Caracterización de sistemas de enfriamiento evaporativo indirecto en cubiertas para obtener confort higrotérmico en edificaciones en climas cálido-húmedos

Abstract

En el área de diseño arquitectónico, la problemática ambiental actual en el mundo debido al calentamiento global por el alto consumo de energía convencional, ha generado la preocupación por realizar investigaciones, en donde el principal objetivo es reducir el consumo energético. En la República mexicana, el consumo de energía eléctrica es provisto en un 88% al sector residencial y es empleada principalmente en sistemas de climatización, ya que el 27% del país presenta condiciones de climas cálidos o tropicales. El diseño arquitectónico bioclimático permite, por medio de sistemas pasivos, proveer condiciones de confort al interior de las edificaciones sin la utilización de sistemas activos y, en el caso de climas cálidos, existen diversas técnicas para obtener enfriamiento en los espacios habitables. La presente investigación aborda técnicas pasivas de enfriamiento para reducir el consumo energético en climas cálido-húmedos en donde el objetivo fue caracterizar diferentes estrategias de enfriamiento evaporativo indirecto. El trabajo se realizó en la Ciudad de Mérida en modelos físicos a escala en donde se implementaron diferentes estrategias de enfriamiento en la cubierta con base en el sistema de techo-estanque, modificando los materiales. En el experimento 1 se empleó agua y en el 2 se colocó un material de cambio de fase (aceite de coco) encapsulado en una placa de policarbonato de 6 mm. Se realizaron mediciones durante 20 días en periodos de bajo y sobrecalentamiento; y en el caso del aceite de coco se consideró el periodo más desfavorable, el periodo de sobrecalentamiento. Los resultados demostraron que los cinco sistemas de enfriamiento, tanto con empleo de agua, como con aceite de coco encapsulado, presentaron una reducción de la TBS al interior de los espacios investigados. El Módulo 5 sin embargo es el experimento que mostró los mejores resultados reduciendo la TBS en 3.7 K (agua) y 4.9 K (aceite de coco).

In the area of architectural design, the current environmental problem in the world due to global warming because of the high consumption of conventional energy has generated concern for conducting research, where the main objective is to reduce energy consumption. In the Mexican Republic, 88% of electricity consumption is provided to the residential sector and is mainly used in air conditioning systems, since 27% of the country has hot or tropical climate conditions. The bioclimatic architectural design allows, through passive systems, to provide comfort conditions inside the buildings without the use of active systems and, in the case of hot climates, there are different techniques to obtain cooling in living spaces. This research addresses passive cooling techniques to reduce energy consumption in hot-humid climates where the objective was to characterize different indirect evaporative cooling strategies. The work was carried out in the City of Merida on physical scale models where different cooling strategies were implemented in the roof based on the roof-pond system, modifying the materials. In Experiment 1 water was used and in Experiment 2 a phase change material (coconut oil) encapsulated in a 6 mm polycarbonate plate was placed. Measurements were made for 20 days in periods of low and overheating; and in the case of coconut oil, the most unfavorable period was considered, the period of overheating. The results showed that the five cooling systems, both with the use of water and with encapsulated coconut oil, showed a reduction of the TBS inside the investigated spaces. Module 5 however is the experiment that showed the best results reducing its DBT by 3.7 K (water) and 4.9 K (coconut oil).