Mapa Energético de Concepción

Mapa Energtico-Solar de Concepcin: Cartografa Urbana del Consumo Energtico y

Captacin Solar en Edificaciones Residenciales de Concepcin, Chile.

Energy-Solar Map of Concepcin: urban cartography of energy consumption and solar capture in

residential buildings of Concepcion, Chile.

Rodrigo Garca Alvarado (1), Sergio Baeriswyl Rada (2), Maureen Trebilcock (1), Paulina

Wegertseder (1). (1) Depto. Diseo y Teora de la Arquitectura, Universidad del Bo-Bo.

(2) Depto. De Planificacin y Diseo Urbano, Universidad del bo-Bo.

*Citar: Garca, R., Baeriwyl, S, Trebilcock, M., Wegertseder, P. (2002), Mapa Energtico-Solar de Concepcin: Cartografa Urbana del Consumo Energtico y Captacin Solar en Edificaciones Residenciales de Concepcin, Chile. Enviado a la Revista Norte Grande, diciembre 2013.

Resumen

Con el objeto de reducir el impacto ambiental que producen las fuentes de energa no renovables

en las ciudades y promover fuentes renovables, se presenta un catastro del consumo energtico y

captacin solar de construcciones residenciales en la ciudad de Concepcin, Chile. Al carecer de

informacin centralizada o levantamientos tridimensionales, se desarrolla una categorizacin

territorial por manzanas en base a encuestas, niveles socioeconmicos, fotos areas, tipologas de

edificacin y simulaciones, que son implementadas en un Sistema de Informacin Geogrfico

(SIG). Este catastro identifica rangos y zonas, que expresan una distribucin diferenciada de

consumos energticos y de captacin solar. Por un lado se observa un extenso permetro

residencial con altos consumos, y una gran capacidad solar, particularmente en techumbres y por

otro lado centros de consumos acumulados con edificacin en altura con mayores limitaciones

de captacin solar. De este modo, se determinan potenciales urbanos diferenciados pero que

pueden constituir la base para implementar una matriz de energa renovable complementaria

entre tipologas.

Palabras clave: Energa Solar, Consumo Energtico, Mapas Urbanos, Tipologas Residenciales,

Chile.

Abstract

With the aim of reducing environmental impacts and promoting renewable energy in cities, this

paper presents an assessment of energy consumption and incident solar radiation of residential

buildings in Concepcin, Chile. Due to the lack of data in terms of 3D urban form, a territorial

categorization for each block was developed based on questionnaires that included socio-

economic data, as well as aerial photographs, building typologies and simulations, implemented

through (Geographical Information System) GIS. This work identifies ranges and zones that

reveal differentiated distribution of energy consumption and incident solar radiation. It reveals a

wide residential zone at the fringes with high energy consumption and significant solar radiation,

particularly in roofs, with high consumption at the city centre and tall buildings that have higher

solar radiation in some walls. The work determines urban solar potential, based on the relation

between energy consumption and solar energy generation, which can be complemented between

different typologies, allowing generating urban strategies for the provision of renewable energy

based on the complementation of urban areas in view of the self sufficiency of cities.

R. Garca, S. Baeriswyl, M. Trebilcock y P. Wegertseder: Mapa Energtico-Solar de Concepcin: Cartografa Urbana del Consumo

Energtico y Captacin Solar en Edificaciones Residenciales de Concepcin, Chile.

Key words: Solar Energy, Energy Consumption, Urban Maps, Residential Typologies, Chile.

A nivel mundial, las edificaciones son responsables del 60% de las emisiones de CO2 a la

atmsfera (IEA, 2009), siendo gran parte de esta contaminacin consecuencia de la energa

requerida para su funcionamiento, especialmente en trminos de climatizacin. Adems el

crecimiento socioeconmico y el constante aumento de la urbanizacin (especialmente en

Latinoamrica), evidencia que las ciudades se estn convirtiendo en los principales centros de

consumo energtico e impacto ambiental (Balbo et al., 2003). Su demanda es satisfecha

principalmente por combustibles no-renovables provenientes de fuentes alejadas, lo que provoca

un costo cada vez mayor de la energa para los usuarios.

Por esta razn se advierte la necesidad de lograr procedimientos de autogeneracin energtica en

la ciudad y sus edificaciones, preferentemente de fuentes sustentables disponibles en el propio

lugar, como la energa solar (Meador, 1981). Sin embargo el consumo de las edificaciones y su

posibilidad de captar la radiacin solar, poseen una distribucin espacial y temporal diferente

(Lund, 2010). La demanda energtica aumenta en las noches y periodos invernales, mientras la

captacin solar es mayor durante el da y en verano. Del mismo modo, las edificaciones densas

concentran el gasto y la captacin solar se facilita en lugares despejados. Debido a esto es crucial

determinar la estructura urbana de los requerimientos energticos y de las posibilidades de

recoleccin solar, para definir el tipo de instalaciones ms adecuadas y complementar la

provisin actual de combustibles. Buscando orientar la inversin privada y la gestin pblica de

fuentes renovables locales para alcanzar ciudades ms sustentables.

Actualmente Chile presenta una crisis mltiple en el sector energtico, debido a altos niveles de

contaminacin, elevados precios de energa, una matriz de generacin escasamente diversificada

y concentrada en fuentes fsiles mayoritariamente de origen extranjero, inseguridad en el

abastecimiento por restricciones ambientales, inequidad en la distribucin elctrica y retraso de

polticas energticas reguladoras y promotoras de nuevas fuentes (CCTP, 2011). El pas ha

entrado en una situacin vulnerable, demandando acciones que incentiven la eficiencia energtica

y el uso de energas renovables, sin sacrificar el confort o la actividad econmica (Castillo &

Maldonado, 2004). Algunas acciones pblicas en Chile estn motivando la implementacin de

fuentes renovables, como la ley 20.365 promulgada en 2009, que establece franquicia tributaria a

sistemas solares trmicos para Agua Caliente Sanitaria (ACS). El 2012 se dicta la ley 20.571 que

viabiliza el Net-Metering o venta de energa elctrica generada a escala domstica para la red pblica. Por este motivo ha surgido distintos proveedores, pero an su aplicacin es muy

incipiente porque entre otras cosas, se carece de informacin precisa sobre sus posibilidades de

uso y las condiciones del entorno urbano.

La captacin de energa solar para consumo directo en el lugar (on-site), permite prescindir de

redes de transporte y distribucin, evita la construccin, mantencin y contaminacin espacial de

grandes sistemas (Widn, 2010). El presente estudio pretende entonces promover la aplicacin de

energas renovables en las ciudades, especficamente en el uso residencial, determinando la

zonificacin de sus requerimientos y posibilidades de captacin solar. Se identifica la distribucin

del gasto habitacional (elctrico, agua caliente sanitaria y calefaccin) por sectores, y las

capacidades de radiacin recibidas en las propias edificaciones, posible de ser aprovechadas.

Estableciendo la zonificacin de estas variables segn la estructura urbana y tipologas

residenciales. Como se carece de informacin de servicios centrales o levantamientos



tridimensionales (que son utilizados en pases desarrollados para realizar este tipo de catastros),

en esta investigacin se implementa una categorizacin territorial por manzanas de acuerdo a

bases cartogrficas, encuestas de gasto domiciliario, niveles socioeconmicos, fotos areas,

modelos habitacionales y simulacin dinmica, implementado en un Sistema de Informacin

Geogrfico (SIG). En este artculo se explica el proceso aplicado en la ciudad de Concepcin,

Chile y los principales resultados obtenidos.

Catastros Energticos y Captacin Solar Urbana

La distribucin de los requerimientos energticos de las ciudades se puede determinar a partir de

la informacin de los reguladores o proveedores de servicios, o de las propias edificaciones, por

sus registros de consumo o por simulaciones dinmicas para comprender sus demandas

detalladas. Estos catastros se enfrentan a dilemas del nivel de detalle y de la relacin de variada

informacin, incluyendo la composicin poblacional y su proyeccin en el tiempo (Bunje et al.,

2012).

Recientemente se han divulgado varios estudios y catastros energticos de ciudades para

promover un desarrollo urbano ms sustentable. Por ejemplo de las ciudades norteamericanas de

Los Angeles (LA) (CCSC, 2013) y Nueva York (NY) (SEL, 2013), como tambin varias de la

regin de Ontario en Canad (CUI, 2013). Los catastros de LA y NY, que estn disponibles en

mapas interactivos por internet, detallan fundamentalmente los consumos elctricos por manzana

(o agrupaciones de manzanas). Aunque no abarcan la totalidad de las reas metropolitanas y

servicios energticos, despliegan informacin asociada de uso de suelo, cantidad de poblacin,

antigedad media de las construcciones y desarrollo mensual de las zonas identificadas. El mapa

de LA presenta una escala de consumo desde 500 a 4.000 kWh mensuales promedio por sectores

que rondan el 1.000.000 m2. El mapa de NY, sustentado en datos comunales de consumo

elctrico y encuestas, revela variaciones de 50 a 5.000 kWh anuales por m2, donde Manhattan

supera los 1.000 kWh/m2, y las zonas residenciales perifricas (Bronx, Brooklyn y Queens)

desperdigndose bajo los 300 kWh/m2 ao. El estudio general de este catastro aporta adems el

anlisis de distintas fuentes y proyecciones (Howard et al., 2012). De las ciudades canadienses

revisadas, Guelph presenta consumos de 30 a 280 kWh/m2, incluyendo distintas fuentes. Aunque

no est disponible en cartografa interactiva, el mapa revela reas industriales laterales, zonas

residenciales medias y centros histricos bajos e irregulares (Gilmour et al., 2010). Tambin

revisando distintos combustibles y estimaciones en el tiempo.

Por otro lado, han surgido variados registros territoriales de captacin solar para incentivar la

utilizacin de recursos renovables locales, dirigidos a residentes, instaladores de sistemas,

financiadores y gobiernos, entre otros. Basados en informacin climtica y topogrfica satelital

(Prez et al, 2002; Janjai et al; 2005), implementada en sistemas de informacin geogrfica (SIG)

para identificar las variacin geogrficas de incidencia solar y estimar magnitudes globales de

contribucin a las demandas. Por ejemplo, un estudio completo del pas de Omn (Gastli &

Charabi, 2010), registra magnitudes medias de MWh/m2 ao en terrenos planos sugiriendo que la

radiacin recibida puede aportar ms de 680 veces los requerimientos nacionales de energa. Sin

embargo no detallan la situacin de las zonas urbanas, que presentan diversas condiciones

locales. La revisin de reas construidas se concentra usualmente en la capacidad de recoleccin

solar de las cubiertas de edificios, estimando magnitudes generales por sectores (Izquierdo,



2008), aunque sin considerar fachadas o patios, como tampoco la estructura urbana. Una revisin

ms detallada del potencial solar de las edificaciones requiere la informacin volumtrica de las

construcciones y el clculo de radiacin recibida por cada frente o lugares anexos, que luego se

puede graficar e implementar en sistemas catastrales (UPM & POLIS, 2010). En un reciente

proyecto europeo se analizaron varias ciudades como Lisboa, con 60.000 edificios, determinando

que un 60% poda acoger sistemas de captacin con 1.600 kWh/m2, en pars se revisaron 80.000

edificios y en Vitoria-Gateiz se calificaron las techumbres segn porcentajes de prdida de la

radiacin recibida, sugiriendo implicancias en la planificacin urbana (Grauthoff et al., 2012).

Algunos servicios (como Daz, 2013), permiten realizar levantamientos digitales tridimensionales

de grandes reas construidas y graficar porcentajes de incidencia solar, para realizar estimaciones

de potencial en estudios o mapas interactivos.

Actualmente es posible encontrar diversos mapas urbanos de captacin solar en lnea, los cuales

entregan un catastro de cubiertas de edificaciones, y clculos adicionales de cuanta energa puede

generar instalando sistemas fotovoltaicos o solares trmicos en sus edificaciones, los costos y

retornos de inversin. En general abordan ciudades del hemisferio norte, con mayor

concentracin en Estados Unidos y Alemania. Mapas de la ciudades Emden (ES, 2013),

Gelsenkirchen (DS, 2013) y Anaheim (ASM, 2013) muestran resultados de forma general, es

decir identifican posibles ahorros e indican idoneidades solares segn colores especificados en las

techumbres. Otros mapas, como el de la ciudad de Bremen (SB, 2013), Berkeley (CB, 2013), Los

Angeles (LAC, 2013) y Cambridge (Reinhart et al., 2013) entregan mayor cantidad de

informacin al usuario o a la empresa que intervendr, adems de la superficie de la cubierta

segn la idoneidad, muestran la superficie ideal del mdulo fotovoltaico, que rendimiento

pudiese ste tener, la cantidad de CO2 disminuida y el ahorro energtico (kWh/ao). Exponiendo

catastros homogneos de las reas urbanas, en que destacan los edificios de mayor magnitud

contina de techumbre. Estos mapas no consideran espacios abiertos o caras verticales, como

tampoco las posibilidades de desarrollarlo en otras localidades o su relacin con la estructura

urbana.

Los estudios de captacin de radiacin a solar en base a modelos volumtricos generados por

rastreo areo (vuelos LIDAR), son onerosos y requieren grandes volmenes de procesamiento

computacional (Lukac & Zalik, 2013) y de calibracin local (Jakubiec & Reinhart, 2013). Estas

condiciones son escasamente existentes en pases en desarrollo del hemisferio sur.

Por esta razn planteamos un catastro por manzanas basado en informaciones particulares, que

por un lado represente rangos de consumos urbanos segn encuestas de poblacin, y por otro

estime la captacin solar con el clculo de tipologas constructivas, para determinar

diferenciaciones generales y potencial complementario. Asegurando la integridad del modelo

mediante la zonificacin territorial, para as tener una aproximacin tipolgica a los

requerimientos y potencialidades energticas que permitan orientar la provisin solar urbana y

promover una conciencia ambiental.

Cuando el objetivo es emplear sistemas de energa distribuida en las ciudades, el espacio til para

instalar los equipos puede poner lmites a la cantidad de energa que est disponible con respecto

a la demanda (Aberg et al., 2012). Por ejemplo, los centros de las ciudades suelen tener edificios

altos, los cuales presentan menor capacidad de recoleccin solar, debido a la poca superficie

expuesta (especialmente de techumbre) y sombreamiento entre los volmenes, en comparacin

con casas unifamiliares. La morfologa constructiva y el relieve inciden directamente en la



captacin de energa que se puede generar para la demanda energtica. Adems, el

abastecimiento debe equilibrarse o almacenarse durante los periodos diarios o anuales para

satisfacer necesidades efectivas de energa (Lund, 2012).

Por otro lado, el desarrollo de la energa solar depende de polticas locales, transferencia de

tecnologa, costos de los sistemas recolectores y el recurso solar del lugar. Es necesario integrar

todos estos factores para planificar la explotacin de la energa solar como fuente de produccin,

como tambin se deben identificar tres tipos de potenciales: fsicos (energa recibida desde el Sol

en diferentes periodos temporales); geogrficos (caractersticas formales de las superficies y

conos de sombra); y tcnicos (que tipos de equipos usar), con la ayuda de un sistema de

informacin territorial para el anlisis espacial, para luego evaluar la vialidad econmica (Sun et

al., 2013).

Situacin de Concepcin

La ciudad de Concepcin est ubicada en la zona centro sur de Chile, a 36 46 22 S de latitud y 73 03 47 O de longitud. Con una elevacin promedio cercana a los 12 msnm, se encuentra a los pies de la Cordillera de la Costa y en la ribera norte del Ro Bo-Bo, en planicies litorales del

Ocano Pacifico. Esta condicin arroja una geomorfologa irregular con colinas, quebradas y

depresiones. Su clima es templado martimo con influencia mediterrnea y cuatro estaciones

claramente marcadas, presenta en promedio 66,5% de humedad relativa. La temperatura media

anual es de 9,1 C y la mxima es de 20 C. El promedio de temperatura en verano es 17 C,

mientras que en invierno la media es 8 C (Meteochile, 2013).

El rea Metropolitana de Concepcin es la segunda concentracin urbana del pas con una

poblacin cercana al milln de habitantes, distribuidos en 11 comunas con una extensin urbana

de 14.000 ha.1 La comuna de Concepcin es el centro histrico, poltico y de servicios de este

sistema. Para el Censo del ao 2002 la Comuna de Concepcin contaba con 216.021 habitantes

(INE, 2002) con una superficie urbanizada de 2.102 ha., con una densidad habitacional de 103

hab/ha. El rea residencial construida representa 76,4% del total de la superficie comunal (Salinas

& Prez, 2011). Segn las proyecciones nacionales del Instituto Nacional de Estadsticas (INE-

CEPAL, 2005), para el 2050 la comuna podra alcanzar ms de 250.000 hab. y el rea

metropolitana sobre los 1.500.000 hab., con variaciones de distribucin demogrfica.

El rea Metropolitana de Concepcin ha crecido de forma similar a la mayora de las ciudades

latinoamericanas, con una concentracin de servicios, expansin horizontal en el entorno

geogrfico, presencia ocasional de informalidad, segregacin residencial y diversidad de

instalaciones industriales y equipamientos (Borja, 2011).

La irradiacin solar mensual obtenida en un plano horizontal en Concepcin, corresponde al

perfil mensual tipo de una ciudad media en el hemisferio sur, donde se nota una clara

disminucin durante los meses de invierno (Fig. 1). El mismo perfil se puede obtener de las

temperaturas ambientales al interior de un edificio, donde estas disminuyen en comparacin al

periodo estival. En invierno el flujo de prdida de energa aumenta y por ende lo hace tambin el

consumo energtico para calefaccionar. La demanda energtica en una vivienda tipo en

1 Primer Informe Calidad de Vida Urbana Gran Concepcin 2011 - 2012



Concepcin, muestra que al menos 70% de la energa es para calefaccionar, de un total de 13,500

kWh/ao (Fissore, 2009).

Los valores medios mensuales de la radiacin solar en una superficie vertical (34.41 orientacin

noreste, respecto al norte geogrfico), muestran que el mayor ndice de energa solar medio

aparece al final del verano (marzo), con un mximo de 4.063 Wh/m2. Luego, el mnimo es

alcanzado en el otoo (mayo), con un valor de 1.882Wh/m2 (Fig. 2) (Fissore & Fonseca, 2007).

Resulta curioso observar que en agosto (invierno) se alcanza un promedio diario de 3.396 Wh/m2,

valor que supera a lo registrado durante la primavera anterior (Octubre). Esto se debe al bajo

ngulo de incidencia de radiacin solar sobre la superficie. Debido a estas situaciones, es posible

vaticinar que una correcta ubicacin de los captadores solares permitira un mayor

aprovechamiento de la captacin solar, generando importantes ahorros en el consumo energtico

durante el invierno, o bien en otra ubicacin urbana.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Irra

dia

ci

n m

en

sua

l (M

J/m

2)

Figura 1: Radiacin mensual en plano horizontal para Concepcin.

Fuente: CNE, PNUD & UTFSM, 2008.

0

500

1000

1500

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2500

3000

3500

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4500

Oct Nov Dic Feb Mar Abr May Jun Jul Ago

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ci

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2)

Figura 2: Radiacin Solar mensual sobre un plano vertical en Concepcin.

Fuente: Fissore y Fonseca, 2007.

Elaboracin del Mapas Energticos Solares de Concepcin

La construccin de los mapas energticos se basa en la recopilacin de la informacin necesaria

para poder representar territorialmente los diferentes datos (consumos energticos, tipologas,

etc.), que en algunos casos pueden desplegarse en distintos perfiles temporales.

Los consumos energticos analizados son tres: Calefaccin, Agua Caliente Sanitaria y

Electricidad, todos segn densidad residencial y nivel socioeconmico por manzana construida



(equivalentes a una hectrea, 10.000 m2). La cantidad de consumo es extrada a partir de una

encuesta realizada en la ciudad, donde se presentan distintos parmetros de medicin, como

cantidad de usuarios por vivienda, nivel socioeconmico, equipos utilizados, etc.

Para la calefaccin, el anlisis de consumo energtico, se complement con un estudio de

demandas energticas reales mediante simulaciones dinmicas de distintas tipologas

residenciales.

Para la creacin de los mapas y evaluacin del potencial solar del territorio, fue necesaria la

integracin de diversas fuentes de informacin (Cuadro 1), provenientes en distintos formatos:

fotografas, tablas, mapas, etc. Debido a esto se hace necesaria la organizacin de la informacin

sobre el rea de estudio, para generar una base de datos territorial operada a travs de un Sistema

de Informacin Geogrfica (SIG) en software ArcMap 10.

Con la base de datos configurada, en funcin de la cantidad de capas necesarias para completar la

informacin requerida, se procede al anlisis del potencial solar, y as tener como resultados

mapas y tablas que permitirn desarrollar estrategias de captacin y aprovechamiento solar.

Cuadro 1: Esquema Metodolgico

Fuentes de

Informacin

Procesamiento

de datos Rangos Catastro Resultados

Restitucin

Aerefotogramtrica

(GORE, SECTRA,

IGM, 2009;

Actualiazado

Laboratio de Estudios

Urbanos, 2011)

Topografia e

Hidrografia Permetro de

Manzanas

Urbanizadas y

Superficies

residenciales

Mapa de Manzanas

por Consumo

Energtico Elctrico,

ACS, Calefaccin y

Total

________________

Tipologas

Residenciales con

Captacin Solar por

elemento

Cuantificar el

potencial solar

por manzana

segn tipologas

y zonas urbanas

por manzana

Trazado Vial,

Lmites Prediales

y rea Urbana

Manzanas Censales

de la Comuna

(Instituto Nacional de

Estadstica, 2012)

Cantidad de

Viviendas

Existentes

Categorizacin de

Consumos

Energticos por

manzana

Densidades

Habitacionales

Niveles

Socioeconmicos

predominantes

Encuesta de

Consumos

Energticos por

Viviendas (CDT,

2010 )

Consumo

Elctrico

Consumo de

Calefaccin

Consumo de ACS

Niveles

Socioeconmicos

Fotografa Areas y

Callejeras (Google

Earth Streetview, 2013)

Altura de

Edificacin por

cuarto de

manzana

Tipologas

Residenciales

Simulaciones

Dinmicas de

Modelos

(ECOTECT)

Asoleamiento

horario por

elemento en cada

Modelo

Radiacin Solar

captada por modelo

Fuente: elaboracin propia.



Categorizacin de consumos energticos

Como base cartogrfica se utiliza una restitucin aerofotogrametra (Datum WGS84 Huso 18

Sur) de la provincia de Concepcin, escala 1:10.000, realizada el ao 2009 por el Gobierno

Regional del Bo-Bo, Secretaria de Transporte e Instituto Geogrfico Militar, actualizado por el

Laboratorio de Estudios Urbanos de la U. Bo-Bo el ao 2011 y que integra el Plan Regulador

Metropolitano y Comunal del 2003. Esta base permite identificar niveles topogrficos y cursos de

agua, trazado vial, lmites prediales y rea urbana de la comuna de Concepcin, implementado

como archivo shp en ArcMap. Luego se identifican los permetros de manzanas urbanizadas,

correspondientes a reas residenciales, para as revisar el catastro pblico presentado por el

Instituto Nacional de Estadsticas en convenio por MapCity (INE, 2013) que indica, entre otros,

la cantidad de viviendas y el grupo socioeconmico predominante por manzana censal (ABC1,

C2, C3, D). Estos datos son llevados al registro de permetros residenciales de la base

cartogrfica, lo que permite calcular la densidad habitacional por manzana (10.000 m2). Las

densidades se pueden diferenciar en cuatro rangos representativos de ocupacin residencial, las

cuales se combinan con grupos socioeconmicos predominantes para disponer de una

caracterizacin de manzanas segn densidad/nivel.

Como ya se indic, los datos de consumo energticos son obtenidos a partir de encuestas

realizadas el ao 2010 para el estudio nacional de energa residencial (CDT, 2010), donde se

consulta el gasto domiciliario, convertido a potencia calorfica por unidades habitacionales

identificadas por comuna, tipologa constructiva y nivel socioeconmico. Los consumos estn

diferenciados por gasto elctrico, en calefaccin y de agua caliente sanitaria. Las medias

residenciales de consumos por nivel socioeconmico se calculan por densidad residencial

obteniendo por tanto diecisis categoras de gasto energtico aplicables por manzana (Cuadro 2).

Cuadro 2: Consumos energticos (MW) por niveles socioeconmicos y densidad residencial.

DENSIDAD RESIDENCIAL

Muy Baja

1 a 15 Viv./Ha

Baja

16 a 30 Viv./Ha

Media

31 a 75 Viv./Ha

Alta

76 y ms Viv./Ha

Promedio de Viviendas por Ha (unidades) 10 24 60 100

ABC1 390 936 1200 2000

C2 200 480 720 1200

C3 180 432 660 1100

D 130 312 480 800


Esta distribucin evidencia una progresin entre el nivel socioeconmico (por capacidad de pago)

y la agrupacin urbana. Para expresar ms ntidamente esta incidencia en el catastro se definen

cuatro categoras de consumos segn las magnitudes presentadas, que son equivalentes en los

distintos tipos de gastos (Cuadro 3).

Cuadro 3: Categoras de consumos (MW/h ha) a partir de los 16 indicadores.

Rango Consumo

Energtico Total

Consumo Energtico

Elctrico

Consumo Energtico

Calefaccin

Consumo

Energtico ACS

I 130-400 14-40 110-299 10-50

II 401-700 41-90 300-500 51-130



III 701-1099 91-160 501-800 131-300

IV 1100-2000 161-280 801-1000 301-500 Fuente: elaboracin propia.

Estas categoras son implementadas en los permetros residenciales de manzanas de la base

cartogrfica en SIG, para representar la distribucin urbana del consumo energtico habitacional

en la comuna de Concepcin, diferenciados segn los distintos gastos consultados (Fig.3).

Consumo Energtico Total

Consumo Energtico de Electricidad

Consumo Energtico de Calefaccin

Consumo Energtico de ACS

Figura 3: Mapas por tipo de Consumo Energtico en Comuna de Concepcin.




Los mapas de consumo energtico residencial en Concepcin evidencian una concentracin, con

manzanas centrales de consumo cuatro veces superior a manzanas perimetrales que se extienden

mayormente. Con interrupciones geogrficas del rea urbana e incrementos parciales en los

sectores ocupados. La concentracin se focaliza levemente al sur-oeste contiguo a un faldeo que

agrupa alta densidad residencial de sectores medios-altos, y al centro cvico de servicios

adyacente al oeste. Las distribuciones por tipo de gasto son similares, exceptuando el agua

caliente sanitaria de menor concentracin (pero mayor disparidad).

Distribucin de tipologas residenciales

El catastro de tipologas residenciales, tiene por objetivo caracterizar las construcciones

habitacionales y su distribucin en la ciudad, para estimar capacidades de captacin solar directa

segn reas urbanas. Las edificaciones residenciales se constituyen en general por viviendas

unifamiliares de baja altura (de 1 a 2 pisos) y propiedad individual del terreno, que conforman

agrupaciones similares con densidades poblacionales reducidas (inferiores a 100 hab./ha), o por

edificios multifamiliares (de departamentos) con mayor altura y propiedad colectiva del terreno,

que generan sectores de mayor densidad poblacional (sobre 100 hab./ha). En Chile, de manera

similar a otros pases latinoamericanos o en desarrollo, las viviendas unifamiliares constituyen la

tipologa predominante con 87% del total (MINVU, 2010). Aunque en las reas metropolitanas la

proporcin de edificios departamentos se incrementa, hasta igualar ambas tipologas como en el

caso de comunas centrales como Concepcin (DOM, 2013). De acuerdo a la ocupacin urbana,

las viviendas unifamiliares se distinguen en edificaciones de mayor tamao y menor densidad

(usualmente de niveles socioeconmicos medios-altos), y otras de menor tamao (aunque similar

altura) y densidad ms variable, que alojan sectores medios y bajos. Los asentamientos precarios

o irregulares han sido reducidos sustancialmente en el pas, y en sta comuna se presentan en

sectores reducidos y temporales. Entre los edificios multifamiliares, se diferencian los inferiores a

cinco pisos (por la normativa vigente no requieren ascensores y por tanto suelen ser ms

extensos) denominados bloques, y los mayores, que por rentabilidad de inversin oscilan entre diez a veinte pisos, llamados torres, y subsecuentemente generan mayor densidad y se localizan en lugares ms cntricos o de alta renta. Por lo que para analizar la edificacin se establecieron

cuatro tipos residenciales, primeramente segn altura, y en las construcciones bajas, se diferenci

tambin por densidad (Cuadro 4).

Cuadro 4: Tipos Residenciales segn altura de edificacin y densidad estimada.

N TIPO DE

EDIFICACION ALTURA

DENSIDAD

POBLACIONAL

(hab./ha)

DENSIDAD

RESIDENCIAL

(viv./ha)

reas en Concepcin

(ha)

1

Vivienda Unifamiliar

Mayor 1 o 2 pisos Menos de 50

Muy Baja- Baja

1 a 30 710

2

Vivienda Unifamiliar

Menor 1 o 2 pisos De 50 a 100

Muy Baja-Alta

1 a 100 1450

3

Bloque de

Departamentos 3 a 5 pisos De 100 a 250

Media-Alta

30 a 100 200

4

Edificio de

Departamentos

6 o ms

pisos Ms de 250

Media-Alta

30 a 100 110




En la comuna de Concepcin se identific la tipologa predominante por manzana o cuarto de

manzana, en la zona central, donde se combinan mucha variedad de edificacin. La identificacin

de las tipologas se realiz mediante fotointerpretacin area (basada en Google Earth v.7.1.1) y

verificacin por panormicas peatonales (de Google StreetView v7.2.0). En algunos casos

tambin con visitas a terreno. Los criterios empleados en el proceso de foto-interpretacin, para

determinar las tipologas, fueron los siguientes:

Diferencias regulares de tonalidad que expresan formas ortogonales.

reas oscuras laterales que expresan sombras de volmenes constructivos.

Tamao proporcional a edificaciones (segn referencias visuales)

Distribucin en tramas equivalentes a conjuntos o tejidos urbanos.

Complemento con trazados de vas y reas verdes.

De este modo, las manzanas residenciales con edificaciones menores, ms distanciadas y con

menores sombras se identificaron como tipo 1, las ms prximas y usualmente de menor

dimensin y sombras parciales como tipo 2, edificaciones ms extensas y de sombras medias

como tipo 3, y finalmente las formas menores, pero con sombras ms extensas como tipo 4. En

este proceso se verifica con las fotos peatonales y visitas, evidenciando coherencia en la

localizacin urbana por sectores (Fig. 4).

El mapa de tipologas advierte una distribucin tambin concntrica con algunas singularidades

perifricas. Expresando un predominio territorial de la vivienda unifamiliar menor (tipo 2) y una

localizacin central de la edificacin en altura (tipo 3 y 4), que se combina muchas veces con

ocupacin comercial y de servicios (reconocidas como manzanas de baja densidad residencial).

Se identifican sectores con vivienda unifamiliar mayor (tipo 1) en la periferia, y en el anillo

intermedio con residencias en altura. Este patrn de edificacin es similar en la mayora de las

ciudades chilenas



Figura 4: tipologas residenciales en la Comuna de Concepcin.


Anlisis de captacin solar de las tipologas residenciales

La captacin solar en cada tipologa se analiz por simulaciones de algunos modelos de

edificacin, seleccionados por las fotografas areas y verificacin en terreno (Cuadro 5 y 6).

Cada modelo se simul en un software de anlisis energtico dinmico (ECOTECT de

Autodesk), con base climtica IWEC, determinando el asoleamiento recibido en cada plano de la

configuracin para fechas extremas del calendario solar (equinoccio y solsticio de verano e

invierno). Se contabiliz la cantidad de horas de asoleamiento recibido sobre el 50% de la

superficie, considerando sombreamientos propios o arrojados por cierros (no se consider

vegetacin) o edificaciones vecinas (modelando el conjunto). Luego se efecta una interpolacin

para el total de horas anuales y una cuantificacin de la energa recibida en cada plano segn

azimut e inclinacin de acuerdo a los valores de radiacin local. Finalmente los distintos planos

de cada componente (techos, muros y sitio) son sumados en las viviendas individuales o

divididos en las viviendas colectivas, para determinar la magnitud anual acumulada por unidad.



Cuadro 5: Descripcin de Modelos Residenciales

Cuadro 6: Fotografa referencial y Modelos simulados.

Modelo Fotografa area

referencial

Modelo Simulado Individual Volumen

1a

Aislado

Rectangular

1b

Aislado

en Ele

2a

Continuo

Tipologa Modelos Adosamiento Ancho/Largo Pisos Sup.total Sitio

1 1a Aisl. Rectang. 8x10 2 140 m2 18x25

1b Ais. en Ele 11x11x6x6 2 140 m2 18x25

2

2a Continua 7x7 1 50 m2 7x15

2b1 Pareada N 7x10 1 70 m2 10x20

2b2 Pareada S 7x10 1 70 m2 10x20

2c Aislada 6x8 2 90 m2 12x21

3

3a Depto.Esq.NE 6x9 1 54 m2 50x50

3b Dep.Medio N 6x9 1 54 m2 50x50

3c Dep.Medio S 6x9 1 54 m2 50x50

3d Depto. Esq. SW 6x9 1 54 m2 50x50

4

4a Depto.Esq.NE 7x11 1 77 m2 70x70

4b Dep.Medio N 7x11 1 77 m2 70x70

4c Dep.Medio S 7x11 1 77 m2 70x70

4d Depto. Esq. SW 7x11 1 77 m2 70x70 Fuente: elaboracin propia.



2b

Pareada

Norte

Pareado

Sur

2c

Aislado

3

Depto.Esq.NE

Dep.MedioN

Dep.Medio S

Depto.Esq.SW

4

Depto.Esq.NE

Dep.Medio N

Dep.Medio S

Depto.Esq.SW


En la vivienda mayor (tipo 1), que presenta una relevante diversidad de formas, dimensiones y

distribuciones, se realizaron dos modelos de tamao similar a la superficie que se construye

usualmente (140 m2). Aplicando diferentes configuraciones geomtricas (rectangular y en L),

se revisan incidencia de sombras propias, ya que usualmente son construcciones independientes y

alejadas que no le afectan mucho las edificaciones vecinas. En las viviendas menores (tipo 2), se

modelaron cuatro alternativas para recoger diferencias de agrupacin y altura que se consideran

regularmente en estas construcciones, como se advierte en el mismo extracto fotogrfico. En

magnitudes de 50 a 90 m2 de superficie que corresponde al tramo central de edificacin

residencial en el pas, en una conformacin continua (adosada por dos costados) de un piso, otra

conformacin pareada por un solo costado tambin en un piso, estudiando las dos viviendas

correspondientes, y una tercera conformacin aislada en dos pisos, que suele elevarse por su

individualidad en sitios de similar dimensin. Se consideraron modelos simtricos, por lo que no

se revisaron distintas orientaciones que suelen tener incidencias similares, excepto en las

pareadas Norte-Sur que se revisaron por separado debido a sus diferencias significativas, en

especial con techumbre de una inclinacin. En los edificios residenciales en altura, en ambos

casos (Tipo 3 y 4) se analizaron departamentos medios en las dos orientaciones extremas de

asoleamiento (Norte y Sur), y en las esquinas enfrentadas (NE SW). No se revisaron distintas alturas, debido a que se advirti escasa incidencia de esta variacin. Los sitios y techos se

consideraron de manera colectiva, dividiendo luego proporcin correspondiente por unidad,

considerando 24 y 96 departamentos respectivamente en cada caso.



Figura 5: Grfico de Resultados de Captacin Solar por Modelo de Vivienda (kW/h ao).


Las magnitudes de captacin solar obtenida por conjuntos de componentes en cada modelo (Fig.

5), presentan una diferencia sustancial y regular entre las tipologas. Las viviendas unifamiliares

revelan potenciales globales que superan los 100.000 kw/h anuales, alcanzando solo en las

techumbres sobre 60.000 kw/h a. Mientras los departamentos presentan magnitudes entre 15.000

a 50.000 kw/h a. Evidenciando una relacin inversa con la altura y densidad urbana, que se

reconoce tambin entre las viviendas unifamiliares. Adems de oscilaciones relevantes entre las

configuraciones de viviendas y orientaciones de los departamentos, aunque dentro de los rangos

de cada tipologa.

Se debe destacar que la captacin en las viviendas individuales expresan magnitudes cercanas a

los consumos detectados, incluso desde uno solo de los componentes, principalmente la

techumbre en todos los modelos. Considerando rendimientos de sistemas trmicos

(aproximadamente 50%) o fotovoltaicos (cercanos al 15%) y la instalacin de sistemas

completos, con almacenamiento y conversin adecuadas (CDT, 2013). En las viviendas mayores

se podran considerar tanto en cubiertas, muros o partes exteriores. En las viviendas menores

fundamentalmente en las techumbres. En los departamentos se expresan capacidades relevantes

en las techumbres compartidas y en las fachadas (especialmente los orientados al norte), que

pueden participar en partes relevantes de la demanda.

La mayor captacin solar de las viviendas unifamiliares respecto a las multifamiliares en altura,

es similar a la diferencia en consumos, que aumenta en las construcciones aisladas por su mayor

disipacin energtica sobre las edificaciones agrupadas (Bustamante et al., 2009). Lo que se

expresa en Cuadro 2 si se consideran valores unitarios por vivienda, pero que se incrementa por

la densidad residencial. Esta relacin permite equiparar las diferencias de eficiencia energtica de

las tipologas habitacionales, aunque es menor a las magnitudes de captacin, que sugieren



diferentes estrategias de recoleccin. En las viviendas unifamiliares parece ms pertinente utilizar

las techumbres, y en los edificios multifamiliares las fachadas orientados al norte.

Potencial Solar Urbano

El potencial solar urbano se puede considerar como la diferencia por unidades o sectores entre la

captacin y el consumo individual, es decir lo que pueden aportar las edificaciones adems de

cubrir sus propias necesidades, con el fin de integrar provisin local entre distintas zonas.

Considerando la captacin global ponderada por los rendimientos de sistemas especficos de

recoleccin, este potencial se puede estimar por manzanas a partir de las medias de captacin de

cada tipologa predominante en relacin a las categoras de consumo determinadas. Si el valor es

mayor de uno, implica que las tipologas de esa manzana pueden cubrir sus necesidades si

utilizan la captacin solar de todos sus componentes, y adems contribuir con una diferencia a la

red. Si el valor es inferior significa que pueden asumir parcialmente sus propios consumos y

recibir del sistema general.

Cuadro 7. Potencial Solar Urbano por manzana en relacin a las medias de las categoras de consumos.

TIPOS

DENSIDAD

RESIDENCIAL

(Viv./ha)

Captacin

media total

(MW/h ha *15%)

Categora

De Consumo

Consumo

Total (Mw/Ha)

Potencial

Solar Urbano Rango

1 1 a 15 620 I 130-400 2,48 Alta

1 16 a 30 1.487 II 401-700 2,70 Alta

2 1 a 15 296 I 130-400 1,12 Media

2 16 a 30 711 II 401-700 1,29 Media

2 31 a 75 1.777 III 701-1000 2,09 Media-

Alta

2 76 y mas 2.962 IV 1001-2000 1,97 Media-

Alta

3 31 a 75 375 III 701-1000 0,44 Baja

3 76 y mas 624 IV 1001-2000 0,42 Baja

4 76 y mas 514 IV 1001-2000 0,34 Baja

En las tipologas identificadas para la comuna de Concepcin, segn las distintas densidades

residenciales, se puede estimar una media de captacin solar por manzana ponderada por

rendimiento regular de equipos fotovoltaicos (15%), y al ser relacionadas con las medias de las

categoras de consumos, se puede obtener una magnitud de potencial solar urbano por manzana

(Cuadro 7). Esta estimacin revela cinco rangos fundamentales de potencial solar urbano en la

comuna, alto (sobre el doble de captacin) para las viviendas mayores, que presentan altos

consumos pero tambin captaciones relevantes que pueden aportar al sistema; medio-alto de las

viviendas menores en baja densidad y medio en mayor densidad, en ambos casos cubriendo sus

requerimientos y otorgando contribucin, lo que es relevante porque esta tipologa es la ms

extensa y alberga la mayor parte de la poblacin. En los departamentos, tanto de bloque, como de

torres, se revela un potencial bajo, aunque suficiente para cubrir cerca de la mitad de los

consumos (con estrategias diferentes), y que pueden recibir de las restantes tipologas.



Figura 6. Mapa de Potenciales Solares Urbanos en la comuna de Concepcin

Fuente: Elaboracin propia.

Estos resultados expresan que el potencial urbano de la energa solar residencial en los sectores

de mayor densidad es ms bajo que en los de menor densidad, caracterizados por viviendas

unifamiliares. Esto es consecuencia, entre otras cosas, de la menor superficie expuesta por unidad

habitacional y por la mayor incidencia de los conos de sombra. Por el contrario, en el caso de las

viviendas en extensin el potencial es mayor, por la mayor captacin solar disponible.

Conclusiones

El catastro de consumos energticos y captacin solar de las edificaciones residenciales realizado

para la comuna de Concepcin evidencia en primer lugar una estrategia de anlisis urbano para

promover la utilizacin de energas renovables en las ciudades. Basada es encuestas de gastos

domiciliarios, niveles socioeconmicos, fotos areas, tipologas habitacionales y simulacin de

modelos, implementado en un SIG. La cartografa realizada permite determinar zonas urbanas

con gastos relevantes, pero tambin posibilidades sustanciales de aprovechamiento solar. Con

detalle por manzana (o cuartos de manzanas), aunque con variaciones particulares por edificacin

que deben revisarse individualmente. Sugiriendo una metodologa complementaria a los procesos

basados en registros centrales y levantamientos tridimensionales, como LIDAR (Levinson,

2009). Por lo que brinda un proceso pertinente para estimar potenciales energticos renovables

para reas urbanas, aunque de precisiones mayores.



En el registro de consumos residenciales realizado en Concepcin se observan que se

incrementan sustancialmente (se triplican), segn el rango de niveles socioeconmicos

predominantes por manzana (Cuadro 2). Sin embargo la distincin por densidad habitacional es

mayor, debido a grandes diferencias de concentracin por tipologas constructivas, por lo que los

mapas de consumos reflejan mayormente el agrupamiento de las viviendas, con incidencias

similares por tipos de servicios (Fig.3). Presentando una distribucin urbana principalmente

centralizada, aunque con singularidades perimetrales por el entorno topogrfico.

Lo opuesto ocurre con la captacin solar de las edificaciones existentes, ya que segn las

simulaciones de algunos modelos representativos, se presentan mayor posibilidad de

aprovechamiento en las zonas perifricas de la comuna, es decir donde el consumo energtico es

menor (Fig. 5). En cambio, las reas centrales, que ms abastecimiento de energa consumen, se

encuentran tipologas de menor captacin solar. Aunque se debe considerar que poseen demandas

individuales inferiores, debido a que las tipologas ms densas presentan mayor eficiencia

energtica, y adems esta diferencia puede ser abordada con distintas estrategias de recoleccin

(Redweik, 2013).

Estos resultados sugieren revisar la ventaja atribuida al modelo de crecimiento compacto de las

ciudades, desde la perspectiva de la sustentabilidad. Los atributos de este modelo, como el

menor consumo de suelo, mejor cobertura de la infraestructura y transporte, entre otros, debieran

formar parte de una matriz ms integral de anlisis, que tambin considere el consumo y

potencial solar, con lo cual se pueden definir densidades de equilibrio que garanticen un ciclo

ms coherente entre la concentracin habitacional, las tipologas y el aprovechamiento solar.

Tambin, se puede inferir que en la ciudad de Concepcin, los sectores de alta densidad presentan

una menor captacin solar, y por otro lado los sectores con baja densidad presentan un sobre-

potencial. Esto permitira suponer que mediante una transferencia entre los sectores se lograra

un equilibrio en la matriz energtica solar de la ciudad. Esta posibilidad, permitira aproximarse

al modelo de equilibrio urbano, en el cual una ciudad que promueve un modelo compacto, para

mejorar los indicadores de sustentabilidad, debe necesariamente contar con sectores urbanos de

densidad mixta y/o de baja densidad. En los cuales sea posible contar con las condiciones

necesarias para captar la energa potencial que cubra el consumo total de la ciudad, especialmente

de los sectores ms desventajados como los de mayor densidad habitacional.

Lo anterior parece confirmar el concepto de diversidad urbana, como un factor determinante de la

sustentabilidad de la ciudad. Considerando el principio que un mayor abanico de tipologas,

ofrece flexibilidad, adaptabilidad y mayor capacidad de opciones de provisin energtica.

De este modo la elaboracin de catastros zonales en base a informaciones individuales permite

sugerir estrategias diferenciadas por reas y tipologas correspondientes, aunque indudablemente

una mayor precisin aporta dimensionamientos especficos por edificacin y probablemente

tambin distribuciones vecinales y temporales. En este sentido son desafos relevantes,

especialmente en las ciudades en desarrollo, avanzar en la sistematizacin de informacin y



procedimientos para caracterizar de manera detallada los consumos energticos y potenciales

solares. La experiencia desarrollada permite ejemplificar procesos y motivar programas para

abordar los desafos ambientales de las ciudades.

Agradecimientos

AKA-Conicyt ERNC 007 Assessment of Solar Energy Potential in Urban Areas, a los

profesores Dr. Adelqui Fissore de la Universidad de concepcin y Dr. Peter Lund de la

Universidad Aalto, Helsinki; y finalmente a los asistentes Laline Cenci, Cristin Cuevas, Andrs

Rodrguez, Patricio Loo, Laboratorio de Estudios Urbanos de la Universidad del Bo - Bo.

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Mapa Energético de Concepción

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