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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COAHUILA
Coordinación General de Estudios de Posgrado
e Investigación
OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Otras Caras de laVivienda
México, Saltillo, Coahuila. 12 de junio de 2013
Esta obra es propiedad de la Uiversidad Autónoma de Coahuila.
Derechos reservados por los autores.
Universidad Autónoma de Coahuila. Blvd. V. Carranza s/n, colonia República Ote. C. p. 25280, Saltillo, Coahuila.
Queda prohibida la reproducción parcial o total porcualquier medio, sin la autorización de la UniversidadAutónoma de Coahuila.
ISBN: 978-607-506-136-8
HECHO EN MÉXICO
CoordinadoresDra. en Arq. María Eugenia Molar Orozco
MC. Arq. Jesús Velázquez Lozano Compilador:
MC. Arq. Jesús Marín López López
Publicación producto del
Cuerpo Académico de
Tecnología en la ArquitecturaFacultad de Arquitectura Unidad Saltillo de la UAdeC
Contenido
Presentación............................................MC. Arq. Jesús Velázquez Lozano................................................11 Líder del Cuerpo Académico de Tecnología en la Arquitectura
Prólogo.....................................................Dr. Enrique Ortiz Flores................................................................13
Vivienda y sus problemasAspecto general del confort......................Dra. María Eugenia Molar Orozco...............................................17 MC. Arq. Jesús Velázquez Lozano MVI. Arq. Jaime Carrillo Mendoza Facultad de Arquitectura Unidad Saltillo de la UAdeCTipologia de la Vivienda Popular de la Zona Conur -bada de la Desembocadura del Río Pánuco.........................................M.E. Arq. Blanca Margarita Marin Gamundi..............................30 Facultad de Arquitectura y Urbanismo UAT
Diseño bíoclimático.................................M. Arq. Jorge Aguillón Robles.....................................................50 Dr. Gerardo Javier Arista González Facultad del Hábitat, UASLP
Determinación del grado de adaptabilidad higrotérmicade la vivienda tradicional enTampico, México.....................................MC. Arq. Jesús Velázquez Lozano ...............................................81 Dr. en Arq. Carlos Alberto Fuentes Pérez Universidad Autónoma de Tamaulipas Envolventes.............................................Dra. María Eugenia Molar Orozco .............................................100Aspectos térmicos Facultad de Arquitectura Unidad Saltillo de la UAdeC
Intervención de la mujer enla vivienda...............................................Dr. Gerardo Javier Arista González..............................................114Aspecto social M. Arq. Jorge Aguillón Robles Facultad del Hábitat, UASLP Desarrollos habitacionales en la periferia de la Ciudad de Torreón,Coahuila. Caso: sol de oriente...................................................M. Arq. Areli Magdiel López Montelongo ...............................134 Esc. de Arquitectura Unidad Torreón de la UAdeC
BTC. producto sustentable de calidaddisergonómica...........................................M.E. Arq. Julio Gerardo Lorenzo Palomera .............................144Aspecto tecno-diseño Facultad de Arquitectura Diseño y Urbanismo UAT
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
DISEÑO BIOCLIMÁTICO.
Jorge Aguillón Robles4,Gerardo Javier Arista González5
Conceptos generales del Diseño Bioclimático.
Introducción.Las inclemencias del clima, la inseguridad del entorno, la necesidad de estar
consigo mismo y de restaurar las fuerzas, han llevado al hombre a construir un
refugio, que con el tiempo se le ha convenido en llamar arquitectura. La
materialización que requiere esta, es decir su calidad física y material implica a su
vez la transformación en mayor o menor grado del medio ambiente y con él, el
aire, la luz, el agua, la tierra, el calor, la energía etc.
Sin embargo la naturaleza es un sistema en equilibrio, producto de millones de
años de depuración, durante los cuales las estructuras ambientales han pasado de
un estado inestable a otro más estable, cediendo energía. El hombre para
transformar su entorno debe suministrar una cantidad de energía equivalente a la
que la reacción cedió en su proceso natural.
Quienes nos dedicamos a la transformación de nuestro medio, supuestamente
para alcanzar estados más propicios al desarrollo de nuestra especie, debemos de
ser muy cuidadosos de la calidad de la energía que empleamos, es decir, si su
producción es contaminante o no, si su fuente es o no renovable etc., así como de
la cantidad de energía que reclama nuestro ejercicio, tanto en la producción de
materiales utilizados, como durante la construcción, y en la operación y
mantenimiento del edificio terminado.
El problema surge cuando el hombre debe superar a la naturaleza, por que no le
suministra los medios suficientes para saciar sus necesidades y se ve obligado a
4 Arquitecto, Maestro en Diseño Bioclimático, Doctorante del Programa Interinstitucional de Doctorado en Arquitectura (PIDA), Miembro del Cuerpo Académico Hábitat Sustentable, Línea de Investigación Habitabilidad del Espacio Urbano Arquitectónico, Profesor Investigador del Instituto de Investigación y Posgrado de la Facultad del Hábitat, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. [email protected] 5 Arquitecto, Maestro en Valuación, Doctor en Arquitectura, DADU, Miembro del Cuerpo Académico Hábitat Sustentable, Línea de Investigación Habitabilidad del Espacio Urbano Arquitectónico, Profesor Investigador del Instituto de Investigación y Posgrado de la Facultad del Hábitat, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. [email protected]
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
encontrar sustitutos de tales satisfactores, este simple hecho ha originado dos
corrientes de pensamiento, dos imágenes del mundo:
1. La que sostiene que el ser humano es una creación superior, el medio
ambiente le pertenece, y por lo tanto puede hacer uso de él sin restricción
alguna.
2. La que defiende la igualdad en esencia de que todos los seres y por tanto
integra al hombre con su entorno permitiéndole servirse de él, siempre y
cuando no altere las condiciones de equilibrio original.
Hoy mismo el paradigma tecnológico en vigor se erige como detractor del medio,
pues concibe que la tecnología todo lo puede, incluso crear ambientes artificiales.
Los movimientos ecologistas de hoy en día se esfuerzan en convencer sobre las
bondades de sus postulados casi siempre con resultados adversos, enfrentándose
a la inercia de la comodidad, del interés económico individual y minoritario y de la
fe en una superioridad del hombre cada vez más vulnerada y desmentida.
Sin embargo la utopía es alcanzable. Existe ya una Arquitectura cuya
manipulación de la energía si bien no discrimina tanto si su origen es natural o
artificial, si se preocupa por que su utilización sea sensata, no contaminante ni
dispendiosa. El Ecodiseño, la bioclimática, la arquitectura ambiental, ecológica o
solar, son nombres de la misma esperanza. Esperanza que hoy más que nunca,
es la alternativa.
Marco HistóricoEn virtud a que existe una estrecha interrelación entre el clima de una localidad y
la arquitectura que la tradición popular o académica ha forjado allí, Sergio Los
reclama que la Arquitectura bioclimática no debe ser presentada como un
movimiento o una de las muchas modas que animan el contexto cultural de la
arquitectura. Para él la buena arquitectura siempre ha sido bioclimática, y una
arquitectura no bioclimática carece de calidad. Es decir, la buena arquitectura
siempre ha propiciado las condiciones internas de confort suficientes para permitir
el desarrollo óptimo de las actividades humanas contenidas en la ENVOLVENTE,
si no es así, no debe considerarse una buena arquitectura. En este orden de
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
ideas, la arquitectura bioclimática debía de haber estado presente en nuestro
planeta desde hace siglos.
A pesar de lo novedoso que pueda parecer esta disciplina, y de que en algunos
países hace ostentación incluso de tecnologías sofisticadas, sus orígenes pueden
remontarse al siglo VI a. C. cuando Hoppodamos hace los trazados urbanos de
Pireo, Rodas y Mileto estableciendo las características de su orientación, forma y
materiales de una arquitectura acorde con su entorno.
Vitruvio también apunta que por medio de la astrología se conoce el oriente, el
occidente, el medio día y el septentrión, así como la constitución celeste, los
equinoccios y los solsticios y el curso de los astros, ya que esto se requiere en la
elección de parajes saludables con fuentes de agua abundantes, así como de dar
luz de oriente a los dormitorios y bibliotecas, orientando en cambio las alas de
baño y las estancias de invierno, al poniente invernal.
Mucha de esta sabiduría se hereda a la modernidad a través de los tratados
medievales o las ordenanzas reales como las de Felipe II. Es también el producto
de siglos en que los constructores no profesionales, han forjado la experiencia de
cómo debe ser un ambiente confortable y que ha dado lugar al diseño popular y
vernáculo en todas las regiones del orbe.
Desgraciadamente tras la irrupción del movimiento moderno de la arquitectura, se
ha modificado sensiblemente este pacto tácito entre el arquitecto y su medio. La
imposición del llamado estilo internacional disolvió las diferencias regionales. Los
grandes monumentos de este período erigidos en lugares de clima frío, fueron
llevados sin la menor responsabilidad a las tórridas latitudes del mundo en
desarrollo generando de paso un importante mercado para Carrier, York y demás
acondicionadores de aire.
La década de los cincuenta marca la consagración mundial de la arquitectura y el
diseño bioclimático, las publicaciones preparan el terreno para lo que será el más
importante documento por su seriedad científica y su profundidad, “Desing with
Climate” de los hermanos húngaro-norteamericanos Víctor y Aladar Olgyay,
realizado en la Universidad de Princeton.
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Cuando en los 70´s los países árabes declararon cerrados sus mercados de
petróleo e hicieron tambalear la estructura económica de todo el planeta, los
acomodaticios volvieron sus ojos a esta tecnología que se basa en una energía
prácticamente gratuita y empiezan a patrocinar estratégicas investigaciones,
proyectos y asambleas. Cabe destacar la realizada en nuestro país en 1984
llamada PLEA (International Passive and Low Energy Archittecture Organization).
En México por otra parte uno de los introductores de la bioclimatología fue el Dr.
Ernesto Jáuregui, investigador del Centro de Investigaciones Atmosféricas de la
UNAM y especialista en clima urbano.
Es mucho lo avanzado, pero aún falta bastante por recorrer. Todavía hay
prejuicios e ideas erróneas acerca del diseño bioclimático. Aún se piensa que esto
es una tecnología de punta que nos hará depender del extranjero. Están los que
siguen el bioclimatismo como moda y estilo realizando crímenes por todo el orbe,
sin embargo las nuevas generaciones se ven cada día más convencidas de esta
que puede ser la forma más consiente de intervenir en el hábitat, o quizás como
diría Sergio Los: la única.
El Dr. Everardo Hernández ha establecido las diferencias entre los diversos
nombres que recibe la arquitectura energéticamente sensata:
• Arquitectura Solar o HelioarquitecturaAcción de proyectar y construir considerando al sol como elemento
prioritario, a fin de optimizar el control de soleamientos ya sea para captarlo
o protegerse de él, permanentemente o estacionalmente.
• Arquitectura Solarizada o readecuación solarAcción de adaptar, incorporar, añadir o integrar alguna característica,
dispositivo o equipamiento solar a construcciones ya existentes.
• Arquitectura Autosuficiente o AutónomaAcción de proyectar y construir, tratando de que la edificación aproveche al
máximo posible los recursos naturales para abastecerse de energía,
alimentos e insumos que le permitan ser autosuficientes.
• Arquitectura Ecológica
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Acción de proyectar y construir aprovechando todos los recursos naturales
posibles, desecha por principio, el uso de fuentes de energía no renovables
y/o contaminantes.
• Arquitectura BioclimáticaPara esta definición habrá que aclarar simultáneamente que es Bioclima,
Everardo Hernández propone que bioclima es la asociación de los
elementos meteorológicos que influyen en la sensación de bienestar
fisiológico. Así la arquitectura bioclimática consiste en la acción de proyectar
o construir considerando la interacción de los elementos meteorológicos con
la construcción, a fin de que sea esta misma la que regule los intercambios
de materia y energía con el medio ambiente y propicie las condiciones que
determinan la sensación de bienestar térmico del ser humano en interiores.
El bioclimatismo pretende además, contrarrestar tendencias, como la de aislar a
toda costa el espacio construido de su contexto ambiental, ignorar las condiciones
locales, confiar la habitabilidad al funcionamiento de sistemas mecánicos y excluir
la intervención del usuario en el proceso de controlar las condiciones ambientales
locales.
Por otra parte la membrana envolvente o piel del edificio deberá ser pensada,
diseñada y puesta en operación como un agente “vivo”, dinámico, que interactúa
favorablemente del interior al exterior y viceversa, que actúe como filtro selectivo
biotérmico y acústico, como un poderoso mecanismo vivo regulador capaz de
modificar la acción de los elementos naturales admitiéndolos, rechazándolos o
transformándolos.
Para Jean Louis Izard y Alain Guyot, miembros del grupo francés ABC (Ambiente
Bio-Climático) el principio esencial es “construir con el clima”: Este término
recobra otra dimensión de la arquitectura, la que hace de ella un intermediario
entre el clima exterior y el ambiente interior. El ejercicio de la arquitectura
bioclimática permite reconciliar la forma, la materia y la energía, que hasta ahora
eran tratadas separadamente y por personas diferentes.
Ahora bien, el diseño bioclimático no es aplicable exclusivamente a la arquitectura,
sino a todo aquel objeto o proceso sujeto a decisión humana como lo es: Ropa,
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
utensilios, vehículos, cabinas, planeación urbana, planes regionales o nacionales
de desarrollo. De ahí que se haga necesario establecer sin duda cual es ese
enfoque a que nos referimos antes.
Concepto de Conservación de la Energía.
Steve V. Szokolay, arquitecto e investigador de la Universidad de Queensland,
Australia y una de las autoridades propone una definición clara del concepto de
conservación de energía en el diseño. Por ejemplo, si el individuo requiere para
su óptimo desempeño una temperatura ambiente de 24ºC, y las condiciones del
entorno proporcionan una temperatura de 30ºC, entonces queda una condición
residual de 6ºC, es decir una tarea de control que precisa de la intervención
tecnológica. Es decir que transformamos nuestro medio para hacerlo confortable
mediante controles que nosotros mismos diseñamos y construimos, como
cubiertas, muros, ventanas, ropa, calefactores, ventiladores, aire acondicionado,
etc. De acuerdo al siguiente esquema:
Condiciones Ideales
-Condiciones
Ambientales= Tarea de Control
Sistema de
Necesidades
Humanas
Sistema de
Características del
Entorno
Sistema de
Requerimientos
Tecnológicos
La decisión de emplear cualquier alternativa tecnológica para afrontar la tarea de
control, depende en gran medida de quien diseña, y que alternativas tecnológicas
tiene, cuando menos dos:
a. Controles Pasivos: El edificio mismo su forma, posición y materiales.
b. Controles Activos: Varios tipos de instalaciones basadas en alguna forma
de energía suplementaria.
La idea que aquí se propone es la de reducir al mínimo el empleo de energías
activas y tecnologías duras, y no el de negarlas por completo. Pero habrá que
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
hacer uso de ellas solo cuando no haya mas remedio, y no como una pauta usual
de conducta, por moda, por soberbia o por comodidad y siempre
responsabilizándose de los efectos causados por su empleo. Desdichadamente
este enfoque no es planteado con frecuencia por los diseñadores.
Los elementos del Diseño Bioclimático y apoyos técnicosClima
El clima del planeta puede considerarse un extraordinario rompecabezas ya que
sus principales piezas, el sol, la órbita terrestre, la atmósfera, los océanos y los
continentes, están compuestas por piezas más pequeñas y entrelazadas a su vez.
Para la Arquitectura Bioclimática todas estas piezas constituyen las condiciones
ambientales a las que tienen que enfrentar las condiciones ideales o de confort
para precisar la tarea de control que debe solventar la envolvente arquitectónica.
Parámetros climáticos a considerara. Temperatura del Aire
El aire es una mezcla de gases y no un gas en sentido estricto. La composición y
las cantidades relativas de gases que forman la atmósfera han cambiado
gradualmente a través de millones de años. Sin embargo podemos considerarlo
constante a nuestra escala de tiempo. Dentro de los diversos gases que lo forman,
no es el nitrógeno ni el oxígeno los que influyen más sobre su temperatura, a
pesar de ser los más abundantes en su composición. En cambio, el vapor de
agua, si lo es, ya que absorbe gran parte de radiación de onda larga de la
radiación terrestre, su estructura molecular permite absorber un gran número de
calorías sin modificar rápidamente su temperatura en un proceso de aparente
almacenamiento de calor, que provoca efectos importantes en el balance de
radiación entre la tierra y el sol.
El vapor de agua se forma continuamente por la evaporación de las plantas y las
aguas superficiales y asciende a la parte alta de la troposfera por turbulencias. El
vapor de agua es un gas, no hay que confundirlo con la niebla, líquido compuesto
por gotas diminutas.
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
b. Humedad del AireEl contenido de vapor de agua en el aire se le denomina humedad. Así también se
habla de humedad relativa cuando se expresa el mayor porcentaje posible de
humedad a una temperatura y presión determinadas. Varía desde el 100 por
ciento en la mayoría de las nubes y la niebla, hasta el 10 por ciento o menos en
los desiertos durante el medio día.
A medida que la temperatura aumenta, el aire puede retener más vapor de agua,
pero si el contenido de agua permanece idéntico entonces disminuye la humedad
del aire. Por otro lado la disminución de la temperatura del aire reduce su
capacidad para retener la humedad hasta alcanzar el punto de saturación. Un
enfriamiento continuo por debajo de este punto conduce a la condensación de
agua líquida, ya sea en forma de rocío, niebla o nubes.
c. Movimiento del AireEl viento es la manifestación del movimiento del aire. Este es provocado por
diferencias de presión o de temperatura en alguna de sus masas. Al aumentar la
temperatura o la presión en algún sector de la atmósfera, esta tiende a ascender
dejando un vacío que rápidamente es llenado por una nueva masa de aire más
fresco. Si las causas que originaron el calentamiento o el aumento de presión
persisten el fenómeno sigue presentándose ininterrumpidamente.
Así las estaciones propician cambios en la composición de las masas atmosféricas
que a su vez generan vientos característicos a cada época del año y a cada sitio
del planeta.
El movimiento del aire tiene una gran importancia en la arquitectura bioclimática,
puesto que mediante él, pueden transportarse calorías de un sitio en que no se
desean a otro en que si son necesarias.
d. Radiación SolarEs obvio que la causa original de todos los elementos que conforman el clima es
la radiación solar. Esta es constituida no solo por la luz visible. La luz es una parte
de toda de toda la radiación procedente del sol, el resto del espectro es invisible y
se extiende a las longitudes de onda más largas y más cortas, que comprenden
las ondas de radio, el infrarrojo, el ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma.
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
La radiación de onda larga que más nos interesa es la infrarroja, percibida como
calor. De la radiación distribuida por el sol mucha nunca alcanza el suelo y la
atmósfera por su parte refleja al espacio algo de la que llega.
Gráficas del Clima Local.Es necesario organizar la información referente a los parámetros descritos de una
manera fácil y adecuada para su manejo y guía en el diseño. Así el primer
problema radica en donde encontrar tal información.
El problema más importante de esta información, respecto al uso que le dan los
arquitectos como ya se dijo, es su manera de presentación. Por tal motivo es
necesario procesar los datos de una manera menos abstracta, necesariamente
gráfica. (Grafica 1).
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Grafica 1. Gráficas de Clima Local de la Ciudad de San Luis Potosí.
Fuente: Aguillón Robles J., 2005, Atlas Bioclimático para el
Estado de San Luis Potosí, ESDEPED, Facultad del Hábitat,
Universidad Autónoma de San Luis Potosí.
Predicción del Confort Térmico y la Sensación de ConfortLa predicción se basa en los principios reguladores del cuerpo humano y su
respuesta de adaptación al clima, incluyendo la influencia que sobre este
fenómeno tienen los elementos tecnológicos como ropa, edificaciones y
dispositivos de climatización pasiva, activa o híbrida.
Un concepto sugerido por Humpreys y Auliciems, llamado Termopreferendum, que
varía de lugar a lugar y de estación a estación en función de la media mensual de
la temperatura exterior. Esta neutralidad térmica (Tn), es decir, la media de
temperaturas preferidas según una larga muestra de individuos puede expresarse
como:
tn = 17.6 + 0.31(To) en ºC
en donde:
To = Media mensual de temperatura externa.
Herramientas para el diagnóstico del confort.El diagnóstico lo podemos hacer apoyándonos en gráficas bioclimáticas de dos
maneras:
a. El Bioclima del Exterior con la carta de Olgyay.La carta bioclimática de Olgyay distingue la influencia de cuatro variables
importantes del entorno: temperatura y movimiento del aire, radiación y humedad,
indicando también su interacción. En ella también se propone el uso de una escala
móvil de temperatura a la izquierda para que la temperatura de neutralidad
propuesta por Auliciems en la escala de actividad sedentaria sea ajustada. Para
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
actividades diferentes a la sedentaria se puede hacer un ajuste, siendo estas las
cuatro escalas.
A Trabajo Sedentario130W
BTrabajo ligero (p.e. doméstico, operación de máquinas y
herramientas
210W
C Trabajo medio (p.e. taller mecánico, baile)300W
D Trabajo pesado (p.e. Natación)400W
El trabajo que el diseñador debe de realizar al aplicar esta carta es ubicar sobre
ella los datos de humedad relativa y temperatura exterior del sitio a considerar y
así percatarse de la situación bioclimática del emplazamiento. (Gráfica 2)
Grafica 2. Bioclima Exterior.Fuente: Aguillón Robles J., 2005, Atlas Bioclimático
para el Estado de San Luis Potosí, ESDEPED,
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Facultad del Hábitat, Universidad Autónoma de San
Luis Potosí.
El diagnóstico como puede imaginarse se puede hacer por un día, un mes, una
estación o ciclo anual, son indicaciones útiles para elaborar nuestro programa de
estrategias.
b. El Bioclima del Interior con el diagrama de Givoni.Este es una herramienta tan útil como la anterior, que se utiliza igual colocando
sobre ella los datos de temperatura y humedad relativa pero con importantes
diferencias, esta se ubica en una carta psicrométrica esto es que muestra los
datos de temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo y por lo tanto relaciona las
temperaturas del ambiente con la presión de vapor de agua contenida en la
atmósfera.
En vez de manejar tres posibilidades tecnológicas, como Olgyay, determina la
posibilidad de incrementar la zona de confort mediante:
1. Calefacción lograda por medios convencionales.
2. Calefacción lograda por medios solares pasivos.
3. Deshumidificación a través de medios híbridos o convencionales.
4. Ventilación provocada por medios naturales o electromecánicos.
5. Inercia térmica aportada por las masas de la edificación.
6. Enfriamiento evaporativo por medio de fuentes o vegetales.
7. Enfriamiento nocturno y/o construcción subterránea, tanto por la inercia de la
construcción enterrada como por la re-irradiación infrarroja nocturna.
8. Humidificación provocada por medios naturales o electromecánicos.
9. Aire acondicionado solar o convencional.
La influencia de cada uno de estos dispositivos determina un polígono en torno a
la zona de confort. En el caso de que alguna situación climática se localice dentro
de alguno de ellos, la carta nos indica que estrategia podemos emprender para
lograr el bienestar térmico en nuestro edificio. (Gráfica 3)
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Grafica 3. Bioclima Interior.Fuente: Aguillón Robles J., 2005, Atlas Bioclimático
para el Estado de San Luis Potosí, ESDEPED, Facultad
del Hábitat, Universidad Autónoma de San Luis Potosí.
Propiedades de los materialesLa Envolvente Arquitectónica se ve afectada por los elementos del clima de
diferentes formas, ya que ésta ha sido pensada para la protección del hombre en
su medio, pero en esta protección de algunos elementos climáticos, no es posible
aislarnos de todos estos elementos del clima, ya que como una adecuación del
medio el hombre ha tenido que considerar las características climáticas y ha
aprovechado para obtener el confort, pero en la selección de los materiales para
la envolvente arquitectónica, la influencia de los elementos climáticos es
importante, tanto para lo arquitectónico como para lo urbano.
La envolvente arquitectónica está expuesta a la acción de los rayos del sol
durante todas las horas del día, independientemente de la orientación que tenga
la edificación.
Las propiedades de los materiales que ponen en riesgo el confort bioclimático de
los ocupantes son:
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
a. Propiedades Termofísicas.La energía radiante solar cuando incide sobre un elemento puede ser en parte
reflejada y el resto absorbida por los materiales de que se compone el elemento,
la forma en que se transmite el calor absorbido hacia el interior depende de las
características térmicas del material, éstas características son:
• Capacidad Calorífica.
• Conductividad.
• Resistividad.
• Admisividad.
• Difusividad.
• Retraso Térmico.
• Amortiguamiento Térmico.
b. Propiedades Radiativas.La energía radiante solar cuando incide sobre un elemento puede ser en parte
reflejada y el resto absorbida por los materiales de que se compone el elemento,
la forma en que se transmite el calor absorbido hacia el interior depende de las
características térmicas del material, éstas características son:
• Albedo o Factor de Reflexión.
• Factor de Absorción.
• Factor de Emisión.
• Emisividad.
c. Propiedades de Aislamiento.El calor se transmite a través de los materiales, produciendo amortiguamiento y
retardo térmico, el cual variará de acuerdo a las horas y a la oscilación térmica.
Teniendo tan diversos materiales es necesario diseñar con cuidado la envolvente
arquitectónica, por lo que, deben considerarse a los elementos que la componen
como materiales vivos, un material que interactúa con el interior y el exterior,
estas características son:
• Resistivo.
• Reflectivo.
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
• Capacitivo.
Estas propiedades no están perfectamente determinadas en nuestro país, existen
algunas tablas de fácil acceso con información bastante útil.
Estrategias de Diseño.Identificando las condiciones ambientales a las que nos vamos a enfrentar,
habiendo determinado ya las condiciones de confort a las que deseamos aspirar y
conociendo las alternativas tecnológicas con que contamos, podemos ahora si
establecer las tareas de control bioclimático que se requieran. Estas serán las
estrategias de diseño que debemos implantar.
Dado que los problemas bioclimáticos se basan casi exclusivamente en las
condiciones de humedad y temperatura del aire, las estrategias de diseño serán
encaminada a aumentar o disminuir la temperatura y a aumentar o disminuir la
humedad, dicho de otra manera las estrategias son:
a. CalentamientoEl calentamiento lo podemos propiciar por dos formas: por ganancia solar directa o
indirecta.
La ganancia solar directa se refiere a todos aquellos dispositivos o arreglos que
propicien la penetración solar a los espacios interiores a fin de que calienten
directamente a los ocupantes. Obviamente esta estrategia sola puede ser efectiva
durante el día y en las orientaciones que esto pueda ser logrado.
La ganancia solar indirecta se refiere a los dispositivos que permiten captar el
calor de la radiación solar y conducirlo al sitio ocupado. Para ello son útiles los
materiales de gran capacidad e inercia térmica como el agua o las rocas.
b. Enfriamiento.El enfriamiento es posible lograrlo impidiendo el paso del calor al interior de la
edificación o bien disipando el generado dentro de la misma. El enfriamiento se
puede plantear por varias formas: control solar, ventilación y enfriamiento
evaporativo.
Control solar se recomienda para evitar el flujo calorífico, consistente en
dispositivos de sombreado que impiden el contacto de la envolvente con la
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
radiación solar así como la inercia térmica que almacena el calor transmitiéndolo
al interior de manera retardada o amortiguada.
La Ventilación es para disipar el calor ganado por los edificios, se puede propiciar
una ventilación constante que remueva la energía calorífica mediante procesos
convectivos, al calentarse el aire asciende y su lugar lo ocupa una corriente de
aire fresca que repite el proceso ininterrumpidamente.
El enfriamiento evaporativo consiste en tener una fuente de humedad como puede
ser el sudor, un chorro de agua o una planta, que gana calor al aire para evaporar
las moléculas de agua en su superficie. Esta agua toma tanto calor de la piel o del
edificio como del aire haciendo sentir una sensación de frescura al momento de la
pérdida de calor.
c. Humidificación.La humidificación es una herramienta útil para los climas desérticos y puede ser
de dos tipos: Directa e indirecta.
Directa si se le aporta contenido de humedad al aire, tomada de cuerpos de agua
como mares, lagunas, ríos, fuentes, chorros, etc., de manera que las moléculas de
agua se atomizan y forman parte de la atmósfera del sitio.
Indirecta cuando precisa de mecanismos que aportan agua a la atmósfera
mediante procesos de evapotranspiración, como lo hacen las plantas.
d. Deshumidificación.Esta es la estrategia más difícil de implementar ya que no se tienen los medios
tecnológicos pasivos necesarios para garantizar la pérdida de humedad del aire,
se pueden usar desecantes como gel, sales u otros pero su efecto útil solo en
espacios muy pequeños y cerrados.
La única alternativa por lo pronto la constituyen los medios activos, como el aire
acondicionado que si puede garantizar unas condiciones de humedad constante
en los espacios interiores. Sin embargo, también requieren que estos sean
herméticos.
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Apoyos Técnicos.Geometría Solar
Como es bien sabido, muchos problemas de disconfort y por tanto de dispendio
energético en el ámbito doméstico, comercial o industrial, tienen su origen en una
mala decisión en cuanto a la orientación del proyecto arquitectónico o urbano,
tomadas necesariamente desde las primeras etapas.
Desdichadamente algunos profesionistas del diseño no recurren a los diagramas
solares que le permitirían disponer de manera óptima las características
espaciales, formales y materiales de sus proyectos, debido sobre todo a que tales
diagramas, como herramientas que son, pueden presentarse en múltiples
versiones o modalidades. Esto aumenta la confusión de los ya de por sí
engorrosos métodos de proyección geométrica y provoca que el diseñador
prefiera omitirlos durante su trabajo cotidiano.
Cada línea de tales gráficos representa la proyección de la trayectoria aparente
que seguirá el sol en un día en particular sobre el plano terrestre local. En el
mismo se marcan puntos que representan las horas del día, así que, el sistema
completo presenta todas las trayectorias que sigue el sol en su movimiento
aparente sobre nuestro plano de referencia durante el ciclo anual. Como a cada
día le corresponde una línea se dibuja solo una por mes para evitar confusiones
en su lectura. (Gráfica 4)
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Grafica 4. Gráfica Solar Estereográfica.Fuente: Aguillón Robles J. 2002 Soleamiento, como
herramienta de Diseño. ESDEPED, Laboratorio del
Medio, Facultad del Hábitat, U. A. S. L. P.
En este sentido la gráfica solar es una herramienta muy útil que permite a los
diseñadores conocer las características geométricas del soleamiento en cualquier
sitio sobre la tierra, y en cualquier momento del año.
Como dijimos anteriormente el problema de las gráficas solares es únicamente de
proyección. Por lo tanto, habrá tantos tipos de gráfica solar como tipos de
proyección plantee la geometría descriptiva. Los más usuales se pueden
considerar los siguientes:
a. Sistema de Proyección Ortográfica.
b. Sistema de Proyección Estereográfica.
c. Sistema de Proyección Equidistante.
Los datos que se requieren para trazar cualquier diagrama solar, son los
siguientes:
1. Latitud del Sitio
2. Declinación Solar.
3. Longitud del Sitio.
4. Ecuación del Tiempo.
Modelos para determinar el Comportamiento Helio-Térmico de la Edificación.Los Diagramas Solares son de gran utilidad, para determinar la manera en que la
envolvente se adecua a la geometría y radiación solar según la localidad y de
acuerdo a las necesidades de sus usuarios. Los mismos gráficos de rutas solares
se extienden ahora con nuevas herramientas de apoyo. En primer término se les
agregan los datos de la tabla de requerimientos de climatización, lo cual muestra
cuando es necesario exponerse al sol y cuando protegerse. Estas herramientas de
apoyo son:
a. Mascarillas de Sombreado.
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Nos ayuda a determinar la geometría de las obstrucciones al sol, tanto de la
edificación como lo son aleros y parasoles así como de su entorno, edificios,
árboles, cerros, etc.
b. Mascarilla de Radiación.Esta nos permite determinar la intensidad de irradiancia total tanto en planos
horizontales como en verticales con cualquier orientación. El gráfico muestra una
serie de curvas cerradas que representan los valores iguales de irradiancia sobre
el plano. La coincidencia de esta con cualquier punto de las rutas solares, nos
indica la cantidad de energía irradiada a nuestra fachada en esa fecha y a esa
hora.
A su vez el gráfico ofrece también la posibilidad de conocer la irradiancia sobre el
plano horizontal mediante un radio graduado con los valores respectivos,
sobreponer tal radio sobre el punto de la gráfica que nos interesa nos dará la
información de irradiancia para ese instante.
Balance Térmico.
Diseñar espacios que no requieran más climatización que el uso adecuado de
materiales, la correcta orientación de vanos, la disposición de la envolvente
arquitectónica y que por lo tanto, sea compatible con su entorno, es en ese
sentido, el diseño bioclimático una herramienta insustituible para adaptarse al
medio ambiente o transformarlo en algo más propicio para la vida, conservando
sus características benéficas y controlando con medios no contaminantes las
adversas para la supervivencia no solo del hombre y su cultura sino en general del
equilibrio ecológico.
El enfoque bioclimático del balance térmico, como apoyo técnico, tendrá un
sentido bastante distinto en un contexto de aplicación que se centre en el diseño
habitacional propio de países industrializados, en zonas templadas, con problemas
de ahorro energético que, el que presente, los países en desarrollo tropicales y
petroleros. Desde luego, existirán siempre principios científicos generales, cuya
validez presentará rasgos de universalidad.
Así el comportamiento térmico real de cualquier edificación concreta es
sumamente complejo y muy variable en función, tanto de las aportaciones
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
energéticas internas y externas, como de las condiciones microclimáticas
externas. Los técnicos han propuesto modelos que, al costo de una drástica
simplificación de la realidad, vuelven manejable y abordable el problema.
a. Modelo del Régimen Estacionario o Régimen Permanente.Este es el primero y el más simple de los modelos de comportamiento térmico, el
único además que se utiliza en las normativas existentes, el cual consiste en
suponer una diferencia de temperaturas constantes entre el aire interior y el
exterior. Esta situación provocaría un flujo térmico también constante, que
atravesaría el involucro murario siempre en el mismo sentido.
En el modelo del régimen estacionario el efecto de almacenamiento térmico
resulta totalmente irrelevante.
b. Modelo de Régimen Periódico.Este modelo está íntimamente ligado al planteamiento bitérmico del diseño
arquitectónico y se plantea como alternativa frente al modelo del régimen
estacionario. El objeto es modelar el comportamiento térmico de los elementos
constructivos planos que conforman el involucro de una edificación, cuando se
prescinde de los sistemas mecánicos de acondicionamiento. En vez de suponer
una diferencia constante de temperaturas entre el interior y el exterior, el modelo
de régimen periódico parte de que la hipótesis de que la situación térmica exterior
caracterizada por el promedio de temperaturas experimenta una variación
periódica estable cuyo período coincide con las 24 horas del ciclo diario. Siempre
en ausencia de sistemas mecánicos de acondicionamiento, el modelo predice la
variación de la temperatura de la superficie interna del elemento constructivo
plano, del que otra cara se encuentra en contacto con el ambiente exterior.
Diseño TérmicoLos ingenieros mecánicos y los diseñadores de calefacción y aire acondicionado
hacen uso frecuente de métodos similares, utilizando parámetros fijos, es decir la
ecuación del Balance Térmico:
Qi + Qs ± Qc ± Qv ± Qe ± Qm = 0
Donde Qi = Ganancias Internas.
Qs = Ganancias Solares.
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Qc = Ganancias o Pérdidas por Conducción.
Qv = Ganancias o Pérdidas por Ventilación.
Qe = Ganancias o Pérdidas por Evaporación.
Qm = Ganancias o Pérdidas Mecánicas.
El diseño de edificios se enfrenta a una situación más indeterminada. Tiene que
tomar decisiones para determinar el tamaño, volumen y construcción del edificio,
el tamaño y orientación de sus ventanas, etc., cualquiera de las cuales influiría en
la magnitud de uno o varios de los factores del balance térmico.
Control Térmico.Los sistemas pasivos de climatización se les pueden clasificar considerando tres
aspectos:
♦ Configuración Estructural
♦ Género
♦ Requerimientos de Climatización
Configuración EstructuralUno de los esquemas de clasificación, y éste se utiliza con mayor frecuencia,
define los tipos de sistemas pasivos según la configuración física, en éste
esquema. De acuerdo con su configuración estructural los sistemas pasivos se
clasifican en los siguientes tipos:
Control Solar.
A través de ventanas orientadas o aberturas transparentes mayores que lo que
sería necesario para la iluminación natural, la radiación solar penetra en la
habitación e incide sobre muros y/o suelo, que consta con materiales con
capacidad acumuladora, la superficie de las paredes y los suelos, capaz de
absorber la radiación solar, que posteriormente es almacenada en el muro,
durante la noche el calor acumulado se reirradia al ambiente. En algunas épocas
hay que asegurarse de que la radiación directa del sol no pueda penetrar en el
interior de la habitación para evitar el sobrecalentamiento (Figura 5).
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Fig. 5 a. Gráfica Solar con Isotermas. Fig. 5 b. Eje TérmicoFig. 5 . Orientación y Control Solar para San Luis Potosí.
Fuente: Aguillón Robles J., 2005, Atlas Bioclimático para el Estado de San Luis Potosí, ESDEPED, Facultad del Hábitat, Universidad Autónoma de San
Luis Potosí.
El Control Solar lo podremos definir como bloquear, optimizar, controlar el acceso
de la radiación solar a través de aberturas y estos se pueden optimizar a través
del control solar. Un factor importante que hay que tomar en cuenta, cuando se
seleccionan dispositivos pasivos para un edificio en un clima cálido, es que la
radiación solar es abundante, y generalmente aparecerá todos los días. Para
evitar calentamiento cuando no se desea, existen sistemas que escudan a la
edificación de la radiación solar. A la radiación solar directa la escudan los
dispositivos sombreadores, aleros y parasoles.
Ganancia Directa.
La radiación solar penetra en el espacio por calentar a través de una cubierta
transparente, donde es absorbida por las superficies de captación y convertida en
calor. Este se dispersa en todo el volumen de aire contenido en un espacio, así
como los muros que confinan (Figura 6).
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Grafica 6. Sistema Pasivo Ganacia Directa.Fuente: Aguillón Robles, J. 1996, Propuestas Bioclimáticas
para la Vivienda para el estado de San Luis Potosí. Tesis de
Maestría, Facultad de Arquitectura y Diseño, Universidad de
Colima.
Muro de Almacenamiento Térmico.
La radiación solar penetra por una cubierta transparente o traslúcida, e incide
sobre la superficie de un muro interpuesto entre la cubierta y el muro
generalmente es de concreto, ladrillo, agua o algún material con cambio de fase
contenido en depósitos metálicos o plásticos (Figura 7).
Grafica 7. Sistema Pasivo Muro de Almacenamiento
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
Térmico.Fuente: Aguillón Robles, J. 1996, Propuestas
Bioclimáticas para la Vivienda para el estado de San Luis
Potosí. Tesis de Maestría, Facultad de Arquitectura y
Diseño, Universidad de Colima.
Espacios Solares Adosados.
Este sistema es una combinación de ganancia directa con muro de
almacenamiento térmico. Consta de dos zonas térmicas: Un espacio solar para
captación directa y un espacio calentado indirectamente que está separado por un
muro acumulador térmico. El espacio solar se le denomina " invernadero adosado
o invernadero solar" (Figura 8).
Grafica 8. Sistema Pasivo Espacios Solares Adosados.Fuente: Aguillón Robles, J. 1996, Propuestas Bioclimáticas
para la Vivienda para el estado de San Luis Potosí. Tesis de
Maestría, Facultad de Arquitectura y Diseño, Universidad de
Colima.
Techo de Almacenamiento Térmico e Intercambio de Calor.
Techo en el que se capta, almacena y transfiere radiación solar hacia el interior o
donde se acumula, transfiere y disipa calor del interior hacia la atmósfera y el
espacio (enfriamiento radiactivo nocturno). Este techo generalmente consta de
una lámina metálica que soporta contenedores con agua, ya sean metálicos o
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plásticos, éste sistema requiere de una cubierta móvil para tapar o destapar los
contenedores diariamente.
Circuito Convectivo.
Este sistema se asemeja a los sistemas activos convencionales, el colector solar y
la unidad de almacenamiento térmico se encuentran separados y conectados por
ductos, donde por convección natural, se hace circular el fluido de trabajo (gas o
líquido) que transporta el calor (Figura 9).
Grafica 9. Sistema Pasivo Circuito Convectivo.Fuente: Aguillón Robles, J. 1996, Propuestas Bioclimáticas para la
Vivienda para el estado de San Luis Potosí. Tesis de Maestría,
Facultad de Arquitectura y Diseño, Universidad de Colima.
Genero.Este esquema es una clasificación genérica (funcional) en la que la relación entre
captación solar, acumulación térmica y espacio por climatizar. De acuerdo con su
Género, los sistemas de climatización ambiental se clasifican:
♦ Directo.
Descripción semejante al de configuración estructural de ganancia directa.
♦ Indirecto.
La radiación solar es absorbida por la superficie de un material interpuesto entre la
cubierta transparente o traslúcida y el espacio por calentar. Este espacio está
parcialmente confinado por el material que almacena la energía y sirve de
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acoplamiento térmico natural. Entre éste tipo de sistemas se encuentra: el muro y
techo de almacenamiento térmico y el invernadero acoplado al espacio a calentar.
♦ Aislado.
Parecido al de tipo indirecto, solamente que existe una separación entre la unidad
de almacenamiento térmico y el espacio a climatizar, ésta separación puede ser
con aislante térmico. Entre éstos sistemas se encuentran, el circuito convectivo,
así como el invernadero acoplado y el muro o techo de almacenamiento térmico
(actuando como unidades aisladas).
Requerimientos de Climatización.De acuerdo a los requerimientos de climatización (estrategias obtenidas de los
diagramas bioclimáticos Figura 10 y Figura 11), los sistemas pasivos de
climatización se clasifican en:
1. Calefacción.
2. Enfriamiento.
3. Humidificación.
4. Deshumidificación.
5. Ganancia Directa y Protección Solar.
Grafica 10. Requerimiento de Climatización de Bioclima Exterior.
Fuente: Aguillón Robles J., 2005, Atlas Bioclimáticora
el Estado de San Luis Potosí, ESDEPED, Facultad del
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Hábitat, Universidad Autónoma de San Luis Potosí.
Grafica 11. Requerimiento de Climatización de
Bioclima Interior.
Fuente: Aguillón Robles J., 2005, Atlas Bioclimático
para el Estado de San Luis Potosí, ESDEPED,
Facultad del Hábitat, Universidad Autónoma de San
Luis Potosí.
Elementos Reguladores La comprensión de las distintas posibilidades de medidas pasivas para el
aprovechamiento de la energía solar deja patente que solo se puede lograr un
funcionamiento perfecto a través de la adecuada manipulación del sistema por el
usuario. Las intervenciones necesarias dependen de la temporada del año y de
los elementos meteorológicos. La Arquitectura puede reducir la complicación de
los requerimientos regulatorios por medio de elementos constructivos sólidos. No
obstante son necesarios elementos de protección solar manual o mecánico,
aislamiento y ventilación en los sistemas puramente pasivos, o instalaciones
térmicas de regulación, controladas en parte automáticamente, con el fin de
conseguir la captación, distribución y acumulación óptima de calor solar.
Evitar el soleamiento vespertino en
verano del O, ONO y OSO.
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Evitar el soleamiento matutino en
verano del E, ENE y ESE.
Permitir el soleamiento matutino por
el SE en el invierno a primeras
horas.
Atenuar el soleamiento vespertino y
matutino al S en Invierno.
Protección vegetal perennifolia
hacia N, NO, O y SO,
principalmente caducifolia al SE, S
y SSO.
Protección Vegetal perennifolia en
muro al N, NO, O y OSO.
Gráfica 12. Características de la vegetación en el Control Solar.Fuente: Aguillón Robles, J. 1996, Propuestas Bioclimáticas para la Vivienda
para el estado de San Luis Potosí. Tesis de Maestría, Facultad de
Arquitectura y Diseño, Universidad de Colima.
Para la reducción de éste aparato de regulación, sin embargo se ofrece un
elemento de diseño, la vegetación (Gráfica 12), que modifica las características
utilizables coincidiendo con el transcurso de las estaciones del año. Arboles y
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arbustos, pero también pérgolas y entramados para enredaderas cubiertas con
vegetación, al igual que invernaderos proporcionan sombra en verano y permiten
una insolación total al estar sin follaje en invierno.
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OTRAS CARAS DE LA VIVIENDA
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Luis Potosí. Tesis de Maestría, Facultad de Arquitectura y Diseño, Universidad de
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