Universidad Politécnica de Cataluña

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1 Universidad Politécnica de Cataluña Master en Arquitectura y Sostenibilidad Tesina: Diseño Bioclimático y Sostenible en el Caribe Alumno: Arq. Sergio Sanz Pont Asesor: Arq. Ezequiel Usón Fecha: Abril de

2 CONTENIDO Prólogo... Introducción... A. Bases para el Proyecto Arquitectónico A.1. Análisis del Clima en el Caribe... - Ubicación... - Análisis de Clima Gráfica Anual del Clima Tabla de Temperatura Anual Gráfica del Clima en Primavera Gráfica del Clima en Verano Gráfica del Clima en Otoño Gráfica del Clima en Invierno... - Precipitación y Evaporación Anual... - Viento... - Análisis Solar Gráfica Solar Stereográfica Gráfica Solar Ortográfica Tabla Solar - Primavera Tabla Solar - Verano Tabla Solar - Otoño Tabla Solar - Invierno Radiación Solar Radiación Solar en Fachadas... A.2. Condiciones de Confort en el Caribe... - Clasificación del Clima... - Diagrama Bio-Ambiental... - Estrategias de Enfriamiento... - Porcentaje de Confort... A.3. Proyectando con el Sol en el Caribe... - Estudio de Asoleamiento en Volúmenes Estudio de Sombras en Planta Estudio de Sombras en Isométrico Estudio de Dimensión de Aleros... A.4. Estrategias de Diseño en el Caribe... - Proyectando con el Viento... - Análisis de Datos Meteorológicos... - Análisis del Microclima... - Estrategias de Ventilación Control de la Velocidad del Viento Canalización del Viento Ventilación Cruzada Ventilación Natural Forzada Ventilación Inducida... - Decisiones a Escala Urbana

3 - Decisiones a Escala Arquitectónica... - Decisiones a Escala Constructiva El Viento y la Altura de las Ventanas El Viento y las Persianas Exteriores de Protección Solar El Viento y los Aleros de Protección Solar El Viento y el Tamaño de las Aberturas de Entrada y Salida Barreras de Viento... - La Magnitud del Viento... A.5. Control Solar en Edificios... - Elementos Naturales de Control Solar Arboles Enredaderas y Fachadas Verdes... - Elementos Arquitectónicos de Control Solar Aleros Pérgolas Parasoles Persianas Exteriores Cortinas Exteriores Lonarias... A.6. Iluminación Natural... - Principios de Diseño... - Ventanas Calculo de la Iluminación Obstáculos Exteriores... - Sistemas de Conducción y Reflexión de Luz... - Lucernarios... A.7. Eficiencia Energética... - El Diseño del Edificio Las Zonas Pasivas Las Zonas No Pasivas Diseño Bioclimático del Edificio Minimización de Pérdidas Energéticas por Transmisión... - El Diseño Eficiente de los Sistemas Sistemas de Iluminación Sistemas de Refrigeración Sistemas Hidráulicos Sistemas Eléctricos y Electrónicos... - El Usuario y la Eficiencia Energética Sistemas de Apoyo para el Correcto Uso de un Edificio... A.8. Herramientas para el Diseño Bioclimático... - Modelos o Maquetas a Escala Estudio del Asoleamiento Estudio de la Iluminación Interior Estudio de la Ventilación... - Software o Programas Asistidos por Ordenador Meteotest - Meteonorm Square One - Ecotect Discreet - 3ds MAX / Autodesk VIZ Discreet - Lightscape CHAM - Phoenics

4 B. Bases para el Proyecto Constructivo B.1. El Color y la Textura en los Cerramientos... B.2. Selección de Materiales Constructivos Adecuados... - Conductividad Térmica... - Conductividad Térmica de Materiales de Construcción... B.3. Materiales Aislantes Térmicos... - Clasificación de los Materiales Aislantes por su Origen... - Aplicación de los Materiales Aislantes según su Forma... - Factores Ecológicos y Medio Ambientales Espuma de Poliuretano Poliestireno Expandido Poliestireno Extruido Lana de Vidrio Lana de Roca Vidrio Celular Hormigón Aligerado Arcilla Aislante Fibra de Madera Corcho Negro Aglomerado... B.4. Cerramientos Ventilados... - La Fachada Ventilada... - La Cubierta Ventilada... B.5. Elementos de Protección Solar de Baja Tecnología... B.6. Cubierta Vegetal o Ajardinada... - Cubierta Ajardinada Extensiva... - Cubierta Ajardinada Intensiva... - Materiales de la Cubierta Ajardinada... - Ventajas de la Cubierta Ajardinada C. Estrategias de Sostenibilidad C.1. Criterios Generales... C.2. Aprovechamiento de la Energía Natural Renovable... C.3. Aprovechamiento de la Energía Solar Fotovoltaica... - Componentes de una Instalación Fotovoltaica Panel Solar Fotovoltaico Regulador de Carga Acumulador Inversor... - El Efecto Fotoeléctrico... - Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas... - Instalaciones Conectadas a Red... - Instalaciones Aisladas o de Consumo Propio... - Cálculo de Instalaciones Fotovoltaicas Cálculo de la Demanda de Uso Eléctrico Cálculo de la Superficie y Número de Paneles Cálculo de Baterías y Capacidad de Acumulación... C.4. Aprovechamiento de la Energía Solar Térmica... - Componentes de una Instalación Solar Térmica Captadores Solares Planos Captadores Solares de Tubos de Vacío

5 --- Captador Solar Termosifórico Acumuladores de Agua Caliente... - Tipos de Instalaciones Solares Térmicas... - Instalación de Agua Caliente Sanitaria (ACS)... - Cálculo de Instalaciones Solares Térmicas Consumo Anual de Agua Caliente Sanitaria Demanda Energética Anual Demanda Energética Diaria Superficie de Captación Solar Volumen de Acumulación... C.5. Aprovechamiento de la Energía Eólica... - Componentes de una Instalación Eólica... - Instalación Eléctrica Eólica... - Cálculo de una Instalación Eólica Cálculo de la Demanda de Uso Eléctrico Cálculo del Aerogenerador Cálculo de Baterías y Capacidad de Acumulación... C.6. Aprovechamiento de los Recursos Hídricos... - Preservación de los Recursos Hídricos... - Recuperación de Aguas Pluviales Captación de Aguas Pluviales Depósitos de Aguas Pluviales Utilización de Aguas Pluviales para el Consumo Utilización de Aguas Pluviales para el Riego Utilización de Aguas Pluviales para el WC... - Reducción de la Demanda de Uso... - Reciclaje del Agua... - Esquema del Reciclaje del Agua... C.7. Evaluación del Edificio Sostenible Bibliografía y Créditos Bibliografía... Web... Centros de Información... Obras y Edificios de Referencia

6 PROLOGO La idea general de este trabajo, será la aplicación de los conceptos adquiridos en el curso del master, en un área específica y determinada: El Caribe. Con esto, pretendo crear un documento guía para el Diseño Bioclimático y Autosustentable en esa zona. Con el propósito de poder incluir este trabajo en Bibliotecas y Colegios de Arquitectura en mi localidad de origen. Documento que ayudará tanto a estudiantes de la Carrera de Arquitectura, a colegas arquitectos, como también a mi mismo en mi desarrollo profesional, a poder aplicar todos estos conocimientos para crear una arquitectura con mayor respeto a su medio ambiente. 6

7 INTRODUCCION La arquitectura, siempre ha respondido al entorno social, político y económico. Hoy en día nos encontramos inmersos en una sociedad consumista, donde lo importante es hacer dinero y negocio, cuanto más se consume, más se vende, y mayor es el flujo económico, más sin embargo mayores son también los desperdicios, y en consecuencia la contaminación global. Factor, que si no es considerado, podría causar daños irreversibles a nuestro planeta. El ser humano, necesita crear conciencia respecto a esta problemática, y uno como arquitecto, debe de hacer algo al respecto en su profesión, contribuyendo a mejorar nuestro entorno futuro. Acciones que respeten el medio, con el propósito de llegar a un Desarrollo Sostenible Brundtland Report (WCED)...Desarrollo sostenible es aquel capaz de satisfacer las necesidades presentes sin comprometer la posibilidad de que las futuras generaciones satisfagan sus propias necesidades... Estas necesidades son esenciales para una vida razonablemente confortable. Se deben de utilizar los recursos dentro de los límites permitidos por la capacidad de soporte de los ecosistemas, ya que los recursos del planeta no son ilimitados. La Arquitectura Bioclimática La Arquitectura Bioclimática, es la arquitectura concebida a través del clima, la cual cubre las necesidades de los usuarios, con el menor gasto energético, siendo respetuosa con la naturaleza, y logrando el confort. Energía: Utiliza técnicas de diseño solar pasivo para aprovechar las energías naturales :. Radiación solar. Iluminación natural. Refrigeración mediante ventilación natural Genera energía a partir de fuentes renovables Clima Arquitectura Confort Vegetación, Agua y Recursos: -Incorpora,mantiene y recicla vegetación agua y residuos Construcción: Utiliza materiales y técnicas de construcción respetuosos con el medio ambiente (ACV),energía incorporada,aptitud para el reciclaje. Urbanismo: Fomenta un urbanismo habitable y viable desde el punto de vista del desarrollo sostenible. 7

8 La Arquitectura Vernácula Las construcciones vernáculas, utilizan materiales de construcción disponibles en el medio. Es una arquitectura, que a través de los años y de la experiencia, se ha adaptado al medio específico de cada lugar, para conseguir el confort incluso en los climas más extremosos. La Cultura Maya y la Arquitectura Vernácula Tropical Todas las construcciones mayas se basan en la choza ancestral, con paredes de caña y adobe, cubierta por una techumbre de hojas de palma colocadas sobre un armazón de madera. La vivienda vernácula -perfectamente adaptada al clima tropical- se compone, en cada familia, de una o dos chozas casi siempre paralelas. Cada cabaña tiene un único espacio interno, en el que la luz entra por una puerta cuadrada, abierta sobre uno de los lados largos de la construcción. Esta puerta a veces se complementa con otra en el lado opuesto para que circule mejor el aire. La planta es rectangular u ovalada, en cuyo caso los lados cortos de la choza son redondos, lo cual hace que las dos extremidades de la cubierta tengan forma cónica. Esta choza tradicional -que aún hoy se puede observar en las aldeas de Yucatán- se remonta al hábitat milenario de la época precolombina. No ha cambiado nada desde los albores de la sociedad maya, hace tres mil años. Desde hace milenios, la choza maya, de paredes de caña y adobe y techumbre de paja gruesa, constituye la vivienda tradicional de los pueblos de Yucatán. Una sola puerta, en el centro del lado más largo, permite acceder al interior. 8

9 A. BASES PARA EL PROYECTO ARQUITECTONICO 9

10 A.1. ANALISIS DEL CLIMA EN EL CARIBE El Caribe, abarca varias ciudades y paises del Continente Americano, en las costas del Océano Atlántico. El clima en todo el Caribe es muy similar, por lo tanto para efectos de estudio, nos centraremos en una ciudad específica del Caribe Mexicano: Cancún. A partir esto, podemos basar los datos metereológicos en un sitio más concreto y representativo. Ubicación Paralelo 21º 10 de latitud norte y meridiano 86º 50 de longitud oeste. El Caribe Análisis del Clima El clima de la región es cálido y sub-húmedo, con régimen de lluvias abundante en verano y escasas en invierno. La temperatura media anual oscila entre los 28º C y 32º C en verano; y de 26º C a 27º C en invierno. A continuación, se presentan las gráficas climáticas, donde se muestra la Temperatura, Humedad Relativa, Velocidad del Viento, Incidencia Solar y Nubosidad. Con estas gráficas, podemos tener una idea clara del comportamiento climático durante todo el año, y en las diferentes estaciones, con el objetivo de obtener las estrategias bioclimáticas más adecuadas para lograr el confort arquitectónico. Gráfica Anual del Clima MONTHLY DIURNAL AVERAGES - Cancun, México C W/ m² k k k k 0 0.2k k Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec LEGEND Comfort: Thermal Neutrality, C Temperature Rel.Humidity Wind Speed Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover 10

11 La gráfica anterior, nos muestra el comportamiento del clima en todo el año, mostrando un día típico de cada mes. La zona verde de la gráfica, es la franja ideal de confort, mostrando así cuando se está en confort, cuando por debajo o cuando por encima de la misma. En la tabla siguiente, se mostrará el mismo concepto, pero en forma numérica, para poder verlo de forma más clara. Tabla de Temperatura Anual TEMPERATURAS EN UN DIA TIPICO (en C) Cancún, Q. Roo, México Horas 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Temperatura Abajo del Nivel de Confort: <22 C Temperatura de Confort: C Temperatura Arriba del Nivel de Confort: >27 C En la tabla anterior, se puede interpretar, que la variación de la temperatura entre el día y noche es mínima, ya que el mayor salto térmico es menor a 8 C. Por lo que se puede decir, que el clima es muy estable. Se puede apreciar que la temperatura en verano, a lo largo del día, está por encima de la temperatura de confort, de igual forma que en invierno cuando el sol está en su punto más alto. En la noche, la gran mayoría del año, con excepción del verano, se está en una temperatura de confort. Teniendo ya el concepto general a lo largo de todo el año, a continuación analizaremos un día típico de las diferentes temporadas: Primavera, Verano, Otoño e Invierno. Gráfica del Clima en Primavera DAILY CONDITIONS - 21st March (80) C W/ m² k k k k 0 0.2k k LEGEND Comfort: Thermal Neutrality, C Temperature Rel.Humidity Wind Speed Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover 11

12 En la gráfica anterior, se puede observar como la temperatura está por debajo de la zona de confort durante la noche, a las 08:00 hrs entra en dicha zona, pero de 12:00 a 17:00 hrs, está por encima de la misma. Gráfica del Clima en Verano DAILY CONDITIONS - 21st August (233) C W/ m² k k k k 0 0.2k k LEGEND Comfort: Thermal Neutrality, C Temperature Rel.Humidity Wind Speed Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover En la gráfica anterior, se puede observar como la temperatura está por encima de la zona de confort durante todo el día. Gráfica del Clima en Otoño DAILY CONDITIONS - 21st September (264) C W/ m² k k k k 0 0.2k k LEGEND Comfort: Thermal Neutrality, C Temperature Rel.Humidity Wind Speed Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover En la gráfica anterior, se puede observar como la temperatura está por encima de la zona de confort la mayor parte del día, a las 17:00 hrs pasa por dicha zona de y a las 21:00 hrs se pone por debajo de la misma. 12

13 Gráfica del Clima en Invierno DAILY CONDITIONS - 21st December (355) C W/ m² k k k k 0 0.2k k LEGEND Comfort: Thermal Neutrality, C Temperature Rel.Humidity Wind Speed Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover En la gráfica anterior, se puede observar como la temperatura está en la zona de confort la mayor parte del día, con excepción de las 10:00 a las 18:00 hrs, que se encuentra por encima de la misma. Precipitación y Evaporación Anual Las variaciones de la lluvia media anual en distintas áreas de la Península de Yucatán van desde los mm. a los 1,665.9 mm. y se presenta una media anual de 1,158.8 mm. Las precipitaciones máximas se presentan en la parte sureste y suroeste y las precipitaciones mínimas en la parte norte que es la zona costera, observándose una distribución de la lluvia media en toda la zona localizada de suroeste y centro de la Península. Viento En la gráfica se demuestra que la mayor frecuencia de vientos dominantes en todo el año, proviene del este y sureste, que es donde se encuentra el Mar Caribe. Análisis Solar En las siguientes gráficas se analizará la posición solar para la ubicación: Paralelo 21º 10 de Latitud Norte y Meridiano 86º 50 de Longitud Oeste Estas gráficas incluirán los datos de altitud y azimut solar, y serán una herramienta fundamental en el diseño arquitectónico del edificio. Ya que conociendo exactamente la posición solar durante todo el año, se pueden diseñar las aberturas, los aleros, y la respuesta del edificio al asoleamiento. 13

14 Gráfica Solar Stereográfica - Planta Ste re ographic Diagram Location: Cancun, México Sun Position: 146.6, 48.6 HSA: -33.4, VSA: 53.6 A.J.Marsh '00 1st Apr 1st Jun 1st May 270 1st Mar 255 1st Feb 1st Jan N st Jul 1st Aug 75 1st Sep 90 1st Oct 1st Nov 1st Dec Time: 11:00 Date: 12th February Dotted lines: July-December Gráfica Solar Stereográfica - Perspectiva Stereographic Diagram Location: Cancun, México Sun Position: 146.6, 48.6 HSA: -33.4, VSA: 53.6 A.J.Marsh ' J F M 270 A M285 J D N N O S 75 A J 30 Time: 11:00 Date: 12th February Dotted lines: July-December

15 Gráfica Solar Ortográfica Orthographic Projection Location: Cancun, México Sun Position: , 68.5 A.J.Marsh ' ALT North Date/ Time: 12:30, 21st March Dotted lines: July-December. HSA: 6.0, VSA: 68.6 Las gráficas anteriores, nos muestran el recorrido solar a lo largo de todo el año. Las líneas azules muestran la trayectoria para cada hora y para cada mes. A continuación se muestra el recorrido del sol en tabla con datos numéricos. Tabla Solar - Primavera Tabulated Daily Solar Data Latitude: 21.1 Longitude: 86.5 Timezone: 90.0 [+6.0hrs] Orientation: Date: 21st March Julian Date: 80 Sunrise: 06:21 Sunset: 18:20 Local Correction: mins Equation of Time: -7.2 mins Declination: -0.3 Local (Solar) Aziumuth Altitude HSA VSA 06:30 (06:08) :00 (06:38) :30 (07:08) :00 (07:38) :30 (08:08) :00 (08:38) :30 (09:08) :00 (09:38) :30 (10:08) :00 (10:38) :30 (11:08) :00 (11:38) :30 (12:08) :00 (12:38) :30 (13:08) :00 (13:38) :30 (14:08) :00 (14:38) :30 (15:08) :00 (15:38) :30 (16:08) :00 (16:38) :30 (17:08) :00 (17:38)

16 Tabla Solar - Verano Tabulated Daily Solar Data Latitude: 21.1 Longitude: 86.5 Timezone: 90.0 [+6.0hrs] Orientation: Date: 21st August Julian Date: 233 Sunrise: 05:57 Sunset: 18:36 Local Correction: mins Equation of Time: -3.1 mins Declination: 12.4 Local (Solar) Aziumuth Altitude HSA VSA 06:00 (05:42) :30 (06:12) :00 (06:42) :30 (07:12) :00 (07:42) :30 (08:12) :00 (08:42) :30 (09:12) :00 (09:42) :30 (10:12) :00 (10:42) :30 (11:12) :00 (11:42) :30 (12:12) :00 (12:42) :30 (13:12) :00 (13:42) :30 (14:12) :00 (14:42) :30 (15:12) :00 (15:42) :30 (16:12) :00 (16:42) :30 (17:12) :00 (17:42) :30 (18:12) Tabla Solar - Otoño Tabulated Daily Solar Data Latitude: 21.1 Longitude: 86.5 Timezone: 90.0 [+6.0hrs] Orientation: Date: 21st October Julian Date: 294 Sunrise: 06:14 Sunset: 17:42 Local Correction: 1.4 mins Equation of Time: 15.4 mins Declination: Local (Solar) Aziumuth Altitude HSA VSA 06:30 (06:31) :00 (07:01) :30 (07:31) :00 (08:01) :30 (08:31) :00 (09:01) :30 (09:31) :00 (10:01) :30 (10:31) :00 (11:01) :30 (11:31) :00 (12:01) :30 (12:31) :00 (13:01) :30 (13:31) :00 (14:01) :30 (14:31) :00 (15:01) :30 (15:31) :00 (16:01) :30 (16:31) :00 (17:01) :30 (17:31)

17 Tabla Solar - Invierno Tabulated Daily Solar Data Latitude: 21.1 Longitude: 86.5 Timezone: 90.0 [+6.0hrs] Orientation: Date: 21st December Julian Date: 355 Sunrise: 06:50 Sunset: 17:33 Local Correction: mins Equation of Time: 2.1 mins Declination: Local (Solar) Aziumuth Altitude HSA VSA 07:00 (06:48) :30 (07:18) :00 (07:48) :30 (08:18) :00 (08:48) :30 (09:18) :00 (09:48) :30 (10:18) :00 (10:48) :30 (11:18) :00 (11:48) :30 (12:18) :00 (12:48) :30 (13:18) :00 (13:48) :30 (14:18) :00 (14:48) :30 (15:18) :00 (15:48) :30 (16:18) :00 (16:48) :30 (17:18) Las gráficas anteriores, nos muestran el recorrido solar a lo largo de todo el año. Las líneas azules muestran la trayectoria para cada hora y para cada mes. A continuación se muestra el recorrido del sol en tabla con datos numéricos. Radiación Solar La radiación solar, dependiendo de la forma en la que incida, se divide en Radiación Directa, Radiación Difusa y Radiación Reflejada, y la suma de las 3 nos da la Radiación Total. R. Total = R. Directa + R. Difusa + R. Reflejada 17

18 Radiación Solar en Fachadas La incidencia solar en un plano vertical, varia según el ángulo de inclinación solar. A continuación se presenta un gráfico que nos muestra el porcentaje de radiación que se recibe dependiendo de la altitud solar. Después de haber entendido el concepto de la radiación solar en fachadas, se debe de hacer un cálculo para saber la cantidad que se recibe en cada una de ellas (norte, sur, este y oeste) en el lugar que se está analizando. Por lo que la siguiente gráfica nos presenta esta información en las diferentes épocas del año, dándonos el valor kwh/m², el cual nos servirá más adelante para calcular la transmisión del calor al interior. ANNUAL INCIDENT SOLAR RADIATION - Cancun, México (21.1, 86.5 ) k W h/ m² Invierno Primavera Verano Otoño Invierno Fach. Sur Fach. Oeste Fach. Este Fach. Norte Jan Feb M ar Apr M ay Jun Jul Aug Sep Oc t Nov D ec 18

19 A.2. CONDICIONES DE CONFORT EN EL CARIBE Después de haber analizado el clima, se deben de determinar las estrategias a seguir para poder lograr el confort en los espacios arquitectónicos. Esto se hace mediante una gráfica, en la que se introducen los datos del clima, para sacar un perfil del mismo. Esta gráfica llamada Diagrama Bioambiental, nos da una serie de zonas climáticas:. Zona de Clima Frío. Zona de Clima Moderado. Zona de Clima Templado Seco. Zona de Clima Templado Húmedo. Zona de Clima Caliente Seco. Zona de Clima Caliente Húmedo Cada zona, tiene una respuesta arquitectónica para lograr un confort adecuado, esto se llama Estrategia Bioclimática. El perfil climático de un sitio determinado, puede tener diferentes zonas y estrategias bioclimáticas a lo largo de todo el año. Diagrama de Clasificación del Clima Psychrometric Chart Location: Cancun, México Frequency: 1st January to 31st December Weekday Times: 00:00-24:00 Hrs Weekend Times: 00:00-24:00 Hrs Barometric Pressure: kpa A.J.Marsh '00 HILITE: Climate Classification AH S O J J A 20 N D M J F M Warm Humid A Hot Humid 15 Moderate Warm Dry Hot Dry 10 Cool 5 DBT( C) En la gráfica anterior, se observa que el clima se sitúa en la zona: Clima Húmedo Templado. Por lo que a continuación se presenta el Diagrama Bio-ambiental, para conocer las estrategias bioclimáticas a seguir. 19

20 Diagrama Bio-Ambiental Psychrometric Chart Location: Cancun, México Frequency: 1st January to 31st December Weekday Times: 00:00-24:00 Hrs Weekend Times: 00:00-24:00 Hrs Barometric Pressure: kpa A.J.Marsh '00 SELECTED DESIGN TECHNIQUES: 1. passive solar heating 2. thermal mass effects 3. natural ventilation Comfort AH DBT( C) En la gráfica de confort bio-ambiental, se observa que el clima a lo largo de todo el año se ubica en la zona rosa, lo que nos indica que la estrategia a seguir para lograr un confort térmico en los espacios arquitectónicos debe de ser: Ventilación Natural Cruzada y Protección Solar Diagrama de Estrategias de Enfriamiento Psychrometric Chart Location: Cancun, México Frequency: 1st January to 31st December Weekday Times: 00:00-24:00 Hrs Weekend Times: 00:00-24:00 Hrs Barometric Pressure: kpa A.J.Marsh '00 HILITE: Active Cooling Ventilate or Air-Condition AH Air-Condition 20 Ventilate Evaporative or Air-Condition Ventilate or Evaporative Evaporative 5 DBT( C) En la gráfica anterior, se observan las diferentes estrategias de enfriamiento, la mayor parte se encuentra en la de ventilación natural cruzada, más sin embargo, hay una pequeña zona en donde se necesita ventilación artificial o aire acondicionado. 20

21 Diagrama de Porcentaje de Confort COMFORT PERCENTAGES % SELECTED DESIGN TECHNIQUES: natural ventilation Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Year En la gráfica anterior, se observa el porcentaje de confort que es cubierto a lo largo de todo el año con la estrategia bioclimática seleccionada. Se puede ver, que en verano la ventilación natural cruzada, es menos eficiente (visto ya en el gráfico de estrategias de enfriamiento en la página anterior), por lo que se recomienda reforzar con ventilación artificial, como ventiladores mecánicos. Before After 21

22 A.3. PROYECTANDO CON EL SOL EN EL CARIBE Después de haber determinado las estrategias bioclimáticas, se debe de hacer un estudio a fondo del asoleamiento y las sombras. Esto nos permitirá conocer la distancia y los ángulos de sombra que se proyectan en la volumetría arquitectónica. Este estudio, se hace a lo largo de un día típico en cada una de las estaciones, para así, tener un concepto general de las sombras proyectadas durante todo el año. El estudio del asoleamiento, consta de 2 fases: 1. Estudio de Asoleamiento en Volúmenes: en donde se propone un volumen regular orientado norte sur y con una determinada altura. Esto nos permite conocer la sombra que proyecta el volumen a lo largo de todo el año, con el objetivo de conocer el sombreado exterior urbano. 2. Estudio de Dimensión de Aleros: en donde se analiza la relación que tiene la longitud del alero con la sombra proyectada. Este análisis se hace para la fachada sur, ya que en la fachada este y oeste, el sol es rasante y la fachada norte, está todo el año en sombra. Teniendo estos ángulos de sombra, pueden ser utilizados para cualquier proyecto que se haga en el sitio de estudio (21º 10 de latitud norte y 86º 50 de longitud oeste). Ya que el Caribe abarca una zona en donde hay diferentes ciudades y países, habrá una pequeña variación en los ángulos dependiendo de la latitud y la longitud de cada sitio, más sin embargo, el concepto seguirá siendo el mismo. Estudio de Asoleamiento en Volúmenes Primavera - Otoño - 12:00 hrs 22

23 Verano - 12:00 hrs Invierno - 12:00 hrs En las gráficas anteriores, se puede ver el rango de sombra que proyecta un volumen simple utilizando el ángulo de inclinación solar. Este dato, puede ser utilizado para cualquier proyecto que se haga en el sitio de estudio, sólo hay que trazar en alzado, un línea con el mismo ángulo desde el punto exterior más alto del edificio hasta el suelo. Esto sería suponiendo que fuera un volumen regular, si la volumetría es más compleja, entonces se recomienda hacerlo con varios puntos para así tener un perfil más exacto. También se podría utilizar para conocer la sombra que proyecta un objeto exterior o un árbol. A continuación, se presentan unos gráficos de estudio de sombras, los cuales están elaborados para diferentes horas del día. En ellos, se sobreponen las diferentes estaciones climáticas, para así tener una visión general de la proyección de las sombras a lo largo de todo el año. 23

24 Estudio de Sombras en Planta 24

25 Estudio de Sombras en Isométrico 25

26 Estudio de Dimensión de Aleros A continuación, se estudiará la dimensión de los aleros con relación a la sombra que se desee proyectar en la fachada sur, analizando cada una de las épocas del año. La forma de obtener la longitud del alero a proyectar, en cualquier época del año, se obtiene multiplicando la longitud de sombra deseada (en este caso, la altura de la ventana) por el factor PS (Protección Solar). Este factor, se obtiene mediante el estudio del ángulo solar en la latitud y longitud ya mencionada. Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PS El Factor PS, es la relación de longitud que tiene el alero con la altura de la ventana, según el ángulo solar. A continuación se muestra la explicación de forma gráfica: alero alero ventana ángulo solar ventana ángulo solar 1 mt 1 mt 45 Ángulo Solar = 45 Ventana = 1 mt Alero = 1 mt Factor PS = mt 2 mt Ángulo Solar = 63 Ventana = 2 mt Alero = 1 mt Factor PS =

27 El Factor PS o Factor de Protección Solar, puede ser usado tanto en aleros como en persianas exteriores o brise soleil, ya que en este caso, se tomaría la altura que se desee entre cada persiana, para así obtener la dimensión horizontal de cada uno de los elementos de la misma. A continuación, se estudiará la dimensión de los aleros con relación a la sombra que se desee proyectar, en las diferentes orientaciones de fachadas y en cada una de las épocas del año. Estudio de Dimensión de Aleros en Fachada Sur Primavera - 21.Marzo - 12:00 hrs C Factor PS = 0.40 Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PS Ejemplo: 1.00 mt x 0.40 = 0.40 mt 27

28 Verano - 21.Agosto - 12:00 hrs C Factor PS = 0.15 Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PS Ejemplo: 1.00 mt x 0.15 = 0.15 mt Otoño - 21.Octubre - 12:00 hrs C Factor PS = 0.60 Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PS Ejemplo: 1.00 mt x 0.60 = 0.60 mt 28

29 Invierno - 21.Diciembre - 12:00 hrs C Factor PS = 1.00 Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PS Ejemplo: 1.00 mt x 1.00 = 1.00 mt A continuación, se hace un resumen en forma de tabla del Factor de Protección Solar para cada una de las estaciones del año: Estación del Año Día Hora Temperatura Altitud Solar Factor PS Primavera 21.Mzo 12:00 hrs 28.3 C Verano 21.Ago 12:00 hrs 32.1 C Otoño 21.Oct 12:00 hrs 29.8 C Invierno 21.Dic 12:00 hrs 27.7 C Como se puede observar, la temperatura a las 12:00 hrs en cualquier estación del año, está por encima de la temperatura de confort (22-27 C). Para garantizar el confort interior de un espacio orientado a Sur, hay que diseñar los aleros, con relación al Factor PS para cubrir la demanda de las diferentes estaciones del año. Es indispensable que la dimensión del alero, cubra la demanda de Verano, de Primavera, y de Otoño, (FPS = 0.15, 0.40 y 0.60 respectivamente). También es aconsejable, en relación a la temperatura, cubrir la demanda de Invierno (FPS=1.00). 29

30 A.4. ESTRATEGIAS DE DISEÑO EN EL CARIBE Recordando el tema anterior: Condiciones de Confort en el Caribe, en donde se llegó a la conclusión de que la estrategia a seguir para lograr un confort térmico en los espacios arquitectónicos, debe de ser, la Ventilación Natural Cruzada y la Protección Solar, se deben de plantear ejemplos básicos como base, así como también algunas recomendaciones a seguir en la utilización de las estrategias. Para el diseño arquitectónico, se debe de tomar en cuenta, que el clima está por arriba de la temperatura de confort durante la mayoría del año. Por lo que el objetivo debe ser el de refrescar el ambiente. Razón por la cual, este capítulo trata del análisis del viento y de como lograr una buena ventilación natural cruzada. Tomando en cuenta, el análisis del clima, se debe de buscar la orientación y la colocación de las ventanas, orientadas a los vientos dominantes. Proyectando con el Viento Para proyectar con el viento, se deben de tomar un número de factores y determinantes, los cuales, se presentan a continuación: Metodología de Análisis y Optimización 1. Análisis de los Datos Meteorológicos 2. Análisis del Microclima (topografía, edificaciones, vegetación). 3. Estrategias de Ventilación 4. Decisiones a Escala Urbana (orientación, espacios entre edificios, agrupam.) 5. Decisiones a Escala Arquitectónica. Elección de la forma edilicia. 7. Decisiones a Escala Constructiva. Definición de Aberturas (posición, tamaño, apertura, etc.) 30

31 1. Análisis de los Datos Meteorológicos Se debe de conocer, de donde vienen los vientos dominantes en la zona a proyectar, su frecuencia, y su velocidad. En el caso de nuestra zona de estudio (21º 10 de latitud norte y 86º 50 de longitud oeste), los vientos provienen del este y sureste, tal y como se muestra en la rosa de vientos. 2. Análisis del Microclima Se debe de tomar en cuenta, los microclimas generados por masas de agua, por topografía, por zonas urbanas, y por vegetación. Estos factores, son únicos en cada lugar de estudio y no se puede generalizar, ya que cada entorno es variable. Esto, puede provocar la desviación del viento, la canalización y hasta la obstrucción del mismo. 3. Estrategias de Ventilación En relación con el clima, la mejor estrategia es la Ventilación Cruzada, más sin embargo, se analizarán también otro tipo de estrategias como son, la Ventilación Inducida y la Fachada Ventilada. Estas estrategias, podrían funcionar en el sitio de estudio, dependiendo del microclima, del entorno y del tipo de edificio. La Ventilación Natural, funciona a través de los cambios de presión del viento, esto es lo que hace que haya una inducción y una correcta canalización, las zonas dónde hay depresión (-), crean un pequeño vacío, que atrae el viento de las zonas de sobrepresión (+). 31

32 Control de la Velocidad del Viento La velocidad del viento, depende del sitio, del microclima y de la temporada del año, por lo que puede ser muy variable, más sin embargo, existen estrategias naturales o artificiales para poder incrementarla en un sitio determinado. Lo que da paso al concepto Efecto Venturi. Efecto Venturi: Es el fenómeno que se produce, en una canalización de un fluido o de aire, cuándo al reducir la sección, del canal, la velocidad del fluido es aumentada y viceversa. A continuación, se muestra cómo éste fenómeno puede ser utilizado en esquema urbano. Estrategias Naturales Estrategias Arquitectónicas Canalización del Viento La dirección del viento, depende de los vientos dominantes, más sin embargo, existen estrategias naturales o artificiales para poder dirigirlo o canalizarlo en un sitio determinado. Esto se puede hacer mediante barreras de árboles o pantallas arquitectónicas, tal y como se muestra a continuación. Estrategias Naturales Estrategias Arquitectónicas El sistema de canalización del viento, se puede utilizar tanto para controlar la dirección del viento, como la altura del mismo, siempre y cuando no vaya en sentido contrario a la dirección del viento inicial. Para este sistema, es necesario que exista una entrada y una salida, o de lo contrario, no funcionará. 32

33 Ventilación Cruzada Condicionantes: + Aberturas de entrada y salida en caras opuestas + Aberturas mín. del 20% de la superficie de pared + Velocidad del aire: m/s (100 cambios hora) + Movimiento de aire a nivel de los habitantes + T aire exterior = Tº aire interior (+) (+) (-) (-) A continuación, se explicará por medio de gráficos, diferentes formas de lograr la ventilación cruzada en los espacios. Circulación del aire a través de diferentes plantas del edificio. Como se puede ver, el aire puede circular a través de diferentes plantas siempre y cuando haya una buena conexión vertical (figura a), sin embargo, la mayor eficacia se produce cuando la salida se encuentra en la cubierta (figura b). Ya que el aire caliente tiende a acumularse en el techo, en este caso tendría una tendencia a salir ayudado por la depresión (-) que se establece en la cubierta. Esto creará un tiro natural en todo el edificio, que inducirá al movimiento de aire de todos los locales. 33

34 Ventilación a través de huecos situados en la misma fachada. Dos aberturas en una sola fachada, al estar sometidos por la misma presión (+), el aire no encuentra una depresión (-) que provoque el movimiento fluido de la ventilación (figura a). Sin embargo, si el viento no es perpendicular a la fachada, se puede lograr una ventilación del local mediante la presencia de obstáculos en fachada (cuerpos salientes, parasoles verticales, jardineras, etc.), ya que se provocaría una diferencia de presión entre las aberturas de la misma (figura b). A continuación, se muestra otro caso de elementos exteriores para esta estrategia. Ventilación a través de huecos situados en la misma fachada. 34

35 Un efecto parecido al mencionado anteriormente, se crea cuando el viento incide sobre una fachada sin huecos, dejando el resto de las posibles ventanas en depresión (-) (figura a). En este caso, la solución es equivalente a la descrita anteriormente, al disponerse obstáculos cerca de la fachada (vegetación u otro tipo de obstrucciones integradas a la pared), se crearán zonas de presión (+) y depresión (-) entre huecos (figura b). Inducción del viento por ventanas no expuestas al viento. La mejor forma de ventilación cruzada, es la que se logra a través de huecos en caras opuestas, ya que el viento circula por los espacios de forma natural. Ventilación a través de huecos en caras opuestas. Ventilación a través de huecos en caras opuestas. 35

36 La distribución interior y el diferente tamaño de los huecos también afectará a la correcta ventilación cruzada. Si la ventilación se establece sin modificar la dirección del aire que atraviesa el edificio de una fachada a la otra, su velocidad no disminuirá de forma significativa, lo que siempre representa una gran ventaja (figura a), No obstante, esa ventilación no suele llegar a todos los puntos del interior, dejando grandes zonas sin cubrir, si el aire debe cambiar de dirección, al encontrarse con compartimentaciones interiores, su velocidad disminuirá, pero se crearán pequeñas áreas de turbulencia que inducirán el movimiento de más cantidad de aire, facilitando la ventilación integral (figura b). El cambio de dirección del aire de ventilación reduce su velocidad pero moviliza mejor el resto del aire en los locales. Por otro lado, el uso de huecos con tamaños diferentes afecta a su velocidad, como se ilustrará a continuación. Si el hueco de entrada es mayor al de salida, el aire disminuirá de velocidad al entrar en el edificio, y se acelerará por efecto Venturi, a la salida; esto no representa ninguna ventaja para la ventilación ya que la velocidad es uno de los objetivos (figura a). Sin embargo, si el hueco pequeño es el de entrada y el grande el de salida, el efecto se invierte y el aire se acelera al entrar en el edificio, creando una gran zona de inducción; si tenemos en cuenta que las velocidades con las que contamos en general son reducidas, cualquier proceso de aceleración resulta interesante (figura b). Por otro lado, mientras mayor sea la diferencia entre los huecos, mayor será el incremento de velocidad que se producirá (figura c). La influencia del tamaño de los huecos en la velocidad del aire. Una buena combinación de estrategia, como los tamaños de huecos diferentes, el cambio de dirección de aire y la ventilación entre fachadas y plantas, sobre todo si es con la cubierta, darán lugar a una buena ventilación cruzada. 36

37 Ventilación Natural Forzada + Uso de medios mecánicos (ventiladores, extractores, impulsores) + Recalentamiento en fachada con invernadero y muro trombe + Recalentamiento en cubierta + Chimenea Solar + Extracción por viento En muchas ocasiones, la ventilación natural no funciona correctamente, a veces porque la dirección que trae no es adecuada, pero en la mayor parte de los casos porque la velocidad es insuficiente para mover el caudal necesario, dirigirlo a todos los puntos del edificio y cubrir la pérdida de carga que supone atravesar locales y dispositivos. En estas situaciones, es necesario recurrir a refuerzos que hagan a la ventilación natural suficientemente eficaz. Ese tipo de refuerzos pueden ser mecánicos, ventiladores, extractores o impulsores que actúan cuando la ventilación natural pura es insuficiente. Esos sistemas, pueden estar combinados con los sistemas naturales de tal forma que si la impulsión es mecánica, la extracción se produzca de manera natural, o viceversa. El invernadero y el muro trombe funcionando como estrategia de ventilación. En los gráficos anteriores, se muestra como las fachadas acristaladas, pueden ser utilizadas para ventilación natural forzada, fenómeno que se explica a continuación. Cuando el sol incide sobre una fachada, se produce un recalentamiento de su superficie y del aire que se encuentre en contacto con ella. En climas de mucho frío, utilizan este efecto para aprovechar el aire caliente generado para calefacción, por medio del invernadero o del muro trombe. Sin embargo, estos dispositivos utilizados correctamente, al actuar como recalentadores del aire, incrementarán su velocidad forzando de manera natural la ventilación. Hay que tener en cuenta que este sistema es utilizado para generar la salida del aire, y por ninguna circunstancia, debemos permitir que este aire recalentado se introduzca en el interior. Como ya sabemos, el aire caliente tiende a subir, por lo que la salida del aire recalentado de la cámara, tiene que salir por la parte superior, lo que creará un vacío que atraiga en su parte inferior, el aire interior del local. 37

38 El muro que divide la cámara del local, tiene que ser de gran cuerpo, para impedir que por inercia térmica, el calor penetre al interior, provocando en la noche, que regrese el calor obtenido a la cámara para seguir obteniendo éste efecto de ventilación. Ventilación forzada mediante el recalentamiento de la cubierta Dado que la cubierta es la superficie que recibe mayor radiación y durante más horas en verano, los dispositivos de recalentamiento en cubierta, deberán ser más eficaces que los de fachada. Esto se hace creando una cámara de aire, que al calentarse suba y se vaya al exterior por la parte superior, lo que creará un vacío que atraiga en su parte inferior, el aire interior del local, tal y como se observa en el gráfico anterior. Chimeneas Solares También es posible utilizar sistemas de ventilación independientes de las ventanas; son las chimeneas térmicas de ventilación o chimeneas solares, cuya función es la misma que las de las chimeneas de humos pero eliminando aire caliente. 38

39 Situados en los puntos correctos, el aire caliente estatificado en los techos tendrá una tendencia natural a escaparse por ellas. Para facilitar y acelerar este efecto, las chimeneas solares tienen expuesto su tramo exterior al sol para provocar un recalentamiento de esa zona y de las masas de aire que se encuentren en esa zona. Ese aire no plantea ningún problema, pues al generarse por encima de la zona habitable nunca podrá entrar al edificio. Para que el efecto sea mayor, puede pintarse exteriormente de negro o recubrirse con una cámara de aire y un vidrio para provocar el efecto invernadero. El efecto más rápido lo tendremos en las chimeneas metálicas, debido a la alta conductividad del metal, pero aunque su capacidad de acumulación es alta, lo sería aún más si la chimenea fuera un muro de fábrica suficientemente grueso; en esos casos los efectos de succión por el calentamiento en el remate se mantienen horas después de que deje de dar el sol (ver gráfico anterior). Chimeneas de succión con desorientación fija y desorientadas automáticamente con veleta En todos los remates abiertos expuestos al viento se produce el efecto chimenea, que es la generación de una succión en el interior del conducto; se trata del efecto Venturi generado por la circulación del viento a alta velocidad sobre la boca de la chimenea. Este efecto se puede mejorar de diferentes modos. El primero de ellos es colocando la boca de la chimenea en dirección contraria a los vientos dominantes, de ese modo se puede evitar, en la mayoría de las situaciones la inducción de aire en lugar de su salida. Otro sistema es el empleo de remates con dispositivos de veleta que mantienen constantemente desorientada la boca de la chimenea, venga de donde venga el viento (ver gráfico anterior). 39

40 Ventilación Inducida + Principio de la chimenea de viento + Captación de aire fresco hacia el interior Ventilación Inducida Los sistemas naturales de ventilación inducida han sido menos frecuentes que los de extracción. Las chimeneas de viento se diferencian de las chimeneas solares porque a través de ellas se produce una entrada de aire en lugar de una extracción. Resulta mucho más complejo forzar la entrada de aire de un local que extraerlo, no obstante, si se dispone de una boca suficientemente grande, correctamente orientada y a suficiente altura, se puede provocar la ventilación por inducción. 40

41 4. Decisiones a Escala Urbana En el diseño urbano, se debe de tener en cuenta el viento a la hora de diseñar, ya que la disposición de los elementos, ya sean arquitectónicos o naturales, pueden generar diferentes fenómenos, cómo el anteriormente mencionado efecto Venturi, la canalización del viento y la sombra de viento. La sombra de viento es importante considerarla, ya que si se diseñan diferentes cuerpos arquitectónicos, y tenemos la intención de generar ventilación cruzada en cada uno de ellos, hay que tener cuidado de que un cuerpo no le bloquee el paso del viento al otro. Para esto, se presenta a continuación el método para obtener la sombra de viento de un volumen regular cualquiera. 41

42 5. Decisiones a Escala Arquitectónica En el diseño arquitectónico, se debe de hacer un estudio de la forma del edificio y de cómo ésta, afecta al viento, ya que además de su correcta orientación y abertura de ventanas, el mismo edificio puede crear sombras de viento y turbulencias, las cuales, pueden afectar en la ventilación de los espacios interiores. Estos fenómenos, se deben de tener en cuenta, sobre todo si los edificios están compuestos por de más de un volumen, o si la volumetría es muy compleja. A continuación, se presenta en forma gráfica, diversas situaciones de como el viento interactua con la volumetría arquitectónica. 42

43 6. Decisiones a Escala Constructiva La posición de las ventanas en un espacio arquitectónico, modifica en forma directa la ventilación interior (tal y como se vio en el tema anterior de ventilación cruzada), más sin embargo, la altura, el tamaño y la apertura de las mismas, también se deben de tener en cuenta, ya que aunque se tenga ventilación cruzada, se debe de garantizar también, que la corriente de aire esté a la altura adecuada. A continuación se mostrará en forma gráfica, como estos factores afectan la ventilación interior. El Viento y la Altura de las Ventanas Entrada y Salida Superior La altura de las ventanas en la parte superior de los muros, crea una ventilación cruzada en la parte superior del espacio arquitectónico, arrastrando el aire caliente acumulado hacia el exterior, más sin embargo, la corriente de aire fresco no está a la altura del usuario. Entrada y Salida Inferior La altura de las ventanas en la parte media inferior de los muros, crea una ventilación cruzada a la altura del usuario, provocando una sensación directa de confort, razón por la cual, esta ventilación es la más recomendada. 43

44 Entrada Inferior y Salida Superior La altura de la entrada del viento en la parte media inferior, y salida en la parte superior, crea también una ventilación cruzada a la altura del usuario, la corriente de aire, al salir por la parte superior, también arrastra una parte del aire caliente acumulado al exterior. Entrada Superior y Salida Inferior La altura de la entrada del viento en la parte superior, y salida en la parte media inferior, crea una ventilación cruzada en la parte superior del espacio arquitectónico, más sin embargo, la corriente de aire fresco no está a la altura del usuario. Además de la altura de las ventanas, las persianas exteriores y los aleros (elementos exteriores de protección solar), también modifican la entrada y la corriente de aire en los espacios interiores, ya que pueden desviar el viento por cambio de dirección o por diferencia de presión. Estos casos se muestran gráficamente en la siguiente página. 44

45 El Viento y las Persianas Exteriores de Protección Solar Persiana Orientada hacia Arriba con Relación al Viento Las persianas exteriores orientadas hacia arriba con relación a la dirección del viento en la ventana de entrada del viento, modifican la corriente del aire dirigiéndola hacia la parte superior del espacio arquitectónico, lo que provoca que la corriente de aire fresca no está a la altura del usuario. Persiana Orientada hacia Abajo con Relación al Viento Las persianas exteriores orientadas hacia abajo con relación a la dirección del viento en la ventana de entrada del viento, modifican la corriente del aire dirigiéndola hacia la parte inferior del espacio arquitectónico, lo que provoca que la corriente de aire fresco esté a una altura baja con relación al usuario de pie, más sin embargo, si el usuario está recostado en una cama o sentado en una silla o sillón, esto podría funcionar provocando una sensación de confort. Este tipo de solución, es recomendado para cuando se tenga una ventana de entrada de aire en la parte alta del muro. 45

46 El Viento y los Aleros de Protección Solar Alero Superior Integrado a la Ventana El alero superior como protección solar en una ventana de entrada de viento, crea una diferencia de presión en la parte baja y alta del muro de la fachada, lo que provoca que el viento se desvíe hacia la parte superior del espacio arquitectónico. Alero Superior Separado de la Ventana Al colocar el alero superior como protección solar en una ventana de entrada de viento separado de la fachada, éste no modifica la dirección del viento, ya que no genera ningún cambio de presión en la fachada. En el tema anterior de ventilación cruzada, se vio, como la diferencia de tamaño de la ventana de entrada y de salida del aire, modifican directamente la velocidad del viento, ya que se genera el efecto Venturi. Esto también es posible no sólo con la diferencia de tamaño en planta, sino que también en alzado como se muestra gráficamente en la siguiente página. 46

47 El Viento y el Tamaño de las Aberturas de Entrada y Salida Ventana de Entrada > Ventana de Salida Al tener la ventana de entrada más grande que la ventana de salida, no se aumenta la velocidad del viento dentro del espacio arquitectónico, si no que se aumenta sólo cuando éste ya salió al exterior. Esto es debido al efecto Venturi. Ventana de Entrada < Ventana de Salida Al tener la ventana de entrada más pequeña que la ventana de salida, se genera el efecto venturi a la entrada del viento en el local, lo que provoca que la corriente de aire tenga mayor velocidad en el interior del espacio arquitectónico. Además de la posición de las ventanas, los elementos de protección solar y el tamaño de las aberturas, hay otro factor que hay que tener en cuenta para lograr una correcta ventilación cruzada. Estas son, las barreras de viento ubicadas cerca de las ventanas, estas pueden ser tanto naturales como artificiales, y pueden bloquear o desviar la dirección del viento tal y como se muestra gráficamente en la siguiente página. 47

48 Barreras de Viento Barreras de Viento Bajas Al tener una barrera de viento baja cerca de la ventana, como pueden ser muros bajos o arbustos, éstos pueden desviar el viento hacia arriba e impedir que la corriente de aire entre por la ventana. Barreras de Viento Altas Al tener una barrera de viento alta cerca de la ventana, como pueden ser muros altos o arboles, éstos pueden bloquear el viento e impedir que la corriente de aire entre por la ventana. Para poder saber dónde colocar éstas barreras naturales, visuales o arquitectónicas, sin que se modifique la entrada del aire al interior, se debe de saber la sombra de viento que provoca cada uno de estos elementos. Esto se explica en el tema anterior Decisiones a escala urbana en la tabla Sombras de viento según forma. 48

49 La Magnitud del Viento El Viento, dependiendo de su velocidad, afecta de forma diferente en el ambiente y puede clasificarse en diferentes grados, según la escala de Beaufort, de 0 a 12. A continuación se presenta en forma de tabla, la velocidad del viento y su impacto en el ambiente. El movimiento del aire, al entrar en los edificios, también tiene un impacto en el medio arquitectónico, que va de una escala en dónde el mínimo es de menos de 0.1 m/seg y el máximo admisible es de 2.0 m/seg. Así también, va a producir un efecto de enfriamiento en el interior del espacio arquitectónico, dependiendo de la velocidad y de la temperatura del aire. Esto, se presenta a continuación en forma de tabla. 49

50 Tabla de movimiento del aire en el interior en m/seg. Tabla de refrescamiento por viento mediante sensación térmica en km/h. 50

51 A.5. CONTROL SOLAR EN EDIFICIOS Después de haber analizado el sol en el Caribe, así como también el estudio de asoleamiento en volúmenes y la dimensión de aleros, con el objetivo de poder diseñar las sombras a lo largo de todo el año, y poner los espacios arquitectónicos en sombra, se necesitan conocer más alternativas de control solar. El control solar en edificios, consiste en poner en sombra las zonas expuestas directamente a la radiación solar, como son las fachadas y las cubiertas, pero lo más importante, es poner en sombra las aberturas para impedir el paso de la radiación solar al interior de los espacios arquitectónicos. Esto se puede lograr mediante elementos naturales o arquitectónicos. Elemento Naturales: + Arboles + Vegetación Elementos Arquitectónicos: + Aleros + Pérgolas + Parasoles + Persianas Exteriores + Cortinas Exteriores + Lonarias Elementos Naturales de Control Solar Arboles Los arboles, situados correctamente, puede ser utilizados para crear sombras en fachadas y cubiertas. Si se disponen en ventanas orientadas a los vientos dominantes, la clase de árbol, debe de tener una altura suficiente, para que permita el paso del viento por debajo del follaje. Los arboles, tienen el inconveniente de que si el edificio es muy alto, o si las ventanas están en niveles muy superiores, tardarán mucho en crecer, más sin embargo, es muy buena opción para niveles en planta baja y un nivel superior. Estos elementos naturales, son muy interesantes si son colocados para protección del sol rasante como puede ser el oriente y poniente, ya que como el sol tiende a ser horizontal, el árbol puede proteger aún estando separado de la fachada. 51

52 Enredaderas y Fachadas Verdes Las enredaderas, son plantas que pueden llegar a cubrir grandes extensiones verticales u horizontales, dando a una cubierta o una fachada, una imagen verde al mismo tiempo que reciben directamente la radiación solar y crean sombra a cualquier elemento que por esté debajo de ellas. Las enredaderas, no necesariamente deben de estar directamente ligadas a la superficie de fachadas y cubiertas, ya que se pueden hacer guías o tramas adicionales para separarlos y crear una cámara de aire entre ellos. Estos elementos naturales, pueden integrarse a elementos arquitectónicos más ligeros para crear sombra y espacios frescos de transición interior - exterior. Elementos Arquitectónicos de Control Solar Aleros Los aleros, tal y como se vio en el tema Proyectando con el Sol en el Caribe - Estudio de Dimensión de Aleros, son elementos arquitectónicos en volado para crear superficies de sombra en fachadas o en terrazas. La eficacia de estos elementos, está ligada a su correcta dimensión con relación al asoleamiento, y permiten el paso directo del viento sin ningún tipo de obstrucción. 52

53 Pérgolas Las pérgolas, son elementos lineales separados a una distancia determinada, los cuales, sirven de control solar de luz y sombra, ya que también dejan pasar la luz entre cada uno de ellos. Cuanto mayor sea la altura de cada elemento y menor sea la separación entre uno y otro, menor será el paso de la luz, y viceversa. Las pérgolas, pueden servir tanto para crear sombra en las fachadas de los edificios, como para terrazas y espacios de transición Para el cálculo de la sombra en los elementos de pérgola, ver tema A.3. Proyectando con el Sol en el Caribe - Estudio de Asoleamiento en Volúmenes, dónde se analiza el ángulo solar con relación a la superficie de sombra. Parasoles Las parasoles, son elementos verticales anexos a la fachada, separados a una distancia determinada, y al igual que las pérgolas, sirven de control solar de luz y sombra. Estos elementos, se utilizan para la protección solar en fachadas que reciben el sol rasante pero no de forma perpendicular. Ya que sólo funcionan si el sol incide con un ángulo determinado en ellos. Si la fachada recibe el sol de forma perpendicular, entonces los parasoles, deben girarse y cerrar la fachada al sol. Cuanto mayor sea el saliente de cada elemento y menor sea la separación entre uno y otro, menor será el paso de la luz, y viceversa. Para el cálculo de la sombra en los elementos de parasol, ver tema A.3. Proyectando con el Sol en el Caribe - Estudio de Asoleamiento en Volúmenes, dónde se analiza el ángulo solar con relación a la superficie de sombra. 53

54 Persianas exteriores Las persianas exteriores, son elementos horizontales anexos a la fachada, separados a una distancia determinada, y al igual que los parasoles, sirven de control solar de luz y sombra. Existen persianas exteriores de 2 tipos: + Persianas Fijas + Persianas Móviles Estos elementos, se utilizan para la protección solar en fachadas orientadas a sur. Cada elemento de la persiana se diseña como un pequeño alero, considerando la distancia de abertura entre cada uno de ellos con relación a la dimensión, ver tema A.3. Proyectando con el Sol en el Caribe - Estudio de Dimensión de Aleros. Las persianas móviles, requieren de mayor tecnología que las fijas, pero éstas, también pueden ser utilizadas en fachadas que reciben el sol rasante. Ya que pueden girarse y cerrarse completamente al sol. Los sistemas de movilidad, pueden ser manuales, mecánicos o eléctricos. Las persianas exteriores, al estar separadas de la fachada, generan una cámara abierta de aire. Estas, se dividen en dos partes generales, las lamas; que son los elementos que protegen el sol, y el bastidor, que es la estructura de la misma. Las lamas pueden ser de un gran número de materiales, desde madera, aluminio, acero, cerámica, etc. El bastidor, también puede ser móvil de forma abatible o corredizo, para poderse adaptarse a cualquier hora del día y a la cantidad de sombra que se requiera. 54

55 Cortinas exteriores Las cortinas exteriores, son elementos horizontales o verticales fabricados generalmente de material textil, los cuales se despliegan a los largo de la fachada. Las cortinas exteriores, generalmente son enrollables y también pueden ser de diferentes materiales flexibles como puede ser el PVC. Estos elementos, se utilizan para la protección del sol rasante como puede ser la fachada oriente y poniente., y pueden estar directamente en la fachada o separado de ella en una terraza. 55

56 Lonarias Las lonarias, son elementos horizontales en forma de cubierta fabricados generalmente de material textil, y de elementos a tensión. Las lonarias, pueden ser de forma regular y simple hasta de forma hiperbólica, con muchos puntos de tensión y anclajes tecnológicos. Estos elementos, se utilizan para la protección del sol cuando se encuentra en la parte alta del recorrido solar, y la sombra que producen, está ligada directamente a su forma y su geometría. 56

57 A.6. ILUMINACION NATURAL Uno de los aspectos arquitectónicos que menos se tiene en cuenta en los planteamientos bioclimáticos es el de la iluminación natural. Sin embargo, las ventajas de este tipo de iluminación pueden ser significativas en cuanto al ahorro energético y a la calidad y confort del ambiente luminoso interior. Iluminación Natural: 1. Ahorro energético al reducir la dependencia del alumbrado artificial, del consumo de energía y de la contaminación generada en su producción. 2. Confort y plasticidad del ambiente luminoso interior, vinculado al diseño y concepción arquitectónica del espacio. El objetivo energético de la luz natural es el de permitir que en el plano de trabajo se alcancen los niveles de iluminancia suficientes con un grado de confort adecuado. Las primeras dificultades surgirán cuando haya que alcanzar puntos alejados de los perímetros y cuando la radiación directa provoque inconfortabilidad por deslumbramiento. Principios de Diseño El punto de partida del diseño debe ser el aprovechamiento del mayor número de horas de luz natural (coincidentes con las de mayor actividad) en la mayor superficie del edificio posible, lo que para edificios de mucha profundidad exigirá el empleo de técnicas, diseños o dispositivos específicos. Los criterios esenciales a la hora del diseño son: 1. Alcanzar un nivel de iluminación suficiente en cualquiera de los planos de trabajo o actividad (ahorro de energía). 2. Evitar reflejos que puedan provocar deslumbramiento y dificultar la tarea (mejora de la eficacia laboral). 3. Relacionar el ambiente interior con el exterior (función psicológica). Para el primero de los planteamientos, el energético, la iluminación natural óptima se obtiene cuando se consigue la máxima cuantía a lo largo del día. Es decir, aquella que provenga de los huecos de mayores dimensiones, con las proporciones más adecuadas para permitir una distribución más uniforme de la luz. A continuación, se mostrará gráficamente los niveles de luz que se consiguen en un espacio dependiendo de las aberturas. 57

58 Ventanas: Influencia de la proporción del hueco en la distribución de la luz en el interior de un local: A. Huecos situados a media altura, B. Huecos situados en lo alto del cerramiento, La proporción y forma del hueco tienen también gran importancia. Por ejemplo:. Un hueco alargado proporciona una iluminación más homogénea que una batería de huecos puntuales,. Un hueco a media altura de la pared, proporciona buena iluminación en una mesa cerca de la misma, mientras que,. Un hueco en la parte alta de la pared iluminará mejor una mesa situada en el lado opuesto de la habitación,. Un hueco alto pero estrecho proporciona una distribución más uniforme en profundidad que a lo ancho, mientras que,. Un hueco ancho, que ocupe todo el frente pero de altura reducida, distribuirá mejor la luz a lo ancho que en profundidad. 58

59 Para el cálculo de la iluminación en el interior de los espacios, existen varios métodos, en este caso, se mostrará el método angular, que consiste en el trazo de ángulos de distribución de la luz con relación a la altura de las ventanas. Este método, nos sirve para saber la profundidad que alcanzará la luz en un espacio arquitectónico. Puntos Particulares Sombra de Fachada (F) Línea de máximos (6F) Sombra de Fondo (30º) Como de puede ver, el límite de iluminación mínima, nos lo da el espesor del muro trazando una línea, del punto exterior del muro, al punto interior del mismo en diagonal a lo largo del hueco. Esto puede hacerse tanto en planta como en alzado. El límite de iluminación máxima se encuentra trazando una línea a 30º del suelo al punto más alto en el exterior del hueco. Hay que tomar en cuenta que el plano de trabajo, se encuentra entre 70 y 80 cms de altura, por lo que esta línea de altura intersectará las líneas antes mencionadas para tener el límite de iluminación de trabajo. 59

60 También se deben de tomar en cuenta los obstáculos exteriores, ya sean superiores o inferiores, ya que estos pueden modificar los ángulos de iluminación tal y como se ve en las gráficas siguientes. Los obstáculos horizontales superiores, quitan más luz de la parte cercana a la ventana, por lo tanto, igualan la intensidad de la luz a lo largo del espacio. Los obstáculos horizontales inferiores, quitan más luz de la parte lejana a la ventana, por lo tanto, aumentan las desigualdades de intensidad de luz a lo largo del espacio. 60

61 Sistemas de Conducción y Reflexión de Luz Solar Existen varios tipos de sistemas para enviar la luz a zonas que estén más apartadas de las ventanas, entre ellos están: 1. Sistemas de Reflectores o Bandejas de Luz 2. Conductores Solares Los Sistemas de Reflectores o Bandejas de Luz, son elementos de color reflectante que se disponen fuera de la ventana, para rebotar la luz exterior hacia el techo y que éste, la rebote hacia el fondo del local. Es importante, tomar en cuenta, que como nos encontramos en un clima tropical, lo último que se desea, es meter la radiación directa del sol dentro del espacio arquitectónico, ya que aumentaría la temperatura interior, por lo que estos sistemas pueden emplearse para la protección solar y al mismo tiempo, al tener una superficie de color reflejante en la parte superior del elemento, rebote de la luz indirectamente hacia el interior. Los Conductores Solares, pueden utilizarse como estrategia para iluminar puntos profundos, tanto en horizontal, como locales de grandes dimensiones, como en vertical, como sótanos o semisótanos, tal y como se muestra en la gráfica lateral. 61

62 Lucernarios Si la iluminación, se planea introducir a través de un lucernario, hay que tener cuidado de no dejar pasar la luz directa, diseñando el lucernario con iluminación lateral en vez de vertical, ya que las superficies horizontales reciben la radiación solar durante todo el día, lo cual provocaría un sobre calentamiento del espacio. 62

63 A.7. EFICIENCIA ENERGETICA Los edificios se han acondicionado a lo largo de todos los tiempos mediante la aportación de energía, en ocasiones mediante procesos de combustión, en otras mediante la captación de las energías naturales, energía solar, ventilación, etc. En todas las situaciones a sido favorable conservarla durante el mayor tiempo posible; si un edificio pierde energía a un ritmo acelerado habrá que apartársela también a ese mismo ritmo para mantener las condiciones interiores de bienestar. Los edificios con alto grado de conservación son edificios poco consumistas, con pocas necesidades de energía y poco contaminantes. Si la energía que se va a utilizar para el acondicionamiento es una energía renovable, aunque en este caso no se trate del precio o el coste de la misma, ya que es gratuita, la dificultad de captarla y la relativa escasez es tal, que la conservación se convierte en más importante que en los edificios acondicionados convencionalmente. Por ello, es imprescindible cuidar particularmente el aislamiento de aquellos edificios que se pretendan proyectar con planteamientos bioclimáticos. Los edificios conservarán o reducirán el ritmo de pérdidas de la energía que han captado o producido mediante el aislamiento. Para que sea eficaz, ese aislamiento deberá aplicarse pensando inteligentemente en los mecanismos que utilizará la energía calorífica para transferirse hacia el exterior o el interior de la construcción. Dimensiones del consumo energético en Edificios Por estudio realizado - (x10) Variación Edificio Sistemas Usuario Eficiencia Energética (x2.5) (x5) del Modelo (x2) Deducido 1. Diseño del Edificio 2. Diseño y eficiencia de servicios (sistemas) 3. Comportamiento del Usuario Tal y como se ve en la tabla anterior, la eficiencia energética de un edificio, depende del diseño del edificio, de la eficiencia de los sistemas y del usuario. A continuación, se analizarán cada uno de ellos. 63

64 El Diseño del Edificio En el diseño arquitectónico del edificio, en relación a la eficiencia energética, se deben de tomar en cuenta 2 zonas: 1. Las Zonas Pasivas: que son las zonas que se encuentran cerca de las fachadas con ventanas, su dimensión en planta es del doble de la altura del local, estas zonas, son las que tienen iluminación natural, ventilación natural y ganancias solares dependiendo de la orientación y la protección solar. 2. Las Zonas No Pasivas: que son las zonas restantes hacia el interior del edificio, estas, requieren de iluminación artificial, ventilación mecánica y/o aire acondicionado. 64

65 Tal y como se pudo ver en los gráficos anteriores, cuanto más zonas pasivas y menos zonas no pasivas tengamos en un edificio, menor será el uso de energía utilizada para la iluminación y el confort térmico. Diseño Bioclimático del Edificio El diseño bioclimático del edificio, ayudará al confort adecuado con la utilización de las energías naturales renovables, lo que representará un ahorro y una eficiencia energética. Minimización de Pérdidas Energéticas por Transmisión Según el principio de termodinámica, la energía calorífica, se manifiesta cuando se transmite entre dos sistemas con diferente temperatura, donde el sistema con temperatura más elevada, cederá calor al sistema de temperatura más baja, elevando la temperatura de este último. Ya que nos encontramos en un clima tropical, y la temperatura exterior es muy intensa a lo largo de todo el año, y la estrategia a seguir será el enfriamiento del espacio interior. Por lo tanto, tendremos 2 sistemas con diferente temperatura, y lo que hay que evitar es que el calor penetre en el interior. El aislamiento térmico de los cerramientos, minimizará la transmisión del calor del exterior al interior, lo que representará un ahorro energético al minimizar el uso de sistemas de refrigeración, ya sean naturales o artificiales. El Diseño Eficiente de los Sistemas Los sistemas o instalaciones de un edificio, también tienen un rol fundamental en la eficiencia energética de un edificio, ya que utilizan directamente la energía que se consume. Cuanto más afinados estén los sistemas, menos energía innecesaria se consumirá. Sistemas de Iluminación En el diseño de la iluminación artificial, se debe de diseñar en relación a la cantidad lumínica que se requiera según la actividad, y destinar sólo la cantidad lumínica necesaria dónde menos se requiera. Además del correcto dimensionado de la luz artificial, se deben de utilizar focos ahorradores de energía. 65

66 Sistemas de Refrigeración En el diseño de la refrigeración artificial, se debe de procurar el uso de la ventilación mecánica por medio de ventiladores y extractores, y cuando esto no cumpla los con factores de confort y de ser necesario, el aire acondicionado debe de ser diseñado óptimamente según el espacio de refrigeración y debe de tener integrado un sistema de termostato para garantizar el consumo adecuado de energía. Sistemas Hidráulicos Los sistemas hidráulicos, deben de ser diseñados por gravedad por medio de depósitos elevados, para evitar el uso innecesario de bombas de presión, además de que deben usarse muebles sanitarios y mezcladoras de ahorro de agua. Sistemas Eléctricos y Electrónicos Los sistemas eléctricos y electrónicos, deben de ser optimizados según su uso, además de que deben de utilizarse aparatos de bajo consumo y de buen rendimiento energético. El Usuario en el la Eficiencia Energética El usuario, es el que tiene la última palabra en la eficiencia energética del edificio, ya que se puede diseñar correctamente el edificio y los sistemas, pero si su utilización es incorrecta, no se tendrá un ahorro energético. Un ejemplo de esto, puede ser un edificio diseñado para la refrigeración mediante la ventilación natural cruzada, y que el usuario, al no conocer el sistema, sólo abra la ventana de entrada y no la de salida, lo que provocará un disconfort y su reacción será encender los sistemas de refrigeración mecánica y/o aire acondicionado, otro ejemplo puede ser el uso innecesario de la luz eléctrica, mientras no se encuentre en el espacio iluminado. Es muy importante, que se promueva el correcto uso de todos los sistemas que se han diseñado para un edificio, esto se puede hacer mediante manuales y un buen sistema de información y enseñanza para el usuario. 66

67 Sistemas de Apoyo para el Correcto Uso de un Edificio Existen sistemas de apoyos que pueden ser utilizados para el correcto uso de las instalaciones de un edificio, estos incluyen sensores, que detectan tanto la presencia como el uso de los mismos. Estos sensores pueden controlar las instalaciones automáticamente y suspenderlas cuando no estén en uso. 67

68 A.8. HERRAMIENTAS PARA EL DISEÑO BIOCLIMATICO Además de los métodos tradicionales de cálculo, tablas y métodos geométricos para el diseño bioclimático de un edificio, existen 2 tipos de herramientas que nos pueden ayudar a comprobar y a diseñar los edificios y espacios arquitectónicos con relación al clima, estos son por medio de: 1. Maquetas o Modelos a Escala 2. Software o Programas Asistidos por Ordenador A través de estos métodos, se puede estudiar de forma tridimensional el edificio, y de como la iluminación y la ventilación natural interactua con ellos. Modelos o Maquetas a Escala Los modelos o maquetas a escala, son elementos tridimensionales construidos en cartón, madera o cualquier material manejable para representar el edificio y sus proporciones. Estudio del Asoleamiento El estudio del asoleamiento en una maqueta o modelo a escala, se realiza por medio de un sistema denominado heliodón, el cual está integrada por una gráfica plana adherida a un cartón y un palillo o palito perpendicular, que dará sombra sobre la gráfica, está sombra será provocada por el sol. La gráfica consiste en la intersección de líneas rectas con curvas las cuales nos dan la hora del día y el mes del año. Esta gráfica tiene también un norte, el cual se debe orientar con el norte del modelo a escala. El sistema funciona por medio de la interacción de la sombra con la gráfica, ya que esta hará de reloj solar dándonos la hora y la fecha exacta en la que el sol incide sobre el modelo a escala. Esta hora marcada en el heliodón, nos servirá para hacer el estudio de las sombras que se producen en el modelo. Modelo a Escala Heliodón 68

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70 Estudio de la Iluminación Interior El estudio de la iluminación interior, se realiza con un modelo a escala del espacio interior y de las aberturas, el modelo, es expuesto al exterior, con la iluminación del sol. El estudio se realiza por medio de una cara del espacio descubierta y si se requiere tomar fotografías. Esta cara, debe de estar tapada con una tela oscura para que no entre la iluminación por la ella y no afecte la iluminación interior. Estudio de la Ventilación El estudio de la ventilación, se realiza con un modelo a escala del espacio interior y de las aberturas, el modelo, es introducido en un túnel de viento. El túnel de viento, es construido por medio de 3 caras de cristal o acrílico, (2 laterales y 1 superior), de modo que permanezca abierto en los extremos frontal y posterior. El modelo a escala, se coloca en el centro del túnel, mientras que en el extremo frontal, se coloca un cigarro encendido y un ventilador. El humo del cigarro, será impulsado por el viento producido por el ventilador mostrando la dirección del viento. El estudio se realiza por medio de una cara del espacio descubierta, ya sea la cubierta o una cara lateral. Esta cara, debe de estar tapada con una de las caras de cristal del túnel de viento, con el objetivo de observar como el humo de cigarro, impulsado por el viento reacciona en el interior del modelo. 70

71 Túnel de Viento Modelo a Escala Humo y Viento Cigarro Ventilador Software o Programas Asistidos por Ordenador Los softwares o programas asistidos por ordenador, son herramientas muy precisas y visuales, gracias al avanzado mundo de la informática, en ellos se pueden hacer estudios en realidad virtual, representando lo que ocurriría en el mundo real. Al poder introducir modelos en tercera dimensión o 3D, se puede estudiar el edificio completamente, desde su entorno y medio ambiente, hasta su interior. A continuación, veremos las características de los programas más utilizados para el estudio bioclimático en arquitectura. Meteotest - Meteonorm Este software, está basado en 18 años de experiencia en desarrollo de bases de datos meteorológicas para aplicaciones energéticas. Es una útil referencia, que incorpora datos de un catálogo meteorológico y procedimientos de cálculo, para aplicaciones solares y diseño de sistemas en cualquier parte del mundo. Meteonorm, asiste a ingenieros, arquitectos, profesores, desarrolladores y a cualquiera interesado en la energía solar y la climatología. 71

72 Square One - Ecotect Este software, es de los más inovadores y amigables para el usuario, en cuestión de análisis de edificios que existen en el mercado. Incluye una interfase de modelado en 3D completamente integrada con una amplia gama de análisis de rendimiento y simulación. Lo que hace de este programa único, es el resultado visual del cálculo y el soporte de diseño arquitectónico tanto en fase conceptual o preliminar, como en fase final. Los diseñadores pueden aprovechar esta herramienta, para generar información de eficiencia climática y energética, antes de tener la forma del edificio ya establecida, empezando por un análisis climático detallado para calcular el potencial efectivo de varias estrategias bioclimáticas de diseño, o para optimizar el uso de la energía solar, la luz y el viento en el diseño de cualquier proyecto, además de poner a prueba ideas y conceptos en volumetrías preliminares, antes de elaborar el diseño final. También es compatible con otros programas, ya que tiene la capacidad de importar geometría de otro tipo de archivos como el estándar.dxf. 72

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74 Discreet - 3ds MAX / Autodesk VIZ Este software, es utilizado para crear de forma eficaz, modelos 3D de calidad profesional, con una salida en imagen y animación fotorealista. Este programa de realidad virtual, es una herramienta fundamental, para el estudio volumétrico de cualquier proyecto, que va desde el estudio de iluminación solar, simulando cualquier posición en el mundo, contemplando cualquier entorno y emplazamiento, ya sea natural o artificial, hasta el estudio de los valores lumínicos de la iluminación artificial en cualquier espacio arquitectónico. La interfase visual, hace que sea un programa amigable, dando opción a obtener resultados desde fases preliminares, hasta fases de presentación final. 74

75 Discreet - Lightscape Este software de realidad virtual, es utilizado para crear imágenes de calidad fotorealista y estudios especializados de iluminación natural o artificial en espacios arquitectónicos interiores. El programa utiliza valores estándar e internacionales de iluminación y energía, con bases de datos reales sobre luminarias y propiedades de los materiales, para generar información sobre la cantidad de iluminación en luxes que recibe cada punto en el espacio arquitectónico. 75

76 CHAM - Phoenics Este software, proporciona una herramienta precisa, confiable, costo-efectiva y fácil de usar para simular muchas situaciones de movimiento de fluidos, calor o transferencia de masa, reacciones químicas y/o combustiones en equipamientos y medio ambiente. La mayor utilidad de este programa en el ámbito de la arquitectura bioclimática, es la capacidad que tiene de simulación de la ventilación, ya que se puede introducir un modelo 3D con las aberturas para el paso del viento, así como su dirección y poder comprobar si el espacio arquitectónico, ya sea interior o espacio urbano, tiene una correcta ventilación. 76

77 B. BASES PARA EL PROYECTO CONSTRUCTIVO 77

78 B.1. EL COLOR Y LA TEXTURA DE LOS CERRAMIENTOS Después de haber analizado las bases para el proyecto arquitectónico para lograr el confort en relación a los espacios en clima del Caribe, se deben analizar varios aspectos de los cerramientos para dar respuesta a la radiación solar. En relación con la superficie exterior del cerramiento, o la cara expuesta al sol, se deben de tomar en cuenta las siguientes medidas: Superficies Reflejantes Colores Claros Tejido Compacto Con estas consideraciones en la cara expuesta directamente la radiación solar de los cerramientos, se logrará un coeficiente de absorción muy bajo, entre 0.10 y Esto quiere decir que en una superficie opaca únicamente el 10% o el 20% de la radiación solar que incide sobre el cerramiento se transforma en calor, mientras que el resto se refleja. Sin embargo, una superficie oscura, próxima al negro, tiene una absortancia del orden del 0.95, lo que quiere decir que únicamente se refleja un 5%, y que el 95% restante se absorbe, convirtiéndose en calor y penetrando parcialmente al interior. Ya que nos encontramos la mayor parte del año en situaciones calurosas y de alta radiación es, por lo tanto, muy recomendable el empleo de acabados claros, incluso blanco, reflejantes y compactos, frente a opciones de ladrillo o recubrimientos oscuros. 78

79 B.2. SELECCION DE MATERIALES CONSTRUCTIVOS ADECUADOS Además de poner en sombra y con buena ventilación los espacios arquitectónicos y de tomar en cuenta el acabado exterior de los muros, debemos de considerar el material constructivo de los cerramientos para evitar que el calor entre en el interior. El calor puede entrar en el interior de un espacio arquitectónico de 2 formas, por radiación directa y por conductividad térmica. Habiendo analizado ya en temas anteriores como evitar la radiación directa en el interior, también se debe de evitar el paso del calor por conductividad térmica. Conductividad Térmica La conductividad térmica, es la capacidad de propagación del calor que tiene un cuerpo, a través de sus moléculas. Los materiales que propagan fácilmente el calor, se denominan conductivos, y los materiales que evitan la propagación del calor se denominan aislantes. Para evitar el paso del calor por conductividad térmica en un espacio arquitectónico, se deben de tomar en cuenta las propiedades de los distintos materiales de edificación, para saber cual es el más adecuado para la construcción de los cerramientos, ya que estos, son las zonas del edificio que están expuestos directamente al sol. Conductividad Térmica de Materiales A continuación, se mostrará en forma de tabla, la capacidad o el coeficiente de conductividad térmica que ofrecen distintos materiales de edificación, que podrían ser utilizados en cerramientos. Estos datos, están estipulados en la Norma Básica de la Edificación NBE-CT-79, sobre las condiciones térmicas de los edificios. 79

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81 Los datos de conductividad térmica de cada material, nos servirán para tomar decisiones en el momento del planeamiento de la edificación, ya que necesitamos evitar el paso del calor al interior, se deberán utilizar materiales con baja conductividad térmica, o en su defecto, dotar a los cerramientos de una capa de material aislante. 81

82 B.3. MATERIALES AISLANTES TERMICOS Desde el punto de vista de la transmisión de calor y el consumo de energía, el material más significativo de un cerramiento es el aislante térmico. Se pueden considerar soluciones constructivas aislantes aquellas que empleen materiales con una conductividad térmica de menos de 0.10 W/m C. Sin embargo, la inmensa mayoría de los materiales aislantes específicos no superan los 0.06 W/m C. Por todo ello, la influencia del material aislante sobre el coeficiente de transmisión de calor es enorme. Un muro constituido por medio pie de ladrillo macizo, suficiente para que actúe como cerramiento estructural, tiene un U de 3.25 W/m C. Un muro de 60 cms de piedra compacta tiene un U de 2.93 W/m C ; ambos valores son muy malos desde el punto de vista térmico. Si al primero de ellos le añadimos 5 cm de un material aislante convencional y lo protegemos con un tabique hueco sencillo, el valor U habrá bajado hasta 0.60 W/m C. Esto representa una reducción de las pérdidas de energía a través de este cerramiento de 81%. En la actualidad existe en el mercado una gran variedad de materiales aislantes. A pesar de existir entre ellos claras diferencias, comparten el factor más determinante de sus características, la baja conductividad térmica, y entre cada uno de ellos, el valor térmico varía en el orden de las milésimas de unidad. Sin embargo, los materiales aislantes tienen notables diferencias, no sólo en lo relativo a su origen, sino también en cuanto a su forma física. Clasificación de los Materiales Aislantes por su Origen + Materiales de Origen Sintético + Materiales de Origen Mineral + Materiales de Origen Vegetal 82

83 Aplicación de los Materiales Aislantes según su Forma + Panel Rígido Para cerramientos verticales u horizontales + Panel Flexible Para superficies irregulares + Manta Flexible Para cerramientos horizontales + Inyección o Relleno En cámaras de aire + Proyección Sobre superficies irregulares o techos + Coquilla Para tuberías + Aditivo Para morteros + Bloques Estructurales Para muros y forjados Factores Ecológicos y Medio Ambientales Si bien la totalidad de los aislantes térmicos reúnen cualidades térmicas más que suficientes, desde el punto de vista medioambiental no son iguales. El análisis de ciclo de vida de los materiales nos indica la energía, la contaminación o los consumos vinculada a todo su ciclo vital. A pesar de que todos los aislantes sirven para conservar la energía, unos habrán precisado más energía en su fabricación que otros. Si bien el objetivo de todos ellos, al conservar la energía y reducir los consumos, es reducir la contaminación, algunos contaminan más que otros en sus procesos de fabricación y a lo largo de su vida útil. Por ello y por su diferente grado de reciclabilidad, desde el punto de vista medioambiental no todos pueden tener la misma consideración. Espuma de Poliuretano La materia prima es el petróleo. Se obtiene de la polimeración del isocianato (altamente dañino para el ser humano) y del poliol. Como agente espumante utiliza un HCFC (dañino para la capa de ozono), diclorometano (peligroso para las personas que lo manipulan) o CO2 (causante del efecto invernadero). Es un material no recomendado si utiliza HCFC. No admite el reciclado. Consumo de energía primaria 70 MJ/kg. Poliestireno Expandido La materia prima es el petróleo. Se obtiene de la polimerización del petano y del estireno. Como agente hinchante utiliza el agua. Admite el reciclado, aunque aún no se ha experimentado. Consumo de energía primaria 90 MJ/kg. Poliestireno Extruido La materia prima es el petróleo. Se obtiene de la polimerización del pentano y del estireno. Como agente espumante utiliza un HCFC (dañino para la capa de ozono) o CO2 (causante del efecto invernadero). Precisa de más energía en su fabricación que el poliestireno expandido. Es un material no recomendado si utiliza HCFC. Admite el reciclado, aunque aún no se ha experimentado. Consumo de energía primaria 100 MJ/kg. 83

84 Lana de Vidrio Las materias primas son arenas silíceas, cuarcitas y calizas. El impacto medioambiental radica en la energía necesaria para la fusión, y la presencia ocasional de plomo o sosa cáustica. En la fusión se libera SO2, y en el hilado fenol, formaldehído y amonio (aunque en procesos cerrados controlados). Mala degradación natural pero reciclado posible. Consumo de energía primaria 30 MJ/kg. Lana de Roca Las materias primas son rocas basálticas y escorias de alto horno. El impacto medioambiental radica en la energía necesaria para la fusión. El aglutinante, a diferencia de las lanas de vidrio, es un aceite mineral, menos problemático. Mala degradación natural pero reciclado posible. Consumo de energía primaria 30 MJ/kg. Vidrio Celular La materia prima del vidrio celular o espuma de vidrio es la misma empleada en la fabricación de vidrios convencionales, con la inclusión de un agente espumante. El impacto medioambiental radica en la energía necesaria para la fusión, y la presencia ocasional de plomo o sosa cáustica. En la fusión se libera SO2. Se puede reciclar. Consumo de energía primaria 20 MJ/kg. Hormigón Aligerado El producto es un hormigón con arcilla expandida u otro aligerante como árido. Su impacto medioambiental en menos que en los hormigones convencionales al sustituirse la grava (de gran impacto ambiental) por arcilla expandida. Consumo de energía primaria 1 MJ/kg. Arcilla Aislante Es un producto obtenido de la cocción de tierras arcillosas a las que se añade cáscara de cereal. Su impacto medioambiental se reduce a la energía de su cocción. Su trituración final podría convertirlo en reutilizable, pero no es reciclable. Consumo de energía primaria 4 MJ/kg. Fibra de Madera Es un producto obtenido de la amalgama de viruta de madera con cemento. La madera es un material renovable, cuya explotación puede llevarse a cabo de forma sostenible. Por otro lado, la viruta es un material residual resultado de la explotación maderera. El coste energético es bajo. Su trituración final podría convertirlo en reutilizable. Consumo de energía primaria 14 MJ/kg. Corcho Negro Aglomerado Es una sustancia renovable, cuya materia prima es la corteza de los alcornoques. Su contenido energético es muy bajo, ya que se aglomera utilizando sus propias resinas naturales en presencia de vapor. La degradación natural es muy buena y se puede incinerar sin desprender sustancias nocivas. 84

85 B.4. LOS CERRAMIENTOS VENTILADOS Como complemento o alternativa de los colores del acabado exterior están los cerramientos ventilados. De esta forma, el calor que es absorbido por la capa exterior del cerramiento, es eliminado por la ventilación y crea un cerramiento interior sombreado. Los cerramientos ventilados, son cerramientos de doble piel y una cámara abierta de aire. De tal forma, que si el cerramiento se ventila suficientemente, el calor generado en su interior, al absorber el elemento de cobertura la radiación solar se diluye con el aire exterior alcanzándose en la cámara una temperatura similar a la del ambiente exterior. Para que esto sea posible, son necesarios unos caudales de aire suficientes y, por tanto, unos huecos de ventilación amplios. Para no perder el efecto aislante de la piel exterior, que ha pasado a convertirse en un elemento que evita que la radiación solar de directamente sobre la piel interior al mismo tiempo que deja pasar el aire entre ellos, es necesario incorporar suficiente aislamiento térmico entre la cámara de aire y la piel interior. El aislamiento, a pesar de no ser lo más adecuado contra la radiación solar, sí lo es contra la onda de calor que tiende a penetrar por conducción. Los cerramientos ventilados, por su tipología se pueden dividir en: + Fachadas Ventiladas + Cubiertas Ventiladas La Fachada Ventilada La cámara de aire de las fachadas ventiladas, trabaja muy bien evacuando el calor, ya que el aire que se calienta en su interior, al tener la cámara abierta, tiende a subir por diferencia de temperatura saliendo por la zona superior de la cámara, dejando paso a un aire más fresco que entra por la zona inferior de la misma. Piel Exterior Cámara Ventilada Aislamiento Piel Interior 85

86 La Cubierta Ventilada La cámara de aire de la cubierta ventilada, trabaja similar a la de la fachada ventilada, si la cubierta tiene pendiente, el aire caliente de la cámara tenderá a subir por diferencia de temperatura disipando el calor del cerramiento hacia el exterior. Si la cubierta es plana, la cámara debe dejarse aún más amplia, ya que es necesario captar más viento para el movimiento del calor al extremo opuesto, donde éste, por diferencia de presión saldrá impulsado al exterior. 86