Condiciones climáticas de diseño para Colombia

Analizar las condiciones climáticas de diseño significa obtener resultados importantes para ejecutar un proyecto reconociendo diferentes niveles de exigencia.

por Ing. Fabio Clavijo*

Antecedentes: La selección de las condiciones climáticas en un proyecto constituye el primer paso en el proceso de evaluación de cargas térmicas de una edificación y en esta etapa se deben analizar tanto el nivel de exigencia técnica del proyecto como el tipo de aplicación.

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Este primer paso de definiciones permite asegurar la validez y confiablidad del proyecto de climatización o refrigeración en la vida útil del proyecto y de ahí se desprenden muchos cálculos que van a permitir avanzar más adelante en la selección de los equipos que atenderán todos y cada uno de los requerimientos técnicos de un proyecto.

Aparecen en este proceso criterios que permiten reconocer condiciones de diseño no solo para el año, sino para las diferentes temporadas o meses de lluvia, calor o frío que tienen particularidades muy diferentes de las reportadas en zonas septentrionales y australes que tienden a presentar patrones y ciclos anuales muy similares, sin embargo, en esta Zona Tórrida, las manifestaciones climáticas deben ser estudiadas con criterios diferentes y patrones de consumo de energía que son particulares de esta región del mundo.

Criterios de exigencia térmica
Reconocer que cada proyecto tiene diferentes niveles de exigencia técnica constituye un primer paso de definiciones técnicas y con ello se establece el número de horas anuales que podría soportar el proyecto bajo condiciones que excedan los requerimientos de diseño. 

Si hablamos de procesos de enfriamiento para aire acondicionado, es bien probable que en un centro comercial, exceder los límites de diseño durante el 2% de las horas anuales (175 horas) no constituya un riesgo para su operación, sin embargo, en un laboratorio esto podría significar riesgos operativos y pérdidas económicas. Por esta razón, espacios de condiciones críticas de funcionamiento deben ser considerados con criterios de 0.4% (35 horas anuales). 

Espacios de oficinas por otro lado, son considerados espacios de nivel de exigencia media y tratados con criterios de 1% (88 horas anuales). 

Aplicaciones
Las condiciones de operación más exigentes que debe enfrentar un sistema están asociados con la aplicación crítica de un sistema.

Se establece que al considerar sistemas de enfriamiento en aplicaciones de climatización, la condición más exigente de diseño es justamente la condición de mayor temperatura (Bulbo Seco) exterior asociada con su temperatura de bulbo húmedo coincidente.

A su vez, un proyecto con alta exigencia de baja humedad (Deshumidificación) deberá considerar las condiciones externas a partir del mayor contenido de humedad (Rata de humedad) que reportan los estudios climáticos, y su correspondiente temperatura (bulbo seco) coincidente.

Los valores que se estudian para apoyar los estudios de ingeniería de CVR (climatización, ventilación y refrigeración) son calefacción, enfriamiento, deshumidificación, humidificación, evaporación y entalpía.

Estudios climáticos
Para obtener información confiable de diseño, se aceptan estudios a partir de registros mínimos de diez (10) años consecutivos tomados hora por hora, diariamente, con el apoyo de estaciones de meteorología certificadas, los que sabemos están disponibles en los aeropuertos de cada población.
 
En el estudio realizado en Colombia por ACAIRE, y bajo la dirección el Ing. Fabio Clavijo, se puso como objetivo ampliar la información climática para dieciséis (16) ciudades, siguiendo la metodología establecida por ASHRAE – Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado.

Este trabajo de investigación aporta un nuevo avance y objetivo de estudios similares realizados por ASHRAE que reporta condiciones climáticas para cinco (5) ciudades colombianas, así como de estudios previos realizados por ACAIRE en los años 2004 y 1987, y por el extinto SCMH (Servicio Colombiano de Meteorología e Hidrología) en 1971.

Condiciones climáticas de diseño
Obtenida la información por acuerdo con el IDEAM – Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia- para las dieciséis ciudades seleccionadas, se procedió a realizar la validación de la información obtenida por métodos estadísticos y luego el alistamiento para realizar el procesamiento de la información, para cuyo efecto se siguieron etapas de formulación para completar la base de variables sicrométricas de los datos, para avanzar posteriormente con el estudio percentil para el conjunto de variables, aplicaciones y niveles de exigencia técnica.      

Zonas climáticas 
El trabajo de investigación, como se anticipa, se soporta en la necesidad de documentar de manera estructurada la información climática pertinente para el diseño de sistemas CVR y además en la necesidad de reconocer el comportamiento climático que es particular de la zona Tórrida.

Un tercer aporte de estos estudios llevan a revisar criterios y sistemas constructivos de edificaciones en Colombia, y por extensión en la Zona Tórrida, que apoyen las políticas y reglamentaciones nacionales para proveer construcciones confortables y eficientes en lo energético-ambiental. 

Año típico medio
Resulta claro que cada zona climática requiere de esfuerzos y decisiones técnicas constructivas que aporten niveles mejorados de desempeño energético-ambiental, lo que se logra mediante ejercicios de modelación energética para diferentes materiales y métodos constructivos. 

A su vez, la base climática de ciudades se basa en datos de temperatura, humedad, velocidad y dirección del viento, para cuyo efecto resulta necesario disponer de datos horarios que reflejen condiciones promedio para cada hora de un año típico. Justamente esta tarea requiere de datos históricos de las características de las ya elaboradas, así que el siguiente paso consistirá en integrar un equipo de trabajo para desarrollar esta información para cada una de las ciudades estudiadas. 

Sistemas constructivos de edificaciones
Se desprende de lo anterior, que aún queda la tarea de concretar y avanzar en proyectos de investigación que establezcan criterios mínimos aceptables de materiales y modos de construcción de edificaciones para esta región del mundo. 

Estos criterios mínimos se basan en consumo optimizado de energía, aprovechamiento de oportunidades de climatización bioclimática y adopción de sistemas de CVR de bajo impacto ambiental y reducción de la huella de carbono.

Procesos de modelación energética permitirán documentar de manera consistente los resultados, lo que será un aporte importante para la ingeniería y la arquitectura del país y los países tropicales. 

Otros resultados
El proyecto incluyó análisis de proyección de temperaturas máximas y mínimas, por métodos de proyección lineal, lo que permitió estimar tendencias de calentamiento global para estas ciudades colombianas con un horizonte de tiempo de veinticinco (25) años.

Los resultados muestran incrementos proyectados de temperatura máxima, para Bogotá, superiores a 0.2°C cada cinco años, mientras que las temperaturas mínimas muestran decrementos de 0.6°C en ese mismo periodo. El resultado neto de cambio climático es de 0.8°C cada cinco años, lo que marca con preocupación el desbordamiento de este fenómeno. 

Estos resultados invitan, ya no solo a tomar conciencia, sino a tomar acción para aportar esfuerzos y lograr resultados concretos que reduzcan este proceso acelerado de desertización que enfrenta el mundo.

Los medios de comunicación y los gobiernos participan de estos esfuerzos al día de hoy, pero es claro que estos son muy insuficientes para marcar un cambio real de tendencia.

Solo queda un camino. Repensar estos esfuerzos e integrarlos de manera vertical en la sociedad.
 
Las generaciones venideras nos agradecen la oportunidad de brindarles una sociedad estable y de progreso.

* Ing. Fabio Clavijo. Presidente de Tecnaire Ltda. Presidente de Capítulo ASHRAE Colombia. Miembro vitalicio ASHRAE. Ex -Presidente y miembro honorario de ACAIRE. Conferencista, investigador y autor de varios libros y documentos técnicos. presidencia@tecnaire.com 

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