Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 5 (1): e94. Enero-Marzo 2022 https://doi.org/10.37636/recit.v5n1e94.
ISSN: 2594-1925
1
Articulo de investigación
Monitoreo térmico de barrera vertical con vegetación, evaluando
el desempeño a través de la experimentación y herramienta de
simulación
Thermal monitoring of vertical barrier with vegetation, evaluating
performance through experimentation and simulation tool
Carmiña Elizabeth Domínguez Cicorio1, Luis Aaron García Solorzano1, Raúl Pavel Ruíz
Torres2
1División de Posgrado e Investigación, Tecnológico Nacional de México, Av. Tecnológico No.1 Villa
de Álvarez, Colima, México
2Facultad de Arquitectura, Universidad Autónoma de Chiapas, Blv. Belisario Domínguez Km. 1081,
Terán, 29050 Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México
Autor de correspondencia: Carmiña Elizabeth Domínguez Cicorio, División de Posgrado e Investigación, Tecnológico
Nacional de México, Av. Tecnológico No.1 Villa de Álvarez, Colima, México. E-mail: carmidominguez@gmail.com. ORCID:
0000-0001-5512-0657
Recibido: 16 de Abril del 2021 Aceptado: 16 de Diciembre del 2021 Publicado: 7 de Enero del 2022
Resumen. - A consecuencia del calentamiento global y el deterioro ambiental del cual somos víctimas, se considera
necesaria la innovación arquitectónica a través del diseño sostenible, y valorar los efectos térmicos positivos de la
vegetación en la integración a la misma. El propósito de este trabajo fue investigar el uso de la vegetación como barrera
vertical como estrategia bioclimática y evaluar su desempeño en un módulo experimental; la metodología utilizada fue
realizando un monitoreo experimental y utilizando la herramienta de simulación térmica, en ambos casos, para
comprobar el aporte al mejoramiento de la calidad ambiental con la disminución de la temperatura interior. Los
resultados permitieron demostrar la reducción de la temperatura del aire interior, concluyendo que con el resultado
obtenido se busca una alternativa ecológica, promoviendo la renovación y depuración del aire como estrategia
proyectual. Tomando en cuenta que cada acción puede tener consecuencias ambientales y a favor de la disminución del
consumo energético, a causa la climatización artificial. La investigación está apoyada en el beneficio de las
herramientas utilizadas para la simulación térmica, como instrumentos de planificación urbana y arquitectura
sustentable, ya que a través de éstas se pueden evaluar las distintas alternativas de diseño, pronosticando el
comportamiento térmico de zonas ya construidas o no, sin la necesidad de trabajos exhaustivos de campo.
Palabras clave: Barreras verticales; Vegetación; Simulación.
Abstract. - As a result of global warming and the environmental deterioration of which we are victims, architectural
innovation through sustainable design is considered necessary, and the positive thermal effects of vegetation in its
integration are considered necessary. The purpose of this work was to investigate the use of vegetation as a vertical
barrier as a bioclimatic strategy and to evaluate its performance in an experimental module; The methodology used was
carrying out an experimental monitoring and using the thermal simulation tool, in both cases, to verify the contribution
to the improvement of the environmental quality with the decrease of the interior temperature. The results allowed to
demonstrate the reduction of the indoor air temperature, concluding that with the result obtained an ecological
alternative is sought, promoting the renewal and purification of the air as a project strategy. Taking into account that
each action can have environmental consequences and in favor of reducing energy consumption, due to artificial air
conditioning. The research is supported by the benefit of the tools used for thermal simulation, as instruments for urban
planning and sustainable architecture, since through these it is possible to evaluate the different design alternatives,
predicting the thermal behavior of areas already built or not, without the need for extensive field work.
Keywords: Vertical barriers; Vegetation; Simulation.
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
1. Introducción
La Guía de la Convención sobre el Cambio
Climático y el Protocolo de Kyoto [1] , señala
que ante la situación actual sobre el cambio
climático, se prevé un incremento en las
temperaturas y condiciones climáticas severas a
nivel mundial. Sumado a lo mencionado Vargas
Robles [2] expresa que es necesidad y prioridad
el diseño de acciones y procesos de adaptación
que posibiliten prepararse ante la incidencia del
cambio climático, ya que la región a la que
pertenece México, presenta preocupantes
procesos de degradación y, considerando lo
expuesto por Peña Barrera [3] México pertenece
a la región de América Latina y el Caribe, la cual
conjunta muchas de las riquezas ecológicas y
ambientales del planeta.
Por otra parte cabe resaltar y como señala
Hernández [4] , la arquitectura sostenible es la
creación de espacios a partir del diseño y la
edificación, donde deben aplicarse criterios y
condiciones del desarrollo sustentable, por lo
que los recursos naturales, económicos y
humanos se deben manejar de forma a reducir el
daño ambiental, la contaminación del suelo, del
agua (y su consumo) y del aire, mejorando el
confort interno y externo (preferentemente de
manera pasiva). Adicionalmente, Sosa y Siem
[5] señalan que con la ayuda de masas de
vegetación, a través del sombreado de paredes y
techos con arbustos, árboles, pérgolas y otros
elementos, se puede mejorar el microclima de un
espacio, reduciendo las ganancias de calor.
Asimismo, en el Manual de diseño para
edificaciones energéticamente eficientes en el
trópico [5] , se resalta la importancia de la
vegetación que se coloca en elementos verticales
ya que absorbe la radiación solar, aísla
térmicamente, y al mismo tiempo refresca el aire
que circunda, por medio de la transpiración del
vapor de agua que realizan las plantas. Además
de satisfacer la necesidad instintiva de protección
del ser viviente, contribuyen a la mejora del
ambiente físico inmediato. La superficie viscosa
de las hojas de las plantas captura el polvo y
filtran el aire. Del mismo modo, la vegetación
asegura la privacidad visual y disminuye los
efectos del deslumbramiento [6].
Por lo mencionado, en este trabajo se plantea un
enfoque metodológico para la determinación de
temperaturas en los espacios con y sin
vegetación, realizando una comparación
cuantitativa del desempeño entre ambos, a través
de la herramienta de simulación térmica
EnergyPlus y mediante la experimentación con la
construcción de módulos auto-portantes. Se
busca demostrar los cambios de temperaturas que
se pueden producir con la implementación de
vegetación y el diseño sustentable en barreras
verticales, evaluando su desempeño como
regulador térmico y comparando los resultados
obtenidos.
Por lo tanto:
- Primeramente se realizó el diseño y la
construcción de prototipos en campo para la
experimentación; por medio de la elaboración de
dos módulos auto-portantes, uno con la
implementación de vegetación y el otro como
testigo (sin vegetación) a modo de evaluar la
temperatura ambiente promedio de los espacios
interiores y el exterior.
- Simultáneamente se realizó el diseño y la
construcción de prototipos en el software de
simulación Energy Plus, el cual fue seleccionado
por ser de acceso gratuito y por ofrecer la
posibilidad de obtener variables de salida como
la temperatura interna de cada zona y
temperaturas superficiales.
- Y por último la comparación de los resultados
obtenidos de temperaturas, mediante la
experimentación y mediante la simulación.
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Para la elección de la vegetación se tuvieron en
cuenta las especies endémicas de la ciudad de
Colima, a través de la consulta directa a viveros;
además, como menciona Gómez-Azpeitia [7] por
su uso eficiente como control climático en la
misma; y, como señala Fajardo [8] , en base a la
experiencia de los especialistas empíricos, se
desarrolla muy rápido y es altamente resistente al
clima. Por lo mencionado se propone la
elaboración de paneles adaptados a la flora
nativa, con el uso de la especie Cissus, por ser
además una especie de rápido crecimiento y de
geometría regular que contribuye a la reducción
del espacio requerido para su instalación,
condiciones necesarias para el desarrollo del
trabajo propuesto. Estas son plantas trepadoras
que pueden ser cultivadas como enredaderas o
como plantas colgantes, y se pueden encontrar
abundantemente en algunas zonas de México,
especialmente en estados como Chiapas y
Colima; de fácil cultivo y mantenimiento,
generosas en desarrollar hojas y ramas.
Beltrán-Melgarejo et al. [9] realizaron una
investigación sobre el confort térmico de techos
verdes con Cissus verticillata (Vitaceae) en
viviendas tropicales en Veracruz, México, donde
el prototipo disminuyó hasta 4.5° C la
temperatura promedio de las láminas de zinc de
las habitaciones. Las variables utilizadas para
evaluar el confort térmico arrojaron resultados
con una mejora del confort térmico debido al
techo verde. Por otra parte, Fajardo [8] en su tesis
Desempeño costo – beneficio de dos sistemas
pasivos de climatización en cubiertas para
climas cálidos – sub húmedo. Caso Coquimatlán,
Colima, investigó el potencial de la enredadera
Cissus para controlar la ganancia de calor que
pasa a través de las cubiertas para dicha
localidad. El resultado presentó dificultades para
su crecimiento, a pesar de los cuidados y ayuda
especializada para estimular y acelerar su
desarrollo, teniendo un bajo desempeño;
generando como nueva pregunta de
investigación, si fue la forma horizontal o el
material (concreto) de la losa lo que afecto el
crecimiento de Cissus en la cubierta plana.
Por otra parte, con relación a la selección del
software de simulación y considerando el estudio
realizado por J. Cárdenas et al. [10] , el cual
expone que la herramienta de simulación
energética con mayor representatividad es
EnergyPlus (34%), y se encuentra validado por la
norma ASHRAE 140 [11] , se opta por la misma
en la etapa de experimentación, debido a las
características de resultados necesarios para la
simulación y el análisis de los módulos auto-
portantes construidos. El software Energy Plus,
como hace mención Casa Arredondo [12] , es un
programa de código abierto y uso gratuito que
permite realizar simulaciones térmicas y
energéticas de las edificaciones, basándose en un
modelo de transferencia de calor dependiente del
tiempo. Por su parte, Flores Condori [13] resalta
entre las posibilidades que permite la
herramienta:
• Soluciones integrales para cada zona térmica.
• Climatización y movimiento de corrientes de
aire simultáneamente en zonas.
• Intervalos de tiempo que se pueden definir por
el propio usuario.
• Cálculo de balances térmicos en las superficies
combinado radiación y convección.
Por lo expuesto y como consecuencia de
búsquedas recientes, el enfoque del trabajo
responde a analizar el desempeño térmico de las
barreras verticales con vegetación, evaluadas a
través de la experimentación en campo y la
simulación, para demostrar su eficiencia en el
mejoramiento de la calidad del ambiente. En este
trabajo se plantea utilizar la vegetación para la
mitigación de la radiación solar y que resulte en
ambientes agradables, junto con la posibilidad de
aprovechar la capacidad de proporcionar sombra
y usarlo como sistema de amortiguamiento
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térmico del edificio próximo; en respuesta a lo
mencionado por Fuentes Freixanet [14], el
sombreado es la primera estrategia de
enfriamiento y es una de las más eficaces para
evitar el sobrecalentamiento de los espacios.
2. Metodología
Se plantea a la metodología de trabajo como
mixta de carácter exploratorio, método analítico
y tipo de estudio comparativo correlacional; que
tiene como propósito medir el grado de relación
que existe entre dos o más conceptos o variables.
La periodicidad de estudio fue transversal,
debido a que los registros de las variables se
hicieron en un momento predeterminado de
tiempo. Para obtener los resultados acordes a los
objetivos del presente trabajo se recurre a los
modelos computacionales que actúan como
simuladores, ya que representan el
comportamiento térmico del espacio ya
construido y delimitado, cuya validez de
resultados del modelo simulado se basa en el
grado de ajuste de predicciones con el
comportamiento del caso real monitoreado.
El proceso metodológico incluye:
- Evaluación experimental para determinar
el desempeño térmico de la barrera con
vegetación, a partir de la construcción de
módulos auto-portantes.
- Evaluación a través de la simulación
aplicada al caso real con la herramienta Energy
Plus.
- Simulación del escenario propuesto según
porcentaje de vegetación y orientación.
- Evaluación y comparación de resultados
obtenidos.
2.1 Área de estudio
- Caracterización climática del sitio y descripción
del área: el área de estudio se ubica en el estado
de Chiapas, dentro de los Estados Unidos
Mexicanos, en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez,
entre las coordenadas 16°45′11″ N, 93°6′56″ W,
dentro de Facultad de Arquitectura de la
Universidad Autónoma de Chiapa.
Figura 1. Ubicación de la UNACH en Tuxtla Gutiérrez (tomado de Google Earth. INEGI 2020).
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El sitio de implantación se ubica en la franja
tropical y se caracteriza por el clima cálido sub
húmedo, Aw en la clasificación de Köppen-
García. Los veranos son mucho más lluviosos
que los inviernos y. la temperatura media anual
oscila los 20 °C. El sitio se ubica dentro del
campus universitario, cuyo entorno presenta baja
densidad de construcción ya que los edificios
alrededor del mismo no superan los 3 pisos de
altura; en una zona de uso educativo, comercial y
residencial.
Figura 2. Clasificación Köppen-García para México (tomado de http://cbtf5.mx.tripod.com/unidad4.htm).
2.2 Población y muestra
El espacio escogido es el exterior, sobre la
cubierta superior de uno de los bloques del
Laboratorio Nacional de Vivienda y
Comunidades Sustentables, el cual fue
seleccionado por las características particulares
que posee las cuales se consideran deseables para
lo establecido en el planteamiento de la
investigación. El mismo tiene techo verde, se
encuentra a una altura de 3 metros y forma parte
del conjunto de espacios abiertos exteriores del
campus, rodeado de bloques de aulas, áreas
verdes con árboles y césped.
Figura 3. Ubicación de los bloques del Laboratorio Nacional de Vivienda y Comunidades Sustentables (tomado de Google Earth. INEGI
2020).
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
Durante las dos primeras semanas del
experimento, los módulos auto-portantes fueron
colocados sobre techo losa. Debido al
calentamiento de la superficie se modificó la
ubicación sobre el techo verde existente a un
lado, en el mismo sector. La decisión de colocar
en el techo responde a evitar la manipulación de
las personas y que no obtuviera sombreamiento
de ningún elemento preferentemente
constructivo.
Primera Ubicación Segunda Ubicación
Figura 4. Ubicación de los módulos auto-portantes en el Laboratorio Nacional de Vivienda y Comunidades Sustentables.
- Descripción del modelo físico.
Caracterización formal y material:
Módulos auto-portantes: se utilizaron dos
módulos auto-portantes con 5 placas de
poliestireno expandido de 1 pulgada de espesor y
estructura de madera de 40 x 40 cm. Se procedió
a la colocación de vegetación (tipo Cissus) en la
cara Sur de uno de los módulos, para evaluar el
desempeño de la misma en el clima cálido sub-
húmedo, mientras que el otro módulo actuó de
testigo (sin vegetación en la cara Sur). El registro
de datos se realizó mediante registradores de
datos (Data Logger) situados en el interior de los
módulos.
1era Ubicación
2da Ubicación
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
Vegetación: para generar la barrera vegetal se
consideró cubrir una superficie aproximada del
80% de la cara sur de uno de los módulos, por lo
que se colocaron 4 plantas del tipo Cissus,
proveídas por vivero local.
Figura 8. Vegetación tipo Cissus colocada a uno de los módulos.
Registradores de datos: fueron colocados
equidistantemente en el interior de ambos
módulos. Se realizó la medición de los datos,
siendo evaluados solamente los de la temperatura
interior y temperatura exterior
Figura 5. Estructura de los módulos.
Placas de poliestireno expandido con
estructura de madera.
Figura 6. Estructura de alambre recocido
Nº 18, colocada a uno de los módulos para
la fijación de la vegetación.
Figura 7. Sensores de temperatura
colocados en el interior de cada módulo.
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Figura 9. Registrador de Datos (Data Logger) de uso Interior para Temperatura, Humedad Relativa, Luz y un canal para senrores Externos.
2.3 Determinación de variables
Por una parte, las variables están determinadas
por dos categorías: las condiciones del ambiente
natural, que se refieren a los factores climáticos
meteorológicos; y, el ambiente artificial urbano-
arquitectónico (módulos auto-portantes), que
hace referencia al ambiente construido y de la
influencia sobre la forma física y material del
espacio y su entorno inmediato.
2.4 Técnicas e instrumentos de recolección de
datos
El experimento tuvo una duración total de 4
semanas, desde el 10 de noviembre de 2020 al 08
de diciembre de 2020. Cabe resaltar que el
periodo de duración responde en gran parte a la
pandemia ocasionada por el Covid19 y las
restricciones consecuentes como la
disponibilidad del uso de instalaciones y equipo
de monitoreo.
2.5 Metodología de modelación y simulación
El modelado para proporcionar la estructura de
los módulos, a través del diseño 3D, se realizó
con el software SketchUp y para la ejecución de
la simulación se utilizó el motor de cálculo
Energy Plus el cual proporciona los resultados o
variables de salida. Ver tabla 1.
Tabla 1. Trabajo realizado para modelar y simular los
módulos.
A partir de la configuración física del modelo en
SketchUp, el cual fue utilizado en este trabajo
para definir la orientación, la geometría, el
diseño, la composición y la definición de los
espacios y envolventes; se crean con el plugin de
EnergyPlus en el mismo, las zonas térmicas
configurándose todas las superficies que
delimitan la envolvente de los módulos en
estudio. Una vez terminado el diseño y guardado
con extensión. IDF, el cual es uno de los archivos
de entrada para el EnergyPlus, se ingresan el
archivo de clima del sector con extensión. EPW
y las diferentes variables de entrada en Energy
Plus con la determinación de la ubicación
geográfica, la caracterización de los materiales,
las infiltraciones, las variables de salida, los
Herramienta
SketchUp
Creación de: Modelado genérico – Tipos de
espacios – Zonas térmicas
EnergyPlus
Creación y asignación de materiales, cargas,
ubicación, horarios. Motor de simulación.
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periodos de simulación, los horarios, entre otros.
En la tabla 2 se especifican los datos de entrada
en EnergyPlus.
Tabla 2. Se describen algunos datos de entrada utilizados en el trabajo para la modelación y simulación.
Datos de entrada
EP-Launch
Archivo de entrada (Input File)
Archivo .IDF creado en SkechtUp con el plugin de EnergyPlus
Archivo Meteorológico (Weather
File)
Archivo .EPW correspondiente a la localización geográfica del caso
de estudio
IDF Editor
Versión
EnergyPlus 8.7
Control de Simulación
Ejecutar la simulación para un archivo climático determinado (EPW)
Características de los módulos
Nombre, ángulo de orientación (0º), tipo de terreno: ciudad (city),
distribución solar: interior y exterior.
Localización
Nombre de la ciudad, latitud, longitud, zona horaria y altura
Materiales
Nombre: Poliestireno, rugosidad: lisa (smooth), espesor: 0.0254m,
conductividad térmica: 0.035W/mk, densidad: 50kg/m3, calor
específico: 1400J/kgK. Las propiedades del material fueron tomados
de Materiales y Diseño Bioclimático [15].
Construcciones
Paredes, pisos y techos: Poliestireno
Finalmente se ejecutó la simulación y se
corrigieron errores obteniendo como salida la
tabla de datos en formato .CSV. Cabe resaltar
que la aplicación de estrategia en el módulo de
prueba se realizó considerando el mismo
porcentaje cubierto en la experimentación (80%),
ya que la herramienta no cuenta con la opción de
simular con las propiedades térmicas favorables
del efecto de la fotosíntesis de la vegetación. La
simulación fue realizada con módulos de 3.00 x
3.00 x 3.00 mts por estar dentro del rango de las
dimensiones de un espacio habitable
determinado por la CONAVI [16] y porque las
simulaciones realizadas, para este trabajo, con
módulos de menores dimensiones a la misma no
arrojaron resultados comparables.
Figura 10. Digitalización de módulos de 3.00x3.00x3.00mts. en el programa SketchUp, con el plugin de EnergyPlus.
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3. Resultados y Discusiones
Se presentan los resultados obtenidos durante las
dos etapas, dentro de los módulos experimentales
y la simulación. Cabe resaltar que el periodo
utilizado en la simulación esta en
correspondencia a los días utilizados en la
experimentación en campo.
3.1 Experimentación
Con relación a la experimentación en campo, las
temperaturas obtenidas al interior del módulo
auto-portante con barrera vegetal (módulo
prueba) fueron menores que las del módulo
testigo. En la tabla 3 se muestran las temperaturas
máximas y mínimas al exterior y al interior de
ambos dispositivos, durante el periodo total de
experimentación.
Tabla 3. Comparación de temperatura interior y exterior
promedio del periodo total de experimentación.
Diferencia entre módulos.
Temperatura
Tmin ºC
Tprom.ºC
Tmax. ºC
Exterior
16.3
23.7
32.8
Módulo
Prueba
15.4
25.06
47
Módulo
Testigo
15.4
26.1
49
Se concluye que la diferencia entre las
temperaturas ambiente exterior y los módulos
testigo y prueba se debe a la radiación solar y el
volumen de los módulos, lo que permitió
alcanzar las temperaturas obtenidas; cabe resaltar
la reducción de temperatura en el módulo con
vegetación contra el testigo. Como los módulos
no se encuentran con la superficie descubierta o
cara abierta expuesta a los vientos dominantes, se
produce un estancamiento, por lo que se deduce
que las ganancias térmicas por radiación y
conducción en el poliestireno generan una
convección interior. Es importante considerar
factores que generaron condiciones micro
climáticas en el interior, como la radiación
directa reflejada en el interior de los módulos por
las superficies y el calor transferido a pesar de ser
un material aislante.
A partir de los resultados de las temperaturas
obtenidas en los módulos, se seleccionó 1 día por
semana para un análisis más detallado, y
considerar aquel de mayor diferencia de
temperaturas entre el módulo testigo y el de
prueba como se observa en la tabla 4 y en la
figura 11.
ISSN: 2594-1925
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
Tabla 4. Comparación de resultados del experimento en temperaturas máximas obtenidas por semana.
TESTIGO
CON VEGETACION
Diferencia entre temperaturas máximas
Mínima
Media
Máxima
Mínima
Media
Máxima
SEMANA 1
10/11/2020
17/11/2020
10/11/2020
22.178
30.5288333
44.012
22.417
28.842
40.228
3.784
11/11/2020
18.628
29.2231458
47.32
18.937
27.5286458
44.999
2.321
12/11/2020
21.604
28.4404583
47.548
21.652
27.1261875
41.065
6.483
13/11/2020
20.46
28.0139375
45.405
20.603
26.9981042
41.59
3.815
14/11/2020
20.889
28.3735833
45.154
20.984
27.1950833
42.564
2.59
15/11/2020
21.223
28.408125
46.099
21.413
27.4485208
42.773
3.326
16/11/2020
21.795
25.5948542
38.282
21.915
25.0608542
36.012
2.27
17/11/2020
20.436
28.3292708
45.217
20.531
27.5390625
46.995
-1.778
SEMANA 2
18/11/2020
24/11/2020
18/11/2020
21.079
25.9520833
40.257
20.913
25.3494583
40.057
0.2
19/11/2020
19.96
22.4559167
27.259
19.865
21.93275
25.162
2.097
20/11/2020
20.079
24.7302708
35.422
20.079
23.681
30.9
4.522
21/11/2020
20.984
27.744875
46.577
20.746
25.7565625
39.601
6.976
22/11/2020
21.199
27.2546667
44.75
21.223
25.6897708
40.92
3.83
23/11/2020
20.007
25.5285208
42.356
20.198
24.4031042
39.205
3.151
24/11/2020
19.436
27.7872083
46.162
19.579
25.7649167
38.449
7.713
SEMANA 3
25/11/2020
01/12/2020
25/11/2020
18.509
28.6557292
48.205
18.604
26.973875
43.982
4.223
26/11/2020
20.103
28.4973333
46.609
20.246
27.1306875
41.268
5.341
27/11/2020
20.341
28.8812292
48.238
20.412
27.4519375
42.803
5.435
28/11/2020
22.561
29.2217083
49.039
22.537
27.9564792
44.503
4.536
29/11/2020
21.246
28.5379583
47.028
21.246
27.4442292
42.773
4.255
30/11/2020
20.174
25.7958333
42.386
20.174
25.2276458
38.7
3.686
01/12/2020
18.176
22.246375
36.715
18.271
21.7722292
33.6
3.115
SEMANA 4
02/12/2020
08/12/2020
02/12/2020
15.438
25.7432708
47.941
15.414
24.2761042
40.114
7.827
03/12/2020
17.653
22.0806667
29.439
17.677
21.621125
28.617
0.822
04/12/2020
19.413
23.1788125
39.008
19.294
22.6708333
36.254
2.754
05/12/2020
18.58
23.9357083
44.288
18.533
22.9954792
37.728
6.56
06/12/2020
19.579
22.3737708
30.343
19.508
22.0823958
28.568
1.775
07/12/2020
16.701
20.8234583
29.19
17.225
20.6719583
27.702
1.488
08/12/2020
16.01
20.5362917
32.021
16.63
20.3867292
29.265
2.756
ISSN: 2594-1925
12
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
Figura 11. Comparación de los resultados del experimento en temperaturas máximas obtenidas por semana.
La diferencia en las máximas temperaturas
promedio en general entre los módulos de prueba
y el de testigo es de 2ºC (tabla 3) pero se pueden
observar mayores diferencias en días y horas de
mayor temperatura ambiental como se puede
observar en las figuras 12, 13, 14, 15 y 16.
Figura 12. Comparación de resultados del experimento en el día seleccionado, el 12 de noviembre, de la semana 1. Se observa una diferencia
de hasta 6.5ºC entre el testigo y el módulo de prueba a las 12:30 horas, siendo el módulo con vegetación el que presenta menor temperatura.
Como puede observarse en la figura 12, es
notable las temperaturas del aire que se logran
alcanzar en el módulo testigo, siendo una
temperatura que supera las temperaturas del
ambiente exterior, esto debido al volumen del
módulo y la orientación al sur que se colocó la
abertura, por tal motivo el módulo capta la
radiación solar directa e indirecta influyendo en
el aumento de las temperaturas del aire. Lo
relevante es que el módulo con barrera vegetal se
logra reducir hasta 6.5 °C en la temperatura del
aire.
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11/12/2020 00:00
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11/12/2020 11:00
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11/12/2020 17:00
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11/12/2020 19:00
11/12/2020 20:00
11/12/2020 21:00
11/12/2020 22:00
11/12/2020 23:00
°c
FECHA / TIEMPO
Testigo Probeta Temperatura Exterior
ISSN: 2594-1925
13
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
Figura 13. Comparación de resultados del experimento en el día seleccionado, el 21 de noviembre, de la semana 2. Se observa una diferencia
de hasta 6.98ºC entre el testigo y el módulo de prueba a las 12:30 horas, siendo el módulo con vegetación el que presenta menor temperatura.
En la figura 13, se observa que en el módulo con
barrera vegetal, para este día se logró disminuir
6.8°C, cabe mencionar que se trabajaron con
gráficas en días con condiciones de cielo
despejado, aunque se puede notar que entre las
14 hrs y 15 hrs existió un poco de nubosidad.
Esto fue para identificar bajo condiciones críticas
el desempeño térmico en el módulo con la barrera
vegetal.
Figura 14. Comparación de resultados del experimento en el día seleccionado, el 24 de noviembre, de la semana 2. Se observa una diferencia
de hasta 7.7ºC entre el testigo y el módulo de prueba a las 12:30 horas, siendo el módulo con vegetación el que presenta menor temperatura.
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21/11/20 00:00:00
21/11/20 00:30:00
21/11/20 01:00:00
21/11/20 01:30:00
21/11/20 02:00:00
21/11/20 02:30:00
21/11/20 03:00:00
21/11/20 03:30:00
21/11/20 04:00:00
21/11/20 04:30:00
21/11/20 05:00:00
21/11/20 05:30:00
21/11/20 06:00:00
21/11/20 06:30:00
21/11/20 07:00:00
21/11/20 07:30:00
21/11/20 08:00:00
21/11/20 08:30:00
21/11/20 09:00:00
21/11/20 09:30:00
21/11/20 10:00:00
21/11/20 10:30:00
21/11/20 11:00:00
21/11/20 11:30:00
21/11/20 12:00:00
21/11/20 12:30:00
21/11/20 13:00:00
21/11/20 13:30:00
21/11/20 14:00:00
21/11/20 14:30:00
21/11/20 15:00:00
21/11/20 15:30:00
21/11/20 16:00:00
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21/11/20 17:00:00
21/11/20 17:30:00
21/11/20 18:00:00
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21/11/20 19:00:00
21/11/20 19:30:00
21/11/20 20:00:00
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21/11/20 22:00:00
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21/11/20 23:00:00
21/11/20 23:30:00
°c
FECHA / TIEMPO
Testigo Probeta Temperatura Exterior
15
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24/11/20 00:00:00
24/11/20 01:00:00
24/11/20 02:00:00
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24/11/20 05:00:00
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24/11/20 11:00:00
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°c
FECHA / TIEMPO
Testigo Probeta Temperatura Exterior
ISSN: 2594-1925
14
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
En este caso de la figura 14, se observa que se
logró disminuir hasta 7.7°C, en base a esto
podemos ver que la barrera vegetal permite ser
una estrategia pasiva que reduce sustancialmente
la ganancia por radiación solar directa e indirecta.
Figura 15. Comparación de resultados del experimento en el día seleccionado, el 28 de noviembre, de la semana 3. Se observa una diferencia
de hasta 4.5ºC entre el testigo y el módulo de prueba a las 14:00 horas, siendo el módulo con vegetación el que presenta menor temperatura.
En la figura 15 aprovechamos en mencionar
cómo desde que empieza el amanecer, se observa
que la temperatura del aire interior del módulo
testigo comienza a elevarse con respecto al
módulo testigo, esta es una de las razones que nos
permitió inferir que la variable relevante es la
radiación solar directa e indirecta, ya que esta
diferencia se aprecia sólo durante el día, mientras
que en la noche las temperaturas del aire son
idénticas entre el módulo testigo, el módulo con
barrera vegetal y la temperatura exterior.
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28/11/20 01:00:00
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28/11/20 05:30:00
28/11/20 06:00:00
28/11/20 06:30:00
28/11/20 07:00:00
28/11/20 07:30:00
28/11/20 08:00:00
28/11/20 08:30:00
28/11/20 09:00:00
28/11/20 09:30:00
28/11/20 10:00:00
28/11/20 10:30:00
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28/11/20 23:00:00
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FECHA / TIEMPO
Testigo Probeta Temperatura Exterior
ISSN: 2594-1925
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
Figura 16. Comparación de resultados del experimento en el día seleccionado, el 2 de diciembre, de la semana 4. Se observa una diferencia
de hasta 7.8ºC entre el testigo y el módulo de prueba a las 15:00 horas, siendo el módulo con vegetación el que presenta menor temperatura.
A partir de las figuras presentadas se pueden
observar las diferencias de temperatura entre
ambos interiores de los días seleccionados,
siendo el módulo de prueba con barrera vegetal
la más beneficiada, con la disminución de
temperatura del aire al interior, especialmente en
las horas de mayor temperatura ambiental, entre
las 12:00 y 15:00 horas.
3.2 Simulación
Con relación a la simulación, las temperaturas
obtenidas al interior de la Zona Testigo fueron
mayores que las de la Zona con Estrategia. En la
tabla 5 se muestran las temperaturas máximas y
mínimas al exterior y al interior de ambos
módulos, durante el periodo total de simulación
en correspondencia a la duración de la
experimentación como se ha señalado
anteriormente.
Tabla 5. Comparación de temperatura interior y exterior. Diferencia entre módulos imulados.
Temperatura
Tmin ºC
Tprom.ºC
Tmax. ºC
Exterior
7.98
22.5
32
Módulo con Estrategia
7.4
26.7
47.13
Módulo Testigo
7.16
28.8
54.5
Se concluye que la diferencia entre las
temperaturas ambiente exterior y los módulos se
debe también a la radiación y el material
simulado, lo que permitió alcanzar las
temperaturas obtenidas; cabe resaltar sin
embargo la aportación en la reducción de
temperatura en el módulo con la implementación
de estrategia contra el testigo. Como los módulos
no se encuentran con la superficie descubierta o
cara abierta expuesta a los vientos dominantes, se
produce un estancamiento, por lo que se deduce
que las ganancias térmicas por radiación y
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°c
FECHA / TIEMPO
Testigo Probeta Temperatura Exterior
ISSN: 2594-1925
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
conducción en el poliestireno generan una
convección interior.
A partir de los resultados de las temperaturas
obtenidas en la experimentación, se
seleccionaron los mismos días tenidos en cuenta
en la etapa de la experimentación para un análisis
más detallado, como se observa en la tabla 6.
Tabla 6. Comparación de resultados de la simulación en temperaturas máximas obtenidas por semana.
ZONA ESTRATEGIA
ZONA TESTIGO
Diferencia de
temperaturas máximas
Mínima
Media
Máxima
Mínima
Media
Máxima
SEMANA 1
10/11/2020
17/11/2020
10/11/2020
17.0729821
26.0977779
42.7110974
16.8896071
28.2299597
49.5321047
6.821007274
11/11/2020
16.6210694
26.3411132
41.0270796
16.4774809
28.3961391
47.1933622
6.166282598
12/11/2020
14.6478872
25.3944852
39.4348106
14.4466427
27.4421889
45.9923928
6.55758217
13/11/2020
17.4044182
26.1805299
40.8072274
17.2283255
27.6846841
47.3425474
6.535320008
14/11/2020
19.1886963
24.9571352
36.2908113
19.0344405
25.7795686
39.6467146
3.355903284
15/11/2020
19.2267357
27.549929
41.9316966
19.0763994
29.3841936
48.5080282
6.576331648
16/11/2020
17.6427613
26.8699124
43.4951379
17.5065028
28.7324985
50.2272374
6.732099459
17/11/2020
13.8654072
25.9902331
43.9609819
13.8098445
28.2690891
51.0062811
7.045299169
SEMANA 2
18/11/2020
24/11/2020
18/11/2020
14.3498193
26.6564358
44.9594123
14.1514418
29.1599701
52.163517
7.204104742
19/11/2020
18.0860486
27.2443635
41.136466
17.9139036
29.3242473
48.4320776
7.295611619
20/11/2020
17.6720177
27.9269592
44.4148619
17.5249074
30.3816547
52.0698592
7.654997296
21/11/2020
17.5250262
28.3610921
45.5790826
17.3356669
30.7845891
52.8090857
7.230003083
22/11/2020
18.23087
28.7583778
45.3399448
18.0550436
31.1881387
52.9989818
7.659037071
23/11/2020
18.0374772
27.0421128
41.3009489
17.8610944
28.7868665
47.6447527
6.343803724
24/11/2020
18.1165247
29.37328
45.7600502
17.9644731
31.8647992
52.8868754
7.126825247
SEMANA 3
25/11/2020
01/12/2020
25/11/2020
18.111622
29.5726014
47.1295867
17.9344209
32.0403427
54.3176703
7.188083567
26/11/2020
18.9920269
29.1156089
45.6418698
18.8368482
31.4967315
52.792771
7.150901161
27/11/2020
18.9092505
28.347426
44.2242939
18.7364555
30.4537236
51.6547378
7.430443907
28/11/2020
18.4950507
26.2361462
41.4022435
18.3683491
27.6547008
48.2277491
6.825505639
29/11/2020
19.5517718
28.7727235
45.2890677
19.3862909
31.1002194
53.1631085
7.874040815
30/11/2020
16.2226332
27.7692477
44.8538589
16.1320919
30.224213
52.4892541
7.635395232
01/12/2020
11.2107981
23.93982
43.5389008
11.0169605
26.4974811
51.5428354
8.003934585
SEMANA 4
02/12/2020
08/12/2020
02/12/2020
7.36719958
19.7326884
39.9020179
7.15598255
21.6377955
47.645981
7.743963096
03/12/2020
18.915789
28.6282006
42.56938
18.7413169
31.1629894
50.7973356
8.227955629
04/12/2020
17.2868276
28.0237526
45.5451513
17.1094246
30.5401704
53.5499403
8.004788966
05/12/2020
8.57582287
24.0820792
46.5405095
8.33658106
26.565221
54.4726823
7.932172786
06/12/2020
14.5153154
28.3076955
42.3835161
14.2890839
30.6749144
50.5135237
8.130007561
07/12/2020
16.7945199
22.6786229
37.2217932
16.6732954
23.5495482
42.9008095
5.679016304
08/12/2020
13.1991757
22.858249
39.6135267
13.0414635
25.0304211
47.8435419
8.230015153
ISSN: 2594-1925
17
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
La diferencia en las máximas temperaturas en
general entre los módulos es de 7ºC (tabla 5), 5ºC
más en relación con la experimentación,
resaltando ese promedio durante todo el periodo.
En la tabla 7 se puede observar las diferencias de
temperaturas en los días seleccionados, entra la
experimentación y la simulación.
Tabla 7. Comparación de la diferencia entre las temperaturas de la experimentación y la simulación.
Fecha
Experimentación
Simulación
12 Noviembre 2020
6.48ºC
6.56ºC
21 Noviembre 2020
6.98ºC
7.23ºC
24 Noviembre 2020
7.71ºC
7.13ºC
28 Noviembre 2020
4.5ºC
6.82ºC
02 Diciembre 2020
7.83ºC
7.74ºC
4. Conclusiones
El sistema de barrera vegetal con la especie
Cissus, se pudo demostrar que contribuye a la
disminución de temperaturas interiores, y puede
ser utilizada como estrategia pasiva para mejorar
el confort térmico de los espacios por
sombreamiento vertical. Se identificó que el
mayor factor que permite el mejoramiento
térmico al interior, es la reducción de ganancias
de radiación directa debido a la filtración por las
hojas, además que bien es sabido, por las
características propias de una planta, no
transmite el flujo de calor que ellas reciben.
La experimentación fue uno de los elementos
importantes a considerar para ver las diferencias
que podían resultar de una simulación térmica
con respecto a una experimentación física,
considerando una superficie sombreada del 80 %
en ambos casos, resultando en valores similares
a favor de la disminución de las temperaturas
interiores de los módulos.
En el monitoreo experimental nos permitió
observar que la barrera vegetal permitió
disminuir en algunos casos hasta 7.8 °C menor
que el módulo testigo, y que la radiación solar
directa e indirecta fue el principal factor que la
barrera vegetal mitigó, evitando ganancias de
calor interior de módulo con barrera vegetal,
como se menciona en los comentarios de la figura
15. Por lo tanto, se concluye que en climas
cálidos la implementación de barreras vegetales
permite mejorar las condiciones de temperatura
interior, siendo una estrategia factible para las
condiciones climáticas experimentadas.
5. Agradecimientos
A la Agencia Mexicana de Cooperación
Internacional para el Desarrollo (AMEXCID).
A la Facultad de Arquitectura. Universidad
Autónoma de Chiapas.
Al Laboratorio Nacional de Vivienda y
Comunidades Sustentables, sede Tuxtla
Gutiérrez.
ISSN: 2594-1925
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Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 5 (1): e94
6. Agradecimiento de autoria
Carmiña Elizabeth Dominguez Cicorio:
Conceptualización; Ideas; Metodología;
Recursos; Análisis formal; Investigación;
Análisis de datos; Borrador original; Escritura;
Revisión y edición; Administración de proyecto.
Luis Aarón García Solórzano:
Conceptualización; Ideas; Metodología; Análisis
formal; Análisis de datos; Revisión y edición.
Raúl Pavel Ruíz Torres: Conceptualización;
Ideas; Metodología; Análisis formal;
Investigación; Análisis de datos; Recursos;
Escritura; Revisión y edición; Administración de
proyecto; Supervisión.
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Derechos de Autor (c) 2022 Carmiña Elizabeth Domínguez Cicorio, Luis Aaron García Solorzano, Raúl Pavel Ruíz Torres
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