Documento Ventanica_Daniela Pinilla by Daniela Pinilla

VEN TÁN ICA

Ventanería termoacústica

Daniela Alejandra E. Pinilla

Diseño de un sistema de ventanería que permite mantener el aislamiento térmico y acústico en los espacios habitables por medio de sistemas y materiales aislantes, con un tipo de apertura que permite generar una ventilación cruzada en el espacio interior, para ofrecer las bondades de la arquitectura bioclimática.

VEN TÁN ICA

Ventanería termoacústica Universidad El Bosque

Arquitectura bioclimática D.I Ana Maria Bernal 2015 - 2

VEN TÁN ICA

Ventanería termoacústica

NOTA DE SALVEDAD “La Universidad El Bosque, no se hace responsable de los conceptos emitidos por los investigadores en su trabajo, solo velara por el rigor científico, metodológico y ético del mismo en aras de la búsqueda de la verdad y la justicia.”

VEN TÁN ICA

Ventanería termoacústica

AGRADECIMIENTOS Son varias las personas que hicierón posible la culminación de este proyecto que pensé nunca terminaría; por eso infinitas gracias a mi tutora Ana Maria Bernal por asesorarme, confiando en mí y en mis capacidades, a mi madre Rocio Pinilla por ser la luz en el camino y siempre apoyarme en cada paso que doy, a Camilo Castrillón por su apoyo, paciencia y por aportar sus conocimientos en este proyecto; a mi padre Alfonso Malagón y a mis hermanos Juan David Pinilla y Santiago Malagon que sin su compañia nada de esto hubiese sido posible.

TABLA DE CONTENIDO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 7.1. 8. 9. 10. 10.1.

Abstract Resumen Introducción Problemática Hipótesis Justificación Objetivo Objetivos específicos Usuarios Marco conceptual Marco teórico Capítulo I. Confort.

10.1.1. 10.1.2.

Confort térmico Confort acústico

10.2.

Capítulo II. Ventilación

10.2.1. 10.2.2. 10.2.3. 10.2.4.

Ventilación natural Ventilación por desplazamiento Ventilación por dilución Ventilación cruzada

10.3.

Capítulo III. Calidad del aire interior.

10.3.1. 10.3.2. 10.3.3.

Contaminantes del aire interior Temperatura del interior Renovación del aire

Marco legal

11.1. 11.2. 12. 13. 14. 15. 15.1. 15.2. 15.3. 15.4. 15.5. 15.6. 15.7. 15.8. 15.9. 15.10. 16. 17.

NSR-10 titulo K, Norma sismo resistente. ASHRAE Determinantes Requerimientos Alternativa conceptual y componentes Propuesta de producto Valor diferencial Configuraciones de ventaneria Configuraciones de materiales Sistema de apertura Comportamiento bioclimático Materiales Comprobaciones Tabla de costos Proceso productivo Plan de negocio Bibliografía Webgrafía

Pág 6 7 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16 17 18 19 19 20 20 21 21 21 21 22 22 22 23 24 25 26 27 28 29 30 33 34 37 38 39 42 44

1. ABSTRACT It is a project for bioclimatic architecture consisting of a window system acoustic insulation that keeps the climate and acoustic comfort in interior spaces, breaking thermal bridges with insulating inlaid aluminum , double glazing and insulation with air chamber are key for product performance ; It has a system of open two times ( out below) through cross ventilation generates renewals of fresh air in the interior space per hour. It is a project designed for cold climates , focused on the safety and welfare of people who use it , implementing recyclable and nontoxic materials that can be produced locally , in order to reach a larger market providing a simple, efficient product affordable for everyone.

KEYWORDS ISOLATION BIOCLIMATICA COMFORT VENTILATION AIR RENEWAL 6

2. RESUMEN Es un proyecto para la arquitectura bioclimática que consiste en un sistema de ventaneria termo acústico que mantiene el confort climático y acústico en los espacios interiores, rompimiento de puentes térmicos con aislantes en marquetería de aluminio, dobles cristales y aislamiento con cámara de aire son la clave para el funcionamiento del producto; cuenta con un sistema de apertura de dos tiempos (afuera-abajo) que por medio de ventilación cruzada genera renovaciones de aire fresco en el espacio interior por hora. Es un proyecto diseñado para climas fríos, centrado en la seguridad y el bienestar de las personas que lo usan, implementando materiales reciclables y no tóxicos que pueden ser producidos localmente, con el fin de llegar a un mercado mayor brindando un producto sencillo, eficiente y asequible para todos.

PALABRAS CLAVE AISLAMIENTO RENOVACION DE AIRE VENTILACION BIOCLIMATICA CONFORT 7

3. INT RODUCCIÓN En el proceso del conocimiento del campo del diseño industrial, en la academia nos dan las principales pautas para desarrollar un producto o servicio exitoso, teniendo en cuenta cada uno de los aspectos del proyecto en desarrollo y como estos pueden afectar directa o indirectamente el ambiente y la calidad de vida de las personas; por tal motivo, este proyecto basado en la arquitectura bioclimática busca evaluar cada decisión teniendo en cuenta el confort de las personas.

El metabolismo vital de las personas exige un determinado consumo de oxígeno en función de varios factores tales como el tamaño, el sexo, el tipo de actividad y la duración de la misma, lo que obliga a que se genere una renovación mínima de aire en los espacios habitados; como el hombre está en una interacción constante con el medio esté determina su comportamiento físico y psicológico, siendo el ambiente un factor fundamental para la salud y el confort de las personas.

Las ventanas permiten observar el mundo exterior y a la vez, le muestran al exterior el interior del espacio. Las ventanas tienen que permitir que se sienten a su lado, que se detengan ante ellas para contemplar el mundo y sentirse en un espacio confortable, por esta razón su diseño y adecuado funcionamiento es fundamental para proporcionar un habitáculo óptimo.

La contaminación se ve reflejada en aspectos auditivos y ambientales, esto afecta directamente el confort de las personas, por ello, un sistema de ventaneria debe contar con ciertas características que permitan el bienestar de los individuos al interior de un espacio ofreciendo el paso de luz natural, la adecuada ventilación, el aislamiento térmico y acústico.

El desarrollo de este producto invoucra la estética, la construcción, la normativa, el confort, el presupuesto, el tiempo y el respeto por el contexto ya que en un mundo globalizado los productos necesitan de una exploración de materiales locales y sostenibles ligados a la función, respondiendo a condiciones climáticas y ambientales; por esto es necesario concentrarse en el cómo del proyecto sin perder de vista el porqué, así se logra un sistema de ventaneria ecológico, viable y exitoso.

4. PROBLEMÁT ICA

Cuando pensamos en nuestros hogares esperamos que estos nos protejan brindándonos una temperatura y una humedad confortable, pues siempre se necesita de un espacio en el que los individuos se sientan cómodos y les sea fácil realizar tareas, es decir, el ambiente interior debe ser completamente diferente al exterior si así se desea.

Actualmente son pocos los sistemas que tienen en cuenta la arquitectura bioclimática ya que se construyen edificios herméticos, por esto se reduce el volumen de aire de ventilación en el espacio interior y se utiliza mayor cantidad de materiales y productos para aislar los edificios térmica y acústicamente, esto sin tener el control del ambiente en el interior; sin embargo se logran controlar estos factores solo de manera mecánica.

Aun cuando existe una preocupación creciente, poco se ha avanzado en la regulación de las condiciones ambientales en espacios interiores en Bogotá D.C, a pesar de ser un problema que afecta a miles de personas en la ciudad y en todo el mundo. A raíz de esto, actualmente son implementadas ventanas con películas de aire y dobles o triples hojas de vidrio que generan confortables ambientes interiores, aislándolos del ruido y el clima externo, sin embargo son sistemas costosos que deben ser importados, algunos son desarrollados en el país pero no cuentan con la misma tecnología y los mismos beneficios que ofrece la ventaneria importada y solo menos del 8% de la población de Bogotá D.C tiene acceso a estos sistemas.

La calidad ambiental en los edificios puede verse afectada por factores físicos, químicos y biológicos, que afectan directamente a las personas ocasionando en ellas problemas físicos y generando dificultades en las actividades que realizan en un espacio, por este motivo se constituyo la “Calidad de ambientes Interiores o Indoor Environmental Quality que se refiere al bienestar o confort que busca garantizar la mejoría en el conjunto de factores ergonómicos que se refieren a la calidad del ambiente térmico, ambiente acústico, ambiente luminoso y aire interior referido a los contaminantes en él presentes.”1.

Una buena calidad de aire debe evitar en los habitantes incomodidades y problemas de salud por tal motivo se deben tener en cuenta las variables que intervienen como lo son los factores externos (contaminación), factores internos (actividades) y fuentes de ventilación internas.

Edificios saludables para trabajadores sanos: Calidad de ambientes interiores, Callejo, Francisco Javier Rey Martinez Rafael Ceña, 2006-

5. HIPÓT ESIS

El sistema de ventaneria estará compuesto por una doble capa de material con propiedades aislantes térmicas y acústicas, sus sistemas de apertura serán mixtos y por medio de ellos se lograran renovaciones de aire fresco de 5 a 7 L/s por persona, esto dependiendo de las dimensiones del sistema de ventaneria y de las dimensiones de los espacios en los que sean instaladas. El sistema será menos costoso que los sistemas que actualmente son importados al país y podrá ser implementado en edificaciones existentes y nuevas.

6. JUST IFICACIÓN La importancia de las ventanas en una edificación no está sujeta únicamente a la función de iluminar el espacio, también estam ligada con los materiales, la ubicación y forma son fundamentales en el ahorro de energía del hogar.

teniendo en cuenta factores técnicos, ambientales, económicos y de seguridad industrial para obtener un producto que cumpla con estándares de calidad y sea útil para la sociedad.

Un sistema de ventaneria sencillo y funcional permite que las personas que habitan los espacios gasten menos energía y cuenten con un estilo de vida saludable, ya que en muchas ocasiones los usuarios toman decisiones en la compra de ventanas con fines estéticos ignorando factores funcionales importantes, el coordinador del Laboratorio de Energía e Iluminación de la Universidad Andrés Bello de Chile, Chris Whitman, señala que si bien el diseño de la ventana y su orientación impactan directamente en el bienestar de los habitantes de la vivienda, las tendencias actuales como nuevas tecnologías, han ayudado a que las ubicaciones y tamaños puedan variar en favor del diseño; Whitman explica que la tendencia actual de las ventanas busca reducir las pérdidas de calor y las filtraciones, para lo que se están utilizando los dobles vidrios herméticos, los sellos perimetrales de doble o triple contacto y los marcos de PVC y de madera.

Según el informe de riqueza mundial de Credit Suisse, los precios de los inmuebles de estrato 6 subieron 2,4% en promedio a nivel global entre junio de 2013 y junio de 2014, Algunos países superaron el promedio con incrementos de 8% y 9%, pero las mayores alzas estuvieron en Colombia y Turquía, con 11%. Si bien este no fue el país en donde más subieron los precios, es innegable que en la construcción para estratos altos es donde se ven los valores que muchos no dudan en calificar de burbuja, ya que según un estudio de BBVA Research, entre 2013 y 2014 los proyectos de vivienda dirigidos a estratos 5 y 6 crecieron un 39%. En este segmento se ven precios desde los $4 millones por metro cuadrado, hasta los $16 millones; lo sorprendente es que todas esas ofertas de vivienda se venden fácilmente. Sin embargo, otro factor que ha impulsado las viviendas exclusivas es la creciente llegada de extranjeros, por ende vienen con exigencias de calidad y de seguridad para sus residencias.

La responsabilidad del diseñador industrial al desarrollar un producto tambien se encuentra en los procesos productivos del mismo y que estos mitiguen el impacto ambiental.

Por lo tanto, la mejor forma de cumplir dichas exigencias es diseñando productos que cumplan necesidades especificas en los espacios para todas las personas que los habitan.

Por medio de un proceso experimental en el cual se determinan las condiciones actuales de los sistemas de ventaneria con los que cuentan las construcciones residenciales en Bogota D.C de estrato 6

7. OBJET IVO Diseñar un sistema de ventaneria que permita mantener el aislamiento térmico y acústico en los espacios habitables.

7.1. OBJET IVOS ESPECIFÍCOS Diagnosticar los factores climáticos de Bogotá D.C que se requieren para el diseño de un sistema de ventaneria que cumpla con los requerimientos de confort térmico y ambiental en cualquier clima frio. Implementar en el sistema de ventaneria un sistema de doble capa de material traslucido con el fin de generar un mitigacion acústica y térmica en el espacio habitable. Seleccionar un material con propiedades idóneas que cumpla los requerimientos de aislante térmico y acústico para ser implementado en la marqueteria del sistema. Diseñar un sistema de apertura que permita una renovación de aire por medio de ventilación cruzada en el espacio habitable. Proponer costos iguales o menores a los que maneja la ventaneria importada, para que pueda ser adquirida por cualquier persona.

8. CLIENT E y USUARIO CLIENTE CONSTRUCTORAS USUARIO FINAL INSTALACIÓN CONTRATISTAS

HABITANTES

Niños, jóvenes, adultos y adultos mayores, estudiantes y trabajadores que habitan en conjuntos residenciales de apartamentos en el estrato 6 de Bogotá D.C, específicamente en la localidad de Usaquén.

Hombres en su mayoría, son los encargados del transporte, organización de almacén e instalación del sistema de ventaneria en la obra. • Trabajan 8 horas de lunes a viernes y 5 horas los sábados directamente en las obras. • Son personas que han desarrollado fuerza en su torso y brazos gracias al trabajo que realizan diariamente. • Padecen de dolores articulares y musculares, en algunos casos generan hernias.

• Pasan tiempo en el espacio aproximadamente 14 horas de lunes a viernes, los fines de semana alcanzan a pasar hasta las 24 horas en sus residencias • Las actividades que realizan en el espacio son; estudiar, dormir, trabajar, descansar.

9. MARCO CONCEPT UAL • Convección, Es el método de transferencia de energía entre una superficie sólida y un líquido o gas que está en movimiento, entre más rápido sea el movimiento del fluido más rápido es la transferencia de calor. (Ghajar, 2011) • Ventilar, renovar y extraer el aire interior de un recinto y sustituirlo por aire nuevo del exterior a fin de evitar su enrarecimiento, eliminando el calor, el polvo, el vapor, los olores y cuanto elemento perjudicial o impurezas contenga el aire ambiental encerrado dentro del local.(Callejo, 2006) • Bioclimática, Búsqueda de una arquitectura eficiente cuyo objetivo final es mejorar la calidad de vida. Es una composición de soluciones arquitectónicas a partir del conjunto de técnicas y materiales disponibles, para conseguir el confort deseado conforme las exigencias de los usuarios partiendo del clima local. (Alberich, 2003)

• Aislamiento térmico, frena las trasmisiones de calor del interior al exterior del edificio y viceversa, para evitar pérdidas de calor en períodos fríos y la ganancia del mismo en épocas cálidas. El aislamiento es fundamental en los muros y en los huecos acristalados; ambos deben ser aislados convenientemente, como por ejemplo, en el caso de una ventana, con un doble acristalamiento.1 • Ventilación cruzada, Se produce mediante la apertura de huecos practicables en fachadas opuestas que dan a espacios exteriores. Es conveniente que éstas se orienten en el sentido del viento dominante, según las características de éste. El efecto también se consigue si las fachadas reciben radiación solar de forma no simultánea, de manera que haya una diferencia térmica en su superficie y en aire próximo a ellas. (ATECOS)

1. http://www.construmatica.com/construpedia/Conceptos_Fundamentales_del_Aislamiento_T%C3%A9rmico

10. MARCO T EÓRICO

confort

ventilación Térmico

VENTILACIÓN NATURAL

acústico desplazamiento CALIDAD DEL AIRE INTERIOR

CONTAMINANTES DEL AIRE INTERIOR

cruzada

TEMPERATURA DEL INTERIOR

RENOVACIÓN DE AIRE

CAPÍT ULO 1. 10.1 CONFORT CONDUCCIÓN

Los factores térmicos, acústicos o lumínicos externos pueden generar bienestar o malestar en las personas. El cuerpo humano está en la capacidad de absorber o percibir este tipo de factores y se esfuerza para llegar a un punto de equilibrio en el cual alcanza su confort físico, biológico, sociológico y psicológico. Según la Organización mundial de la salud confort se define como “el estado de completo bienestar físico, mental y social del individuo.

Consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos. En conclusión, La formulación de la transferencia de calor teniendo en cuenta la temperatura, el material, su conductividad térmica (medida de la capacidad de un material para conducir calor)(Ghajar, 2011) y la geometría del objeto, nos arroja parámetros para el diseño del sistema, como el espesor y las dimensiones que debería tener para cumplir su función. (Ghajar, 2011)

10.1.1. CONFORT TÉRMICO Cuando se habla de confort térmico se refiere específicamente a que el cuerpo humano conserve una temperatura corporal entre 36.5°C y 37.5°C, estos valores se deben mantener bajo cualquier condición climática.

CONDUCT IVIDAD TÉRMICA

Como se nombro anteriormente, el cuerpo humano debe lograr un equilibrio térmico, aunque este se puede ver afectado por factores propios como el metabolismo, la actividad que realice, la ropa o la propia temperatura de la piel, teniendo en cuenta también, los factores del entorno como la temperatura del aire, la humedad relativa, la temperatura superficial y la velocidad del aire.

Es la cantidad/velocidad de calor transmitida a través de un material. La conductividad térmica de los materiales depende de la temperatura.

T RANSFERENCIA DE CALOR

Tabla 1. Conductividad térmica de los materiales a la temperatura ambiente.

Se define calor como la forma de energía que se puede transferir de un sistema a otro, como resultado de la diferencia de temperatura. La transferencia de energía como calor siempre se produce del medio que tiene la temperatura más elevada hacia el de temperatura más baja, este mecanismo se detiene cuando los dos medios alcanzan la misma temperatura. (Ghajar, 2011)

RADIACIÓN La radiación no requiere de un medio para transferir calor, es la forma de radiación emitida por los cuerpos debidos a su temperatura; el efecto de radiación básicamente es el intercambio de calor entre los cuerpos y las superficies que hay alrededor, como las paredes, el piso y el techo de un espacio.

El calor se puede transferir en tres modos diferentes: conducción, convección y radiación.

El confort térmico está ligado al acondicionamiento del aire y en palabras generales ese acondicionamiento significa alcanzar el enfriamiento, calentamiento humidificación y des humidificación deseada, por lo tanto es necesario entender

Radiación térmica asimétrica

los aspectos térmicos del cuerpo humano para diseñar sistemas eficaces que acondicionen el espacio. El confort térmico del cuerpo humano depende básicamente de los siguientes factores:

La radiación térmica es causada por las superficies frías de las ventanas grandes o las paredes no aisladas. Este tipo de radiación causa incomodidad por la exposición de lados diferentes del cuerpo a superficies con temperaturas diferentes. Para lograr la comodidad térmica, la asimetría en la temperatura radiante no debe sobrepasar 5°C en dirección vertical y 10°C en dirección horizontal. (Ghajar, 2011)

Tabla 2. Grados metabólicos promedio para una persona adulta.

En conclusión, lo ideal para minimizar esta incomodidad de temperatura en el cuerpo dentro de un espacio es mediante el uso de ventanas de hoja doble.

Temperatura La temperatura del ambiente es uno de los factores que más afectan positiva o negativamente el cuerpo humano, esto depende de la actividad que realizan las personas, la ropa que llevan y el estado en el que se encuentran. (Ver tabla 2)

Figura 1. Grafica de temperaturas del mes de mayo (°C) http://www.tutiempo.net/bogota.html

La temperatura máxima que alcanza Bogotá D.C es 24°C y la mínima son 7°C, por lo tanto es necesario que por medio de un adecuado sistema de ventaneria se consiga reducir la perdida de calor del espacio interno, teniendo en cuenta que el ser humano debe tener una temperatura operativa de 23°C hasta 27°C sin importar el lugar en el que se encuentre.

Movimiento del aire Para evitar sensaciones incomodas térmicas por las corrientes de aire que entran en algunos espacios, la velocidad del aire ideal debe estar entre 9 m/min en invierno. Sin embargo, el movimiento debe ser lo suficientemente fuerte para eliminar el calor y la humedad del cuerpo.(Ghajar, 2011) Lo ideal para el diseño de ventaneria es tener en cuenta estas velocidades para minimizar las incomodidades en las personas, especialmente cuando el aire es frio.

10.1.2 CONFORT ACÚST ICO Un sistema que cuente con un aislamiento acústico de ruidos transmitidos por estructuras, que reduzca los picos acústicos, que absorba los ruidos ambientales, que controle los ruidos de fondo del exterior generan espacios en los que se puede llevar a cabo una buena comunicación, intimidad y concentración mental; aspectos que son sumamente importantes en el espacio habitable.

Se han establecido parámetros que definen un rango de confort, La Organización mundial de la salud , establece los siguientes:

Rango de intensidad

El aspecto acústico es de gran importancia ya que al diseñar un sistema de ventaneria que proporcione ventilación natural se requiere la apertura de las mismas y esto significa entrada de ruidos al espacio, teniendo en cuenta que los marcos de las ventanas son las principales causantes de infiltraciones de ruido, ya que cuando las personas se encuentran expuestas a niveles altos de ruidos tienen predisposición para padecer enfermedades relacionadas con el estrés y la pérdida auditiva.

Tabla 4. Parametros de confort acústico.

En general, el confort acústico se refiere a la percepción que se da a través del odio; el confort está basado en los niveles sonoros y en la calidad sonora, entonces el sonidos es una forma de energía que tiene dos características; la sonoridad y la intensidad. Según Freixanet en el capítulo de confort del texto arquitectura bioclimática, define como;

INT ENSIDAD:

Es la cantidad de energía transmitida a través del aire, se mide en decibeles (dBa)

SONORIDAD:

Es la fuerza con la que se percibe el sonido, se mide en niveles de presión acústica (NPA)(Freixanet, 2012)

10.2 Capitulo II. Ventilación. En los edificios residenciales la ventilación necesaria se suministra por infiltración a través de las grietas y fugas en el espacio habitado y abriendo las ventanas y puertas. Debe evitarse la reducción de las razones de ventilación por debajo del mínimo requerido, con el fin de conservar energía, de modo que la calidad del aire en el interior se pueda mantener en los niveles requeridos.

10.2.1 Ventilación natural Se produce cuando la renovación de aire de un local se efectúa aprovechando las características naturales del aire, lo que hace que la renovación de aire varíe según la velocidad del viento y la diferencia de temperatura. Se pueden establecer como factores básicos de la ventilación natural los siguientes: Diferencia de altura, diferencia de temperaturas exterior e interior, diferencia de presión, acción del viento y carga térmica.

Existe determinadas variables que caracterizan la ventilación como son: las renovaciones de aire, el caudal de aire, la edad del aire y la eficacia de la ventilación. Salas de descanso Edificios residenciales

Las diferencias térmicas, como consecuencia de la modificación de la densidad del aire con la temperatura, dan lugar al efecto conocido como “efecto chimenea”, producido como consecuencia de la diferencia de temperatura entre dos masas de aire tendiendo el aire más frío a ir hacia las zonas inferiores al tener mayor densidad, desplazando al aire más caliente hacia los niveles superiores.(Callejo, 2006)

30 L/s 0.35 cambios de aire por hora pero no menos de 7.5 L/s

Tabla 5. Requerimientos mínimos de aire fresco en los edificios (norma 62-1989 de la ASHRAE)

Las infiltraciones y la ventilación espontánea a través de las ventanas se pueden considerar como una forma de ventilación natural, ya que esta ventilación conecta el ambiente externo con el espacio interior.

Los valores están basados en el control del CO2 y otros contaminantes con un margen adecuado de seguridad, lo cual requiere que a cada persona se le suministren por lo menos 7.5 L/s (15 ft3/min) de aire fresco.(Ghajar, 2011)

10.2.2. Ventilación por desplazamiento

Como se nombro anteriormente el metabolismo vital de las personas exige un determinado consumo de oxígeno en función de variados factores los cuales obligan a una renovación mínima del aire de los ambientes habitados. Por otra parte la renovación excesiva puede repercutir desfavorablemente en la economía y el impacto ambiental.

Figura 3. Movimiento del aire conforme a la temperatura.

En este tipo de ventilación existe una zona de impulsión del aire, que es la zona ocupada por las personas, y una zona de extracción situada encima de la de impulsión. Las mejores condiciones se dan cuando existe una mínima mezcla entre las zonas de impulsión y de extracción. La ventilación por desplazamiento no crea corrientes de aire molestas, no ocasiona problemas de ruido, y la evacuación del aire viciado se efectúa con mayor eficacia.(Callejo, 2006)

Ventilación para edificios de vivienda. Debe tenerse en cuenta que hay un caudal de admisión que es la suma de los correspondientes a los locales vivideros (salas de estar, dormitorios) y otro de extracción, suma de los correspondientes a (cocinas y aseos). Ventilación por desplazamiento

Ventilación por mezcla

En teoría, es la inyección de aire en un recinto de manera que el aire fresco desplace el aire anteriormente existente sin mezclarse con él. La ventilación por desplazamiento se consigue inyectando aire fresco lentamente y cerca del suelo y realizando la extracción de aire cerca del techo. El uso de este tipo de ventilación para controlar el ambiente térmico tiene la ventaja de que aprovecha el movimiento natural del aire generado por variaciones de densidad provocadas, a su vez, por diferencias de temperatura.(Farrás)

Ventilación por mezcla

Figura 2. Modo de ventilación .

10.2.3 Ventilación por dilución Este tipo de ventilación tiene como objetivo mezclar al máximo el aire que se introduce mecánicamente con todo el aire ya existente, de modo que la temperatura sea lo más uniforme posible, si lo que se pretende conseguir es el control térmico. Para conseguir esta uniformidad, se inyectan corrientes de aire desde el techo a velocidad relativamente alta, para generar una fuerte circulación del aire. El resultado es un alto grado de mezcla del aire fresco con el aire ya presente en el espacio.(Farrás) Es necesario conocer dos hechos a fin de calcular la velocidad de ventilación necesaria: La cantidad de contaminante que se genera y el nivel de concentración ambiental que se busca. En estas condiciones, los cálculos correspondientes dan lugar a la siguiente ecuación, donde: c(t)= Concentración del contaminante en el espacio, en el tiempo t. a = Cantidad de contaminante que se genera (masa por unidad de tiempo). Q = Velocidad de alimentación de aire fresco (volumen por unidad de tiempo). V = Volumen del espacio en cuestión.

La influencia de la ventilación se limita a controlar la velocidad de estabilización de las condiciones ambientales, no el nivel de concentración en el que se producirá la estabilidad. Eso dependerá exclusivamente de la velocidad de ventilación (Q).(Farrás)

10.2.4 Ventilación cruzada Este tipo de ventilación se produce mediante la apertura de huecos practicables en fachadas opuestas que dan a espacios exteriores. Es conveniente que éstas se orienten en el sentido del viento dominante, según las características de éste. El efecto también se consigue si las fachadas reciben radiación solar de forma no simultánea, de manera que haya una diferencia térmica en su superficie y en el aire próximo a ellas.(Farrás)

10.3 Capítulo III. Calidad del aire interior. El síndrome del edificio enfermo.

Cuando se habla de calidad del aire, se refiere a los ambientes interiores no industriales, ya que las condiciones de dichos espacios suelen verse afectadas por agentes físicos, químicos y biológicos los cuales producen ciertos efectos tanto positivos como negativos en las personas que habitan dichos espacios.

El síndrome del edificio enfermo genera sus propios contaminantes debido a la mala ventilación, descompensación de temperaturas, constituye la suma de reacciones que presentan las personas frente a la acumulación de polvo, vapores, gases, bacterias, hongos y otros contaminantes, conformados por espacios de baja ventilación, monótonos y uniformes, bajo una selva de luces fluorescentes, las cuales pueden causar aburrimiento y cansancio visual.

Ambiente térmico Aumento del volumen del aire fresco Reducción de la humedad relativa

ERE

Ambiente acústico Suministro intermitente de aire exterior para conservar la energía Ambiente visual Reducción en el uso de luces fluorescentes

Tabla 6. Medidas para el control de la calidad del aire en interiores.

10.3.1. CONTAMINANT ES DEL AIRE. Los factores que afectan la calidad de vida de las personas están directamente relacionados con todo lo que ocurre externa e internamente en el espacio, ya sea por actividades realizadas dentro de los espacios, malos olores o materiales con los que está construido el espacio en el que se habita, estos factores pueden resolverse con tasas de renovación de aire, distribuciones adecuadas y control de fuentes contaminantes en el interior.

Son creadas por agentes contaminantes específicos que generan problemas graves en los usuarios, son clasificadas en tres grupos: Enfermedades infecciosas de transmisión aérea: Son las enfermedades transmitidas por portadores vivos, como la gripa. Este tipo de transmisión es el más común ya que “entre mayor sea la densidad de ocupación y menor la tasa de renovación del aire interior la posibilidad de infecciones es mayor.”(Callejo, 2006) Enfermedades de hipersensibilidad y reacciones toxicas.

10.3.2 Temperatura del interior La primera línea de defensa del cuerpo contra la pérdida excesiva de calor en un medio ambiente frío es reducir la temperatura de la piel y, de este modo, la razón de pérdida de calor. El ideal es que la superficie que está situada hacia el interior no esté fría, así evita la pérdida del calor del cuerpo por radiación.

Algunas medidas pertinentes para mejorar la calidad del aire en interiores teniendo en cuenta el ahorro energético son; El uso de aire exterior y la implementación de sistemas pasivos que no consuman energía eléctrica.

11. MARCO LEGAL Existen normas en Colombia y alrededor del mundo que indican ciertos parámetros para los sistemas de ventaneria en las edificaciones. •NSR-10 titulo K, Norma sismo resistente. Capitulo K.4 Requisitos especiales para vidrios, productos de vidrio y sistemas vidriados: Las estipulaciones de este capítulo se refieren a requisitos generales de diseño, de seguridad y constructivos, que deben aplicarse a: Vidrios, ventanales y productos de vidrio para uso en edificaciones. -Doble vidriado: Vidriado aislante que incorpora dos láminas de vidrio separadas por una cámara de aire. -Vidrio láminado: Ensamble que consiste de al menos una lamina de vidrio adherida a otra lamina con una entrecapa organica. Nota: Cuando el vidrio laminado se rompe, los fragmentos del vidrio se adhieren a la entrecapa. Cumple con los requisitos de la especificación ASTM C1172:09. (Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, 1997)

•ASHRAE, Ventilation for acceptable indoor air quality, junio 2003, American society of heating, refrigerating and air conditioning engineers. Impacta la industria mejorando la manera como los sistemas de refrigeración trabajan, cómo se aplican y permite el desarrollo de información técnica para crear estándares y guías, que son la base de las mejores prácticas para diseño y prueba a nivel mundial. Su contribución nos ayuda para desarrollar mejoras en eficiencia energética, estudios sobre climas cálidos y húmedos, refrigeración y calidad del aire interior. (STANDARD, 2003)

12. Determinantes Funcionales

Formales

Resistencia a lluvias y vientos fuertes, al encontrarse expuesto directamente a los agentes externos y los climas variables de la ciudad de Bogotá la cual tiene una velocidad del viento media anual de 10.4 Km/h.

Materiales: Resistentes al impacto, aislantes térmicos, aislamiento acústico, resistencia a la intemperie. Doble capa de material que permita el aislamiento acústico y térmico.

Ventilación natural por medio de un sistema de apertura que permita la entrada y salida del aire, para que se lleve a cabo una renovación de 5 a 7 veces/h de aire fresco en salas de estar.

Componentes: Vidrio, capa de material aislante, vierteaguas, herrajes, manipulaciones, módulos de apertura y cierre.

Paso de la luz natural: Permitir el paso de la luz natural al espacio, para contribuir al ahorro de energía y permitir la realización de tareas durante el día.

Sostenibilidad Procesos productivos y materiales locales.

Aislamiento acústico: Permitir solo el paso del sonido externo necesario al espacio, contando con una adecuada calidad sonora. Con un rango de aislamiento moderado de 38 a 40 dBa.

Materiales reciclables y reutilizables. Evitar el uso de aires acondicionados y calefacciones que consumen gas o electricidad.

Confort térmico: Debe contribuir a la mantenencia de una temperatura seca del aire dentro de los espacios de 20°C a 2°C.

Culturales

Ergonómicos

Experiencia propia: La forma más fácil de conocer las necesidades de los usuarios es ser parte de ellos, usar y analizar el producto con un fin investigativo y de observación.

Al ser un sistema de ensambles y herrajes, se facilita el transporte y la instalación, ya que puede hacerse por componentes. El sistema debe contar con elementos de fácil agarre para su instalación y mantenimiento.

Modos de uso mentales: La mente humana posee ciertos patrones de uso que son establecidos por la experiencia, de esa forma los usuarios saben de qué manera se usan ciertos productos.

Instalación: • No debe exceder los 80 kg el total de la ventaneria. • Debe ser cargada por dos personas.

Trabajo en conjunto: El diseño y la producción del sistema debe abarcar varias disciplinas, el apoyo intelectual de unas con otras es crucial para el proceso de un producto exitoso.

Uso: •Debe tener manipulaciones sencillas para su apertura y cierre.

Tecnológicos Procesos productivos: Debe tener una baja emisividad de gases y agentes tóxicos para el medio ambiente y las personas. Deben ser desarrollados en la región. Factibilidad: Los procesos productivos propuestos como la extrusión y el moldeo deben ser evaluados por el departamento que posee las competencias para determinar si es posible o no.

13. REQUERIMIENTOS Funcionales:

Culturales:

Por medio de las aberturas con las que cuentan los módulos que forman la ventana y los movimientos que realizan se lograra la renovación del aire necesaria para los habitantes del espacio. La transparencia del material permite la entrada de la luz natural. La doble capa de material que forma la ventana genera un porcentaje de aislamiento acústico. La doble capa de material contribuye a mantener una temperatura que puede variar conforme al clima, sin embargo esta dentro de los rangos de confort. El material de la ventana y el material del marco son resistentes a las variantes del clima, soportando lluvia y vientos fuertes sin romperse o quebrarse. El material del marco posee un punto de quiebre alto. Es duro y rígido, haciéndolo fuerte y duradero.

Las ventanas tienen el mismo uso, la misma funcionalidad. Asi que, bajo este patrón de uso establecido el usuario entiende qué es y para qué sirve el modulo que se le ofrece. Por su forma estética. Trabajar en conjunto con la ingeniera y la arquitectura, el proceso de diseño se vuelve interdisciplinar, disminuyendo el margen de error del producto.

14. ALT ERNAT IVA CONCEPT UAL Sistema de ventaneria para fachadas residenciales que por medio de doble capa de material, el diseño de la marquetería y los materiales implementados es capaz de aislar acústica y térmica el espacio habitado del exterior. Tomando como referencia la importancia de la arquitectura bioclimática, por medio de los sistemas de apertura se logre una renovación de aire en el interior de los espacios por medio de una ventilación cruzada. Enfocando el proyecto a estratos altos de Bogotá D.C, siendo esta una ciudad con altos índices de nubosidad y bajas temperaturas.

Componentes Material aislante traslucido Vidrio laminado Marqueteria Material aislante resistente a la intemperie Empaques Herrajes de apertura y cierre Manipulaciones Uniones entre componentes

15. PRODUCTO Sistema de ventaneria de orientación vertical u horizontal con un tipo de acristalamiento doble y mixto (vidrio y policarbonato) que permite el control solar, el aislamiento térmico y acústico con cámara de aire, con marquetería mixta, en aluminio con poliestireno expandido en su interior para el rompimiento de puentes térmicos. Cuenta con un sistema de apertura vertical u horizontal, superior e inferior que permite la entrada y salida de aire para que sea renovado en el interior.

Policarbonato

Cámara de aire Vidrio láminado

Marcos y hojas soldados

Poliestireno expandido

Exterior

Interior Perfil de aluminio con camaras de aire

15.1. VALOR DIFERENCIAL Marqueteria mixta

El confort térmico se mantiene entre: 23°C-27°C Cada segundo se pierde por la ventana: O,OO1°C Resistencia térmica de la ventana del 2,1510W/m2·K interior al exterior: N° Renovaciones de aire en un espacio tipo de 3x2mts 5-7/h con una altura de 2,20mts:

Camára de aire entre cristales: 4-12-6(mm)

Atenuación sonora gracias al doble cristal exterior y 38dB la diferencia de grosores:

15.2. CONFIGURACIONES DE PRODUCTO CONFIGURACIONES DE CRISTALES 1. VIDRIO + VIDRIO

$-70% 3. VIDRIO + POLICARBONATO $-50% 2. POLICARBONATO + POLICARBONATO

Perzonalizaci贸n de colores en policarbonato.

15.3. CONFIGURACIONES DE APERT URA

Brazo metalico abierto y cerrado

1 Gris

Aguamarina

3 Transparente

15.3. CONFIGURACIONES DE APERT URA Apertura inferior y superior abiertas: Entrada de aire exterior para renovar el aire interior.

Aperturas superiores abiertas: Salida de aire caliente para refrescar el interior, cuando hay altas temperaturas.

Aperturas inferiores abiertas: Entrada de aire.

Aperturas inferiores y exteriores cerradas: Conservaci贸n de la temperatura y el aire caliente en el interior.

15.4 COMPORTAMIENTO BIOCLIMÁT ICO ¿VENTILACIÓN CRUZADA?

Es el ingreso y salida del viento a través de los espacios interiores de un edificio, se logra por medio de aberturas en zonas de alta y baja presión de viento.

¿RENOVACIÓN DE AIRE?

Se aplica a un espacio para analizar la calidad del aire interior. La renovación puede hacerse naturalmente mediante corrientes de aire por medio de aberturas.

Puerta

El doble cristal permite la entrada parcial de energía para calentar los espacios interiores y evitar el deslumbramiento.

Ventana

Puerta

Ventana

El doble cristal permite la salida parcial de energía para conservar la mayor cantidad de calor posible en el espacio interior.

Relaci贸n con los habitantes Entrada de aire fresco para renovar el aire interior

Conservaci贸n de aire caliente en el espacio interior cuando se presentan muy bajas temperaturas en el exterior.

15.5. Materiales Todos los materiales implementandos son 100% reciclables y pueden ser producidos en Colombia. Dos o más capas de vidrio con una capa intermedia de material polimérico: Poli vinil butiral (PVB).

Vidrio láminado

- Seguridad. -Aislamiento. -Dureza. -Traslucidez. -Transmite calor por conducción por ser solido, por ser transparente transmite calor por radiación. Conductividad térmica: 0,006 W/m2*K.

Policarbonato

Dos o más capas de vidrio con una capa intermedia de material polimérico: Poli vinil butiral (PVB). - Resistente. -Aislamiento. -Dureza. -Traslucidez. Conductividad térmica: 0,21 W/mK.

Poliestireno expandido Aluminio

15.6. COMPROBACIONES

Modelo de resistencias

Para comprobar si la ventana cumple con el aislamiento térmico propuesto se debe calcular la resistencia que el producto ofrece al flujo de calor, a partir de los materiales y la disposición de los mismos. Aluminio

Ventaneria convencional

Vidrio

Aluminio

Aire caliente

= 0,6610W/m2·K

Aire frío

Vidrio Aire caliente

Aluminio

Aislante

RESISTENCIA TÉRMICA DE LA VENTANA

Policarbonato Aire frío

Aire

VENTANICA Aluminio

= 2,1510W/m2·K

Aluminio

Al sumar cada una de las resistencias a partir de la conductividad térmica de los materiales, su dimensión, su espesor y la disposicion que tienen en el objeto se calcula la resistencia térmica de la ventana propuesta vs la ventana convencional en un espacio tipo de 2x3 mts y 2,20mts de altura.

Se calcula la perdida de calor de la ventana propuesta y la ventana convencional a partir de la siguiente ecuación:

Q=Temperatura interior - Temperatura exterior Resistencia térmica

Ventaneria convencional

= 26,718w

VENTANICA

= 7,906W

Se concluye que la perdida de calor del sistema propuesto es menor ya que su resistencia térmica es mayor que la ventaneria convencional. El objetivo del sistema de ventaneria es mantener el confort térmico, se asume que este valor ya se ha alcanzado en el espacio interior (23° a 27°C) y para comprobar la disminución de temperatura debido a las perdidas de calor en la ventana se parte de la siguiente ecuación:

Qperdido=Maire x Cpe aire (Tconfort - Tfinal) Tfinal=Tconfort - Qperdido Maire - Cpe aire. Q= Calor M= Masa Cpe= Calor especifíco

En un espacio de 3mts x 2mts y una altura de 2,20 mts, un volumen de 13,2 m3, se sabe que la densidad del aire a temperatura ambiente es de 1kg/m3, a partir de esto se puede determinar que la masa del aire en el espacio tipo es de 13,2 kg de aire. Se sabe que la capacidad calorifica del aire es de 1000 J/kg°C y al conocer las perdidas de energia calculadas anteriormente, se determino que la temperatura final al perder esta cantidad de energia (7,906 w) seria de 24,999°C. 2,20 mts

13,2 Kg de aire

Por lo tanto, cada segundo se pierde 0,001°C por la ventana. 2 mts

3 mts Sin suministrar energía en este espacio, es decir, el espacio esta vacio el confort térmico se mantendra durante 30 minutos.

En conclusión, la resistencia térmica que ofrece la ventana permite que las perdidas de calor (interior-exterior) sean muy bajas permitiendo que le confort se mantenga en el espacio.

AISLAMIENTO ACÚSTICO

3+3

El tipo de acristalamiento es el factor mas importante en el aislamiento aústico. Los aspectos más influyentes en los acristalamientos, en términos de aislamiento acústico, son: el espesor de los materiales usados, la diferencia de los espesores de los materiales que componen el acristalamiento (está comprobado que la instalación de vidrios de diferente espesor en un acristalamiento permite alcanzar un mayor aislamiento acústico) o la instalación de butirales especiales entre los vidrios del acristalamiento, que atenúan la vibración y son capaces de mejorar hasta 3 dB el aislamiento acústico si lo comparamos con un vidrio laminado normal.

AIRE

VIDRIO LAMINADO

POLICARBONATO / VIDRIO

Vidrio laminado 3+3 mm, camara de aire 12mm, Mono 3mm. Indices para determinar la capacidad de atenuación acustica de los materiales: STC (Sound transmission class) OITC (Outdoor-indoor transmission class) TL (Transmission loss) Mientras mas altos son los niveles TL, mayor es la capacidad de atenuación acústica.

En una frecuencia de 630 Hz habra una atenuación de 38

Ventaneria convencional

En una frecuencia de 630

dB.

Hz habra una atenuacion de 7dB.

Vidrio sencillo 3+3

En una frecuencia de 630

VENTANICA

Hz habra una atenuacion de 38dB.

AIRE

VIDRIO LAMINADO

POLICARBONATO / VIDRIO

En conclusión, los estudios ya establecidos en cuanto a materiales y disposicion de los mismos para una atenuación acústica, arrojan que el sistema de ventaneria propuesto tiene el doble de atenuación acústica frente a la ventaneria convencional, teniendo en cuenta que la atenuación sonora disminuye o aumenta el doble.

http://www.hermetik.co/aislamientos/

15.8. TABLA DE COSTOS COMPONENTE PERFIL DE ALUMINIO POLIESTIRENO EXPANDIDO CAUCHO DE ETILENO VIDRIO LAMINADO POLICARBONATO HERRAJE CERRAMIENTO MANIJA TOTAL TIEMPO DE CONSTRUCCIÓN MANO DE OBRA / HORA TIEMPO DE INSTALACIÓN INSTALACION MAQUINARIA (Molde) USO MAQUINARIA/ HORA TOTAL

COSTO UNITARIO

$ $ $

$ $ $ $

COSTO METRO CUADRADO $ 90,000 $ 30,000 $ 10,000 $ 150,000 $ 25,000

320,000 30,000 $ 10,000 $ $ 10 HORAS 15,000 $ 5 HORAS 10,000 $ 60,000,000 80,000 $ $

GRAN TOTAL VENTA GANANCIA 50%

$ $

30,000 20,000 355,000

150,000 50,000 80,000 280,000 635,000 1,270,000

15.9. T IEMPOS DE CONST RUCCIร N CONVENCIONES Almacenamiento o demora Inspeccion Operaciรณn Transporte

MARCO ALUMINIO Recopilacion aluminio Inspeccion de aluminio Recopilacion de moldes Almacenamiento de moldes Transporte a la bodega de materias primas Almacenamiento en bodega de materias primas Transporte al puesto de trabajo de aluminio Transporte de moldes al puesto de trabajo Espera de operario que maneja extrusora Montaje de moldes en la extrusora Proceso de extrusiรณn Desmoldeo Inspecciรณn pieza terminada Transporte a la bodega Almacenamiento en bodega de materias primas Transporte a la zona de ensamble

ENSAMBLE DE VENTANA Recopilacion de materiales Inspeccion de materiales Ensamble de corcho en el marco Ensamble de empaques en el marco Montaje de vidrios y/o policarbonato Montaje de herrajes, bisagras y manijas Inspeccion ventana terminada Inspecciรณn pieza terminada Transporte a bodega Almacenamiento en bodega Transporte a la zona de embalaje Embalaje

PIEZAS DE POLIESTIRENO Recopilacion de poliestireno Inspeccion de poliestireno Almacenamiento en bodega Transporte al puesto de trabajo Montaje moldes para extrusora Proceso de extrusion Desmolde Inspeccion de piezas terminadas Transporte a la zona de almacenaje

PRODUCTO TERMINADO Zona de embalaje Embalaje ventana En puesto de trabajo Bodega producto terminado Bodega producto terminado Calidad del producto Bodega de producto

VIDRIO Y POLICARBONATO Recopilacion del material Inspeccion del material Transporte al puesto de trabajo Toma de medidas para corte Cortar material Lijado y acabado Inspeccion de las piezas cortadas Aplicar sistemas de proteccion Transporte para ensamblaje

15.10. PLAN DE NEGOCIO VEN TÁN ICA

Ventanería termoacústica en aluminio.

100% Colombiano Aislamiento acústico Aislamiento térmico Ecología y medio ambiente Doble cristal

Ventanería termoacústica La ventaneria para su proyecto constructivo.

Colores en los cristales

Configuración en los cristales

1. VIDRIO + VIDRIO

2. POLICARBONATO + POLICARBONATO 3. VIDRIO + POLICARBONATO La ventaneria para su proyecto constructivo.

Configuración de apertura

Esta orientado para venta por catalogo a constructoras.

Medidas de la ventana Perfil: Desde 60cm hasta 6 mts La ventaneria para su proyecto constructivo.

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BIBLIOGRAFÍA Alberich, M. L. (2003). Estrategias bioclimáticas en la arquitectura . Univesitat politécnica de catalunya. ATECOS, A. t. (s.f.). Sistemas pásivos: Ventilación natural. España: Consejo empresarial español para el desarrollo sostenible. Bogotá, U. a. (2013). Secretario de planeación . Callejo, F. J.-R. (2006). Edificios saludables para trabajadores sanos: Calidad de ambientes interiores. Junta de Castilla y Leon. Eslava, J. (1992). Variacion temporal de la humedad relativa del aire en Santafe de Bogota . Farrás, J. G. (s.f.). Control ambiental en interiores. En Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo. FOPAE, I. . (s.f.). Estudio de caracterizacion climatica de Bogota y cuenca alta del rio tunjuelito. Bogotá. Freixanet, V. A. (2012). Arquitectura bioclimatica . Freixanet, V. A. (s.f.). C0nfort.

Ghajar, Y. A.-A. (2011). Transferencia de calor y masa. James, J. &. (1999). Un vitruvio ecológico, principios y práctica del proyecto arquitectonico sostenible. Londres. Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial. (1997). Comision asesora permanente para el regimen de construcciones sismo resistentes. Colombia. salud., C. d. (1946). New York. sociales., M. d. (s.f.). Ambientes cerrados: Calidad del aire. España. STANDARD, A. (2003). Ventilation for acceptable indoor air quality .

WEBGRAFĂ?A http://blog.is-arquitectura.es/2012/09/13/superwindows-ventanas-superaislantes/ https://www.minambiente.gov.co/images/AsuntosambientalesySectorialyUrbana/pd f/Sello_ambiental_colombiano/cartilla_criterios_amb_diseno_construc.pdf https://www.dane.gov.co/files/geoestadistica/Evaluacion_Estratificaicon.pdf http://www.arquinstal.com.ar/eficiencia/ure_esso/ure.html http://www.dynamobel.com/Productos/descargas/INSTALACIONES/CLIMATIZACI ON/manual%20tecnico%20climatizacion.pdf http://www.hermetik.co/construccion-sostenible/ http://www.fao.org/docrep/008/y5013s/y5013s07.htm http://www.hermetik.co/aislamientos/

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Universidad El Bosque Daniela Alejandra E. Pinilla Arquitectura bioclimática D.I Ana Maria Bernal

2015 - 2