ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICAARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA

Conceptos fundamentalesConceptos fundamentales

EDIFICIOEDIFICIO: : Refugio en el que protegerse de las Refugio en el que protegerse de las inclemencias del tiempoinclemencias del tiempo

OBJETIVOS de la CLIMATIZACION DE EDIFICIOSOBJETIVOS de la CLIMATIZACION DE EDIFICIOS• Máximo grado de bienestarMáximo grado de bienestar• Mínimo impacto ambientalMínimo impacto ambiental

• Mínimo gasto energéticoMínimo gasto energético

ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA: ¿Qué es?ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA: ¿Qué es?

• Tiene en cuenta el clima y las condiciones del entorno en la consecución del Tiene en cuenta el clima y las condiciones del entorno en la consecución del confort térmico interior. confort térmico interior.

• Juega solo con el diseño y los elementos arquitectónicos, sin utilizar sistemas Juega solo con el diseño y los elementos arquitectónicos, sin utilizar sistemas mecánicos como sistemas de apoyo.mecánicos como sistemas de apoyo.

I. ASPECTOS ENERGETICOSI. ASPECTOS ENERGETICOS

El El diseño de la casadiseño de la casa puede ayudar de forma puede ayudar de forma importante a captar y acumular la energía importante a captar y acumular la energía

procedente del sol.procedente del sol.

Los materiales reflejan, dejan pasar, y absorben la Los materiales reflejan, dejan pasar, y absorben la energía solar.energía solar.

Acumulan dicha energía térmica diurna y la liberan Acumulan dicha energía térmica diurna y la liberan más tarde según su más tarde según su inercia térmica. .

I. Aprovechamiento de la energía solar: ganancias

Características sistemas de captación:Características sistemas de captación:

- - rendimientorendimiento ( ( % energía aprovechada) % energía aprovechada) - - retardoretardo ( ( tiempo transcurrido entre la captación y la tiempo transcurrido entre la captación y la

liberación). liberación).

I.1 EFECTOS DE LA RADIACION SOLAR EN EDIFICIOS

* Captación de energía * Almacenamiento de energía que incide en los cerramientos (o evitar que incida)

* Transferencia de energía: - Conducción - Convección - Radiación

* Transferencia de masa: - Cambio de fase - movimiento de fluidos por convección o diferencia de humedad)

INDIRECTAINDIRECTA

DIRECTADIRECTA

Edificio como sistema energético:

EDIFICIO EN VERANOObjetivos:

• Limitar ganancias• Favorecer la expulsión de energía

EDIFICIO EN INVIERNOObjetivos:

- Maximizar ganancias - Minimizar pérdidas

RADIACIÓN SOLAR: Es la principal fuente energética para climatización en bioclimática

A) Estrategias en periodos infracalentados (invierno)

1. Captación de recursos- energía solar2. Acumulación de energía y restitución de

la misma3. Conservación energía4. Iluminación5. Ventilación B) Estrategias en periodos sobrecalentados

(verano)

1. Control de la radiación solar2. Control de la Iluminación3. Renovación de aire4. Refrigeración

La radiación solar puede incidir sobre el edificio en forma de:

Radiación directaRadiación directa: llega directamente del sol.

Radiación difusaRadiación difusa: llega desde la atmósfera por dispersión de parte de la radiación solar en la misma (hasta 15% de la radiación global -días soleados- y mucho más en días nublados). Las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben porque "ven" toda la semiesfera celeste, mientras que las superficies verticales reciben menos porque solo "ven" la mitad de dicha semiesfera.

Radiación reflejadaRadiación reflejada: llega tras su reflexión sobre la superficie terrestre. Depende del coeficiente de reflexión de la superficie-albedo. (Las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada mientras que las superficies verticales son las que más reciben).

I.2 Captación de energía solar

● La posición del Sol respecto a la tierra cambia durante el día

● La trayectoria del Sol cambia con las estaciones del año

Disponibilidad de energía-Movimiento del SolDisponibilidad de energía-Movimiento del Sol

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/urbano/2003/03/18/140046.php?download=true

Solsticio Invierno

Solsticio verano

21-12

21-9

21-6

21-03

47ºMediodía

solar

La trayectoria solar afecta a la radiación que incide sobre los muros verticales y tejado:

InviernoInvierno: La fachada S recibe la mayoría de radiación, (sol más bajo) mientras que el resto de paredes apenas nada.

VeranoVerano: La fachada S recibe poca radiación directa (sol alto). La pared E por la mañana y la W por la tarde reciben la mayor parte de la radiación directa

VeranoVerano

InviernoInvierno

a) Trayectoria a) Trayectoria solar y solar y

Orientación del Orientación del edificioedificio

Posición del sol al

melodía Ventanas con panel doble orientado al sur

Persianas y ventanas bien aisladas Paredes y suelos bien aislados

Paneles fotovoltaicos

alero

Circulación de aire en verano

Ubicación dada

Ubicación dada

b) Orientación de la casab) Orientación de la casa

Captación solar. Ha de ser la mayor posible para climatización en invierno (en verano se colocarán sombreamientos y otras técnicas para evitar la radiación).

En nuestras latitudes:- la superficie de captación (acristalada) debe mirar al S - la forma ideal es una casa compacta de planta rectangular. Sobre el lado mayor (E-W), estarán la mayor parte de los dispositivos de captación. - Hay que reducir ventanas en las fachadas N, E y W porque se producen muchas pérdidas de calor a su través y no son muy útiles para captación . Pueden ser necesarias para ventilación e iluminación)

Por qué?

Bien

N

Peor

Mejor

S

E W

c) Sistemas de Captación en el edificio: tipos

· · DirectosDirectos. Dejan pasar la radiación hasta . Dejan pasar la radiación hasta las masas térmicas interiores (suelo, paredes) donde incide y se acumula. las masas térmicas interiores (suelo, paredes) donde incide y se acumula.

Son los sistemas de mayor rendimiento y de menor retardo. Son los sistemas de mayor rendimiento y de menor retardo. Ejemplo: ventanasEjemplo: ventanas

· · Sistemas semidirectosSistemas semidirectos. Utilizan un espacio intermedio entre el exterior y el interior que puede . Utilizan un espacio intermedio entre el exterior y el interior que puede ser habitable. Su rendimiento es menor que el de los sistemas directos y la energía acumulada se ser habitable. Su rendimiento es menor que el de los sistemas directos y la energía acumulada se transfiere al interior a través de un cerramiento móvil. transfiere al interior a través de un cerramiento móvil.

Ejemplo: adosado o invernaderoEjemplo: adosado o invernadero

· Sistemas indirectos. La captación la realiza directamente en un elemento de almacenamientola realiza directamente en un elemento de almacenamiento dispuesto en el interior de la vivienda justo detrás del cristal.

El calor almacenado en este elemento pasa al interior por conducción, convección y/o radiación. Puede ser: una de las paredes de la habitación, techo, el suelo; un paramento de alta capacidad calorífica, bidones de agua, lecho de piedras, etc.

Caso particular “Muro Trombe”.

PASIVOSPASIVOS

• Son inherentes al edificio: ventanas, cerramientos, solariums, lucernarios, …

• Se usan para: - captar directamente energía solar - minimizar flujos energéticos con el exterior. - acumular energía

• El control del clima en el interior del edificio se consigue con un adecuado diseño.

ACTIVOS ACTIVOS

• Utilizan bombas, ventiladores, colectores y controles mecánicos para captar, acumular y

distribuir la energía solar al edificio.

•Son ajenos al edificio y han de integrarse convenientemente en el mismo.

SISTEMAS CAPTACIÓN SISTEMAS CAPTACIÓN

VENTANAS: son sistemas de captación directa

Funciones: Funciones:

● ● iluminacióniluminación● ● captación energíacaptación energía● ● permitir flujos energéticopermitir flujos energético● ● ventilación ventilación

Entre el 25 y el 30% de las necesidades de acondicionamiento se deben a

Intercambios de aire o calor en las ventanas

Características a tener en cuentaCaracterísticas a tener en cuenta:: ● ● orientación (sur)orientación (sur)

● ● area vidrio: solución de compromiso entre area vidrio: solución de compromiso entre ganancias y pérdidasganancias y pérdidas

● ● doble vidrio (aislamiento térmico y acústico)doble vidrio (aislamiento térmico y acústico)● ● contraventanacontraventana

● ● dispositivo de protección radiación veranodispositivo de protección radiación verano

Ventajas de las ventanas:

• son elementos obligados del edificio • facilitan el calentamiento directo de muros internos.• pueden captar gran parte de la energía necesaria para calefacción

Inconvenientes

• Fuente de importantes pérdidas nocturnas: Si no se protegen provocan pérdidas entre el 20% y el 30% del total

• Envejecimiento en el interior: degradación y decoloración• Sus sistemas de aislamiento requieren operación manual

• Son insuficientes para suministrar el aporte energético total

Invernaderos:Invernaderos: Son Son Sistemas de Sistemas de captación indirectoscaptación indirectos

Efecto invernaderoEfecto invernadero: : Carácter selectivo de la cubierta (vidrio o plástico) frente a la radiación solar. Es transparente a la radiación visible y opaco a la radiación de mayor longitud de onda (infrarroja).

Radiación visible(onda corta)

Radiación IR(onda larga)

La radiación solar absorbida por los objetos dentro del invernadero los calienta y éstos, a su vez, emiten radiación infrarroja que no puede escapar.

Efecto finalEfecto final: calentamiento interiores

Los invernaderos en arquitectura Los invernaderos en arquitectura bioclimática:bioclimática:

• están integrados en el edificio aunque separados del espacio habitable.• contribuyen a captar energía solar y a mantenerla de forma económica.• pueden ser recintos habitables durante el día

Muro y suelo Muro y suelo acumuladoracumulador

La masa térmica provoca un desfase entre los La masa térmica provoca un desfase entre los aportes de energía y el incremento de la aportes de energía y el incremento de la temperatura. Puede actuar en:temperatura. Puede actuar en:

· · Ciclo diarioCiclo diario. . InviernoInvierno: la masa térmica colocada : la masa térmica colocada estratégicamente almacena la energía solar de día estratégicamente almacena la energía solar de día y la libera de noche. y la libera de noche. VeranoVerano: permite mantener la : permite mantener la casa fresca durante el día, y evacuar el calor diurno casa fresca durante el día, y evacuar el calor diurno por la noche mediante ventilación nocturna.por la noche mediante ventilación nocturna.

· · Ciclo interdiarioCiclo interdiario. . La masa térmica es capaz de La masa térmica es capaz de guardar la energía térmica captada en días guardar la energía térmica captada en días soleados y mantener las condiciones térmicas soleados y mantener las condiciones térmicas durante algunos días.durante algunos días.

· · Ciclo anualCiclo anual, se almacena la energía térmica del , se almacena la energía térmica del verano para el invierno y el frescor del invierno verano para el invierno y el frescor del invierno para el verano (Se necesita una gran masa para para el verano (Se necesita una gran masa para ello, por lo que el suelo es el único capaz de esta ello, por lo que el suelo es el único capaz de esta función)función)

ACUMULACIÓN Y RESTITUCIÓN DE LA ENERGÍA

Afectan a: Afectan a:

● Amortiguamiento de la onda térmica (reducción de la amplitud)

● Desfase de la onda térmica (retardo en la entrada de máximos y mínimos)

Capacidad calorífica e inercia térmica

8 am 8 am

8 am 8 am

Adobe Metal

Temperatura exterior

Temperatura interior

Desfase9horas

Para conseguir el objetivo bioclimático de que la temperatura de la casa sea estable y agradable a lo largo del año

• Una masa térmica grande permite mantener una temperatura relativamente estable con un tiempo de respuesta largo. Por ello no es aconsejable en viviendas de uso ocasional (de fin de semana, por ejemplo), dado que sus condiciones de temperatura son irrelevantes excepto en los momentos en que se ocupan.

• Los materiales de construcción masivos pueden actuar, en general, como una eficaz masa térmica colocados en: muros, suelos o techos gruesos hechos de piedra, hormigón o ladrillo. • La ubicación de las masas térmicas es importante: Colocadas estratégicamente para recibir la radiación solar tras un cristal, funcionan en ciclo diario; repartidas adecuadamente por toda la casa, funcionan en ciclo interdiario. Si la casa está enterrada o semienterrada, la masa térmica del suelo ayudará también a la amortiguación de oscilaciones térmicas estacionales, en un ciclo largo.

Ejemplo 1: Muro TROMBE: Sistema captador-acumulador

Q

INVIERNO

Dispone de registros ajustables en las partes superior e inferior para que crear, a voluntad, flujo de calor por convección.

El rendimiento de estos sistemas es menor que el de los directos y tienen grandes retardos en la entrada de la onda térmica

VeranoVerano

Inconveniente:

Ensuciamiento progresivo del vidrio por el aire

circulante

MODOS DE CIRCULACION DE AIRE EN MURO TROMBE

(1) (4)(3)(2)

(1) Entrada aire caliente en invierno

(2) ventilación de vivienda

(3) Ventilación forzada en verano

(4) Circulación de aire cuando no se usa el muro

Ejemplo 2: Muros de agua:

Recipientes o paredes llenas de agua que forman un sistema integrado de calefacción, al combinar captación y almacenamiento

Ventaja: El flujo de calor hacia el interior es más rápido, debido a la convección

FLUJOS RÁPIDOS DE CALOR: TUBOS DE CALOR (HEAT PIPES)FLUJOS RÁPIDOS DE CALOR: TUBOS DE CALOR (HEAT PIPES)

Flujo de Flujo de calor a calor a

través del través del muromuro

1. El Fluido se evapora en el extremo caliente, absorbiendo energía térmica, y condensa en el otro extremo (frío) cediendo la entalpía de condensación.

2. El fluido condensado retorna al extremo frío por gravedad (si es vertical) o por capilaridad a través de un medio poroso

3. La transferencia es muy efectiva porque H fase es muy grande

4. Funcionan a cualquier T siempre que exista una diferencia de T en los extremos

5. Los gases no condensables reducen el rendimiento

Por qué?

Depende del intercambio energético del edificio con el entorno. Los mecanismos de transferencia son:

a) Conducciónb) Convecciónc) Radiaciónd) Evaporación-condensación

I3.- CONSERVACIÓN ENERGÍA

Acciones para minimizar pérdidas en inviernoAcciones para minimizar pérdidas en invierno:

- Colocar aislamiento por conducción en los cerramientos. (Capas material aislante)

- Evitar puentes térmicos: uniones con discontinuidades del aislante o del material de cosntrucción. El vapor de agua condensa fácilmente en las zonas frías

- Minimizar infiltraciones de aire (estanqueidad puertas, ventanas, persianas) especialmente en días de viento ya que ocasionan las mayores pérdidas.

- Ubicación protegida naturalmente, o con barreras naturales como vegetación, para minimizar el efecto de la convección forzada por el viento que favorece la transmisión de calor a través del paramento exterior.

Evitar puertas o ventanas directamente enfrentadas

• El aire se estratifica: caliente arriba, frío abajo. • Si la altura es suficiente, la diferencia de temperaturas puede ser apreciable (chimenea solar). • Si dos habitaciones a distinto nivel están comunicadas, la más alta tiene siempre mayor T

Los techos curvos, cilíndricos o semiesféricos, favorecen la ventilación más que los planos porque: - el aire caliente acumulado en la parte superior está siempre por encima de la zona habitable.- la radiación solar recibida por un techo curvo será más fácilmente disipada por convección entre la superficie curva y el flujo de aire que circula con buena velocidad sobre él.

Convección natural en espacios cerradosConvección natural en espacios cerrados

Ventana sin sellar Digitalización Escala: temperatura crece de azul a rojo

Detección de fugas y estratificaciones térmicas: termografíaDetección de fugas y estratificaciones térmicas: termografía

Balcón con fugas térmicas

Detección de falta de 3 elementos en techo de enfriamiento

I4.- ILUMINACIÓN. FUNCIONES

Favorecer la visión. ( Favorecer la visión. ( 80% de la información que recibe el ser humano entra por los ojos. 80% de la información que recibe el ser humano entra por los ojos.

La visión es la acción de procesar la información recibida de los cuerpos iluminados tras ser enfocada La visión es la acción de procesar la información recibida de los cuerpos iluminados tras ser enfocada sobre detectores de luz en la retina del ojo, desde donde se transmite al cerebro. sobre detectores de luz en la retina del ojo, desde donde se transmite al cerebro.

● ● Confort visualConfort visual:: visión fácil y rápida distinción del objeto. visión fácil y rápida distinción del objeto.

● ● Factores que afectan al confort visualFactores que afectan al confort visual::

a) Nivel de iluminación: intensidad iluminación sobre plano de trabajo. a) Nivel de iluminación: intensidad iluminación sobre plano de trabajo. b) Calidad de la iluminación, que se mide en términos de:b) Calidad de la iluminación, que se mide en términos de:

- Uniformidad de la iluminación.- Uniformidad de la iluminación.- Deslumbramiento - Deslumbramiento - Contraste del objeto de trabajo con el fondo.- Contraste del objeto de trabajo con el fondo.- Dirección de los rayos luminosos.- Dirección de los rayos luminosos.- Relaciones de brillo.- Relaciones de brillo.- Difusión o uniformidad.- Difusión o uniformidad.- Color si es artificial- Color si es artificial

min

max

IFI

min

max

IFI

Uniformidad:Uniformidad:

● ● Su faltaSu falta produce fatiga visual . produce fatiga visual .

● ● Depende de: la ubicación, área, proporción, cantidad Depende de: la ubicación, área, proporción, cantidad y separación entre ventanas y separación entre ventanas

● ● Se mide por el factor Se mide por el factor

Los requerimiento cambian según el tipo de trabajo a Los requerimiento cambian según el tipo de trabajo a efectuar efectuar

- Muy alta precisión: tamaño “- Muy alta precisión: tamaño “LL” de los objetos a ” de los objetos a distinguir distinguir L <0.3 mm L <0.3 mm F>0.5 F>0.5 - Precisión mediana alta - Precisión mediana alta L < L < [ 0.3 - 1]mm [ 0.3 - 1]mm F>0.3F>0.3 -En ningún caso -En ningún caso F<0.1F<0.1

● ● Solución. Difusión de luz artificial por medio de Solución. Difusión de luz artificial por medio de múltiples luminarias de gran superficie y bajo brillo o múltiples luminarias de gran superficie y bajo brillo o paneles difusorespaneles difusores

min

max

IFI

Contraste:Contraste:

● ● Se mide en términos de Se mide en términos de luminancia y color entreluminancia y color entre

objeto/fondo; fondo/entorno; fondo/entorno

● ● El confort requiere que la luminancia El confort requiere que la luminancia del objeto de trabajo sea mayor que la del objeto de trabajo sea mayor que la

del fondo y éstadel fondo y éstamayor que la de su entornomayor que la de su entorno

DeslumbramientoDeslumbramiento

● ● Puede producir gran malestar e impedir el normal Puede producir gran malestar e impedir el normal desempeño de una actividad.desempeño de una actividad.

● ● Se genera cuando una fuente de luz de gran intensidad Se genera cuando una fuente de luz de gran intensidad incide dentro del campo visual de la persona, o cuando la incide dentro del campo visual de la persona, o cuando la fuente de luz es reflejada en la dirección del ojo desde fuente de luz es reflejada en la dirección del ojo desde superficies brillantes. Con superficies brillantes. Con iluminación naturaliluminación natural esto se esto se produce por:produce por: - penetración directa de los rayos solares dentro del local- penetración directa de los rayos solares dentro del local - visión directa de la bóveda celeste- visión directa de la bóveda celeste - reflexiones sobre superficies exteriores blancas o - reflexiones sobre superficies exteriores blancas o demasiado brillantesdemasiado brillantes - excesivo contraste entre la luminancia bóveda celeste y - excesivo contraste entre la luminancia bóveda celeste y las superficies internas del local. las superficies internas del local.

● ● Los efectos indeseados se evitan:Los efectos indeseados se evitan: - haciendo que el área de ventanas con iluminación - haciendo que el área de ventanas con iluminación

lateral sea menor que el 30% área de la fachadalateral sea menor que el 30% área de la fachada - instalando quitasoles, pantallas u otros elementos de - instalando quitasoles, pantallas u otros elementos de

protección solar protección solar - utilizando vidrios de baja transmitancia lumínica- utilizando vidrios de baja transmitancia lumínica

Dirección del flujo luminoso.Dirección del flujo luminoso.

• Evitar sombras: equipamientos y personas no obstaculizarán el paso de la luz Evitar sombras: equipamientos y personas no obstaculizarán el paso de la luz • La luz ha de incidir sobre el plano de trabajo y proceder del lado izquierdo de la personaLa luz ha de incidir sobre el plano de trabajo y proceder del lado izquierdo de la persona

Color:Color: Es importante porque modifica la apreciación del color por el ojo humano., y el color Es importante porque modifica la apreciación del color por el ojo humano., y el color del entorno afecta a la fatiga visual.del entorno afecta a la fatiga visual.

Algunas fuentes Algunas fuentes fluorescentes blancasfluorescentes blancas acentúan los azules, verdes y amarillos, y acentúan los azules, verdes y amarillos, y dan aspecto grisáceo a los rojos.dan aspecto grisáceo a los rojos.

Las lámparas de filamentoLas lámparas de filamento: : realzan los rojos, naranjas y amarillos, realzan los rojos, naranjas y amarillos,

y degradan los azules y verdes.y degradan los azules y verdes.

Factores que modulan la eficacia del alumbrado.Factores que modulan la eficacia del alumbrado.

• naturaleza de la fuente de luz.naturaleza de la fuente de luz.• Colocación, altura.Colocación, altura.• Reflexión de las superficies del local.Reflexión de las superficies del local.• Mantenimiento y conservación.Mantenimiento y conservación.

Iluminación y energía:

Los máximos ahorros de energía se obtienen con la iluminación conjugada:

empleo integrado de la iluminación natural y la artificial controlada).

Lámpara de bajo consumo

Soluciones para un mejor aprovechamiento de la luz solar en interiores:Soluciones para un mejor aprovechamiento de la luz solar en interiores:

Sistemas que captan la luz del sol mediante cúpulas situadas en las Sistemas que captan la luz del sol mediante cúpulas situadas en las cubiertas de los edificios y la transportan varios metros hasta el cubiertas de los edificios y la transportan varios metros hasta el interior utilizando un conducto altamente reflectante.interior utilizando un conducto altamente reflectante.

Multisalida ClaraboyasTubo de luz

HeliostatosHeliostatos

Formados por grandes espejos siguen al sol para Formados por grandes espejos siguen al sol para reflejar la luz del sol hacia un punto fijo.reflejar la luz del sol hacia un punto fijo.

Desde este punto, utilizando reflectores Desde este punto, utilizando reflectores secundarios convenientemente distribuidos es secundarios convenientemente distribuidos es posible reflejar y dirigir la luz del sol hasta posible reflejar y dirigir la luz del sol hasta subterráneos, patios interiores profundos, subterráneos, patios interiores profundos, estaciones de metro, etc,estaciones de metro, etc,

Se crean así ambientes de luz natural donde nunca Se crean así ambientes de luz natural donde nunca pensó que sería posible. pensó que sería posible.

Ejemplo de aplicación: Escola Sta Madrona, Fundació La Caixa

Bosque de conductos de sol para iluminar el Aula Master. Iluminación artificial regulada por fotosensor para conseguir el máximo ahorro energético

I5.- VENTILACIÓN

Calidad de aire interior

La calidad del aire interior puede definirse como el grado en el que se satisfacen las exigencias del ser humano: • percibir el aire fresco, en lugar de viciado, cargado o irritante; •que el riesgo para la salud derivado de la respiración de ese aire es despreciable.

Renovación del aire interior:

Último estándar ASHRAE ( nº 62 de 1989) : número mínimo es de 25,5 m3/h/ocupante para espacios interiores ocupados. Recomienda incrementar este valor cuando el aire que entra en un local no se mezcla adecuadamente en la zona respiratoria o si existen focos de contaminación inusuales.

Estimación de eficacia de ventilaciónEstimación de eficacia de ventilación::

Es útil dividir los espacios en dos zonas: la correspondiente a la zona de entrada del aire y la otra al resto de la habitación:

- sistemas de ventilación por mezcla: la zona de suministro de aire se encuentra, habitualmente, por encima de la zona respiratoria, y las mejores condiciones se consiguen cuando la mezcla es tan buena que las dos zonas se convierten en una.

- sistemas de ventilación por desplazamiento del aire: existe una zona de suministro ocupada por las personas y una zona de extracción por encima; las mejores condiciones se logran cuando la mezcla entre las dos zonas es mínima.

En resumen, la eficacia de la ventilación depende de:En resumen, la eficacia de la ventilación depende de:

- la ubicación de la entrada y salida de aire- las características de los elementos de suministro y extracción del aire

- las fuentes de contaminación. - Variables físicas como: temperatura y caudal de aire suministrado.

Ventilación por convección natural en espacios cerradosVentilación por convección natural en espacios cerrados

• El aire se estratifica: caliente arriba, frío abajo. • Si la altura es suficiente, el T puede ser apreciable (chimenea solar). • Si dos habitaciones a distinto nivel están comunicadas,

la más alta tiene siempre mayor T

II. NECESIDADES ENERGETICASII. NECESIDADES ENERGETICASEN VERANOEN VERANO

1.1. Control de la radiación solarControl de la radiación solar2.2. IluminaciónIluminación3.3. Renovación de aireRenovación de aire4.4. RefrigeraciónRefrigeración

VERANOINVIERNO

El sol está mas alto que en invierno menor penetración solar en cristaleras orientadas al sur. Puede usarse

· Alero fijoAlero fijo, con dimensiones adecuadas que reducen la penetración solar en verano y no estorban mucho en invierno.

· Toldos y otros dispositivos externos, (son ajustables a las condiciones requeridas.

. Alero con vegetación de hoja caduca. Más largo que el alero fijo y con enrejado que deje penetrar la luz. Las hojas en verano opacan el paso de radiación.

· Persianas exteriores enrollables: interceptan la radiación.

· Contraventanas. Son más efectivas, pero bloquean más la luz

a) Protección contra la radiación de la fachada sur: SOMBREADO

Los inconvenientes de las técnicas anteriores:

En los días más calurosos del verano (entre el 15 Julio y el 15 Agosto)

el sol ya está algo más bajo que en el solsticio y puede atravesar cristal sur

Hay más horas de sol y menos días nublados

Los sistemas propuestos evitan solo la radiación directa, no la difusa y reflejada, que puede representar un porcentaje importante de la global.

b) Las fachadas E, W y cubierta superior:

También están expuestas a radiación intensa en verano.

· Se evitarán aberturas (ventanas y claraboyas), o serán pequeñas, pues no son eficaces como captadores solares en invierno. Pueden ser necesarias para ventilación o iluminación.

· Si hay que proteger el muro, se pueden utilizar las técnicas anteriores.

Ejemplos:

Sombreo mediante toldos: Son de funcionamiento manual

Sombreo fijo: porches (climas cálidos)

Paramentos fijos ( brisse soleil, sun breaker)

Brise soleil móviles en el Pabellón Quadracci del Milwaukee Art Museum

Ventanas de la fachada sur formadas por cristales cuadrados provistos de una serie de células fotoeléctricas (semejantes al diafragma de una cámara de fotos) que se abren cuanto menos luz exterior reciben y viceversa.

En cada ventana hay una célula fotoeléctrica central más grande que el resto, y otras más pequeñas, de dos tamaños distintos, dispuestas geométricamente en el vidrio.

Control automático iluminación: Fachada sur del Instituto del Mundo Árabe (Paris)

Mediante Árboles:.

Refrescamiento por evapo-transpiración,. Sombreo: para evitar sombra en invierno

árboles de hoja caduca.

EVAPORACIÓN

Uso inteligente de vegetaciónUso inteligente de vegetación

2.- ILUMINACIÓN2.- ILUMINACIÓN

Ventanas que permiten regular la cantidad de luz solar que entra y hasta oscurecer por completo la habitación, debido al la existencia de diminutos cristales de cloruro de plata, distribuidos por toda la ventana (como en lentes fotocromáticas).

VIDRIOS INTELIGENTES

► Fotocrómico, que pierde transparencia al incidir sobre él luz intensa,

► Termocrómico, cambia transparencia con los cambios en T

► De partículas suspendidas (SPD)

► De cristal líquido.

► electrocrómico: Es un vidrio que pierde transparencia cuando se le aplica una corriente eléctrica. Una lámina de este vidrio está constituida por dos capas de vidrio en las dos caras exteriores y entre ellas, por una serie de capas de materiales transparentes que tienen la cualidad de hacer perder la transparencia de una de ellas al teñirse de un color (generalmente azul y verde). Este fenómeno sucede cuando se le aplica una tensión eléctrica. Cuando la corriente se invierte el proceso también se invierte recuperando así la transparencia. Es posible ajustar el grado de oscuridad hasta el nivel deseado.

Usos: retrovisores de los coches (evitan deslumbramientos de luces y sol) y ventanas(se evitan persianas y se reduce el gasto energético ; se ha demostrado que el uso de ventanas electrocrómicas en edificios comerciales puede reducir los gastos en energía eléctrica entre un 20 y un 30%.

a) Climatización pasiva: sistemas evaporativos

VEGETACIÓN FRONDOSAVEGETACIÓN FRONDOSA

SURTIDORES SURTIDORES LÁMINAS DE AGUALÁMINAS DE AGUA

4.- REFRIGERACIÓN4.- REFRIGERACIÓN

)º25(/600, CTgcalHmQm vaporLvaporlagua

► Estimar cuanto agua a 27 ºC, ha de evaporarse en una habitación de 10x4x3 m3, para que la temperatura ambiente pase de 27ºC a. 22ºC por evaporación de agua.

Sistema de Refrigeración de aire por humidificacion-evaporacion

Suministro de agua

Aire húmedoAire seco

Atomizador

Agua atomizada

TT-ΔT

entradaairesalidaaire

entradaairesalidaaire

HRHR

TT

,,

,,

Ejemplos sistemas evaporativosistemas evaporativos

La evaporación refresca el ambiente.

Edificio Caixa forum-MadridPared vegetal

Fuentes del generalifeAlhambra (granada)

• El riego esporádico alrededor de la casa, o la pulverización de agua sobre fachadas y tejado, también refrescará la casa y el ambiente.

ROCIADO DE TEJADOSROCIADO DE TEJADOS

PAVIMENTOS FRÍOSPAVIMENTOS FRÍOS

RADIACIÓN EVAPORACIÓN

Inconvenientes:

El exceso de vegetación y riego puede provocar exceso de humedad. Si además, la temperatura es simultáneamente alta, entonces

La sensación de confort puede disminuir

TEJADOS VERDES: Green roofs

Son tejados con cubierta vegetal

Vegetación

Aislamiento

Cubierta impermeabilizante

Soporte estructural

Medio de crecimiento

Drenaje, de aireación, almacenamiento agua, barrera raíces

Membrana protectora y barrera de raíces

TEJADOS VERDES: Green roofs

Son tejados con cubierta vegetal

Vegetación

Aislamiento

Cubierta impermeabilizante

Soporte estructural

Medio de crecimiento

Drenaje, de aireación, almacenamiento agua, barrera raíces

Membrana protectora y barrera de raíces

TEJADOS VERDES: Green roofs

Son tejados con cubierta vegetal

Vegetación

Aislamiento

Cubierta impermeabilizante

Soporte estructural

Medio de crecimiento

Drenaje, de aireación, almacenamiento agua, barrera raíces

Membrana protectora y barrera de raíces

Vegetación

Aislamiento

Cubierta impermeabilizante

Soporte estructural

Medio de crecimiento

Drenaje, de aireación, almacenamiento agua, barrera raíces

Membrana protectora y barrera de raíces

Efectos:

sobre el propio edificio sobre la ciudad en conjunto.

TEJADOS VERDES (GREEN ROOFS)TEJADOS VERDES (GREEN ROOFS)

EFECTOS DE LA CUBIERTA VEGETAL:

• Intercepta la radiación solar y refresca el ambiente por evapotranspiración. (El agua de riego vuelve al ambiente extrayendo el calor de cambio de fase del entorno)• Mejor gestión del agua de lluvia. El sustrato poroso absorbe entre el 70 y el 80% • Filtran elementos contaminantes del agua de lluvia en las raíces • Purifican el aire ambiente • Produce aislamiento sonoro: el suelo absorbe las ondas de baja frecuencia y las plantas las altas.• Protege el tejado de la radiación UV (duran el doble).• Reduce el gasto de refrigeración en verano • Valor estético • Habitat para la bio-diversidad: Los tejados pueden albergar plantas que son fácilmente dañadas al pisarlas, y para anidar aves • Tienen un coste inicial más elevado (4 veces en USA) pero fácilmente amortizable

Parque de 3160 m2 de tejados verdes, Winnipeg, Manitoba

Otra solución de enfriamiento evaporativo

Ventana

Cámara

Extractor

Colectoressolares

Puerta

N

5.6 m

4.6 m

Fig. 2. Esquema del prototipo experimental

2.4 m

0,7 m

N

S

35

N

1

2

Fig. 1. Esquema en planta de la planta baja de la casa

4

S

Fig.10. Evolución de la temperatura a la entrada al humidificador, a la entrada y salida de la cámara, la temperatura interior y la del muro Oeste

15

18

21

24

27

30

33

36

12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00

Hora solar

Tem

pera

tura

(oC

)

Te, h

Te,c

Tint

Tsal,c

Tpo

T exterior

T interior

T saturación

¿Qué indica el escaso desfase entre la onda de temperatura ambiente y la interna?

Tipos de ventilaciónTipos de ventilación

· Ventilación natural. El viento crea corrientes de aire al abrir las ventanas, especialmente si éstas están en

fachadas opuestas y perpendiculares a la dirección de los vientos dominantes. En verano es eficaz ventilar

durante la noche y cerrar durante el día.

· Ventilación convectiva. Se pueden crear corrientes de aire diurnas mediante aperturas en las partes altas de la casa, por donde pueda salir el aire caliente. El flujo

será mayor si la salida se conecta a una chimenea solar. El aire de renovación puede provenir, por ejemplo, de un patio fresco, sótano, o de tubos

enterrados en el suelo

c) Ventilación: realiza las funciones de: · Renovación del aire para mantener las condiciones higiénicas.

· Incremento del confort térmico en verano: acelera la disipación de calor del cuerpo por convección forzada

· Climatización: saca por convección el calor acumulado en los cerramientos si la temperatura del aire es más baja ( Ej: noches de verano cuando el aire es más fresco).

Convectiva

· Ventilación convectiva en desván.

Un alto porcentaje de los flujos de calor entre casa y entorno ocurre a través del tejado. Un desván

autoventilado en verano por convección y cerrado en invierno reducirá significativamente el flujo. Es

importante diseñar el desván para que la corriente de aire de verano no sea obstruida.

· Fachada ventilada.

Se construye una delgada cámara de aire abierta en ambos extremos, separada del exterior por una

lámina de material. Al calentarse por el sol provoca efecto chimenea que previene un calentamiento

excesivo de la fachada. En invierno, esta cámara de aire, aunque abierta, también ayuda en el

aislamiento térmico del edificio. Si se puede cerrar favorece el efecto invernadero

Desván

Cámara de aire entre tejado y cubierta

Verano (abiertas)

Invierno (cerradas)

La captación funciona por la diferencia de temperatura entre el aire exterior y el ambiente interior.

El aire exterior más fresco, más limpio y menos húmedo, debido a la altura a la que es captado, penetra en la torre, descendiendo hasta la planta baja, donde se enfría aún más por evaporación de agua. El aire nuevo expulsa, por convección, al aire interior más caliente y viciado.

Torres de viento: Dispositivos para captar los vientos en altura y dirigirlos hacia el interior del edificio a ventilar.

circulación evaporación

“ab anbar” de doble domo y captadores de aire en el desierto Naeen (Irán)

Centro de Iran(1857)

Ejemplos de ventilación/refrigeración con chimeneas o torres de viento

Detalle de la torre de aire

Ventilación por Convección forzada :Ventilación por Convección forzada :

35ºC

20ºC

El aire al pasar a través del subsuelo puede extraer energía geotérmica o refrescar el aire ambiente

a) Sistemas pasivos (chimenea solar) ¿Por qué es circulación forzada?

Atrapa viento

cteghvp 2

21

d) Ventilación por convección forzada

f) Refrigeración:

Máquinas frigoríficas de aire funcionan según un ciclo Joule

1.- el aire toma calor del local a refrigerar

2.- Pasa a un compresor donde su T sube

3.- Cede calor al exterior

4.- Se expansiona y se enfría para entrar de nuevo en el edificio y repetir el ciclo

Ciclo Joule

f) Refrigeración por absorción:

La pareja refrigerante/absorbente

Las parejas de fluidos refrigerante/absorbente utilizados en las máquinas de absorción actuales son de dos tipos:

- agua/bromuro de litio (H20/LiBr) en solución acuosa

- amoníaco/agua (NH3/ H20) diluida.

En las máquinas H20/LiBr, el agua puede utilizarse como fluido refrigerante porque se

mantiene a muy baja presión absoluta (1 kPa = 10 mbares absolutos) y por sus características físicas: para una misma potencia de frío, hay diez veces menos fluido refrigerante en circulación que cuando se utiliza R22.

En las máquinas (NH3/ H20) , el fluido refrigerante es amoníaco que permite obtener temperaturas bajas en la salida del intercambiador. El interés reside en su simplicidad. Produce frío y/o calor sin complicaciones técnicas de puesta en marcha y respetando el medio ambiente.

Esquema de funcionamiento

http://es.paperblog.com/frio-solar-mediante-maquinas-de-absorcion-195349/

Evaporador: el amoníaco absorbe energía del circuito de utilización, generalmente agua que alimenta a un conjunto de fan coil que se encargan de climatizar las diferentes estancias.

Absorbedor: el vapor más caliente y a baja presión se disuelve de nuevo en el agua procedente del generador.

Bomba: se encarga de circular la mezcla el amoníaco disuelto en agua hacia el generador

Generador: solución de amoníaco en agua a unos 20 bares. El NH3 disuelto, toma energía externa se vaporiza, separándose del agua ,y se dirige hacia el condensador.

Condensador: el amoníaco condensa cediendo calor a otro fluido (agua o aire).

Válvula de expansión: bajada brusca de presión el amoníaco en estado pasa a estado bifásico (liquido + vapor).

Rendimientos Máquinas absorción

- 1 kvh de gas natural produce 1 kvh de frío y casi 2 kvh de calor (a una temperatura entre 37 y 39 °C).

- El calor recuperado en el condensador de la máquina puede utilizarse para calentar el agua de baño de una piscina, para calefacción del agua caliente sanitaria, para precalentar el aire nuevo.

Cuanto vale el COP (Qextraido/trabajo consumido)

Esquema de funcionamiento de máquina de absorción con energía solar

La producción de calor puede ser obtenida con el mismo tipo de

máquina, que entonces se conoce como de doble servicio: podrá

proporcionar o calor, o frío.

Algunos grupos de absorción permiten la producción simultánea de agua

caliente para la calefacción y de agua congelada por medio de

intercambiadores complementarios.

II) EDIFICIO Y MICROCLIMAII) EDIFICIO Y MICROCLIMA

La existencia de accidentes naturales crean un microclima que afecta a: la velocidad del viento, la velocidad del viento, la humedad y la irradiación solar incidente.humedad y la irradiación solar incidente.

La construcción de la casa bioclimática exige un estudio climático regional y localregional y local de la ubicación concreta

1) Estudio macroclimático. Requiere conocer: • Temperaturas medias, máximas y mínimas • Pluviometría • Radiación solar incidente • Dirección del viento dominante y su velocidad media

2) Estudio de los accidentes geográficos locales porque pueden modificar el clima:• Pendientes del terreno, (determina una orientación predominante)• Elevaciones cercanas, (pueden actuar como barrera frente al viento o radiación solar )• Masas de agua cercanas, (reducen las DTDT e incrementan Hr ambiente) • Masas boscosas cercanas • Edificios

3) Corrección del entorno. siempre es posible actuar sobre el entorno (añadiendo o quitando vegetación o agua, por ejemplo), para modificar las condiciones microclimáticas.

Cuzco (Perú)Cuzco (Perú)

a) Elección de la ubicacióna) Elección de la ubicación

El viento favorece la transmisión de calor a través del paramento exterior (convección forzada). Se puede limitar su efecto evitando que el viento golpee la casa mediante:- elección de ubicación protegida naturalmente- construyendo barreras naturales mediante la vegetación.

Ladera expuesta al viento

Zona protegida

TurbulenciasLadera protegida del viento

b) Forma y orientación de la casa

La forma de la casa afecta al área de la superficie exterior que actúa como intercambiadora de calor con el entorno. Ha de ser tal que:

● Superficie exterior mínima (con forma próxima a un cubo. La existencia de patios, alas, etc. incrementan esta superficie).

● La resistencia frente al viento mínima. La resistencia se incrementa con la altura. El viento favorece la ventilación, pero aumenta las pérdidas por infiltraciones en invierno. Conociendo la dirección de vientos predominantes es posible una solución de compromiso solución de compromiso que reduzca infiltraciones (en invierno) e incremente la que reduzca infiltraciones (en invierno) e incremente la ventilación (en verano).ventilación (en verano).

● La forma del tejado y salientes diversos influye en la forma "aerodinámica".

● La captación solar depende en gran manera de la orientación.

DP

c) Aprovechamiento climático del sueloc) Aprovechamiento climático del suelo• Las oscilaciones térmicas del suelo se amortiguan con la profundidad llegando a ser nulas ( Ej: la Taire (cuevas) Cte).

Verano: Tsuelo <Texterior

invierno: Tsuelo > Texterior siempre se agradece su influencia.

Además, una capa de tierra puede actuar como aislante adicional.

- Cuevas: lugares de protección frente a las inclemencias del tiempo. - Sótanos y bodegas: frescor verano

Desventajas del enterramiento: - ausencia de luz natural - elevada humedad relativa.

Nuevos diseños: - Ciertas fachadas de la casa estén enterradas o semienterradas. - Enterramiento de tubos (cuanto más profundos mejor), para que el aire en contacto con ellos pueda bombearse a la casa (mediante ventiladores o por convección.

Edificio

Terreno Tejado

Ejemplo 1: casas semienterradas

El suelo tiene mucha inercia térmica amortigua y retarda las DT según profundidad. Espesores recomendados:

día – noche: [0.2 –0.3] m; Interdías: [0.8-2] m; Estacionales: [ 6 – 12] m.

Túnez

Los trulli: son viviendas monoespaciales circulares con techos apuntados o en forma de cúpula edificados en piedra caliza. Casitas blancas del siglo XIV, llama la atención principalmente por su estilo constructivo de aspecto prehistórico.

(Alberobello, al sur de Italia)

Text=34ºC

Tint(26º)

Capadocia (Turquía)

http://envirostyle.wordpress.com/category/green-roof/

El microclima afecta a la vivienda y la forma de construir la vivienda puede afectar al microclima

e) Protección vegetal

d) Radiación emitida por el suelo

II) II) FACTORES URBANISTICOS

OTROSOTROS

• Producción de calor por industriasProducción de calor por industrias

• Disposición de los edificiosDisposición de los edificios

• Reducción de la cubierta vegetalReducción de la cubierta vegetal

Polución ambiental

Proximidad de edificaciones

d) División por zonas térmicas

La división por zonas permite:

● crear espacios protectores y ambientes térmicos diferentes, más apropiados a su uso particular. ● espacios tapones(invernaderos, porches, patios) y protectores al Norte del edificio para conseguir bienestar térmico durante todo el día.

● excluir temporalmente zonas y ahorrar así energía en caso de climatización activa del edificio

Espacios tapón

Son espacios de baja utilización, adosados a la vivienda, que actúan de aislantes o "tapones" entre la vivienda y el exterior. Su confort térmico no está asegurado, puesto que, al no formar parte de la vivienda propiamente dicha, no tendrán recubrimiento aislante ni las técnicas adecuadas de climatización. Son ejemplos de estos espacios:

- El garaje. Colocado en las fachada N (aisla en invierno) u W ( reduce exceso de insolación por la tarde en verano). No importa mucho que en el garaje haga frío o calor a menos que se le den

usos alternativos (Ej: taller)

- El desván. Es aconsejable que la buhardilla sea un espacio de baja ocupación (trastero, observatorio, etc.) sin aislamiento (solo bajo el suelo), y que funcione como espacio tapón, con

registros para ventilación en verano. Cerrado en invierno sirve de elemento aislante.

- El Invernadero : Sirve como captador- almacenador de energía y como elemento aislante

- Patios sombreados

Patio en sombra: Enfría el aire por evaporaciónaire

Patio cubierto al sol. Actúa como chimenea: el aire fresco atraviesa la casa

III) SISTEMAS ACTIVOS DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR

EN LA ARQUITECTURA BIOCLIMATICA

• Utilizan bombas, ventiladores, colectores y controles Utilizan bombas, ventiladores, colectores y controles mecánicos para captar, acumular y distribuir la energía solar mecánicos para captar, acumular y distribuir la energía solar al edificio. al edificio.

• Son sistemas ajenos al edificio y han de integrarse Son sistemas ajenos al edificio y han de integrarse convenientemente en el mismo.convenientemente en el mismo.

1) Sistemas captadores térmicos.1) Sistemas captadores térmicos.

Colectores solaresColectores solares::

- planos- planos- concentradores- concentradores

Aplicaciones:Aplicaciones:

- Cocinas solares- Cocinas solares- Calentameinto de agua sanitaria- Calentameinto de agua sanitaria- Calefacción: colectores de aire- Calefacción: colectores de aire- Calentamiento preliminar- Calentamiento preliminar

Sistemas pasivos:

termosifón (Agua)

Heat pipe

Cocinas solares comunales de uso múltiple

2) Sistemas activos 2) Sistemas activos fotovoltaicos: panelesfotovoltaicos: paneles

Aplicaciones:

- Producción de electricidad- Iluminación nocturna- Suministro de energía eléctrica a sistemas- Bombeo e agua

Cubierta

Riego

Sombreo

2) Sistemas activos 2) Sistemas activos eólicoseólicos

Aplicaciones:

- Suministro de energía eléctrica a sistemas - Bombeo e agua

3) Sistemas de apoyo

- Máquinas de absorción- calderas de gas- sistemas para circulación forzada de fluidos

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/urbano/2003/03/18/140046.php?download=true

Esquema animado de una casa solar

http://www.solener.com/fotos.html