Estudio de la vivienda convencional de la conurbación de Guayaquil (Ecuador) y su rehabilitación energética

Abstract

En Guayaquil, una de las ciudades más pobladas del Ecuador se inició un boom inmobiliario aproximadamente desde el año 2000 mediante la construcción de urbanizaciones cerradas ubicadas en zonas alejadas de los centros urbanos y en los cantones cercanos. Las promotoras inmobiliarias ofrecen un producto compuesto por el terreno y la vivienda para lo cual se dispone de un portafolio de modelos de casas de uno o dos pisos con diferentes opciones de fachadas y metros cuadrados de construcción; el cliente elige de acuerdo a su presupuesto. La mayoría de viviendas que se desarrollan en este tipo de urbanizaciones se planifican con pobres criterios de diseño lo que conlleva a tener un escaso confort térmico en los espacios interiores. Frecuentemente las viviendas emplazadas se ubican en orientaciones críticas con respecto al sol, en las fachadas se emplean vidrios con un alto coeficiente de ganancias de calor solar (SHGC), las ventanas no poseen dispositivos de control solar y se utilizan en las cubiertas materiales sin aislación térmica. Estas soluciones son incoherentes con el clima tropical de la zona. En esa época no existía una normativa de eficiencia energética, sin embargo, en el año 2018 la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC) emitió el capítulo “Norma de Eficiencia Energética en Edificaciones Residenciales y a partir del 2019 su cumplimiento debería ser obligatorio. En la actualidad la norma aún no ha sido implementada en una ordenanza por la mayoría de los municipios de la costa ecuatoriana, razón por la cual no existe un control estatal que acredite su ejecución. El objetivo de esta tesis fue confirmar con datos que este tipo de construcciones masivas no cumplen con las condiciones de confort térmico. Para comprobar esta hipótesis se realizó el estudio de caso de una vivienda construida en el período 2003-2004 ubicada en la urbanización Villa Club, un importante megaproyecto del cantón Daule que forma parte de la conurbación del Gran Guayaquil. El primer análisis comenzó en enero del 2016 con la realización de mediciones en sitio con el diseño original de la vivienda. Posteriormente el inmueble fue remodelado y ampliado, y se realizaron nuevas mediciones en marzo del 2018. Los períodos de medición corresponden a la temporada más calurosa de la costa ecuatoriana (diciembre a mayo). Se elaboró un modelo energético calibrado con el software Design Builder y la confiabilidad de los resultados fueron verificados mediante un análisis estadístico de regresión simple; los coeficientes de correlación estuvieron entre 84% y 91% en planta baja y en la planta alta entre 91% al 96%. Posteriormente se realizaron las simulaciones anuales de cada uno de los ambientes de la vivienda para la obtención del rango de confort adaptativo. En planta baja los niveles de confort se registraron dentro de un rango del 57% hasta el 58%. En planta alta los porcentajes estuvieron entre 50% al 54%, lo que indica que este nivel está más expuesto a las ganancias de calor. Se generaron opciones de mejoramiento mediante la utilización de vidrios y materiales de cubierta con mejores características térmicas. Se realizaron tres propuestas de envolvente: la primera opción se propone el uso de una cubierta con aislación térmica, la segunda opción consta de la utilización de una barrera radiante encima del cielo raso y el tercer prototipo incorpora aislamiento en las paredes de acuerdo a la Norma NEC con una cubierta con aislación térmica. En los tres prototipos se incorporó un tipo de vidrio con menor coeficiente de ganancias de calor solar (SHGC) Se realizaron los análisis de confort adaptativo con las condiciones reales de uso de la vivienda y para aumentar las horas de confort se estableció un nuevo escenario modificando los horarios de uso en el abrir y cerrar ventanas en períodos más favorables para ventilar naturalmente la vivienda. Este nuevo escenario se tomó como base para realizar las simulaciones con las propuestas de mejoramiento. La carga de refrigeración disminuyó entre 56% hasta 58% con respecto al modelo original, beneficiando a que la vivienda pueda funcionar de manera pasiva por períodos más prolongados. Finalmente se realizó un estudio económico en el cual se analizaron varias opciones para el mejoramiento de la envolvente de acuerdo a su costo-beneficio, a la vida útil del inmueble y su período de amortización, resultado del ahorro económico en la planilla de electricidad. Con respecto a este último punto, se estableció una situación hipotética con una reducción del 50% en el consumo eléctrico por la disminución de la carga de refrigeración con las mejoras implementadas. Adicionalmente se realizó un análisis del incremento del costo entre materiales eficientes con los tradicionales y la necesidad de establecer programas gubernamentales que ayuden a financiar los costos de rehabilitación energética en viviendas existentes.

In Guayaquil, one of the most populated cities of Ecuador, the real estate boom began in the year 2000, with the development of gated communities located in the suburbs of the city and nearby municipalities. The real estate developers offer a product made up of the lot and the housing unit, with a portfolio of one or two-story houses with different facades options and construction area; the client chooses according to his budget. The majority of houses developed in this type of urbanization are planned with poor design criteria, leading to have poor thermal comfort in the interior spaces. Usually, the housing unit is not located in most beneficial orientation towards the sun, the glass used in the facades are of low quality with a high Solar Heat Gain Coefficient (SHGC), the windows do not have solar control devices, and the materials used in the roofs lack of thermal insulation. These solutions are incoherent with local tropical climate. At that time the real estate boom started, there was no energy efficiency regulation. However, in 2018, the Ecuadorian Construction Standard (NEC) issued the chapter "Energy Efficiency Standard in Residential Buildings", and as of 2019 its compliance should be mandatory. Currently, the regulation has not yet been adopted by-law in most of the municipalities of the Ecuadorian coast, for this reason, there is no state control that proves its execution. The objective of this thesis is to confirm that this type of massive housing construction does not meet the thermal comfort requirements. To prove this hypothesis, a case study was carried out in a house built in the period 2003-2004, located in the Villa Club housing development, considered one of the most important real estate megaprojects in the Daule canton, part of the Greater Guayaquil conurbation. The first analysis was performed in January 2016 with on-site measurements, considering the original design of the house. Subsequently, the property was remodeled and expanded, which required new measurements that were performed in March 2018. The thermal monitoring was performed during the hottest season on the Ecuadorian coast (December to May). An energy calibrated model was elaborated with Design Builder software and the reliability of the results was verified through a simple regression statistical analysis; the correlation coefficients were between 84% and 91% on the ground floor and between 91% and 96% on the upper floor. Subsequently, to obtain the range of adaptive comfort, annual simulations of each space in the house were performed. On the ground floor, the comfort range was recorded within a range of 57% to 58%. On the upper floor, the comfort acceptability percentages were between 50% and 54%, which indicates that this level was more exposed to heat gains. The improvement options were generated through the selection: glass and roofing materials with better thermal characteristics. Three thermal envelope proposals were made: the first proposal suggests the use of thermal insulation in the roof, the second proposal suggests the use of a radiant barrier on top of the ceiling, and, the third proposal suggests the incorporation of thermal insulation in the walls according to the NEC Standard. In all three options, a type of glass with lower Solar Heat Gain Coefficient (SHGC) was incorporated. Adaptive comfort analysis was performed using actual conditions of the house; to increase the hours of comfort, a modified scenario, opening and closing windows was established, to be performed during the periods that benefit the natural ventilation of the house. This situation created a new scenario, which was used as a basis to carry out the simulations of the three improvement proposals. The refrigeration load decreased between 56% and 58% with respect to the original model, allowing the house to function passively for longer periods. Finally, an economic study was performed. Several options for the improvement of the thermal envelope were analyzed, related to the cost-benefit, life cycle of the property and its amortization period, and the result of economic savings in the electric power billing payroll. Regarding this last point, a hypothetical situation of a 50% reduction in electricity consumption was established, due to the reduction in the refrigeration load with the improvements implemented. In addition, an analysis of cost increase between efficient and traditional, it is necessary to establish government programs that help finance the costs of energy retrofit in existing housing.