La investigación del CSIR confirma la eficiencia energética superior de los edificios ligeros con estructura de acero.
John Barnard, director de SASFA
Un proyecto de investigación reciente de la División de Entorno Construido del CSIR confirmó que una vivienda con estructura de acero ligero (LSF), construida según SANS 517, dará como resultado un ahorro significativo de electricidad utilizada para calentar y enfriar el edificio, en comparación con una vivienda pesada construida convencionalmente. edificio de mampostería.
Con el fin de obtener una predicción objetiva del rendimiento térmico de una vivienda con estructura de acero ligero en comparación con un edificio de mampostería en las diferentes zonas climáticas de Sudáfrica, SASFA se acercó al CSIR para llevar a cabo los análisis.
Para la comparación se utilizó una casa típica de una sola planta de 120 m². Se especificó que la LSF y las casas de mampostería fueran geométricamente idénticas, con idéntica orientación. La casa LSF cumple en todos los aspectos con SANS 517 Light Steel Frame Building. Se utilizó como caso base una casa típica de mampostería con muros exteriores de ladrillos de arcilla de doble hoja, sin ningún tipo de aislamiento en paredes y techos. También se evaluó el efecto de agregar aislamiento de 40 mm en los techos.
La División de Entorno Construido del CSIR decidió utilizar el Ecotect TM Software V 5.6 para realizar los análisis informáticos. Para eliminar el efecto de los datos ingresados por el usuario que podrían influir en el resultado, se decidió utilizar un análisis pasivo, es decir, sin hacer suposiciones sobre los patrones de ocupación y uso de la casa. Tampoco se tuvo en cuenta el efecto de calentamiento de las luces y los electrodomésticos.
Los análisis se dirigieron en primer lugar a determinar el número de horas de temperaturas incómodamente altas o bajas en cada uno de los edificios. Se consideró que los edificios tenían ventilación natural y el rango de temperatura de confort térmico para los edificios con ventilación natural en Pretoria es de 17.80C - 28.30C. El modelo adaptativo se utilizó para calcular los niveles de confort térmico en las dos casas.
La electricidad necesaria para calentar y enfriar cada uno de los edificios hasta niveles de confort térmico (que van desde 20 o C a 24 o C, según lo recomendado por SANS 204) también se determinó.
Las principales diferencias entre los dos tipos de edificios son el aislamiento térmico y la masa térmica. Las paredes de un edificio LSF tienen mejor aislamiento térmico, pero menor masa térmica que los edificios de mampostería. La mayor masa térmica en las paredes de los edificios de ladrillo reduce las oscilaciones de la temperatura interna diurna hacia la temperatura media, que podría ser demasiado alta o demasiado baja para el confort. Cabe señalar que el suelo de hormigón en ambos tipos de edificios contribuye a la masa térmica del edificio.
Hallazgos:
Los resultados indican que la casa LSF será más cálida que un edificio de mampostería de caso base en invierno, así como en verano. Si se suman las horas de incomodidad debido a las temperaturas demasiado altas y demasiado bajas, la casa LSF funciona mejor que la alternativa de mampostería en todos los lugares menos en Durban.
Por ejemplo, la temperatura interior del LSFB estuvo dentro del rango de comodidad térmica durante el 74 % del tiempo en el clima de Pretoria, en comparación con el 71 % del caso base de mampostería, una ventaja relativamente pequeña.
Sin embargo, los análisis indican que la electricidad requerida para calentar el edificio de ladrillos del caso base a niveles de comodidad será en promedio el doble de la requerida para el edificio LSF, desde un 89 % más en Pretoria hasta un 112 % más en Bloemfontein. Si se requiere enfriamiento a temperaturas confortables, se necesitará en promedio 3 veces más electricidad para enfriar el edificio de mampostería hasta niveles de comodidad térmica en comparación con un LSFB.
Este enorme aumento en la cantidad de electricidad requerida para calentar o enfriar los espacios internos de un edificio de mampostería se puede atribuir a la masa térmica de las paredes; además de tener que calentar el aire dentro del edificio, las paredes del edificio de mampostería absorben algo del calor, lo que resulta en un consumo adicional de energía y un retraso en el cambio de la temperatura interna. En el enfriamiento ocurre lo contrario, cuando los pesados muros de mampostería deben enfriarse junto con el aire del interior del edificio.
Cuando se aísla el techo del edificio de ladrillo, su rendimiento mejora. El siguiente gráfico compara las horas de incomodidad térmica en un LSFB con las de dos edificios de mampostería alternativos:
- Caso base: sin aislamiento de techo o pared
- Ladrillo B: aislamiento de lana de vidrio de 40 mm de espesor en techos
Si bien el LSFB resultará en más horas de incomodidad sin calefacción ni refrigeración en el clima de verano de Pretoria que las alternativas de mampostería, los ocupantes tendrán menos incomodidad en invierno y menos incomodidad en total.
Como se muestra a continuación, el LSFB requerirá menos de la mitad de la electricidad para calentar y enfriar a niveles de comodidad térmica que el caso de base de ladrillo, y aún notablemente menos que la alternativa de mampostería con aislamiento de techo.
Ahorro en electricidad solo para calefacción:
LSF comparado con Brick Base Case: 32.7 GJ/año (47 % de ahorro)
Ladrillo B: 13.5 GJ/año (20 % de ahorro)
Conclusión:
Los análisis térmicos comparativos del CSIR indican que LSFB ofrece una mayor eficiencia energética en comparación con los edificios de mampostería convencionales, lo que significa un ahorro significativo (entre un 20 % y un 47 %, según el grado de aislamiento del edificio de mampostería) de la electricidad necesaria para la calefacción de edificios residenciales en Pretoria, como ejemplo.
Estos hallazgos generalmente están respaldados por testimonios recibidos de los ocupantes de las casas de LSF. En una encuesta reciente realizada por SASFA, el 57 % de los encuestados informó que su casa LSF era más fresca en verano, mientras que el 71 % dijo que era más cálida en invierno.
La investigación del CSIR también indicó áreas específicas donde se pueden capturar mayores ganancias en eficiencia energética para LSFB, y estas serán investigadas e implementadas en la metodología de construcción de LSF.
Referencia: 'Un análisis comparativo predictivo del rendimiento térmico para edificios residenciales de mampostería y estructura de acero ligero', T Kumirai y Dr. D Conradie, CSIR.
