Estudio del efecto de un sistema de edificación térmicamente activado sobre las condiciones de confort térmico en viviendas

Abstract

En este estudio se evaluó térmicamente un techo con intercambiador de calor embebido, conocido como Sistema de Construcción Térmicamente Activado (TABS), mediante un análisis teórico-experimental con el propósito de reducir el consumo de energía eléctrica y mejorar el confort térmico en edificaciones. Se diseñó y construyó un módulo experimental para cuantificar el flujo de calor en tres configuraciones de techo: TABS con recirculación de agua (L-TABS), techo con circulación de aire (L-AIR) y una muestra de referencia (L-REF). El análisis incluyó simulaciones térmicas y estructurales para definir parámetros de diseño como el diámetro, separación y profundidad de los tubos, así como el tipo y caudal del fluido, utilizando Matlab® y herramientas de dinámica de fluidos computacional (CFD). A partir de estos análisis se definió un modelo estructural seguro y eficiente, empleando concreto reforzado, material estructural y considerando las normas para concreto estructural. Posteriormente, se realizaron ensayos experimentales instrumentados mediante un prototipo experimental diseñado con una cámara calorimétrica móvil y un sistema de acondicionamiento de aire para medir temperatura, flujo de calor, humedad relativa e irradiancia solar. Los resultados mostraron que el sistema TABS redujo la temperatura interior de la losa hasta en 28°C y disminuyó el flujo de calor interior hasta en 185.6 W·m⁻² respecto al sistema convencional. Con base en los datos obtenidos, se desarrolló y validó un modelo global de transferencia de calor con un ajuste superior al 97%, el cual se acopló a una vivienda tipo en EnergyPlus para evaluar su desempeño anual en seis climas representativos de México. Los resultados evidenciaron reducciones en las cargas de enfriamiento, el consumo eléctrico, las emisiones de CO₂ y los costos energéticos. De forma cuantitativa, las emisiones mensuales de CO₂ presentaron valores máximos en climas cálido-húmedos, alcanzando hasta 2517.42 kg, mientras que los valores mínimos se registraron en meses templados, con emisiones cercanas a 25.45 kg. Estos resultados confirman el impacto de las condiciones climáticas en el consumo energético y en las emisiones asociadas, concluyendo que los techos con intercambiadores embebidos representan una alternativa viable y sostenible para mejorar la eficiencia energética y el confort térmico en viviendas.