NORMATIVIDAD PARA EFICIENCIA ENERGÁTICA Y SU APLICACIÓN EN EDIFICIOS PARA LA SALUD

NORMATIVIDAD PARA EFICIENCIA ENERGÁTICA Y SU APLICACIÓN EN EDIFICIOS PARA LA SALUD José M. Ochoa, Irene Marincic, María G. Alpuche, E. Alejandro Duarte, Luis A. Vargas Departamento de Arquitectura, Universidad de Sonora, Blvd. Luis Encinas y Rosales s/n, Centro, Hermosillo, Sonora, CP 83000, México, Teléfono: +52(662) 259-2179, Fax: 259-2180, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected].

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

Aun cuando en México casi el 70 % del territorio nacional tiene climas cálidos ya sea secos o húmedos, en los que se requiere acondicionamiento ambiental en casas y edificios, no es obligatorio diseñar y construir edificios con características de adecuación climática. Esto puede tener diversas causas, como combustibles baratos o subvencionados, falta de educación e interés por el medioambiente, entre otros factores. A pesar de que existen diversas normas oficiales mexicanas (NOM) que podrían contribuir con el objetivo de exigir edificaciones más sustentables, su aplicación no es obligatoria en tanto no se integren a los reglamentos de construcción locales, situación que en México no se ha dado de forma generalizada. El municipio de Hermosillo, Sonora, en el noroeste de México, es uno de los precursores en el país en la aplicación de las mencionadas normas, ya que desde 2006 está en consulta pública en el Instituto Municipal de Planeación de Hermosillo una propuesta de Norma Técnica Complementaria al reglamento de construcción de la ciudad, que establece los requerimientos de diseño y construcción para la eficiencia energética en envolvente de edificaciones, tomando como base la NOM-008-ENER con correcciones y adaptaciones al ámbito regional. En el presente trabajo se presentan las principales características de la norma propuesta, así como su aplicación como estudio de caso del proyecto del Hospital General de Caborca, Sonora, actualmente en construcción.

México tiene una variedad de climas que van desde el templado hasta el cálido seco y el cálido húmedo, sin embargo pese a esta variedad de climas, más del 70% corresponde a climas cálidos y de este 70% casi el 50% es clima seco o muy seco (figura 2). Aunque predomina el clima cálido, existen regiones del territorio nacional, particularmente la zona norte y las regiones montañosas, donde estacionalmente se presentan bajas temperaturas (INEGI, 2006). Esto significa que, en la mayoría del territorio, los espacios construidos tienen que integrar, en algún sentido, tecnologías de acondicionamiento ambiental. A partir de los años cuarenta, pero sobre todo cuando México se volvió una potencia petrolera, el país experimentó un acelerado proceso de urbanización, sobre todo en el norte del país, por la actividad industrial y agrícola, y en las zonas costeras, debido a la pesca y al turismo. Ciudades como Mexicali, Hermosillo o Chihuahua, pudieron crecer hasta superar los 600 mil habitantes, todo esto gracias a la disponibilidad de energía eléctrica a precios subvencionados. Lo anterior se refleja en el Balance Nacional de Energía (SENER, 2006), que en la publicación del 2006 indica que del total de la energía consumida en México, casi el 20% corresponde a edificios del sector residencial, comercial y público y si consideramos la energía utilizada para la construcción, fabricación y transporte de materiales de construcción, esa cifra podría elevarse, como señala Mazria (2003) casi al 45%. De esa energía, el 89% se produjo a partir de la quema de hidrocarburos, con el consecuente aporte de gases de invernadero y contaminación ambiental. A pesar de lo anterior, el sector de la construcción en México, sobre todo el sector habitacional, no ha experimentado cambios que reflejen una preocupación por el medioambiente, el ahorro de energía ni el confort de los usuarios, por lo regular las viviendas se diseñan y construyen bajo criterios predominantemente comerciales. Sin embargo, la presión internacional, a través de la divulgación de los efectos de la contaminación ambiental y del uso excesivo de energía sobre el efecto invernadero, han propiciado una mayor consciencia en la población sobre temas ecológicos y ambientales, lo que hace necesaria mayor regulación por parte del gobierno, desde luego acompañado de programas de capacitación y campañas de divulgación y educación.

ABSTRACT Although in Mexico climate conditions over 70% of the territory are hot humid and arid, there is not mandatory to design and construct buildings with energy saving and sustainable characteristics. There are some Official Mexican Regulations (NOM) that contemplates energy efficiency aspects in buildings; but its observance is not obligatory, unless the municipal governments adopt the NOM as a local regulation. The municipality of Hermosillo in Sonora, north of Mexico, is one of the pioneers in this field, since 2006 the Municipal Institute of Urban Planning is studying the adoption of the NOM-008ENER1 as complementary local regulation (NTC) with some adaptations to regional climate. The main characteristics of the proposed NTC, as well as one case study are analyzed in this paper. Palabras clave: eficiencia energética, construcción sustentable, arquitectura bioclimática. 1

Official Mexican Regulation on the energy efficiency of the envelope of non-residential buildings

Figura 1 Distribución de las zonas climáticas en el mundo (Yeang, K. 1994)

LA NORMATIVIDAD ENERGÉTICA EN MÉXICO

CLIMA Y CONSUMO DE ENERGÍA

Los programas gubernamentales sobre eficiencia energética han sido sobre todo de tipo remedial, es decir que actúan una vez que el edificio o la casa ya están construidos, centrándose básicamente en colocar aislamiento térmico en cubiertas e instalar equipos eficientes de aire acondicionado, iluminación y electrodomésticos, entre otras acciones, (programa ASI de la CFE). Aunque estas acciones han ahorrado miles de pesos a los usuarios en pago de facturas eléctricas, podrían tener más impacto si se incluyeran desde la concepción misma del proyecto arquitectónico. Consciente de esto, el gobierno federal a través de la CONAE, con la participación de diferentes sectores públicos y privados, ha redactado normas que permiten mejorar diversos aspectos de la eficiencia energética de las edificaciones nuevas, destacándose la NOM-008-ENER sobre la Eficiencia energética en edificaciones, envolvente de edificaciones no residenciales y el anteproyecto de la NOM-020-ENER dedicada a edificios residenciales. La aplicación de estas normas depende de que cada municipio del país la implemente como parte de su reglamentación, tal y como lo marca la Constitución de los Estados Unidos Mexicanos. El municipio de Hermosillo, Sonora, en México, es uno de los precursores en el país en la aplicación de las mencionadas normas, ya que desde 2006 está en consulta pública en el Instituto Municipal de Planeación de Hermosillo una propuesta de Norma Técnica Complementaria al reglamento de construcción de la ciudad, que establece los requerimientos de diseño y construcción para la eficiencia energética en envolvente de edificaciones, tomando como base las citadas Normas Oficiales Mexicanas, efectuando correcciones y adaptaciones al ámbito regional. En el presente trabajo se presentan las principales características de la norma propuesta, así como su aplicación en diversos estudios de caso locales.

El estado de Sonora está ubicado al noroeste de México entre los 26 y 32 grados de latitud norte, lo que lo ubica en la franja de climas desérticos a nivel mundial (ver figura 1), es aquí donde se localiza la zona más árida del país: el Desierto de Altar. En cuanto a la distribución climática, la mayor parte de la superficie del estado tiene clima cálido seco (59%) y muy cálido muy seco (23%), ubicado sobre todo en las llanuras de la zona occidental sobre la costa del Mar de Cortés (INEGI 2006). Por otra parte, la influencia altitudinal de la Sierra Madre Occidental, ubicada al oriente de la entidad, se manifiesta en temperaturas menos cálidas y en lluvias más abundantes con respecto a las de las zonas muy secas, secas y semisecas Su clima es templado, abarcando el 19% del territorio (ver figura 2). Esta predominancia de clima cálido seco, obliga a que por lo menos durante 6 meses al año se requiera la utilización de algún sistema de acondicionamiento ambiental. Por ejemplo, una familia típica de 4 integrantes en Hermosillo la capital del estado, durante los meses considerados templados (noviembre a abril), tiene un consumo de energía eléctrica en promedio de 450 kWh. Pero durante el período de verano que va de mayo a octubre el consumo oscila entre los 900 y 1500 kWh, considerando viviendas que tienen algún tipo de aislamiento térmico en el techo y que cuentan con equipo de aire acondicionado de reciente adquisición. Lo anterior, aún con la tarifa preferente de la Comisión Federal de Electricidad 2 (1F) representa un gasto grande para las familias de ingresos medios y bajos. Para poder acceder a la tarifa 1F, la localidad deberá tener una temperatura media durante el verano de 33 grados centígrados como mínimo3. 2

La CFE es la empresa paraestatal mexicana que se encarga de la producción, distribución y comercialización de la energía eléctrica en el país. 3 Fuente: http://www.cfe.gob.mx/aplicaciones/ccfe/tarifas

El alto consumo de energía eléctrica, no sólo representa, como ya se mencionó, un problema económico para la población, también lo es para la CFE que debe cubrir un fuerte incremento en la demanda durante la mitad del año. Por otro lado está el problema ambiental, ya que la mayor parte de esta energía se genera en plantas termoeléctricas que queman combustibles fósiles. Esto da pie a una situación, que bien podría ser tema de otro trabajo: a pesar de que el estado de Sonora reúne las condiciones óptimas para el aprovechamiento de energía solar, hasta la fecha las aplicaciones son escasas, circunscribiéndose a algunas aplicaciones para bombeo de agua en el sector rural y otras para calentar agua de uso doméstico. Aunque desde el 2008 existe una Ley de Fomento a las Energías Renovables y la Eficiencia Energética, todavía no hay nada respecto de aplicaciones concretas. -114°

108°

N

32°

CALIDO HUMEDO CALIDO SUB-HUMEDO CALIDO SECO CALIDO MUY SECO TEMPLADO

26°

Figura 2. Distribución de los climas en México (modificado de INEGI 2006)

INICIATIVA MUNICIPAL En el año 2005 se formó, a iniciativa del gobierno municipal de la ciudad de Hermosillo, la Comisión de Redacción de Normas Técnicas Complementarias al Reglamento de Construcción del Municipio de Hermosillo en Materia de Eficiencia Energética, constituida por diversos organismos del gobierno municipal, asociaciones gremiales, cámaras industriales y comerciales e instituciones de educación superior. Dicha comisión tenía la encomienda de redactar la Norma Técnica Complementaria al Reglamento de Construcción del Municipio de Hermosillo que estableciera los requerimientos de diseño y construcción para mejorar la eficiencia energética en envolvente de edificaciones: “Norma Técnica Complementaria para la Eficiencia Energética de la Envolvente de las Edificaciones” (NTC4E), tomando como referencia la NOM-008ENER-2001. Desde el 2006 el proyecto de norma se encuentra en consulta pública en el Instituto de Planeación Urbana de Hermosillo, la cual se puede consultar en su web site: http://www.implanhermosillo.gob.mx/ntc.html pero no se ha aprobado. Sin embargo los municipios de Guaymas y Caborca sí se interesaron en la citada norma, por lo que se fijaron los parámetros adecuados a su clima y la norma se aprobó con una salvedad: que no se aplicara a las viviendas con una superficie menor o igual a 50 m2, lo cual deja, desgraciadamente, desprotegidas a las personas con menores recursos económicos. La norma propuesta tiene como objetivo establecer los requerimientos técnicos de diseño y construcción que deben cumplir edificaciones que se pretendan construir, ampliar o

modificar en el municipio, a fin de disminuir la transferencia de calor a través de su envolvente, reduciendo el consumo de energía y garantizando en éstas un ambiente más confortable. En cuanto al campo de aplicación, la NTC4E es más amplia que la NOM-008-ENER, ya que esta última sólo abarca edificios no habitacionales, y para la norma propuesta se decidió que su aplicación abarcara también las edificaciones de tipo habitacional, ya que se pretende incidir directamente en la calidad de vida de la población, sobre todo en la de menores recursos económicos. Entre los edificios no habitacionales están considerados los siguientes:  Edificios para oficinas  Edificios para instituciones educativas  Edificios para establecimientos comerciales  Edificios para hospitales y clínicas  Edificios para hoteles y moteles  Edificios para restaurantes, bares y cafeterías  Bodegas  Edificios para recreación y cultura  Talleres de servicio  Edificios para carga y pasaje (Centrales de Pasajeros) Y como edificios habitacionales los siguientes:  Unifamiliar: o Vivienda en serie o Autoconstrucción o Popular o Vivienda Media o Vivienda Residencial  Multifamiliar: o Horizontal o Vertical Al igual que la NOM-008-ENER, la NTC4E utiliza un edificio de referencia que tiene las mismas características de volumen y superficie de la envolvente del edificio que se está proyectando, y fija el límite superior de las ganancias de energía térmica que debería tener éste a través de su envolvente. Como trabajo previo a la elaboración de la NTC4E, se analizó una muestra representativa de los edificios más recientes en la ciudad de Hermosillo, aplicando el método de prueba propuesto por la NOM-008-ENER .El resultado más frecuente fue que, aún los edificios considerados como grandes consumidores de energía, por ejemplo agencias automotrices o bancos con grandes ventanales, estos cumplían o se excedían muy poco en sus ganancias térmicas con respecto al edificio de referencia. Esto se debía a que, sin importar la superficie transparente en techos y fachadas del edificio proyectado, la del edificio de referencia permanencia fija en 40% de la superficie para muros y 5% para techos. Estos valores no corresponden con la tipología arquitectónica de los edificios locales, ya que el soleamiento excesivo es una característica del clima local y por lo regular los edificios cuentan con alguna protección al respecto, aunque no sea la óptima, o bien tienen una proporción reducida de área transparente. Como solución a lo anterior, se propuso para la NTC4E, que la superficie de las ventanas (fachada transparente) para el edificio de referencia variara en la misma proporción que el edificio proyectado, hasta el límite que marca la NOM-008ENER, que es de 40% y 5% de superficie transparente en muros y techos, respectivamente. Para los edificios habitacionales la superficie transparente en muros se consideró igual a la del edificio de referencia con un máximo de 10% de la superficie de

las fachadas. Los cambios en las dimensiones de las ventanas respetan en todo momento el reglamento de construcción local. Por otro lado, los valores del Coeficiente de Transferencia de Calor (K) de los elementos de la envolvente, son los correspondientes a la Región 2 del ANSI/ASHRAE Standard 90.1 y 90.2, tal y como lo indican las tablas 1 y 2. Tabla 1. Características del edificio no-habitacional de referencia. Elemento

Transparente

Opaca

Porcentaje del área total % Igual al edificio proyectado ó 5%, lo que sea menor Igual al edificio proyectado ó 95%, lo que sea mayor

Elemento

Porcentaje del área total %

Fachada transparente

Igual al edificio proyectado ó 40%, lo que sea menor Igual al edificio proyectado ó 60%, lo que sea mayor 100

Fachada opaca Colindancia opaca

Techo Coeficiente de transferencia de calor K (W/m2 ºK) 7.720

0.360

Pared Coeficiente de transferencia de calor K (W/m2 ºK) 6.930

Coeficiente de Sombreado CS 0.85

-----

Coeficiente de Sombreado CS 1

3.293

-----

3.293

-----

Tabla 2. Características del edificio habitacional de referencia. Parte

Opaca Transparente Parte

Fachada opaca*

Fachada opaca**

Fachada transparente

Techo Porcentaje del Coeficiente de área total transferencia de % calor K (W/m2 ºK) 100 0.477 0 ----Pared Porcentaje del Coeficiente de área total transferencia de % calor K (W/m2 ºK) Igual al edificio 1.481 proyectado ó 90%, lo que sea mayor Igual al edificio 0.857 proyectado ó 90%, lo que sea mayor Igual al edificio 3.802 proyectado ó 10%, lo que sea menor 100 1.481

Coeficiente de Sombreado CS --------Coeficiente de Sombreado CS -----

-----

1

Colindancia ----opaca* Colindancia 100 0.857 ----opaca** *Hasta tres niveles y conjunto horizontal con muros compartidos. **Más de tres niveles.

Tanto para edificios habitacionales como para no habitacionales, se aplican los siguientes parámetros: Temperatura equivalente promedio, Te (°C): Temperatura interior: 25 Superficie interior: 33 Techo: 48 Tragaluz y domo: 28 Para superficies verticales: Muro Masivo Norte 34 Este 38 Sur 35 Oeste 36

Muro Ligero 39 43 41 43

Ventana 29 30 31 31

Factor de ganancia solar promedio en ventanas, FG (W/m2): Tragaluz y domo: 322 Norte 70 Este 159 Sur 131 Oeste 164 Los valores de la resistencia térmica superficial a considerar para las capas de aire exterior e interior serán: 0.044 m2-K/W para exterior en cualquier posición; 0.12 m2-K/W para muro interior, y 0.16 m2-K/W para techo interior. Como anexos, se incluyeron tablas con las propiedades térmicas de sistemas constructivos y cerramientos más usados en la localidad. Aunque se pueden usar otros sistemas que no estén en la lista, estos deberán cumplir con las Normas Oficiales Mexicanas vigentes. El cálculo del balance térmico, así como el informe de los resultados, se hará de la misma forma que está propuesto en la NOM-008-ENER. Asimismo se elaboró una hoja de cálculo que facilita la aplicación de la metodología.

ESTUDIO DE CASO: HOSPITAL GENERAL DE CABORCA, SONORA En el campo de la Arquitectura, los edificios para la salud son uno de los tipos edilicios que presentan mayor complejidad en su programación y diseño, ya que plantean requerimientos de diversa índole: urbanos, tecnológicos y funcionales. Existen parámetros de confort ambiental que deben ser considerados en el diseño de los espacios hospitalarios, tales como niveles de iluminación, ventilación, ruido, temperatura ambiente y humedad, apropiados tanto para que el personal médico y sanitario lleve a cabo sus actividades, como para que los pacientes se sientan confortables, siendo estos últimos los más sensibles, debido a su estado de salud. En el presente artículo se describen los resultados de un proceso de diseño que se llevó a cabo entre un grupo interdisciplinario de especialistas y los arquitectos encargados del proyecto arquitectónico del Hospital General de Caborca. Después de realizar el análisis bioclimático, se plantearon pautas de diseño para mejorar las condiciones de confort térmico y lumínico de los usuarios, así como mejoras en la eficiencia energética y la integración de fuentes renovables de energía. Es importante destacar que la intervención por parte de los especialistas tuvo lugar desde las etapas tempranas del diseño del edificio, con lo que se logró tener más incidencia sobre el

desempeño del edificio, obteniendo una mejor relación costo beneficio como se muestra en la gráfica de la figura 3. En esta gráfica se muestra, de manera esquemática, que cuando el edificio es diseñado de manera integral, es decir que desde el inicio del proceso de diseño se toman en cuenta los aspectos bioclimáticos, la eficiencia energética y el confort ambiental del edificio tendrán un costo de implementación menor que si se trata de adaptar un proyecto ya terminado. Este costo es todavía mayor si la intervención se hace cuando el edificio está ya en uso.

Figura 3. Costo-beneficio del diseño bioclimático El Hospital General de Caborca es un edificio que tendrá una superficie construida de 4500 m2 dispuestos en una sola planta. Por su funcionamiento está dividido en cuatro áreas básicas: 1) Consulta externa, 2) Hospitalización, 3) Quirófanos, laboratorios e imagenología y 4) Servicios generales y cuarto de máquinas. Es un hospital de 30 camas censables, con servicio neonatología, toco cirugía, servicios quirúrgicos programados y servicios de urgencia con área de trauma. El área de consulta externa dará servicios de consulta de especialidades en seis consultorios. Análisis de sitio La ciudad de Caborca es la cabecera del municipio del mismo nombre está ubicada al noroeste del estado de Sonora, se localiza en el paralelo 30°42' de latitud norte y el meridiano 112°09' de longitud al oeste de Greenwich, a una altura de 289 metros sobre el nivel del mar. El municipio de Caborca cuenta con un clima seco cálido extremoso BW (h’)hw’’(x’)(e’), con una temperatura media máxima mensual de 40.9 °C en los meses de junio a septiembre. El período de lluvias se presenta en verano en los meses de julio y agosto contándose con una precipitación anual de 164 milímetros.

Figura 4. Vista aérea del terreno, donde se aprecia la relación del terreno con la trama urbana existente y con los relieves del terreno más cercanos. Se efectuó un análisis bioclimático del sitio con los datos meteorológicos, que no se presenta aquí, de donde se obtuvieron las estrategias de diseño. Como se puede apreciar en la imagen de la figura 4, el terreno designado para el proyecto del hospital (rectángulo negro) está situado en una zona escasamente urbanizada, donde hay poca relación con la trama urbana existente. Asimismo se puede apreciar que el terreno es predominantemente plano, no existen desniveles ni accidentes topográficos considerables. Tampoco se encontraron obstrucciones solares topográficas de consideración y de momento no existen edificios de gran altura en los alrededores. En cuanto a la vegetación existente en el sitio, no se apreció ninguna especie de relevancia, ya que el terreno había sido limpiado recientemente. De cualquier manera la vegetación no es abundante en la zona, ya que el clima es desértico, salvo la localizada en un arroyo pluvial que se encuentra en la colindancia Sur del predio. Recomendaciones de Diseño Bioclimático Las recomendaciones de diseño que a continuación se presentan tienen dos objetivos fundamentales: disminuir el consumo de energía por concepto de acondicionamiento ambiental (iluminación y aire acondicionado) y mantener condiciones aceptables de confort ambiental en el interior de los diferentes edificios del Hospital, así como de sus áreas exteriores, tanto las que son de servicio peatonal como las adyacentes a los edificios. En cuanto a la iluminación, las recomendaciones están encaminadas a proveer de iluminación natural siempre que sea posible y conveniente, a fin de mejorar las condiciones de confort lumínico de los ocupantes y favorecer el ahorro de energía eléctrica. Este apartado está dividido en diferentes secciones, una por cada tipo de estrategia y una más para las áreas exteriores. Cada sección contiene las recomendaciones de diseño así como una alternativa de solución técnica. Estrategias de Control de Ingreso del Calor Acabados Exteriores. Para superficies verticales como muros, parteluces, faldones y pretiles se recomiendan pinturas de colores claros cercanos al blanco con una reflectancia de 80-90% y con textura lisa para evitar la acumulación de polvo y arena. Para la azotea es recomendable una membrana impermeable de acabado liso y color blanco para obtener el mínimo de absorción de radiación solar.

No son recomendables los acabados de pintura tipo aluminio, ya que impiden el enfriamiento de la losa por las noches debido a su baja emisividad.

Para el cálculo y diseño de los elementos de sombra se utilizó un modelo informático, el cual se puede ver en la figura 7. También se utilizaron maquetas que se evaluaron con un heliodón (figuras 8 y 9).

Infiltración y Ventilación. Dadas las características sanitarias particulares del proyecto, no se utilizará la ventilación natural como estrategia de enfriamiento en los espacios in teriores. Todas las puertas y ventanas deberán ser de la mejor calidad posible y tener sellos para evitar la infiltración de aire exterior. Para proteger la envolvente del edificio del viento, tanto en la temporada cálida como la fría, se recomienda la implantación de barreras de árboles de especies perennifolias que protejan las fachadas Sur, Suroeste y Sureste. Sistemas Constructivos y Materiales Muros Exteriores. Para todos los muros exteriores se aconseja colocar aislamiento térmico por la cara exterior del muro. En la figura 5 se pueden ver los materiales recomendados para los muros exteriores de todas las zonas del edificio.

Figura 5. Esquema de ubicación de los materiales en los muros exteriores Cubiertas. Para las cubiertas de todas las zonas del edificio se aconseja colocar aislamiento térmico por la cara superior de la losa. La protección térmica se complementará utilizando concreto ligero con agregado de perlita mineral o perlas poliestireno, como relleno para dar la pendiente pluvial a la cubierta (figura 6).

Figura 7. Modelo utilizado para la simulación de las protecciones solares donde se puede apreciar la gráfica solar para las coordenadas geográficas de Caborca, hecho en EcoTec. El Edificio de Quirófanos, por la naturaleza de su función, debe estar completamente aislado del exterior, por lo que no cuenta con ninguna ventana ni abertura conectada directamente con el exterior. Asimismo, la zona de servicios tampoco tiene ventanas ni aberturas comunicadas con el exterior. Dado lo anterior, no se requiere de ningún dispositivo de control del soleamiento, salvo lo indicado en el apartado de “Acabados Exteriores” que ayuda a disminuir las ganancias de calor debidas a la incidencia de radiación solar. Para los edificios de Consulta Externa y Hospitalización se hacen las siguientes recomendaciones:  



 Figura 6. Esquema de ubicación de los materiales en la losa de azotea. Control del Soleamiento Las estrategias de control del soleamiento, están encaminadas a proteger de la incidencia de radiación solar directa los vanos y aberturas de las tres zonas del edificio del hospital. El principal objetivo es brindar protección durante la época más cálida y los equinoccios y permitir parcialmente el soleamiento durante la temporada más fría del año.

 

Para todas las ventanas y puertas de cristal se recomienda el uso de vidrio con baja transmitancia del calor y baja emisividad de radiación infrarroja. Para impedir la incidencia de la radiación solar directa, se han diseñado dispositivos pasivos de protección, que consisten en conjuntos de pérgolas que protegen los vanos y aberturas de la sección de consulta externa (figura 8) y de lamas verticales o parteluces que protegen las ventanas de las habitaciones de la zona de hospitalización (figura 9) de la radiación solar directa durante la mayor parte del año. La ubicación propuesta para dichos dispositivos se puede ver en la figura 10. Las proporciones de las lamas de las pérgolas y parteluces están calculadas específicamente para las coordenadas geográficas y orientación del edificio, por lo que si no se quiere disminuir o perder la efectividad del sistema, se deberán de conservar sus proporciones aun cuando se cambien las dimensiones de las lamas. El sistema constructivo será el que más convenga al proyecto arquitectónico y constructivo, siempre y cuando sea un material completamente opaco a la radiación solar, por ejemplo: lona opaca, panel W, multipanel, fibrocemento, ferrocemento, madera, lámina metálica o concreto armado, entre otros. Materiales como: lona traslúcida, malla-sombra, policarbonato o cualquier otro material traslúcido NO son recomendables. El color recomendado es blanco o un color claro muy cercano al blanco. Si se utiliza lona se recomienda una de espesor suficiente para que no deje pasar la luz.

Figura 8. Vista inferior de la maqueta de pruebas de la pérgola principal en el heliodón.

Figura 10. Ubicación de los dispositivos de protección solar

Figura 9. Vista de la maqueta de pruebas de los parteluces de la zona de hospitalización en el heliodón. Estrategias de Iluminación Natural Las estrategias de captación de la luz natural no sólo van encaminadas a sustituir parcialmente el uso de los sistemas de iluminación artificial para el ahorro de energía eléctrica. El tener un espacio iluminado naturalmente permite aumentar en gran medida el confort visual de los usuarios del mismo, contribuyendo a mejorar la eficiencia en el trabajo, así como las condiciones de salud física y anímica de los usuarios, lo que sin duda es importante en un hospital. Dado que la ciudad Caborca cuenta con un promedio a lo largo del año de 8.9 horas de sol por día, con pocos días nublados, la utilización de luz natural para proveer de niveles de iluminación suficientes a gran parte de las áreas del edificio, es viable. Las estrategias de iluminación natural aquí planteadas están dirigidas a captar la mayor cantidad de luz solar difusa, impidiendo la entrada de radiación directa (que aporta calor) a través de las aberturas de la envolvente. Están divididas en estrategias de captación y de distribución de la luz.

Figura 11. Propuesta de distribución de los sistemas de iluminación natural. Estrategias de captación de luz. Para la captación de la luz se han establecido básicamente dos estrategias: a través de ventanas y aberturas verticales de la envolvente y la captación cenital por medio de ductos de luz colocados en la cubierta del edificio. La utilización de uno u otro sistema dependerá de la posibilidad de colocar ventanas, ya sea por las características funcionales del espacio o por su ubicación dentro del edificio, lejos de las fachadas. También se contempla la captación mixta en espacios con mucha profundidad, donde la luz que pasa a

través de las ventanas no sea suficiente, como en el caso de las salas de espera de la zona de consulta externa y admisión. En el plano de la figura 11 están marcadas las zonas que estarán iluminadas a través de las ventanas y las que se propone que tengan ductos solares. En los espacios con captación mixta, cada zona en el interior de estos espacios está coloreada con el color correspondiente, según esté iluminada por las ventanas o por los ductos de luz. Todas las zonas que no están sombreadas tendrán solamente iluminación artificial. Estrategias de distribución de luz. Para la mejor distribución de la luz, se recomienda que todos los muros y plafones) de espacios interiores estén pintados de blanco o un color claro muy cercano a éste, con el fin de incrementar las reflexiones múltiples de luz. Para distribuir la iluminación cenital se utilizarán conductos de luz, ya que en algunos casos el plafón tiene más de 1 metro de espesor debido a la gran cantidad de instalaciones que alberga. El sistema está compuesto por una cabeza captora que generalmente va en la cubierta, un conducto de longitud variable, revestido en el interior de un material altamente reflectivo y un difusor en el extremo que da hacia el interior. En la figura 12 se puede ver un esquema del sistema recomendado.

Ubicación de la instalación solar Los colectores solares deberán estar ubicados en zonas libres de obstrucciones a cualquier hora del día. Lo más recomendable sería la azotea del edificio del Almacén General y Cuarto de Máquinas, ya que en ese sitio se ubicarán también las calderas. Si el área disponible no fuera suficiente, también pueden proponerse otras ubicaciones, dándoles a los colectores una utilidad agregada, por ejemplo como elementos de sombra para estacionamientos y otros espacios exteriores, preferentemente cercanos a las zonas de utilización. Los colectores deberán estar orientados hacia el Sur, con una inclinación con respecto al horizontal de 40 grados, con una separación suficiente para que durante el invierno no se proyecten sombras de una fila con otra, restándole eficiencia al sistema, como se muestra en la figura 13.

Figura 13. Esquema para la colocación de los colectores solares. Las separaciones entre los arreglos de colectores estarán dadas por los ángulos indicados, tendrá que tomarse en cuenta la fabricación de la estructura de soporte y el espesor del colector Las posibles obstrucciones solares a considerar son los equipos que por lo regular se instalan en las azoteas, como los de aire acondicionado, tanques de gas, tinacos, torres de enfriamiento, etc. Se deberá poner especial atención para que estos equipos se ubiquen siempre en al lado norte del sistema de colectores solares. Asimismo se deberá tener cuidado en no plantar árboles que en el futuro puedan crecer por arriba de la altura del sistema solar.

CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS SEGÚN LA NTC4E PARA EL MUNICIPIO DE CABORCA, SON. Figura 12. Esquema de un sistema de iluminación por ducto solar (Fuente: www.solartube.com )

INTEGRACIÓN DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA: ENERGÍA SOLAR La ciudad de Caborca está ubicada en una zona privilegiada en cuanto a la incidencia de radiación solar, ya que tiene casi 300 días despejados con un promedio anual superior a 10 horas de sol por día. Esta situación es propicia para el aprovechamiento de la radiación solar cono fuente de energía renovable. Para el proyecto del Hospital se recomienda el uso de energía solar para calentamiento de agua, ya que es una de las tecnologías más probadas y optimizadas tanto desde el punto de vista tecnológico como económico. La tecnología recomendada para el proyecto son los colectores solares planos para calentamiento de agua a baja temperatura (≤ 60 °C). Cuando se requiera agua a mayor temperatura, el sistema solar podrá servir para precalentar el agua que ingrese a la caldera, disminuyendo considerablemente el consumo de combustibles fósiles.

El cálculo de las cargas térmicas se hizo tomando como referencia el proyecto de la Norma Técnica Complementaria Para la Eficiencia Energética le la Envolvente de los Edificios NTC4E, que se adoptará en el Municipio de Caborca, que está basada en la Norma Oficial Mexicana NOM-008-ENER-2001 Eficiencia Energética en Edificaciones: Envolvente de Edificios No Residenciales. Para hacer los cálculos se consideraron las siguientes estrategias: a) Aislamiento térmico en muros con mayor soleamiento b) Aislamiento térmico en cubierta c) Ventanas con cristal de baja emitancia y baja transmitancia d) Colores claros de baja absortancia en fachadas y cubierta e) Elementos pasivos de sombra en ventanas con mayor soleamiento Para poder apreciar mejor el efecto de las estrategias se han calculado las ganancias de calor tanto con las estrategias enumeradas como sin éstas. El resultado del análisis, que se presenta en las tablas 3 a 6 se refiere al porcentaje de las ganancias de calor que el edificio del hospital tiene por arriba o por debajo del edificio de referencia. Si las ganancias de calor son iguales o menores que el

edificio de referencia, entonces el edificio evaluado está cumpliendo con la norma, si las ganancias son mayores, entonces se deberían plantear nuevas estrategias para disminuirlas. Análisis de Resultados Los resultados muestran que las estrategias aplicadas son efectivas, ya que cumplen ampliamente con NTC4E. En el peor de los casos (edificio de quirófanos) el ahorro en las ganancias de calor, con respecto al edificio de referencia, llega al 21.37% y en el mejor (edificio de hospitalización) es del 44.17%, con un ahorro global de todos los edificios del 34%. Por el contrario, si se omitieran las estrategias, las ganancias globales de calor excederían en 15% a los edificios de referencia, siendo el caso más crítico el edificio de hospitalización, con un exceso del 23.66%. Los resultados que se obtuvieron de la interacción de especialistas en diseño bioclimático y el equipo de diseño arquitectónico fueron satisfactorios, ya que se logró incidir en el desarrollo del proyecto arquitectónico para hacerlo más eficiente en cuanto al uso de la energía y más confortable para los usuarios en los aspectos térmico y visual. Todo esto sin cambiar radicalmente la “apariencia usual” o la tipología de este tipo de edificios en la región y sin sistemas constructivos o materiales especiales. Sin embargo, los resultados podrían ser mejores o al menos más exactos si se hubiera hecho una simulación detallada del desempeño del edificio y los sistemas pasivos implementados, pero ésta no fue requerida por el cliente. Por otro lado, se ha recomendado a las autoridades de la Secretaría de Salud la conveniencia de monitorear el comportamiento del edificio una vez terminado. Esto nos permitiría conocer la eficiencia real de las estrategias propuestas, así como tener una retroalimentación para futuros proyectos. Cabe mencionar que la metodología de la Norma mencionada es bastante limitada, ya que sólo se pueden simular las ganancias de calor instantáneas, lo que no permite considerar otras propiedades térmicas de los materiales además de la conductividad, como podrían ser la densidad y el calor específico. Tampoco permite hacer un estudio detallado de los efectos de las protecciones solares, ya que sólo considera 4 orientaciones básicas; además de otros aspectos que sería largo mencionar en este artículo. Dado lo anterior, si se requiere hacer un análisis más detallado de la efectividad de las estrategias de diseño bioclimático, sería necesario utilizar alguno de los programas de simulación que existen en el mercado o bien alguno gratuito tipo “freeware”.

CONCLUSIONES Durante los años 2006 y 2007 se construyeron en México más de 1.7 millones de casas, 36% de las cuales son de interés social y se espera construir por lo menos 900 mil unidades por año. En las condiciones actuales esto representa un gran número de viviendas que no cumplirán con los requerimientos mínimos de confort térmico y eficiencia energética, con el correspondiente gasto en energía, inversión en infraestructura y daños ambientales irreversibles. Pero si se regulasen los aspectos ambientales y energéticos, sobre todo en la construcción de vivienda y edificios habitacionales, no sólo se estarían disminuyendo los impactos económicos y ambientales, sino que se estaría contribuyendo a mejorar la calidad de vida de las personas de menores recursos en México. Iniciativas como las que se han tomado en Sonora, deberían llevarse a cabo en el resto de los municipios del país.

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS Hawthorne, C. 2003. Turning down the Global Thermostat, Metropolis Magazine, October 2003, pp. 102-107, 149, 151, 152. Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (2006) México de un vistazo Edición 2006. Ed. INEGI. México. ISBN 970-19-1774-9 Marsh, Andrew J., ECOTEC version 5.50, Square One Research,1994-2005. Mazria, E. 2003. It's the Architecture, Stupid! Solar Today, May/June 2003, pp. 48-51 Meteonorm 6.1, Global Meteorological Database for Engineers, Planners and Education. Meteotest, Berna, 2008. Ochoa, J.M., Marincic, Alpuche, M.G. y Miguel, R. Normatividad y Ahorro de Energía en Sonora. Memorias de la XXXII Semana Nacional de Energía Solar, ANES, 2008. Ochoa, J.M., Marincic, Alpuche, M.G. y Marcor J.C. Estrategias Bioclimáticas en Edificios para la Salud, Estudio de Caso: Hospital General de Caborca, Sonora. . Memorias de la XXXIII Semana Nacional de Energía Solar, ANES, 2009 Secretaría de Energía. 2006. Balance Nacional de Energía. Ed. Dirección General de Información y Estudios Energéticos, México. ISBN 968-874-196-5 Yeang, K. 1994, Bioclimatic Skyscrapers. Artemis, London, Zürich, München. Secretaría de Energía. 2001. NOM-008-ENER-2001, Eficiencia energética en edificaciones, envolvente de edificios no residenciales. Publicada en el Diario Oficial el 25 de abril de 2001.

Tabla 3. Edificio de Hospitalización Con Estrategias Aplicadas:

Edificio de Referencia: Edificio Proyectado: CUMPLE:

Q conducción (W)

Q radiación (W)

Q total (W)

36243 26646

18352 3835

54595 30481

AHORRO:

44.17%

Si

Sin Estrategias Aplicadas:

Edificio de Referencia: Edificio Proyectado: CUMPLE:

Q conducción (W)

Q radiación (W)

Q total (W)

36243 58729

18352 12784

54595 71513

No

EXCEDIDO:

23.66%

Tabla 4. Edificio de Quirófanos Con Estrategias Aplicadas:

Edificio de Referencia: Edificio Proyectado: CUMPLE:

Q conducción (W)

Q radiación (W)

Q total (W)

46688 38863

7716 3914

54404 42778

AHORRO:

21.37%

Si

Sin Estrategias Aplicadas:

Edificio de Referencia: Edificio Proyectado: CUMPLE:

Q conducción (W)

Q radiación (W)

Q total (W)

46688 53884

7716 13048

54404 66932

No

EXCEDIDO:

18.72%

Tabla 5. Edificio de Consulta Externa Con Estrategias Aplicadas: Q conducción (W)

Q radiación (W)

Q total (W)

49195 40539

22248 5540

71443 46080

Edificio de Referencia: Edificio Proyectado: CUMPLE:

Si

AHORRO:

35.50%

Sin Estrategias Aplicadas: Q conducción (W)

Q radiación (W)

Q total (W)

49195 55378

22248 18468

71443 73846

EXCEDIDO:

3.25%

Edificio de Referencia: Edificio Proyectado: CUMPLE:

No

Tabla 6. Q Global de todos los edificios Con Estrategias Aplicadas:

Edificio de Referencia: Edificio Proyectado: CUMPLE:

Q conducción (W)

Q radiación (W)

Q total (W)

132126 106048

48316 13290

180442 119338

Si

AHORRO:

34%

Q conducción (W)

Q radiación (W)

Q total (W)

132126 167991

48316 44300

180442 212292

No

EXCEDIDO:

15%

Sin Estrategias Aplicadas:

Edificio de Referencia: Edificio Proyectado: CUMPLE: