consideraciones climÁticas, forma y materia en el … · coeficiente de retardo : 8 hs. r = 1 hora...

CONSIDERACIONES CLIMÁTICAS, FORMA Y MATERIA EN EL DISEÑO.

MATERIALIDAD II – TALLER DI BERNARDO

DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS

Atender las condiciones

exteriores:

Radiación solar.

Temperatura y humedad.

viento

Forma, modo, manera…

de habitar.

Respuesta humana adaptada

al entorno climático

Definición formal-material del

espacio y la envolvente:

Cerramiento opaco y transp.

Orientaciones.

Compacidad y ot.

CLIMA

Entorno inmediato/mediato

ARQUITECTURA HOMBRE

(Cultura)

20

25

30

40

35

45

50

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12 -12

0 +6-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

-12-12-6+120 +6-6+12+6

25

20

te

te

DISEÑO ENVOLVENTE

ARQUITECTÓNICA.

OPACO TRANSPARENTE

Ladrillo 30cm vidrio simple

Temperatura exterior: te F= (te – ti) / R

F=(te-ti) * k

Temperatura interior: ti

CLIMA HABITAR: Confort higrotérmico

DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS:Variable térmica.

Cerramiento opaco o tranparente

Transmitancia (k): 1.85 W/m2K 5.8 W/m2K

pared / vidrio es 3 veces más aislante

(sin contemplar el efecto Radiación solar)

20

25

30

40

35

45

50

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12 -12

0 +6-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

-12-12-6+120 +6-6+12+6

25

20

te

te

DISEÑO ENVOLVENTE

OPACA ARQUITECTÓNICA.

Variable: TERMICA

Temperatura exterior: te F= (te – ti) / R Temperatura interior: ti

CLIMA HABITAR: Confort higrotérmico

DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS:Variable térmica.

Cerramiento opaco

ENVOLVENTES: GRUESAS+PESADAS+POROSAS O

DELGADAS+LIVIANAS+IMPERMEBLES.

• Decisiones materiales: tecnológico constructivas

MASIVAS (pesadas) / AISLANTES (livianas)

GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE

DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS

Mampost. Ladrillos y hormigones

comunes.

1500 a 2500 kg/m3

Poliestireno expandido, lana de vidrio, lana

mineral, poliuretano (espuma rígida)

Ejemplo: pol.ex. 30 kg/m3

F= (te – ti) / R



Manifestación pulso de energía

(térmico):

a) Desplazado temporalmente:

“retardo térmico”

b) Atenuado (valores medios):

“amortiguamiento térmico” o

“atenuación térmica”

a) + b) = “inercia térmica”

F= (te – ti) / R

Manifestación pulso de energía

(térmico):

a) No hay desplazo temporal

significativo: “retardo térmico”

b) “amortiguamiento térmico”

a) + b) = “respuesta prácticamente

instantánea” (no hay inercia, no hay

acumulación)

GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico”


Manifestación interna del pulso externo de energía

(térmico):

a) Desplazamiento temporal: “retardo térmico”

Correlación entre retardo y espesor.

p/ H°A°….aprox. 3cm/h

GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico y amortiguamiento”


Difusión térmica en un sólido:

Simulación gráfica realizada por Dr. A. Hernandez, INENCO-Salta.



En distintos materiales masivos: la velocidad de

propagación en el sólido y la amplitud térmica serán:

Material Conductividad

k (W/m °C)

Densidad

ρ (kg/m3)

Calor específ.

Cp (J/kg °C)

Velocidad de

propag. (cm/h)

Ladrillo 0,72 1.920 835 2,9

Hormigón 1,4 2.300 880 3,6

Piedra bola

(caliza)

2,15 2.320 810 4,6

Granito 2,79 2.630 775 5,1

Cuarciza 5,38 2.640 1.105 5,9

GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo y amortiguamiento”


Propagación en función del espesor.

¿ para un pulso de energía variable intensidad?

Supongamos: una Te a lo largo del día de 1C a 15C.

Simulación gráfica realizada por Dr. A. Hernandez, INENCO-Salta.



En Hormigón para distintos espesores:

la velocidad de propagación en el sólido y la amplitud

térmica serán:

Retardo generado por la acumulación de calor en la masa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Hora

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

0 cm

10 cm

15 cm

20 cm

25 cm

30 cm

40 cm



En los sistemas constructivos masivos: acumulación

de calor.




de calor.

Invernaderos

En los sistemas constructivos masivos: acumulación de calor.

Principios: a) asegurar ganancia térmicas (orientación).

b) disponer reservorios de acumulación (masa)

c) minimizar pérdidas.




de calor.

Muros colectores acumuladores.

Mismo principio: ganancia + acumulación + evitar pérdidas.

Opciones: a) acumulación en masa constructiva

(ladrillo, piedra, hormigón…)

b) en agua ( calor específico x5)

c) con ventanillas.


INERCIA / AISLACIÓN


DISEÑO DE ENVOLVENTES: CRITERIO DE ELECCIÓN

(TÉRMICA)

Mampost. y hormigones comunes.

1500 a 2500 kg/m3




• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]

GRUESA + PESADA + POROSA

“INERCIA TÉRMICA”

(ACUMULACIÓN)

FINA + LIVIANA + IMPERMEABLE

“AISLACIÓN”



gruesa + pesada + porosa

fina + liviana + impermeable

OPACAS TRANSPARENTES

DISEÑO DE ENVOLVENTES

INTERCAMBIO TÉRMICO (Particiones Livianas)………………..Tsa

FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ W/m2 ]………………………………… F = ( te – ti )

R

F = 1 ( te + a E Re ) – ti

R R

Tsa = te + aE Re

F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano opaco

F = “ calor aire “ + “ calor del sol “ + “ transmisión calor “ ………..(enunciado gral.)

F = ( te – ti ) + ( a E Re ) + sE

R R

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re ) + sE

R R

En caso de paneles opacos

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re )

R R

ENVOLVENTES: OPACAS LIVIANAS

FLUJO TERMICO

Tsa= te +a.E.Re

20

25

30

40

35

45

50

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12 -12

0 +6-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

-12-12-6+120 +6-6+12+6

25

20

te

te

Evolución temperatura exterior en un dia de diseño (DD)

✓para cielo claro – Modelo JB78a

✓Sin considerar orientación.

Temperatura exterior DD

Tsa para plano vertical OESTE

Tsa= te +a.E.Re

20

25

30

40

35

45

50

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12 -12

0 +6-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

-12-12-6+120 +6-6+12+6

25

20

te

te

FLUJO TERMICO

+60 +12 -6-12 -12-12

-6+120 +6-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

-12-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

-12-6+120 +6

20

25

+6 +12 -6-12

te

tsa

Evolución temp. diaria + efecto de la radiación solar

a (absortancia) = 0.50

Temperatura sol aire : Tsa = te + a E Re

FLUJO TERMICO

-12-6+120 +6

-12-12-6+120 +6-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

20

25

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12

tsa

tsa

Temperatura sol-aire : Tsa

Radiación hora-hora diaria. (BT55V+CSH)

Temperatura sol aire Tsa

INTERCAMBIO TÉRMICO


en caso de paneles opacos livianos:

F = 1 ( te + a E Re ) – ti

R R

Tsa = te + a E Re

F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re )

R R


gruesa + pesada + porosa

fina + liviana + impermeable

OPACAS TRANSPARENTES


FLUJO TERMICO (panel pesado o másico)

50 50

-12-12-6+120 +6-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

te

te -

Evolución temperatura exterior en un dia de diseño (DD)

✓ temperatura exterior media

Temperatura exterior DD

FLUJO TERMICO

50

45

20

25

30

40

35

45

50

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12

tsa

tsa

-tsa

--

-12-12-6+120 +6-6+12+6 +6 +12

-12

Temperatura sol aire Tsa y Temperatura sol-aire media

FLUJO TERMICO (Panel Pesado de 32cm de espesor)

RETARDO DE 8 Hs

--tsa-

-12-12-6+120 +6-6+12+6

50

45

35

40

30

25

20

tsa (retraso en tiempo)

Temperatura sol aire Tsa para panel opaco y macizo con retardo

Coeficiente de Retardo : 8 hs.

r = 1 hora / 4 cm de espesor (JB78)

FLUJO TERMICO

-12-6+12

tsa (retrazo en tiempo)

20

25

30

40

35

45

50

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12

-tsa

--

AM

OR

TIGU

AM

IEN

TO

RETARDO DE 8 Hs

Temperatura sol aire pesada Tsap para panel opaco y macizo

Coeficiente de Amortiguación: 0.25

a = 2 hs. / retardo

FLUJO TERMICO

20

25

30

40

35

45

50

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12

tsa

--tsa-

tsap

Tsa Tsap y Tsa (media)

Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media) F = ( Tsap –Ti ) / R

INTERCAMBIO TÉRMICO (en caso paneles opacos)


F = 1 ( te + a E Re ) – ti

R R

Tsa = te + a E Re


Tsa = te + a E Re

F = ( Tsap - Ti ) / R panel pesado

Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media)

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re )

R R

sE

INTERCAMBIO TÉRMICO (en caso paneles opacos y TRANSPARENTES)



Tsa = te + a E Re

F = ( Tsap - Ti ) / R panel pesado

Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media)

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re ) + s ER R

panel transparente





Mampost. Ladrillos y hormigones

comunes.

1500 a 2500 kg/m3

Sup. transparentes






GRUESO-PESADO-POROSO /…………………………/ DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE

SITUACIONES INTERMEDIAS

masa compacta Aire quieto


• Decisiones materiales tecnológico constructivas: LIVIANO (no masivo)

• F = (te – ti) / R

• R = e / l

Taller Di Bernardo


• R total = R1 + R2 + R3.....+ Rsuperficiales interna y externa

• F = (te – ti) / Rtotal

La inversa de la resistencia térmica (R) indica la transmitancia térmica K (W/m2 °C).



R : Resistencia [ h m2 c / Kcal ] o [m2 c / w]

R = e / l

l : conductividad [ Kcal . m / h m2 ºc ] [w m / m2 c]

(Norma IRAM 11.601)

Re y Ri : Resistencia superficiales (*)

(*) ver sentido del flujo térmico

R Total = Re + R1 + R2 + R3 + ……. + Rn + Ri

F = ( te – ti )

R

DISEÑO DE ENVOLVENTES: Cubiertas

• Decisiones materiales: tecnológico constructivas: SÓLIDO (masividad)

• F = (te – ti) / R

• R = e / l


Calor por unidad de superficie (Potencia:W/m2) depende de laconductividad térmica l (W/m °C) del material, del espesor y la difusividad.



Conductividad térmica.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Conductiv

idad Térm

ica [

W/m

ºK]

Densidad aparente [kg/m3]

hormigones de alta densidad

mampostería de ladrillos y bloquesmacizos

hormigones de baja densidad

mampostería de ladrillos y bloquescerámicos huecos

bloques de hormigón hueco

Datos IRAM N° 11.601/2002

MAS

HOMO

GENEO

S

MENOS

HOMO

GENEO

S

Difusión de un pulso de calor dentro de un sólido

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Distancia desde el borde (cm)

Tem

peratu

ra (

°C

)

Fuente: Dr. A. Hernandez


Difusividad MAT. HOMOGENEOS

Propagación de una onda térmica de frecuencia diaria

en un sólido

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45

espesor (m)

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Fuente: Dr. A. Hernandez


Propagación: retardo y amortiguamiento

En régimen no estacionario.

• Decisiones materiales: tecnológico constructivas. SÓLIDO (masividad)

• F = (te – ti) / R

• R = e / l


• Decisiones materiales: tecnológico constructivas. SÓLIDO (masividad)


Amortiguamiento térmico y retardo térmico: INERCIA TÉRMICA.

determinación clima.

Consideración nvolventes opacas y transparentes.

consideraciones climÁticas, forma y materia en el … · coeficiente de retardo : 8 hs. r = 1 hora...

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