Texto Universitario - Acondicionamiento Ambiental - Uncp (Reparado)

ACONDICIONAMIENTO ACONDICIONAM IENTO AMBIENTAL ARQ. CARLOS SANTA SANTA MARIA MARIA CHIMBOR

ASIGNATURA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE ARQUITECTURA Texto publicado con fines de estudio Tercera edición Huancayo, 2013

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE ARQUITECTURA Texto publicado con fines de estudio Tercera edición Huancayo, 2013

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PRESENTACIÓN

Con la intención de ir mejorando nuestra actitud docente y permitir un mejor aprendizaje de los estudiantes, ponemos a disposición de los mismos el presente texto, que no hace sino resumir la experiencia de muchos años en el ejercicio de la profesión y la constante búsqueda innovadora a través de la investigación. A través de la presente Unidad de Ejecución Curricular denominada “Acondicionamiento “Acondicionamiento Ambiental”,

tenemos como objetivo general, el de desarrollar la habilidades necesarias en el estudiante para que puedan formular proyectos urbano – arquitectónicos con criterios bioclimáticos, dotándoles de las herramientas, conceptuales, metodológicas y las técnicas adecuadas y en el marco de una conciencia ambiental, recuperando la función primigenia de la arquitectura como es la de darle confort al usuario que la habita. El texto de estudio se divide en cuatro unidades. La Primera Unidad se aborda los temas del desarrollo sostenible, el medio ambiente, la energía y el bioclimatismo y su relación con el Urbanismo y la Arquitectura, incidiendo en el tema de la Arquitectura bioclimática como una alternativa a la manera tradicional de hacer arquitectura y presentando una metodología de diseño arquitectónico dentro de este concepto. En la Segunda Unidad se revisa todos los aspectos referidos al estudio del lugar centrándonos en el tema de la climatología y meteorología. La tercera unidad desarrolla los criterios para el diseño térmico de las edificaciones partiendo del estudio de los requerimientos de confort del usuario y luego de la utilización de los recursos que permiten satisfacer ese confort. Finalmente la cuarta unidad está referida al desarrollo de los conceptos y criterios para el acondicionamiento natural lumínico. El desarrollo de éstos contenidos, se ha hecho en base a la revisión bibliográfica especializada como la de Arquitectura y Medio ambiente (Carle Saura) (Arquitectura Bioclimática (Josué Llanque Chana), Introducción a la Arquitectura Bioclimática (Rodríguez Viqueira), Clima y Confort en Arquitectura (Segami y Linares) y Acondicionamiento Natural en Arquitectura (Ernesto y Giorgio Puppo), además de la selección de algunos escritos revisados en internet. El uso adecuado del presente material, que requiere de una lectura permanente, complementada con las lecturas a las que podría acceder el estudiante y las lecciones presenciales permitirá una comprensión adecuada de los temas desarrollados los que se consolidaran con los ejercicios de aplicación que se propondrán. EL AUTOR

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ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL ARQ. CARLOS SANTA MARIA CHIMBOR

INDICE PRESENTACIÓN INDICE.

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PRIMERA UNIDAD: EL RETO DEL ARQUTIECTO EN EL DESARROLLO SOSTENIBLE. TEMA1: DESARROLLO SOSTENIBLE – MEDIO AMBIENTE Y URBANISMO –

ARQUITECTURA 1.1. EL DESARROLLO SOSTENIBLE. 1.2. EL MEDIO AMBIENTE. 1.2.1. Definición. 1.2.2. Conceptos Asociados. 1.3. ARQUITECTURA Y EL URBANISMO EN EL DESARROLLO SOSTENIBLE Y EL MEDIO AMBIENTE. 1.3.1. La Arquitectura y el Urbanismo en el Desarrollo Sostenible. 1.3.2. La Arquitectura y el Urbanismo y el Medio Ambiente. TEMA 2: ENERGÍA, URBANISMO Y ARQUITECTURA . 2.1. LA ENERGÍA 2.1.1. Definición. 2.1.2. Fuentes Naturales de Energía. 2.2. ENERGÍA Y CIUDAD. 2.3. ENERGÍA Y ARQUITECTURA. 2.3.1. Ciclo de vida del edificio y flujos energéticos. TEMA 3: ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA. 3.1. ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL Y ARQUITECTURA. 3.2. ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA. 3.2.1. Definición. 3.2.2. Antecedentes. 3.2.3 Sistemas de diseño Bioclimático. 3.3. METODOLOGÍAS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO.

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SEGUNDA UNIDAD: CLIMATOLOGÍA Y METEOROLOGÍA.

TEMA1: EL CLIMA - FACTOPRES Y ELEMENTOS. 1.1- EL CLIMA 1.2- CLIMA Y TIEMPO. 1.3- FACTORES Y ELEMENTOS DEL CLIMA. 1.3.1- Elementos del clima. 1.3.2. Factores del clima 1.4- ACTIVIDADES. TEMA 2: GEOMETRÍA SOLAR. 2.1. FUNDAMENTOS GENERALES 2.2. COORDENADAS SOLARES

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2.3 METODOS PARA DETERMINAR LA POSICIÓN DEL SOL 2.4. PROYECCIONES SOLARES.

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TERCERA UNIDAD: ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO

TEMA1: FUNDAMENTOS TEORICOS. 1.1- RADIACIÓN SOLAR. 1.2- CALOR. 1.3- TEMPERATURA. 1.4- VENTILACIÓN TEMA 2: TERMOFISIOLOGÍA Y CONFORT. 2.1. EQUILIBIRIO TÉRMICO 2.2. BIENESTRAR TÉRMICO 2.3 CONFORT TÉRMICO 2.3.1 CÁLCULO DE LA ZONA DE CONFORT TÉRMICO . TEMA 3: PROYECTO ARQUITECTÓNICO Y ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO. 3.1. DETERMINACIÓN DEOBJETIVOS Y METASDE DISEÑO. 3.2. ESTRATEGIAS DE DISEÑO PARA EL ACOANDICIONAMIENTO TÉRMICO 3.3 CONFIGURACIÓN DEL ANTEPROYECTO PARA EL CONFORT TÉRMICO. 3.4. EVALUACIÓN TÉRMICA DEL EDIFICIO

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CUARTA UNIDAD: ACONDICIONAMIENTO LUMÍNICO

TEMA1: FUNDAMENTOS TEORICOS. 1.1- LUZ NATURAL 1.1.1. MAGNITUDES DE LA LUZ NATURAL 1.1.2. FUENTES DE LA LUZ NATURAL 1.2- PROPIEDADES LUMÍNICAS DE LOS MATERIALES. TEMA 2: CONFORT LUMÍNICO. 2.1. CONFORT VISUAL 2.2. REQUERIMIENTOS DE LUZ NATURAL DE LOS ESPACIOS. . TEMA 3: PROYECTO ARQUITECTÓNICO Y ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO. 3.1. DETERMINACIÓN DEOBJETIVOS Y METASDE DISEÑO. 3.2. ESTRATEGIAS DE DISEÑO PARA EL ACOANDICIONAMIENTO LUMÍNICO 3.3 CONFIGURACIÓN DEL ANTEPROYECTO PARA EL CONFORT LUMINICO. 3.4. CÁLCULO DEL FACTOR LUZ DÍA

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PRIMERA UNIDAD TEMA 1: DESARROLLO SOSTENIBLE – MEDIO AMBIENTE Y ARQUITECTURA - URBANISMO

APRENDIZAJE ESPERADO: Conoce e interpreta los conceptos básicos del desarrollo sostenible, el medio ambiente y conceptos asociados y explica la relación existente con la Arquitectura y el Urbanismo.

1.1.- EL DESARROLLO SOSTENIBLE: La palabras desarrollo sostenible devienen de dos términos; “desarrollo” y “sostenibilidad”. El concepto desarrollo es heredero de la noción occidental de progreso surgida en la Grecia clásica y consolidada en Europa durante el período de la Ilustración. También, el concepto desarrollo fue antecedido por otros términos además de progreso, como civilización, evolución, riqueza y crecimiento. La riqueza era indicadora de prosperidad o decadencia de las naciones. El concepto de sostenibilidad, se origina del término “sostenible” o “sustentable”, la primera de origen latino y la segunda de origen anglo-zajón que significa sostener, soportar, tolerar e incluso que se defiende con razones.

Tradicionalmente el desarrollo, legado al hombre y las sociedades se vio exclusivamente, como el desarrollo económico, es decir como esa capacidad de generar riqueza material. Sin embargo este concepto fue cuestionándose debido a que en muchos casos la riqueza acumulada por algunos países que se decían ser “desarrollados” se concentraba en muy pocas personas, con grandes sectores de

pobreza o esta riqueza se lograba en base a depredar los recursos naturales. Es a partir de los años 70 que la humanidad se da cuenta de esta situación y luego de una serie de intentos de reformular este concepto la Comisión Brundtland (1987), una Comisión de Medio Ambiente y Desarrollo de las Naciones Unidas creada en 1983, formula el siguiente concepto. “El desarrollo sostenible es aquel que permite la satisfacción de las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer la suyas propias”.

Indudablemente este concepto abarca muchas cosas y debemos destacar dos de ellas son las más importantes; el hecho de entender el bienestar de la sociedad, a partir de la mejora economía, de que esta mejora llegue a las grandes mayorías y que se haga utilizando racionalmente los recursos naturales o sin causar efectos negativos sobre ellos. Con el tiempo este concepto ha ido evolucionando, hoy podemos integrar muchas ideas desarrolladas en el siguiente concepto: “El desarrollo sostenible viene a ser el desarr ollo equilibrado de los ejes económico, social y del medio natural, que permiten darle calidad de vida al ser humano, pero que sin embargo no debe comprometer las condiciones para que las generaciones futuras puedan también gozar de esta misma calidad de vida. Queda claro que los términos “desarrollo sostenible y “desarrollo sustentable”, tienen el mismo

significado, solamente que el primero tiene un origen anglo zajón, en tanto que el segundo tiene origen latino. 6


PARADIGMA DEL DESARROLLO SOSTENIBLE

1.2.- EL MEDIO AMBIENTE: 1.2.1.- DEFINICIÓN: Tradicionalmente ha sido definido de manera un tanto genérica, como “entorno natural en el que habita cualquier organismo vivo” o, con una visión tremendamente antropocéntrica, como “ El

entorno en el que se desarrolla la vida del ser humano, y que está compuesto por elementos naturales, sociales, económicos y culturales, así como sus interrelaciones. ”. A medida que se ha ido estudiando y profundizando, el verdadero significado del término Medio Ambiente se ha ido ampliando y concretando

Hoy se conceptúa al medio ambiente como un sistema formado por elementos naturales y artificiales que están interrelacionados y que son modificados por la acción humana. Se trata del entorno que condiciona la forma de vida de la sociedad y que incluye valores naturales, sociales y culturales que existen en un lugar y momento determinado. Podría decirse que el medio ambiente incluye factores físicos (como el clima y la geología), biológicos (la población humana, la flora, la fauna, el agua) y socioeconómicos (la actividad laboral, la urbanización, los conflictos sociales). Es decir, no se trata sólo del espacio en el que se desarrolla la vida de los seres vivos. Abarca, además, seres humanos, animales, plantas, objetos, agua, suelo, aire y las relaciones entre ellos, así como elementos tan intangibles como la cultura. Aunque tradicionalmente se utilizan las palabras medio, ambiente y medio ambiente como sinónimos algunos autores las diferencias, como por ejemplo en la “G uía para el Estudio del Medio Físico” publicada por el CEOTMA se considera al Medio, como el medio como el elemento

en el que vive o se mueve una persona animal o cosa, en tanto que Ambiente es el conjunto de factores bióticos y abióticos que actúan sobre los organismos y comunidades ecológicas, determinando su forma y desarrollo. 7


ESQUEMA CONCEPTUAL DEL MEDIO AMBIENTE (http://www.aspaymcantabria.com/verfoto/489/)

1.2.2.- CONCEPTOS ASOCIADOS: Ecología: El término “ecología” es una palabra derivada de la palabra griega “oikos” que significa “casa” y la palabra “logos” que significa “estudio”. Es decir, literalmente Ecología significa “estudio de la casa”. Así, la Ecología es la ciencia que estudia las relaciones entre un medio físico (factores abióticos), los seres vivos que habitan en él (factores bióticos) y las relaciones recíprocas que se establecen entre ellos. Ecosistema: Es el conjunto formado por un medio físico, los seres vivos que habitan en él y las relaciones que se establecen entre ellos entendidos como un todo, como una unidad. Puede aplicarse a territorios muy grandes o a espacios muy pequeños. Así, pueden definirse macroecosistemas, como un arrecife de coral, un bosque o una ciudad y microecosistemas, como una hoja caída, una gota de agua de un charco o la oreja de un elefante. Bioma: Es un conjunto de ecosistemas. Los grandes biomas del mundo son: praderas y sabanas, desiertos, tundras, taigas, bosques templados caducifolios, bosques secos tropicales (también caducifolios), bosques lluviosos tropicales, páramos y punas, biomas de altas montaña, biomas polares, biomas insulares (altamente endémicos y oligoespecíficos) y los biomas marinos. 8


Biosfera: también denominada Ecosfera, está constituida por todos los organismos vivos del planeta y sus interacciones con el medio físico global, como una unidad, para mantener un sistema estable. Es decir, está formada por océanos, lagos y ríos, la tierra firme y la parte inferior de la atmósfera que, entre todos, hacen posible el mantenimiento de la vida en el planeta. Hábitat: es un término que hace referencia al lugar que presenta las condiciones apropiadas para que viva un organismo, especie o comunidad animal o vegetal. Se trata, por lo tanto, del espacio en el cual una población biológica puede residir y reproducirse, de manera tal que asegure perpetuar su presencia en el planeta. Nicho ecológico: Se denomina así a la estrategia de supervivencia utilizada por una especie, que incluye la forma de alimentarse, de competir con otras, de cazar, de evitar ser comida. En otras palabras, es la función, “profesión” u “oficio” que cumple una especie animal o vegetal

dentro del ecosistema. Sinergia: La sinergia es un concepto que proviene del griego "synergo", lo que quiere decir literalmente "trabajando en conjunto". Su significado actual se refiere al fenómeno en que el efecto de la influencia o trabajo de dos o más agentes actuando en conjunto es mayor al esperado considerando a la sumatoria de la acción de los agentes por separado. Llevado al concepto de los sistemas significa que un sistema es mucho más que sus componentes o partes constituyentes. Los efectos que se producen pueden ser positivos o negativos; muchos pequeños impactos pueden reforzarse y llevar al sistema a situaciones de elevada degradación y así mismo muchas pequeñas acciones coordinadas, producen grandes resultados. Homeostasia: Esla capacidad que tiene un ecosistema de autorregulación y de ajuste que le permite mantener su estructura a través del tiempo. Cuando una acción externa altera la estructura interna del ecosistema el ecosistema reacciona en el sentido de reparar los efectos producidos y restituir el equilibrio inicial. Resilencia: Se refiere a la capacidad de resistencia o elasticidad del ecosistema (también se puede aplicar a alguno de sus componentes), ante influencias externas. A diferencia de la homeostasia que es la capacidad de reacción del ecosistema ante una acción externa, la resilencia es la habilidad de un ecosistema para resistir ante los cambios y absorberlos sin transformarse en otro distinto. Contaminación: Por contaminación se entiende la introducción de cualquier tipo de sustancia, materia o influencia física (ruido, luz, radiación) en un medio, bien aumentando los niveles normales o introduciéndolos donde no existían. La contaminación puede tener un origen natural (por ejemplo, los volcanes en erupción) o antropogénico. La contaminación está causada por los vertidos. Un vertido es el conjunto de desperdicios (líquidos, sólidos o gaseosos) que se introducen en el medio ambiente como consecuencia de la acción humana. A su vez, un residuo es cualquier sustancia u objeto inservible, del cual su poseedor se desprende.

1.3.- LA ARQUITECTURA Y EL URBANISMO Y EL DESARROLLO SOTENIBLE Y EL MEDIO AMBIENTE: 1.3.1.- EL URBANISMO Y LA ARQUITECTURA Y EL DESARROLLO SOSTENIBLE: Hacía los años 90 comenzó a abrirse paso la hipótesis de que en el camino hacia el desarrollo sostenible, era ineludible hablar de éste y sus relación con el desarrollo de las ciudades y en particular con la arquitectura. Los avances teóricos y las políticas introducidas luego del informe Brundtland y del programa de la Agenda 21 afirmaron la necesidad de concebir la ciudad y la arquitectura bajo este concepto. 9


Conceptos como el de “arquitectura sostenible” o ciudad “sostenible”, nos hablan de un

compromiso de que la arquitectura y la ciudad deben insertarse dentro de la filosofía del desarrollo sostenible y contribuir a su construcción. Sin en embargo habría que decir que las definiciones al respecto aún no están muy claras pues generalmente, en este contexto, se asocia la arquitectura o la ciudad solamente con la dimensión físico – espacial (ambiental) del desarrollo, siendo que el desarrollo sostenible está definido por tres pilares que se retroalimentan: el social, el económico y el ambiental. Cada uno de estos pilares debe estar en igualdad de condiciones, fomentando un modelo de crecimiento sin exclusión (social), equitativo (económico) y que resguarde los recursos naturales (ambiental). Hablando específicamente del modelo de ciudad actual, éste está basado casi exclusivamente en el consumo de recursos, se muestra claramente insostenible. Este crecimiento expansivo y acelerado de los sistemas urbanos y el aumento del consumo de recursos, con la consecuente producción de contaminantes y residuos, son los principales elementos que incrementan la presión sobre los sistemas de soporte que proporcionan energía y materiales a las ciudades. La tendencia actual de producir urbanización consiste, en buena parte, en crear una ciudad difusa, donde se separan las funciones de la ciudad en áreas distantes entre sí y, por tanto, requieren largos desplazamientos para cubrir dichas funciones. Sólo en el área de movilidad, la ciudad difusa provoca un aumento de emisiones de gases a la atmósfera, de superficie expuesta a niveles de ruido inadmisibles, de accidentes y de horas laborales perdidas en desplazamientos. Aparte de en el transporte, la ciudad difusa crea serias disfunciones en términos de complejidad (genera espacios monofuncionales), de eficiencia (el consumo de recursos es elevado) y de estabilidad y de cohesión social (segrega a la población según sus rentas). Es necesario ir hacía otro modelo que a la vez que da respuesta a las disfunciones que las ciudades actuales presentan y que aborde los retos de la sociedad actual: los relacionados con la sostenibilidad y la entrada en la sociedad de la información y el conocimiento. El modelo de ciudad compacta y diversa es el que mejor se posiciona en este proceso hacía la sostenibilidad en la era de la información. Este modelo permite concebir un aumento de la complejidad de sus partes internas, que es la base para obtener una vida social cohesionada y una plataforma económica competitiva. Al mismo tiempo, ahorra suelo, energía y recursos materiales, y contribuye a la preservación de los sistemas agrícolas y naturales. En esta dirección apunta el modelo de la ciudad sostenible que pretendemos incorporar, es decir; compacta en su morfología, compleja en su organización, eficiente metabólicamente y cohesionada socialmente. En relación a la arquitectura, establecer una definición válida de lo que debe entenderse como “arquitectura sostenible o sustentable” es una tarea compleja. Todavía más si se tiene en cuenta que la actividad del arquitecto siempre ha estado impregnada de una enorme componente subjetivo. Sin embargo es algo necesario, ya que, sin establecer una meta de forma precisa, difícilmente se podrá conseguirla. Sin embargo es lógico que se la quiera relacionar con los ejes pilares del desarrollo sostenible, es decir con el eje económico, el social y el físico espacial. Así por ejemplo (Luís de Garrido. 2010) indica “La Arquitectura Sustentable es a quella que satisface las necesidades de sus ocupantes, en cualquier momento y lugar, sin por ello poner en peligro el bienestar y el desarrollo de las generaciones futuras. Por lo tanto, la arquitectura sustentable implica un compromiso honesto con el desarrollo humano y la estabilidad social, utilizando estrategias arquitectónicas con el fin de optimizar los recursos y materiales; disminuir al máximo el consumo energético, promover la energía renovable; reducir al máximo los residuos y las

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emisiones; reducir al máximo el mantenimiento, la funcionalidad y el precio de los edificios; y mejorar la calidad de la vida de sus ocupantes”. Aun cuando no hay un preciso exacta de la dimensiones del desarrollo sostenible en esta definición, es probablemente la mejor reflexionada hasta estos momentos. Pero si intentamos precisar un poco más el modelo de la arquitectura sostenible podríamos indicar que el modelo debe tener en cuenta los siguientes puntos: 

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Utilización de los recursos ambientales de manera sostenible, planificando acciones a largo plazo. Atención preferentemente a las necesidades del conjunto de la población, incluyendo las generaciones futuras. Utilización creativa de la variedad natural y la variedad cultural. A nivel de los objetivos sociales, de los bienes con que satisfacerlos y de las técnicas con que producirlos. Ubicación prioritaria de la problemática del consumo y de las tecnologías como áreas vitales de decisión. Enfatizar lo regional, lo local, la diversidad, la adaptabilidad, la complementariedad, como valores opuestos a la centralización y homogeneización que puja este mundo globalizado (no siempre “lo de allá, sirve acá”)

Para el proyectista, el concepto de sustentabilidad también es complejo. Gran parte del diseño sustentable está relacionado con el ahorro energético, mediante el uso de técnicas como por ejemplo el análisis del ciclo de vida aplicado a productos y procesos productivos, con el objetivo de mantener el equilibrio entre el capital inicial invertido y el valor de los activos fijos a largo plazo. Proyectar de forma sustentable también significa crear espacios que sean saludables, viables económicamente y sensibles a las necesidades sociales. Por sí solo, un diseño responsable desde el punto de vista energético es de escaso valor.

EL MODELO DE LA CIUDAD SOSTENIBLE

LA ARQUITECTURA SOSTENIBLE

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1.3.2.- ARQUITECTURA Y URBANISMO Y MEDIO AMBIENTE Suele confundirse los conceptos de arquitectura sostenible con la de arquitectura medioambiental y en realidad es difícil establecer un límite o separación de las mismas. La Arquitectura cuya preocupación se centra en los aspectos físico-espaciales (ambiental) del territorio donde se inserta el edificio y en su conjunto la ciudad, podríamos adjetivarla como arquitectura o ciudad medioambiental, solo que esta separación debemos hacerla solo por efectos didácticos ya que la arquitectura o la ciudad jamás va a interactuar solamente con el espacio físico. Aquí debemos hacer una aclaración, al eje que tiene que ver con el espacio físico (natural o transformado), en el que se encuentran los recursos naturales, llámese aire, suelo, agua, plantas, animales, normalmente la biografía clásica la llama el eje medio ambiental y por ello en adelante asumiremos este nombre. Por lo tanto una cierta lógica nos dice que los edificios o las ciudades no las construimos en el vacío, sino en un espacio o medio concreto, que tiene su propias peculiaridades. A partir de esa inserción el objeto arquitectónico o urbano empieza a interactuar con su medio y para nosotros fundamentalmente con su entorno físico espacial. Este interactuar puede ser positivo o negativo. Normalmente esta relación ha sido negativa, pues una serie de estudios demuestran que el sector de la construcción es la responsable de porcentaje importantes de consumo ya sea de energía, electricidad, de emisiones de gases de efecto invernadero o generación de residuos.

Fuente: http://gestion.cype.es/impacto_ambiental_analisis_ciclo_de_vida.htm#etapas

¿Cómo hacer que la relación arquitectura y medio ambiente sea positiva?. Cumpliendo dos objetivos: a) Utilizando de manera racional los recursos naturales que el medio nos ofrece. Tanto la ciudad como en particular los edificios, necesitan de una serie de insumos (materiales, aire, agua, energía, etc.), para cumplir todo su ciclo de vida de manera efectiva. Esta entrada debe hacerse considerando el gasto ambiental que producen la transformación de la materia prima en materiales de construcción, utilizando la energía que no implique el agotamiento de los recursos naturales (usar por ejemplo energía solar en lugar de energía 12


que proviene del combustible fósil) o aprovechando los materiales del lugar para las edificaciones e incluso aprovechando las características climáticas del entorno. b) Minimizando las salidas de vertidos (sólidos, líquidos y gaseosos). En el proceso de transformación de la materia prima en materiales de construcción, en la construcción, funcionamiento y demolición, tanto de edificios como de ciudades, inevitablemente se han de producir desechos. Es función de la arquitectura y el urbanismo evitar la salida irracional de estos desechos, para ello se deben implementar una serie de estrategias que permitan el reciclaje o reúso de los residuos, vertiendo lo estrictamente necesario al medio e incluso de manera tratada. Un ejemplo es el agua, en la que muchas veces luego de usarla y convertirla en un agua gris, directamente la vertimos al sistema de aguas servidas, cuando esta tranquilamente puede ser reusada en otras actividades.

ARQUITECTURA MEDIO AMBIENTAL

URBANISMO MEDIO AMBIENTAL

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ACTIVIDADES 1.- Luego de ver el video denominado “ Guerrero de la basura ” descr ibir las características de la forma como diseña y construye Michael Reynols en EE.UU y México y como diseñan y construyen los arquitectos nacionales y locales. URBANISMO

ARQUITECTURA

OBRA DE MICHAEL REYNOLS

OBRA DE LOS ARQUITECTOS DE HUANCAYO

2.- En un mapa conceptual esquematizar la relación entre Arquitectura Sostenible, Arquitectura Ambiental y Arquitectura Bioclimática

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TEMA 2: ENERGÍA - URBANISMO Y ARQUITECTURA APRENDIZAJE ESPERADO: Conoce e interpreta los conceptos básicos respecto a la energía y su relación con la Arquitectura y el Urbanismo.

2.1.- LA ENERGÍA: 2.1.1. Definición: La energía es la capacidad de los cuerpos o conjunto de éstos para efectuar una acción o un trabajo, o producir un cambio o transformación. Todo cuerpo material que pasa de un estado a otro produce fenómenos físicos que no son otra cosa que manifestaciones de alguna transformación de la energía. La energía está presente en nuestro alrededor y se manifiesta en la naturaleza bajo muchas formas; energía cinética (energía que tiene un cuerpo en movimiento), energía potencial (energía que tiene un cuerpo originada por su posición en el espacio), energía eléctrica (capaz de encender un foco o hacer funcionar un motor), energía química (contenida en los alimentos), energía térmica, eólica, nuclear, hidráulica, mecánica o electromagnética, entre otras. Diversos recursos o fenómenos son capaces de suministrar energía, en cualquiera de sus formas, por ello se les denomina fuentes naturales de energía o recursos energéticos. Las diferentes fuentes energéticas las podríamos clasificar en dos categorías; la renovables y no renovables y la convencionales y no convencionales. 2.1.2. Fuentes Naturales de Energía: Definición: La energía es la capacidad de los cuerpos o conjunto de éstos para efectuar una acción o un trabajo, o producir un cambio o transformación. Todo cuerpo material que pasa de un estado a otro produce fenómenos físicos que no son otra cosa que manifestaciones de alguna transformación de la energía. a) Por su capacidad de regeneración: Fuentes de energía no renovables: Esta referida a aquellas fuentes energéticas que se encuentran en la naturaleza en una cantidad limitada y que, una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse, ya que no existe sistema de producción o extracción viable, o la producción desde otras fuentes es demasiado pequeña como para resultar útil a corto plazo. Suponen en torno al 80% de la energía mundial y sobre las mismas se ha construido el inseguro modelo energético actual. Sus características principales son:  Generan emisiones y residuos que degradaran el medioambiente.  Son limitadas  Provocan dependencia exterior encontrándose exclusivamente en determinadas zonas del planeta  Crean menos puestos de trabajo en relación al volumen de negocio que generan Las fuentes de energía no renovables se pueden dividir en dos grupos son: Combustibles Fósiles se llaman así porque son sustancias originadas por la acumulación, hace millones de años, de grandes cantidades de restos de seres vivos en el fondo de lagos y otras cuencas sedimentarias como el subsuelo, como es el caso del petróleo y del gas natural o por la acumulación de vegetales terrestres (hojas, maderas, cortezas y 15


esporas) durante el periodo carbonífero de la era primaria de nuestro planeta como es el caso del carbón. Energía nuclear: La energía nuclear es la energía liberada durante la fisión o fusión de núcleos atómicos cuando en él se produce une reacción nuclear. Es la 4ª fuerza y es la fuerza más potente. Las cantidades de energía que pueden obtenerse mediante procesos nucleares superan con mucho a las que puedan lograrse mediante procesos químicos, que solo implican las regiones externas del átomo. La energía se puede obtener de dos formas: fisión y fusión. La energía que proviene de estos dos procesos es debida a la desigualdad de materia que existe en la reacción, entre los elementos reactivos y los elementos resultantes de la reacción. Una pequeña cantidad de masa proporciona por tanto una gran cantidad de energía. Por ejemplo la energía que produce un kilogramo de uranio (elemento usado en la fisión) es equivalente al la que producen 200 Tm de carbón. Fuentes de energía renovables: Las energías renovables son aquellas que se producen de forma continua y son inagotables a escala humana: solar, eólica, hidráulica, biomasa y geotérmica. Estas energías se obtienen de fuentes naturales virtualmente inagotables unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Las fuentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: No contaminantes o limpias:  El Sol: energía solar.  El viento: energía eólica.  Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica.  Los mares y océanos: energía mareomotriz.  El calor de la Tierra: energía geotérmica.  Las olas: energía undimotriz. Contaminantes: Las contaminantes (que son las realmente renovables, es decir, que se renuevan) se obtienen a partir de la materia orgánica o biomasa, y se pueden utilizar directamente como combustible (madera u otra materia vegetal sólida), bien convertida en bioetanol o biogás mediante procesos de fermentación orgánica o en biodiésel, mediante reacciones de transesterificación y de los residuos urbanos. Las energías de fuentes renovables contaminantes tienen el mismo problema que la energía producida por combustibles fósiles: en la combustión emiten dióxido de carbono, gas de efecto invernadero, y a menudo son aún más contaminantes puesto que la combustión no es tan limpia, emitiendo hollines y otras partículas sólidas. Sin embargo se encuadran dentro de las energías renovables porque el dióxido de carbono emitido será utilizado por la siguiente generación de materia orgánica. b) Por su frecuencia de uso: Fuentes de energía convencionales: Se denomina así a todas las energías que son de uso frecuente en el mundo o que son las fuentes más comunes para producir energía eléctrica. En este caso, algunas veces se utiliza como agente de locomoción la fuerza del agua, como medio de producir energía mecánica, a través del movimiento de una rueda con cucharas y alabes, que canalizan el poder natural de las aguas y cuyos dispositivos se denominan turbinas.

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En otras ocasiones, se utiliza la combustión del carbón, el petróleo o el gas natural, cuyo origen son los elementos fósiles, que les sirve como combustible para calentar el agua y convertirlo en vapor. El movimiento producido por la combustión y explosión de los derivados del petróleo, como son, la gasolina, el petróleo diesel 2 y diesel 5, se realiza mediante la acción de pistones, a través de un sistema de bielas que transmiten su movimiento en un eje. Dentro de estas energías que son las más usadas en el planeta se encuentran la energía hidráulica y la energía térmica. Desde su creación y utilización de este tipo de energías no ha sufrido mayores cambios, salvo en lo que respecta al rendimiento y eficiencia de las máquinas térmicas y en la automatización de los arranques, la regulación y el apagado de las mismas. Fuentes de energía no convencionales: Se refiere aquellas formas de producir energía que no son muy comunes en el mundo y cuyo uso es muy limitado debido, todavía a los costos para su producción y su difícil forma para captarlas y transformarlas en energía eléctrica. Entre las energías no convencionales tenemos: la energía solar, la energía eólica, la energía química u otras formas de energía que se pueden crear. Dentro de las que más se están utilizando tenemos la energía nuclear, la energía solar, la energía geotérmica, la energía química, la energía eólica y la energía de la biomasa.

CLASIFICACIÓN DE LA ENERGÍA 17


2.2. ENERGÍA Y CIUDAD: Las ciudades y las grandes áreas urbanas, son los usuarios mayoritarios del consumo de energía de forma directa e indirecta; la forma directa en el consumo, tales como la movilidad y el transporte, la calefacción, refrigeración o iluminación y el accionamiento de equipos diversos ya sea privados como los electrodomésticos o públicos como por ejemplo las plantas de tratamiento de agua e indirectamente como la utilización de materiales ligados a la construcción de la infraestructura de la ciudad (cemento, vidrio o cerámica) o de bienes de consumo que requieren un uso intensivo de energía como la celulosa, el vidrio o el aluminio que a veces son de usar y tirar. Sin embargo habría que indicar que el modelo de la ciudad que desarrollamos en estos tiempos contemporáneos, es el de una ciudad “consumista de energía”. Se dicen que las “urbes” consumen la mitad de la energía producida por todo el mundo. La movilidad y el trasporte son los principales consumidores de la energía, los procesos industriales de transformación de la materia prima (alimentos, vestidos, materiales de construcción, insumos, etc.), la generación de energía eléctrica, son expresiones de la crisis energética por la vienen atravesando nuestras ciudades. Por ello es que la preocupación mundial se centra hoy, en desarrollar un modelo urbano, que represente el ahorro de la energía y como tal de la conservación del medio ambiente. Este modelo presenta recomendaciones considerando una serie de temas, que se convierten como guías para el análisis y la gestión de lo que podemos llamar un “urbanismo energético”.  Transporte: a) peatones, b) transporte público, c) uso de la bicicleta, d) uso del automóvil.  Arquitectura: a) Bioclimatismo.  Planeación urbana y uso del suelo: a) densidad urbana, b) ordenación del territorio.  Fuentes renovables de energía.  Ahorro y eficiencia energética.  Metabolismo urbano: a) agua, b) materiales, c) residuos, d) alimentos. Un modelo urbano debe contar con una red accesible y consolidada de transporte público eléctrico, con zonas peatonales y ciclovías; esta red debe ubicar nodos y puntos de enlace en núcleos urbanos específicos, las políticas de transporte y de uso del suelo deben estar integradas. Las diferentes zonas de la ciudad deben mezclar funciones (uso mixto) ofreciendo servicios comerciales, gubernamentales, educativos, de recreación, etc., favoreciendo el crecimiento en altura (cuatro niveles a lo mucho) en vez de su extensión, pero evitando que la densidad sea demasiado alta para no generar problemas sociales o ambientales. Debe fomentarse una concentración descentralizada. La ciudad debe pensarse y construirse con base en el clima de la región donde está asentada, integrando el aprovechamiento de la energía solar y en lo posible las otras fuentes renovables. Son los criterios bioclimáticos y ecológico-energéticos los que conducirán el diseño arquitectónico y urbano en vez de caprichos formales tan en boga en la arquitectura y el diseño urbano posmodernos. La ciudad debe aumentar su arbolado y las zonas verdes por motivos estéticos, de habitabilidad y climáticos. Si bien la arquitectura y el urbanismo bioclimático definen la agenda del ahorro y la eficiencia energética de la ciudad, también debe fomentarse el fin del desperdicio y de la cultura del 18


derroche, tanto con los modos de vida como con la adquisición de mejor tecnología. La ciudad debe ahorrar agua, administrarla, limpiarla y reutilizarla, esta lógica también debe aplicarse con el manejo de materiales y los residuos que se generen. Los residuos orgánicos deben reintegrarse a la tierra, sobre todo para permitir el desarrollo de una agricultura urbana/periurbana que alimente a la ciudad buscando su autosuficiencia. La protección y regeneración de suelos agrícolas, bosques y ecosistemas y su manejo adecuado debe hacerse no con la intención de un conservacionismo per se, sino para obtener materiales para las actividades del asentamiento. En términos generales ésta es la nueva utopía (oposición o resistencia al orden existente por la proposición de un orden radicalmente distinto), la visión urbana post petróleo. Algunas de las recomendaciones presentadas ya son realidad en varias ciudades, ya sea por una conciencia energética y/o ambiental, por el encarecimiento de los combustibles o por la escasez de recursos, alternativas que responden tanto a los excesos como a las carencias.

CIUDAD Y ENERGÍA 19


2.3.- ENERGÍA Y ARQUITECTURA: Entre arquitectura y energía existe un vínculo fuerte y significativo. El entorno construido de nuestro planeta puede entenderse como el resultado de diferentes formas de energía, tanto natural como artificial. La arquitectura, como lo construido, no es sino un resultado de la energía. La producción de la arquitectura en cuanto al acto de erigir y construir, así como de planear y proyectar, representa un proceso energético. Vista de este modo, la historia de la arquitectura puede entenderse también como la de los diferentes tipos de energía que la han hecho posible. En nuestros tiempos hablar de la arquitectura y energía es entrar a dos temas que se relacionan estrechamente; la arquitectura moderna se ha desarrollado gracias a que se tiene formas de energía que permite un manejo casi ilimitado de posibilidades de diseño. Sin iluminación artificial o sin equipos de aire acondicionado o para calefacción, muchos diseños actuales no podrían ser habitados o utilizados para su propósito original. Es por tanto la disponibilidad de energía en forma de electricidad, combustible líquido o gas, y la tecnología que permite convertirla en energía luminosa, en calor o en frio, la que da esas casi infinitas posibilidades de creatividad de la que son capaces los arquitectos modernos y por otro lado la realidad de la economía, que obliga a buscar los menores costos de construcción y operación posibles, e igualmente la del medio ambiente, que implica una obligación moral que nos lleva a ser más cuidadosos con nuestro entorno natural, han dado lugar a que los límites de lo posible en el diseño arquitectónico se reduzcan y a que los arquitectos tengan que ser más cuidadosos de lo que diseñan. El petróleo y sus derivados tienen una incidencia relevante en todos los ámbitos de la vida moderna y no hace falta entrar en detalles para comprenderlo. En el sector de la edificación la dependencia energética del petróleo y los combustibles fósiles tiene un peso considerable y no solamente con relación al consumo de recursos energéticos durante la vida útil del edificio, sino con relación a los materiales que se emplean para construir, la movilidad de las personas, etc. A pesar de los esfuerzos por impulsar el uso de fuentes energéticas limpias, la tendencia del consumo y la dependencia del petróleo tienden a aumentar progresivamente. Es necesario preguntarse si estamos diseñando y construyendo edificios adecuados a la realidad de consumo y dependencia actuales, y sobre todo, si gestionamos correctamente el uso de los recursos energéticos en los edificios, ya que probablemente la forma en que se consumen contribuye en gran medida a marcar y acentuar esta dependencia. 2.3.1.- CICLO DE VIDA DEL EDIFICIO Y FLUJOS ENERGÉTICOS: Según la clasificación y a la nomenclatura incluida en las normas UNE-EN ISO 14040-14044, se establecen cuatro etapas en el ciclo de vida de una construcción:  Materiales: A1 - A3 Extracción de materias primas (A1) Transporte a fábrica (A2) Fabricación (A3)  Proceso de construcción: A4 - A5 Transporte del material (A4) Proceso de instalación del material y construcción (A5)  Uso del producto: B1 - B7 Uso (B1) Mantenimiento (B2) Reparación (B3) Sustitución (B4) Rehabilitación (B5) Uso de la energía operacional (B6) 20


Uso del agua operacional (B7) Fin de vida: C1 - C4 Deconstrucción y derribo (C1) Transporte (C2) Gestión de residuos para reutilización, recuperación y reciclaje (C3) Eliminación final (C4). El ciclo de vida de un edificio tiene asociada una importante cantidad de energía consumida en cada una de sus fases (transformación de materiales, construcción, uso, deconstrucción) se trata de un proceso dinámico en que las decisiones tomadas en una fase condicionan la incidencia en las otras y en el impacto global. Durante el ciclo de vida de la edificación podemos identificar dos tipos de flujo energéticos; los estáticos y los dinámicos: Flujos estáticos: asociados a la fabricación, transporte, puesta en obra de los materiales de construcción, el propio proceso de construcción del edificio e incluso su deconstrucción o derribo. Se consideran estáticos, ya que no sufren variación una vez están dispuestos en el edificio y forman parte de él. 

Los materiales de construcción, en su proceso de transformación de materia prima a material de construcción, utilizan una determinada cantidad de energía, de acuerdo a la característica del material, hay materiales que necesitan de grandes cantidades de energía para procesarla como es el caso del cemento, fierro, cerámica, aluminio, vidrio templado, etc. Y materiales que requieren de un mínimo de energía como es el caso de adobe, la madera, el ladrillo, etc. En el país todavía no hay estudios específicos sobre la energía consumida para fabricación de los materiales, sin embargo en otros países ya se han realizado éstos estudios que nos puedan servir como referencia, como por ejemplo el estudio realizado en España por el CIES (COAC, CAATB, UPC, ITEC y INSTITUT CERDÁ) 2.002 y que presentamos en el siguiente cuadro:

ENERGÍA CONSUMIDA PARA FABRICAR MATERIALES DE 1 M2 DE SUPERFICIE CONSTRUÍDA DE OBRA NUEVA EN CATALUÑA. FUENTE: FABIAN LÓPEZ PLAZA – 2002.

La fase de construcción de la edificación, también implica el consumo de energía de acuerdo a la naturaleza de edificación y que tienen que ver con la cantidad y el tiempo de uso de equipos y maquinarias utilizados en la construcción, así como el transporte de los mismos. 21


La demolición de la obra, una vez que esta haya concluido con su ciclo de vida, necesita de equipos y de transporte para la disposición final de los residuos y el gasto energético estará en relación a la magnitud de la edificación a derribar y de los materiales y sistemas constructivos utilizados en la obra. Flujos dinámicos: Denominados así porque son flujos que depende de la duración en el tiempo y de la gestión como factor fundamental. Asociados directamente con el uso y explotación del edificio y se trata de flujos energéticos asociados a procesos que pueden parametrizarse pero que dependen de otras variables también dinámicas para su cuantificación y evaluación: como el tiempo de duración del proceso, la gestión de los recursos energéticos y en algunos casos las variaciones de factores externos como el clima. De todas las fases mencionadas, es la del uso y explotación del edificio la de mayor incidencia en el cómputo global por ser la de mayor duración y por utilizar de forma dinámica los recursos energéticos. El flujo de energía durante la vida útil de un edificio estará relacionado directamente con los usos energéticos que posea (alumbrado, fuerza, climatización, etc.). De todos estos usos energéticos los que están directamente relacionados con la habitabilidad de los espacios son en orden respectivo y de acuerdo al tipo de edificio, la iluminación artificial (entre el 10-20% aprox.) y la climatización con la mayor incidencia de todos los usos energéticos (entre el 40-60% según el tipo de edificio). Como referencia de la cuantificación del consumo energética de una edificación (en este caso de una vivienda tipo) realizada por ITEC 2.003 a partir de datos del ICAEN, en Barcelona tenemos el siguiente cuadro:

CONSUMO ENERGÉTICO ANUAL STANDART Y EMSIONES DE CO2 PARA UNA VIVIENDA TIPO EN BARCELONA FUENTE: FABIAN LÓPEZ PLAZA – 2002.

Durante la vida útil del edificio y en la medida que la arquitectura actúa como elemento de relación entre el interior y el exterior, se puede hablar de que éste no es un proceso lineal en el que la cantidad de energía que se invierte en generar condiciones de habitabilidad es exponencial e infinita sino que se trata en realidad de un balance energético, entre la energía consumida y la energía que el propio edificio gracias al diseño previsto – entre otros aspectos-, puede aprovechar del entorno y las condiciones naturales del medio. Los estudios realizados que se han interesado en medir el peso relativo de cada una de las fases del ciclo de vida de un edificio, establecen como referencia que entre el 20 y el 33% del

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total de la energía que se consume está asociada a los denominados flujos estáticos y entre el 66 y 80% restante está asociado a la fase de uso y explotación del edificio.

ACTIVIDAD En grupos de 05 alumnos, recorrerán la ciudad de Huancayo, haciendo un registro fotográfico de aquellas edificaciones que consideran representativas en el uso racional e irracional de la energía. Clasifican estas fotografías y construyen un ensayo sobre el tema “Huancayo: Arquitectura y energía”. REGISTRO FOTOGRAFICOS:

ENSAYO:

1.- NOMBRE DEL TEMA: 2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 3.- SOLUCIÓN HIPOTÉTICA. 4.- CONCLUSIONES.

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TEMA 3: ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA APRENDIZAJE ESPERADO: Conoce, interioriza e conceptúa todo lo referente a la arquitectura bioclimática y lo compara con la realidad del lugar.

3.1.- ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL Y ARQUITECTURA. Un concepto básico sobre el acondicionamiento ambiental se refiere al proceso mediante el cual se crean las condiciones psíquicas y físicas aptas para el desarrollo de las varias actividades del hombre. Precisamente una de las finalidades de la arquitectura es crear estas condiciones, pero ello no solamente tiene que ver con el sistema de estructuración de los elementos al interior de los edificios, sino que fundamentalmente en su relación con el exterior, con el entorno, con el medio. La variabilidad de muchas de las condiciones exteriores y su acción simultánea requiere de un dificultoso trabajo de selección, cálculo y mediciones que deben reducirse a términos fácilmente accesibles. Estos procesos de acondicionamiento se han logrado o se logran aplicando sistemas naturales o artificiales. Los sistemas naturales están referidos al uso de sistemas que aprovechan estas condiciones externas para crear estas condiciones (sol y viento), en tanto que las artificiales crean condiciones por medios artificiales (aire acondicionado, calefacción). Como indicamos en capitulo anterior, este proceso de acondicionamiento de las edificaciones requiere necesariamente de la utilización de la energía y para ello se ha utilizado y se usa fuentes de energía ya sea las renovables o no renovables, las convencionales y las no convencionales. Tradicionalmente el Arquitecto en este proceso de adecuación o acondicionamiento de los espacios donde el hombre vive lo ha hecho mayormente utilizando como estrategia el acondicionamiento artificial y usando fuentes energéticas que provienen de recursos no renovables y altamente contaminantes. En este contexto hoy, han surgido una serie de alternativas que suplanten la forma tradicional cuya acción no solo nos ha llevado a un conflicto con el medio ambiente, sino con la misma arquitectura porque, hemos perdido el concepto primigenio de darle confort al hombre. Una de estas alternativas y probablemente la más viable es la que los entendidos la han adjetivado como “Arquitectura Bioclimática”, que a continuación detallaremos.

3.2.- ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA: 3.2.1.- Definición. En términos sencillos la “Arquitectura Bioclimática” puede definirse como aquella arquitectura

ambientalmente confortable y energéticamente eficiente. Para lograr el máximo confort aprovecha las condiciones climáticas de su entorno, transformando esas condiciones externas en confort interno y para generar un mínimo gasto energético se vale de las fuentes energéticas renovables. Sin embargo estos dos objetivos tiene lograrlo utilizando solamente los elementos propios de la arquitectura (muros, techos, puertas, ventanas, etc.) y lo sistemas bioclimáticos naturales (muros trombe, invernaderos, chimeneas solares, chimeneas de viento, muros de agua, etc.) sin necesidad de utilizar sistemas electro mecánicos complejos. 24


ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA - CONCEPTO

3.2.2.- Antecedentes. El término diseño bioclimático o arquitectura bioclimática sí es relativamente reciente. Según la definición de Serra (1989), «la palabra bioclimática intenta recoger el interés que tiene la respuesta del hombre, el bios, como usuario de la arquitectura, frente al ambiente exterior, el clima, afectando ambos al mismo tiempo la forma arquitectónica». Por tanto, se trata de optimizar la relación hombre-clima mediante la forma arquitectónica.

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Pero hay que señalar, que la arquitectura bioclimática no es algo nuevo, siempre ha sido así hasta la revolución industrial en el siglo XIX. Existen referencias documentadas que datan de la antigua Grecia, en las que Sócrates ya hace referencia a algunas de estas construcciones. Un buen ejemplo del aprovechamiento de las condiciones naturales en la arquitectura ha podido encontrarse en numerosas ciudades de la antigua Grecia, que se ordenaban en cuadrícula, donde los espacios habitables eran orientados al sur y relacionados con un patio a través de un pórtico que los protegía del sol alto del verano, a la vez que dejaba penetrar en ellos el sol bajo del invierno. Así, los griegos descubrieron desde muy temprano este elemental principio de diseño bioclimático para regiones frías y templadas del hemisferio norte, que ha sido reiteradamente empleado a lo largo de la historia en disímiles culturas y localizaciones geográficas. Este principio se utilizó también en la antigua China y en el Imperio Romano (Butti y Perlin, 1985). Los romanos descubrieron, además, el efecto invernadero: usaban en sus baños y termas una especie de vidrio producido a partir de capas delgadas de mica que colocaban en ciertas zonas de las termas, regularmente orientadas al noroeste, buscando la máxima captación solar en horas de la tarde y fundamentalmente durante el invierno. El Imperio Romano ocupó un vasto territorio con disímiles condiciones climáticas, algunas de las cuales, en ciertos lugares, variaban de manera considerable a lo largo del año. En estos casos resultaba muy difícil lograr en todo momento condiciones ambientales interiores apropiadas solo mediante el diseño arquitectónico; por tanto, se optaba por mover los espacios interiores de las viviendas en las diferentes estaciones (por ejemplo, se recomendaba ubicar el comedor hacia el «poniente en invierno»), o podían existir, incluso, residencias para usar por temporadas. La experiencia de los romanos del período clásico en materia de diseño bioclimático quedó recogida en los tratados de Vitruvio, que han sido objeto de estudio para los arquitectos del planeta a lo largo de la historia hasta hoy La arquitectura «culta» o de estilos, ha seguido más los patrones o códigos formales impuestos en cada época por el «estilo» o movimiento arquitectónico predominante, que las condiciones impuestas por el medio; aunque, por supuesto, las condiciones particulares de cada contexto y el nivel de dominio de la ciencia y la tecnología, así como los recursos disponibles, siempre otorgan un sello particular a la arquitectura regional dentro del lenguaje universal predominante. Por tanto, el proceso de globalización arquitectónica es tan antiguo (o quizá más), como las viejas iglesias románicas, y se continuó manifestando en las catedrales góticas durante la Edad Media, en el Renacimiento y posteriormente en el neoclasicismo y en todos los «neos» que le sucedieron hasta el eclecticismo del siglo xix, y el movimiento moderno del siglo xx La crisis energética originada a partir de 1973 sirvió de alerta con relación al peligro que representaba la absoluta dependencia de los combustibles fósiles, de manera que aunque los precios aún hoy se mantienen bajos, se ganó en conciencia con respecto a su agotabilidad y se revitalizaron los conocimientos y prácticas relacionados con las fuentes renovables de energía en general y el diseño bioclimático en particular. El nuevo impulso que recibió la arquitectura bioclimática en los años setenta respondía, por tanto, a una necesidad de ahorro de la energía convencional derivada de los combustibles fósiles. Sin embargo, la crisis ecológica de los ochenta obligó a un enfoque más amplio, 26


viendo la arquitectura no sólo como una vía para la eficiencia y ahorro energético, sino como una importante forma de contribuir a la preservación del medio ambiente, además del bienestar humano. Y si no quieres remontarte tanto en la historia, sólo hay que salir a dar un paseo por nuestro entorno rural y observar la disposición de las edificaciones. Salvo alguna excepción, todas ellas están orientadas al norte, con muchas ventanas en esta fachada y con escasos huecos en el resto de orientaciones. También encontraremos los tradicionales emparrados en la cara sur, para protegerla del sol del verano. Si observas con atención veras además que los muros son de gran espesor, ya que estos son capaces de almacenar el calor en invierno y el frescor en verano. Y así un sinfín de características que definen las construcciones bioclimáticas de hoy en día.

3.2.3- Sistemas del Diseño Bioclimático: Existen dos tipos de sistemas diferenciadas: las basadas en sistemas pasivos y las que están en sistema activos. Sistemas Pasivos: Se basan en los mismos conceptos que la arquitectura tradicional, buscando las orientaciones más favorables en relación con el soleamiento y los vientos dominantes, diseñando los huecos de las ventanas y sus protecciones para que sean más eficaces, de este modo permitiremos que entre el sol y el viento cuando deseemos, y lo impediremos cuando sus efectos sean incómodos o inadecuados. Otra acción interesante es la de construir edificios relativamente pesados, de forma que permitan acumular el calor y el fresco, y así conseguir mantener una temperatura mucho más estable en el interior. Este conjunto de sistemas no requieren ningún tipo de coste añadido respecto a la construcción habitual, ni tampoco precisan mantenimiento alguno, sólo dependen del diseño. Sistemas activos, como son los captadores solares (térmicos o fotovoltaicos), generadores eólicos, captadores de energía geotérmica, etc., son sistemas que hacen posible cubrir la práctica totalidad de las necesidades energéticas de un edificio, y por lo tanto generar edificios autosuficientes. Por otro lado, debemos recordar que estos sistemas tienen un coste económico y requieren de mantenimiento. Además, su duración es limitada, por lo que hay que prever su amortización y su sustitución una vez finalizada su vida útil.

3.3.- METODOLOGÍA DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO: Como se ha indicado el principal objetivo de la arquitectura bioclimática es el brindar “confort” al usuario que va a hacer uso de ella, utilizando las energías renovables. Sin embargo el confort es un tema que implica varios aspectos: a) Confort Físico: - Acondicionamiento Térmico. - Acondicionamiento Lumínico. - Acondicionamiento Acústico b) Confort Psíquico. La Arquitectura bioclimática se centra en el acondicionamiento físico, por lo tanto trabaja en el acondicionamiento térmico, lumínico y acústico. En estos términos habría que indicar que existe un método general y otro específico para cada tipo de acondicionamiento.

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El método general que implica todo proyecto bioclimático debe insertarse en el concepto del confort y el ahorro energético y se puede resumir en los siguientes pasos. a) Definición de Objetivos: En la medida en que sea comprendido el problema a resolver, en esa medida serán dadas las soluciones, por lo tanto el primer paso es la definición clara y concisa de problema planteado, los objetivos, alcances y limitaciones. b) Análisis del sitio y del entorno: Tiene por objetivo, conocer, analizar y evaluar las variables ambientales, naturales y artificiales del lugar para lograr una adecuada integración de la obra arquitectónica, así como aprovechar los beneficios o aptitudes que provee el entorno y controlar o matizar los elementos desfavorables, evitando al máximo posible la alteración o impacto que se pudiera lograr. Un aspecto importante a estudiar en esta etapa es el clima, por lo que se debe en incidir en conocer, analizar y evaluar tanto los elementos como factores del clima, a nivel de macroclima como del microclima. c) Análisis del Usuario: Conocer las condiciones particulares del bienestar humano y propiciarlo a través de acciones y estrategias de diseño. En resumen los factores del confort se dividen en: - Confort higro – térmico. - Confort lumínico. - Confort acústico. Conocidas y analizadas estas condiciones de confort podemos establecer los requerimientos de confort en relación con los requerimiento funcionales y espaciales del proyecto arquitectónico d) Definición de las estrategias de diseño: En el que se definen los cómo podemos lograr las condiciones de confort del usuario para el que estamos diseñando. Estas estrategias estarán referidas a la climatización, la iluminación y la acústica, así como al control de contaminantes. e) Definición del concepto de diseño bioclimático: En el que se definen los sistemas básicos bioclimáticos a utilizarse. Para ello es necesario conocer todos los sistemas, ya sean pasivos o activos que nos permitirán elegir el más adecuado. f) Desarrollo de anteproyecto: Una vez definidas las estrategias de diseño y los conceptos bioclimáticos a utilizarse se procede a realizar el anteproyecto arquitectónico. Se tomaran en cuenta los conceptos funcionales, espaciales, estéticos y de integración de tecnologías estructurales, constructivos y bioclimáticos. g) Evaluación: Se evaluaran, a través de las distintas tecnologías, los aspectos logrados en cuanto a arquitectura, confort, energéticos, ambientales y económicos, según los objetivos del proyecto. h) Proyecto arquitectónico: en el proyecto arquitectónico se hacen los reajustes pertinentes arrojados por las evaluaciones realizadas.

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1.- Observar con atención los videos “ Construcciones Famosas” y “Biovivienda” y realiza un comentario sucinto de ellos. 2.- Identifica y explica: Qué es la arquitectura bioclimática. Qué tipos de energía utilizan en sus propuestas. Explicar cada una de ellas. Sistemas bioclimáticos utilizados en el diseño de sus edificaciones Que diferencias encuentran en una edificación convencional y una bioclimática

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SEGUNDA UNIDAD METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA APRENDIZAJE ESPERADO

Conocer los conceptos y procesos principales que rigen el sistema climático y específicamente atmosférico. Interpretar fenómenos meteorológicos a partir de principios físicos básicos. La meteorología es la ciencia que se ocupa de los fenómenos que ocurren a corto plazo en las capas bajas de la atmósfera, o sea, donde se desarrolla la vida de plantas y animales. La meteorología estudia los cambios atmosféricos que se producen a cada momento, utilizando parámetros como la temperatura del aire, su humedad, la presión atmosférica, el viento o las precipitaciones. El objetivo de la meteorología es predecir el tiempo que va a hacer en 24 o 48 horas y, en menor medida, elaborar un pronóstico del tiempo a medio plazo. La climatología es la ciencia que estudia el clima y sus variaciones a lo largo del tiempo. Aunque utiliza los mismos parámetros que la meteorología, su objetivo es distinto, ya que no pretende hacer previsiones inmediatas, sino estudiar las características climáticas a largo plazo.

TEMA 1: EL CLIMA FACTORES Y ELEMENTOS

2.1.- EL CLIMA: Es una palabra griega,  Klíma ), que significa inclinación, pendiente (del sol, de una montaña, etc.). Cuando se refiere a la inclinación de la tierra con respecto al polo a partir del ecuador, da lugar ya al concepto de clima, equivalente al de región o zona geográfica. Es decir que los griegos dieron a la palabra clima (=inclinación), referida siempre a un territorio concreto, el sentido de grado de inclinación de ese territorio con respecto a la hipotética posición plana, dando por entendido que de esa inclinación depende la meteorología y demás caracteres que llamamos climáticos. Los romanos, que también adoptaron esta palabra, le añadieron los significados de unidad de medida agraria y el de "situación de un punto con relación al meridiano". Clímata caeli eran para san Isidoro de Sevilla los grados de latitud. También lo usaron los romanos con el significado de "región", pero ya no sólo geográfica; así clima medium ventris era la región media del vientre. En cualquier caso, esta palabra la hemos recibido del griego a través del latín. Klima (klíma) es la substantivación del verbo klinw (klíno), que significa inclinar, hacer pender, y que a partir de aquí desarrolla multitud de significados tanto directos como metafóricos. Otro tanto cabe decir del campo léxico, que es muy extenso: por ejemplo klisia (clisía) es desde el abrigo natural para acostarse, la choza, la cabaña del bosque, la tienda del soldado, hasta el lecho nupcial y cualquier otra clase de cama; klision (klísion), la estancia de los esclavos junto a la mansión del señor; klisiV (klísis), la acción de inclinarse, la inclinación, la declinación del sol.

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2.2.- EL CLIMA Y EL TIEMPO: El clima es el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan el estado medio de la atmósfera en una región de la superficie terrestre. Para definir el clima de un lugar se consideran los mismos elementos que para definir el tiempo meteorológico: temperatura, presión, precipitaciones, etc.; pero basándose en observaciones prolongadas (realizadas durante no menos de 30 años) y trabajando con los promedios de los datos obtenidos. Con estos datos se pueden delinear a grandes rasgos los distintos tipos climáticos. El tiempo atmosférico es el conjunto de las condiciones que caracterizan la atmósfera en un momento determinado, es en un punto fijo y momento exacto, es decir, puede variar del día a la noche. Ambos, el tiempo y el clima, son afectados por los mismos elementos: temperatura, precipitaciones (lluvias), humedad y vientos, etc. En resumen diremos lo siguiente: CLIMA: Corresponde al promedio del tiempo atmosférico, observado en forma científica durante un lar o eriodo de tiem o normalmente 30 años TIEMPO: Es la condición de la atmósfera, en un lugar determinado y en un instante preciso. En cualquier parte de nuestro planeta se puede observar que no hace el mismo tiempo climático todos los días. Sin embargo, durante el año predomina un tipo de tiempo, que es lo que se llama clima.

2.3.- FACTORES Y ELEMENTOS DEL CLIMA: El clima es el resultado de la interacción de las características de cada uno de los elementos que la conforman (termodinámicos y acuosos) y de los factores que la condicionan (factores geográficos y cósmicos).

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2.4.- ELEMENTOS DEL CLIMA: 2.4.1. La temperatura La temperatura ambiental expresa el grado de calor existente en la atmósfera. El calor proviene de la radiación solar. La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor «cero kelvin» (0 K) al «cero absoluto», y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius, llamada «centígrada»; y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería. La temperatura existente en una determinada zona de la tierra está determinada por una serie de factores: Altitud: la altitud es la distancia respecto del nivel del mar. La temperatura disminuye con la altura, dado que el aire atmosférico pierde densidad y, con ello, se reduce su capacidad de absorber calor. Así, cada 180 metros la temperatura disminuye un grado. Latitud: en el Ecuador, la línea horizontal imaginaria que divide la esfera terrestre en dos, los rayos solares llegan perpendicularmente. Esto implica que aportan una mayor cantidad de calor a la superficie y a la atmósfera. Hacia los polos, los rayos solares llegan tangencialmente, por tanto aportan menos calor. De este modo, se ha comprobado que alejándose del Ecuador la temperatura desciende en un grado cada 180 kilómetros. Distancia al mar: el mar actúa como regulador térmico, los cambios de temperatura en las grandes masas de agua son más lentos que en la tierra, por tanto las regiones cercanas al mar tendrán una amplitud térmica más moderada que las regiones interiores. 

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Vientos y corrientes marinas: ambos fenómenos, ya sean fríos o cálidos, influencian la temperatura de las zonas que atraviesan. 2.4.2 La humedad Se denomina humedad ambiental a la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Se puede expresar de forma absoluta mediante la humedad absoluta, o de forma relativa mediante la humedad relativa o grado de humedad. La humedad relativa es la relación porcentual entre la cantidad de vapor de agua real que contiene el aire y la que necesitaría contener para saturarse a idéntica temperatura, por ejemplo, una humedad relativa del 70% quiere decir que de la totalidad de vapor de agua (el 100%) que podría contener el aire a esta temperatura, solo tiene el 70%. El higrómetro es el instrumento utilizado para medir la humedad relativa (HR) del aire, que es la cantidad de vapor de agua presente en un volumen de aire. Los higrómetros a menudo están disponibles en versiones que también miden la temperatura. 

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A los últimos normalmente se les llama termo-higrómetros. La humedad relativa se expresa como la proporción de la cantidad de vapor de agua presente en el aire en relación con la cantidad que lo saturaría a una temperatura dada. 2.4.3 Presión atmosférica La presión atmosférica es también un componente del clima. Por presión atmosférica debe entenderse la presión que ejerce el aire de la atmósfera sobre la superficie terrestre. Desde el punto de vista histórico, la primera unidad empleada para medir la presión atmosférica fue el "milímetro de mercurio" (mm Hg), en razón de la conocida capacidad de una columna de mercurio, de unos 760 mm, consistente en lograr equilibrar la referida presión. Dicha propiedad era muy utilizada en la construcción de los primeros barómetros, de modo que el mm Hg resultaba una unidad de medida sumamente intuitiva. Posteriormente, se generalizó el empleo del sistema CGS, basado en el centímetro, el gramo y el segundo. Por tal motivo, la elección lógica era la "baria", correspondiente a una fuerza de una dina actuando sobre una superficie de un centímetro cuadrado. Sin embargo, como la baria resultaba demasiado pequeña para los fines prácticos, se decidió adoptar una unidad un millón de veces mayor: el "bar" (1 bar = 1.000.000 barias). En el campo específico de la meteorología, se hizo común el uso de la milésima de bar, el "milibar" (mb). El instrumento de medición es el barómetro de mercurio. La palabra barómetro se deriva de un término griego donde: Báros = Presión y Métron = Medida La presión atmosférica, al igual que la temperatura, también está sujeta a variaciones. Estos cambios dependen de los siguientes factores: Altitud: la presión atmosférica disminuye con la altura. Para explicarlo brevemente, baste decir que a medida que se asciende, se tiene menos aire sobre los hombros. Temperatura: el aire de la atmósfera se dilata con el calor y se contrae con el frío. Al dilatarse, pierde densidad y por tanto es más liviano, ascendiendo. Al enfriarse, ocurre el fenómeno contrario. Por tanto, a mayor temperatura la presión atmosférica es más baja y viceversa. 2.4.4 Las precipitaciones La lluvia, nieve o granizo son las tres formas posibles que adquieren las precipitaciones. Estas se producen cuando las gotas de agua almacenadas en la atmósfera aumentan de tamaño, gracias a los choques que se producen entre ellas, y ya no pueden ser retenidas en el aire. La unidad de medida de la precipitación son los milímetros (mm) y para medirlas se utiliza un instrumento llamado pluviómetro. Consta de tres secciones: una boca receptora, una sección de retención con capacidad para 390 mm de precipitación, y dentro de ella una parte colectora para trasvasar a una probeta el agua recogida para su medición. La precipitación ingresa por la boca y pasa a la sección colectora luego de ser filtrada (para evitar que entren hojas o cualquier otro objeto). La boca del recipiente deberá estar instalada en posición horizontal, al aire libre y con los recaudos para que se mantenga a nivel y protegida de los remolinos de viento. La probeta debe estar graduada teniendo en cuenta la relación que existe entre el diámetro de la boca del pluviómetro y el diámetro de la probeta. El pluviómetro debe estar instalado a una altura de 1,50 metros y los 

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edificios u otros obstáculos deben estar a por lo menos 4 veces su altura de distancia. Si la precipitación cae en forma de nieve, debe ser derretida. También puede medirse la altura de la capa de nieve con una regla (en centímetros) Otro instrumento es el llamado pluviógrafo: la precipitación cae a un recipiente que tiene un flotador unido a una pluma inscriptora que actúa sobre una faja de papel reticulado. Esta faja está colocada sobre un cilindro que se mueve a razón de una vuelta por día gracias a un sistema de relojería. Este fenómeno tiene distintos orígenes y, de acuerdo al mismo, las precipitaciones pueden ser: Convectivas: este tipo de precipitaciones es propia de las regiones cercanas al Ecuador, zonas típicamente cálidas y húmedas. La alta temperatura en el área provoca la evaporación constante de grandes cantidades de agua. El vapor generado asciende hasta enfriarse y condensarse, provocando así lluvias abundantes. Frontales: este tipo de precipitación es producido por el encuentro entre una masa de aire caliente y húmedo con una masa de aire frío y seco. Esta última es más densa y más pesada, por lo cual se ubica debajo de la masa de aire caliente, obligándola a ascender y a enfriarse. Se genera así la condensación del vapor de agua almacenado por la masa de aire caliente y la precipitación. 

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Orográficas: tipo de precipitación propio de las regiones montañosas. Cuando las masas de aire atmosférico se encuentran con un cordón montañoso se ven obligadas a ascender. Al hacerlo, disminuye su temperatura, provocando la condensación del vapor y, por tanto, las precipitaciones que, por lo general, se producen en forma de nieve.

2.4.5 Los vientos El fenómeno conocido como viento consiste en masas de aire que se desplazan en la atmósfera, respondiendo a las diferencias de presión entre regiones. Las áreas de alta presión atmosférica, conocidas como anticiclones, envían constantemente vientos a las zonas de baja presión, denominadas ciclones. Los vientos son clasificados en:  Permanentes: son aquellos vientos que soplan todo el año en la misma dirección. Por ejemplo, los vientos alisios y lo vientos polares.  Periódicos: son aquellos vientos que cambian de dirección de acuerdo a la estación del año o el momento del día.  Locales: vientos que son propios de una región geográfica determinada, soplan siempre en la misma dirección. Los vientos tiene tres parámetros de medición; la dirección, la velocidad y la frecuencia. 34


El aparato más sencillo para determinar la dirección del viento es la veleta y la rosa de, los vientos la cual nos indica desde donde sopla el viento y la velocidad se mide con el anemómetro y su unidad es metros x segundos o Km/hora.

2.5.- FACTORES DEL CLIMA: Los factores del clima son los mecanismos que actúan sobre los elementos y provocan sus variaciones. Pueden ser de dos tipos: Geográficos, que son los responsables de las variedades climáticas regionales. Son los condicionantes más numerosos. Destacan la latitud, la altitud y forma del relieve, la distribución de continentes y océanos, las corrientes marinas, la frondosidad de las cubiertas vegetales, el grado de urbanización de un lugar, etc. Así, por ejemplo, las temperaturas son más elevadas en el ecuador y van descendiendo a medida que aumenta la altitud (a razón de 0,6 °C cada 100 metros), mientras que las áreas próximas al ecuador y a las costas registran más precipitaciones, que también aumentan con la altitud. Cósmicos, que se deben a los movimientos de la Tierra y a la inclinación de su eje. Son los que provocan los cambios según las estaciones y la duración de los días y las noches y fundamentalmente la presencia del sol. 

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2.5.1.- FACTORES GEOGRÁFICOS: A.- Latitud La latitud mide la distancia desde un punto de la superficie de la Tierra en relación con el ecuador. Las líneas imaginarias de latitud, denominadas paralelos, circundan el globo en dirección este-oeste. Todos los puntos situados en un mismo paralelo tienen igual latitud. La latitud puede ser Norte o Sur. El ecuador se encuentra a 0º de latitud, el Polo Norte a 90º norte y el Polo Sur a 90º sur. Según la latitud se determinan las grandes franjas climáticas, en ello interviene la forma de la Tierra, ya que su mayor extensión en el Ecuador permite un mayor calentamiento de las masas de aire en estas zonas permanentemente; disminuyendo progresivamente desde los Trópicos hacia los Polos, que quedan sometidos a las variaciones estacionales según la posición de la Tierra en su movimiento de traslación alrededor del Sol. Las zonas climáticas varían de acuerdo a la latitud en que se encuentra el lugar o la región, localizándose zonas frías en los extremos, que se van transformando en templadas, hasta llegar a cálidas en la zona media del planeta. 35


Con la latitud queda determinado el arco solar y su variación en el transcurso del año.

B.- Longitud La longitud mide la distancia desde un punto de la superficie de la Tierra en relación con el meridiano de Greenwich. Las líneas imaginarias de longitud, llamadas meridianos, unen los polos en dirección norte-sur, alrededor del globo. El meridiano de Greenwich, o de origen, se encuentra a 0º de longitud. Los puntos pueden tener hasta 180º de longitud Este u Oeste. La línea de longitud de 180º oeste coincide con la línea de longitud de 180º este. Ala longitud más que influir en el clima, influye en el tiempo, puesto que al determinar las horas de un lugar, puede permitir con exactitud el cálculo de las radiaciones solares y tiempos de asoleamiento o iluminación natural. C.- Altitud Es la distancia vertical entre un punto de la superficie terrestre (por ejemplo la cumbre de una montaña) y el nivel del mar (superficie del mar). Cuanto mayor sea la altitud sobre el nivel del 36


mar, menor es la temperatura. Las vvar iaciones dde ttemper atur as ppr oducidas ppor la aaltitud sson tan nnotables ccomo llas ppr oducidas ppor la llatitud. La altitud respecto al nivel del mar influye en el mayor o menor calentamiento de las masas de aire. Es más cálido el que está más próximo a la superficie terrestre, disminuyendo su temperatura progresivamente a medida que nos elevamos, unos 6,4º C, cada 1.000 metros de altitud. La diversidad de paisajes que se encuentra en los Andes está muy ligada a la altitud. Mientras que los picos están cubiertos de nieve, los valles interiores son semitropicales. La temperatura decrece a medida que aumenta la altitud. El descenso medio es de 1 C cada 180 m de altura. Esto se debe a que en las capas superiores de la atmósfera el aire contiene menos gases y en consecuencia absorbe menos calor. C.- Superficies de agua y vegetación: La posición de un lugar respecto a la cercanía de grandes superficies de agua (océanos, mares, ríos lagos, etc.), tienen gran influencia en el clima, ya que por el hecho de tener una inercia térmica mayor que las masas de aire, dichas superficies templan el aire muy caliente o muy frío (el agua irradia el calor absorbido en el día, durante la noche, regulando la temperatura, tanto en el día como en la noche, en forma moderada). D.- Relieve terrestre: Hace referencia a las formas que tiene la corteza terrestre o litosfera en la superficie, tanto al referirnos alas tierras emergidas, como al relieve submarino, es decir, al fondo del mar. Es el objeto de estudio de la Geomorfología, sobre todo, al referirnos a las tierras continentales e insulares. El relieve al igual que los océanos modifican la temperatura, así las áreas cercanas a los mares tienen climas frescos, los inviernos son menos rigurosos y los veranos más frescos dando origen a los climas marítimos. En aquellas zonas donde no llega la influencia marítima, la temperatura alcanza límites extremos tanto en invierno como en verano provocando los climas continentales. 2.5.2.- FACTORES GEOGRÁFICOS: A.- Movimiento de rotación de la Tierra: La TRASLACIÓN es el movimiento por el cual la Tierra describe una vuelta completa alrededor del Sol, es decir, una ÓRBITA completa. El tiempo que tarda la Tierra en llevar a cabo una traslación completa es lo que nosotros llamamos un AÑO, aproximadamente 365 días, 6 horas y 9,1626 minutos. Debido a estas horas extras, cada cuatro años hay que añadir un día más: son los que llamamos AÑOS BISIESTOS. Como la órbita de la Tierra no es exactamente circular, sino ovalada o elíptica, en ella no se puede definir un radio, sino dos ejes, uno mayor y otro menor, de tal manera que dos veces al año la Tierra pasa por los extremos del eje mayor, y otras dos veces por los del eje menor. El eje terrestre presenta una inclinación con respecto a la normal de la Eclíptica de 23.5°, lo cual explica la variación climática de los hemisferios. El punto de la órbita de la Tierra que coincide con uno de los extremos del eje mayor recibe el nombre de SOLSTICIO. Hay dos solsticios, uno coincide con el inicio del verano (solsticio de verano) y el otro con el inicio del invierno (solsticio de invierno). El solsticio de verano también es el día que tiene la noche más corta del año, y el de invierno tiene la noche más larga del 37


año. Los puntos de la órbita en los que la Tierra coincide con los extremos del eje menor se llaman EQUINOCCIOS. También son dos, que coinciden con el inicio de la primavera (equinoccio de primavera) y el otoño (equinoccio de otoño). Los equinoccios son los días del año en los que el día y la noche duran lo mismo. Desde el equinoccio de primavera hasta el solsticio de verano la duración de la noche es cada vez menor, y hay cada vez más horas de luz. A partir del solsticio de verano las horas de luz se van reduciendo, hasta que en el equinoccio de otoño se igualan las horas de luz y de oscuridad, y en el solsticio de invierno se alcanza el máximo de horas de oscuridad. Los solsticios y los equinoccios son distintos en el hemisferio Norte terrestre y en el Sur, ya que mientras en un hemisferio se da el solsticio de verano, en el otro es el de invierno y al revés, y lo mismo sucede con los equinoccios.

E.- El sol: El Sol es la estrella más cercana a la Tierra y el mayor elemento del Sistema Solar. Las estrellas son los únicos cuerpos del Universo que emiten luz. Es una estrella de tamaño mediano, con un diámetro aproximado de se3 1´390,000 kilómetros y una masa de 330,000 veces superior a la tierra, a una distancia media de 150 millones de kilómetros El Sol se formó hace 4.650 millones de años, y es nuestra principal fuente de energía. Esta energía es producto de una reacción termonuclear. Un continuo raudal de calor se desprende de la transformación por fusión del hidrógeno en helio. De estas reacciones que le hacen perder al sol 50000 000 de toneladas de su materia por segundo, resultan una temperaturas muy elevadas que van desde varios millones de grados en el centro hasta 5,500°C en la superficie Es la estrella del sistema planetario en el que se encuentra la Tierra; por tanto, es el astro con mayor brillo aparente. Su visibilidad en el cielo local determina, respectivamente, el día y la noche en diferentes regiones de diferentes planetas. En la Tierra, la energía radiada por el Sol es aprovechada por los seres fotosintéticos, que constituyen la base de la cadena trófica, siendo así la principal fuente de energía de la vida. También aporta la energía que mantiene en funcionamiento los procesos climáticos. El Sol es una estrella que se encuentra en la fase denominada secuencia principal, con un tipo espectral G2, que se formó entre 4.567,9 y 4.570,1 millones de años y permanecerá en la secuencia principal aproximadamente 5000 millones de años más. El Sol, junto con todos los cuerpos celestes que orbitan a su alrededor, incluida la Tierra, forman el Sistema Solar. Las diferentes clases de radicaciones que emite el sol, a más de la luz visible (radicación infrarroja, ultravioleta, rayos X, rayo gamma, ondas de radio),no pueden ingresar todas a la superficie de la Tierra, pues la atmósfera terrestre resulta impenetrable para algunas de ellas. 38


Por ejemplo, los rayos X y los rayos gamma se quedan en las capas atmosféricas de mayor altura. Podemos estudiar al sol desde dos puntos de vista a) Desde su aparente movimiento b) Desde la naturaleza de las radiaciones solares.

ACTIVIDADES: A) Describir la clasificación climática del mundo que hace Köppen B) Recopilar información del clima de Huancayo (parámetro por parámetro). C) Elaborar un climograma de la temperatura mensual de Huancayo.

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TEMA 2: GEOMETRÍA SOLAR

Desde un principio el hombre primitivo distinguió los fenómenos causados por los dos principales movimientos de la tierra; el primero, el día y la noche, y el segundo, los cambios estacionales. Con este incipiente conocimiento de la trayectoria solar el hombre empezó a explicarse, de una u otra forma, el comportamiento del universo. Muy pronto el hombre adquirió conocimientos profundos acerca de la trayectoria del sol y con estos aprendió a medir el tiempo. Así pudo distinguir las épocas de siembra y cosecha, aprendió a construir sus viviendas aprovechando eficientemente la energía e incluso aprendió a conocer el movimiento de las estrellas y planetas, logrando predecir con extraordinaria precisión numerosos fenómenos astronómicos. Se sabe que la tierra gira sobre su propio eje y en torno al sol, lo cual constituye los dos movimientos característicos, sin embargo, para efectos prácticos se supondrá que el sol describe un “movimiento aparente” alrededor de la tierra, de hecho así se percibe en la tierra, ya que el fenómeno resulta equivalente debido al carácter relativo del movimiento terrestre con respecto al sol.

Tal consideración geométrica retoma la teoría de Copérnico para comprender mejor el fenómeno y los fines prácticos de diseño. Esta concepción permite construir los diagramas solares. En el “movimiento aparente” d el sol alrededor de la tierra, un observador situado sobre un plano horizontal percibirá el desplazamiento del sol de tal modo que describe trayectorias u órbitas circulares paralelas a lo largo de año, proyectadas sobre una semiesfera transparente denominada bóveda celeste, desde donde cualquier rayo solar, sin importar la posición del sol, estará dirigido al centro de ésta semiesfera. Por tanto, el cielo se considera como una semiesfera que descansa sobre un plano horizontal, de cierto lugar del planeta. Cualquier objeto en el espacio se representará por su proyección en la bóveda celeste y su posición estará referida a una red de cálculos donde se localizaran los ángulos solares de altitud y azimut,

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Recorridos aparentes del sol en las tres fechas más características

COORDENADAS SOLARES: La ubicación del sol se determina mediante las coordenadas solares, que son los ángulos de altura y azimut. El ángulo de altura, es el ángulo formado por la recta que une el sol con el punto de intersección N-S y E-O” y su proyección sobre el plano horizontal. El ángulo de azimut es el ángulo formado por dicha proyección sobre el plano horizontal y la dirección N-S . Se mide a partir del sur (para el caso del hemisferio sur).

METODOS PARA DETERMINAR LA POSICIÓN DEL SOL: Existen diversos métodos para conocer y analizar el comportamiento solar en las edificaciones y espacios abiertos, con fines de evaluación y diseño. Estos métodos son modelos matemáticos, algoritmos, monogramas, diagramas gráficos modelos físicos tridimensionales, programas computacionales y medios fotográficos en combinación con métodos gráficos. Los métodos matemáticos proporcionan información precisa y se requieren en casos especiales, en cambio los métodos gráficos y modelos físicos tridimensionales son los más prácticos para los arquitectos y urbanistas. En este documento se hace énfasis en el manejo de tales 41


métodos por ser los más prácticos y recomendables en el diseño bioclimático (adjuntamos el desarrollo del método gráfico en el material de trabajo). METODO GRÁFICO

PROYECCIÓN ORTOGONAL: La proyección ortogonal es la representación de la bóveda celeste y la ruta del sol en montes biplanar. En esta proyección se puede localizar fácilmente la posición del sol, en cualquier lugar, hora y día del año. Para efectos prácticos se sugiere trazar la proyección ortogonal de la bóveda celeste que contiene las horas a cada 15 grados y los meses de acuerdo con las declinaciones correspondientes (véase tabla adjunta), ya sea en el plano vertical o en el horizontal, con lo que se puede localizar cualquier hora-día-mes. Una vez trazado el rayo solar correspondiente se puede determinar los valores de los ángulos solares de altitud y azimut, referidos a la proyección horizontal y vertical. La lectura del acimut se lleva a cabo directamente en la proyección horizontal, no obstante, para obtener la lectura correcta del ángulo de altitud en la proyección vertical, es necesario hacer un giro del rayo solar, a efectos de que se pueda tener y calcular en su verdadera forma y magnitud.

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PROYECCIÓN ORTOGONAL O ESFÉRICA PARA HUANCAYO (12° LATITU SUR) FUENTE: GEOMETRIA SOLAR PARA ARQUITECTOS – MARTÍN WEISER

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TERCERA UNIDAD ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO Describe, identifica y selecciona el marco teórico, los métodos y técnicas del acondicionamiento térmico orientados al desarrollo del proyecto arquitectónico y/o urbano. TEMA 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS 1.1. RADIACIÓN SOLAR: Conceptos generales: La radiación solar es la energía que recibe nuestro planeta en forma de luz y calor, elementos fundamentales en los procesos físicos, químicos y biológicos. Esta energía que emite el sol se hace en forma de ondas electromagnéticas. Estas ondas son similares en cuanto a la naturaleza y velocidad con que se desplazan (300,000 Km/seg), en cambio difieren entre sí en su longitud de onda, su frecuencia y forma de manifestarse. La frecuencia de onda viene a ser el número de ondulaciones de un movimiento vibratorio e una unidad de tiempo.

L = Longitud de onda. LxF=V F= Frecuencia de onda. V= Velocidad de onda. Pero como la velocidad es constante, entonces tendremos que: F=1 L

“Frecuencia es inversamente proporcional a la l ongitud” A pesar de que la radiación es de la misma naturaleza, puede ejercer acciones muy diversas en los cuerpos sobre los que incide, según la longitud de onda. Asi se tienen los rayos químicamente activos como los rayos gamma y los rayos X, que constituyen la radiación ultravioleta con longitudes menores de 0,4 micrones. La radiación visible o luminosa varía entre longitudes de onda de 0,4 a 0,75 micrones y la radiación infrarroja está comprendida para longitudes mayores a 0,75 micrones. Solo los rayos comprendidos dentro de la longitud de onda de la zona visible son perceptibles dentro del espectro solar.

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La energía radiante puede convertirse en calor. Así en el límite de la atmósfera, la intensidad de la radiación sobre una superficie perpendicular o normal a los rayos incidentes es en promedio de 1.353 W/m2, valor que se de nomina “Constante solar”. No obstante al atravesar la atmósfera esa radiación se va debilitando debido a dos causas; las moléculas gaseosas y partículas de polvo reflejan los rayos, dispersándolos en todas direcciones (radiación difusa) y el vapor de agua y anhídrido carbónico del aire atmosférico absorben los rayos de determinadas longitudes de onda. De la totalidad de la radiación que llega hasta el límite de la atmósfera, el 32% es devuelto al espacio por difusión y el 15% es absorbido por la atmósfera. Del 53% que llega al suelo, una pequeña parte (6%) es devuelta y el resto (47%) es absorbido por la superficie del suelo. Globalmente, las tres quintas partes de la radiación son absorbidas por la tierra y la atmósfera y el resto es devuelto al espacio. (BARDOU, P 1981).

La radiación solar: alteraciones y balance.

Medición de las radiaciones solares: Se mide en relación a la energía que recibe una superficie de 1cm2 colocada perpendicularmente a los rayos, en los límites de la capa atmosférica y que es de: Constante solar = 1.946 cal/cm2/min, prácticamente 2cal/c,3/min.

Leyes de la Radiación: LEY DE BOURGER: La intensidad de radiación que llega a la tierra, luego de atravesar la atmósfera, decrece en progresión geométrica cuando la masa o atmósfera atravesada aumenta en progresión aritmética” A mayor latitud, mayor espesor, por lo tanto mayor debilitamiento de la radiación. LEY DE LAMBERT O DEL COSENO: El flujo de radiación que llega a la superficie de la tierra depende del ángulo que forman los rayos solares con la superficie de la misma. A mayor latitud, mayor superficie de incidencia, por lo tanto menor intensidad. 45


ABSORCIÓN: El flujo de radiación penetra en la atmósfera y es transformada en energía térmica, aumenta su temperatura y la hace irradiar calor hacia la tierra y el espacio interplanetario. REFLEXIÓN: Se produce cuando parte de la radiación solar al incidir sobre un cuerpo es desviada o devuelta, sin modificar sus caracteres. (Nubes, vapor de agua). DISPERSIÓN: Fenómeno similar a la reflexión, pero la radiación modifica sus caracteres al ser devuelta o desviada (Ejemplo; color azul del cielo, crepúsculos rojizos). La reflexión y dispersión de las radiaciones solares dan como resultado la radiación solar difusa; a ella corresponden las primeras luces antes de la salida del sol y gracias a su existencia el pasaje del día a la noche y viceversa se hace en forma gradual. ALBEDO O COEFICIENTE DE REFLEXIÓN (r): Relación entre la radiación solar reflejada y la radiación solar incidente Radiación reflejada/ radiación incidente. Fracción de la radiación solar incidente que es reflejada – con iguales características – por la superficie receptora. SUPÉRFICIE Nieve fresca Nieve vieja Suelo arenoso seco Suelo desnudo oscuro Suelo arcillosos seco Superficie de mar Pasto Bosque de eucaliptos

ALBEDO (%) 80 al 95 42 al 70 25 al 45 16 al 17 20 al 35 7 al 14 24 19

1.2. CALOR: Concepto general: El calor se define como la forma de energía que se transfiere espontáneamente entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia). 46


La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura. El calor es, por lo tanto, una forma de energía. Es la "energía calorífica". Un inglés llamado J.P. Joule halló su equivalencia con las unidades del trabajo. El Universo está hecho de materia y energía. La materia está compuesta de átomos y moléculas (que son grupos de átomos) y la energía hace que los átomos y las moléculas estén en constante movimiento: rotando alrededor de si mismas, vibrando o chocando unas con otras. Cuando la materia desaparece (a veces esto ocurre espontáneamente en las sustancias radiactivas) se transforma en energía (E=mc2). El movimiento de los átomos y moléculas está relacionado con el calor o energía térmica. Al calentar una sustancia aumenta la velocidad de las partículas que la forman. La cantidad total y absoluta de energía que tiene un cuerpo, que es la que podría teóricamente ceder, es muy difícil de precisar. Nos referimos al calor como a esa energía que intercambian los cuerpos (energía de tránsito) y que podemos medir fácilmente. El calor es una energía que fluye de los cuerpos que se encuentran a mayor temperatura a los de menor temperatura. Para que fluya se requiere una diferencia de temperatura. El cuerpo que recibe calor aumenta su temperatura, el que cede calor disminuye su temperatura. Resulta evidente que los dos conceptos, calor y temperatura, están relacionados. Calor específico: El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de materia. El concepto de capacidad calorífica es análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma). El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura:

Donde: Q es el calor aportado al sistema. m es la masa del sistema. c es el calor específico del sistema. Delta T es el incremento de temperatura que experimenta el sistema. Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg · K) y cal / (g · °C).

Unidades de medición del calor: Las unidades de medida son el Joule (J) y la caloría (cal) (1 cal = 4,186 J) que fue definida en su momento para el calor cuando no se había establecido que era una forma de energía. Caloría: Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a un gramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C (cambiar su temperatura significa aumentarla en 1º C o disminuirla en lº C). Se abrevia “cal”. Junto con la caloría se usa también la kilocaloría para medir el calor. Kilocaloría: Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a 1 kilogramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C. Se abrevia kcal. Ejemplos: 1.500 kilocalorías son 1,5 calorías porque se debe dividir 1.500 por 1.000 En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de calor es la misma de energía, es decir el Joule. 47


Si expresamos el calor en calorías y el trabajo en Joules o julios (J), se tiene la siguiente equivalencia entre Joules y Calorías: 1 caloría = 4,186 Joule y la relación inversa es: 1 J = 0,24 cal

1.3. TEMPERATURA: Desde un punto de vista microscópico, temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos y las moléculas individuales de una sustancia. Cuando se agrega calor a una sustancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se eleva y viceversa. Calor y temperatura son conceptos que en el lenguaje cotidiano se confunden, pero son diferentes. La temperatura es una magnitud física que se refiere a la sensación de frío o caliente al tocar alguna sustancia. En cambio el calor es una transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, producida por una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la zona más fría y reduce la de la zona más cálida. La materia esta formada por átomos o moléculas que están en constante movimiento, por lo tanto tienen energía de posición o potencial y energía de movimiento o cinética. Los continuos choques entre los átomos o moléculas transforman parte de la energía cinética en calor, cambiando la temperatura del cuerpo. Unidades de medición de la temperatura: La temperatura de un cuerpo produce diversas manifestaciones en él que guardan estrecha relación con el valor de esta. Determinando las magnitudes de estas manifestaciones con algún instrumento de medición podemos conocer de manera indirecta el valor de la temperatura del cuerpo. Este instrumento se llama termómetro. Los termómetros deben estar en la zona de medición el tiempo necesario para que alcancen el valor de la temperatura a medir y su influencia en el medio debe ser lo suficientemente pequeña para que no cambien de manera notable esta temperatura. Escalas de temperatura La temperatura se mide en grados, y hay varias escalas, las dos más usadas so n: Escala Celsius (o centígrada); utilizada en el Sistema Internacional de Unidades. Escala Fahrenheit; utilizada por el Sistema Inglés de Unidades. La escala Celsius usa como temperatura cero grados de referencia aquella, a la que el agua pura pasa del estado líquido al sólido (congela), y temperatura 100 grados, a aquella en la que el agua pasa del estado líquido al gaseoso (evaporación), ambas en condiciones normales de presión (presión atmosférica estándar). La escala Fahrenheit tiene como punto de referencia de cero grados a una temperatura que se registró en el invierno de 1709 en Dinamarca (donde vivía el científico Fahrenheit) año cuyo invierno fue muy duro, y la temperatura del cuerpo humano como grado 96. 1.2. VENTILACIÓN: Conceptos generales: El viento es simplemente aire en movimiento con respecto a un punto fijo de la tierra y es así como se mide habitualmente en todas l as estaciones meteorológicas. En principio se puede decir que las diferencias térmicas generadas por calentamientos no uniformes en el suelo, originan diferencias de presión entre puntos que se encuentran sobre la superficie terrestre. La compensación de éstas diferencias de presión causan el flujo de enormes cantidades de aire desde las regiones de alta presión hacia las de baja presión (YARKE, E. 2005). La dirección del flujo de aire, es decir el viento depende de: a) Gradiente de presión: Las diferencias de calentamiento originan diferencias de presión. Estos valores de presión se suelen identificar en los mapas por medio de isobaras, las que de una manera sinóptica señalan la existencia de zonas de alta presión (anticiclones) y de baja presión (ciclones). 48


b) Fuerza de coriolis: Una vez puesto en movimiento el aire, a causa de l a rotación terrestre, se produce una desviación inercial del viento hacia la izquierda en el hemisferio sur y hacia la derecha en el hemisferio norte. La acción de dicha fuerza tiende a crear una concentración de aire hacia la izquierda del movimiento (hemisferio sur) y una depresión hacia la derecha.

Gradiente de presión

Efecto coriolis

Fricción superficial

c) Fricción superficial: El viento por encima de los 100 metros puede considerarse perpendicular a las isobaras, pero en los niveles más bajos actúa la fricción superficial debido a la rugosidad del suelo. Dicha fricción causa dos efectos en el viento: en primer lugar una reducción en su magnitud y en segundo lugar una desviación del mismo hacia las bajas presiones. De tal forma que aparece una divergencia del viento de los anticiclones y una convergencia hacia las bajas presiones.

Consideraciones de la Ventilación – función en la Arquitectura: La ventilación (movimiento de aire) al ser considerada técnicamente en el diseño arquitectónico, puede cumplir tres funciones fundamentales; renovación del aire viciado, enfriamiento por convección y enfriamiento fisiológico. a) Renovación de aire viciado: La salud humana depende parcialmente de los espacios interiores y exteriores y más específicamente de la composición y calidad del aire presente en dichos ambientes. El aire es predominantemente una mixtura de dos gases; oxígeno y nitrógeno. Debido al crecimiento de la población los niveles de contaminación ambiental aumentan proporcionalmente. La composición y concentración de pululantes del aire varían con el carácter (agrícola, industrial, residencial) de una localidad, así como el clima (temperatura, viento, humedad, etc.) y la topografía (montañas, desiertos, plantaciones, planicies, etc.). La gran concentración de bacterias y virus es la diferencia principal entre un ambiente interior y el ambiente exterior con poca concentración. La permanencia humana en un espacio cerrado produce cinco alteraciones diferentes en el aire: - Aumento de la temperatura. - Aumento de la humedad relativa. - La cantidad de oxigeno decrece. - La cantidad de dióxido de carbono aumenta. - Producción de materia de descomposición organizada por la boca, piel y ropa.

Renovación del aire

Enfriamiento Fisiológico

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TASA HORA HORARIO RIO DE RENOVA RENOVACI CI N DEL AIRE DE DE LAS HABITA HABITACIO CIONES NES HABITACI HABITACI N O LOCAL TASA HORARIA: HORARIA: N en Vol./hora Vol./hora Sin puerta ni ventana 0.5 Con puerta exterior y/o ventana a un lado 1.0 Con puerta exterior y/o ventana a dos lados 1.5 Con puerta exterior y/o ventana en tres lados 2.0 Vestíbulo 2.00 Fuente: ASHRAE – ASHRAE – Handbook Handbook of f undamentals – undamentals – 1977. 1977.

b) Enfriamiento Fisiológico: El aire en movimiento al pasar por la piel superficial, acelera la disipación del calor de dos maneras; aumentando la pérdida de calor por convección y acelerando la evaporación del sudor. Dada una condición específica de temperatura y humedad (con aire en calma), el paso del viento por el cuerpo determina una sensación térmica de enfriamiento que se relaciona con una temperatura aparente que es tanto menor cuanto mayor sea la velocidad del aire. Esta es llamada Temperatura Efi caz (TE) en el cuerpo. El cuadro bioclimático y el nomograma de TE muestra este efecto, es decir, las temperaturas elevadas que se pueden soportar con una adecuada velocidad del aire. El enfriamiento por viento es más necesario donde no se dispone de otras formas de disipación del calor, donde el aire está tan caliente como la piel y las superficies del entorno están a una temperatura similar. c) Enfriamiento por convección: Se puede producir enfriamiento, enfriamiento, intercambiando aire interior por aire exterior, siempre y cuando la temperatura del primero sea mayor que la temperatura del segundo. Este sistema es práctico en climas cálidos, cuando la temperatura interior está está por encima de la exterior debido a la penetración penetración solar o a la radiación interna, o en climas cli mas fríos cuando pueda existir sobre calentamiento.

Enfriamiento por convección.

Presión del viento sobre los edificios: a) Cuando el viento sopla contra un edificio, el movimiento movimiento del aire es perturbado y desviado por encima y alrededor del edificio. La presión del aire en la fachada que da el viento, es mayor que la presión atmosférica (zona de presión positiva) y en la fachada opuesta la presión es negativa (zona de succión).

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b) La localización y tipo de abertura de entrada determinan el patrón de flujo de aire a través de un edificio: Al tener una abertura localizada al centro de un muro, tendremos igual presión a ambos ambos lados de dicha abertura, por lo que el el viento entrará de frente a la habitación. Si la abertura no está al centro, centro, la presión a ambos lados del del muro será desigual, lo que originara que el flujo de entrada sea diagonal con el sentido que provoca la zona de mayor presión.

Todas las variaciones en los patrones del flujo de aire son causadas por la desigual presión alrededor de las aberturas de entrada, como como un resultado de su localización con respecto respecto a la superficie del muro sólido que las rodea. El tipo de abertura también también es muy importante, existen muchos muchos tipos de ventanas en el mercado que al usarse en aberturas de entrada nos dan una gran variedad de patrones de flujo de aire. Debemos conocer las ventajas y limitaciones de los diferentes tipos de ventanas para poder emplearlos inteligentemente encada caso particular. Por ejemplo es necesario considerar que una tela mosquitero de nylon reduce la velocidad del viento en un 30%. c) La localización y tipo de abertura de salida tienen poca influencia en los patrones internos del flujo de aire, sin embargo entre más cambios de dirección (en el interior) sufra el aire, más se reducirá su velocidad. d) Relación entrada – entrada – salida: salida: Cuando la abertura de entrada es más pequeña que la abertura de salida se incrementa la velocidad del flujo interno. La cantidad de aire que pasa por una abertura de una habitación, depende directamente del área de abertura, la velocidad del viento, la dirección del viento con respeto al plano de la abertura y la relación que existe entre el área de la abertura de entrada y el área de la abertura de salida de la habitación.

Donde: Q = Tasa de ventilación o cantidad de aire (m3/seg). r = Relación entre abertura de entrada y de salida r = 0.60 x fr (factor de rel relación ación entre aberturas) v = Velocidad del viento (m/seg). A = área de abertura de entrada. entrada. θ = ángulo que forma la dirección del viento y el plano de la abertura.

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RELACI RELACI N DE VENTAN VENTANA A (fr) (fr) rea de salida / rea de entrada 5:1 5 4:1 4 3:1 3 2:1 2 1:1 1 3:4 0.75 1:2 0.50 1:4 0.25

fr 1.38 1.37 1:33 1.26 1.00 0.84 0.63 0.34

e) Divisiones dentro de la habitación: El flujo de aire pierde gran parte parte de su energía cinética cada vez que es desviado alrededor o sobre un obstáculo. Varios recodos en ángulo recto tales como paredes o muebles dentro de una habitación pueden detener una corriente de aire de baja velocidad. Por ello debemos evitar poner muros que obstaculicen nuestro flujo de aire y procurar ponerlos en el sentido que lleva el viento. f) Orientación de la ventana respecto respecto al viento: Se Se genera la máxima máxima presión del viento a barlovento de un edificio cuando la fachada es normal (perpendicular) a la dirección del viento. Un viento que incide a 45° reducirá la presión en un 50%. Parece evidente que se consiga la mayor velocidad del aire en el interior si el viento entra en forma perpendicular a la fachada. Sin embargo B. Givoni encontró que si el viento incide a 45° aumentara la velocidad media del aire interior. Esto se puede explicar si sabemos que cuando un edificio se encuentra a 45° se crea una mayor velocidad a lo largo de las fachadas del barlovento. Por Por consiguiente la “sombra” del viento será más ancha, la presión negativa (efecto de succión) aumenta y el flujo del de l aire interior se ve i ncrementado.

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TEMA 2: TERMOFISIOLOGÍA Y CONFORT El ser humano se comporta como una máquina térmica que produce calor debido a combustiones internas, se establece entonces entre el hombre y el ambiente que lo rodea un intercambio térmico. La temperatura humana sufre muy pocas y pequeñas alteraciones y está casi siempre alrededor de los 37°C, como el hombre normalmente se encuentra transmitiendo energía al medio, en el momento en el que el ambiente que lo rodea es demasiado cálido el proceso se dificulta, y cuando el ambiente es muy frio, el cuerpo elimina energías desmesuradamente y debe desarrollar mayor actividad para equili brar la pérdida. En el momento en el que la temperatura exterior baja, para mantener la temperatura del cuerpo, se requiere conservar el calor, aumentar la cantidad de ropa o de lo contrario realizar una actividad física que contrarreste; el ser humano puede producir hasta cinco veces la cantidad de calorías del metabolismo basal. Si la temperatura exterior sube, trataremos de eliminar calorías quitándonos algunas ropas. Encima de estos límites deberemos utilizar otros mecanismos que nos ayuden a equilibrar nuestra sensación térmica. En primera instancia el cuerpo humano recurre a la vasodilatación, dilatando los vasos sanguíneos si es que sentimos calor y contrayéndolos en caso contrario. Cuando los vasos se dilatan se puede eliminar mayores cantidades de calor, llegando a duplicar las pérdidas sin contar las debidas a la evaporación. La evaporación puede ser invisible e visible; la primera está actuando generalmente debido a intercambios de humedad con el medio ambiente. Después de la pérdida máxima por evaporación invisible, el cuerpo requiere de la evaporación visible regulada, según la actividad del sujeto; estos dos tipos de pérdidas se ven dificultadas cuando la presión de vapor ambiente es muy alta (encima de los 15 mm de Hg), puesto que la presión de vapor existente sobre el cuerpo no puede ser eliminada fácilmente. Otro medio de eliminación del calor es el realizado por convección, mediante movimientos de aire se renueva la presión de vapor que se encuentra sobre el nivel de la piel y se acelera la transmisión de calor, siempre y cuando estas masas de aire tengan menor temperatura y presión de vapor, sino se produciría el efecto contrario. Otra manera de intercambio térmico se debe a la radiación; el cuerpo humano emite radiación cuando su temperatura es mayor que la de los objetos que la rodean, pierde calor de esta manera y lo gana en el proceso inverso.

2.1. EQUILIBRIO TÉRMICO: Mantener el equilibrio térmico, es decir un balance equilibrado entre la interacción producción, ganancia y desprendimiento de calor del cuerpo, es una de las necesidades fisiológicas más importantes del ser humano. La temperatura que posee el cuerpo varía normalmente entre los 36.5°C y 37°C. Por tanto el equilibrio térmico del cuerpo consiste en mantener la temperatura dentro del rango normal, en caso contrario si la temperatura aumenta o disminuye considerablemente, este puede dañar seriamente el organismo. Por ello el individuo para no poner en riesgo su salud debe mantener la temperatura interna de su cuerpo dentro de sus límites independientemente de las variaciones de la temperatura del aire. Para mantener el balance térmico tenemos la siguiente ecuación: 0=M+-R+-Conv.+-Cond+-E

Donde: M = Calor producido por procesos metabólicos. R = Intercambios de calor por radiación. Conv = Intercambios de calor por Convección Cond = Intercambios de calor por Conducción. E = Desprendimiento de calor por Evaporación. 53


Cuando la sumatoria de las ganancias y pérdidas son iguales, el cuerpo se encuentra en equilibrio, el organismo pone en funcionamiento una serie de mecanismos autorreguladores, por ejemplo cuando el ambiente térmico que rodea al individuo es más frío o mucho más frio que él, las pérdidas de calor desde el cuerpo se incrementan pudiendo ser superiores a las ganancias. En este caso el mecanismo vaso regulador del organismo funciona disminuyendo el flujo sanguíneo hacia la superficie del cuerpo mediante la contracción de los vasos capilares, así entonces se reduce las pérdidas de calor desde la superficie del cuerpo por convección y radiación. Todos estos mecanismos reguladores permiten a nuestro organismo mantener en condiciones climáticas adversas el equilibrio térmico térmico necesario para su bienestar.

2.2. BIENESTAR TÉRMICO: El bienestar térmico se puede definir como el equilibrio térmico que logra el cuerpo en un ambiente dado, y que le permite desarrollar, sin dificultad ni molestia, cualquier actividad física o mental. El cuerpo humano al realizar sus funciones vitales, produce calor y lo lleva a todo el organismo por medio de la sangre; esto le permite tener una temperatura interna estable de 37º C. Cuando la temperatura del medio donde se encuentra le produce una sensación de calor o frescura en mayor o menor grado, el cuerpo es capaz de adaptarse a estas variaciones, mediante intercambios energéticos en los que los mecanismos fisiológicos involuntarios regulan el grado de disipación del calor. Estas reacciones le permiten recuperar el balance térmico térmico en el medio medio que lo rodea. El cuerpo humano pierde calor constantemente al evaporar agua por medio de la respiración y la transpiración. Esta forma de perder calor se incrementa cuando el entorno le produce un sobrecalentamiento; sobrecalentamiento; además, disipa calor para enfriarse al tratar de mantener estable una temperatura que le facilite desarrollar sus actividades con un mínimo de esfuerzo. La humedad del aire determina la cantidad de calor que se pierde por evaporación; si la humedad del aire es baja, se experimenta resequedad en la piel, labios y membranas mucosas de la boca y la garganta; pero si la humedad es alta, la respiración y la evaporación se dificultan, además de provocar malestar al permanecer el sudor en la piel y al no poder poder eliminar el calor acumulado. acumulado. El sobrecalentamiento sobrecalentamiento provocado por el medio propicia la deshidratación del organismo. En un ambiente frío la producción metabólica de calor puede ser insuficiente para estabilizar la temperatura del cuerpo, por lo que se reduce el flujo sanguíneo por la piel para evitar la pérdida de calor y mantener calientes a los órganos vitales; de ser necesario, un escalofrío activa los músculos y prod ucirá calor. Producción metabólica e intercambios térmicos del cuerpo: Para poder estudiar con mayor efectividad las causas de ganancias y pérdidas del calor del cuerpo humano, las clasificaremos cl asificaremos en tres grupos: a) Ganancias de calor debido a procesos químicos que se producen en el interior del cuerpo, es decir el Metabolismo. b) Ganancias o pérdidas de calor, debido a intercambios térmicos entre el cuerpo y el medio que lo rodea, por efecto de fenómenos de radiación, convección y conducción. c) Pérdidas de calor debido a procesos evaporativos del sudor sobre la superficie del cuerpo y de agua en los pulmones.

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a) Metabolismo: Entendemos al metabolismo al proceso mediante el cual la materia alimenticia se combina en el cuerpo con oxígeno y genera la energía que es requerida para el funcionamiento de los órganos del cuerpo. La energía producida metabólicamente mantiene una relación directa con la actividad desarrollada por el individuo es decir a mayor trabajo el proceso metabólico se incrementa para producir mayor cantidad de energía, pero resulta que se produce mayor cantidad de energía que la requerida para el trabajo, siendo transformado este exceso en calor metabólico. El cuerpo en dependencia de las condiciones climáticas ambientales, requerirá eliminar o conservar el calor metabólico, con el fin de mantener su equilibrio térmico. En el proceso metabólico influye mucho las características físicas de la personas como por ejemplo la talla, edad, raza, peso, sexo. Sabiendo que todo proceso varía de acuerdo al tipo de actividad que realiza el individuo, incluso cuando una persona se encuentra en absoluto reposo (dormido), su metabolismo basal está trabajando, esto se define como el gasto mínimo de energía para mantener las funciones vegetativas.

b) Conducción, Radiación y Convección: Las ganancias o pérdidas de calor del cuerpo humano, debidas a intercambios térmicos, por conducción, radiación y convección, con su entorno, dependen de si este entorno es más o menos caliente que la superficie del cuerpo. 55


En el intercambio térmico que se produce entre el cuerpo humano y su entorno, bien sea en espacios abiertos o en el interior de las habitaciones, la vestimenta juega un papel importante como factor modificante de la ganancia o pérdida de calor mediante cualquiera de los fenómenos de transferencia mencionados. Cuando el hombre se encuentra vestido, el intercambio térmico se produce principalmente en la parte externa de la ropa y afecta al cuerpo solo indirectamente. Bajo estas condiciones, hay tres procesos diferentes de intercambio térmico operando simultáneamente; entre el cuerpo y la ropa, entre la ropa y el entorno y entre aquellas partes del cuerpo descubiertas y el entorno. El Cuerpo y la transferencia de calor por conducción: El modo en que se puede producir una transferencia de calor entre el cuerpo y su entorno, se debe al contacto físico del cuerpo con algún objeto o superficie. El cuerpo podrá perder calor si la superficie en contacto con él tiene una temperatura inferior a la superficie del cuerpo. Se estima que las pérdidas o ganancias de calor, debidas a procesos conductivos, son generalmente muy pequeñas. Una persona caminando tiene únicamente contacto con el piso, a través de la planta del pie; así la cantidad de calor a transmitirse por conducción depende de la conductividad del material de la suela de los zapatos, que aún siendo muy elevada, el área de contacto en tan pequeña, que en condiciones normales de temperatura resulta despreciable la energía térmica transmitida. Únicamente, cuando la temperatura del suelo es extremadamente caliente o fría, se hace necesario tomar en consideración el efecto de la conducción de calor. El Cuerpo y la transferencia de calor por radiación: Es la transferencia de calor entre el cuerpo y la superficie que lo rodean a través del ambiente. El intercambio de calor por Radiación depende entre otras cosas, de la diferencia entre la temperatura de la superficie del cuerpo y la de las superficies circundantes. La temperatura de la superficie del cuerpo varía por efecto de la temperatura del aire pero se considera generalmente en el orden de los 35°C. El cuerpo estará en posibilidades de desprender calor por radiación, siempre que la temperatura media radiante sea inferior a 35°C y, por el contrario, cuando éste sea mayor de 35°C, el cuerpo estará ganando calor por radiación. También afecta el intercambio radiante, entre el cuerpo y el ambiente, la ropa que lleva puesta el individuo, pues ésta se interpone entre las dos superficies impidiendo una transferencia directa de calor por radiación. Puede experimentarse esto fácilmente colocándose cerca del motor caliente de un vehículo; si la persona deja al desnudo la parte superior de su cuerpo inmediatamente sentirá un calentamiento intenso, debido fundamentalmente a la transferencia de calor por radiación desde el motor del vehículo hacia la superficie del cuerpo. Debe tenerse claro, a los efectos de la estimación de las pérdidas de calor por radiación, que éstas se están haciendo mayores en el cuerpo humano a medida que la diferencia entre la temperatura de ésta y la de las superficies que lo rodean (temperatura media radiante) son mayores. El Cuerpo y la transferencia de calor por convección: La transferencia de calor por convección entre el cuerpo humano y el aire se produce en la superficie de la piel. La vestimenta vuelve a jugar un papel muy importante en las pérdidas de calor que el cuerpo pueda tener. Si el cuerpo está descubierto y la temperatura del aire es menor que la de la superficie del mismo, éste perderá calor más rápidamente en la medida que la velocidad del aire sea mayor (hay que tomar en cuenta la incomodidad que una excesiva velocidad de aire puede causar). Se dificultará, la pérdida de calor por convección desde la superficie del cuerpo, si entre éste y el aire se interpone la ropa, que impide el contacto directo del aire más frío f río con el cuerpo, reduciéndose la transferencia de calor mediante este mecanismo convectivo. Cuando la 56


temperatura del aire es superior a la de la piel, resulta imposible perder calor por efectos convectivos; pues, al contrario, el cuerpo ganará calor debido a dicha diferencia de temperatura. c. Evaporación: Evaporación es la transferencia de calor del cuerpo humano hacia el aire ambiental, depende de la cantidad de agua que se expulsa por la respiración y la transpiración que continua, aun cuando la temperatura del aire y la temperatura media radiante son superiores a la del cuerpo. La evaporación del sudor sobre la piel o del agua en los pulmones es otro de los fenómenos físicos de transferencia de calor que aprovecha el organismo para alcanzar su equilibrio térmico. El cambio de estado del agua, de líquido a gas, es lo que se denomina evaporación. Este proceso de transferencia térmica consume aproximadamente 0.58Kcal por cada de gramo de agua evaporada. Cuando la evaporación se produce en los pulmones o en los poros de la piel, todo el calor necesario para dicha evaporación es tomado del cuerpo; de este modo el cuerpo puede perder grandes cantidades de calor aún cuando la temperatura ambiente y la de las superficies circundantes sean superiores a la del cuerpo. No necesariamente todo el calor requerido para la evaporación del sudor sobre la piel (calor latente de evaporación) proviene del cuerpo. En ciertas condiciones, el enfriamiento obtenido por el cuerpo, como resultado de la evaporación de cierta cantidad de sudor, no es igual al calor latente de vaporización porque parte de éste puede haber sido tomado del aire y no directamente del cuerpo, esto reduce la eficiencia de enfriamiento del proceso de evaporación. Dos aspectos son importantes de considerar, al analizar la eficiencia de enfriamiento del proceso de evaporación del sudor: La rapidez y el lugar en que se produce la evaporación. Factores que afectan el bienestar térmico: La sensación de calor o frío, que el cuerpo humano puede experimentar, se ve influido por aquellos factores que de alguna manera afectan los procesos físicos mediante los cuales gana o pierde calor para mantener su balance o equilibrio térmico. El análisis de cada uno de estos fenómenos de producción o transferencia de calor: Metabolismo, conducción, radiación, convección y evaporación, ha permitido establecer, en cada caso, los factores o variables que afectan la cantidad de calor producida por el cuerpo y los procesos de transferencia de calor entre éste y su entorno físico.  La Actividad que realiza la persona.  La Vestimenta  La Temperatura y Velocidad del Aire La actividad que realiza la persona: La actividad que realiza una persona es el primero de éstos factores, pues en dependencia del tipo de trabajo o esfuerzo físico que esté desarrollando, la cantidad de calor producida será mayor o menor, al igual las tensiones que se verá sometida el organismo. Ante unas condiciones cálidas y húmedas la sensación térmica de una persona, en estado de reposo, será más agradable que de la misma persona efectuando algún trabajo moderado, y mucho más si el trabajo es pesado y es efectuado durante periodos largos. En el primer caso la persona produce metabólicamente poco calor y las regulaciones del cuerpo son menores, comparadas con las tensiones a que se ve sometido a medida que aumenta la intensidad del trabajo (metabolismo muscular).

La vestimenta: La ropa desempeña un papel importante como aislante en el control de temperatura y humedad de la piel, las cuales dependen de las propiedades físicas de la tela o del material con que se elaboran las prendas y de que tan ajustadas estén ajustadas al cuerpo, pues forma una barrera para el intercambio energético entre el cuerpo y el ambiente. La vestimenta reduce la perdida de calor del cuerpo y por consiguiente, el vestido es clasificado según su valor de aislamiento. La unidad normalmente usada para medir el 57


aislamiento de la ropa es la unidad de “clo”, pero la unidad más técnica es m2 ºC/W que también se ve frecuentemente. (1 clo =0.155 m2 ºC/W). Se ha determinado también que para equilibrar una baja de 13°F o 7.3°C fuera del estado de confort térmico, habría que tener un aislamiento térmico de la ropa equivalente a 1 “Clo” (Olgyay 1968). AISLACI N TIPO DE VESTIMENTA TÉRMICA (Clo) 0.0  DESNUDO 0.1  EN MALLA 0.3  SHORTS, SANDALIAS, CAMISA, SPOT  PANTALON DE VERANO, CAMISA ABIERTA, SIN 0.5 CORBATA, VESTIDO DE MUJER DE ALGODÓN 0.7  TRAJE DE VERANO Y CAMISA CON CORBATA  TRAJE DE INVIERNO, PULLOVER O CHALECO. 1.0 (LLAMADO TÍPICO DE OFICINA). 1.5  IDEM ANTERIOR, MEDIAS DE LANA Y SOBRETODO 3.4  ROPA POLAR (BASSANI – 1975)

La Temperatura y Velocidad del Aire: Es otro de los factores, donde la temperatura media radiante y la presión del vapor de agua contenido en la atmósfera constituyen las variables “Microclimáticas” o ambientales que afectan también la sensación térmica del individuo. Un cambio en cualquiera de éstos factores modifica la forma en que se siente el ambiente Generalmente se le trata de dar demasiada importancia al valor de la temperatura del aire al hablar de bienestar térmico, olvidándose del efecto que puedan tener los otros factores.

2.3. CONFORT TÉRMICO: La creación de un ambiente térmicamente ―cómodo‖ (mejorando las condiciones exteriores) siempre ha sido una de las prioridades del hombre a la hora de crear una vivienda o refugio. Esto lo podemos observar en las construcciones tradicionales alrededor del mundo, desde la historia antigua hasta el presente. En la actualidad, la mejora de las condiciones térmicas ambientales en la edificación sigue siendo una de los parámetros importantemente considerados. La respuesta a que es el confort térmico tiene profundas implicaciones en el modo en el que se diseñan y gestiona los edificios, así como en la cuantificación de la energía requerida para calentar y enfriar estos, teniendo por tanto impacto tanto en el ambiente natural como en ambientes construidos. (G. S. Brager & R.J. de Dear 1998). El confort térmico se define en la Norma ISO 7730 como " Esa condición de la mente en la que se expresa la satisfacción con el ambiente térmico ”. Esta definición esta aceptada ampliamente, pero es difícil su traducción en parámetros físico cuantificables. Básicamente y en términos generales, el hombre califica un ambiente confortable, si ningún tipo de incomodidad térmica está presente. La primera condición de confort es la neutralidad térmica, lo que significa que la persona no se siente demasiado calurosa ni demasiado fría.

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PARAMETROS DEL CONFORT TÉRMICO: Los parámetros a tener en cuanta a nivel físico ambiental son la temperatura del aire, la temperatura media radiante, la velocidad del aire y la humedad. Todos estos parámetros deben tenerse en cuenta al realizar un buen diseño de climatización de aire en un local. Temperatura: La temperatura del aire se define como la que se mide a la altura de la cabeza y a una distancia mínima de 1,5 m de las paredes de locales cerrados. La temperatura media radiante, en cambio, es l a temperatura de les superficies del l ocal que percibe el cuerpo humano. Autores y normativas diversas dan recomendaciones o imponen valores de temperatura utilizando parámetros como: • Temperatura resultante u operativa: combina los efectos de la temperatura del aire y los de la temperatura media radiante. • Temperatura equivalente: integra la temperatura resultante y la velocidad del aire. • Temperatura eficaz: efecto de la temperatura resultante y l a presión del aire Por lo general lo más habitual es hablar de la temperatura resultante, que es la temperatura media entre la radiante y la temperatura del aire (también llamada seca). La humedad relativa: La humedad relativa (HR) junto a la temperatura del aire, o bien el binomio temperatura del aire seca y temperatura húmeda, nos indicará en un diagrama psicrométrico las condiciones térmicas en el interior de un local. Se define la humedad relativa como la cantidad de vapor de agua que se halla en el aire en proporción a la máxima que podría contener (aire saturado = 100% de humedad). Cuan mayor es la temperatura del aire, más humedad retendrá en comparación con un aire más frío. Una baja HR permite la evaporación del sudor y por tanto el descenso de temperatura superficial de los ocupantes. Pese a ello, debe tenerse en cuenta que una HR reducida puede llevar a problemáticas, si se combina con otros factores llegando a poder provocar síndromes como el del edificio enfermo o la lipotrofia semicircular que durante el 2007 se produjo en ciertos edificios de alto nivel tecnológico. La norma UNE-EN 7730 [1] indica que las humedades relativas deben mantenerse en el rango del 30-70%. La velocidad del aire: Las corrientes de aire son una de las quejas más comunes en ambientes climatizados por aire, ya que el ser humano es muy sensible a la variación de velocidades en el aire sobre las partes no cubiertas por la vestimenta. Es por ello importante calcular el porcentaje de personas descontentas por corrientes utilizando la Norma UNE-EN ISO 7730 [1], donde se relaciona la temperatura del aire, la velocidad de éste y la desviación estándar de esa velocidad. Para garantizar un ambiente confortable para el 85% de los ocupantes. Para ello puede utilizarse la siguiente figura.

Velocidad media del aire permitida para garantizar un 15% de insatisfechos en caso de actividades ligeras

ZONA DE CONFORT TÉRMICO: Se define de acuerdo con el Standard 55-56 de ASHRAE, como aquella condición de la mente que expresa satisfacción del ambiente térmico. B. Givoni, expresa que el bienestar térmico puede definirse en un sentido negativo como “la ausencia de irritación o malestar 59


térmico” e indica que la delimitación de la zona de bienestar térmico tiene una base fisiológica, siendo esta la que marca el rango de condiciones bajo las cuales los mecanismos termorreguladores del cuerpo se encuentran en un estado de mínima actividad. En otras palabras, en medida en que el mayor porcentaje manifiesten sentirse bien, es decir, que no tienen frío ni calor es precisamente a esta zona térmica especial se ha denominado ”Zona de Bienestar Térmico”. En términos específicos podemos definir la zona de confort térmico como aquella área que determina los límites máximos y mínimos permisibles de cada parámetro (temperatura, humedad, presión de vapor) en los que la persona no manifiesta ningún tipo de incomodidad física (frio o calor). Carta bioclimática de Olgyay es un diagrama en el que en el eje de abscisas se representa la humedad relativa y en el de ordenadas la temperatura, como condiciones básicas que afectan a la temperatura sensible del cuerpo humano. Dentro de él se señala la zona que contiene los valores temperatura-humedad en las que el cuerpo humano requiere el mínimo gasto de energía par a ajustarse al medio ambiente, llamada “zona de confort”. La zona de confort señalada en el diagrama es aquella en la que, a la sombra, con ropa ligera y con baja actividad muscular se tiene sensación térmica agradable. No debe confundirse, como señala también Givoni, el bienestar térmico con el equilibrio térmico. Este último es esencial para el Confort o Bienestar, pero puede ser logrado bajo condiciones de malestar térmicos por efectos de los mecanismos autorreguladores.

CALCULO DE LA ZONA DE BIENESTAR TERMICO: Podría decirse que la finalidad de todos los estudios realizados, acerca de los “Índices Térmicos” en diferentes países, ha sido la de llegar a establecer, bien sea, las condiciones en las que el individuo expresa satisfacción térmica con el ambiente o, por el contrario, la ausencia de esas condiciones. Los resultados de esos estudios han variado entre lugares y autores. Se intenta aquí hacer una comparación entre aquellos más ampliamente usados y, de ésta manera, poder identificar unos límites que sirvan para el propósito del trabajo y que estén de acuerdo con la mayoría de los resultados de las investigaciones realizadas por otros autores. Esta comparación de zonas de bienestar térmico se hace debido a la inexistencia de estudios experimentales realizados en nuestro medio, donde se vienen usando, especialmente en el cálculo y diseño de sistemas de aire acondicionado, los límites establecidos por ASHRAE, los cuales han sido establecidos por personas de los Estados Unidos de América y Canadá en condiciones especiales de actividad sedentaria o en reposo, con una vestimenta ligera. Sin embargo, otros autores discrepan de los límites establecidos por ASHRAE, puesto que en algunos pasos las unidades en las que se establecen los l ímites de las zonas, son diferentes a los usados tradicionalmente como es el caso de la “temperatura efectiva”. 60


Uno de los estudios más completos basados en la experiencia y la computación se debe a P.O. Fanger que básicamente permite ver la sensibilidad de nuestro organismo frente a las condicionantes atmosféricas externas.

ECUACIÓN DE FANGER “BALANCE TERMICO”: (Cálculo del eje de confort Térmico) Se ha dicho que el cuerpo humano se comporta como una máquina térmica, que recibe energía en forma de alimentos y los transforma en calor y trabajo. El equilibrio térmico en un ambiente específico, se logra cuando la pro ducción de calor es tal que se puede intercambiar con el ambiente, sin que la persona sienta frío ni calor. El cuerpo humano normalmente produce una ci erta cantidad de energía, un porcentaje de ella la usa para realizar un determinado trabajo, otra parte la acumulada (si es que la producción de calor es excesiva), y el resto que es la mayor parte, la usa para mantener su temperatura, produciendo un intercambio constante de calor con el medio ambiente, estableciendo así una interrelación que se pueda expresar de la siguiente manera: M+(R+C)=E+W+S……………………..1

Siendo: M= Energía generada por el metabolismo. R+C= Calor intercambiado por radiación o convección. E= Calor perdido por evaporación de la superficie de la piel y por la respiración. W= Trabajo mecánico realizado. S= Calor acumulado por el cuerpo. Existe un doble signo en el intercambio por radiación o por convección debido, a que el individuo puede estar perdiendo o ganando calor por alguna de estas razones, lo que nos da el signo negativo o positivo. Considerando que la persona está realizando una “actividad sedentaria”, y por consiguiente sin ejercer trabajo alguno (W= 0, S= 0); el calor que genera el cuerpo, lo usas exclusivamente en el intercambio con el ambiente por medio de radiación, convección o evaporación. Entonces la ecuación 1 puede expresarse como: (H+ R+C)= E.....................................2

H= Calor generado por el metabolismo

1.1. CALOR GENERADO POR EL METABOLISMO.(H) Se puede definir de la siguiente manera: H = M (1-n) n= Eficiencia mecánica.(n= W/M). 1.2. CALOR INTERCAMBIADO POR CONVECCION.(C) Es el calor que el cuerpo intercambia con el aire, este intercambio se considera para las partes vestidas y desnudas del cuerpo de una persona, y matemáticamente se expresa así: C= Adu.fcl.hc (tcl-ta) Adu= Área del cuerpo, llamada área de Dubois por ser él quien la descubrió. Adu = 0.203 x P 0.425x h0.725 P= Peso del cuerpo. h= Altura de la persona. 61


Fcl= Relación entre la superficie vestida del cuerpo y la desnuda. Fanger la expresa así: Fcl = (1+ 0.15 °/o Clo) Hc= Coeficiente de convección, definido matemáticamente así: Hc = 10.4 V V= Velocidad del viento en m/seg, está entre el rango de 0.1 y 2.6 Tcl= Temperatura sobre el nivel de la ropa. Ta= Temperatura ambiente.

1.3. CALOR INTERCAMBIADO POR RADIACIÓN (R) Este intercambio se puede dividir en dos tipos: radiación de onda corta y radiación de onda larga. El intercambio térmico de radiación entre el ser humano y los objetos que lo rodean es tipo onda larga, llamada infrarroja lejana. Matemáticamente se expresa así: R = 3.4 x 10 -8 x Adu x Fcl (Tcl-Trm ) 4 Trm = Temperatura radiante media. Es la temperatura radiante promedio de los objetos que rodean al hombre.

1.4. PERDIDA DE CALOR POR EVAPORACIÓN.(E) Estas pueden ser por convección y evaporación a nivel de las mucosas bronquiales, y por difusión y transpiración regulada a nivel de la piel. E = Cres + Eres + Emax + Ep Cres = Calor intercambiado por convección a nivel de mucosas bronquiales. Eres = Calor intercambiado por evaporación a nivel de mucosas bronquiales. Emax= Perdida máxima de calor por sudor invisible. Ep= Perdida de calor por transpiración regulada.

CALOR INTERCAMBIADO POR CONVECCION: El aire que entra a nuestros pulmones sale mas húmedo y mas caliente luego de cada respiración, por lo que perdemos calor siempre y cuando la temperatura externa sea mas baja, en caso contrario se estaría ganando energía calorífica. Cres = 0.0014 x M(34 - Ta) CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN. (Eres) Es el perdido por la evaporación misma de las mucosas bronquiales. Eres = 0.0023 x M (44-Pv) Pv = Presión de vapor ambiente. PERDIDA MÁXIMA DE CALOR POR SUDOR INVISIBLE (Por difusión) (Emax) Esta pérdida se debe a la humedad de la piel, es un sudor invisible no percibido por el individuo, por consiguiente no sujeto a regulación fisiológica. Es la evaporación debida al ambiente. La A.S.H.R.A.E. en su estudio del año 1972 propone: Emax = 24 x V 0.6 (42-Pv) V = Velocidad del viento 62


PERDIDA DE CALOR POR TRANSPIRACION REGULADA.(Ep) Cuando ya no es posible eliminar mas calor por el proceso anterior, el cuerpo pone en juego la secreción de glándulas sudoríparas. En este proceso no sólo se toma calor de la piel sino también del ambiente. Fanger lo define como: Ep = 0.42 (M-58.2) GRÁFICO DE LA ZONA DE CONFORT TÉRMICO: Para establecer los perímetros de la zona de confort se toma el 50% °C hacia arriba y hacia abajo del eje de confort, que es la amplitud que corresponde al % de “clo” (en el caso del poblador de la sierra corresponde a 1 clo, es decir 7.3°C) de vestimenta (Olgyay 1968), fuera de éstos límites la vestimenta resulta inadecuada y se hace necesario un cambio de ropaje o la restitución del bienestar térmico, mediante el juego de brisa, humedad y radiación. Por lo tanto tomaremos un 50% de la temperatura de 1.0 “clo”, hacia arriba y hacia abajo del eje, como rango aceptable de bienestar térmico. La zona de bienestar térmico estará entre 30% y 70% de humedad relativa, con extensiones prácticas entre 20% y 80% aceptables debido al factor de aclimatación. “…ningún ambiente con humedad relativa inferior al 30%, puede ser considerada saludable para estancias prolongadas. A partir del 70% las personas comienzan a sentir una sensación molesta de humedad” (Cutropía 1969). A partir del 50% de humedad relativa las líneas horizontales de la zona de confort térmico, siguen la dirección de las líneas de temperatura efectiva. Esto se debe a que la unidad “clo” esta definida para una humedad relativa menor del 50% (Olgyay, 1963), por lo que al sobrepasar estos límites se debe seguir las líneas de “temperatura efectiva”, para mantener la misma sensación de bienestar térmico. Para ubicar las líneas de temperatura efectiva se usa generalmente la “Carta de confort para aire e n reposo” . El siguiente límite de la zona de bienestar térmico corresponde a las líneas de presión de vapor y se toma como presión ambiental límite los 15 mm.. De Hg., ya que por encima de esta marca las personas perciben usualmente una sensación sofocante. (Olgyay 1963). Para trazar estas presiones en el gráfico se debe recurrir a la carta psicométrica correspondiente.

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TEMA 3: PROYECTO ARQUITECTÓNICO Y ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO 3.1. DETERMINACIÓN DE OBJETIVOS, METAS Y ESTRATEGIAS DE DISEÑO TÉRMICO: Una vez determinado todo el sistema climático del lugar donde se va a proyectar el edificio y conocida la zona de confort térmico del usuario que va ocupar este edificio. A partir del conocimiento de estos aspectos es que se hace necesario plantear todo el sistema de proyecto bioclimático para el acondicionamiento térmico, es decir; plantear los objetivos de diseño, las metas y las estrategias. Idear de qué manera vamos a adecuar la envolvente del edificio para que pueda proporcionar las condiciones ambientales internas para que el hombre pueda desenvolverse confortablemente. a) OBJETIVOS DE DISEÑO: El objetivo está referido a lo que se quiere lograr en el proyecto arquitectónico. Obviamente está referido en términos generales a dotar de la condiciones ambientales necesarias que permitan niveles de confort en el usuario. Pero este nivel de confort tiene que relacionar las características climáticas del lugar y los rangos de confort del usuario; si se trata de un lugar cuyas condiciones climáticas (en relación a la temperatura y humedad) son menores que las que necesita el usuario, entonces el objetivo tiene que estar orientado a acumular calor, a ganar calor, pero si estas condiciones climáticas externas son mayores a las que requiere el usuario para estar confortable al interior, entonces lo que se debe buscar es evitar la acumulación de calor o dicho de otro modo se debe buscar refrigerar los ambientes internos. Como ejemplo podemos mencionar nuestro trabajo de investigación realizada “Viviendas Bioclimáticas para Huancayo”, en la que se determina como objetivo para el diseño de éstas viviendas, la necesidad de acumular el calor proveniente de la radiación solar al interior de los espacios, pues considerando que el promedio de temperatura media mensual en el mes más frio (julio) es de 9.1 °C y que los rangos de confort del usuario está dentro de 18°C y 24°C de temperatura. b) METAS DE DISEÑO: La meta es la expresión cuantitativa del objetivo, es decir que si nuestro objetivo está orientado a acumular o ganar o en todo caso a disminuir o perder calor al interior de los espacios y en relación con el clima externo, aquí debemos precisar la cantidad de ganancia o pérdida de calor. Tomando en consideración el ejemplo anterior podemos precisar que para el caso de las viviendas bioclimáticas de Huancayo, podemos considerar como meta la ganancia de calor, que debe traducirse en un aumento de temperatura entre 8.9 °C y 13.9°C, c) ESTRATEGIAS DE DISEÑO: Una estrategia es el conjunto de acciones que se implementarán en un contexto determinado para cumplir con un objetivo. Tanto los objetivos como las metas responde a la pregunta ¿qué queremos? En tanto que las estrategias responden a la pregunta ¿cómo lo vamos a lograr? Desde ese punto de vista son varias las acciones que podemos asumir para logra un objetivo bioclimático dentro del acondicionamiento térmico. Así tenemos que nuestras estrategias pueden estar referidas a la orientación y forma del edificio, al uso de determinados materiales, al uso de determinados sistemas bioclimáticos, al uso de colores y texturas, etc. Para una mayor profundización del tema a continuación se van a desarrollar estos aspectos. 3.2. ESTRATEGIAS DE DISEÑO BIOCIMATICO PARA EL ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO: Las estrategias a utilizar los podemos clasificar en 5 grandes grupos: a) Aquellas referidas a la selección de los sistemas bioclimáticos. b) Aquellas referidas a la selección del material. c) Aquellas referidas a la elección del color y la textura de la envolvente d) Aquellas referidas a la forma y orientación del edificio. e) Aquellas referidas a la disposición del edificio en el terreno. Debemos recordar que las estrategias pueden estar referidas a todos estos aspectos o de manera particular incidiendo en algunos de ellos. 64


A) ESTRATEGIAS REFERIDAS A LA SELECCIÓN DE LOS SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS: En primer lugar es indispensable recordar lo que se entiende por sistemas bioclimáticos pasivos. Sistemas que son parte constituyente del edificio, ya sea incluidos como factores puramente de diseño (orientación, disposición, forma) o como elementos constructivos elementales (muros, ventanas, cubiertas, etc.) o modificados (invernaderos, muros trombe, chimeas solares, etc.). La edificación se convierte en el sistema de captación, control, regulación, acumulación y distribución de la energía que necesitan sus ocupantes. Se puede definir a estos sistemas como la utilización de la energía solar y del viento para calefacción, ventilación o acondicionamiento de los edificios, sin el consumo de los energéticos convencionales o electricidad y no aplicando movimiento mecánico de fluidos o elementos. El acondicionamiento térmico busca ya sea calefaccionar los espacios o en todo caso refrigerarlos, según sea la ubicación de los mismos dentro de un contexto climático específico. Por lo tanto podemos clasificar estos sistemas bioclimáticos pasivos en dos grandes grupos; los referidos a la calefacción y los referidos a la refrigeración , existiendo también dentro de ellos dos sub grupos; los de aporte directo y los de aporte indirecto, tal como se grafica en el siguiente cuadro: SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS PASIVOS PARA EL ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO SISTEMA

SUB SISTEMA

APORTES DIRECTOS

APORTE INDIRECTOS

APORTES DIRECTOS

APORTE INDIRECTOS

ELEMENTOS

Ventanas. Mamparas Lucernarios. Claraboyas. Teatinas. Muro Trombe. Invernaderos. Dobles muros Muros nevera Cubiertas estanque. Patio solárium. Ventanas. Lucernarios. Claraboyas operables. Muro trombe Dobles muros Chimeneas de viento. Torres de viento.

a) SISTEMAS BIOCLIMATICOS PARA LA CALEFACCIÓN: Sistemas de aporte directo: Se denomina sistemas de aporte directo por que la energía captada y acumulada se da en el propio espacio que se necesita calefaccionar. Esta energía es captada generalmente a través de superficies vidriadas. El espacio habitable se convierte a la vez en captor solar, depósito térmico y sistema de distribución. Con este sistema se debe disponer de una superficie vidriada (al norte e el hemisferio sur) y de una masa térmica suficiente, colocada estratégicamente para la absorción y almacenamiento del calor. Los Rayos solares penetran directamente en cualquier época del año, e el espacio interior y se difunden y distribuye sobre la superficie de obra del interior. Esta masa térmica absorbe y almacena eficazmente la energía que le llega y actúa como un depósito térmico almacenando la energía durante el día para devolverla al espacio durante la noche. Tenemos como ejemplo a las ventanas, los lucernarios las claraboyas y las teatinas. 65


La captación directa de calor, es uno de los sistemas más sencillos, también denominados “ventana solares”. Es decir, se refieren a que el espacio habitable se convierta a la vez en captador solar depósito térmico y sistema de distribución. Con este método se debe disponer de una superficie vidriada al norte (caso del hemisferio sur) y de una masa térmica suficiente, colocada estratégicamente, para la absorción y almacenamiento del calor. A través de estas aberturas orientadas convenientemente (ventanas, claraboyas, lucernario, faroles, etc.) o aberturas transparentes mayores de lo que sería necesario para la iluminación, la radiación solar penetra en el edifico, e incide sobre los paramentos y/o suelos (acumuladores primarios), que constan de materiales con capacidad acumuladora ya sean de bloque de hormigón de ladrillo, adobe, piedra, etc. La superficie de las paredes y los suelos deberán ser de color oscuro, capaz de absorber la radiación solar que posteriormente es almacenada en el muro. Luego durante la noche, el calor almacenado en la masa térmica, irradia el ambiente cuando este se enfría, con arreglo al principio natural según el cual el calor siempre fluye de un lugar más caliente a uno más frío. En invierno para la regulación del régimen calorífico, una edificación con captación directa del calor debería estar provista de elementos aislantes térmicos móviles. Con este aislamiento se cubren las superficies de ventanas por la noche para impedir importantes pérdidas de calor en el edificio. En verano hay que asegurarse de que la radiación directa del sol no pueda penetrar en el interior de la casa para evitar el sobrecalentamiento. En este caso el aislamiento móvil puede permanecer cerrado a lo largo del día. Los aleros en voladizo, los toldos, incluso la vegetación frondosa también pueden proteger las ventanas al mediodía del sobrecalentamiento por el sol estival.

Sistemas de aporte directo: Cuando la radiación solar incide primero en una masa térmica que está situada entre el sol y el ambiente. La radiación absorbida por esta masa se convierte en energía térmica (calor) y es transferida después al espacio habitable. Es decir la radiación solar no puede penetrar inmediatamente en un espacio, sino que es captada y acumulada por elementos constructivos pesados. La entrega de calor del muro acumulador al espacio interior se efectúa con un desfase temporal de unas 6 a 12 horas, dependiendo del espesor y el peso específico del muro acumulador. Según el emplazamiento y el tipo del material acumulador se puede distinguir los siguientes sistemas: Muro solar de obra (muro trombe). Muro nevera. Techo solar de agua. Invernadero. Muro Trombe: El muro de Trombe trabaja básicamente absorbiendo radiación solar en la cara exterior y transfiriendo este calor a través de la pared por conducción. Es posible añadir 66


orificios de ventilación en la pared para distribuir el calor dentro de una habitación, por convección (termo circulación), exclusivamente durante las horas de luz (día). Consiste básicamente de una pared gruesa entre unos 20 y 40 centímetros (elemento confinador), y enfrente un vidrio (cristal) solo o doble. El vidrio se coloca entre unos 20 a 150 cm. de la pared para generar un espacio pequeño o cámara de aire, en la cual no se pueda producir efectos conductivos. Adicionalmente es colocada una película oscura sobre la pared en l a parte exterior para absorber parte del espectro solar visible y emite una pequeña porción del rango infrarrojo. Esta absorción transforma esta luz en calor en la superficie de la pared y disminuye la reflexión. Por lo general las paredes son de hormigón, aunque pueden ser de ladrillo, piedra o adobe, en general elementos de baja difusividad térmica para que exista un gran almacenamiento de energía durante el día y en la noche mediante un proceso lento ésta sea transmitida al interior de la casa o de la vivienda. Es conveniente que el vidrio adicionalmente también tenga un componente aislante para que en la noche el calor ganado no se vaya a salir. Factores importantes a considerar en el diseño y construcción de un muro de Trombe Para un buen dimensionamiento del muro hay que tener en cuenta el clima, la latitud y obviamente de las necesidades de calefacción (pérdidas de calor), que se pueden definir como los factores externos. Además, los elementos que en este intervienen: el muro (espesor y material), la superficie de vidrio, el número y dimensiones de los orificios, ya que de esto dependerá la eficiencia del muro (factores internos). Factores externos: Con la explicación de estos factores se verá posteriormente un criterio sencillo para dimensionar el muro. El clima: La cantidad de calor perdido por el muro depende necesariamente de la diferencia entre la temperatura externa e interna del cuarto. Entre más grande sea la diferencia mayor será las pérdidas, por eso, para climas muy fríos se deberá sobredimensionar el muro. Latitud y orientación: La energía solar incidente sobre la fachada sur en invierno para latitudes por encima del ecuador y sobre la fachada norte para las latitudes por debajo del ecuador, cambia según la latitud, por eso, como regla general es preciso incrementar el tamaño del muro a medida que se aumenta de latitud, ya que se recibe menos calor. Es importante también tener en cuenta la trayectoria del sol durante las diferentes épocas del año

La orientación del muro, para las personas del hemisferio norte, debe estar ubicado, de forma ideal, a 5° del verdadero sur, aunque a 15° funciona bien o a 30°, que no es tan efectivo. A 15° en verano reduce los problemas de sobrecalentamiento. Para las personas del hemisferio sur, debe ser al contrario; el muro debe ubicarse hacia el norte. Criterio: El criterio básico para dimensionar un muro de Trombe es que éste transmita a lo largo del día suficiente energía térmica (calor), esto supone que la energía trasmitida por el muro debe ser suficiente para mantener una temperatura media en el interior de 18°C a 24°C durante 24 horas. A partir de este criterio se puede establecer proporciones necesarias por unidad de superficie útil. Entiéndase superficie útil como 67


aquella superficie “encerrada” en la habitación o cuarto a calentar. La siguiente tabla proporciona diferentes valores de área p ara diferentes climas: Temperatura media exterior de invierno

Superficie de pared necesaria por unidad de superficie útil Muro de Obra.

Climas Fríos -10ºC -7ºC -4ºC -1ºC Climas templados +2ºC +5ºC +7ºC

0.72 – +1.00 0.60 - 1.00 0.51 – 0.93 0.43 – 0.78 0.35 – 0.60 0.28 – 0.46 0.22 - 0.35

En cada margen se elegirá el coeficiente según la latitud. Para latitudes bajas, se debe tomar el valor menor del margen y para latitudes altas el valor mayor del margen. También es importante tener en cuenta el tipo de aislante que tenga el muro, que para algunos casos el valor a tomar será del 85% o del 57%. Por ejemplo, para temperatura media de +2°C, en un ambiente bien aislado, se necesita aproximadamente 0.4 m2 de pared por metro cuadrado de superficie útil, entonces, para un espacio de 60 m2 se necesita 24 m2 . Factores internos: estos factores se refieren específicamente a los detalles del muro. o El muro: Como ya se ha dicho éste debe tener gran capacidad de absorción y de guardar calor. Estos factores dependen básicamente la conductividad térmica (baja) y de la resistencia del muro (k) (mayor) Por eso, es sumamente importante tener en cuenta el grosor del muro, es decir, debe existir un grosor óptimo (para cada material existe uno), porque si no, se puede producir un sobrecalentamiento de la pared. Se recomienda utilizar los siguientes valores:

MATERIAL Adobe Ladrillo Hormigón

ESPESOR RECOMEDADO (cm.) 20 – 30 25 – 35 30 -45

Todo esto se puede ver y relacionar de la siguiente forma: El espesor óptimo para un muro se incrementa cuando la conductividad también aumenta, es decir, un muro con un valor muy alto transfiere rápidamente el calor de la superficie exterior al interior del cuarto y por esto se debe sobredimensionar para que el transporte de calor sea utilizado en el momento requerido (en la noche), es decir, identificar el punto en que el muro entra en operación. Al contrario, si un muro tiene una conductividad baja, intentar reducir su espesor. El rendimiento del muro crece con la conductividad del mismo, cuanto mayor es la conductividad, mayor calor se transfiere a través del muro. La superficie vidriosa: Es claro que el vidrio la superficie debe tener un buen comportamiento en invierno y no comprometer la refrigeración en verano. Por eso, normalmente, se utilizan persianas o voladizos que en verano tapen lo suficiente el muro para ayudar a que no exista un sobrecalentamiento. Por lo general se utiliza un vidrio ordinario de forma vertical, aunque a veces es necesario inclinarlo para obtener el punto donde se pueda captar la mayor radiación.

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Por lo general el área de vidrio debe ser mínima del 7% de área de la casa y no debe exceder el 12% de esta. o La dimensión de los orificios: Para esto no hay un parámetro especial pero, básicamente el área de estos debe ser suficiente para garantizar un flujo uniforme y constante, sin producir movimientos fuertes del aire circulante. Se sugiere que debe tomarse como superficie total de las perforaciones de una hilera, aproximadamente 1 dm2 por metro cuadrado de muro. Lxh A1 + A2 = ---------------100 Estos tres factores son los más importantes, pero todos básicamente dependen de cuánta masa térmica es requerida para proveer el calor deseado en el interior de la casa o habitación. Otros factores: Tipo y colocación de las ventanas de la casa, ya que estas contribuyen al mantenimiento de la temperatura de la casa. Por eso se sugiere que las ventanas ubicadas en el sector norte y este de la casa no superen el 4% del área. Este punto es importante porque una buena colocación de las ventanas y del muro puede llevar a un ahorro del 70% en la energía. Hermeticidad de la estructura: Así como es importante el muro, es decir el elemento que almacena la energía, es importante que la energía almacenada no se pierda, por eso el material aislante debe tener un R entre 22 y 38 (22
Muro Nevera: Los muros de agua captan y distribuyen el calor al espacio de forma similar al de obra. La diferencia radica en que la pared de agua, compuesta por tuberías PVC en serpentín, hace que el calor se transmita por medio de ella más por convección que por conducción. 69


Al igual que el caso anterior, la superficie exterior de un muro de agua estará normalmente pintada de negro o de un color oscuro para obtener la máxima absorción solar. De tal forma que la superficie se calienta por la radiación solar y se transforma en corrientes de convección dentro de la pared hacia la superficie relativamente fría de la otra cara, distribuyéndose la energía por todo el volumen del agua. Esta energía cede, a continuación, al ambiente interior por radiación y por convección desde la superficie interior de la pared. Este sistema mantiene temperaturas entre 17 y 21°C en el invierno. Sobre este punto, tenemos otros ejemplos, con recipientes llenos de agua a la radiación solar, denominados como: “muro de bidones”. Los bidones, que por su lado orientados al sol están pintados de negro, captan el calor del sol y lo transmiten después de la puesta del sol al interior de la casa. Temperatura media exterior de invierno

Superficie de pared necesaria por unidad de superficie útil Muro Nevera

Climas Fríos -10ºC 0.55 – 1.00 -7ºC 0.45 – 0.85 -4ºC 0.38 – 0.70 -1ºC 0.31 – 0.55 Climas templados +2ºC 0.25 – 0.43 +5ºC 0.20 – 0.34 +7ºC 0.16 - 0.25 Cuando se utiliza un muro de agua para almacenar calor, debe localizarse en un lugar que reciba radiación directa entre las 10 y 14 horas. Acabar la superficie del depósito expuesto a la radiación solar de un color oscuro, con absorción solar mayor del 60% y utilizando unos 300 Lts de agua por cada metro de ventana captora El almacenamiento en obra puede requerir la radiación repartida sobre una amplia superficie, pero los depósitos de agua pueden absorber calor efectivamente aunque este concentrado con un reflector. Existen dos razones para ello: Primero, el agua es un medio almacenador más eficiente que la obra, un metro cúbico de agua puede almacenar 1,000 kcal por cada grado centígrado de elevación de su temperatura, mientras que el mismo volumen de almacenamiento en hormigón sólo almacena 400 kcl por ºC. Segundo, un muro de agua se calienta más uniformemente, utilizando toda su masa como almacenamiento, mientras que en la obra el calor pasa lentamente de la superficie al interior. Cuando una pared de obra oscura se expone a la radiación directa, la temperatura superficial aumenta rápidamente mientras su interior permanece frío. Como la obra conduce el calor lentamente, solo una pequeña parte de la pared almacena calor. Hacen falta aproximadamente 5 horas para que el calor atraviese 20 cm. de una pared de hormigón Por el contrario, un muro de agua transfiere rápidamente el calor desde la superficie colectora a todo el volumen del agua. Cuando la radiación calienta la superficie del depósito, el agua en contacto con la cara interior se calienta, se convierte en menos densa y asciende. El movimiento del agua produce una corriente de convección que distribuye el calor a través del depósito. Utilizando toda la masa como almacenamiento de calor, la temperatura superficial del muro de agua asciende lentamente comparada con la pared de obra. La transmisión de calor se efectúa bastante más rápidamente en este sistema por la convección en el agua. Además el agua almacena potencialmente más calor que un volumen idéntico de fábrica. Con elementos de aislamiento térmico situados en el 70


exterior puede evitarse el sobre calentamiento en verano y la pérdida de calor en invierno.

Material

Muro de Agua

Coeficiente A ti Conductibilidad Espesor del material 10 17°

20

30

40

50

60

10°

7°

6°

5,5°

5°

RETRASO TERMICO DEL AGUA: El volumen de agua bajo la radiación directa es el principal determinante de la fluctuación de temperatura en el interior a lo largo del día . Para ilustrar este hecho se analizo con ordenador una pared de agua interior con distintas cantidades de agua (grueso de pared) analizando la radiación solar y los datos climáticos de un día soleado de invierno en Nueva Cork. Debe notarse que las fluctuaciones de las temperaturas del aire en el espacio decrecen cuando aumenta el volumen interior. Un espacio con 300 l de agua por M2 de superficie captora presenta una fluctuación de temperatura de 9,5 ºC, mientras que el mismo local con 900 l de agua por M2 de vidrio tiene la variación limitada a 6,5 º C. Este análisis puede extenderse a diferentes latitudes, condiciones climáticas, relaciones de superficies de vidrio y superficie de suelo y pérdidas de calor del edificio.

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Cubiertas estanque: Los techos solares, son techos de almacenamiento térmico, son semejantes a las paredes solares. Los depósitos de agua, sacos de plástico finos, están soportados por el forjado (plancha metálica) que ha su vez sirven como techo de la habitación interior. Estas bolsas de agua semejante a las “camas de agua” y expuestas a la luz solar absorbe, almacena y distribuyen calor. Este calor desciende libremente a través de la cubierta del soporte hacia la vivienda, caldeándola lentamente. Este sistema resulta igual de práctico como calefacción en invierno y como refrigeración en verano. El control se efectúa mediante compuertas o postigos móviles, permitiendo, durante el invierno, la exposición diurna de los sacos de agua que absorben calor y lo transfiere al ambiente interior. En invierno, los sacos de platico quedan expuestos a la radiación solar durante el día y recubiertos con paneles aislantes durante la noche. El calor recogido en los sacos se irradia directamente desde el techo al espacio interior. En verano, se invierte el uso de los paneles, recubriendo los sacos durante el día por protegerlos del sol y del calor, y sacándolos por la noche para refrigerar el agua por convección natural con el aire frío y por radiación hacia el cielo claro nocturno. Normalmente, los techos solares, tienen una profundidad de 20cm. A 30cm. Los estanques solares siempre son planos, pero orientados hacia el norte del edificio. Los estanques solares mantienen unas temperaturas interiores muy estables. Durante el invierno y el verano las temperaturas oscilan normalmente entre 15 y23° C cuando las temperaturas medias diarias fluctúan entre los 3 y los 25°C. Como la cubierta-estanque actúa en general como una combinación de colector solar, disipador de calor (para refrigeración en verano), sistema de almacenamiento y superficie radiante, la superficie requerida varía que según que los volúmenes de agua se utilicen para calefacción o refrigeración, el tipo de aislamiento móvil y el tipo de acristalamiento, así como según el clima, la latitud y la carga térmica del edifico. Para calefacción, las relaciones recomendables de superficie de cubierta captora con la superficie interior útil, son las de la tabla siguiente: Temperatura Media -10/-4 -4/+2 +2/+7 Exterior (ºC) Estanque bajo doble 0.60 – vidrio con aislamiento 0.85 – 1.00 0.90 nocturno Estanque bajo vidrio 0.33 – simple con aislamiento 0.60 nocturno y reflector Estanque bajo doble 0.25 – vidrio con aislamiento 0.50 – 1.00 0.45 nocturno y reflector Captor inclinado al norte 0.60 – 1.00 0.40 – 0.60 0.20 – 0.40 con aislamiento nocturno Se elegirá en cada caso la relación adecuada según la latitud. Para latitudes bajas se utilizaran los valores más bajos y para las más altas los mayores. Las cubiertas estanque requieren el esfuerzo de los reflectores para latitudes mayores a 36º Debido a la especial integración de las cubiertas-estanque con la arquitectura, especialmente en lo que hace referencia a la estructura, cubierta y falso techo, existen muchos detalles que requieren consideración especial.

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En un sistema de cubierta estanque la masa térmica se sitúa en la cubierta del edificio. Los depósitos de agua (sacos de plástico fino) están soportados por el forjado (normalmente de plancha metálica que a su vez sirven como lecho de la habitación inferior. Sirven en invierno como en verano.

Invernaderos: Son sistemas combinados, en donde un ambiente solar, consiste esencialmente en una combinación de sistemas de la calefacción solar directos e indirectos. Los invernaderos constituyen las habitaciones solares más comunes. Entre los ejemplos de habitaciones solares se pueden citar los invernaderos, los solariums y los porches solares. En este caso se construye un invernadero adosado hacia el norte del edificio, con una pared pesada separando el invernadero del edificio. La radiación solar es captada por los cristales orientadas hacia el norte y en donde almacenan por las superficies adyacentes (paredes, suelos). Las masas acumuladoras se pueden integrar a este sistema de distintas maneras. El modo más sencillo es realizar los paramentos orientados al interior del edificio y las superficies del suelo en materiales macizos, con un espesor suficiente (por ejemplo, muro de ladrillo, muros de hormigón o respectivamente suelos de barro recocido), cuyas superficies deberán de ser oscuras para mayor absorción calorífica. Para obtener un máximo de luz solar, y para un mínimo de pérdidas de calor por la noche, se utiliza conjuntamente con doble acristalado. El acristalamiento de los ambientes solares debe disponerse verticalmente o inclinado no más de 30° de la vertical (como mínimo 60° de la horizontal). Las masas de almacenamiento térmico moderan las fluctuaciones de las temperaturas, ofrecen una temperatura más estable para el crecimiento de las plantas e incrementan el rendimiento general la calefacción. La mayor parte de las habitaciones solares de mejores resultados se encuentran separadas de la casa por medio de un grueso muro que almacena calor. El muro construido de hormigón, piedra, ladrillo o adobe, conduce hacia el interior de la casa (lentamente). Al mismo tiempo, el muro solar, mantiene mas fresca la habitación solar durante el día y mas caliente por la noche. Otro de los criterios, sobre las habitaciones solares estriba en pensar en ellas como en espacios relativamente importantes que estén incorporados a la vivienda, en lugar de adosadas a la misma. Estas formas de contemplarlas presentan cierto número de ventajas: El calor se trasladara con facilidad de la habitación hacia los ambientes restantes. Proporcionará mayor incidencia de luz natural hacia el interior de la vivienda. El ambiente solar, podría ser núcleo principal de articulación e integración de espacios, en donde puede ser aprovechado para mesetas, plantas, para contrarrestar la sequedad del microclima sobre todo en invierno. Estos ambientes deberán de contener sistemas de ventilación para los momentos de excesivo calor o humedad (verano), o de exceso de dióxido de carbono. Se proporcionará también en el piso de lechos de piedras para el almacenamiento y luego mediante ventiladores, pueden ser impulsados el aire caliente, en donde la irradiación de calor a través del suelo resulta mucho mas efectiva y confortable.   

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Según los experimentos realizados por Martín Evans, el dimensionamiento y cálculo exacto del rendimiento de los invernaderos es complejo ya que la cantidad de energía proporcionada dependerá de distintas variables: latitud, clima, masa térmica de almacenamiento y características proyectuales del invernadero y del ambiente al que se adiciona. En climas fríos 73


se recomiendan valores entre 0,65 a 1,5 m2 de vidrio doble por m2 de superficie útil del local a calefaccionar. En climas templados los valores oscilan entre 0,33 a 0,9 m2 de superficie útil. Se considerará aceptable una temperatura media de 18 – 21°C . En la mayoría de los climas un invernadero adosado bien construido recogerá, en un día despejado de invierno, más energía de la que requiere su calefacción. Por ejemplo, un invernadero situado en Nueva York necesita 1959 kcal por M2 de superficie vidriada (doble vidrio), para conseguir una media diaria de temperatura de 18ºC. Por otro lado, los aportes diarios de radiación solar por metro cuadrado de doble vidrio son aproximadamente de 3850 kcal, o sea casi el doble de las necesidades del invernadero. Una parte de esta energía sobrante puede conducirse a través de la pared de separación entre el invernadero y el edificio. De esta forma, un invernadero adosado tiene un potencial de energía para calentar el ambiente contiguo. |Como un invernadero es básicamente un elemento de vidrio, la cantidad de energía captada durante el día depende sobre todo de la cantidad y la orientación del vidrio. La siguiente tabla nos da la superficie de vidrio al norte que el invernadero necesitaría para calentar adecuadamente un metro cuadrado de superpie útil del edificio contiguo durante un día de invierno despejado. Esto nos proporcionará una captación de energía suficiente como para mantener el invernadero y el espacio contiguo a una temperatura media de 18 a 21 ªC. Las superficies aproximadas de vidrio doble para climas fríos y templados se dan para combinaciones de invernadero/edificio con una pared de obra común con una pared de obra común o una pared de almacenamiento de agua entre los espacios. Temperatura exterior media de invierno (ºC) (grados-día mensuales) Climas Fríos -7ºC -4ºC -1ºC Climas templados +2º C +5º C +7ºC

Superficie del vidrio del invernadero en relación a la superficie útil interior

Muro Obra

Muros de Agua

0.90 – 1.50 0.78 – 1.30 0.65 – 1.17

0.68 – 1.27 0.57 – 1.05 0.47 – 0.82

0.53 – 0.90 0.42 – 0.69 0.33 - 0.53

0.38 – 0.65 0.30 – 0.51 0.24 – 0.38

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B) ESTRATEGIAS REFERIDAS A LA SELECCIÓN DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. La decisión de usar unos materiales u otros puede tener un gran impacto en el desempeño térmico y energético de los edificios. No todos los materiales son iguales, y no todos los materiales tienen el mismo comportamiento ante diferentes condiciones ambientales. Por otro lado algunos materiales tienen cualidades que, si se aprovechan, pueden ayudar a resolver las exigencias climáticas a las que se ven sometidos los edificios. Podemos afirmar que conocer con cierto detalle las características térmicas de los materiales empleados en la edificación resulta indispensable para tomar decisiones de diseño adecuadas. En los siguientes artículos estudiaremos algunas de esas características, incluyendo las propiedades térmicas básicas (conductividad, inercia térmica, reflectibilidad), las propiedades superficiales (absortividad, emisividad, reflectividad...), así como los conceptos de aislamiento y masa térmica.

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Es la propiedad que tienen los materiales de transmitir el calor intermolecularmente, por la diferencia de temperaturas en dos caras opuestas. Para determinar la cantidad de calor que pasa a través de un elemento arquitectónico se utiliza la siguiente expresión: CT = U x S x (AT) Donde: CT = Calor que pasa por una superficie. U = Coeficiente de transmisión del calor. S = Superficie en M2. At = Diferencia de temperatura entre el interior y el exterior.. Cuando los elementos constructivos de compones de diversos materiales, por ejemplo tabique, yeso y aplanado de cemento, se emplea la siguiente expresión para determinar el coeficiente de transmisión de calor: 1 1 U = ---------------------------------------------------------- = -------------1/fe + 1/fi + ei/k1 + e2/k2 + …….. en/kn

R

T

U = Coeficiente de transmisión del calor. fe = Coeficiente de convección exterior = 3v+10 (v= velocidad del viento). fi = Coeficiente de convección interior (8 Kcal/Hm2 ºC para superficies verticales y 6 Kcal/Hm2 ºC para superficies horizontales). e = espesor de los materiales. R = Coeficiente de conductividad térmica. RT = Resistencia al paso del calor. CONDUCTIVIDAD E INERCIA TÉRMICA: La conductividad indica la cantidad de calor que pasa por una superficie en cierta unidad de tiempo y por cada grado de temperatura. La inercia térmica indica el tiempo que tarda en fluir el calor almacenado en un muro o una techumbre. CONDUCTIVIDAD E INERCIA TÉRMICA DE ALGUNOS MATERIALES MATERIAL CONDUCTIVIDAD INERCIA TÉRMICA AIRE 0.021 5.45 AGUA 0.50 61.8 LADRILLO 0.63 31.5 75


PIEDRA CONCRETO TEZONTLE ADOBE TIERRA SECA MADERA SECA MADERA PRENSADA CORCHO VIDRIO FIBRA DE VIDRIO

1.56 1.3 – 1.5 0.16 0.50 – 0.70 0.50 0.10 – 0.12 0.07 0.037 1.25 0.03

21.8 30.1 1.54 58.0 72 67 46

CONDUCTANCIA TÉRMICA ( C ): Se llama “C” (W/m2 -ºC), a la relación K/L, que expresa la cantidad de calor que se transmite de una superficie a otra del cerramiento, en régimen estacionario , por unidad de tiempo y por unidad de área cuando la diferencia entre las temperaturas de las dos superficies es igual a la unidad. ABSORTIVIDAD Y ABSORTANCIA: La absortividad es la propiedad de un material que determina la cantidad de radiación incidente que puede absorver. La absortancia, por otro lado, representa en sí la fracción de radiación incidente que es absorbida por un material, con valores que van de 0.0 a 1.0 (aunque también se puede expresar en términos de porcentaje, de 0% a 100%). La absortancia, en ocasiones denominada absorción superficial, depende fundamentalmente del color y el acabado de los materiales. La absortancia puede ser establecida en relación con radiaciones de diferentes longitudes de onda. Debido a ello es común encontrar tres formas distintas de absortancia: solar, visible y térmica: La forma más común se refiere a la absortancia solar, la cual incluye el espectro visible, el infrarrojo y el ultravioleta. Este parámetro generalmente se usa para estimar la forma en que la radiación solar afecta el balance térmico de las superficies (exteriores e interiores) de los elementos constructivos. En la tabla incluida abajo se indican los valores de absortancia solar de algunos materiales constructivos. Otro parámetro se refiere a la absortancia visible. Esta representa la fracción de la radiación visible incidente que es absorbida por un material. En ese sentido el rango de longitudes de onda considerado es mucho más estrecho que en el caso de la de radiación solar, ya que no se incluye el espectro infrarrojo ni el ultravioleta. Este parámetro también afecta el balance térmico superficial, aunque generalmente se emplea en los cálculos de iluminación. Un tercer valor es el de la absortancia térmica, el cual se puede considerar un parámetro equivalente a la emitancia. La absortancia térmica representa la fracción de la radiación incidente de onda larga (longitudes de onda infrarrojas) que es absorbida por un material. Este parámetro afecta el balance térmico superficial, pero suele usarse para calcular los intercambios de radiación de onda larga entre varias superficies. Al igual que en los casos anteriores, los valores de la absortancia térmica van de 0.0 a 1.0, donde 1.0 representa las condiciones de un cuerpo negro ideal, el cual absorbería (y emitiría) toda la radiación de onda larga incidente.

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C) ESTRATEGIAS REFERIDAS A LA SELECCIÓN DE LOS COLORES Y TEXTURAS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. Porcentaje de reflexión: El recubrimiento negro no refleja ningún color y absorbe casi toda la radiación solar (90 a 98 %). En la vida cotidiana, como hemos dicho antes, se aprovecha esta propiedad cuando nos vestimos con colores oscuros en invierno; y en el verano, de color blanco, ya que refleja casi todas las longitudes de onda (15 a 40 %). Todos los otros colores están en porcentajes intermedios en proporción a su tono y brillo. En síntesis, el color de una superficie da una buena indicación de la absorción de la radiación solar. La absorción decrece y la luz reflejada aumenta con la claridad del color, pero el color no indica el comportamiento de una superficie con respecto a la radiación que pueda emitir en virtud de su temperatura. Por ejemplo, las pinturas negras y blancas tienen muy diferentes poderes de absorción de la radiación solar y una superficie negra se vuelve más caliente por la exposición al Sol; pero las emisiones de onda larga de los dos colores son iguales y se enfrían igualmente en la noche por radiación a la bóveda celeste. Para la absorción y la reflexión de los rayos de onda larga (térmicos), tienen mayor importancia el estado de la superficie que el color. Independientemente del color, la reflexión de las superficies lisas y pulidas es muchas veces superior que el de las rugosas. En resumen, el color de una superficie influye en la capacidad de reflexión y de absorción de la radiación solar. El estado de la superficie (lisa o rugosa) influye en la capacidad de reflexión y absorción de la radiación del infrarrojo lejano. REFLEXION DE LA RADIACION SOLAR EN FUNCION DEL COLOR DE UNA SUPERFICIE COLOR % REFLEJADO BLANCO CAL 80 AMARILLO LIMÓN 70 AMARILLO ORO 60 AZUL CLARO 40 – 50 ROSA SALMÓN 40 GRIS CEMENTO 32 ANARANJADO 25 – 30 BEIGE 25 VERDE VEGETAL 20 LADRILLO 18 ROJO 16 NEGRO 5 D) ESTRATEGIAS REFERIDAS A DETERMINACIÓN DE LA ORIENTACIÓN Y FORMA DEL EDIFICIO: Los principios básicos de conservación de energía para una edifico solar pasiva son su forma y orientación, así como la distribución de los espacios interiores. La forma del edificio afecta a la relación entre pérdidas de calor y ganancias solares, y el objetivo que debe perseguirse es mantener una baja relación de la superficie exterior de piel con el volumen interior, construyendo un edificio compacto que no debe desparramarse por el terreno. La captación del edificio debe elegirse, obviamente para captar la radiación solar, lo que representa que debe orientarse al Norte verdadero (no magnético) +/- 15º de variación aceptable (Caso del hemisferio sur). El eje mayor del edificio debe orientarse de este a oeste, permitiendo una gran superficie orientada al norte, fachada en la que se coloca la mayor parte o todas las zonas principales, porque en invierno se puede aprovechar que reciba el máximo horas de sol de 9 a 3 p.m. (hora solar invierno). 77


La distribución de las zonas habitables debe favorecer la función conservadora de energía del edificio, mientras esto no perjudique las ventajas directas de los aportes solares y la circulación natural. Un importante logro en la distribución consiste en colocar todas las zonas de poco uso y los locales no calefactados a lo largo de la fachada sur, donde puedan servir como barrera entre la fachada y los principales espacios habitables. Estos locales incluyen zonas de almacenamiento, despensas, armarios, vestíbulos y cuartos de servicio. Cuando se proyecta un garaje también debe colocarse como pantalla. En invierno cuando el sol se pone hacia el norte, con un ángulo de altura de 35 º 30” (Caso de Huancayo), es cuando el calor del sol se capta a través de grandes superficies orientadas hacia el norte y se absorbe y se almacena en gruesas paredes o suelos de albañilería o en depósitos llenos de agua. Entonces el calor se distribuye por todo el edificio mediante la convección natural, siguiendo las leyes propias de circulación del aire. Mientras que, en verano, el sol se pone hacia el sur de 11º 30 respecto con la vertical, es cuando el diseño del edificio reduce la entrada de la luz y calor del sol y favorece la ventilación de los espacios habitables y así brindar al usuario el confort necesario para el desarrollo físico y psicológico. Acceso al sol: Idealmente un edificio debería orientarse hacia el norte geográfico +/- 15º. El 21 de junio, el día más corto del año, el sol alcanza su nivel más bajo en el cielo (altura angular de 35º30´) y las sombras tienen su máxima longitud. El edificio debería recibir toda la radiación entre las 9 y 15 horas. La superficie captadora no deberá quedar sombreada por árboles y accidentes topográficos ni por otros edificios durante esas horas, que constituye el periodo de máxima captación de la radiación solar. La radiación captada antes de las 9 de la mañana o después de la 3 de la tarde también tiene cierto valor y el acceso del sol estará condicionado según existan o no ventanas al este o al oeste para captarlo. . Una ventaja del sol de la mañana es que puede proporcionar un rápido calentamiento de una zona de desayunos orientada al Este. Se asegura también que las zonas externas y jardines reciban un adecuado solar en invierno. Se distribuirán los riesgos de obstrucción para futuras edificaciones vecinas. La forma y orientación de la fachada sur: La fachada al sur, es la más fría, sombreada y menos utilizada, debido a que no recibe la radiación solar directa en la mayor parte del año y sobre todo en invierno, para tal efecto se podrían plantear aberturas en la parte superior (farola) que lo conformará el “patio solar” para que de tal forma puedan ingresar los rayos solares, para equilibrar las temperatura invernales. Mientras que al lado sur en los meses de verano si tendrán la incidencia directa de los rayos solares con un ángulo de 11º 30 de la vertical. Para tal efecto las aberturas deben conformarse de manera que su cara sur contenga menor la proporción de estas aberturas a diferencia de la cara norte que debe contener la mayor proporción.

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Se considera como forma general de un edificio el conjunto de las características geométricas y volumétricas que lo definen: Compacidad: se refiere al grado de concentración de las masas que lo componen. A mayor compacidad menor es el contacto de la superficie de la envolvente con las condiciones exteriores. Por un lado significa menores posibilidades de captación de radiación, y por otro, menos posibilidades de pérdida de energía. En los edificios más compactos hay también pocas posibilidades de ventilación y aparecen espacios centrales alejados del perímetro. Porosidad: proporción entre el volumen lleno y vacío de un edificio, nos indica cuál es la proporción de patios existentes en un edificio en relación con su volumen total. Un edificio con un grado de porosidad grande significa que tiene muchas superficies de intercambio con el exterior, con lo que es más difícil aislarlo de las condiciones exteriores. Pero también es más fácil conseguir una buena ventilación de las zonas interiores del edificio. Los edificios con alta porosidad ofrecen posibilidad de crear espacios intermedios con un microclima propio, que pueden ser útile s para aumentar la humedad del ambiente. Esbeltez: proporción general del edificio, desde el punto de vista de lo alargado que sea en sentido vertical. A más esbeltez, menos superficie de contacto con el terreno y mayor exposición climática. En general, no hay climas donde sea recomendable una esbeltez más grande. La configuración formal y volumétrica del edificio determina la relación de éste con el exterior: posibilidades de aportación solar, exposición a vientos y superficie de intercambio térmico con el exterior. En climas extremos resulta adecuada una mayor compacidad de la edificación para limitar el intercambio térmico con el exterior, mientras que en climas más temperados son admisibles formas más abiertas al exterior. La forma y volumetría influyen asimismo, junto con la organización interior, en la posibilidad de desarrollar estrategias de ventilación efectivas. La arquitectura popular ha conseguido proporcionar una respuesta adecuada frente a las condiciones ambientales exteriores; la forma y situación de la edificación, el dimensionado de huecos en función de necesidades solares, la utilización de elementos de protección frente a los vientos dominantes de invierno y la elección de sistemas constructivos ligeros o pesados proporcionan una valiosa información acerca de las estrategias bioclimáticas a emplear en nuevas edificaciones.

E) ESTRATEGIAS REFERIDAS A LA DISPOSICIÓN DEL EDIFICIO EN EL TERRENO: La disposición de los edificios en el terreno está básicamente referida a la disposición compacta y dispersa de cada uno de los compontes de los edificios. 79


Esta decisión naturalmente tiene que ver con las características climáticas del lugar; en climas fríos, caracterizados por temperaturas bajas en invierno y suaves o frescas en verano las edificaciones se agrupan, protegiéndose mutuamente del viento o se entierran. Son construcciones compactas, herméticas y fuertemente aisladas, con el mínimo de superficie expuesta al frío exterior para mantener el calor generado en el interior. En climas cálidos, caracterizados por las altas temperaturas durante el día y confortables o frescas durante la noche en el verano, en aconsejable que los componentes de la edificación se dispersen, de tal manera que haya una fluidez del viento por toda la edificación, produciéndose procesos de refrigeración.

Edificación compacta

Edificación dispersa.

3.2 CONFIGURACIÓN DEL ANTEPROYECTO ARQUITECTÓNICO BIOCLIMÁTICO:

80


3.2 CONFIGURACIÓN DEL ANTEPROYECTO ARQUITECTÓNICO BIOCLIMÁTICO:

La mayoría de los métodos manuales fueron desarrollados a partir de resultados derivados de complejos métodos informáticos. La precisión obtenida depende de la variación de los fenómenos climáticos, del comportamiento de los usuarios, así como de los tantos parámetros imprevisibles, incluso en modelos muy sofisticados. Para un periodo mensual, se prevé una variación del 6 al 8% entre el comportamiento térmico de la construcción y los pronósticos por medio de métodos básicos de cálculo. Presentamos el método desarrollado por Edgard Mazria en 1979. Su principal atractivo radica en la simplicidad, que también es su limitación, sobre todo cuando el edificio se vuelve complejo. Sin embargo permite un buen pronóstico de la eficacia del sistema: Este método se desarrolla en cinco etapas: ETAPA 1: Cálculo de las pérdidas de calor en invierno: Si el sistema debe dar resultados en la estación más fría, se toma un día claro representativo del mes más frío. Si no, se puede escoger otro periodo de referencia. Pérdidas a través de cada pared: (muros, área de vidrio, techo, suelo) -----------------------------------------------------------------------d (área) = K . A (área de cada superficie) (en W/ºC) -----------------------------------------------------------------------d = Pérdidas en W/ºC K = Conductividad del área en W/m2/ºC A = Área de cada superficie en m2. Pérdida de calor a través del suelo:

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Por convección, un intercambio con el suelo se define teniendo como temperatura a 10 metros de profundidad la temperatura promedio anual del lugar considerado. Con una conductividad de la tierra del orden de 2 W/m2/ºC, tenemos: K suelo tierra = 0.5 W/m2/ºC (para una capa de 10 metros de profundidad). Pérdidas por renovación del aire: Se utiliza la fórmula: -------------------------------------------d renovación = 0.34 . N. V (en W/ºC) -------------------------------------------N= Tasa de renovación de aire. V = Volumen de aire interior en M3. Tenemos: _________________________ d Total = d área + d renovación -----------------------------------------Finalmente para obtener un método comparativo se reduce este poder de pérdida a un coeficiente global de pérdida (F) expresado en watt-hora por día por m2 de suelo y por grados, tal que: ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------d total F = ------------------------- 24 horas (Wh/día m2/ºC) Área de piso -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------TABLA RESÚMEN DEL CÁLCULO. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Elemento A(m2) x x K(W/m2/*ºC) = Muros de fachada x x = Techo x x = Suelo x 0.5 = Puerta x x = Vidriera x x = Renovación de Aire. x N . 0.30 (Wh/m3/ºC) = d TOTAL = W/ºC y enseguida cálculo de F (W/m2 piso/ºC) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ETAPA 2: Cálculo de los aportes Solares: En un primer momento, se determina la energía Solar para el conjunto de las vidrieras, tanto de las que dejan pasar directamente la luz hacia el interior, como de las que están colocadas delante de un muro de unión. Se distinguen dos aportes directos: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------GD = A . I. factor de corrección ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------GD = aportes solares directos (ganancias directas) A = Área de las vidrieras en m2 que no esta en sombra. 82


I = aporte solar por m2 de vidriera en Wh/día. Aporte indirectos: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------GI = A .I . p ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------GI = Aportes solares indirectos (ganancias indirectas) A = Área de las vidrieras en m2 de que no esta en sombra. I = aporte solar por m2 de vidriera en Wh/día. p = Porcentaje de la energía incidente sobre un muro captador que alcanza el interior. “Mazria” escogió expresar “p” por la relación del área captadora con el área del piso del ambie nte que se

quiere calentar. El porcentaje de la energía transmitida o el rendimiento del muro de captación están en función a la calidad del aislamiento del local que requiere calefacción. A título de ejemplo se cita el caso del muro de almacenamiento de mampostería (30 cm de grosor, doble vidrio, superficie exterior negra). En una primera aproximación a los sistemas que utilizan un muro de captación con efecto invernadero, se escogerá p=25%, para los muros medianeros con invernadero adosado p=15%. En seguida se define un aporte térmico total por m2 de espacio de piso (C en Wh/día/m2/de piso): ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------GD GI C = ------------------------ + --------------------Área de piso Área de piso. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ETAPA 3: Determinación de la Temperatura Interior Promedio: Se supone que la temperatura promedio ha alcanzado un equilibrio después de una serie de días idénticos (irradiación, temperatura exterior, vientos, etc). Así, no es necesario tener en cuenta el rol de la inercia de la construcción, estando la temperatura promedio en función del calor que entra en el local y de las pérdidas debidas a su diseño. En un primer momento , no se tiene en cuenta los aportes interno (estufas, habitantes, cocción, etc.). Tenemos entonces: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------C Ti = ------------ + To F ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------C = Coeficiente de aportes térmicos en Wh/día/m2. F = Coeficiente de pérdidas térmicas en Wh/día/m2 piso/ºC. To = Temperatura cotidiana promedio exterior en ºC. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ETAPA 4: Determinación de las variaciones diarias de la temperatura interior Esta etapa es importante pues da una idea de la manera como las construcción responde a condiciones dinámicas. Permite saber en que momento un proceso semejante contribuye de modo más significativo a la calefacción del local, jugando sobre la temperatura ambiente. 83


Para los métodos de ganancia indirecta , se puede proponer una curva teórica de variaciones de la temperatura interior del local que tiene en cuenta características de la arquitectura tradicional de las regiones frías (muros macizos de tierra, aislamiento pobre, techo pesado, reducida profundidad de las piezas). Para las ganancias directas, es difícil evaluar las curvas de variaciones de la temperatura debido a la multiplicidad de los parámetros que interviene.

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CUARTA UNIDAD ACONDICIONAMIENTO LUMÍNICO Describe, identifica y selecciona el marco teórico, los métodos y técnicas del acondicionamiento lumínico orientados al desarrollo del proyecto arquitectónico y/o urbano. TEMA 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.1- LA LUZ NATURAL: Son ondas electromagnéticas, que nos llegan de fuentes naturales principalmente del sol. Estas ondas son similares en cuanto a su naturaleza y velocidad (300.00 Km/seg.), pero difieren en cuanto a su longitud. La luz natural se hace es visible por el ojo humano en rango de longitud de onda entre 3,900 y 7,700 Angstrom (Angstrom = 1/10´000,000 m.m.). el ojo humano es capaz de distinguirlas diferentes longitudes de onda del espectro luminoso y las percibe como el color de la luz, correspondiendo los colores violeta azul a las longitudes más cortas (entre 125 y 3,800 Angstrom) y los colores naranja rojo a las longitudes más largas (.entre 7,800 Angstrom y 1/10 mm.). 125 A

3,900 A

7,800 A

1/10 mm.

4,000 A a 4,900 A ------------------- COLOR AZUL 4,900 A a 6,600 A ------------------ COLOR VERDE 5,600 A a 5,900 A ----------------- COLOR AMARILLO. 5,900 A a 6,300 A ------------------ COLOR NARANJA. 1.1.1- MAGNITUDES DE LA LUZ: NATURAL: La medición de la cantidad de luz se fundamenta en la Intensidad (I), siendo la candela (Cd) una de las unidades fundamentales del sistema Internacional. Existen otras magnitudes derivadas como el Flujo, la Iluminancia o el rendimiento luminoso, que se definen a continuación: Intensidad luminosa (I) es la energía luminosa emitida en una dirección. Su unidad es la candela (cd) , que es una unidad fundamental del S.I., y es aproximadamente la intensidad emitida por una vela. 

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Flujo luminoso (Φ) es la cantidad de energía luminosa emitida por una fuente. Su unidad es el lumen (lm), que es la energía emitida por un foco con intensidad de 1 candela (cd) en un ángulo sólido de 1 estereorradián (1m2 a 1 m de distancia). La Iluminancia (E) o nivel de iluminación es la cantidad de luz que recibe una superficie, su unidad es el lux (lx), que es flujo luminoso recibido por unidad de superficie (lux= lumen/m2). En luminotecnia es muy útil la ley E= Cos φ/d2 La luminancia (L) o brillo es la intensidad (I) o flujo de luz (Φ) emitido por unidad de superficie. Sus unidades son el Stilb (cd/cm2) y el Lambert (lm/cm 2). El rendimiento luminoso (R), es el flujo emitido por unidad de potencia de las fuentes luminosas (lm/W). Por ejemplo, una lámpara incandescente tiene R= 14 lm/W.

La cuatro unidades de la iluminación. 1.1.2.- FUENTES DE LUZ NATURAL: Así como las lámparas de distinto tipo constituyen las fuentes de luz en la iluminación eléctrica, el sol y el cielo son las fuentes de las que se dispone para la iluminación natural. La luz natural llega al interior de un local directa o indirectamente, dispersada por la atmósfera y reflejada por las superficies del ambiente natural o artificial. De la misma manera que una luminaria filtra y distribuye la luz emitida por la lámpara eléctrica que ésta contiene, la luminaria de la luz natural es la envolvente edilicia que admite la luz del sol en el interior de un espacio por transmisión, dispersión o reflexión de la misma. Esto incluye el cielo (bóveda celeste), así como al ambiente externo natural o construido por el hombre. Por lo tanto, el tipo de cielo, las superficies de la tierra, plantas y otros edificios son parte de la “luminaria natural”. Estos elementos pueden hacer variar la

iluminación interior de un momento a otro y de un caso a otro. Un caso extremo se da cuando no hay obstrucción sobre la abertura (ventana) y la luz natural proviene directamente desde el sol o el cielo. Otra situación extrema se da cuando la abertura de un local en altura está enfrentada a un edificio, de modo que no puedan ser vistos desde el interior el cielo y el suelo, en este caso la luz natural resulta de la luz reflejada desde el edificio que se ve desde la ventana. En consecuencia, el sol, el cielo, las obstrucciones naturales (plantas, el terreno, montañas) y las obstrucciones artificiales (edificios, construcciones) contribuyen al grado de variación de iluminación natural de los 86


interiores (Figura 1). Esta variación puede cambiar parcialmente debido al movimiento del sol y los cambios en las nubes y en parte porque el follaje de las plantas y la reflexión del piso cambian con las estaciones del año. TIPOS DE CIELO: Para efectos de diseño lumínico con la luz natural, las condiciones locales de cielo se han clasificado en “nublado”, “parcialmente nublado”, y “claro”, cuyas características describimos a

continuación: Cielo nublado: Está definido como aquel en el que la posición del sol no puede ser determinada debido a la densidad de la cubierta de nubes, la luz es difusa y relativamente uniforme sobre la bóveda celeste. Este cielo es tres veces más brillante en el cenit que en el horizonte y la iluminación es esta uniformemente distribuida alrededor del cenit. Cielo parcialmente nublado: Describe la condición más común. Días que sean tanto uniformemente nublados o perfectamente claros son la excepción. La mayoría de los cielos están entre los extremos de nublado con algunos agujeros claros, y mayormente claros con algunas nubes. Estos últimos son frecuentemente muy brillantes si la luz directa y la reflejada por las nubes están ambas disponibles al mismo tiempo. Cielo claro: En él, la iluminación directa de los rayos solares es extremadamente poderosa en comparación con la reflejada de la bóveda celeste. Sin incluir el sol, el cielo claro es menos brillante que el cielo nublado La distribución de la luz en un cielo claro, con excepción del sol, es opuesta a la del cielo nublado; tres veces más brillante en el horizonte que en el cenit. La luz solar reflejada por el suelo usualmente representa del 10 al 15% del total de la iluminación que llega a una ventana vertical, aun cuando puede ser mayor del 50% cuando la ventana esta oculta de la radiación directa (sombreada).

El principio del diseño lumínico indica trabajar con la condición de cielo local más desfavorable para las condiciones óptimas de iluminación interior. Para el caso del Perú el Reglamento Nacional de Edificaciones identifica la iluminancia exterior de acuerdo a la longitud donde se halla el proyecto según la siguiente tabla: Zona Bioclimática 1 2 3 4

Denominación Desértico costero Desértico Interandino bajo Mesoandino

Iluminación Exterior Promedio 5 500 Lm 6 000 Lm 7 500 Lm 8 500 Lm. 87


5 6 7 8 9

Altoandino Nevado Ceja de montaña Subtropical húmedo Tropical húmedo

9 000 Lm. 10 000 Lm. 7 500 Lm. 7 500 Lm. 7 500 Lm.

1.2.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: Las superficies iluminadas se pueden comportar de manera diferente ante la luz, distinguiéndose las superficies opacas en que la luz se absorbe o refleja, y los materiales traslúcidos en que además otra parte se transmite. Los coeficientes de flujo de luz incidentes se denominan absortancia (α), reflectancia (r) y transmitancia (τ) respectivamente. Α + r + τ = 1 Además, la luz reflejada se puede reemitir en la misma dirección en las superficies especulares, o dispersarse en todas las direcciones en las superficies difusas. En el caso de los materiales traslúcidos, la luz se puede transmitir en la misma dirección en las superficies transparentes o dispersarse en todas direcciones en los materiales opalinos. En la práctica, muchos objetos dispersan la luz de forma combinada, como las superficies satinadas o los materiales esmerilados..

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TEMA 2: CONFORT LUMÍNICO

2.1 CONFORT VISUAL: Nos referimos al hablar de confort a la comodidad o falta de molestia en un ambiente determinado, intervienen en este concepto posibles causas ya que influyen simultáneamente los estímulos de todos los sentidos, además de otros factores difícilmente reconocibles. A pesar de ello clásicamente se analiza, de forma independiente el confort para cada uno de los sentidos principales, como es el caso de la vista. Distinguimos al hablar de confort entre los parámetros, valores evaluables de las características energéticas del ambiente y los factores de confort, que dependen del usuario e influyen sobre la apreciación de los parámetros. El confort dependerá de la relación entre ambos y aunque el diseño arquitectónico influye sobre los parámetros esencialmente, se deberán tener en cuenta los factores del usuario (edad, tipo de actividad, etc.) para adecuar el diseño a su objetivo. Iluminancia La comodidad visual depende, como es lógico en un sentido básicamente informativo, de la facilidad de nuestra visión para percibir aquello que le interesa. En este sentido, el primer requerimiento será que la cantidad de luz (iluminancia) sea la necesaria para que nuestra agudeza visual nos permita distinguir los detalles de aquello que miramos. De acuerdo con esto, el primer "parámetro" es la iluminancia (lx), con valores recomendables que varían según las circunstancias y las condiciones de deslumbramiento (que será el segundo parámetro que se deberá considerar en el confort visual). Deslumbramiento El deslumbramiento, considerado como "parámetro de confort", es el efecto molesto para la visión debido a un excesivo contraste de luminancias en el campo visual. En general, este efecto se debe a que existe una pequeña superficie de mucha claridad (luminancia) en un campo visual con un valor medio bastante más bajo, normalmente a causa de la presencia de una luminaria o de una ventana. El requerimiento mínimo de iluminación interior para el caso peruano, de acuerdo al tipo de actividad y ambiente está indicados en el Reglamento Nacional de Edificaciones asi por ejemplo tenemos: AMBIENTES Norma A 0.40 – Educación Aulas. Talleres Circulaciones. Servicios higiénicos Norma A 0.60 – Industria Oficinas administrativas. Ambientes de producción. Depósitos. Comedores y cocina Servicios higiénicos. Pasadizos de circulaciones Norma A. 0.80 – Oficinas. Áreas de trabajo en oficinas Vestíbulos.

ILUMINANCIA (LUX) 250 300 100 75 250 300 50 220 75 100 250. 150 89


Estacionamientos. Circulaciones. Ascensores. Servicios higiénicos. Norma EM 010 Áreas Generales en Edificios: Pasillos, corredores. Baños. Almacenes en tiendas. Escaleras. Líneas de ensamblaje: Trabajo pesado (ensamblaje de maquinarias). Trabajo normal (industria liviana). Trabajo fino (ensambles electrónicos). Trabajo muy fino (ensamble de instrumentos). Industrias químicas y plásticos: En procesos automáticos. Plantas al interior. Salas de laboratorio. Industria farmacéutica. Industrias del caucho. Inspección. Control de colores. Viviendas: Dormitorios: - General - Cabecera de cama. Baños - General. - Área de espejo. Salas: - General - Área de lectura.

30 100 100 75 100 100 100 150 300 500 750 1500 150 300 500 500 500 750 1000 50 200 100 500 100 500

4.5. FACTOR DE LUZ DÍA: En el caso de los locales con iluminación natural es interesante estimar el Factor de Luz Día (FLD), como la relación entre el nivel de iluminación de cada punto interior del local (Ei) con el nivel de iluminación difusa horizontal al exterior del espacio (Ee): FLD = Ei/Ee x 100 (%). Dicho valor es una constante característica de los huecos, geometría y reflectancia de las superficies del local. Con carácter general se recomienda alcanzar valores de FLD del orden del 3% para usos generales, con lo que dispondríamos entre 300 lux con cielo cubierto y 3 000 lux con cielo despejado. Para usos secundarios no conviene descender el FLD más del 1%, mientras que tampoco suele ser conveniente superar el 9% por exceso de iluminación y por las grandes ganancias o pérdidas de calor debido a una excesiva superficie de los huecos. Así tenemos que por ejemplo se puede tener como referencia los siguientes valores mínimos de los FCL para cada atipo de edificación y por cada tipo de actividad. TIPO DE EDIFICACIÓN

FLD (Mínimo) 90

Texto Universitario - Acondicionamiento Ambiental - Uncp (Reparado)

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