfil de iluminacion (ver Figura 4.5).

Los niveles de ventilacion se configuran para suministrar aire fresco a una tasa de 10l/s por

persona.

Otros equipos: Se considera una carga adicional relacionada a equipamiento computacional

de 15 W/m2, este valor es referencial y sigue el perfil de uso de la iluminacion (ver Figura

4.5).



Envolvente: El resumen comparativo de la envolvente para el diseno tradicional y la lınea

base de las zonas climaticas del edificio estudiado en este trabajo se muestra en Tabla 4.2. Se

nota cambios en las condiciones de borde en zona 3, donde se permiten mayores perdidas por

conveccion, pero se requiere alto control de radiacion al exigir un SHGC de 0, 25.

Tabla 4.2: Envolvente tradicional y lınea base segun zonificacion climatica



Sistema HVAC: Las caracterısticas modeladas para los sistemas de climatizacion de ambos

modelos se entregan en Tabla 4.6. El sistema HVAC Tradicional, responde a un equipamiento

de distribucion a volumen constante tipo Fancoil, suministrado por chillers enfriados por aire

(CoP 3, 18) y resistencia de calor para calefaccion (CoP 1).

El sistema HVAC de la lınea base (apendice G ((ASHRAE 90.1-2007))) esta modelado de

acuerdo a los requerimientos exidos por la metodologıa en sı. Se considera para todos los

casos, un CoP de refrigeracion de 5, 5, correspondiente a las exigencias de eficiencia para

enfriadores tipo tornillo (screw) con capacidad mayor a 1051 kW, (ver Tabla 3.10).

Figura 4.6: Comparacion sistemas de climatizacion tradicional y lınea base.



Iluminacion: Se entrega el resumen de densidad de potencia instalada en iluminacion y

superficie de los modelos tradicional y su lınea base, segun clasificacion del metodo espacio

por espacio. La potencia instalada del modelo tradicional corresponde a un sistema de tubos

fluorescentes tradicionales con un nivel de eficiencia de 4, 9 W/100lx-m2, lo que se adecua a

los niveles requeridos en comercio y oficinas de 500 lx, y para estacionamientos 150 lx.

Tabla 4.3: Resumen Potencia Instalada en Iluminacion.

Este resultado da indicios de un diseno bajo los niveles del estandar, reconociendo un consumo

de iluminacion que esta cercano a duplicar los niveles de la normativa en estudio con un valor

204% superior en potencia instalada. Donde el 80% de la potencia pertenece a las zonas de

oficinas del edificio. Especificar un sistema adecuado de iluminacion es una potencial estrategia

de diseno, cuyo aporte esta incluido en este trabajo.



4.2. Analisis Diseno Tradicional

El resultado del diseno tradicional para cada zona en estudio se muestra en Tabla 4.4, se

observa que no se cumple con el desempeno mınimo estimado por el metodo de cuantificacion

del desempeno energetico del apendice G ASHRAE 90.1-2007. Llegando a valores de consumo

energetico, en Antofagasta, de hasta un 47% por sobre la lınea base. Surge ası, el analisis de las

causas que provocan dichos desempenos energeticos deficientes.

Tabla 4.4: Resultados desempeno energetico diseno tradicional

Para poder observar de mejor manera el comportamiento de los modelos, es necesario desglosar

los consumos por tipo de uso final, la distribucion de los distintos consumos permite una comprension

de la participacion que cada uno de los topicos tratados en el estudio tiene en el consumo total. Los

resultados se muestran en Tabla 4.5 y Tabla 4.6. Con la informacion anterior se podra comprender

la importancia y participacion de la intensidad de uso de los distintos agentes involucrados en

el consumo anual. El analisis involucra realizar modificaciones en el diseno arquitectonico, de

las especialidades de iluminacion y de sistemas computacionales, en pro de menores ganancias

interiores.

Tabla 4.5: Analisis diseno tradicional, desglose de consumos por zona climatica

Tabla 4.6: Analisis lınea base, desglose de consumos por zona climatica



Figura 4.7: Consumo Edificio Moneda, diseno tradicional y lınea base, Santiago.

Figura 4.8: Consumo Edificio Moneda, diseno tradicional y lınea base, Concepcion.



Figura 4.9: Consumo Edificio Moneda, diseno tradicional y lınea base, Antofagasta.

4.2.1. Elevado Consumo de Iluminacion

La potencia instalada en iluminacion llega a representar el 50% del consumo anual en la

propuesta tradicional con un consumo de 190 kWh/m2. Segun resumen de iluminacion propuesta,

se especifican 24, 5 W/m2 en espacios de oficinas, lo que se considera excesivo al observar y

comparar dichos valores con los ındices de eficiencia de mejores tecnologıas (ver Tabla 3.12), donde

practicamente se duplica la potencia de iluminacion de la lınea base.

Se observa entonces la predominancia de consumos de iluminacion del diseno tradicional. Se

debera tener en cuenta estrategias de diseno que disminuyan el consumo en iluminacion. Considerando

tecnologıas con potencias instaladas de iluminacion adecuadas, cumpliendo con los niveles requeridos

por el estandar. Ademas de la implementacion de sistemas de control que enciendan las luminarias

solo cuando sea necesario.

La implementacion de un sistema de iluminacion eficiente disminuira las cargas del Sistema

HVAC, mas se agrega el analisis que enfatiza las altas ganancias por radiacion solar a traves de su

envolvente translucida, resaltando la implicancia de la fachada en los consumos energeticos anuales.

4.2.2. Balance Energetico y Ganancias Interiores

Una vez analizado el desglose de consumos energeticos, se agrega el balance energetico de los

edificios para cada ciudad en estudio (ver Figuras 4.10, 4.11 y 4.12). Dicho balance consiste en una

grafica que muestra el desglose de ganancias de calor que se produce en las zonas acondicionadas



(eje positivo) y el consumo asociado a refrigeracion necesario para suplir dichas cargas termicas (eje

negativo). El balance clarifica el comportamiento termico de la edificacion, mostrando cuales son

los topicos que aportan mayor cantidad de calor y son objetivos para aplicar medidas que permitan

disminuir la carga termica a las zonas. Se entrega el balance energetico mensual, el cual permite

observar el comportamiento del edificio a lo largo del ano.

Figura 4.10: Balance energetico mensual, diseno tradicional Santiago.

Figura 4.11: Balance energetico mensual, diseno tradicional Concepcion.



Figura 4.12: Balance energetico mensual, diseno tradicional Antofagasta.

Se observa en los balances energeticos la predominancia del consumo de aire acondicionado (al

contrario de los requerimientos de calefaccion). Lo anterior se debe a un alto aporte de calor debido

a la radiacion entrante a traves de las ventanas, sobrecalentando la edificacion y requiriendo aire

acondicionado en el transcurso de practicamente todo el ano. Sin importar la zona climatica, la

radiacion solar se presenta como ganancia interna de mayor relevancia, llegando en Antofagasta a

valores de 55% del total (ver Tabla 4.7). La importancia de una fachada vidriada con un coeficiente

de ganancia solar (SHGC) bajo sera una medida adecuada y paralela al enfoque de disminucion de

cargas internas, como lo es la especificacion de un sistema de iluminacion de baja potencia.

Tabla 4.7: Ganancias de calor por radiacion y total anual kWh/ano−m2.

4.2.3. Porcentaje vidriado

Las tendencias arquitectonicas actuales requieren de amplias superficies vidriadas, especificando

generalmente muros cortina en este tipo de edificaciones. La relacion ventana-muro del diseno

tradicional llega al 77% del total de muros, disminuir dicha relacion implicara menores ganancias

interiores, reduciendo los consumos de refrigeracion en epocas de verano.



Se muestra en Tabla 4.8, Figuras 4.13 y 4.13; el analisis parametrico del consumo anual y

ganancias solares, al variar en el modelo tradicional el porcentaje vidriado (40%, 60%, 70% y 85%

de la fachada), para la ciudad de Antofagasta:

Tabla 4.8: Analisis parametrico porcentaje vidriado, Antofagasta.

Figura 4.13: Consumo anual en funcion del porcentaje vidriado, Antofagasta.

Figura 4.14: Ganancias de calor total y solar a traves de ventanas en Antofagasta.

4.2.4. Coeficiente de Ganancia Solar

La tecnologıa del termopanel a utilizar es un factor importante a considerar, debido al coeficiente

de ganancia solar SHGC que represente la radiacion incidente que traspasa hacia el interior del

edificio, generando ganancias de calor. Se analizan tres tipos de paneles vidriados, presentando

deversos ındices de ganancia solar y detallados en Tabla 4.9.:



1. Termopanel de bajas prestancias: Se refiere a la propuesta tradicional, doble panel

simple de espesor 6mm con capa de aire intermedia.

2. Termopanel estandar: Se considera solucion constructiva de gran tinteado que cumple

con los requerimientos del codigo (ASHRAE 90.1, 2007), en zona 4.

3. Termopanel de altas prestancias: Considera tecnologıa Low-e, la que mediante la aplicacion

de una capa mineral de baja emitancia en una de las caras interiores de los paneles vidriados,

mejora el control solar disminuyendo el coeficiente solar SHGC manteniendo altos valores de

transmitancia de luz visible.

Tabla 4.9: Caracterısticas de vidrios analisis de fachada.

Se resume las caracterısticas de las distintas opciones para fachada vidriada propuestas, agregando

el analisis parametrico del consumo anual en Tabla 4.9. Los resultados de las simulaciones para

cada zona climatica en estudio se muestran en Tabla 4.10. Se observa una proporcionalidad en los

consumos anuales, en terminos de consumo anual y ganancias solares.



Tabla 4.10: Tabla de resultados analisis SHGC.

Figura 4.15: Consumo anual de edificio tradicional segun termopanel.



Figura 4.16: Ganancia solar para distintos tipos de termopanel.

Figura 4.17: Consumo de equipo enfriador Fancoil para distintos tipos de termopanel.

Se observa la proporcionalidad de las ganancias solares en terminos de la transmitancia termica

solar total y su coeficiente caracterıstico SHGC, lo importante a notar en Figura 4.16 y Figura 4.17

es la influencia de la climatologıa en el comportamiento de la edificacion. Se destaca que para

niveles de radiacion similares e igualdad de ganancia solar en Santiago y Concepcion, los consumos

del sistema de refrigeracion son diferentes. Esto se debe a las perdidas por conduccion, que al

ser mayores en Concepcion (clima mas frıo), compensan las ganancias interiores en los espacios y

provocando finalmente una baja en la demanda de frıo y que la planta enfriadora de agua presente

menores consumos (ver Figura 4.17).

4.2.5. Tecnologıa y comportamiento del sistema HVAC

El comportamiento del sistema HVAC depende tanto de las demandas y utilizacion de espacios;

como de las caracterısticas del sistema primario o planta, y de su sistema de distribucion. El

comportamiento de este tipo de mecanismos es tan diverso como cantidad de combinaciones y

sistemas exista. Cada diseno de un sistema de clima requiere de un modelo que sea capaz de emular

el comportamiento tanto de las prestancias, como de los consumos asociados a cada una de sus



partes.

Se analiza en este estudio, dos tipologıas de sistemas HVAC, el primero responde a las practicas

actuales nacionales y pertenecen al diseno proyectado inicialmente en el Edificio Moneda. Este

consiste en un sistema tipo Fan Coil para suplir demandas de frıo, de ventiladores constantes y una

planta (sistema primario) basada en un enfriador de agua chiller enfriado por aire. La calefaccion

se suple in situ con resistencias electricas incluidas en cada unidad terminal.

En segunda instancia, se considera el sistema HVAC propuesto en la lınea base del apendice

G del codigo ((ASHRAE 90.1-2007)), variacion del sistema anterior, enfriador de agua tipo chiller

y resistencia electrica, pero con un sistema secundario del tipo VAV. El que se compone de una

distribucion que incluye un ventilador de caudal regulable por piso y cajas de distribucion en

paralelo con ventiladores mas pequenos de volumen constante que permiten la recirculacion de aire

a su vez.


Capıtulo 5

Estrategias de Diseno

82


Basado en el analisis del capıtulo anterior, se presentan variantes del diseno tradicional, las

que se entienden como estrategias de diseno pensadas en un desempeno energetico mejor al del

estandar ((ASHRAE 90.1-2007)). Los resultados de dichas estrategias se evaluan para cada ciudad

considerada en el estudio, segun metodologıa de cuantificacion del desempeno energetico (BPRM).

Las estrategias son las siguientes:

Estrategia 1: Potencia Instalada (LPD) y Control de Iluminacion

Estrategia 2: Fachada

Estrategia 3a: Diseno Integral de Iluminacion y Fachada con Sistema HVAC ((ASHRAE

90.1-2007))

Estrategia 3b: Diseno Integral de Iluminacion y Fachada con Sistema HVAC Tradicional




5.1. Estrategia 1: Potencia Instalada (LPD) y Control de Iluminacion

La estrategia propuesta a continuacion, esta enfocada en la disminucion de los consumos de

iluminacion mediante la incorporacion de un sistema de alta eficiencia, comparado con el diseno

tradicional, y controlado por sistemas automaticos.

Sistema Iluminacion propuesto: Sobre la base de los niveles de iluminancia de cada

tecnologıa, se debera proponer como estrategia de diseno, potencias instaldas de al menos 2,4

W/m2− 100lx para cumplir con 12 W/m2 (500 lx en oficinas). Se considera un sistema con

tecnologıa Fluorescente T8 y balastos electromagneticos de segunda generacion, de eficacia

1,5 W/m2 − 100lx lo que segun cada requerimientos de uso, resulta en las densidades de

potencia entregados en Figura 5.2.

Figura 5.2: Sistema iluminacion fluorescente T8 y balastos electromagneticos

La sola implementacion de tecnologıas eficientes reducira considerablemente el consumo anual,

como la propuesta anterior implica una reduccion estimada en un 62% del consumo de

iluminacion tradicional, un sistema de control automatico aumentara dicho consumo.

Tabla 5.1: Resumen LPD para Estrategia 1: LPD y Control.

Control de Iluminacion: El control de la iluminacion se puede abarcar mediante diversas

formas, el metodo de cuantificacion del desempeno energetico considera reducciones por

sensores de presencia y timers programables entre un 10% y un 15% de la potencia instalada

en cada zona. Otro tipo de control, mas complejo, consiste en el control de los niveles de



iluminacion mediante sensores fotovoltaicos, debidamente calibrados y conectados con un

sistema de control que nivela las luminarias de diversas formas.

Se propone un sistema de control fotovoltaico lineal, ajustando los niveles de iluminacion

artificial entre un 30% y un 100% la potencia total, dependiendo de los niveles de iluminacion

natural cuando estos presenten valores entre un 20% y un 100% de iluminacion necesaria.

Figura 5.3: Control de Iluminacion para Estrategia 1:LPD y Control.

Los ahorros energeticos de esta medida se podran cuantificar una vez simulado el modelo

computacional. Se muestra en Tabla 5.2 el resultado de la estrategia completa de iluminacion y

control.

Tabla 5.2: Consumos anuales, Estrategia 1: LPD y Control.

Con respecto al diseno tradicional, la estrategia presenta variaciones en el consumo como se

muestra en Tabla 5.3, los valores de consumo de la estrategia se entregan referenciados porcentualmente

a los obtenidos en el diseno tradicional. El porcentaje de disminucion final de la estrategia en

promedio es de un 43% en relacion al consumo total anual (57% del consumo tradicional). Se

comprueba la relevancia de un sistema de iluminacion que al incorporar control en sus instalaciones,

aumenta los ahorros energeticos estimados en 62% sin control alguno a un 33% (promedio) con

respecto al consumo de iluminacion de la lınea base.



Tabla 5.3: Porcentaje de consumo de estrategia iluminacion con respecto a diseno tradicional.

Tabla 5.4: Cuantificacion Estrategia 1, segun Building Performance Rating Method

La implementacion de la estrategia anterior, por si sola permite el cumplimiento con el metodo

del apendice G ampliamente, como se muestra en Tabla 5.4. Se observan aumentos en los consumos

de calefaccion, los que se deben a la baja en las cargas termicas, aumento que no influye en el

consumo total, como se aprecia en Figuras 5.4, 5.5 y 5.6.

Figura 5.4: Consumos estrategia 1: LPD + Control y lınea base en Santiago.



Figura 5.5: Consumos estrategia 1: LPD + Control y lınea base en Concepcion.

Figura 5.6: Consumos estrategia 1: LPD + Control y lınea base en Antofagasta.



5.2. Estrategia 2: Fachada

La segunda estrategia considera variaciones en la fachada, pensadas en la disminucion de las

ganancias termicas interiores debidas a la radiacion. Se propone el diseno de una fachada que busca

el equilibrio entre la opacidad y la prestancia solar del termopanel.

Fachada vidriada con control solar: Se refiere a la seleccion adecuada de un panel vidriado

de altas prestancias, se propone el cristal referenciado por ASHRAE para la zona climatica

4. El comportamiento de estos valores analizado en punto 4.1.3, no cumple por si solo con los

niveles de consumo del estandar.

Opacidad: Se propone un nivel de opacidad de 30% de la fachada (relacion ventana muro

0,64), ası se lograr en conjunto con la superficie vidriada un desempeno de la envolvente que

disminuya las cargas termicas del sistema de clima.

Tabla 5.5: Consumos anuales, Estrategia 2: Fachada.

Tabla 5.6: Variacion de estrategia Fachada con respecto a diseno tradicional.

Los resultados obtenidos, disminuyen en promedio un 9% el consumo anual con respecto al

edificio tradicional, se debe considerar la densidad de potencia instalada totalmente ineficiente que

los modelos mantienen y un aumento en los consumos en calefaccion debido a disminucion de cargas

termicas, lo que resulta en los desempenos segun el apendice G entregados en Tabla 5.7 y Figuras

5.7 a 5.9.



Tabla 5.7: Cuantificacion Estrategia Fachada segun Performance Rating Method

Figura 5.7: Consumos estrategia 2: Fachada en Santiago.

Figura 5.8: Consumos estrategia 2: Fachada en Concepcion.



Figura 5.9: Consumos estrategia 2: Fachada en Antofagasta.

Los valores de cuantificacion negativos se deben principalmente a iluminacion ineficiente, esto

se clarifica en Tabla 5.8, destacando que con la implementacion de la fachada propuesta se logra

una disminucion considerable de la ganancia solar, la que disminuye hasta valores en promedio de

un 40% del total de carga solar del diseno tradicional.

Se observa entonces la importancia de abordar el edificio como un sistema completo, donde

de nada sirve realizar esfuerzos en especificar una fachada eficiente, si de manera paralela se

esta especificando una iluminacion de alto consumo, que como se observo en seccion 4,2,1, aumenta

considerablemente el consumo energetico. El comportamiento termico de la estrategia de fachada

se observa en Figuras 5.10, 5.11 y 5.12

Tabla 5.8: Aporte solar estrategia de fachada.



Figura 5.10: Balance energetico fachada propuesta y tradicional, Santiago.

Figura 5.11: Balance energetico fachada propuesta y tradicional, Concepcion.



Figura 5.12: Balance energetico fachada propuesta y tradicional, Antofagasta.



5.3. Estrategias 3a y 3b: Diseno Integral de Iluminacion y Fachada

En funcion de los resultados obtenidos en las estrategias anteriores, se entrega como tercera

opcion un diseno integral de los mecanismos tratados en el estudio (Envolvente, Iluminacion y

Sistema HVAC), donde se trata el edificio como un sistema completo, con un diseno enfocado en

la reduccion de cargas termicas y un consumo de iluminacion controlado a traves de baja densidad

de potencia. Las caracterısticas del diseno se resumen a continuacion:

Iluminacion: El sistema de iluminacion propuesto, esta pensado para tener potencias instaladas

similares a las exigidas por el estandar en espacios de oficinas (12 W/m2). Se considera

la implementacion de tecnologıa de tubos fluorescentes T12 y balastos electromagneticos

(Bordoni (2010)), con las especificaciones de eficiencia y potencia instalada en Figura 5.13.

Se considera ademas la reduccion debido a sensores de ocupacion, que segun la metodologıa

del estandar corresponde a un 15% de reduccion en la potencia instalada.

Figura 5.13: Sistema Iluminacion T12 con balasto electromagnetico

Tabla 5.9: Iluminacion propuesta Estrategia 3 y lınea base ((ASHRAE 90.1-2007))

Fachada: Para la disminucion de cargas termicas se propone, ademas de la baja propia del

sistema de iluminacion, una fachada con SHGC 0, 4 lo que materializa con el termopanel

propuesto en la estrategia anterior y un 30% de opacidad. De esta manera se predispone un

diseno similar a la lınea base la que debera presentar, por ende, similar desempeno.



Sistemas HVAC: Se analiza el comportamiento de los dos sistemas de climatizacion tratados

en el estudio:

• Estrategia 3a: Sistema HVAC propuesto por ASHRAE volumen de aire variable con

unidades terminales paralelas (VAV with PFP boxes) suministradas por chillers enfriados

por aire (CoP 5, 5).

• Estrategia 3b: Sistema HVAC tradicional en base a Fancoil suministrados por chillers

enfriado por aire (CoP 3, 18) y resistencia electrica.

Si bien las demandas termicas seran identicas, el consumo de energıa varıa debido a diversas

caracterısticas, entre las que se encuentran: eficiencia sistemas primarios, implementacion de ciclos

nocturnos, eficiencia y uso de ventiladores, etc. Los resultados obtenidos se muestran en Tablas

5.10 y 5.11.

Tabla 5.10: Resultados Estrategia 3a, Sistema HVAC ((ASHRAE 90.1-2007))

Tabla 5.11: Resultados Estrategia 3b, Sistema HVAC Tradicional

El resultado corrobora las variaciones en el consumo energetico de los distintos sistemas

HVAC, y lo complejo que se vuelve poder comparar entre distintas tecnologıas y comportamientos

(ASHRAE, 2009). Se muestra en Figuras 5.14, 5.15 y 5.16; el balance energetico de ambos sistemas

HVAC, mostrando algunas de las caracterısticas un comportamiento termico similar.



Figura 5.14: Balance termico Estrategia 3, Santiago

Figura 5.15: Balance termico Estrategia 3, Concepcion

Figura 5.16: Balance termico Estrategia 3, Antofagasta

Finalmene se entregan los resultados segun el Metodo de Cuantificacion del Desempeno Energetico

(Building Performance Rating Method), lo que cumple con el estandar con los valores en Tablas

5.12 y 5.13:



Tabla 5.12: Cuantificacion energetica Estrategia 3a: Diseno Integral Sistema HVAC ((ASHRAE90.1-2007)).

Tabla 5.13: Cuantificacion energetica Estrategia 3b: Diseno Integral Sistema HVAC Tradicional.

Ambas estrategias de diseno estan enfocadas para obtener consumos energeticos inferiores a

los del estandar ((ASHRAE 90.1-2007)), se observan diferencias en el consumo de climatizacion y

ventilacion para ambos modelos con distinto sistema HVAC. Lo anterior refleja un comportamiento

diferente en consumos energeticos para un mismo edificio, pero con diferentes sistemas de clima.

Esto se observa en Figuras 5.17, 5.18 y 5.19.

Figura 5.17: Consumos estrategia 3: Diseno Integral y lınea base en Santiago.



Figura 5.18: Consumos estrategia 3: Diseno Integral y lınea base en Concepcion.

Figura 5.19: Consumos estrategia 3: Diseno Integral y lınea base en Antofagasta.



5.4. Resumen

Se presenta en tabla resumen 5.14 el consumo energetico estimado para las 4 estrategias de

diseno y el porcentaje de ahorros con respecto a la lınea base segun metodologıa de cuantificacion

energetica ((ASHRAE 90.1-2007)).

Tabla 5.14: Resumen del desempeno energetico para estrategias de diseno.


Capıtulo 6

Analisis de Inversion

99


Una forma para dicernir y tener mejores argumentos en la toma de decisiones es el analisis

economico de los ahorros energeticos, entendidos como un beneficio a raız de un aumento en la

inversion. La factibilidad para implementar una estrategia de diseno (de eficiencia energetica) se

obtiene al calcular el valor presente de los flujos economicos de la inversion inicial y de los ahorros

energeticos que provocan flujos positivos.

V NA =∑

Vi/(1 + k)t − I0 (ec. 5.1)

Donde

Vi: Beneficio economico debido a conservacion de energıa, [$/m2]

k: Tasa de descuento considerada

t: Cantidad de perıodos considerados

I0: Inversion extra de implementacion estrategia eficiencia, [$/m2]

El criterio de decision, propuesto en este trabajo, para aceptar la inversion de alguna de las

estrategias de diseno, se basara mediante los siguientes topicos:

Energıa Conservada: La energıa conservada corresponde a la diferencia entre los consumos

energeticos del Edificio Moneda (diseno tradicional) y del diseno considerando las estrategias

de diseno. Este criterio psee un enfoque energetico, a diferencia del aumento y periodo de

retorno de la inversion.

Aumento de Inversion: Corresponde al valor estimativo del aumento en la inversion del

proyecto, de considerar las modificaciones tratadas en las estrategias de diseno del capıtulo

anterior.

El valor cotizado en la implementacion de cada estrategia de diseno solo es referencial y

responde a estimaciones de primera instancia, basados en la experiencia profesional de especialistas

en el area de diseno de edificaciones y eficiencia energetica. La informacion recopilada es

entregada gracias a la disposicion y buena fe de los senores: Joaquın Reyes, Ingeniero Civil

Mecanico, Cintec S.A.; Rodrigo Perez, Ingeniero en Climatizacion, IDIEM Universidad de

Chile; Pablo Canales, Arquitecto, IDIEM Universidad de Chile; Alejandro Castro, Arquitecto,

EnergyArq; Alain J. Kaczorowski, Especialista fachadas vidriadas, AGC.

Perıodo de Retorno: El perıodo de retorno correponde al tiempo necesario para que los

los flujos equiparen la inversion, este valor se obtiene por inspeccion simple al calcular el

valor actual neto (ec. 5.1) para distintos perıodos. Se espera que en un proyecto de eficiencia

energetica, el perıodo de retorno no supere los 3 a 5 anos. La tasa de descuento considerada

es 8%, 10% y 12% anual, valores asociados a proyectos inmoviliarios.



La informacion utilizada en el analisis de inversion se detalla a continuacion:

6.1. Ahorros Energeticos

Los consumos energeticos (mensuales) de los modelos tradicional y las 4 estrategias de diseno

se muestran en Tabla 6.1, dichos valores estan calculados segun la metodologıa dada por el metodo

de cuantificacion energetica Performance Rating Method. Los ahorros de cada estrategia estan

calculados en comparacion al consumo del diseno tradicional.

El consumo energetico de cada edificio (tradicional y estrategias de diseno) esta calculado en

base a simulaciones computacionales dinamicas, que consideran diversos supuestos de ocupacion y

condiciones de borde. Provocando diferencias con los consumos que se obtendrıan efectivamente en

las edificaciones. La variabilidad dependera de elementos, tales como: supuestos de ocupacion diaria,

operacion de sistemas de iluminacion, data climatica, nivel de infiltraciones y otras consideraciones.

Debido al nivel de incertidumbre en los ahorros calculados de acuerdo a la metodologıa de

cuantificacion del desempeno energetico, se consideran tres escenarios donde dichos valores son:

10%, 50% y 100% del total de ahorros calculados para las 4 estrategias de diseno. Los ahorros

totales para cada estrategia se muestran en Tabla 6.2.

Tabla 6.1: Consumos energeticos mensual estrategias de diseno y diseno tradicional.



Tabla 6.2: Ahorros energeticos anuales estrategias de diseno en base a diseno tradicional.

6.2. Tarifa

Se considera adecuado para auditorıas de eficiencia energetica, utilizar el precio marginal de la

energıa. De tener una tarificacion real que considera valores fijos o base (por ejemplo uso de sistema

de distribucion o potencia instalada), estos seran iguales para ambos edificios en comparacion y los

ahorros economicos corresponderan entonces al costo marginal. (Efficiency Valuation Organization,

2009)

El precio de la energıa utilizado en este estudio es precio monomico real, entregado por la

Comision Nacional de Energıa y que correponden a 47, 3 [$/kWh] para Santiago y Concepcion (SIC,

mayo 2011) y 43, 9 [$/kWh] para Antofagasta (SICNG, mayo 2011). Debido a la alta variabilidad

en el coste de la energıa (ver Figura 6.1), se proponen 3 escenarios cuyos valores se resumen en

Tabla 6.3.

Precio actual (mayo 2011)

Aumento tarifario (valor promedio de los ultimos 10 anos mas la desviacion estandar)

Baja tarifaria (valor promedio de los ultimos 10 anos menos la desviacion estandar)



Figura 6.1: Variacion del costo energetico en Chile. (CNE, Ministerio de Energıa).

Tabla 6.3: Tarifas actual y promedio ultimos 10 anos. (CNE, Ministerio de Energıa).



6.3. Estrategia 1: Potencia Instalada (LPD) y Control de Iluminacion

Los costos asociados a sistemas de iluminacion dependeran de la calidad tecnica y de la

experiencia de los especialistas en diseno de iluminacion interior. Los costos referenciales para

los sistemas tradicional y propuestos en la estrategia LPD + Control, se entregan en Tabla 6.4.

Tabla 6.4: Aumento de Inversion Estrategia de Diseno 1, LPD y Control de Iluminacion.

El ahorro mensual, aumento de inversion y flujos anuales, se entregan en Tablas 6.5 y 6.6. Se

compara con un valor de inversion total de 18 [UFm2 ] para construccion sin habilitacion de oficinas y

33 [UFm2 ] de tratarse con habilitacion de oficinas.

Tabla 6.5: Costos de Inversion Estrategia 1: LPD + Control.

Tabla 6.6: Ahorros energeticos y tarificacion energetica. Estrategia 1: LPD + Control.



Se entrega en Tabla 6.7 el periodo de retorno y la energıa conservada de la estrategia de diseno

1: LPD y Control de iluminacion, para los distintos escenarios considerados.

Tabla 6.7: Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 1.



6.4. Estrategia 2: Fachada

Los costos asociados al cambio en estrategia de fachada dependen de la superficie vidriada,

superficie opaca y caracterısticas del diseno. Los costos referenciales para los sistemas tradicional

y propuestos en la estrategia Fachada, se entregan en Tabla 6.8.

Tabla 6.8: Aumento de Inversion Estrategia de Diseno 2, Fachada.

El ahorro mensual, aumento de inversion y flujos anuales, se entregan en Tablas 6.9 y 6.10. Se

compara con un valor de inversion total de 18 [UFm2 ] para construccion sin habilitacion de oficinas y

33 [UFm2 ] de tratarse con habilitacion de oficinas.

Tabla 6.9: Costos de Inversion Estrategia 2: Fachada.



Tabla 6.10: Ahorros energeticos y tarificacion energetica. Estrategia 2: Fachada.

Se entrega en Tabla 6.11 el periodo de retorno y la energıa conservada de la estrategia de

diseno 2: Fachada, para los distintos escenarios considerados.

Tabla 6.11: Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 2.



6.5. Estrategia 3a: Diseno Integral con Sistema HVAC ASHRAE

90.1-2007

Los costos asociados a la estrategia 3, engloban diversas especialidades, entre las que se

encuentran: Fachada, iluminacion y sistemas HVAC. Los costos referenciales para los sistemas

tradicional y propuesto, para la estrategia Diseno Integral de Iluminacion y Fachada con HVAC

((ASHRAE 90.1-2007)), se entregan en Tabla 6.12.

Tabla 6.12: Aumento de Inversion Estrategia de Diseno 3a.

El ahorro mensual, aumento de inversion y flujos anuales, se entregan en Tablas 6.13 y 6.14.

Se compara con un valor de inversion total de 18 [UFm2 ] para construccion sin habilitacion de oficinas

y 33 [UFm2 ] de tratarse con habilitacion de oficinas.

Tabla 6.13: Costos de Inversion Estrategia 3a.

Tabla 6.14: Ahorros energeticos y tarificacion energetica. Estrategia 3a.

Se entrega en Tabla 6.15 el periodo de retorno y la energıa conservada de la estrategia de

diseno 3a:Diseno Integral con Sistema HVAC ((ASHRAE 90.1-2007)), para los distintos escenarios



considerados.

Tabla 6.15: Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 3a.



6.6. Estrategia 3b: Diseno Integral con Sistema HVAC Tradicional

Los costos asociados a la estrategia 3b, engloban diversas especialidades, entre las que se

encuentran: Fachada, iluminacion, sistema HVAC. Los costos referenciales para los sistemas tradicional

y propuesto, para la estrategia Diseno Integral de Iluminacion y Fachada con Sistema HVAC

Tradicional, se entregan en Tabla 6.16.

Tabla 6.16: Aumento de Inversion Estrategia de Diseno 3b.

El ahorro mensual, aumento de inversion y flujos anuales, se entregan en Tablas 6.17 y 6.18.

Se compara con un valor de inversion total de 18 [UFm2 ] para construccion sin habilitacion de oficinas

y 33 [UFm2 ] de tratarse con habilitacion de oficinas.

Tabla 6.17: Costos de Inversion Estrategia 3b.

Tabla 6.18: Ahorros energeticos y tarificacion energetica. Estrategia 3b.

Se entrega en Tabla 6.19 el periodo de retorno y la energıa conservada de la estrategia de diseno

3b:Diseno Integral con Sistema HVAC Tradicional, para los distintos escenarios considerados.



Tabla 6.19: Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 3b.



6.7. Resumen

En resumen, se obtienen los resultados mostrados en tabla 6.20

Tabla 6.20: Periodo de retorno y energıa conservada para Estrategia 3b.

Figura 6.2: Energıa conservada y periodo de retorno estrategias en Santiago.

Figura 6.3: Energıa conservada y periodo de retorno estrategias en Concepcion.



Figura 6.4: Energıa conservada y periodo de retorno estrategias en Antofagasta.


Capıtulo 7

Conclusiones

114


De los objetivos y resultados

Se comprueba que el diseno del proyecto (diseno tradicional) no cumple con los niveles de

consumo asociados al estandar ((ASHRAE 90.1-2007)), presentando consumos energeticos superiores

a la lınea base en un 37%, 35% y 47% para las ciudades de Santiago, Concepcion y Antofagasta

respectivamente. Dicha falencia se debe principalmente a dos caracterısticas:

Sistema de iluminacion ineficiente, basado en tubos fluorescentes de tecnologıa antigua, con

ındices de consumo de [ Wm2

−100lx], esto implicara en espacios de oficinas una potencia instalada

de 24, 5 [ Wm2 ] duplicando practicamente el consumo de iluminacion de la lınea base (12 W/m2)

y llegando a una participacion del 50% del consumo total. Un rango esperado para sistemas

de iluminacion eficiente es 1 a 2 [ Wm2

−100lx], valores representativos para tubos fluorescentes

tipo T8 o T5.

Fachada vidriada de bajas prestancias, sin dispositivos de sombreamiento con altas ganancias

solares SHGC 0, 7. Lo que se califica como malas practicas, especialmente en relacion a la

cantidad de superficie vidriada, que para los disenos de edificaciones comerciales corresponde a

un 77% del total de muros. Lo anterior implica elevada ganancia solar y un sobrecalentamiento

de la edificacion, aumentando el consumo en aire acondicionado (chiller).

Las estrategias de diseno muestran los resultados entregados en Tabla 7.1, donde se observa

que las soluciones presentadas en el trabajo y enfocadas en encontrar consumos energeticos menores

a los del estandar ((ASHRAE 90.1-2007)), permitiendo ahorros energeticos considerables en relacion

al consumo del diseno tradicional. Los criterios de decision presentados en el analisis de inversion

implican en lo siguiente:

Al considerar la energıa conservada por cada una de las estrategias como criterio de decision,

se observan mayores ahorros al implementar las estrategias 1 (LPD y Control) y 3b (Diseno

Integral con sistema HVAC tradicional), con ahorros promedio de 151 y 140 kWh/ano−m2,

representando un 33% y un 31% del consumo tradicional (proyecto original).

El periodo de retorno de la inversion conduce a la implementacion de las estrategias de diseno

2 o 3b (Fachada y Diseno Intergral con HVAC tradicional)observando retornos entre 2 y 4 anos

promedio respectivamente. La variacion de estos valores es de 68% y 42% respectivamente.

Tabla 7.1: Resumen de Estrategias de Diseno.



Finalmente se recomienda un diseno del proyecto que considere integralmente las caracterısticas

de fachada y los sistemas mecanicos de iluminacion y climatizacion de ambientes. De nada servirıa

enfocar el diseno en implementar solo uno de los topicos tratados en el trabajo por separado (fachada

eficiente, iluminacion o un sistema de climatizacion adecuado). Se observa ası la interaccion y

complementariedad de estrategias de diseno que, en relacion al consumo de energıa; entregan al

disenador estimaciones del impacto que conlleva especificar una u otra tecnologıa. Se propone

considerar:

Sistema de iluminacion baja potencia instalada

Control de regulacion y apagado automatico de iluminacion

Cristales de baja transmitancia solar y Opacidad de fachada

Control adecuado de sistema HVAC



De la metodologıa

Se observa en este trabajo, una metodologıa enfocada para ser utilizada en el proceso de

concepcion de un proyecto, con la que se aumenta la capacidad de analisis y seleccion tecnico-economica

de sistemas enfocados en buen desempeno energetico. Se reconocen distintas caracterısticas en la

metodologıa que hacen variar el consumo energetico anual estimado en contraste con los niveles de

consumo que se observaran una vez terminado el proyecto e iniciada la ocupacion de este.

Entre dichas caracterısticas resaltan los supuestos de ocupacion y funcionamiento de los sistemas

involucrados, estimando valores y horarios de ocupacion con valores adecuados a este tipo de

edificaciones segun la realidad nacional. Si bien esta caracterizacion es adecuada, los consumos

energeticos reales variaran, lo anterior se corrobora al comparar los resultados de los estudios

(Pareja y Sielfeld, 2007) y (Cabrera y Sielfeld, 2008) donde se observan consumos electricos de

109, 8 [kWh/m2], con una desviacion tıpica de 48, 3 [kWh/m2]).

La calibracion de los modelos computacionales para la obtencion de valores reales de consumo

necesita de un seguimiento in situ, implementando sistemas de medicion y control de cada uno de los

elementos consumidores de energıa. Permitiendo ası obtener una caracterizacion correcta y de mayor

detalle en la utilizacion de espacios y sistemas ( de iluminacion, clima y equipos computacionales)

que implique en modelos computacionales adecuados para la realizacion de asesorıas de eficiencia

energetica a edificaciones ya construidas.

Finalmente se reconoce en la simulacion energetica una herramienta potente de analisis de

edificaciones en la etapa de concepcion y diseno de los proyectos, la que se sustenta en comparaciones

y que considera la interaccion de los distintos sistemas mecanicos con la edificacion y la climatologıa

del lugar de emplazamiento.


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118

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