Ecotect final Raul Coria Tinoco- MDA-FAUM

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

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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