ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO Curso Controlado 2011_2º semestre

Transcripción

1 Objetivos / Organización / Evaluación del curso Objetivo / Presentación y Desarrollo del Trabajo Práctico Bibliografía / Programa / Cronograma FUNDAMENTACIÓN DEL CURSO El edificio es en si un sistema artificial que ha creado el ser humano para satisfacer sus necesidades y desarrollar sus actividades en condiciones de confort. Siempre va a funcionar de acuerdo a la influencia del medio exterior, clima, microclima y luz, sonido, paisaje, sea o no consciente de ello el arquitecto. La incorporación de criterios adecuados en el proceso de diseño arquitectónico que valorizan los recursos climáticos, socioculturales y ambientales, permite obtener condiciones de confort y calidad del aire interior con un uso racional de los recursos económicos, energéticos, tecnológicos y disminución del impacto ambiental del hecho arquitectónico sobre el ambiente. OBJETIVO GENERAL del curso Promover el logro del confort térmico y la calidad del aire interior en el ambiente construido, entendiendo que es el proyecto arquitectónico el que debe dar respuesta integral a los problemas térmicos. OBJETIVO ESPECÍFICO del curso Que el estudiante integre en su formación los conocimientos necesarios sobre los principios teóricos, los métodos y herramientas y el funcionamiento de los sistemas técnicos, para entender al edificio como sistema energético y a cada uno de sus componentes como elementos o subsistemas de control de los ambientes para su acondicionamiento. Visión Integral del Acondicionamiento Térmico (Natural y Artificial) como visión global del hecho arquitectónico. ORGANIZACIÓN DEL CURSO CONTROLADO El curso se estructura en: CLASES TEÓRICO-PRÁCTICAS a cargo de los docentes en las que se desarrollarán los conceptos de cada tema, sus interrelaciones, las herramientas y modelos aplicados a casos, de acuerdo al cronograma. El TRABAJO PRÁCTICO consta de cuatro instancias: 1. Presentación del caso de estudio, 2. Clases de consulta (discusión del material teórico y del ejercicio), 3. Clases de exposición (con entrega del trabajo correspondiente), 4. Entrega de trabajo final En todas las instancias de prácticos se trabajará en equipos de tres estudiantes. Estos equipos deberán estar conformados antes del 15 de agosto. EVALUACIÓN La evaluación y nota final del curso dependerá de los tres ítems siguientes: 1. Asistencia y participación a clases teóricas y prácticas 2. Pruebas de evaluación: equivalen al 50 % de la calificación final. Se realizarán dos pruebas sobre fundamentos teóricos, métodos y herramientas de cálculo y evaluación, de acuerdo a las fechas indicadas en el cronograma (21 de setiembre y 23 de noviembre). 3. Trabajo práctico: equivale al 50% de la calificación final La evaluación del práctico se sustenta en la contribución del equipo y de cada integrante al desarrollo del trabajo. Los criterios de evaluación son: conceptos manejados, capacidad de resolver los problemas con autonomía: dominio de las técnicas de análisis, diagnóstico, evaluación y propuesta. Se evaluará también la síntesis en las clases expositivas. En cada modalidad de evaluación se deberá alcanzar un mínimo equivalente al 40% correspondiente. Para aprobar el curso el estudiante deberá alcanzar el 50% del puntaje total del curso. CONTROL DE ASISTENCIA Se realizará control de asistencia a todas las clases teóricas y a las clases prácticas. Asistencia mínima 80% a cada una de las modalidades, (máximo total: 6 faltas). 1

2 PRESENTACIÓN DEL TRABAJO PRÁCTICO El diseño arquitectónico es nuestra principal herramienta para concebir ambientes adecuados para el desarrollo de las actividades en condiciones de confort, disminuyendo el consumo de energía y los impactos perjudiciales al ambiente. Las condiciones climáticas y la necesidad de lograr confort indican las estrategias de diseño para la adecuación del edificio a estos requerimientos. Las diferentes respuestas arquitectónicas deben pensarse desde las primeras decisiones en el proceso de diseño: Implantación en el sitio, orientación de las fachadas, forma del edificio, dimensiones y definición de los cerramientos transparentes y opacos, masa térmica, distribución de los espacios interiores, tratamiento de los espacios exteriores, etc. La enseñanza a partir del análisis de un anteproyecto dado. El curso tomará como objeto de estudio el anteproyecto de una vivienda ubicada en Montevideo o en Salto. A cada equipo se le asignará una localización (ciudad y predio). La vivienda no tiene definida la implantación en el predio ni su envolvente. El trabajo de los equipos deberá seguir las pautas del práctico y el cronograma de correcciones. A esta producción arquitectónica se le pretende incorporar otras miradas en profundidad: la del confort térmico adaptativo y la eficiencia energética. Eficiencia energética La eficiencia energética puede ser entendida como la obtención de un servicio con bajo consumo de energía, por lo tanto un edificio es más eficiente energéticamente que otro cuando proporciona las mismas condiciones ambientales con menor consumo de energía. (Eficiencia energética na arquitetura, Lamberts et al). Cuando se proyecta un edificio, el estudio del entorno y de las condiciones ambientales en donde estará inserto nos permiten conocer las potencialidades de los recursos naturales (sol, viento, luz, entre otros). La incorporación de estos recursos en el diseño hace que podamos realizar un uso más eficiente de la energía, aprovechando la energía proveniente de fuentes no renovables para lograr el confort térmico. En el curso, hablaremos de eficiencia energética en arquitectura en el tema que nos compete en nuestra materia: el acondicionamiento térmico de los edificios. Comenzaremos por el acondicionamiento mediante sistemas pasivos, a conciencia de que un correcto uso de los recursos naturales disminuye la utilización de sistemas activos y artificiales de acondicionamiento. Se busca así mejorar la eficiencia del sistema en su conjunto (el edificio) y cada una de sus partes, con el beneficio que ello significa para el medio ambiente. El concepto de eficiencia energética es un tema de actualidad y muy amplio que abarca los aspectos tecnológicos y de gestión en la edificación y los hábitos culturales en la comunidad. Tal como lo expresa la Arq. Mariana Enet,... detrás de las tecnologías hay ideologías, culturas, necesidades y aspiraciones particulares que deben ser considerados para alcanzar los objetivos buscados en forma sustentable y sostenible. Confort térmico La determinación de una temperatura ideal de diseño resulta fundamental en la toma de decisiones a fin de diseñar, construir y operar los edificios de un modo eficiente y sustentable. Y fundamentalmente para considerar el bien-estar de las personas. Pero desde el punto de vista científico se confrontan distintas visiones y enfoques sobre el confort. En el modelo adaptativo se consideran los factores fundamentales de la física y la fisiología interactuando con la percepción térmica. Estos factores pueden incluir aspectos demográficos (sexo, edad, situación económica), el contexto (el diseño de edificios, el diseño de la envolvente, la estación del año, la posición social) y las preferencias y expectativas. El término genérico de "adaptación" hace referencia a todos los mecanismos de adaptación fisiológica de aclimatación y a los procesos conductuales y psicológicos que siguen los ocupantes del edificio con el fin de mejorar y ajustar las condiciones ambientales interiores a las necesidades personales o colectivas. Estos factores, que no son considerados en el modelo estático prevalente, no se pueden descartar tan fácilmente en el contexto de los edificios reales. OBJETIVO GENERAL DEL TRABAJO PRÁCTICO Analizar y evaluar el desempeño térmico de un anteproyecto, para incorporar los criterios de diseño que permitan adecuar el edificio a las condiciones climáticas y microclimáticas existentes. El objetivo es obtener condiciones de confort y calidad del aire con economía (ahorro y eficiencia) en el uso de los recursos energéticos, económicos, tecnológicos y la disminución del impacto ambiental del hecho arquitectónico sobre el ambiente. 2

3 DESARROLLO DEL PRÁCTICO / PAUTAS PARA EL ANÁLISIS GLOBAL DE LAS EDIFICACIONES Se plantean cuatro tipos de instancias: 1. PRESENTACIÓN DEL CASO DE ESTUDIO y Práctico Confort y Clima (22 de agosto) Para esta clase se pretende un estudio del caso asignado (debiendo analizar el contexto geográfico, morfológico, sociocultural y el climático) y primera toma de decisiones. Puntos obligatorios a abordar: A.- Deberán mostrar y comprender la importancia de las variables del clima en la concepción arquitectónica, de modo de poder relacionar el clima con el hábitat para lograr mejores condiciones de confort térmico uso eficiente de la energía sustentabilidad. Para ello deberá estudiar, sintetizar y concluir los siguientes aspectos: A.1- Análisis del rigor climático para meses del período frío y del período caluroso. Determinar probabilidad de horas de confort, de horas de disconfort por frío y de horas de disconfort por calor. Comentar los resultados. Determinar las horas deseables de sol para los mismos meses. Comentar los resultados. A.2. Análisis microclimático: el predio en la ciudad Identificar la dirección, frecuencia y velocidad del viento para el predio asignado. Idem para la trayectoria solar e intensidad de radiación según distintos planos. Identificar los principales factores que determinarían el microclima del lugar Explicar cómo dichos factores afectan, modifican, controlan las variables climáticas. A.3.- En base a las cartas bioclimáticas de Montevideo o Salto, según corresponda, analizar el comportamiento de las temperaturas, identificando a qué tipo climático pertenece. Identificar las principales estrategias que tendrá que manejar para adaptar el edificio al clima e indicar a qué problema(s) busca responder. B- De acuerdo a las consideraciones anteriores y otras: B.1- proponer y justificar la implantación de la vivienda en el predio B.2- proponer y justificar el tratamiento o diseño del espacio exterior B.3- proponer y justificar una primera definición de la envolvente de la vivienda C.- Indicar cuáles son las variables (parámetros y factores) del confort que pueden ser controlados (modificados, ajustados) en su anteproyecto y cómo. C.1. Ejercicio de confort térmico: Se deberá analizar los datos de mediciones de parámetros ambientales y respuestas de usuarios sobre confort térmico, según las distintas escuelas de confort y entregar una conclusión del caso. Pauta ejercicio de confort_at2 disponible en la web de Acondicionamiento Térmico. Cada equipo deberá entregar al docente que corresponda la presentación del caso en formato papel. Los equipos que expondrán oralmente su trabajo se seleccionarán ese día (con apoyo en formato digital). 2. CONSULTAS DE PRÁCTICO: En esta instancia se pretende que cada equipo se presente a clase con el trabajo avanzado, habiendo aplicado los conceptos y herramientas manejados en el curso. Cada equipo intercambiará aportes, consultas y dudas con el docente y estudiantes del grupo asignado, en función de las pautas de estudio y de práctico dadas. Clase práctica de consulta (31 de agosto): Asoleamiento y viento D.- Analizar la implantación y orientación del edificio en el terreno, considerando las características climáticas y microclimáticas, acústicas, lumínicas y morfológicas del entorno, la organización espacial del edificio y la envolvente propuesta. Para ello aplica las siguientes herramientas / métodos: Estudios de asoleamiento de los espacios exteriores y fachadas (sobre cerramientos transparentes), incluyendo la energía recibida para el período frío y el caluroso. Estudios de sombras arrojadas. Estudio de vientos. E.- Evaluar las condiciones que presentan los espacios exteriores y el edificio. F.- En caso de ser necesario, se deberá modificar las decisiones adoptadas previamente: nuevas propuestas de implantación, orientación, otras. Verificar propuesta y Justificar. Clase práctica de consulta (12 de setiembre): Cerramientos transparentes G.- Analizar el diseño propuesto para la envolvente transparente del edificio, de acuerdo a las características de los espacios interiores y sus requerimientos, las exigencias del clima y el comportamiento de sus variables. Para ello dispone de las siguientes herramientas / métodos: factor solar máximo admisible y transmitancia térmica y los estudios de asoleamiento previamente realizados. H.- Evaluar los resultados obtenidos para cada cerramiento / fachada / local I.- Ajustar el diseño si corresponde y verificar nueva propuesta. Presentar detalles de los diferentes cerramientos definidos (área de ventanas por local, tipo de vidrio identificado por coeficientes, tipo de protección solar identificada por coeficientes y relaciones geométricas si corresponde, otros dispositivos). 3

4 Clase práctica de consulta (26 de octubre): Cerramientos opacos, condensaciones y ventilación natural J.- Analizar el diseño propuesto para la envolvente opaca del edificio (cerramientos verticales y horizontales), de acuerdo a las características de los espacios interiores y sus requerimientos, las exigencias del clima y el comportamiento de sus variables. Para ello dispone de las siguientes herramientas / métodos: Inercia térmica (Transmitancia y Capacidad térmica); software Hterm para estudio de riesgo de condensaciones. K.- Evaluar los resultados obtenidos para cada cerramiento. L.- Ajustar el diseño si corresponde y verificar nueva propuesta. Presentar detalles constructivos de los diferentes cerramientos definidos. M.- Además se debe realizar el estudio de la ventilación natural en todo el edificio y por local, indicando la forma en que se genera la ventilación y qué estrategias se utilizan para aprovecharla. Presentar los patrones de flujo y verificar los caudales mínimos de ventilación para cada período del año. N.- Evaluar los resultados obtenidos en función de los objetivos para cada período y de los Factores de diseño que el arquitecto debe considerar a la hora de diseñar la ventilación natural de edificios. O.- Ajustar el diseño de la ventilación natural si corresponde y verificar nueva propuesta. Presentar detalles de diseño de ventanas, áreas, distribución en planta y corte, otros dispositivos. Clase práctica de consulta (14 de noviembre): Temperatura interior media (TIM) e Introducción a sistemas complementarios P.- Determinar el comportamiento térmico de los locales en el período frío mediante el método de cálculo de la temperatura interior media. Q.- Evaluar los resultados de acuerdo a criterios. Identificar los factores de diseño que están influyendo sobre la situación. R.- Ajustar el diseño del edificio o sus componentes si corresponde y verificar nueva propuesta. Presentar detalles de las modificaciones. S.- Identificar las zonas térmicas del edificio estudiado, expresando la misma en planta y corte, justificando los criterios utilizados. Proponer el tipo de sistema complementario que colocaría, justificando su elección. 3. Discusión (práctico): en cada una de estas instancias los equipos realizarán presentaciones orales (con apoyo digital) que sinteticen el tema estudiado en el práctico de consulta (análisis, evaluación y propuesta) y que servirán de base para la discusión de los conceptos manejados, el abordaje del tema y las propuestas. En cada instancia el equipo debe hacer una entrega del trabajo realizado en formato papel al docente correspondiente. 4. ENTREGA DE TRABAJO FINAL El lunes 28 de noviembre es la fecha única de entrega del trabajo final, que consiste en: * Una carpeta que muestre el proceso de trabajo del equipo, incluidos los cálculos necesarios para cada caso, haciendo énfasis en análisis y evaluación. * Dos láminas A3 que sinteticen el proceso de evaluación y las propuestas para el caso estudiado, en plantas, cortes, fachadas + croquis y detalles. Se valorará especialmente el análisis del control de la energía y su influencia en el confort térmico así como el estudio de variantes de diseño para mejorar el comportamiento higrotérmico del edificio con criterios de eficiencia energética. Para cualquiera de los temas planteados se deben presentar detalles y estudios necesarios para entender la propuesta y su verificación, así como croquis, fachadas, cortes y plantas que muestren su integración al diseño (se busca integrar los aspectos térmicos a la concepción arquitectónica y al diseño de sus componentes). Documento AT, recaudos gráficos del edificio y Pautas de estudio por tema, se encontrarán a disposición en: - Fotocopiadora del CEDA, - Página web de facultad de Facultad de Arquitectura ( ingresando por Enseñanza Arquitectura Cátedras Acondicionamiento Térmico- Contenidos y materiales 4

5 BIBLIOGRAFÍA PUBLICACIONES disponibles en - Enseñanza Arquitectura Cátedras Acondicionamiento Térmico Contenidos y materiales - Asoleamiento.zip - estudio de parasoles.zip - Sobre temas varios - DC 01 - Cerramientos transparentes - Cartas bioclimáticas.pdf - Reglamentación IMM.pdf - REPARTIDO DE TABLAS de ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO AT PUBLICACIONES disponibles en FOTOCOPIADORA / QUIOSCO del CEDA FICHAS DE ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO versión feb. 2011: ficha 1 Capítulo 1. CONFORT TÉRMICO Capítulo 2. El MEDIO EXTERIOR CLIMA VIENTO y CONFORT EN ESPACIOS EXTERIORES Capítulo 3. ASOLEAMIENTO y RADIACIÓN SOLAR Capítulo 4. CERRAMIENTOS TRANSPARENTES ficha 2 Capítulo 5. CERRAMIENTOS OPACOS INERCIA TÉRMICA PATOLOGÍA DE CONDENSACIÓN Capítulo 6. VENTILACIÓN NATURAL Capítulo 7. COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE LOS AMBIENTES (tim) Capítulo 8. SISTEMAS COMPLEMENTARIOS Bibliografía disponible en Biblioteca de Facultad ASHRAE HANDBOOK - Applications BURBERRY P. - Ahorro de energía. Instalaciones, aislamiento, energía solar. GARCIA CHAVEZ J. y FUENTES V. - Viento y Arquitectura GONZALO, E. Manual de Arquitectura Bioclimática LAMPE, PFEIL, SCHMITTLUTZ, TOKARZ - Instalaciones de ventilación y climatización en edificios LAVIGNE P. Arquitectura Climática. Tomo 1: Bases físicas. Tomo 2: Conceptos y dispositivos. NEILA J. y BEDOYA C..- Técnicas arquitectónicas y constructivas de acondicionamiento ambiental. OLGYAY V. - Arquitectura y clima. Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas (Editorial Gili) QUADRI N. - Instalaciones de aire acondicionado y calefacción. ROSENFELD, Elías; Discoli, Carlos; Romero, Fernando. -Edificios inteligentes : una recopilación integral para los requerimientos en la arquitectura. -- [La Plata] : UNLP, p. RIVERO R. - Arquitectura y Clima RIVERO R. - Asoleamiento en Arquitectura. Librillo SC.7 SAGE K. - Instalaciones técnicas en edificios. SCUDO G. - Spazi verdi urbani SERRA R. - Arquitectura y Climas. (Editorial Gili) Bibliografía disponible en Internet o LAMBERTS, DUTRA y Pereira- Eficiencia energética na Arquitetura. En www. labeee.ufsc.br/arquivos/publicacoes/eficiencia_energética_na_arquitetura.pdf Otros recursos: HTERM programa de computación para el estudio del riesgo de condensaciones y cálculo de transmitancia térmica / (DECCA). 5

6 PROGRAMA _ ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO PARTE 1: LOS CONCEPTOS (3 horas) El Hombre y la búsqueda del confort. El aprovechamiento de los recursos naturales y del diseño. Las tecnologías: costos económicos y ambientales. Los conocimientos científicos y técnicos. Su inserción en el proceso de proyecto arquitectónico. Ejemplos. La valoración de la respuesta arquitectónica. Calidad higrotérmica, eficiencia energética. Normativa. PARTE 2: EL ANÁLISIS DE LOS CONCEPTOS. CUANTIFICACIÓN (41 horas) 2.1. El Confort (4 horas) La definición, las variables, las zonas. La definición: Confort higrotérmico. Confort integral Las variables: Variables humanas, Parámetros ambientales. Las zonas: Interrelación entre las variables. Incidencia del clima. Distintos niveles de exigencia El Clima (4 horas) Los elementos del clima. Los distintos climas. Los elementos del clima: Radiación solar, Radiación global, directa y difusa. Cielo claro y cielo medio. Movimiento aparente del sol. Radiación recibida por los planos. Cantidad de luz. Temperatura, humedad y velocidad del aire. Interrelación de los elementos. Iniciación en el manejo de instrumental: sensores, simulador solar. Relación del clima con la arquitectura y el confort. El clima del Uruguay: Radiación solar, valores para distintos planos y períodos. Comparación del comportamiento de los planos. Temperatura, humedad relativa y velocidad del aire, valores para distintas ciudades. Períodos frío y caluroso La Arquitectura: El espacio interior La envolvente del edificio: los cerramientos opacos y los cerramientos transparentes. El comportamiento higrotérmico del ambiente construido. Sistemas complementarios con energías convencionales. La envolvente del edificio: los cerramientos opacos. (14 horas) Transmisión de calor: radiación, convección, conducción. Régimen estacionario: transmitancia, composición del cerramiento, uso de materiales aislantes. Efecto de la Radiación Solar: determinación del asoleamiento, temperatura equivalente: comportamiento de los planos. Régimen variable en condiciones rigurosas: amortiguación, retardo, inercia térmica. Uso del simulador solar. Transmisión de vapor: condensaciones superficiales, condensaciones intersticiales, composición del cerramiento y uso de barreras de vapor. Uso del programa Hterm. La envolvente del edificio: los cerramientos transparentes (4 horas). Transmisión de calor: Régimen estacionario, transmitancia, condensaciones superficiales. Transmisión de radiación solar: determinación del asoleamiento, cuantificación de la radiación; las protecciones y su factor solar. El comportamiento higrotérmico del ambiente construido (4 horas). Índices de calidad higrotérmica. Análisis y valoración de la respuesta del ambiente construido. Período frío y caluroso. Forma, orientación, relaciones factor de forma y factor de huecos, cerramientos opacos, cerramientos transparentes, factor solar máximo admisible, ventilación. Propuesta de un índice de calidad: temperatura interior media en el período frío. Normativas higrotérmicas. Objetivos generales y específicos. Normativas existentes. Exigencias actuales en Uruguay. Los sistemas complementarios con energías convencionales (9 horas). Los sistemas y el confort: uso de las energías convencionales; capacidad de respuesta y limitaciones. Costos económicos, costos ambientales. Descripción de sistemas: Calefacción: tipos de energía, elementos de producción, transporte y cesión de calor. Aire acondicionado. Elección del sistema. Determinantes y condicionantes: interrelación sistema diseño- programa arquitectónico. Incidencia del sistema en el proyecto arquitectónico. Tamaño aproximado y ubicación de los elementos: sala de calderas, sala de máquinas, depósito de combustible, chimenea, ductos, cañerías, equipos. Ventilación mecánica: descripción de sistemas, pautas de elección. 2.4 La arquitectura: el espacio exterior (2 horas). La vegetación y su función. Los elementos del clima y del diseño del espacio exterior: análisis y cuantificación para período frío y caluroso. Los espacios de transición. Los espacios inmediatos. La ciudad: clima y microclima. PARTE 3. LA SÍNTESIS DE LOS CONCEPTOS (4 horas) Aplicación de los conocimientos al análisis de ejemplos y programas. Valoración de la respuesta arquitectónica: calidad higrotérmica y eficiencia energética. Posibilidades de mejoramiento de la repuesta. 6

7 ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO CRONOGRAMA CURSO CONTROLADO 2º SEMESTRE 2011 De 10:00 a 11:30 hs. Salón 10 LUNES MIÉRCOLES Agosto 8 Intro: Confort y Energía 10 Clima Confort Presentación Caso a Estudiar Práctico Confort-Clima 17 Espacios exteriores y Vientos 24 Asoleamiento y Radiación 29 Asoleamiento (Heliodón) 31 Consultas de práctico Asoleamiento y viento Setiembre 5 Cerramientos Transparentes 7 Cerramientos Transparentes 12 Consultas de práctico Cerramientos transparentes 14 Discusión (práctico) Asoleam-vientos y Cer.Transp 19 Consultas prueba 21 PRUEBA 1 26 Cerramientos Opacos Capacidad Térmica (C.T.) Transmitancia (U) 28 Condensaciones. Octubre 3 Ventilación natural 5 Ventilación natural 10 Temperatura Interior Media 12 FERIADO 17 ELEA-SMvd 19 ELEA-SMvd 24 ELEA-SMvd Discusión (práctico) C. opacos, condensaciones, ventilación Consultas de Práctico C. opacos, condensaciones, ventilación Noviembre 2 FERIADO 7 Sistemas Complementarios 9 Sistemas Complementarios 14 Consultas de práctico T.I.M., Sistemas Complementarios 16 Discusión (práctico) T.I.M., Sistemas Complementarios 21 Consultas prueba 23 PRUEBA 2 ENTREGA: lunes 28 de noviembre (carpeta + 2 A3), hasta las 12 h en el IC. Prato