Comportamiento térmico de cerramientos opacos verticales en edificios universitarios de Bahia (Brasil)

Abstract

This thesis analyzes the wall’s thermal performance of learning spaces and its impact on cooling demand. Three classrooms are selected as case studies, each located on a different university campus in separate cities in the Brazilian state of Bahia. Although all locations are close to latitude 15°S, each have a different climate zone. Furthermore, these university buildings were constructed based on the same architectural project. The theoretical framework focus on the wall’s passive cooling strategies: the reduction of thermal gains and the modulation of heat flow. In that sense, the constructive variables evaluated are the absorption coefficient, the thermal transmittance coefficient and the thermal capacity. Thermal simulations, calibrated by on-site thermal measurements, are used to evaluate which wall’s constructive variables are the most suitable for the climatic conditions of each site. The findings suggest that the wall with low absorption coefficient, high thermal transmittance coefficient and high thermal capacity is the one that provides the lowest cooling demands in the three climates assessed. The main reason for the same result, despite the climatic differences, is the high internal loads. Due to their magnitude, the high internal loads impose on passive strategies the dual role of dissipating the heat internally generated as much as possible, as well as avoiding thermal gains through the wall when the classroom is occupied. However, based on the thermal behavior differences between the nine walls analyzed, the research classifies the walls according to their exposure to environmental factors: external wall, shaded external wall and inner wall. Based on this classification, guidelines are established to support the selection of each constructive variable for the type of wall and climate zone.

Esta tesis analiza el desempeño térmico de paredes de ambientes de enseñanza y su impacto en la demanda de refrigeración. Elige como estudios de caso tres aulas, cada una ubicada en un edificio universitario distinto. Los tres edificios fueron implantados en diferentes ciudades de Bahia / Brasil, todas con latitudes próximas a los 15°S, pero ubicadas en distintas zonas climáticas del país. Además, esos edificios universitarios fueron construidos con base en un mismo proyecto arquitectónico. El marco teórico de este trabajo académico enfoca en las estrategias para el enfriamiento pasivo del ambiente por las paredes: la reducción de las ganancias térmicas y la modulación del flujo de calor. En ese sentido, las variables constructivas evaluadas son: el coeficiente de absorción; el coeficiente de transmitancia térmica; la capacidad térmica. Se utiliza simulaciones térmicas, calibradas por mediciones de temperatura interior realizadas in situ, para evaluar cuáles variables constructivas de la pared son las más adecuadas para las condiciones climáticas de cada sitio. Los resultados indican que la pared con bajo coeficiente de absorción, alto coeficiente de transmitancia térmica y alta capacidad térmica es la que proporciona las menores demandas de refrigeración, en los tres climas analizados. El principal motivo para una misma solución constructiva, a pesar de las diferencias climáticas, son los altos aportes internos. Debido a su magnitud, los altos aportes internos imponen a las estrategias pasivas el papel de disipar la mayor cantidad posible del calor generado internamente, así como de evitar que el periodo de ganancias térmicas por la pared ocurra cuando el ambiente esté ocupado. Sin embargo, basado en la diversidad de comportamientos térmicos de las nueve paredes analizadas, la investigación propone una clasificación para las paredes según su exposición a los factores ambientales: pared externa; pared externa sombreada; pared interna. A partir de esa clasificación, se apuntan directrices para apoyar la elección de cada variable constructiva para cada tipo de pared y cada zona climática.