Energía en Edificaciones

En el Instituto de Energías Renovables (IER) de la UNAM formamos el Grupo de Investigación en Energía en Edificaciones (GEE). En este grupo realizamos investigaciones básicas con el objetivo de entender y describir los flujos de energía y materia, en particular la transferencia de calor y la ventilación, que afectan el comportamiento térmico de las edificaciones. También realizamos investigaciones aplicadas con el objetivo de mejorar las condiciones de confort térmico al interior de las edificaciones y de reducir el uso de energía para su calentamiento o enfriamiento. Creamos herramientas y metodologías para la evaluación del desempeño térmico de componentes de la envolvente de una edificación. El GEE brinda asesorías a empresas o particulares interesados.

Integrantes

Estudiantes asociados

Doctorado

Maestría

Licenciatura

Investigaciones básicas

Dentro de las investigaciones básicas hemos estudiado la convección natural que ocurre cerca de una pared vertical parcialmente calentada, fenómeno que se presenta por ejemplo en muros con ventanas [1-3]. Hemos estudiado la convección y ventilación en habitaciones interconectadas, donde un sistema de aire acondicionado en una habitación sirve para enfriar ambas habitaciones [4-6] y el trasporte de calor en habitaciones con techos fríos [7-9]. Actualmente estudiamos la transferencia de calor a través de muros y techos de la envolvente en edificaciones no climatizadas y en edificaciones climatizadas [10-18], la ventilación producida por intercambiadores de viento en combinación con una ventana a barlovento o a sotavento [19] y la ventilación generada por el efecto combinado de diferencias térmicas con el exterior y el viento. Estas investigaciones las llevamos a cabo con experimentos en edificios de escala natural o en modelos de laboratorio y con simulaciones numéricas.

Investigaciones aplicadas

Dentro de las investigaciones aplicadas que hemos realizado está el estudio para el calentamiento del foro de la Sala de Conciertos Nezahualcóyotl de la misma UNAM. En este estudio propusimos y analizamos varias alternativas para mejorar el confort térmico. Realizamos un estudio, a solicitud de la empresa Meccano de México, para mejorar la sustentabilidad de casas monolíticas de concreto. Hicimos mediciones y simulaciones numéricas de casas construidas con este sistema, propusimos mejoras en el diseño y en los materiales. Se construyó una casa modelo en Torreón, Coahuila en la que se logró aumentar en 50% el tiempo en confort térmico y en caso de que se usara un sistema de climatización, el ahorro de energía para enfriamiento con aire acondicionado sería del 50%. También estamos estudiando diversas estrategias de enfriamiento de bajo consumo de energía para edificaciones localizadas en climas cálido subhúmedo [20] y el efecto de la sombra árboles y edificios vecinos para el confort térmico [21]. Hicimos el diseño arquitectónico de un edificio para un Centro de Investigación de la empresa Forza Global Solutions S.A. de C.V el cual se planea construir en Parque Científico y Tecnológico del Estado de Morelos. En el proyecto se incluyeron estrategias bioclimáticas y de enfriamiento de bajo consumo de energía.

Recientemente concluimos la coordinación y el desarrollo de un proyecto patrocinado por el Fondo de SENER-Conacyt Sustentabilidad Energética en el que participaron los siguientes grupos: Arquitectura Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco, Programa de Arquitectura de la Universidad de Sonora, Facultad de Arquitectura y Diseño de la Universidad de Colima, Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo de la Universidad Autónoma de Tamaulipas y un grupo de Ingeniería Mecánica del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico. En este proyecto realizamos un estudio de campo para determinar el uso de sistemas pasivos bioclimáticos en la vivienda en cinco zonas del país. Encontramos que existe un gran potencial de mejora, ya que muy pocos sistemas pasivos se utilizan en las viviendas que se ofertan en venta en la actualidad [22-23]. Dentro de este proyecto desarrollamos una herramienta numérica de acceso gratuito vía internet, Ener-Habitat (http://www.enerhabitat.unam.mx), que permite comparar el desempeño térmico de sistemas constructivos de techos y muros de la envolvente de edificaciones, con aplicación en más de 80 ciudades de la República Mexicana y estamos incluyendo ciudades de otros países, previa solicitud. Actualmente seguimos aumentando y mejorando la herramienta Ener-habitat en cuanto a la inclusión de nuevos sistemas constructivos y de más ciudades en las que se pueden realizar las simulaciones.

En el CeMIE-Sol tenemos el proyecto Laboratorio de Edificaciones Sustentables para Desarrollo y Evaluación Sistemas Solares Pasivos (P207450/43) donde participa, además de nuestro grupo, el Programa de Arquitectura de la Universidad de Sonora. Este proyecto inició en marzo de 2014 y tiene una vigencia de 3 años.

Divulgación

Los integrantes del GEE hemos escrito varios artículos de divulgación para acercar los conocimientos del área de energía en edificaciones a arquitectos y constructores y al público en general [24-29].

Consultoría en diseño bioclimático y confort térmico de edificaciones

Damos consultoría y asesoría a arquitectos, a constructores y al público en general que deseen construir edificaciones que consuman la menor cantidad posible de energía para su climatización, así como a todos aquellos que deseen mejorar las condiciones de confort térmico en alguna edificación existente o en proceso de diseño.

Referencias

1. Tovar R, Rojas J, Cedillo M L, 2004. Development of a wall plume from a boundary layer along a partially heated vertical wall. Int. Com. Heat and Mass Trans. 31(4), 561-571.

2. Barrios G, Rechtman R, Rojas J, Tovar R, 2005. The lattice Boltzmann equation for natural convection in a two-dimensional cavity with a partially heated wall. J.Fluid Mech. 522, 91-100.

3. Rojas J, Tovar R 2010 Transition on a Partially Heated Vertical Wall. Heat Transfer Engineering 31(10), 862-869.

4. Tovar R, Linden P F, Thomas L P, 2007. Hybrid ventilation in two interconnected rooms with a buoyancy source. Solar Energy Journal 81(5), 683-691.

5. Tovar R, Campo Garrido C A, Thomas L P , Linden P F, 2009. Buoyancy-driven flow in two interconnected rooms: effects of the exterior vent location and size. ASME J. Solar Energy Engineering 131, 021005 1-6.

6. Thomas L P, Marino B M, Tovar R, Linden P F, 2008. Buoyancy-driven flow between two rooms coupled by two openings at different levels. J. Fluid Mech. 594, 425-443.

7. Castillo J A, Tovar R, 2011. Transient cooling of a room with a chilled ceiling. Solar Energy 86(4), 1029-1036.

8. Thomas L P, Marino B M, Tovar R, Castillo J A, 2011. Flow generated by a thermal plume in a cooled-ceiling system. Energy and Buildings 43, pp 2727-2736.

9. Thomas L P, Marino B M, Tovar R, Castillo J A, 2011. Convection generated by a small heat source in a box with a cooled upper contour at constant temperature. Journal of Physics: Conference Series 296, 012022.

10. Barrios G, Huelsz G, Rechtman R, Rojas J, 2011. Wall/Roof thermal performance differences between air-conditioned and non air-conditioned rooms. Energy and Buildings 43, 219-223.

11. Barrios G, Huelsz G, Rojas J. 2012 Thermal performance of envelope wall/roofs of intermittent air-conditioned rooms. Applied Thermal Engineering 40, 1-7.

12. Barrios G, Huelsz G, Rojas J, Ochoa J. M, Marincic I. 2012 Envelope wall/roof thermal performance parameters for non air-conditioned buildings. Energy and Buildings 50, 120-127.

13. Rojas J, Barrios G, Huelsz G, Tovar R, Jalife-Lozano S, Thermal performance of two envelope constructive systems: measurements in non air-conditioned outdoor full-scale test cells and simulations. En prensa en Journal of Building Physics. DOI: 10.1177/1744259115591993.

14. Barrios G, Casas J M, Huelsz G, Rojas J, Ener-Habitat: An online numerical tool to evaluate the thermal performance of homogeneous and non-homogeneous envelope walls/roofs. En prensa en Solar Energy.

15. Huelsz G, Rechtman R, Rojas J 2009. Altos valores de la resistencia térmica no aseguran un buen desempeño térmico de la envolvente de una edificación. Memorias de la XXXIII Semana Nacional de Energía Solar, ANES, Guadalajara, Jal., 28 septiembre- 3 octubre 2009, ABC-050, 237-240.

16. Barrios G, Huelsz G, Rojas J, 2011. Evaluación de sistemas constructivos de la envolvente en edificaciones con aire acondicionado intermitente. Memorias de la XXXV Reunión Nacional de Energía Solar, ANES, Chihuahua, Chi. 2011 ABC-9, 1-4.

17. Barrios G, Elías P, Huelsz G, Rojas J, 2010. Análisis de indicadores del desempeño térmico de la envolvente de una edificación no climatizada. Memorias de la XXXIV Reunión Nacional de Energía Solar, ANES, Guanajuato, Gto, 2010 ABC-65, 1-6.

18. Barrios G, Salas M, Huelsz G, Rojas J, Ochoa J M, Barrera I, 2011. Herramienta numérica para la evaluación térmica de la envolvente de una edificación. Memorias de la XXXV Reunión Nacional de Energía Solar, ANES, Chihuahua, Chi. 2011 ABC-14, 1-6.

19. Cruz-Salas M V, Castillo J A, Huelsz G. 2014 Experimental study on natural ventilation of a room with a windward window and different windexchangers. Energy and Buildings 84,458-465.

20. Rojas J, Huelsz G, Tovar R, Elías-López P, Alpuche M G, 2009. Confort térmico mediante ventilación nocturna en un auditorio bioclimático en clima cálido subhúmedo. Memorias de la XXXIII Semana Nacional de Energía Solar, ANES, Guadalajara, Jal., 28 septiembre- 3 octubre 2009, ABC-052, 241-246.

21. Sima E, Chagolla MA, Huelsz G, Tovar R, Alvarez G, Tree and neighboring buildings shading effects on the thermal performance of a house in a warm sub-humid climate. Building Simulation 8(6) 711-723. DOI 10.1007/s12273-015-0247-2.

22. Huelsz G, Ochoa J M, Elías-López P, Gómez A, Figueroa A, 2011. Uso de sistemas pasivos de climatización en cinco zonas de la República Mexicana. Memorias de la XXXV Reunión Nacional de Energía Solar, ANES, Chihuahua, Chi. 2011 ABC-32, 1-6.

23. Castillo J A, Lira-Oliver A, Muñoz J J, Ramírez C A, Juárez S N, Rojas J, Huelsz G, 2011. Uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco Morelos con clima cálido semihúmedo. Memorias de la XXXV Reunión Nacional de Energía Solar, ANES, Chihuahua, Chi. 2011 ABC-33, 1-6.

24. Castillo J A, Cruz-Salas M V, Huelsz G, Tovar R, 2016. Ventilación natural: su importancia en la eficiencia energética de edificaciones. En prensa en Revista Esencia y Espacio, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco, Instituto Politécnico Nacional (IPN). No. 40.

25. Huelsz G, 2012. Ener-Habitat, Obras, Año XXXIX, No. 471, 105-106. (Grupo Expansión obrasweb.mx)

26. Barrios G, Huelsz G, Rojas J, 2015. Ener-habitat: herramienta para mejorar el desempeño térmico de la envolvente arquitectónica de edificaciones. Aceptada para ser publicada en la Revista Eficiencia Energética del Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE).

27. Huelsz G, Rojas J, Barrios G, Castillo JA, 2015. Auxiliar en el diseño bioclimático. Mundo HVACR, Octubre, 34-37.

28. Rojas J, Huelsz G, Tovar R, Barrios G, Lira-Oliver A, Castillo A. 2010 Energía y confort en edificaciones, Revista.unam.mx Revista Digital Universitaria ISSN: 1607-6079 Octubre de 2010 Vol. 11, No. 10, http://www.revista.unam.mx/vol.11/num10/art92/

29. Huelsz G, Sierra-Huelsz J.A.. 2013. Hacia edificaciones más sustentables, Revista.unam.mx Revista Digital Universitaria ISSN: 1607-6079 Septiembre de 2013 Vol. 14, No. 9, http://www.revista.unam.mx/vol.14/num9/art29/

30. Jaramillo M, Rojas J, Tovar R, Huelsz G, 2015. Evaluación de un sistema de enfriamiento evaporativo en el auditorio Tonatiuh del IER-UNAM. XXXIX Semana Nacional de Energía Solar, Campeche, México.