2.ARQ-BIOCLIMÁTICA

7/27/2019 2.ARQ-BIOCLIMTICA

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Arquitectura Bioclimtica

Arq. MSc. JosuLlanque.

ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL

CAPITULO II

LA ARQUITECTURA BIOCLIMTICA

Arq. MSc. Josu Llanque.

Universidad Nacional de San Agustn Facultad de Arquitectura y Urbanismo.



ARQUITECTURA BIOCLIMTICA

PRIMERA UNIDAD:

1. Arquitectura Bioclimtica.

2. La arquitectura popular tradicional.

3. El confort trmico y ahorro de energa.

4. Bases y principios de la arquitectura bioclimtica.5. Estrategias para el rendimiento energtico y del bienestar:

componentes.

6. Estrategias y clculos de transferencia de calor.


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1. LA ARQUITECTURA BIOCLIMTICA

OBJETIVOS:

a) Crear espacios fsica y psicolgicamenteconfortables.

b) Hacer un uso eficaz de la energa.

c) Preservar y mejorar el medio ambiente.

El Pueblo de Taos, Nuevo Mxico

Es decir, nos estamos refiriendo a la utilizacinde la energa solar trmica en los edificios(utilizacin de la energa solar a bajatemperatura): fluido captador de radiacin solar.

Es aquella arquitectura que tiene en cuenta elclima y las condiciones del entorno para ayudara conseguir el confort trmico interior.

(EL SOL LA ARQUITECTURA)



LA ARQUITECTURA POPULAR (TRADICIONAL)

LA ARQUITECTURA POPULAR:

Puede considerarse como un producto natural; llega a establecer con el ecosistema localuna simbiosis completa, y en su bsqueda de economa en la materia prima y energaobtiene, en la mayora de los casos, logros evidentes.

Vivienda de los Urus. Per Vivienda de adobe Cochabamba. Bolivia


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Viviendas trogloditas, Turqua.Un Kiva semienterrado, Nuevo Mxico




Una aldea Dogn en Mali Trogloditas de Guadix - Espaa


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Chaco, Nuevo Mxico




Arquitectura en Madera en el Norte del Per.


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En ella el hombre se vale de los materiales e instrumentos que el medio le proporcionaen estado natural, por lo que apenas se requiere de un proceso semiindustrial.

Asimismo, debido a que sus formas proceden de necesidades bien definidas, laarquitectura tradicional logra fundirse con el paisaje donde se asienta.


Vivienda de tierra y paja. India. Casas porttiles. Mongolia

AQU EL HOMBRE NO SE IMPONE: SE ACOPLA.



LA ARQUITECTURA BIOCLIMTICA

POR TANTO:

La arq. bioclimtica pretende sentar lasbases para la realizacin de unosedificios racionalmente construidos, demodo que, con un consumo mnimo deenerga convencional, se mantenganconstantemente las condiciones deconfort requeridas.

Sntesis, la arq. bioclimtica se basa en eldiseo, ubicacin, orientacin, climatologa yvegetacin del medio, para as poder captar,almacenar y distribuir la energa solar queincide en los cerramientos.

Palafitos en Asturias. EspaaPara ello, deben considerarse unasestrategias de diseo que aprovechen deforma ptima las condicionesambientales del entorno (energa solardisponible, temperatura exterior,direccin predominante del viento, etc.).


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2. DIFERENCIA ENTRE SOLAR PASIVA Y ACTIVASOLAR ACTIVA:

El aprovechamiento de la energa solar se da mediante sistemas mecnicos y/o elctricos:colectores solares (para calentar agua o para calefaccin) y paneles fotovoltaicos (paraobtencin de energa elctrica).

Necesita de un sistema colector, de un fluido que transporte esa energa trmica, de unalmacenador, de un intercambiador y de una serie de tuberas, vlvulas, controles, etc,que hace necesario un mantenimiento de la instalacin (duracin, amortizacin).



DIFERENCIA ENTRE SOLAR PASIVA Y ACTIVA

SOLAR PASIVA:

Hace referencia al diseo de la casa para eluso eficiente de la energa solar.

Funciona de forma natural, no existemantenimiento y la duracin es la deledificio, y aunque existe un sobrecoste enconstruccin, el mismo que se amortiza enpocos aos, con ahorro de energa.

Barco terrestre. Nuevo Mxico


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3. CONFORT TRMICO Y AHORRO DE ENERGA

ZONA DE BIENERTAR TRMICO:

Entendido como aquella condicin de la menteque expresa satisfaccin del ambiente trmico,donde prima la ausencia del malestar trmico quetiene una base fisiolgica, donde los mecanismostermorreguladores del cuerpo se encuentran enun estado de mnima actividad.

En el confort trmico, intervienencomplejos fenmenos energticosde intercambio de energa entre elcuerpo y el ambiente, el mismo quedepender del metabolismo de laspersonas y de nivel dearropamiento y el clima del lugar.

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

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Horadelda

GRFICO DE ISOPLETAS CON TEMPERATURAS

6.00-7.00

5.00-6.00

4.00-5.00

3.00-4.00

2.00-3.00

1.00-2.00

0.00-1.00

Necesidad de ventilacin

Necesidad de radiacin

Cargas internas

Bienestar 20% insatisfechos


Calor excesivo




CLIMOGRAMA DE BIENESTAR DE GIVONI

LIMITADA POR LOS 21.1 C., ENTRE EL 20%Y EL 80% DE HUMEDAD RELATIVA.

1. ZONA DE CONFORT.

2. ZONA DE CONFORT PERMISIBLE.

3. CALEFACCIN POR GANANCIAS INTERNAS.

4. CALEFACCIN SOLAR PASIVA.

5. CALEFACCIN SOLAR ACTIVA.

6 . HUMIDIFICACIN.7. CALEFACCIN CONVENCIONAL.

8. PROTECCIN SOLAR.

9. REFRIGERACIN POR ALTA MASA TRMICA.

10. ENFRIAMIENTO POR EVAPORACIN.

11. REFRIGERACIN POR ALTA MASA TRMICACON VENTILACIN NOCTURNA.

12. REFRIGERACIN POR VENTILACIN NATURAL YMECNICA.

13. AIRE ACONDICIONADO.

14. DESHUMIDIFICACIN CONVENCIONAL.

PARMETROS DE CONFORT TRMICO


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Ya que el objetivo de la arq. bioclimtica es elhacer que las diferencias de temperaturas en elinterior del edificio (atenuadas), a pesar delclima exterior (acusadas).

Adquiere una gran importancia el diseo:

4. BASES DE LA ARQUITECTURA BIOCLIMTICA

Casa de barrotes. Francia

Cubierta ecolgica. Alemania

La piel del edificio, de que materiales estformado, cmo es la orientacin, etc; paraobtener que los componentes que forman lapiel o envolvente del edificio hagan lasveces de:

Captacin, Acumulacin y Desfasaje de laOnda Trmica y Distribucin de la energasolar que incide sobre ellos.



PASOS PARA CONSEGUIR EL OBJETIVO:

a) Definir tipologas constructivas para elaprovechamiento ptimo de la energa solar.

b) Desarrollar y utilizar modelos de simulacin.

c) Obtener manuales simplificados de clculoque permitan evaluar.

d) Experimentar estos modelos de simulacin

sobre edificios ya construidos.

e) Caracterizar energticamente loscomponentes de construccin.

BASES DE LA ARQUITECTURA BIOCLIMTICA

Asentamientos en desiertos de Argelia

Viviendas de Tisza. Hungra


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1) Ubicacin adecuada: evitando la proximidad defuentes emisoras de contaminacin elctrica yelectromagntica asi como qumica y acstica(fbricas contaminantes).

2) Adecuada distribucin de espacios: atendiendo aconsideraciones bioclimticas, de ahorro energticoy funcionales.

3) Empleo de materiales saludables: reciclables o queno generen gases txicos.

4) Optimizacin de recursos naturales:aprovechamiento de la luz solar, climatizacinnatural, ahorro de agua, implantacin de las energas

renovables del lugar.5) Desarrollo del proceso de construccin adecuado:

que minimice el impacto por utilizacin de materiasprimas, gastos energticos y contaminacin(entorno).

5. PRINCIPIOS DE LA ARQUITECTURA BIOCLIMTICA

Casa embrin. Mxico



6. ESTRATEGIAS PARA EL RENDIMIENTO ENERGTICOY DEL BIENESTAR: COMPONENTES

Las estrategias utilizadas para conseguirbienestar en los edificios varanampliamente dependiendo el clima.

La diferencia ms obvia es latemperatura: un clima fro requiere unaserie de medidas, y un clima clidootras.

Ahora bien aparte de la temperatura hayotros factores, como por ejemplo lahumedad, las lluvias, el viento, lapermeabilidad, la masa, la ventilacin yla iluminacin, que tambindeterminarn el tipo de construccin, laorientacin y la distribucin de unedificio.


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1) ORIENTACIN: ASOLEAMIENTOCALEFACCIN

CALEFACCIN SOLAR.-

Utilizacin del sol para calentar o ayudar a calentarespacios interiores. La calefaccin solar se puedemejorar de forma pasiva con una cuidadosaorientacin del edificio y de modo que, una vez elcalor haya entrado en el edificio, no se escape antesde transferir su energa.

CALOR INCIDENTAL.-

Actividades y procesos que se realizan dentro de unedificio o en su superficie (por ejemplo, instalacinde sistemas fotovoltaicos) y que generan calor.



2) VENTILACIN NATURAL

VENTILACIN NOCTURNA.-

Es un aspecto importante de la refrigeracinpasiva en los climas calurosos, pero contemperaturas nocturnas ms frescas que lasdiurnas. Los beneficios nocturna se puedenapreciar mejor si se utiliza en unaconstruccin de masa alta (losas del suelo yparedes de mampostera).

MEDIDAS PASIVAS DE BIENESTAR:

REFRIGERACIN:

VENTILACIN NATURAL.-

La ventilacin y el enfriamiento del espacio deconsigue diseando el edificio de forma queutilice las corrientes naturales de convecciny que induzca el movimiento del aire porpresin impuesta y diferenciales de

temperatura (ventilacin cruzada)


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VENTILACIN NATURAL

REFRIGERACIN POR EVAPORACIN

Es el enfriamiento que se da cuando el aire (no necesariamente aire fresco) pasa por uncuerpo, lo que provoca la evaporacin del sudor y de la humedad (que se requiere bebiendo).El aire seco y caliente que pasa sobre el agua o sobre superficies hmedas y que absorbe lahumedad, tambin dar sensacin de frescor.



3) INERCIA TRMICA: MASA TRMICA

CONSTRUCCIN PESADA.-

Utilizacin de elementos deconstruccin permanentes paredes, suelos, tejados- comomedios para absorber, retener ydesprender calor durante el da,pero en un ciclo que se retrasasegn las temperaturas del aire.

Requieren de ventilacinnocturna.

CONSTRUCCIN LIGERA.-

Cuando se seleccionan elementos de laconstruccin por su carencia de retencin trmicay no se obtiene ningn beneficio de la masatrmica. Con la construccin ligera se suelefomentar la ventilacin natural y de la provisin degrandes aberturas en la parte superior del edificio.

Detalle del muro acumulador:1.- Muro de hormign de 28 cm.

2.- Lmina de cartn yeso de 15 mm.

3.- Chapa de acero de 10 mm.

4.- Carpintera abatible de madera laminada.

5.- Ladrillo macizo.

6.- Rejilla.

7. - Compuerta practicable.

INERCIA TRMICA


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4) ENVOLVENTE DE EDIFICACIN

Con el objetivo de alcanzar una reduccin del calor quepenetra hacia el interior de las edificaciones suelenaplicarse, los siguientes procedimientos:

1. Empleo de materiales en el revestimiento exterior debaja absorcin trmica, como son por ejemplo para lasfachadas, las pinturas y los recubrimientos de piedra omrmol de color claro, y el empleo de materialesreflectantes como el papel de aluminio para lascubiertas.

2. Proteccin de las superficies exteriores de la radiacinsolar directa mediante el empleo de la vegetacin, lassombras proporcionadas por las edificacionescircundantes, o las irregularidades topogrficas del

terreno. Tambin puede lograrse con parasoles, aleros,portales, y otros.

3. Incremento del espesor de los materiales deconstruccin que conforman las cubiertas y fachadas.

4. Incorporacin en las cubiertas y fachadas de capas demateriales aislantes de elevada resistencia trmica.



ENVOLVENTE DE EDIFICACIN

CONTROL SOLAR / ELEMENTOS DEPROTECCIN DEL SOL.-

Proteger del sol los espacios interioresresulta esencial en los casos en que stos sepueden calentar en exceso. La mejor formade conseguirlo es proteger el edificio antesde que las radiaciones del sol le alcancen ycuando el calor absorbido por los sistemasde proteccin se pueda eliminar sin calentarel edificio y su interior.

AISLAMIENTO / PERMEABILIDAD.-

Los edificios bien aislados retendrn lastemperaturas interiores, tanto si son msfras como si son ms calurosas que las delexterior, durante perodos muchos mslargos que los edificios que no estn tan bienaislados; lo mismo ocurre con los edificiosque reducen al mnimo las prdidas de aire.


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5) ILUMINACIN NATURALEl confort lumnico es fundamental para adecuar elespacio a su uso. Intervienen tres factores:Nivel de iluminacin, el deslumbramiento (brillantezexcesiva) y el color de la luz.La calidad y la cantidad de la luz que entra por lasaperturas vara en funcin de:El acceso a la luz: obstculos como edificaciones,sombras proyectadas.Las dimensiones y disposicinLa forma (incide sobre el reparto de luz hacia elinterior)Orientacin de las fachadas. La fachada norte recibela mayora del tiempo luz directa blanca mientras quela fachada sur recibe luz indirecta, estable. En las

fachadas este y oeste, por su lado, existe muchadiferencia en funcin de la hora del da: directa de lasprimeras o ltimas horas del da, rojiza y direccional, yel resto del da luz indirecta estable y azulada.Las protecciones solares y complementos quereducen la cantidad de luz, pero controlan eldeslumbramiento.



7. ESTRATEGIAS PARA LA CAPTACIN ENERGTICA

CLASIFICACIN:

A. GANANCIAS DIRECTAS.

B. GANANCIAS INDIRECTAS.

C. SISTEMAS MIXTOS.

D. SISTEMAS INDEPENDIENTES.


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A. APLICACIN DE GANANCIA DIRECTA:

GANANCIA DIRECTA:

VENTANA SOLAR



Sistemas indirectos:

Muro solar (Trombe)

B. APLICACIN DE GANANCIA INDIRECTA:


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Sistemas indirectos: Muro Radiante.

APLICACIN DE GANANCIA INDIRECTA:



GANANCIA INDIRECTA: INVIERNO

POSTIGOAISLADOPLEGADOHACIAABAJOCONREVESTIMIENTOREFLEXIVO

TRANSFERENCIA

DECALORPORCONDUCCION

ESCALA1/25

LISTONESDEMADERA

ABSORBEDOR

LAPAREDDELOSDIVERSOSMATERIALES

LOCAL,Y ENFUNCIONDELGROSORDE

NECESIDADESDECALEFACCIONDEUN

ACUMULACIONENRELACIONALAS

PORUNMURODECAPTACION-

PROPORCIONLOGRADADECALEFACCION

AGUA

1,5HOMIGN

0,63LADRILLO

(CONDUCTIVIDAD TRMICA

enKcal/hm/C)

GROSORDE LAPARED(cm)

0 30 60

50%

100%

0%(SegnlostrabajosrealizadosdeJ.D.Balcomb,L.A.L.,cf. bibliografa)

Sistemas indirectos: Techo solar


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C. APLICACIONES DE SISTEMAS MIXTOS

ESCALA1/25

POREL SUELOCALORABSORBIDOYALMACENADO

FLUJOSOLAR

TRANSMITIDO

FLUJOSOLARREFLEJADO

PORLAVIDRIERA

FLUJOSOLARREFLEJADOPORELMURO

FLUJOSOLAR

INCIDENTE

ABSORCION

DISTRIBUCION

ABSORCION

DISTRIBUCION

CAPTACION

CONTROL

CONTROL

MASATERMICA

1 6 12 18 24

5

10

15

20

25

0

TEMPERATURA

DELAHABITACION

TEMPERATURA

DELINVERNADERO

LAVENTILACIONDIURNAENTRE EL

INVERNADEROYLAHABITACION

ANEXAASEGURAUNAUMENTODE

TEMPERATURADURANTELATARDE

(Puertah=1,5m,a=0,8m.)

CONLAVENTANACERRADA

PAREDDECONTACTO

Horas

C

SISTEMAS MIXTOS: INVERNADERO



ECOSISTEMA CENITAL TERMOLUMINICOEL SOLARIUM:

La radiacin solar proporciona calor a lapared, transmite y conduce a la recmara.

La reflexin inducida brinda gananciaadicional de calor y niveles ptimos de

iluminacin natural diurna todo el ao


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D. APLICACIONES INDEPENDIENTESSISTEMAS INDEPENDIENTES:TERMOCIRCULACIN



8. CLCULOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Q= K * A * (Ta Tb) W/m2

L

K= 0,46 COEF. conductividadtrmica del sillar (W/m. C).

L= 20 cm. cerramiento (m).Ta, y Tb = temperaturassuperficiales, 33C Y 21C

rea= pared de 3*4 m

Q= 0,46 * 12 * (33 21)

(0,20)

Q= 331,2 W

Transmisin de superficie a superficie del muro de sillar


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CLCULOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Q= K * A * (Ta Tb) W/m2

L

K= 0,72 COEF. conductividadtrmica del sillar (W/m. C).

L= 15 cm. cerramiento (m).

Ta, y Tb = temperaturassuperficiales, 33C Y 21C

rea= pared de 3*4 m

Q= 0,72 * 12 * (33 21)

(0,15)

Q= 633,6 W

Transmisin de superficie a superficie del muro de ladrillo



MATERIALES COND. TRMK/W/m/C

DENSIDADKg/m3.

COEFIC. ABS. COEFIC. EMIS.

LADRILLO K.K. 0.72 1,97 0,68 0,9

TEJAS ARCILLA 1,05 2,00 0.72 0.87

ADOBE 0,64 1,5 0.75 0,92

HORMIGN 1,20 2,31 0,6 0,9

MORTERO CEMENTO 1,10 1,80 0,8 1,00

MADERA DURA 0,25 1,12 - -ALUMINIO 2,21 2,74 0,04 0,09

ACERO 45,3 7,83 0,8 0,12

COBRE 390 8,9 0,2 0,38

CONCRETO 1,6 1,70 0,5 0,6

MRMOL 2,90 2,60 0,84

GRANITO 3,35 2,80 2,30

COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TRMICA


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EDIFICIOS ECOLGICOS CON CERTIFICACIN LEED

Edificios ecolgicos con certificado LEEDSu aplicacin permite importantes ahorros de energa, agua y residuos y mejora la

calidad de vida de los ocupantesEl certificado LEED rene un conjunto de estndares que permiten evaluar el grado desostenibilidad de un inmueble. Las viviendas, oficinas, restaurantes o supermercados

con este certificado son cada vez ms numerosos, sobre todo en Estados Unidos(EE.UU.), origen del sistema. El Consejo de Edificios Verdes de este pas (USGBC en sus

siglas en ingls), creador del certificado en 1998, asegura que abarcan ms de 14.000proyectos en una treintena de pases de todo el mundo, entre ellos Espaa.

El sistema LEED, acrnimo en ingls de "Liderazgo en Diseo Energtico yAmbiental", evala el acabado de un edificio segn seis criterios principales:sostenibilidad, eficiencia en el aprovechamiento del agua, energa e impacto

atmosfrico, materiales y recursos empleados, calidad del ambiente interior e

innovacin y proceso de diseo.El uso eficiente de la energa es el valor que ms punta.

En virtud de la calificacin obtenida, el edificio se encuadra en uno de los cuatroniveles LEED: desde el certificado bsico, que se consigue con la mnima puntuacin,

hasta llegar al nivel de plata, oro y platino, la mxima calificacin.



Otros expertos critican que el sistema de evaluacin ofrece ms puntos a la eficiencia enel uso de combustibles fsiles que a la utilizacin de energas renovables. Otro aspecto amejorar, segn estos expertos, es la valoracin de todo el ciclo de vida del producto, y no

la fase final como ahora. El cuero se utiliza porque no emite compuestos orgnicosvoltiles, sin tener en cuenta si su produccin ha sido o no ecolgica.

Los responsables del certificado subrayan la evolucin del mismo y la introduccinconstante de nuevas mejoras para resolver fallos anteriores.

Hay diferentes versiones para calificar a los diferentes tipos de edificios, desde el mscomn, el LEED 2009, hasta el LEED v2.2, para nuevas construcciones y renovaciones

importantes en edificios comerciales. En breve se espera poner en marcha el LEED-NC 3.0,que incluir el concepto de huella de carbono para reducir la emisin de gases de efecto

invernadero ms all de un nivel bsico. Desde 2008, el Green Building CertificationInstitute acredita a los profesionales que quieran convertirse en evaluadores oficiales

LEED.

EDIFICIOS ECOLGICOS CON CERTIFICACIN LEED

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