Variables de diseño de cubiertas ventiladas metálicas en el clima cálido húmedo

Abstract

La construcció amb cobertes de làmina metàl·lica autoportant està molt estesa entre la població amb baixos recursos econòmics i tecnològics a causa del seu reduït cost i facilitat d’instal·lació. En latituds amb alta radiació solar directa i difusa, el comportament tèrmic és molt desfavorable a causa de la seva alta transmitància. Crear una coberta de doble fulla amb possibilitat de ventilació pot significar una millora de les condicions de confort interiors. En aquest estudi es defineixen 3 variables de disseny de cobertes ventilades metàl·liques per avaluar-ne el comportament davant la transferència de calor en un clima càlid humit. Les variables estudiades són la separació de les fulles, la inclinació de la coberta i la reflectància de l’acabat superficial exterior. Amb l’objectiu de comparar el comportament tèrmic de les cobertes ventilades, es van mesurar les temperatures superficials i de l’aire en diferents condicions al llarg de 5 mesos, per a això, es van fabricar quatre prototips, un amb coberta simple i tres amb cobertes ventilades, amb la possibilitat de modificar-ne les variables de disseny. Aquestes modificacions van permetre identificar els rangs de configuració que van presentar menors increments de temperatura respecte a la coberta simple de referència. Els resultats obtinguts mostren que una alta reflectivitat del full exterior, una separació més gran de les fulles i un augment de la inclinació de la coberta són factors que permeten disminuir el sobreescalfament per coberta, sent el nivell de reflectància de l'acabat superficial del full exterior el paràmetre amb més impacte. In hot-humid climates, construction of self-supporting metal sheet roofing is widespread among population with low economic and technological resources due to its low cost and ease of installation. In latitudes close to the equator. with high direct and diffuse solar radiation, thermal behavior of metal roofing is very unfavorable because of its high transmittance and the amount of radiation received by the horizontal plane. Duplicating the metal sheet by creating a double sheet roof with the possibility of ventilation can mean an improvement in interior comfort conditions. In this study, 3 design variables of ventilated metal roofs are defined to evaluate their heat transfer behavior in a hot-humid climate. The studied variables are: distance between the metal sheets, roof inclination and reflectance of exterior surface finish. In order to compare the thermal behavior of the ventilated roofs, surface and air temperatures were measured under different conditions over a 5-months period. Hence, four modules were manufactured, one with a single metal sheet roof and three with ventilated cavities, all of them with the possibility of changing the design variables. These modifications allowed to identify the configuration ranges that presented lower temperature records compared with a simple metal sheet roof. Results showed that a high reflectance level of the external foil, a greater distance between the metal sheets and a pronounced roof inclination, are factors that allow reducing roof overheating, in which surface reflectance level of the external sheet was the parameter with the greatest cooling impact.  La construcción con cubiertas de lámina metálica auto portante está muy extendida entre la población con bajos recursos económicos y tecnológicos debido a su reducido costo y facilidad de instalación. En latitudes con alta radiación solar directa y difusa, su comportamiento térmico es muy desfavorable debido a su alta transmitancia. Crear una cubierta de doble hoja con posibilidad de ventilación puede significar una mejora de las condiciones de confort interiores. En este estudio se definen 3 variables de diseño de cubiertas ventiladas metálicas para evaluar su comportamiento ante la transferencia de calor en un clima cálido húmedo. Las variables estudiadas son: la separación de las hojas, la inclinación de la cubierta y la reflectancia del acabado superficial exterior. Con el objetivo de comparar el comportamiento térmico de las cubiertas ventiladas, se midieron las temperaturas superficiales y del aire en distintas condiciones a lo largo de 5 meses, para lo cual, se fabricaron cuatro prototipos, uno de ellos con cubierta simple y tres con cubiertas ventiladas, con la posibilidad de modificar sus variables de diseño. Dichas modificaciones permitieron identificar los rangos de configuración que presentaron menores incrementos de temperatura con respecto a la cubierta simple de referencia. Los resultados obtenidos muestran que una alta reflectividad de la hoja exterior, una mayor separación de las hojas y un aumento de la inclinación de la cubierta son factores que permiten disminuir el sobrecalentamiento por cubierta, siendo el nivel de reflectancia del acabado superficial de la hoja exterior el parámetro con mayor impacto.