Implementación de techos verdes para el ahorro de energía por climatización en el sector residencial - Hernández Carrillo, Daniel (My University, 2026)
El aumento global de la temperatura y el efecto de isla de calor urbano traen consigo una sensación de incomodidad térmica para las personas que habitan las ciudades. Para alcanzar una sensación de comodidad térmica se emplean equipos activos de acondicionamiento de aire que son grandes consumidores de energía eléctrica. La operación de estos equipos produce, indirectamente, gases de efecto invernadero; además, rechazan calor al ambiente y su operación en masa supone un aumento de la temperatura en las ciudades que contribuye al efecto de isla de calor urbano. Por consecuencia se requiere una mayor cantidad de energía para mantener en operación estos equipos y el rechazo de calor al ambiente aumenta, volviendose un círculo vicioso. Para alcanzar la sensación de comodidad térmica en los edificios, se pueden emplear técnicas pasivas de refrigeración que son más amigables con el ambiente. Los techos verdes es una técnica pasiva de refrigeración que ayuda a disminuir la temperatura interna de las edificaciones al proporcionar sombra, otorga una capa de aislamiento térmico y remueve calor debido a la evapotranspiración. Sin embargo, su implementación es escasa, una manera de incentivar su implementación es conocer los beneficios energéticos derivados de la disminución de la operación de los equipos activos de acondicionamiento de aire. En este contexto, el modelado y la simulación de estos sistemas puede ser una herramienta valiosa para determinar el ahorro energético. Con este propósito, se realizó un modelo matemático de transferencia de calor con el cual se implementaron las capas constitutivas del techo verde. Los datos de entrada utilizados en el modelo fueron: radiación solar, temperatura ambiente y velocidad del viento, - obtenidos a partir de las condiciones climáticas de Mexicali, Chihuahua, Caborca y Nogales; todas ellas ciudades pertenecientes al norte del país. En todos los casos de estudio se considera una miniefidicación con techo convencional y techo verde con las mismas características. Se implementó el modelo y dichas propiedades en una simulación desarrollada en Python 3.13. Los resultados muestran que, para estas ciudades, los techos verdes contribuyen significativamente en reducir el consumo de energía. En Mexicali se ahorra ⁓36% de la energía; mientras que, en Chihuahua es posible ahorrar ⁓48%; en Caborca se puede ahorrar ⁓50% de la energía consumida; por último, en Nogales es posible ahorrar ⁓63% de la energía.
En el trabajo se modela la transferencia de calor de la envolventes de un edificio, se consideran los casos en que la edificación tiene un techo verde extensivo. Así el modelo consiste en la transferencia de calor a través de las envolventes del techo verde extensivo, un balance de energía para el interior de la edificación, un modelo para un ciclo de refrigeración que simula el uso de aire acondicionado con un controlador PID. Se consideran las condiciones climáticas de Mexicali, Chihuahua, Caborca y Nogales para determinar el ahorro de energía destinado a refrigeración como resultado de la implementación del techo verde.
Keywords: Técnicas pasivas; Techos verdes; Confort térmico; Consumo de energía; Aire acondicionado