Evaluación de alternativas de cubiertas para la disminución del consumo de energía en refrigeración en viviendas en Santiago de Tolú

Abstract

Este trabajo de investigación se centró en el estudio del comportamiento de las viviendas con cubiertas de palma en Santiago de Tolú, buscando entender los elementos claves del funcionamiento de estas estructuras, pero entendiendo las dificultades que presentan. Se buscó definir su rendimiento por medio de comparaciones con otros materiales con el fin de encontrar una alternativa que alcance o mejore las cualidades de la palma, sin perder la facilidad de obtención del material por parte de la población, para ello se trabajó con la teja de zinc, altamente extendido por su accesibilidad, a lo que se agregó la cubierta tipo sándwich que es recomendada por la literatura y una prueba con cortina verde. Para esto se realizó el análisis comparativo de la investigación realizada en campo y la investigación de cuatro módulos, compuestos por tres prototipos de cubiertas, para viviendas en Santiago de Tolú. El objetivo principal fue estudiar y comparar el rendimiento de estas cubiertas desde el confort térmico, buscando catalogar su eficiencia aportando elementos que sirvan para disminuir la demanda energética en refrigeración de las edificaciones en el municipio, desde acciones en este componente constructivo. Para ello, se evaluaron los parámetros de confort higrotérmico, tomando como referencia y estándar a superar, o al menos igualar, el desempeño de las cubiertas tradicionales de palma, ampliamente reconocidas por la población local gracias a su capacidad de brindar un confort térmico excepcional. El estudio profundizó en el análisis de las variables climáticas locales y sus implicaciones en el diseño de cubiertas eficientes, con un enfoque en la sostenibilidad y el aprovechamiento de recursos locales. Para el desarrollo de los estándares se recopilaron en campo datos de confort térmico de 24 inmuebles con cubiertas de palma, los cuales fueron inventariados y registrados planimétricamente por su valor patrimonial, en el marco del Convenio 4598 de 2021 entre la Universidad Nacional de Colombia y el Ministerio de Cultura en el cual la autora participó. Con esto en mente se optó por un diseño de cubierta a 4 aguas, una estructura en madera y un cerramiento en bahareque para los modelos a escala, que serían probados en un ambiente controlado durante un mes por fase, donde la única variación fue el material y la composición de la cubierta según cada caso de estudio buscando crear un prototipo que tuviera el mismo comportamiento de las casas de palma y sirviera como línea de referencia. Tras realizar una búsqueda en la literatura sobre alternativas, enfocándose en materialidades de cubierta, se seleccionaron: la teja de zinc con pintura fría, cubierta con cortina verde y una cubierta de doble piel representada por la teja tipo sándwich, como las alternativas a comparar con un prototipo con cubierta de palma, elegidas gracias a su facilidad de construirse y la factibilidad de conseguir los materiales. La prueba de los prototipos se llevó a cabo en un invernadero en la ciudad de Bogotá, primero con los prototipos solo con un cerramiento de chusque y las cubiertas de zinc sin recubrimiento, para definir el comportamiento antes y post intervención, posteriormente se colocó la pintura fría sobre una de ellas para medir la variación que causan los muros y la medida atenuante contra el prototipo sin intervención, y luego con los muros completos con bahareque. Lo anterior arrojó que ambos escenarios la cubierta de palma tuvo un mayor rendimiento higrotérmico seguido de la teja sándwich, la teja con pintura fría y en última situación la teja de zinc sola, que incluso sobrepasó la temperatura del invernadero en algunos casos. Se intentó realizar una cortina verde en el cuarto prototipo utilizando hiedra común pero el crecimiento vegetal no fue el esperado por lo que no ofreció sino una cobertura parcial dejando principalmente la teja de zinc descubierta. En conclusión, el módulo con cubierta de palma tuvo un mejor desempeño en las temporadas de sol, mientras que el módulo de teja tipo sándwich se comportó mejor en las temporadas de lluvia. Por otro lado, la teja de zinc por su lado se mantuvo de menor aislamiento térmico indicando ganancias térmicas al interior de sus módulos. La aplicación de la pintura térmica tuvo un efecto positivo en la teja de zinc, mientras que la cubierta con cortina verde no presentó mejora, situación atribuible a la falta de crecimiento vegetal que no ofreció una cobertura considerable (Texto tomado de la fuente).

This research work is focused on the study of the behavior of palm thatched houses in Santiago de Tolú, seeking to understand the key elements of the functioning of these structures, while also recognizing the difficulties they present. It aimed to define their performance through comparisons with other materials in order to find an alternative that matches or improves upon the qualities of palm, without losing the ease of access to the material by the population. For this purpose, zinc roofing, widely used for its accessibility, was used, along with the addition of the sandwich type roof, which is recommended by literature, and a test with a green curtain. For this, a comparative analysis of the field research and the investigation of four modules was carried out, consisting of three roof prototypes for housing in Santiago de Tolú. The main objective was to study and compare the performance of these roofs in terms of thermal comfort, aiming to classify their efficiency by providing elements that help reduce the energy demand for cooling buildings in the municipality, through actions in this constructive component. For this, hygrothermal comfort parameters were evaluated, taking as a reference and standard to be exceeded, or at least equaled, the performance of traditional palm roofs, widely recognized by the local population for their ability to provide exceptional thermal comfort. The study delved into the analysis of local climatic variables and their implications in the design of efficient roofs, with a focus on sustainability and the use of local resources. To develop the standards, thermal comfort data was collected in the field from 24 properties with palm roofs, which were inventoried and recorded planimetrically for their heritage value, within the framework of Agreement 4598 of 2021 between the National University of Colombia and the Ministry of Culture, in which the author participated. With this in mind, a four-sided roof design, a wooden structure, and a bahareque enclosure were chosen for the scale models, which would be tested in a controlled environment for one month per phase, where the only variation was the material and composition of the roof according to each case study, aiming to create a prototype that had the same behavior as palm houses and could serve as a reference line. After conducting a literature search on alternatives, focusing on roof materials, the following were selected: zinc roofing with cool paint, roofing with a green curtain, and a double skin roof represented by the sandwich type roofing, as the alternatives to compare with a prototype with a palm roof, chosen for their ease of construction and the feasibility of obtaining the materials The prototype testing was carried out in a greenhouse in the city of Bogotá, first with the prototypes only having a chusque enclosure and zinc roofs without coating, to define behavior before and after intervention. Later, cool paint was applied to one of them to measure the variation caused by the walls and the mitigating effect compared to the prototype without intervention, and then with complete bahareque walls. The above showed that in both scenarios, the palm roof had higher hygrothermal performance, followed by the sandwich roof, the roof with cool paint, and lastly, the zinc roof alone, which even exceeded the temperature of the greenhouse in some cases. An attempt was made to create a green curtain in the fourth prototype using common ivy, but the vegetation growth was not as expected, so it only offered partial coverage, leaving the zinc roof mostly exposed. In conclusion, the module with a palm roof had better performance in sunny seasons, while the sandwich type roof module outperformed it in rainy seasons; the zinc roof, for its part, remained constantly lagging, indicating thermal gains inside its modules. The application of thermal paint had a favorable effect on the zinc roof, while the roof with a green curtain did not show improvement, a situation attributable to the lack of vegetation growth that did not offer considerable coverage.