caso torre de posgrado facultad de arquitectura / umsnh
presenta. raul coria tinoco
diseĂąo y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT dr. habid becerra santacruz / enero 2015
La Propuesta se desarrolla en la ciudad de Morelia, Michoacán, en la Facultad de Arquitectura de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, tiene como particularidad el ser un edificio ya construido que presenta una problemática de confort térmico y un exceso de asoleamiento en los espacios. El edificio cuenta con una superficie acristalada en las cuatro fachadas que lo componen, su orientación no corresponde a un alineamiento con 4 puntos cardinales. Lamentablemente el edificio no se encuentra concluido, por lo que origina situaciones negativas para el uso de los espacios interiores.
conjunto de ciudad universitaria UMSNH
facultad de arquitectura UMSNH
diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
°C °C
°C
50
50
40
40
50 40
48
44
40
36
32
28
24
20
4
8
12
16
20 24
40
36
Hr 28 32
24
20
16
Morelia se encuentra en48el 44centro norte, 52 Michoacán. Localizada a 1,951 m.s.n.m. Wk Latitud N 19° 42’ Longitud W 101° 11’, cuenta con un clima templado con humedad media C(w1), con temperatura promedio(°C) anual de 18.8ºC. y temperaage Temperature Average Temperature (°C) turas máximas anuales de hasta 39.6ºC. en verano. %
20
20
10
10
8
12
4
52
0
Fuente: CONAGUAWk
52
48
44
12
40
16
20
36
3224
28
24
20
16
Hr 52
12
8
44
48
0
4
36
40
8
12
32
28 16
24
20
16
12
8
Wind Frequency (Hrs)
4
4
8
12
16
20
20 24 Hr
Wk
20
20
10
10
44
48
52
40
36
Hr 32
28
24
20
16
12
8
4
52
0
4
8
44
48
12
40
16
20 28 3224 36 Hr
24
20
16
52
12
8
4
44
48
0
4
36
40
8
24 12 28 32 16 20
20
16
12
8
4
Maximum Temperature (°C)
Minimum Temperature (°C) Maximum Temperature (°C)
%
%
100
100
age Wind Speed (km/h)
Wk
48
173 138
10 104 69 <34
20 km/h
8
12
16
20
44
48
40
36
Hr 32
28
24
20
16
12
8
4
52
0
4
8
16
40
44
48
10 km/h
12
20 28 3224 36 Hr
24
20
16
12
8
0
4
4
8
12
16
20
24
Wk
Minimum Temperature (°C)
W/m²
W/m²
1000
1000
% 95+ 85 75 65 55 45 W/m² 35 25 1000 15 <5
50 km/h Minimum Temperature (°C)
800
800 600
600
600 400 200
16
12
8
4
20
20
0
0
4
8
44
48
12
40
16
20 28 3224 36 Hr
24
20
16
52
12
8
4
44
48
4
40
36
8
12 28 32 16
24
20
16
12
8
4
4
8
12
16
20 24
20 24 Hr
Wk
400
400
200
200
0
0
200
0
44
48
52
40
36
Hr 32
28
24
20
16
12
8
4
52
4
8
44
12
40
16
20 28 3224 36 Hr
24
20
16
52 Prevailing Winds Wk
48
12
8
4
44
48
4
36
40
8
24 12 28 32 16 20
20
16
12
8
4
km/h
50 km/h
Wk
Location: Morelia, Mil cumbres (19.7°, -101.1°)
Date: 1st January - 31st December Time: 00:00 - 24:00 © Weather Tool
40 km/h
10 km/h Diffuse Solar Radiation (W/m²) Direct Solar Radiation (W/m²) Direct Solar Radiation (W/m²)
50
50
40
40
30
30
%
%
100
100
80
80
60
60
100
16
12
8
0
4
8
36
52
48
44
12
40
16
20 28 3224 36 Hr
24
20
16
52
12
48
8
4
44
0
40
4
36
8
12 28 32 16
24
20
16
12
8
4
4
8
12
16
20 24 Hr 52
Wk
Average Cloud Cover (%) Average Wind Speed (km/h) Average Wind Speed (km/h)
20
40
36
Hr 32
28
24
20
16
12
8
4
52
600
400
400
200
200
0
4
20
48
44
40
36
Hr 32
28
24
20
16
12
8
4
52
0
48
4
8
44
12
40
16
20 28 3224 36 Hr
24
20
16
52
12
48
8
4
20 0
40 km/h
8 30 km/h
12 28 32 16
44
40
36km/h 20
24
20
16
12
8
4
20
10 km/h
16
24
20
16
24
0
4
8
12
16
20
°C 45+ 40 35 30 25 20 15 10 5 <0
50 km/h
30 km/h 20 km/h
9
9
7
7
4
6
3
4
% 95+ 0 85 75 65 55 45 35 25 15 <5
52
mm 10
mm 10
6
3 4
8
12
16
20 24
48
4
Average Wind Temperatures
50 km/h
1
Hr
Wk
44
40
36
Hr 32
28
24
20
16
12
8
4
0
40 km/h
4
8
12
30 km/h
16
20 20 km/h 36
52
48
44
4010 km/h
3224
28
24
20
16
Hr
Wk
Wk
Average Cloud Cover (%)
Average Daily Rainfall (mm) Average Cloud Cover (%)
Average Daily Rainfall (mm) Average Daily Rainfall (mm)
Average Relative Humidity
4
24
Wk
diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
8
40 km/h
1
4
12
12
20 28 Average Relative 3224 Humidity 36 Hr 40
44
48
7
50 km/h
8
Wk
9
40
20
24
Wk
16
mm 10
Wind Frequency (Hrs)
40
20
4
600
6
20
0
800
10 km/h
40
10
10 km/h
Diffuse Solar Radiation (W/m²)Diffuse Solar Radiation (W/m²)
60
10
12
44
48
hrs 52 347+ 312 277 242 208 173 138 104 69 <34
80
20
8
24
% km/h
4
24
20 km/h
Direct Solar Radiation (W/m²)
0
Hr
Wind Frequency (Hrs)
Wk
Wk
Relative Humidity (%)
800
400
40
40
20 km/h
600
60
60
1000 800
80
80
30 km/h
W/m²
1000
800
30
52
20208
W/m²
1000
Wk
40
277 242
40 km/h
20
40 km/h
52
44
4
Wk
W/m²
Para este caso de estudio se utilizo la tive Humidity (%) herramienta Weather tool en donde se Relative Humidity (%) ingresaron los datos del clima de Morelia provenientes de km/h Mil Cumbres, con 50 una latitud de 19.7º, longitud de -101.1 º y altitud de 2,024 m.s.n.m. 40
48
0
52
Wk
30312
30 km/h
Hr
Wk
hrs 347+
50 km/h
10
24
30 km/h
44
Date: 1st January - 31st December Time: 00:00 - 24:00 © Weather Tool
24
Wk
40
40
Wind Frequency (Hrs)
44
Los datos gráficos corresponden al 20 comportamiento de temperatura, vien10 to, humedad, asoleamiento, entre otros de la ciudad de Morelia, generados a lo 0 4 4 8 8por semanas, 12 largo del año16separados 12 20 16 24 obtenidos del cálculo de la herramienta 20 28 20 32 24 24 36 Weather tool. Hr 28 40 32
°C 50
30
10
0
°C 50
Location: Morelia, Mil cumbres (19.7°, -101.1°)
20
24
Maximum Temperature (°C) Average Temperature (°C)
0
44
8
4
Prevailing Winds
30
30
Wk
Morelia, presenta un régimen de preci80 pitación que oscila entre 700 y 100 mi60 límetros por año, en invierno las lluvias son menores y solo alcanzan máximas 40 de 5 milímetros anuales. 20 4 4 8 Los vientos predominantes proceden 8 12 16 12 20 16 variables del suroeste y el noroeste, con 24 20 28 20 32 24 24 en 36julio, agosto y octubre. Su intensidad Hr 28 40 32 36 hora. oscila entre 2 y 4.5 kilómetros40por
4
48
100
48
40 30
10
weather tool 0
40
20
10 4
50 40
30
30
8
50
50
30
20
12
°C
40
30
16
°C °C
50
Wk
Average Rainfall (mm)
12
8
mm 1.0+ 0.9 0.8 40.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 <0.1
3 1 0
4
8
12
16
20
24
Optimum Orientation
Psychrometric Chart
N
Location: Morelia, Mil cumbres
15°
345°
Orientation based on average daily incident radiation on a vertical surface. Underheated Stress: 0.0 Overheated Stress: 21.5 Compromise: 185.0°
kWh/m² 30°
330° 3.60
© Weather Tool
Worst
3.20
COMFORT: Passive Solar Heating
45°
315°
AH
Location: Morelia, Mil cumbres Frequency: 1st January to 31st December Weekday Times: 07:00-21:00 Hrs Weekend Times: 07:00-13:00 Hrs Barometric Pressure: 101.36 kPa © Weather Tool
Best
30
IF IC IO
2.80
300°
60°
ED
2.40
N
2.00
N TA C IO
25
RI E
1.60
O
1.20 285°
75°
0.80 20
0.40
275.0°
90°
270°
OPTIMA ORIE
NTACION 15
105°
255°
10
120°
240°
150°
210°
Avg. Daily Radiation at -175.0° Entire Year: 1.59 kWh/m² Underheated: 3.19 kWh/m² Overheated: 0.28 kWh/m²
195° Compromise: 185.0° 180°
22
20
18
16
14
12
10
08
06
04
02
Comfort
Annual Average Underheated Period Overheated Period
165°
INCIDENT SOLAR RADIATION - Total Monthly Hr
5
135°
225°
Morelia, Mil cumbres
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
76
248
284.6
213
139.2
0
0
0
0
296
258.6
299.4
279.4
280.8
294.6
244.6
207
193.8
282.4
264.8
266.2
319.2
290
300
276
293.2
322.2
289.4
249.4
231.6
309.2
297.8
279
344.4
320.2
305
273
307.4
352
325
300.4
269.4
323.6
336
305.8
393.4
369.4
321.2
331.8
297.4
366.6
377.6
331.6
320.2
369
395.8
351.4
446.4
406.6
368.6
382
356.6
391.8
403.8
332
386.6
407
430.4
412.2
453.6
412.2
452.4
422
395.6
398.4
400
345.6
395.8
426.8
434.4
446.8
432.2
401
448.6
427.6
374.6
399.4
400.2
333.8
372.8
422.2
415.2
427.8
356.8
349
422.8
409.8
350.8
382.6
378
286.8
354
369.4
348.8
353.2
203.2
219
327.8
350.8
297
296.4
317.4
244.2
240.2
295.4
225.8
209.6
0
0
34.2
163
190.8
178.8
183.4
118.2
91.2
90
14
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
DBT(°C)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Wh/m² 500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
Para este caso de estudio se utilizo la herramienta Weather tool en donde se ingresaron los datos del clima de Morelia provenientes de Mil Cumbres, con una latitud de 19.7º, longitud de -101.1 º y altitud de 2,024 m.s.n.m. La carta psicométrica se presenta con actividad sedentaria en primavera, verano, otoño e invierno. Los datos que se ubican con mayor frecuencia fuera de la zona de confort son en primavera y verano. Con respecto a la orientación optima, obtenida del cálculo de la herramienta Weather tool, las orientaciones optimas se ubican de a sureste a suroeste con 185° con respecto al norte. se refleja la orientacion que presenta el edificio del caso de estudio
shadow range
shadow range Morelia: realizado de 9.00 a 17.00 hrs
El análisis de rango de sombras nos permite observar como a lo largo del año los edificios y elementos que lo componen generan sombras sobre el terreno y sobre otros edificios. En el caso particular de estudio, solo las fachadas ubicadas hacia el sureste y suroeste son las que reciben bloqueos. En el solsticio de invierno se produce la mayor extensión de sombras y en el de verano la menor. En cualquiera de los casos no existe alguna afectación hacia alguna otra edificación, la separación hacia los edificios del conjunto ubicados hacia el norte es adecuada.
enero
febrero
marzo equinoccio de primavera
abril
mayo
junio solsticio de verano
julio
agosto
septiembre equinoccio de otoño
octubre
noviembre
diciembre solsticio de invierno
diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
matrix 4x3 El análisis 4x3, nos permite observar el asoleamiento en las fachadas de los edificios del conjunto, así como en el del caso de estudio, las fachadas sureste y suroeste, tienen bloqueos de los rayos solares por medio de edificios del conjunto, así como de la gran cubierta ubicada en la parte central. Cabe mencionar que estas fachadas son las que están con la orientación óptima. En el caso de las fachadas noreste y noroeste, no hay ningún elemento que impide la llegada del sol de manera directa, se nota como en el verano y otoño existe mayor ganancia solar por la tarde.
8.00
12.00
17.00
diciembre solsticio de invierno
marzo equinoccio de primavera
diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
junio solsticio de verano
septiembre equinoccio de otoño
Wh
Insolation Analysis
1800000+
Total Radiation
1624000
Contour Range: 40000 - 1800000 Wh In Steps of: 176000 Wh © ECOTECT v5
1448000
Wh
1272000
1800000+
1096000 920000 744000 568000 392000 216000 40000
1624000 1448000 1272000 1096000 920000 744000 568000 392000 216000 40000
El análisis de insolación en un periodo anual sobre el terreno muestra en el conjunto niveles de 1800000 wh y de 740000 wh en las áreas más próximas a las edificaciones.
Insolation Analysis diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
Se realizo la propuesta para dar confort térmico y evitar asoleamientos innecesarios, la solución se retoma del proyecto original. En base a los estudios y los análisis comparativos obtenidos, observamos que la propuesta original queda obsoleta ante la problemática, por lo que se actualiza la solución. La Propuesta de solución es a través del diseño de parasoles de 60 cms. de ancho con un desarrollo en la mayoría del perímetro del edificio (en las cuatro fachadas), con separación horizontal de 60 cms. entre los parasoles y los canceles de fachadas, esta separación permitirá la ventilación adecuada, así como los mantenimientos futuros.
project diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
Las fachadas más desfavorables, son las que se encuentran hacia el noroeste y la que se encuentra hacia el suroeste. En este grafico se analiza la fachada sureste, la cual está orientada hacia el interior del conjunto. Presenta un caso distinto a las otras fachadas, dado que por la orientación de los edificios del conjunto se aprovecharan las sombras que estos producen a favor de evitar el asoleamiento por la mañana hasta 11.00 hrs horas, además de optimizar en un 70% la protección solar y mejoramiento térmico. Se muestran gráficos comparativos donde se observa el comportamiento actual de las fachadas y la mejora al colocar los parasoles.
Insolation Analysis / Fachada Sureste diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
Las fachadas más desfavorables, son las que se encuentran hacia el noroeste y la que se encuentra hacia el suroeste. En este grafico se analiza la fachada suroeste, la cual está orientada hacia el edificio de auditorio. Presenta un caso distinto a las otras fachadas, dado que por la orientación de los edificios del conjunto, se aprovecharan las sombras que estos producen a favor de evitar el asoleamiento por la mañana hasta las 11.00 hrs horas, además de optimizar en un 70% la protección solar y mejoramiento térmico. Se muestran gráficos comparativos donde se observa el comportamiento actual de las fachadas y la mejora al colocar los parasoles.
Insolation Analysis / Fachada Suroeste diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
La fachada Noroeste es la más desfavorable. En este grafico se analiza la fachada comentada, no hay ningún elemento o edificación que evite la llegada de la incidencia solar. Presenta el caso más extremo, por la mañana y hasta medio día no recibe sol directo, pero con las horas restantes es suficiente para elevar la temperatura interior. La solución de colocar los parasoles optimiza la proteccion solar en un 55 %. Se muestran gráficos comparativos donde se observa el comportamiento actual de las fachadas y la mejora al colocar los parasoles.
Insolation Analysis / Fachada Noroeste diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
Con este análisis se comprueba la disminución de la incidencia solar sin desaprovechar la luz diurna. En los gráficos se observa el comportamiento del interior del edificio con niveles de luxes de luz natural que penetran en el interior con un promedio de 1,500 luxes hasta con máximas de 6,300 luxes sin la propuesta. Para el desarrollo de las actividades académicas se requiere 400 – 800 luxes. Los niveles que se obtienen a colocar los parasoles oscilan entre 900 - 1000 luxes. Ademas de disminuir el factor termico en el interior de los espacios.
Daylight Analysis diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
Solar Ray
Los parasoles se distribuyen a una distancia de 30 cms. favorece el espacio interior evitando el ingreso el sol, sin embargo, por la orientación del edificio habrá un periodo de tiempo de 10-15 minutos alrededor de la 17.00 y 18.00 hrs, (puesta del sol) donde el sol no se podrá bloquear, dado que la disposición de los elementos es horizontal, por lo que para la fachada noroeste podrá realizarse el diseño de un parasol giratorio. En el grafico se muestra como los rayos solares llegan al parasol y solo a traves del rebote llegan hacia el interior. spacing. 0.80 bounces. 2.0
diseño y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT
diseĂąo y analisis bioclimatico aplicado al medio construido mediante el uso de ECOTECT