CONSIDERACIONES CLIMÁTICAS, FORMA Y MATERIA EN EL DISEÑO. MATERIALIDAD II TALLER DI BERNARDO

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1 CONSIDERACIONES CLIMÁTICAS, FORMA Y MATERIA EN EL DISEÑO. MATERIALIDAD II TALLER DI BERNARDO

2 DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS CLIMA Entorno inmediato/mediato ARQUITECTURA HOMBRE (Cultura) Atender las condiciones exteriores: Radiación solar. Temperatura y humedad. viento Definición formal-material del espacio y la envolvente: Cerramiento opaco y transp. Orientaciones. Compacidad y ot. Forma, modo, manera de habitar. Respuesta humana adaptada al entorno climático

3 DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS: Variable térmica. Cerramiento opaco o tranparente CLIMA DISEÑO ENVOLVENTE ARQUITECTÓNICA. HABITAR: Confort higrotérmico 25 OPACO TRANSPARENTE Ladrillo 30cm vidrio simple te te Transmitancia (k): 1.85 W/m 2 K 5.8 W/m 2 K pared / vidrio es 3 veces más aislante (sin contemplar el efecto Radiación solar) Temperatura exterior: te F= (te ti) / R F=(te-ti) * k Temperatura interior: ti

4 DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS: Variable térmica. Cerramiento opaco 25 CLIMA DISEÑO ENVOLVENTE OPACA ARQUITECTÓNICA. Variable: TERMICA HABITAR: Confort higrotérmico te te Temperatura exterior: te F= (te ti) / R Temperatura interior: ti ENVOLVENTES: GRUESAS+PESADAS+POROSAS O DELGADAS+LIVIANAS+IMPERMEBLES.

5 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS Decisiones materiales: tecnológico constructivas MASIVAS (pesadas) / AISLANTES (livianas) GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE F= (te ti) / R Mampost. Ladrillos y hormigones comunes a 2500 kg/m 3 Poliestireno expandido, lana de vidrio, lana mineral, poliuretano (espuma rígida) Ejemplo: pol.ex. 30 kg/m 3

6 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE F= (te ti) / R Manifestación pulso de energía (térmico): a) Desplazado temporalmente: retardo térmico b) Atenuado (valores medios): amortiguamiento térmico o atenuación térmica a) + b) = inercia térmica Manifestación pulso de energía (térmico): a) No hay desplazo temporal significativo: retardo térmico b) amortiguamiento térmico a) + b) = respuesta prácticamente instantánea (no hay inercia, no hay acumulación)

7 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO. retardo térmico Manifestación interna del pulso externo de energía (térmico): a) Desplazamiento temporal: retardo térmico Correlación entre retardo y espesor. p/ H A.aprox. 3cm/h

8 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO. retardo térmico y amortiguamiento Difusión térmica en un sólido: Simulación gráfica realizada por Dr. A. Hernandez, INENCO-Salta.

9 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO. retardo térmico y amortiguamiento En distintos materiales masivos: la velocidad de propagación en el sólido y la amplitud térmica serán: Material Conductividad k (W/m C) Densidad ρ (kg/m3) Calor específ. Cp (J/kg C) Velocidad de propag. (cm/h) Ladrillo 0, ,9 Hormigón 1, ,6 Piedra bola (caliza) 2, ,6 Granito 2, ,1 Cuarciza 5, ,9

10 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO. retardo y amortiguamiento Propagación en función del espesor. para un pulso de energía variable intensidad? Supongamos: una Te a lo largo del día de 1C a 15C. Simulación gráfica realizada por Dr. A. Hernandez, INENCO-Salta.

11 Temperatura ( C) DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO. retardo térmico y amortiguamiento En Hormigón para distintos espesores: la velocidad de propagación en el sólido y la amplitud térmica serán: Retardo generado por la acumulación de calor en la masa cm 10 cm 15 cm cm 25 cm 30 cm 40 cm Hora

12 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO. retardo térmico y amortiguamiento En los sistemas constructivos masivos: acumulación de calor.

13 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO. retardo térmico y amortiguamiento En los sistemas constructivos masivos: acumulación de calor. Invernaderos En los sistemas constructivos masivos: acumulación de calor. Principios: a) asegurar ganancia térmicas (orientación). b) disponer reservorios de acumulación (masa) c) minimizar pérdidas.

14 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS GRUESO-PESADO-POROSO. retardo térmico y amortiguamiento En los sistemas constructivos masivos: acumulación de calor. Muros colectores acumuladores. Mismo principio: ganancia + acumulación + evitar pérdidas. Opciones: a) acumulación en masa constructiva (ladrillo, piedra, hormigón ) b) en agua ( calor específico x5) c) con ventanillas.

15 DISEÑO DE ENVOLVENTES: CRITERIO DE ELECCIÓN (TÉRMICA) Decisiones materiales: tecnológico constructivas INERCIA / AISLACIÓN Mampost. y hormigones comunes a 2500 kg/m 3 Poliestireno expandido, lana de vidrio, lana mineral, poliuretano (espuma rígida) Ejemplo: pol.ex. 30 kg/m 3 GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE

16 DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ] GRUESA + PESADA + POROSA FINA + LIVIANA + IMPERMEABLE INERCIA TÉRMICA (ACUMULACIÓN) AISLACIÓN

17 DISEÑO DE ENVOLVENTES FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ] OPACAS TRANSPARENTES gruesa + pesada + porosa fina + liviana + impermeable

18 INTERCAMBIO TÉRMICO (Particiones Livianas)..Tsa FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ W/m2 ] F = ( te ti ) R F = calor aire + calor del sol F = ( te ti ) + ( a E Re ) + se R R F = 1 ( te ti ) + 1 ( a E Re ) + se R R ENVOLVENTES: OPACAS LIVIANAS + transmisión calor..(enunciado gral.) En caso de paneles opacos F = 1 ( te ti ) + 1 ( a E Re ) R R F = 1 ( te + a E Re ) ti R R Tsa = te + a E Re F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano opaco

19 25 FLUJO TERMICO Tsa= te +a.e.re Evolución temperatura exterior en un dia de diseño (DD) para cielo claro Modelo JB78a Sin considerar orientación te 25 te Temperatura exterior DD

20 Tsa para plano vertical OESTE Tsa= te +a.e.re te te

21 FLUJO TERMICO Evolución temp. diaria + efecto de la radiación solar a (absortancia) = tsa te Temperatura sol aire : Tsa = te + a E Re

22 25 FLUJO TERMICO Temperatura sol-aire : Tsa Radiación hora-hora diaria. (BT55V+CSH) tsa Temperatura sol aire Tsa

23 F = 1 ( te ti ) + 1 ( a E Re ) R R en caso de paneles opacos livianos: F = 1 ( te + a E Re ) ti R INTERCAMBIO TÉRMICO FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ] R Tsa = te + a E Re F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano

24 DISEÑO DE ENVOLVENTES FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ] OPACAS TRANSPARENTES gruesa + pesada + porosa fina + liviana + impermeable

25 FLUJO TERMICO (panel pesado o másico) Evolución temperatura exterior en un dia de diseño (DD) temperatura exterior media te te Temperatura exterior DD 50 50

26 FLUJO TERMICO tsa 35 tsā Temperatura sol aire Tsa y Temperatura sol-aire media 45

27 FLUJO TERMICO (Panel Pesado de 32cm de espesor) Coeficiente de Retardo : 8 hs. r = 1 hora / 4 cm de espesor (JB78) RETARDO DE 8 Hs tsa (retraso en tiempo) tsa Temperatura sol aire Tsa para panel opaco y macizo con retardo

28 FLUJO TERMICO Coeficiente de Amortiguación: 0.25 a = 2 hs. / retardo RETARDO DE 8 Hs 50 en tiempo) AMORTIGUAMIENTO 35 - tsā Temperatura sol aire pesada Tsap para panel opaco y macizo

29 FLUJO TERMICO Tsap = ( Tsa Tsa (media) ). a + Tsa (media) F = ( Tsap Ti ) / R tsa 35 tsap tsa Tsa Tsap y Tsa (media)

30 INTERCAMBIO TÉRMICO (en caso paneles opacos) FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ] F = 1 ( te ti ) + 1 ( a E Re ) R R F = 1 ( te + a E Re ) ti R R Tsa = te + a E Re se F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano Tsa = te + a E Re F = ( Tsap - Ti ) / R panel pesado Tsap = ( Tsa Tsa (media) ). a + Tsa (media)

31 INTERCAMBIO TÉRMICO (en caso paneles opacos y TRANSPARENTES) FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ] F = 1 ( te ti ) + 1 ( a E Re ) + s E R R panel transparente F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano Tsa = te + a E Re F = ( Tsap - Ti ) / R panel pesado Tsap = ( Tsa Tsa (media) ). a + Tsa (media)

32 DISEÑO DE ENVOLVENTES Decisiones materiales: tecnológico constructivas MASIVAS (pesadas) / AISLANTES (livianas) GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE Mampost. Ladrillos y hormigones comunes a 2500 kg/m 3 Poliestireno expandido, lana de vidrio, lana mineral, poliuretano (espuma rígida) Ejemplo: pol.ex. 30 kg/m 3 Sup. transparentes

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34 DISEÑO DE ENVOLVENTES Decisiones materiales: tecnológico constructivas MASIVAS (pesadas) / AISLANTES (livianas) GRUESO-PESADO-POROSO / / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE SITUACIONES INTERMEDIAS masa compacta Aire quieto

35 DISEÑO DE ENVOLVENTES GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE Decisiones materiales tecnológico constructivas: LIVIANO (no masivo) F = (te ti) / R R = e / l R total = R1 + R2 + R3...+ Rsuperficiales interna y externa F = (te ti) / Rtotal La inversa de la resistencia térmica (R) indica la transmitancia térmica K (W/m 2 C). Taller Di Bernardo

36 DISEÑO DE ENVOLVENTES: Cubiertas FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ] F = ( te ti ) R R : Resistencia [ h m 2 c / Kcal ] o [m 2 c / w] R = e / l l : conductividad [ Kcal. m / h m 2 ºc ] [w m / m 2 c] (Norma IRAM ) R Total = Re + R1 + R2 + R Rn + Ri Re y Ri : Resistencia superficiales *) ( *)ver ( sentido del flujo térmico

37 DISEÑO DE ENVOLVENTES GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE Decisiones materiales: tecnológico constructivas: SÓLIDO (masividad) F = (te ti) / R R = e / l Calor por unidad de superficie (Potencia:W/m 2 ) depende de la conductividad térmica l (W/m C) del material, del espesor y la difusividad.

38 Conductividad Térmica [W/mºK] DISEÑO DE ENVOLVENTES Conductividad térmica. 2,00 1,80 1,60 1,40 hormigones de alta densidad mampostería de ladrillos y bloques macizos MAS HOMO GENEO S 1, 1,00 hormigones de baja densidad 0,80 0,60 0,40 mampostería de ladrillos y bloques cerámicos huecos MENOS HOMO GENEO S 0, bloques de hormigón hueco 0, Densidad aparente [kg/m3] Datos IRAM N /02

39 Temperatura ( C ) DISEÑO DE ENVOLVENTES Difusividad MAT. HOMOGENEOS Difusión de un pulso de calor dentro de un sólido Distancia desde el borde (cm) Fuente: Dr. A. Hernandez

40 Temperatura ( C) DISEÑO DE ENVOLVENTES Propagación: retardo y amortiguamiento En régimen no estacionario. Propagación de una onda térmica de frecuencia diaria en un sólido espesor (m) Fuente: Dr. A. Hernandez

41 DISEÑO DE ENVOLVENTES Decisiones materiales: tecnológico constructivas. SÓLIDO (masividad) F = (te ti) / R R = e / l

42 DISEÑO DE ENVOLVENTES Decisiones materiales: tecnológico constructivas. SÓLIDO (masividad) Amortiguamiento térmico y retardo térmico: INERCIA TÉRMICA.

43 determinación clima. Consideración nvolventes opacas y transparentes.