Clase 3 2022
Arquitectura Sustentable MGTR. ARQ. LUIS FERNANDO RUANO PAZ
Agenda 1. Presentación por grupos: Arquitectura de Climas 2. Tema 3: Arquitectura Bioclimática ▪ Estrategias generales de diseño ▪ Climogramas de Bienestar 3. Desarrollo Taller 2: Climogramas de Bienestar 4. Conferencia Vulnerabilidad y Riesgo
1
Arquitectura Bioclimática
Arquitectura Bioclimática • La arquitectura bioclimática desde su concepción más básica, es la relación entre el clima, la arquitectura y los seres vivos. • Es aquella arquitectura que tiene en cuenta el clima y las condiciones del entorno para ayudar a conseguir confort térmico de los espacios para la vida y el desarrollo del hombre. • Aprovecha los recursos naturales disponibles (sol, vegetación, lluvia, vientos) para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energía.
Arquitectura Bioclimática • La estructura de esta arquitectura, se fundamenta en tres pilares: > la captación de la energía > su acumulación > su distribución
Arquitectura Bioclimática • La captación de la energía calorífica se puede realizar mediante sistemas de acondicionamiento pasivos. • Estos sistemas son parte constituyente del edificio, ya sea como elementos constructivos básicos (muros, ventanas, cubiertas, etc.) o como elementos básicos modificados en su función (invernaderos, galerías, chimeneas, sótanos, etc.). • De este modo, la edificación se convierte, de una forma natural, en el sistema de captación, control, regulación, acumulación y distribución de la energía que necesitan sus ocupantes para vivir, sin generar sobre costos en la construcción.
Arquitectura Bioclimática • La arquitectura bioclimática se basa en el uso de estrategias de diseño pasivo, que contribuyan a minimizar el uso de energía convencional para calefacción, refrigeración e iluminación. • Estas estrategias deben ser adecuadamente seleccionadas e integradas al proyecto, desde el inicio del proceso de diseño; tomando en cuenta el contexto climático y a las características de uso del edificio. • Una vez realizado un buen análisis de las características climáticas y microclimáticas del emplazamiento del proyecto, se deben tomar decisiones de diseño para aprovechar las ventajas del clima y minimizar sus desventajas.
Arquitectura Bioclimática • Estrategias generales de diseño: 1. Estrategias de diseño arquitectónico pasivo 2. Estrategias de calentamiento pasivo 3. Estrategias de enfriamiento pasivo 4. Estrategias de iluminación natural 5. Estrategias de captación solar activas: térmica y fotovoltaica 6. Materialidad
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 1. Estrategias de diseño arquitectónico. La orientación: La orientación de los edificios determina en gran parte la demanda energética de calefacción y refrigeración del mismo en el futuro. Una buena orientación podría minimizar considerablemente las demandas energéticas a través del control de las ganancias solares.
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 1. Estrategias de diseño arquitectónico. Factor de forma: La volumetría de un edificio debe estar relacionada con el clima en que éste se encuentre emplazado y el programa de uso que contiene. Se debe tener claridad acerca de si el edificio busca conservar el calor dentro de sí o disiparlo al ambiente. El factor de forma relaciona la superficie envolvente con el F.F. Climas fríos = 0.5 y 0.8 volumen envuelto. F.F. Climas cálidos = > 1.2
frío templado
seco húmedo
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 1. Estrategias de diseño arquitectónico. Zonificación interior: Se requiere organizar los espacios que contiene un edificio de acuerdo a sus necesidades de calefacción, iluminación natural y confort acústico.
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 1. Estrategias de diseño arquitectónico. Protección del acceso: En climas fríos o templados es necesario proteger los accesos a los edificios de las temperaturas exteriores y del viento en invierno. Vestíbulo configurado por dobles puertas (esclusa, chiflonera) para que el acceso actúe como una zona de transición que evita excesivas pérdidas de calor por ventilación.
En zonas con lluvias, crear un espacio donde la gente pueda guarecerse antes de ingresar a los edificios.
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 2. Estrategias de calentamiento pasivo: Las estrategias de invierno se orientan al calentamiento pasivo de los espacios. Consisten en captar la radiación solar a través de una orientación principalmente norte o sur, almacenar el calor en la masa térmica de la estructura del edificio y principalmente conservar el calor a través de una envolvente aislada y hermética.
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 3. Estrategias de enfriamiento pasivo: Las estrategias de verano se orientan al enfriamiento pasivo de los espacios; a través de una adecuada protección solar que contemple las diferentes orientaciones de los recintos, la ventilación natural y el enfriamiento pasivo evaporativo en aquellos casos en que el clima lo permita.
Arquitectura Bioclimática La ventilación natural
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 4. Estrategias de iluminación natural: Deberán apuntar a captar la luz natural, transmitirla, distribuirla uniformemente en los espacios, y controlar el riesgo de deslumbramiento. Se deberán de considerar aspectos climáticos, como el tipo de cielo predominante en el contexto climático local.
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 5. Estrategias de captación solar activas: Consiste en la captación de la energía radiante que emite el sol para la climatización de un edificio, por medios mecánicos o eléctricos. Existen dos tipos de sistemas: > Captadores de energía solar térmica: transforman la energía radiante en calorífica, con paneles que calientan un fluido (agua) que se utiliza para calefacción o agua caliente sanitaria. > Captadores de energía solar fotovoltaica: transforman la energía radiante en eléctrica, mediante paneles de células fotoeléctricas, que se utiliza para iluminación y otros usos eléctricos, incluida la climatización.
Arquitectura Bioclimática Estrategias generales de diseño: 6. Materialidad: La elección e instalación de materiales y diseño de detalles constructivos deben estar orientadas a garantizar una construcción perdurable, adaptada a las distintas condiciones ambientales del lugar. También al uso intenso a que se somete un edificio y al costo controlado de construcción, operación y mantenimiento.
Arquitectura Bioclimática
Arquitectura Bioclimática Tomar en cuenta que las estrategias cambiarán de acuerdo a la latitud
Arquitectura Bioclimática Carta solar
2
Climogramas de Bienestar
Climogramas de Bienestar Son herramientas de diseño bioclimático basadas en la premisa del bienestar higrotérmico (higro=humedad, térmico=temperatura). Proporciona información sobre las diferentes estrategias constructivas y de diseño disponibles y, al superponer sobre ellos las condiciones climáticas concretas del lugar indican directamente cuales deben emplearse.
Climogramas de Bienestar Ábaco Psicométrico: > Temperatura húmeda > Temperatura seca > Humedad Relativa > Contenido de humedad > Presión de vapor
Climogramas de Bienestar Adaptado: > Temperatura seca > Humedad Relativa > Contenido de humedad > Presión de vapor > 11 zonas de estrategias
Climogramas de Bienestar Givoni: > Temperatura de bulbo húmedo > Temperatura de bulbo seco > Humedad relativa > Humedad específica > Contenido de humedad > Tensión de vapor de agua > 10 zonas de estrategias
Climogramas de Bienestar Olgyay: > Temperatura seca > Humedad Relativa > Velocidad del aire > Irradiancia solar > 3 zonas de estrategias
• Climograma de Olgyay El bienestar es una sensación subjetiva, por tanto el gráfico tiene una zona central donde el 90 % de la población se encuentra en una situación agradable y otra alrededor que refleja un porcentaje ligeramente inferior de disconfort.
• Climograma de Olgyay Delimitación de zona de confort: Humedad relativa mínima = 20% 29.48 ̊C Humedad relativa 26.7 ̊C máxima = 80% Temperatura máxima 21.1 C̊ 18.32 ̊C aceptada = 26.7 ̊C Temperatura mínima aceptada = 21.1 ̊C Factor +/- = 2.78 ̊C T + = 29.48 ̊C T - = 18.32 ̊C
• Climograma de Olgyay Debajo de la zona de confort: Es de momentos infracalentados, cuando el ambiente es frío y por lo tanto es necesario ganar energía y calor. En este caso las estrategias básicas serán: promover la ganancia de calor y evitar al máximo la pérdida del calor ganado o generado en el interior de los locales, será precisa la captura de la radiación solar, la apertura de huecos, potenciar la inercia térmica de los muros, o en caso extremo aumentar la vestimenta.
• Climograma de Olgyay Dentro de la zona de confort: Las condiciones térmicas son confortables y adecuadas, por lo que se deberá tratar de mantenerlas en ese estado. Las estrategias para conseguirlo dependerán de si la tendencia del comportamiento térmico es ascendente o descendente.
• Climograma de Olgyay Encima de la zona de confort: Es un período de sobrecalentamiento, de condiciones ambientales calurosas. En este caso las estrategias básicas serán las inversas a los períodos fríos, es decir, evitar la ganancia de calor y favorecer las pérdidas por evaporación y ventilación, será preciso en función de la cantidad de humedad, establecer estrategias que propicien una ventilación seca o bien la contribución de láminas de agua que aporten humedad al aire; igualmente al estar situados por encima de la línea de sombra, será preciso la inclusión de parasoles que impidan la captación solar.
3
Taller 2
• Climograma de Olgyay TALLER 2: trabajo en parejas 1. Alta Verapaz 6. Jalapa 2. Chimaltenango 7. Petén 3. Escuintla 8. Quetzaltenango 4. Huehuetenango 9. San Marcos 5. Izabal 10.Zacapa
Documento PDF con carátula Subir a carpeta Portal Lunes 30 de mayo 8:30 am
Datos meteorológicos a buscar: > Temperatura máxima > Temperatura mínima > Temperatura promedio > Humedad relativa * Datos de los últimos 20 años Enero 2001 - Diciembre 2020
• Datos Meteorológicos: Ejemplo Alta Verapaz, Cobán
https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/
• Datos Meteorológicos
• Datos Meteorológicos
Departamento: Alta Verapaz Municipio: Cobán
• Datos Meteorológicos
• Datos Meteorológicos
-BEGIN HEADERNASA/POWER CERES/MERRA2 Native Resolution Climatology Climatologies 20-year Meteorological and Solar Monthly & Annual Climatologies (January 2001 - December 2020) Location: Latitude 15.4724 Longitude -90.3702 Elevation from MERRA-2: Average for 0.5 x 0.625 degree lat/lon region = 1209.53 meters The value for missing source data that cannot be computed or is outside of the sources availability range: -999 Parameter(s): T2M MERRA-2 Temperature at 2 Meters (C) RH2M MERRA-2 Relative Humidity at 2 Meters (%) T2M_MAX MERRA-2 Temperature at 2 Meters Maximum (C) T2M_MIN MERRA-2 Temperature at 2 Meters Minimum (C) -END HEADERPARAMETER > ALTA VERAPAZ, COBÁN
Hoja Excel
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
ANN
T2M (°C) > Temperatura Promedio
17.07
18.79
20.57
22.73
22.64
21.31
20.71
20.78
20.68
19.8
18.01
17.38
20.04
RH2M (%) > Humedad Relativa
84.54
77.75
69.6
65.84
73.91
84.74
86.2
86.58
88.36
89.53
89.37
87.58
82.03
T2M_MAX (°C) > Temperatura Máxima
33.01
34.85
37.37
37.15
36.72
32.53
29.84
31.11
29.53
29.12
29.14
29.35
37.37
T2M_MIN (°C) > Temperatura Mínima
6.26
6.98
6.04
8.55
12.82
14.48
13.82
13.97
13.98
10.63
6.49
6.4
6.04
• Datos Meteorológicos
-BEGIN HEADERNASA/POWER CERES/MERRA2 Native Resolution Climatology Climatologies 20-year Meteorological and Solar Monthly & Annual Climatologies (January 2001 - December 2020) Location: Latitude 15.4724 Longitude -90.3702 Elevation from MERRA-2: Average for 0.5 x 0.625 degree lat/lon region = 1209.53 meters The value for missing source data that cannot be computed or is outside of the sources availability range: -999 Parameter(s): T2M MERRA-2 Temperature at 2 Meters (C) RH2M MERRA-2 Relative Humidity at 2 Meters (%) T2M_MAX MERRA-2 Temperature at 2 Meters Maximum (C) T2M_MIN MERRA-2 Temperature at 2 Meters Minimum (C) -END HEADERPARAMETER > ALTA VERAPAZ, COBÁN
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
ANN
T2M (°C) > Temperatura Promedio
17.07
18.79
20.57
22.73
22.64
21.31
20.71
20.78
20.68
19.8
18.01
17.38
20.04
RH2M (%) > Humedad Relativa
84.54
77.75
69.6
65.84
73.91
84.74
86.2
86.58
88.36
89.53
89.37
87.58
82.03
T2M_MAX (°C) > Temperatura Máxima
33.01
34.85
37.37
37.15
36.72
32.53
29.84
31.11
29.53
29.12
29.14
29.35
37.37
T2M_MIN (°C) > Temperatura Mínima
6.26
6.98
6.04
8.55
12.82
14.48
13.82
13.97
13.98
10.63
6.49
6.4
6.04
• Climograma de Olgyay Datos meteorológicos: vaciar aquí los datos DATOS METEOROLÓGICOS NASA Parámetros: Temperatura Máxima Temperatura Mínima Temperatura Promedio Estación: Alta Verapaz, Cobán
Humedad Relativa
Promedios mensuales y anuales de Temperatura Máxima en grados centígrados (°C) AÑO
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
S EP
OCT
NOV
DIC
ANUAL
2001 - 2020
33.01
34.85
37.37
37.15
36.72
32.53
29.84
31.11
29.53
29.12
29.14
29.35
37.37
Promedios mensuales y anuales de Temperatura Mínima en grados centigrados (°C) AÑO
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
S EP
OCT
NOV
DIC
ANUAL
2001 - 2020
6.26
6.98
6.04
8.55
12.82
14.48
13.82
13.97
13.98
10.63
6.49
6.4
6.04
Datos mensuales y anuales de Temperatura Promedio en grados centígrados (°C) AÑO
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
S EP
OCT
NOV
DIC
ANUAL
2001 - 2020
17.07
18.79
20.57
22.73
22.64
21.31
20.71
20.78
20.68
19.8
18.01
17.38
20.04
Promedios mensuales y anuales de Humedad Relativa en Porcentaje (%) AÑO
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
S EP
OCT
NOV
DIC
ANUAL
2001 - 2020
84.54
77.75
69.6
65.84
73.91
84.74
86.2
86.58
88.36
89.53
89.37
87.58
82.03
• Climograma de Olgyay Temperatura Máxima de Bienestar: TEMPERATURA PROMEDIO (MÁXIMA) ENERO
18.3 °C
FEBRERO
19.7 °C
MARZO
20.2 °C
ABRIL
21 °C
MAYO
21.7 °C
JUNIO
20.5 °C
JULIO
21.2 °C
AGOSTO
20.9 °C
SEPTIEMBRE
20.7 °C
OCTUBRE
20.7 °C
NOVIEMBRE
18.6 °C
DICIEMBRE
19.4 °C
2.78 = a una constante para determinar el área de confort permitido (dado que la adaptación del organismo a su ambiente tiene unas limitaciones biológicas)
TEMPERATURA CONFORT MÁXIMO 2.78
+
21.7
=
24.48
TEMPERATURA MÁXIMA DE LA MEDIA 21.7 TEMPERATURA CONFORT MÍNIMO 2.78
-
21.7
=
18.92
• Climograma de Olgyay Zona de confort
1 CLO 24.48 ̊C 21.7 ̊C 18.92 ̊C
1 CLO CONTEMPLA ROPA INTERMEDIA VERANO / INVIERNO
+ 2.78 ̊C - 2.78 ̊C
• Climograma de Olgyay Aislamiento térmico CLO
Σ 0.56 CLO
• Climograma de Olgyay Cálculo nueva zona de confort de acuerdo al CLO • Sumatoria de CLO de acuerdo al clima. • En este ejemplo sale 0.56 de clo • Modificamos solo la diferencia: 1 – 0.56 = 0.44 • 1 CLO = 7.3 ̊C 0.44 x 7.3 ̊C = 3.212 ̊C • 21.7 ̊C + 3.212 ̊C = 24.912 ̊C (nuevo punto de origen)
Entre menos clo (ropa) + calor 0.00 clo 0.25 clo
+
0.50 clo 0.75 clo 1.00 clo 1.25 clo
-
1.50 clo 1.75 clo 2.00 clo 2.25 clo 2.50 clo 2.75 clo 3.00 clo
• Climograma de Olgyay Nueva Zona de confort
0.56 CLO 27.692 C ̊
24.912 ̊C 22.132 C ̊
+ 2.78 ̊C - 2.78 ̊C
• Climograma de Olgyay Cálculo nueva zona de confort de acuerdo al CLO • Ejemplo en que sale 1.50 clo: • Modificamos solo la diferencia: 1 – 1.50 = 0.50 • 1 CLO = 7.3 ̊C 0.50 x 7.3 ̊C = 3.65 ̊C • 21.7 ̊C - 3.65 ̊C = 18.05 ̊C (nuevo punto de origen)
0.00 clo 0.25 clo
+
0.50 clo 0.75 clo 1.00 clo 1.25 clo
-
1.50 clo 1.75 clo 2.00 clo 2.25 clo 2.50 clo 2.75 clo 3.00 clo
Entre más clo (ropa) - calor
• Climograma de Olgyay Nueva Zona de confort
1.50 CLO 20.83 ̊C 18.05 ̊C 15.27 ̊C
+ 2.78 ̊C - 2.78 ̊C
• Ingresar datos en celdas en “amarillo” • Escoger de cada mes la humedad relativa máxima y mínima
Guatemala 14.64 º 1
Localidad: Latitud: Mes: Temperatura máxima del día: Temperatura minima del día: Humedad relativa media del día: Temperatura media del día: Hora de la temperatura máxima del día: Hora de la temperatura minima del día: Temperatura máxima de bienestar: Temperatura minima de bienestar: HORA 0 :00 1 :00 2 :00 3 :00 4 :00 5 :00 6 :00 7 :00 8 :00 9 :00 10 :00 11 :00 12 :00 13 :00 14 :00 15 :00 16 :00 17 :00 18 :00 19 :00 20 :00 21 :00 22 :00 23 :00 24 :00
TEMPERATURA 17.69 ºC 16.70 ºC 15.80 ºC 15.02 ºC 14.40 ºC 13.97 ºC 13.74 ºC 13.76 ºC 14.40 ºC 15.68 ºC 17.40 ºC 19.34 ºC 21.23 ºC 22.80 ºC 23.84 ºC 24.20 ºC 24.09 ºC 23.78 ºC 23.27 ºC 22.59 ºC 21.76 ºC 20.81 ºC 19.79 ºC 18.74 ºC 17.69 ºC
24.2 13.7 78.0 19.0
ºC ºC % ºC
15 (por defecto 15:00) 6.6 6.4 (recomendable la hora del amanecer + 0..2): 26.305 ºC 20.745 ºC HUMEDAD RELATIVA 84 % 90 % 95 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 96 % 86 % 76 % 68 % 62 % 58 % 57 % 57 % 58 % 60 % 62 % 66 % 70 % 74 % 79 % 84 %
Temperaturas horarias
Área de bienestar
Temperaturas horarias
Área de bienestar
30.00
25.00
Temepraturas (ºC)
• Climograma de Olgyay Cálculo de temperaturas horarias y zona de bienestar:
CÁLCULO DE TEMPERATURAS HORARIAS Y ZONA DE BIENESTAR
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Horas del día
CIUDAD GUATEMALA
• Climograma de Olgyay Temperaturas máximas y mínimas y humedad relativa: • Temperaturas máximas y mínimas salen de datos meteorológicos NASA. • Humedades relativas máximas y mínimas salen de datos de tablas “protegidas” (cálculo de temperaturas horarias y zona de bienestar).
HUMEDAD RELATIVA (%) TEMPERATURAS MÁXIMAS Y MÍNIMAS MÁXIMA ENERO
FEBRERO
MARZO
ABRIL
MAYO
JUNIO
JULIO
AGOSTO
SEPTIEMBRE
OCTUBRE
NOVIEMBRE
DICIEMBRE
MÁXIMA
24.2
MÍNIMA
13.7
MÁXIMA
25.5
MÍNIMA
14.1
MÁXIMA
26.6
MÍNIMA
14
MÁXIMA
27.3
MÍNIMA
15.6
MÁXIMA
27.1
MÍNIMA
17.2
MÁXIMA
26.2
MÍNIMA
16.4
MÁXIMA
26.2
MÍNIMA
16.4
MÁXIMA
26.2
MÍNIMA
16.3
MÁXIMA
25.8
MÍNIMA
18.2
MÁXIMA
25.8
MÍNIMA
15.7
MÁXIMA
23.9
MÍNIMA
13.1
MÁXIMA
25.4
MÍNIMA
13.2
MÍNIMA 57
100
57 100
57 100
57 100
57 100
57
TEMPERATURA MÍNIMA >> HUMEDAD RELATIVA MÁXIMA
100
57 100
57 100
57 100
57 100
57 100
57 100
TEMPERATURA MÁXIMA >> HUMEDAD RELATIVA MÍNIMA
• Climograma de Olgyay Meses Enero * Trabajar los Febrero 12 meses Marzo Abril Se precisa sombra Mayo
24.2
Linea de sombra Se precisa radiación
Coordenadas: > Temperatura máxima con humedad relativa mínima > Temperatura mínima con humedad relativa máxima
13.7
57
100
• Climograma de Olgyay Interpretación Zona donde se necesita incorporar humedad específica, las estrategias básicas serán: • Evitar la ganancia de calor y favorecer las pérdidas por evaporación. • Propiciar la contribución de láminas de agua que aporten humedad al aire. • Producir frío de evaporación, utilizando árboles, vegetación, estanques o fuentes. • Inclusión de parteluces y voladizos que impidan la captación solar.
• Climograma de Olgyay Interpretación Zona donde se necesita una determinada velocidad de aire, las estrategias básicas serán: • Evitar la ganancia de calor y favorecer las pérdidas por ventilación. • Establecer estrategias que propicien una ventilación seca. • Inclusión de parteluces y voladizos que impidan la captación solar.
• Climograma de Olgyay Interpretación Zona donde se necesita una determinada radiación solar; el ambiente es frío y es necesario ganar energía y calor, las estrategias básicas serán: • Promover la ganancia de calor y evitar al máximo la pérdida del calor ganado o generado en el interior de los locales. • Será precisa la captura de la radiación solar. • La apertura de vanos. • Potenciar la inercia térmica de los muros. • Aumentar la vestimenta.
• Climograma de Olgyay Período de sombra
ENERO
12:15
PERÍODO DE SOMBRA
21:30
• Climograma de Olgyay Período de sombra y ventilación