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Estrategias pasivas de ventilación natural en la envolvente de un modelo de
edificación dotacional, para el mejoramiento del confort térmico en la ciudad
de Bogotá.
Tesis de profundización presentada como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Diseño Sostenible
Arq. Diego Bernal Rojas
Universidad Católica de Colombia
Facultad de Diseño. Maestría en Diseño Sostenible
Bogotá, Colombia
2019
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 2
Estrategias pasivas de ventilación natural en la envolvente de un modelo de
edificación dotacional, para el mejoramiento del confort térmico en la ciudad
de Bogotá.
Tesis de profundización presentada como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Diseño Sostenible
Directores:
Dr. Arquitecto Claudio Varini
Universidad Católica de Colombia
Facultad de Diseño. Maestría en Diseño Sostenible
Bogotá, Colombia
2019
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 3
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 4
Resumen
Esta investigación tiene como propósito verificar la eficiencia térmica de la envolvente
arquitectónica mediante la ventilación natural pasiva y la materialidad; para este fin se realizan
simulaciones dinámicas y de confort térmico, para evaluar los resultados en distintos escenarios,
del comportamiento térmico al interior de un edificio dotacional. Se analizaron las condiciones
climáticas, normativas y de calidad del aire en la ciudad para evaluar de forma cuantitativa las
condiciones térmicas interiores. Mediante la interpretación de esta información y las bases
teóricas, se plantea la metodología para mejorar el confort. Conforme a este análisis y los
resultados de simulaciones fluido dinámicas, se desarrolló la propuesta. El comportamiento de
este modelo permite evidenciar como el clima, los criterios de diseño y la materialidad
contribuyen directamente a regular el confort térmico en el edificio, así como la eficiencia
energética y, por consiguiente, mejora la calidad de vida y el impacto económico. La propuesta
permite incorporar estrategias sostenibles que ayuden a minimizar los costos ambientales y
económicos derivados de la utilización excesiva de recursos, que apunten al desarrollo de los
objetivos del desarrollo sostenible.
Palabras clave: Envolvente sostenible, Ventilación Natural, Confort térmico.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 5
Abstract
The purpose of this research is to verify the thermal efficiency of the architectural envelope
through passive natural ventilation and materiality; For this purpose, dynamic simulations and
thermal comforts are carried out, to evaluate the results in different scenarios, of the thermal
behavior inside an endowment building. Climatic, regulatory and air quality conditions in the city
were analyzed to quantitatively evaluate interior thermal conditions. By interpreting this
information and the theoretical basis, the methodology for improving comfort is posed. According
to this analysis and the results of dynamic fluid simulations, the proposal was developed. The
behavior of this model allows to show how the climate, the design criteria and the materiality
contribute directly to regulating the thermal comfort in the building, as well as the energy
efficiency and therefore improves the quality of life and the impact Economic. The proposal
allows to incorporate sustainable strategies that help to minimize the environmental and economic
costs derived from the excessive use of resources, that aim at the development of the objectives
of the sustainable development.
Keywords: Building envelope, Natural Ventilation, Thermal Comfort.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 6
Tabla de contenido Introducción ................................................................................................................................................................. 11
1. Generalidades ........................................................................................................................................................... 13
1.1 Descripción del problema .................................................................................................................................. 13
1.2 Justificación ....................................................................................................................................................... 15
1.3 Reseña bibliográfica .......................................................................................................................................... 17
1.3.1 Análisis de literatura .................................................................................................................................. 17
1.3.2 Referentes de envolventes ......................................................................................................................... 23
1.4 Objetivos ........................................................................................................................................................... 27
1.4.1 Objetivo general ........................................................................................................................................ 27
1.4.2 Objetivos específicos ................................................................................................................................. 27
2. Principios de confort térmico en las edificaciones ................................................................................................... 28
2.1 Confort térmico en las edificaciones ................................................................................................................. 28
2.1.1 Bases fisiológicas ...................................................................................................................................... 28
2.2. Antecedentes sobre confort térmico ................................................................................................................. 30
2.3 Envolvente térmica del edificio ......................................................................................................................... 33
2.3.1. Componentes de la envolvente térmica del edificio ................................................................................. 33
2.3.2 Argumentación de la envolvente arquitectónica ........................................................................................ 34
2.4 Ventilación natural en las edificaciones ............................................................................................................ 36
2.4.1 Escala de Beaufort ..................................................................................................................................... 42
2.4.2 Vegetación como dispositivo de protección contra vientos ....................................................................... 45
2.4.3 Medidas de eficiencia energética ............................................................................................................... 50
2.4.3.1 Disminución de las cargas térmicas internas .................................................................................... 50
2.4.3.2 Mantenimiento y control de la ventilación interior ........................................................................... 50
2.4.3.3 Regulación adecuada de la temperatura ........................................................................................... 51
2.5. Análisis de las condiciones climáticas, calidad del aire y normatividad en el lugar objeto de estudio ............ 52
2.5.1 Temperatura ............................................................................................................................................... 52
2.5.2 Precipitación .............................................................................................................................................. 52
2.5.3 Viento predominante ................................................................................................................................. 53
2.5.4 Confort térmico y diagrama psicométrico ................................................................................................. 57
2.5.5 Orientación ................................................................................................................................................ 59
2.6 Marco normativo para la calidad del aire en Bogotá ......................................................................................... 61
2.6.1 Efectos de contaminación en el aire .......................................................................................................... 64
2.6.2 Situación de la calidad del aire en Bogotá ................................................................................................. 66
2.6.3 Fuentes contaminantes y factores asociados .............................................................................................. 67
2.7 Aproximaciones del lugar de estudio: Localidad de Puente Aranda ................................................................. 71
2.7.1 Localización .............................................................................................................................................. 71
2.7.2 Diagnóstico social y ambiental .................................................................................................................. 73
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 7
2.7.3 Consecuencias de la problemática ambiental ............................................................................................ 74
2.7.4 Normativa local a nivel nacional e internacional ....................................................................................... 75
2.7.4.1 Decreto 317 de 2011 UPZ ................................................................................................................. 75
3. Metodología ............................................................................................................................................................. 80
3.1 Planteamiento de la propuesta arquitectónica ........................................................................................................ 81
4. Modelación .............................................................................................................................................................. 83
4.1 Simulación ......................................................................................................................................................... 83
4.1.1 Parámetros de la simulación seleccionada ................................................................................................. 84
4.1.2 Perfiles de ocupación para determinar las ganancias térmicas .................................................................. 86
4.1.3 Control operativo de las aperturas ............................................................................................................. 86
4.1.4 Proceso de simulación ............................................................................................................................... 88
4.1.5 Condiciones generales del contexto ........................................................................................................... 92
4.1.5.1 Aplicación y características generales del Módulo CFD (Dinámica Computacional de Fluidos).... 92
4.1.5.2 Simulación Urbano CFD ................................................................................................................... 94
4.1.5.3 Simulación CFD primer piso ............................................................................................................. 97
4.1.5.4 Simulación CFD cuarto piso ........................................................................................................... 100
4.1.5.5 Simulación espacio Interior ............................................................................................................. 103
5. Propuesta ................................................................................................................................................................ 104
5.1 Descripción arquitectónica del edificio ........................................................................................................... 104
5.2 Descripción de la propuesta ............................................................................................................................ 107
5.3 Materialidad .................................................................................................................................................... 113
5.3.1 Muros ....................................................................................................................................................... 114
5.3.3 Entrepiso .................................................................................................................................................. 115
5.3.4 Acristalamiento y celosías ....................................................................................................................... 115
5.3.5 Cielo raso ................................................................................................................................................. 117
5.3.6 Muro verde y especies vegetales ............................................................................................................. 117
5.3.7 Filtros ventilación .................................................................................................................................... 118
5.3.8 Concreto verde ......................................................................................................................................... 119
Conclusiones .............................................................................................................................................................. 126
Referencias ................................................................................................................................................................. 128
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 8
Lista de tablas
Tabla 1. Escala de Baufort .................................................................................................................................. 44
Tabla 2. Niveles máximos permisibles para contaminantes criterio ................................................................... 62
Tabla 3. IBOCA resultante, según estaciones RMCAB ...................................................................................... 68
Tabla 4. IBOCA resultante, según estaciones RMCAB ...................................................................................... 70
Tabla 5. Resumen de Aberturas por espacio de Oficinas .................................................................................. 122
Tabla 6. Cálculo de renovaciones ACH ............................................................................................................ 123
Tabla 7. Conversión de unidades de flujo volumétrico ..................................................................................... 124
Tabla 8. Resumen de Resultados de ventilación por espacio de oficinas .......................................................... 125
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 9
Lista de figuras
Figura 1. Torre de Turbinas de Richard Rogers ........................................................................................................... 24
Figura 2. Elephant y Castle Eco Tower 2000 ............................................................................................................... 25
Figura 3. Centro Cultural Jean Marie Tjibaou de Nueva Caledonia ............................................................................ 26
Figura 4. Gráfica ilustrativa sobre el confort térmico .................................................................................................. 29
Figura 5. Comportamiento del viento alrededor de una construcción, y resultado de presiones ................................. 38
Figura 6. Flujo eficiente de ventilación natural ............................................................................................................ 39
Figura 7. Viviendas orientadas a 45º con flujo de aire sin estancamiento.................................................................... 39
Figura 8. Flujo de aire alrededor de un edificio ........................................................................................................... 40
Figura 9. Efecto Barlovento- Sotavento ....................................................................................................................... 41
Figura 10. Efectos del movimiento del aire por convección. ....................................................................................... 42
Figura 11. Aplicación de la Tabla escala de Baufort en edificaciones ......................................................................... 45
Figura 12. La vegetación como elemento canalizador y controlador del viento .......................................................... 46
Figura 13. Efectos de una barrera vegetal de protección contra el viento .................................................................... 46
Figura 14. Generación de micro brisas dada por la vegetación .................................................................................... 47
Figura 15. Efecto Venturi generado por la vegetación ................................................................................................. 47
Figura 16. Barrera vegetal como protección de la contaminación atmosférica ............................................................ 48
Figura 17. Impacto de una barrera vegetal en la velocidad del viento ......................................................................... 48
Figura 18. Factores que determinan la calidad del aire interior ................................................................................... 51
Figura 19. Temperatura promedio anual ...................................................................................................................... 52
Figura 20. Velocidad promedio del viento a 10 metros de altura (m/s) ....................................................................... 53
Figura 21. Precipitación promedio anual ..................................................................................................................... 54
Figura 22. Vientos predominantes y frecuencia mensual enero- junio de Bogotá ....................................................... 55
Figura 23. Vientos predominantes y frecuencia mensual julio- diciembre de Bogotá ................................................. 56
Figura 24. Diagrama psicométrico para Bogotá, Colombia ......................................................................................... 59
Figura 25. Diagrama de trayectoria del sol, altitud y acimut para Bogotá ................................................................... 60
Figura 26. Diagrama mejor orientación para Bogotá ................................................................................................... 61
Figura 27. Calidad del aire en Bogotá .......................................................................................................................... 66
Figura 28. Material particulado (PM10) promedio ...................................................................................................... 70
Figura 29. Resultados monitoreo de material particulado estación de Puente Aranda ................................................. 71
Figura 30. Localidad de Puente Aranda UPZ 108 zona industrial Bogotá ................................................................... 72
Figura 31. Lote Zona Industrial Centenario, Ampliación Cra 39 con Cll 17 B ........................................................... 73
Figura 32. Sectores normativos .................................................................................................................................... 76
Figura 33. Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). ................................................................................................ 79
Figura 34. Volumetría del proyecto ............................................................................................................................. 83
Figura 35. Perfiles de ocupación .................................................................................................................................. 86
Figura 36. Horario de operación de aberturas .............................................................................................................. 87
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 10
Figura 37. Simulación semana más fría Confort Edificio ............................................................................................ 88
Figura 38. Simulación día más frío, miércoles 10 de octubre 2016 ............................................................................. 89
Figura 39. Simulación semana más cálida Confort Edificio ........................................................................................ 90
Figura 40. Simulación día más cálido, viernes 14 de marzo 2016 ............................................................................... 91
Figura 41. Condiciones generales del contexto ............................................................................................................ 92
Figura 42. Aplicaciones CFD ....................................................................................................................................... 93
Figura 43. CFD urbano Vista general en planta ........................................................................................................... 95
Figura 44. CFD urbano vista oeste ............................................................................................................................... 95
Figura 45. CFD urbano vista este ................................................................................................................................. 96
Figura 46. CFD interno planta primer piso .................................................................................................................. 97
Figura 47. CFD interno perspectiva primer piso .......................................................................................................... 98
Figura 48. CFD interno sección primer piso ................................................................................................................ 98
Figura 49. Simulación aportes primer piso .................................................................................................................. 99
Figura 50. Simulación CFD interno planta cuarto piso .............................................................................................. 100
Figura 51. CFD Interno velocidad isométrico planta cuarto piso............................................................................... 100
Figura 52. CFD interno temperatura isométrico cuarto piso ...................................................................................... 101
Figura 53. Simulación aportes cuarto piso ................................................................................................................. 101
Figura 54. Simulación interna sección cuarto piso ..................................................................................................... 103
Figura 55. Simulación externa sección cuarto piso .................................................................................................... 103
Figura 56. Rosa de los vientos para las estaciones de la RMCAB ............................................................................. 105
Figura 57. Implantación propuesta con vegetación .................................................................................................... 106
Figura 58. Planta arquitectónica piso tipo .................................................................................................................. 108
Figura 59. Fachada arquitectónica frontal .................................................................................................................. 108
Figura 60. Corte arquitectónica frontal ...................................................................................................................... 109
Figura 61. Esquema volumétrico del concepto .......................................................................................................... 110
Figura 62. Corte Fachada del proyecto ...................................................................................................................... 112
Figura 63. Muros y cubierta propuestos ..................................................................................................................... 114
Figura 64. Entrepisos y marcos de ventanas propuestos ............................................................................................ 114
Figura 65. Protección de acristalamiento en vidrio laminado .................................................................................... 116
Figura 66. Persianas horizontales ............................................................................................................................... 116
Figura 67. Sistema de cielo raso lineal de fieltro ....................................................................................................... 117
Figura 68. Muro verde ligero ..................................................................................................................................... 118
Figura 69. Arbol Urapan. Pyrostegia venusta, Solanum laxum ................................................................................. 118
Figura 70. Filtro MERV 13, Ecológico ...................................................................................................................... 119
Figura 71. Concreto Verde Novacem ......................................................................................................................... 120
Figura 72. Imagen del Proyecto ................................................................................................................................. 121
Figura 73. Resumen de resultados edificio, temperaturas, ganancias de calor y consumo ........................................ 125
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 11
Introducción
El diseño y la gestión sostenible de recursos en la actualidad plantea un gran reto desde la
concepción del edificio pasando por su diseño, construcción, y operación, lo cual implica una
gran responsabilidad desde el punto de vista social y ambiental, teniendo en cuenta el desarrolló y
funcionamiento desde los diseñadores, constructores y usuarios.
Al enfocar en particular la problemática que plantean los edificios es significativo el
hecho que del consumo de energía global representan (como promedio en los países de
mediano desarrollo) un 30% y de ello surge la importancia de implementar técnicas
propias que permitan contribuir desde este sector al desarrollo sostenible global.
(Mermet, 2005).
El desarrollo de sistemas mecánicos de ventilación se desarrolló luego de la segunda
guerra mundial, lo que género que los edificios se diseñaran con formas más libres independiente
de su ubicación geográfica, esto permitió variar en la orientación, la resistencia térmica de los
muros de fachadas, la proporción entre planos opacos y translucidos, o la incorporación de
estrategias de reducción del uso energético, se ignoró en el planteamiento constructivo la
incidencia del clima especifico del lugar en la edificación.
“El equipamiento mecánico era la panacea para superar todos los inconvenientes que
por una inadecuada relación edificio-clima local se produjeran”. (Alcayna Orts, 2013).
Actualmente la problemática ambiental se enfoca hacia el cambio climático, producido
por el efecto de la contaminación atmosférica la cual es causante del efecto invernadero, que es
producido por las emisiones de distintos gases nocivos que provienen de diferentes fuentes, el
más significativo es el CO2, el cual se origina de la combustión de combustibles fósiles.
La introducción de nuevos sistemas en la envolvente arquitectónica permite el desarrollo
de estrategias sostenibles y la aplicación de tecnologías que permitan reducir los impactos del
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 12
cambio climático a mediano y largo plazo, ayudan a minimizar los impactos derivados de las
distintas prácticas de diseño y construcción.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 13
1. Generalidades
1.1 Descripción del problema
La problemática que surge en el edificio surge del análisis de los sistemas el uso y el
diseño tradicional, la utilización de sistemas de ventilación mecánicos es en gran parte causante
de aportar contaminantes al medio ambiente y elevar el consumo energético del edificio, estos
sistemas plantean un reto dentro del diseño que se debe incorporar en el planteamiento inicial
para que unido a las estrategias identificadas permitan desarrollar alternativas pasivas que
favorezcan y aporten al desarrollo sostenible.
La dependencia de sistemas mecánicos tradicionales en los edificios y el
desconocimiento de la adecuada orientación, por la utilización de estos sistemas ha llevado a
desconocer las diferentes alternativas que se dan en la arquitectura sostenible desde las primeras
intenciones, los parámetros de diseño que se deben tener en cuenta como su funcionamiento y
operación al interior del mismo conllevan exigencias técnicas, ya que se deben tener en cuenta
desde los aportes energéticos de los equipos tecnológicos, y las ganancias térmicas de los
ocupantes que incrementan la temperatura y los efectos contaminantes a evaluar dentro del
diseño, así como el poco o casi nulo utilización de especies vegetales o arbóreas en la
envolvente y su entorno reduce de gran manera la purificación del aire y así mismo el impacto
visual no favorece a la interpretación de un edificio amigable y que adapte a las condiciones de
su entorno.
El microclima de los edificios puede enfermar a sus ocupantes más aún si se tiene en
cuenta que entre el 80 y 90% del tiempo transcurre en espacios interiores lo que hace
imprescindible adecuar el diseño de los sistemas de climatización y ventilación a las
necesidades de uso, utilizando los resultados de últimas investigaciones en esta materia.
(Mermet, 2005).
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 14
Este tipo de edificios conocidos como (enfermos) cuentan con sistemas de ventilación
mecánica para forzar el aire, como son sellados al exterior las ventanas solo cumplen la función
de iluminar el interior. En su mayoría este tipo de edificios son institucionales tales como
oficinas, centros comerciales, colegios entre otros. Estos toman el aire del exterior
distribuyéndolo mecánicamente por ductos al interior, buscando equilibrar los flujos y la
renovación de aire.
A causa de la insuficiente renovación del aire interior y sus efectos sobre los ocupantes
aparece el denominado síndrome del edificio enfermo caracterizado por la mala calidad
del aire interior. Las principales características de dicho aire interior son los altos
niveles de dióxido de carbono, contaminantes, virus y bacterias. A raíz de este problema
aparecen reglamentaciones y regulaciones exigiendo un incremento notable en los
niveles de ventilación del aire confinado interior. (Alcayna Orts, 2013).
Teniendo en cuenta las consecuencias sobre la salud en el ser humano, surge la necesidad
de diseñar edificios considerando el clima específico de cada lugar, para aprovechar los recursos
ambientales disponibles y aplicarlos en sistemas pasivos para lograr un mejor confort térmico al
interior de la edificación.
Buscando alternativas a los sistemas mecánicos, mediante la utilización de los recursos
ambientales, se introduce el concepto de ventilación natural como elemento del diseño que
permite mantener el confort térmico y las condiciones de calidad del aire optimas aplicado a
diferentes condiciones climáticas. Siendo una solución a la problemática producida por estos
sistemas, como lo son el ruido, mantenimiento, y el consumo de energía.
La utilización de la ventilación natural debe tener en consideración la calidad del aire
exterior, así como el nivel de ruido, para su implementación en distintos horarios de ser
necesario. Es posible utilizar este sistema teniendo en cuenta el desarrollo de distintos elementos
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 15
constructivos que aíslen el exterior del interior.
Algunas ventajas de este sistema es el reducido costo económico tanto en su
mantenimiento como en su operación en comparación con los sistemas mecánicos, y no
representan una utilización innecesaria de área en el edifico, así como el costo energético. en
algunas condiciones climáticas en épocas cálidas, el sistema constructivo puede mitigar el
impacto sobre la edificación.
El desarrollo de este sistema de ventilación natural no plantea el remplazo de los sistemas
mecánicos en su totalidad, que dependen de variables externas y requerimientos internos, sirve de
apoyo en algunas condiciones específicas, se puede implementar y aprovechar este sistema
pasivo de ventilación desarrollando el conocimiento sobre esta temática y aplicándolo en la
elaboración de nuevas propuestas arquitectónicas.
Entre otros aspectos básicos a tener en cuenta para que a través de la envolvente y la
arquitectura se propicie el paso del aire al interior del espacio se encuentran la localización, la
arborización próxima a la edificación, flujo del aire alrededor del edificio, diferencias
volumétricas de la edificación, la forma de la edificación, aberturas (coordinación entre
envolvente y función interior), y dispositivos de regulación (filtros para control de ingreso de
corrientes de aire).
1.2 Justificación
Durante los últimos años la construcción ha sido responsable de aportar un alto porcentaje
de emisiones contaminantes que afectan la calidad del aire, lo que representa un compromiso para
los usuarios y constructores, que intervienen en el desarrollo de la industria. Se ha consolidado la
intención de introducir materiales sostenibles que remplacen algunos componentes contaminantes
tradicionales en la construcción como las partículas sintéticas, y compuestos orgánicos volátiles,
por otros más respetuosos con el medio ambiente y más eco eficientes y optimizan el uso de
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 16
recursos.
La implementación de elementos y componentes en las envolventes de los edificios,
contribuyen a un mejor desarrollo sostenible y en consecuencia a las condiciones medio
ambientales las ciudades, buscando optimizar en materia de construcción, las técnicas
tradicionalmente empleadas y desde el ámbito arquitectónico, el modo de ver las ciudades y sus
emplazamientos, brindando identidad y adaptación.
La envolvente arquitectónica tiene una gran importancia dentro del desarrollo de nuevos
sistemas constructivos, para el diseño sostenible cumple la función de filtrar las condiciones
ambientales del exterior al interior definiendo el espacio interior como una zona habitable, esta
representa una transición en la cual se transfiere la energía producida en el edificio hacia el
ambiente exterior, y adicionalmente cumple distintas funciones como la captación de aguas
lluvias, creación de energía renovable, control acústico, lumínico y de ventilación.
Es por esto que la propuesta incluye la ventilación natural como una técnica pasiva con la
implementación de la envolvente que mejora las condiciones de confort, brindando calidad de
aire exterior e interior sin recurrir a ventilación mecánica. Teniendo en cuenta el comportamiento
climático de las ciudades y a su vez la incidencia de los elementos a implementar en el diseño y
que contribuyen a mejorar estas condiciones del contexto de la infraestructura y el contexto o
emplazamiento en el cual se van a ubicar.
Por esto es necesario utilizar materiales y componentes sostenibles, con los que se
propone un diseño con diferentes modelos de envolvente de edificación, evaluando su
comportamiento y aplicando cálculos y metodologías, de manera que se observe su adaptabilidad
e incidencia de las condiciones medio ambientales y específicamente aquellas que tienen que ver
con la ventilación natural, acorde a diferentes climas y ecosistemas urbanos.
El modelo resultante de la investigación busca explicar la validez de diferentes
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 17
instrumentos de análisis y simulación, aplicados a la envolvente arquitectónica que más se adapte
a las condiciones de confort térmico, materialidad, climatología, tipología y uso de la edificación.
Por esta razón se hace necesario evaluar el comportamiento climático y de calidad de aire de la
ciudad de Bogotá, teniendo en cuenta que la metodología es argumentativa, se obtendrán datos de
fuentes meteorológicas, estaciones meteorológicas de control del clima, datos históricos del
lugar, velocidad de aire en el recinto, nivel de confort térmico, como herramienta de soporte.
Así mismo es de vital importancia diseñar para la transformación del entorno sin perder la
calidad de los espacios y la estética de la edificación para garantizar calidad, confort y menores
costos de adaptación al cambio climático, siendo resilientes en el tiempo, la propuesta de diseño
de envolventes sostenibles para una edificación aporta al desarrollo de proyectos afines que
quieran incorporar los modelos resultantes producto de la presente investigación, explorando más
áreas de conocimiento y promoviendo prácticas relacionadas con, diseño y construcción
sostenibles como fuentes que incidan y afectan el ecosistema urbano.
1.3 Reseña bibliográfica
1.3.1 Análisis de literatura.
a. Olgyay, V. (1998). Arquitectura y clima: manual de diseño bioclimático para
arquitectos y urbanistas. Barcelona España, Gustavo Gili, pp. 94 -112.
- Propósito: Arquitectura y clima es un libro referencia en la temática de sostenibilidad y
medio ambiental, explora la relación entre el edificio y el entorno natural que lo rodea y sus
relaciones entre "arquitectura/lugar, forma/clima, urbanismo/regionalismo".
- Conceptos: El libro se plantea en tres temáticas: La interpretación del clima; la
interpretación del clima según los preceptos arquitectónicos y su aplicación en la arquitectura y el
urbanismo.
- Resultados o aplicación. En la primera parte, se plantea como en función del clima y el
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 18
entorno se han desarrollado distintas tipologías de vivienda, también se trata el confort humano y
la aplicación de la gráfica bioclimática, y se realiza un análisis de los factores climáticos:
radiación, asoleación, y vientos.
En la segunda parte, se plantean los criterios a tener en cuenta para la implantación del
proyecto, teniendo como factores importantes el microclima, la topografía, el entorno natural y
construido. La decisión de la orientación del edificio en función de los vientos y la radiación
solar. El uso de la piel (envolvente) del edificio como un elemento de control climático y como la
utilización de elementos de sombreado y vegetación para la protección solar. Así mismo
muestran elementos para determinar la forma óptima del edificio o urbanismo.
Se establecen los parámetros para calcular la influencia de los vientos y como proteger el
edificio, y con esquemas como se pueden distribuir las aberturas en el edificio. En la sección final
se analizan los materiales y cómo se comportan térmicamente.
En la tercera parte, se plantea la aplicación de todos los conceptos en modelos con
relación a la ubicación geográfica, en la cual se aplican los datos preliminares y criterios
anteriores en la edificación y urbanismo.
- Conclusiones. El libro es de gran importancia para desarrollar cualquier tipología de
edificación o diseño urbano, abarca todos los aspectos relevantes a la arquitectura bioclimática
permitiendo elegir desde la implantación hasta la forma del edificio y su envolvente.
El aporte del mismo va desde la explicación detallada de los conceptos teóricos del diseño
arquitectónico pasando por la utilización de herramientas de cálculo y metodología del
conocimiento apoyado en distintas disciplinas científicas, para que posteriormente sean aplicadas
al modelo y su entorno.
b. Schiller, S. & Evans, J. (2005). Rol de la envolvente en la edificación
sustentable. Revista de la Construcción, Vol. 4 (Nº 1), 5-12. Facultad de Arquitectura, Diseño y
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 19
Urbanismo, Universidad de Buenos Aires, Argentina.
- Propósito. Este trabajo busca evaluar a partir del análisis de factores de mitigación en la
construcción de una manera descriptiva la sustentabilidad en los edificios, describiendo de una
forma comparativa evaluar la edificación con ejemplos de estrategias sostenibles y eficientes
energéticamente, reducir el impacto ambiental en distintos escenarios.
Conceptos. La identificación de los impactos a diferentes niveles o escalas que van desde
lo local, regional al mundial. La demanda de recursos energéticos. La optimización del diseño
para verificar y mejorar el comportamiento energético-ambiental. El rol de la envolvente en el
diseño como elemento que interactúa con el ambiente, su aporte y optimización en la edificación
sostenible y como esto permite evaluarse en calidad y certificarse en la actualidad.
- Resultados o aplicación. Identificar los impactos que se han venido dando en el Hábitat
en la construcción (polución, calentamiento global, residuos, inundaciones, islas de calor, calidad
del aire), requieren buscar soluciones desde las soluciones sostenibles, como aumentando la
utilización de energías renovables, optimizando el diseño con los factores que permitan evaluar y
verificar el comportamiento en la edificación como: la incidencia solar, la calidad de la
iluminación natural, el control de las temperaturas interiores.
El rol de la envolvente, desde el diseño y como esta interactúa con el medio ambiente es
un elemento a considerar en los edificios, las ventajas ambientales, económicas y sociales llevan
a tomar decisiones responsables que permitan atender los requerimientos energéticos, de
radiación, iluminación natural, y disminución del impacto de los materiales.
El aporte de esta decisión en la tecnología en la edificación sostenible es un esfuerzo que
se relaciona con las políticas ambientales y el desarrollo constructivo del hábitat lo cual permite
generar estrategias como lo son:
La eficiencia energética y control térmico, la mejor iluminación natural, la ventilación
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 20
natural, la utilización de vegetación interior y exterior, el vínculo visual con el exterior. Se
pueden definir una serie de pasos a seguir para optimizar el proyecto:
Definir los objetivos ambientales, sociales y económicos, Incorporar las estrategias al
inicio del proyecto, Verificar la eficacia de las estrategias, Evaluar y demostrar los resultados en
términos de certificación a nivel regional, Medición y aplicación de los resultados.
- Conclusiones. La propuesta de edificios sostenibles es un reto que plantea una nueva
concepción proyectual con plazos en el tiempo a corto y mediano plazo, los parámetros adaptados
a las condiciones económicas, sociales y las modalidades en la construcción formal e informal, la
cual debe introducirse como requisitos en la formación académica y profesional dentro de un
marco sostenible y técnicamente sustentado para su desarrollo.
Esta temática toma gran relevancia en la actualidad, y se debe incorporar en cada región
para que se adapte al contexto con el fin de promover los criterios sostenibles en la edificación.
c. Sánchez de León, A. (2013). La envolvente como estrategia de diseño sostenible.
Trabajo de investigación Doctoral, Universidad Ramón Llull, Barcelona/ España.
https://beyondsustainablearchitecture.wordpress.com/la-envolvente-como-estrategia-de-diseno-
sostenible/.
- Propósito. El artículo establece el significado de arquitectura sostenible, y el papel que
cumplen las envolventes dentro de este ámbito, entendiendo estas como elementos que delimitan
el espacio habitable y su función de filtrar el aire entre el interior y exterior.
- Conceptos. Arquitectura sostenible, Envolvente, Tipología.
- Resultados o aplicación. El artículo establece en primera instancia el significado de
arquitectura sostenible, bajo tres aspectos: el impacto medio ambiental, social y económico.
En la segunda parte el artículo establece que la envolvente como sistema constructivo
sostenible, genera el mayor intercambio de energía, produce energía renovable, permite el control
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 21
de la ventilación e iluminación natural, recolección de aguas lluvias, entre otras funciones.
En una tercera instancia se indica que, por su condición de fachada, la envolvente es la
imagen de una edificación y por tanto brinda un carácter, pero no debe ser entendida solamente
como un elemento estético, si no como la resultante del análisis entre la materialidad y la función,
que resuelva problemáticas tales como el intercambio de energía, humedad, condensación,
mantenimiento, durabilidad, construcción y estética.
El intercambio de energía es cuando la envolvente permite modificar la intensidad y
duración del calor externo aportando en el confort interior. Para esto se propone como sistema
constructivo: aislamiento térmico (materiales multicapa con elevada resistencia térmica, que
permitan controlar temperaturas radiantes interior y retrasar el intercambio con el exterior),
inercia térmica (sistema uní capa y materiales con capacidad de absorción de energía calórica y
amortiguamiento térmico) y control de la radiación solar (sistemas vidriado y opacos, los cuales
se proponen dependiendo de si se quiere o no , ganancias térmicas y bajo las premisas del lugar
tales como clima y localización).
Por último, se indica cómo operan las aplicaciones pasivas de las envolventes, las cuales
aplican las soluciones de funcionamiento anteriormente mencionadas, ya que no utilizan energía
o agua para trabajar o implementan la vegetación que, por efecto de evapotranspiración, reducen
la temperatura de las superficies, mejorando el ambiente al interior y su comportamiento
alrededor del edificio, integrando mecanismos de energía renovable, tales como sistemas
fotovoltaicos, solar térmico o eólico en la envolvente.
Conclusiones. Se concluye que la envolvente tiene una gran importancia para la función
del edificio desde la sostenibilidad se plantea dentro del diseño como un componente clave en el
planteamiento arquitectónico lo que lo hace eficiente, aplicando materiales y sistemas
tradicionales e innovadores, que fortifican el concepto sostenible y su funcionamiento.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 22
d. Gruppe, H. (2016). El papel de la envolvente en la arquitectura. Santiago de Chile:
Hildebrandt. http://www.hildebrandt.cl/el-papel-de-la-envolvente-en-la-arquitectura-sostenible/,
- Propósito. Se plantea una aproximación a la función que cumple la envolvente
arquitectónica, como un elemento a tener en cuenta en el diseño para la arquitectura sostenible,
analizando los distintos requerimientos técnicos que se deben tener en cuenta para el desarrollo
de la misma.
- Conceptos. El artículo plantea tres parámetros para identificar en el diseño que permiten
desarrollar la envolvente: Requerimientos del lugar, Requerimiento de confort térmico,
requerimientos constructivos. Así como los datos técnicos relevantes para analizar e interpretar
para mejorar la adaptación al entorno.
- Resultados o aplicación. Requerimientos del lugar: hacen referencia al consumo
energético, y como adaptarse al clima específico. Requerimientos de confort térmico: busca
identificar son los sistemas de ventilación e iluminación natural, la humedad, y el
acondicionamiento climático entre otros. Requerimientos constructivos: Son aquellos que
determinan la durabilidad y ciclo de vida del edificio, estos pueden aportar a la eficacia
energética en la envolvente del edificio.
La envolvente se comporta como la piel de la edificación que absorbe o disipa el aire y el
calor, puede ser como un revestimiento flexible que se adapte al entorno y reduzca el intercambio
energético. Se deben tener en cuenta los datos técnicos que aporten al diseño de la envolvente
como lo son: Los datos climáticos, como la temperatura, asoleación, dirección de los vientos.
Resistencia y estabilidad que incluye elementos constructivos verticales y horizontales.
Confort acústico, la envolvente debería filtrar los sonidos reduciéndolos para que proteja
el confort interior. Estanqueidad de agua y aire La envolvente debe tener en cuenta las aberturas
para que la ventilación permita renovar el aire y distribuirlo evitando que se acumule la humedad.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 23
Confort de las visuales, es importante que el usuario se conecte con los planos
acristalados de la envolvente con el exterior, y que a su vez se permita el ingreso de la luz natural.
- Conclusiones. El artículo plantea como la envolvente es un sistema de gran importancia
en el desarrollo del edificio desde su etapa de diseño , de análisis técnicos y de comprensión del
entorno, la envolvente dependerá de varios factores y premisas técnicas que permiten elegir las
mejores alternativas para la adaptación, anticipándose a los cambios y que responden a un estudio
aplicado con las estrategias pasivas necesarias, con un mayor aprovechamiento energético que
aporte al desarrollo de envolventes sostenibles.
1.3.2 Referentes de envolventes. La arquitectura sostenible ha buscado integrar sistemas,
materiales para el control y adaptación ambiental, los cuales se basan en buscar un tratamiento que
se interrelacione con los elementos en la arquitectura, con el objetivo de aportar a los
requerimientos de hábitat de los edificios.
Adaptar el diseño al medio ambiente se evidencia en la complejidad de estructuras que se
encuentran en la naturaleza, las cuales se adaptan al entorno y sirven como referentes para
estudios y desarrollos posteriores de edificaciones más amigables y funcionales.
La utilización de herramientas tecnológicas para diseñar edificios en todas sus etapas,
permite evidenciar como a través de pruebas y simulaciones, se ha venido buscando la eficiencia
energética en diferentes desarrollos tecnológicos como el de Roger Preston & Partners.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 24
Figura 1. Torre de Turbinas de Richard Rogers
Fuente: Crónicas desde Tokio. (2007)
La Torre de Turbinas de Richard Rogers, en Tokio, usa turbinas y celdas fotovoltaicas, la
intención de desarrollar fachadas con sistemas propios eficientes se ha venido desarrollando en
distintos campos, buscando alternativas con sistemas de captación de energía solar, vientos u
otras energías alternativas.
Como referente dentro del diseño de Eco edificios sostenibles se encuentran los proyectos
del arquitecto Kenneth Yeang, Elephant y Castle Eco Tower que plantea la envolvente del
proyecto como un filtro permeable que permita una relación entre el interior y el exterior, En su
proyecto Eco torres en Londres, se muestra el desarrollo de fachadas bioclimáticas.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 25
Figura 2. Elephant y Castle Eco Tower 2000
Fuente: Design with honesty. (2014).
El edificio se plantea con un diseño de jardín vertical integrado a las fachadas
protegiéndolo del clima y utilizando terrazas verdes. La adecuada orientación de la envolvente
del edificio logra tener ganancias térmicas en invierno, y generar protección durante el verano
tiene aberturas en las fachadas norte y sur que permiten la ventilación natural, igualmente se
incorporan persianas operables que se adaptan a las estaciones, también se incorpora en el diseño
vegetación, que sirve de control de vientos y captación de energía, buscando generar un ambiente
interior controlado.
El Centro Cultural Jean Marie Tjibaou de Nueva Caledonia de Renzo Piano, se diseña con
la intención de aprovechar los vientos que vienen del océano pacifico, la envolvente exterior se
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 26
compone de madera, internamente cuenta con una segunda piel compuesta por persianas de
vidrio que filtran y son totalmente operables,, se desarrolló con la intención de utilizar materiales
que fueran referencia de materiales y sistemas constructivos tradicionales, integrando al diseño la
naturaleza y su entorno aprovechando el viento, la luz y la vegetación.
Figura 3. Centro Cultural Jean Marie Tjibaou de Nueva Caledonia
Fuente: Fondazione Renzo Piano. (2019)
La estructura y el funcionamiento se concibe como una planta circular las cuales se
agrupan con función diferenciada inspiradas en las chozas vernáculas Kanak en el estilo
contemporáneo, y se conectan por senderos peatonales en forma de espina que se asimilan al
paseo central de los poblados tradicionales, se respetó el entorno en una zona de reserva
integrando el proyecto para que se adaptara al medio ambiente y al terreno.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 27
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo general. Desarrollar un sistema de ventilación natural en la envolvente de
un modelo arquitectónico propuesto, que favorezca el confort térmico a partir de componentes o
materiales sostenibles, comprobando su comportamiento en diferentes condiciones climáticas,
durante los periodos más fríos y cálidos de vientos en la ciudad de Bogotá.
1.4.2 Objetivos específicos
Identificar, por modelación, estrategias sostenibles para edificios dotacionales que
permitan mejorar el confort térmico y la eficiencia energética en la ciudad de Bogotá.
Mejorar las condiciones, de la salud y bienestar humano, reduciendo los efectos
antrópicos adversos causados por la actividad constructiva e industrial en los edificios, así
como la eficiencia y reducción de consumo energético por climatización.
Identificar materiales constructivos sostenibles de bajo impacto y eficientes
energéticamente, así como especies vegetales en la envolvente arquitectónica para
mejorar su eficiencia.
Cuantificar, mediante métodos de parametrización y simulación, la eficiencia de la
envolvente propuesta, como evidencia de su adecuado funcionamiento.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 28
2. Principios de confort térmico en las edificaciones
2.1 Confort térmico en las edificaciones
Se puede decir que el confort térmico se da en el momento que no se perciben sensaciones
de calor o frío, es decir cuando las condiciones térmicas al interior como el aire, la humedad y la
temperatura favorecen la permanencia en el espacio que se habita.
El confort térmico es una sensación individual, y la percepción del mismo puede variar
siendo subjetivo y depende del individuo; por esto, aparecen algunas condiciones que influyen en
el intercambio térmico entre la persona y el medio ambiente, que permiten la sensación de
confort, como lo son la temperatura interior, la humedad y velocidad del aire, el movimiento
físico, la protección del cuerpo.
El confort térmico es importante para decidir sobre el acondicionamiento desde la
bioclimática en el diseño. Hace referencia a variables de temperatura y humedad, así como al
movimiento del aire y la radiación solar en las envolventes de las edificaciones, constituyéndose
en variables que influyen y que afectan a los individuos que permanecen en ellas y, en
consecuencia, en las actividades que se desempeñan en su interior. (Eadic, 2007).
2.1.1 Bases fisiológicas. Existe una relación térmica entre el ser humano y su entorno la
cual consiste en liberar el calor metabólico excesivo producido en el organismo con el fin de
mantener constante la temperatura interior.
La producción de temperatura es proporcional al movimiento o actividad que se realice, y
se tiene un valor (met) que es el calor por la unidad de tiempo de un individuo en reposo, lo cual
es un valor de 58,2 W/m2. Lo que equivale a que la superficie media de un individuo es en
general igual a 1 met = 100 W.
De acuerdo a lo anterior, se entiende como el confort térmico como la adaptación del
cuerpo humano y como este funciona para disipar el calor de su metabolismo. En las condiciones
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 29
opuesta se encuentra el disconfort térmico en el cual no es fácilmente disipado el calor o lo
opuesto se incrementa la sensación de frío en el cuerpo, esto depende de la actividad física, la
indumentaria o la sensación higrotérmica del entorno.
Teniendo en cuenta la relevancia de verificar las condiciones térmicas que permitan
generar bienestar y confort térmico en los individuos, con el propósito de plantear estrategias de
adaptación y técnicas constructivas adecuadas a las actividades que se realicen. Es posible
cuantificar franjas de operación con valores de humedad y temperatura en donde sea mayor el
porcentaje de individuos que se adapten y permanezcan en sensación de confort la mayor parte
del tiempo.
Figura 4. Gráfica ilustrativa sobre el confort térmico
Fuente: Sánchez de León Linares. (2017)
Los intercambios térmicos son producidos por distintos fenómenos, que se deben
considerar para lograr el confort térmico previsto, como lo son la velocidad del viento, la radiación,
la indumentaria, y el ejercicio físico.
El ser humano ha buscado crear un ambiente confortable térmicamente, lo cual se ha visto
en las edificaciones desde los inicios de la arquitectura hasta hoy. El diseño en la actualidad
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 30
busca establecer parámetros técnicos que permitan plantear edificios confortables térmicamente y
sostenibles.
2.2. Antecedentes sobre confort térmico
La aparición de los primeros efectos negativos que causo el petróleo, en la década de los
setenta, género que la sociedad mundial tomara conciencia sobre las limitantes de los recursos
naturales y energéticos no renovables que se tienen, y la importancia de protegerlos. Esto plantea
una respuesta tecnológica desde la construcción y movilidad, que se aplicaría en las edificaciones
posteriormente. Los primeros en desarrollar esta tendencia fueron los países desarrollados, que la
trasladaron al resto del mundo en las décadas posteriores.
Posteriormente a la problemática de la búsqueda de recursos derivada de la explotación
del petróleo, surge una nueva preocupación ambiental causada por el uso en exceso de bienes y
servicios. Estos cambios se evidencian en la atmosfera lo que genera la afectación en la capa de
ozono y el calentamiento global.
La implementación de acuerdos mundiales como el protocolo de Montreal para controlar
los efectos en la capa de ozono, y posterior a este el protocolo de Kyoto en el año 2005, buscan
mitigar los efectos y concientizar sobre el uso de la energía aplicando tecnologías renovables para
que sean una constante en el futuro.
En el sector de la construcción la edificación representa un 30 % del consumo energético
en los países en desarrollo, debido a esto se da la necesidad de desarrollar tecnologías que
permitan aportar al desarrollo sostenible mundial.
Los edificios cumplen la función de dar protección y refugio a sus ocupantes, siendo el
confort el que brinde las condiciones de bienestar, salud y comodidad, lo que permite que
ninguna circunstancia afecte o cause molestia física o mental al ser humano.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 31
Una de las consecuencias del desarrollo tecnológico y industrial, es la introducción de
sistemas mecánicos de ventilación, la cual representa conceptualizar en el diseño nuevas
estrategias de construcción sostenibles que permitan utilizar los recursos de forma racional,
siendo una constante en las dinámicas actuales y no una tendencia que se quede pierda con el
tiempo.
El diseño y el uso sostenible implican una manera de pensar, diseñar, construir y operar
edificios acordes con esta concepción y amplía la responsabilidad ambiental y ecológica
por su funcionamiento a los diseñadores, constructores, operadores y usuarios. (Mermet,
2005).
La aparición de los sistemas mecánicos en los anos setenta derivados de la crisis
energética se enfoco en solucionar la problemática de controlar las renovaciones y pérdidas por la
infiltración en el edificio. lo que llevo a confinar la envolvente sellándola. Esto redujo el
consumo de energía, pero a su vez trajo problemas como la humedad, el calentamiento excesivo
en épocas cálidas y generación de hongos y bacterias en los ductos de ventilación.
Los efectos causados por estas tipologías de envolvente en los edificios, causo
afectaciones de salud en los ocupantes y se presentaron efectos secundarios, como en edificios de
oficinas con gran porcentaje de planos translucidos que bajaron la productividad en los
empleados a causa de la mala calidad del aire interiormente.
En las décadas posteriores el conocimiento de estas afectaciones sobre el ser humano
causadas por la baja renovación de aire interior, llevo a investigar la problemática categorizando
estos edificios como el síndrome del edificio enfermo, los cuales tenían niveles reducidos de
ventilación natural, y causaba que se concentrara el CO2, partículas contaminantes, y agentes
infecciosos, debido a esto se reglamentó en el marco normativo de países europeos el aumento de
ventilación de aire confinado al interior aumentando los niveles requeridos anteriormente.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 32
Debido al crecimiento del agujero en la capa de ozono en el hemisferio sur en la Antártida
y Patagonia, se buscó la mitigación mediante la prohibición del uso de gases CFCS
clorofluorocarbonados, los cuales eran utilizados en los equipos de ventilación mecánica como
refrigerantes, a partir del protocolo de Montreal. Actualmente el calentamiento global representa
la mayor preocupación a nivel mundial debido a los efectos causados por contaminantes como el
CO2 en la atmosfera, lo que conlleva el efecto invernadero derivado de la combustión de
combustibles no renovables.
El protocolo de Kyoto es una respuesta a la problemática ambiental, para reducir el
calentamiento global. Y esto se extiende a la obligación de desarrollar proyectos arquitectónicos
que se adapten al clima específico, desde su concepción y diseño, hasta su consecución teniendo
en cuenta el aprovechamiento de los recursos naturales y la optimización de sistemas de
ventilación natural.
La ventilación natural surge como una opción a los sistemas de ventilación mecánica, que
se centra en aprovechar los recursos naturales, y se plantea como una opción para mejorar el
confort térmico al interior que optimiza la calidad del aire y es viable para su aplicación en
distintas zonas climáticas. Es una alternativa que permite reducir los efectos nocivos en la salud
que generan los sistemas de aire mecánicos, como el ruido, el costo económico, y el
mantenimiento, es importante resaltar que en estudios realizados en Estados Unidos los usuarios
u ocupantes, eligen la ventilación natural sobre los otros sistemas.
El objetivo de implementar la ventilación natural sobre los sistemas mecánicos es de gran
importancia y plantea una gran utilidad, se debe masificar e implementar su conocimiento en
distintas áreas, y junto a los otros sistemas de aire acondicionado es posible alternar o utilizarlos
en ciertos usos específicos que se requieran.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 33
2.3 Envolvente térmica del edificio
La envolvente en la edificación es el elemento que funciona como protección al interior
de los factores climáticos externos como lo son el viento, la humedad y la temperatura, se
caracteriza por brindar el confort térmico necesario a los usuarios, y adicionalmente aporto a la
reducción del consumo energético y la emisión de partículas contaminantes.
Está compuesta por distintos elementos constructivos como los muros perimetrales que
definen los espacios y los separan, protegiéndola de factores externos los como vientos,
topografía o el contexto urbano, y los muros internos o divisorios que separan los usos interiores
con los no habitables que colindan con el exterior.
La envolvente arquitectónica sostenible cumple una función de protección térmica
aislando de las condiciones climáticas del exterior al interior, y mejorando las condiciones de
habitabilidad de los habitantes, y plantea una reducción en el consumo energético siendo
amigable con el medio ambiente.
2.3.1. Componentes de la envolvente térmica del edificio. La envolvente se compone
de diferentes elementos constructivos que permiten generar espacios confortables y están
clasificados de acuerdo con su función o tipología:
Cubiertas: elemento de protección superior que está en contacto con los vientos,
habitualmente su inclinación no es mayor de 60 %.
Placas de contra piso: elementos horizontales que están en contacto con los vientos, la
topografía o con un espacio no habitable.
Fachadas: elementos de confinamiento exterior y que están en contacto con los vientos,
su inclinación respecto de la horizontal no será mayor de 60º. De acuerdo con su
orientación pueden ser norte, sur, este, oeste, sureste y suroeste.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 34
Muros medianeros: elementos de confinamiento exterior que colindan con otros
edificios y que comparten la división.
Muros divisorios: elementos constructivos horizontales o verticales que dividen los
espacios en el interior del edificio en distintas zonas.
Puentes térmicos: son franjas en la envolvente en las cuales se reduce la protección
térmica. Lo cual se da por distintos factores como lo son el espesor de los materiales, la
composición, o el cruce o desgaste de estos.
2.3.2 Argumentación de la envolvente arquitectónica. En los últimos años las ciudades
han venido experimentando diferentes efectos contaminantes los cuales se consideran como
problemas de interés general y entre los más importantes se encuentran la polución del aire, la
apropiación del espacio público, la disminución de la capa de ozono, pérdida de vegetación,
asentamientos en zonas de alto riesgo, etc. Dichos efectos son consecuencia de la actividad de la
vida urbana como los son el gasto excesivo, el aumento de vehículos, la industria, sistemas de
transporte, los servicios comunes, y que han contribuido a el deterioro de la naturaleza y la calidad
de vida en las ciudades.
Más del 90 % de la población en el mundo se encuentra en lugares donde la calidad del
aire supera los niveles de riesgo para la salud, dentro de los estándares de la (OMS) u
Organización Mundial de la Salud, esto calcula que un número aproximado de 6,5 millones de
personas fallecen por esta causa. Las zonas que son más impactadas por estos efectos son Asia, el
Mediterráneo y el Pacífico.
“Sólo una de cada diez personas respira un aire que está en los límites establecidos por
la OMS. Los otros nueve respiran aire que es nocivo para su salud”. (OMS, 2018).
La actividad constructiva un factor contaminante en la ciudad, pues en su desarrollo se
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 35
producen sustancias contaminantes para el medio ambiente, los cuales en el mundo representan
un aporte del 40 % de estos, esto produce un aumento en el cambio climático, disminuye la
variedad biológica y las reservas de agua. La idea de un medio ambiente en peligro ha pasado a
formar parte de la conciencia colectiva y se refleja tanto en todos los seres humanos y en los
encargados de la toma de decisiones de cada estado.
Para el caso de Colombia se han venido implementando diferentes modelos de
sostenibilidad que contribuyen a un país más ambiental, pero lo hace de forma progresiva, sin que
se introduzcan verdaderas prácticas o políticas que permitan entender y actuar responsablemente,
no se trata de mejoras parciales, o de la implementación de elementos sostenibles en las fachadas
de las edificaciones para obtener una certificación,, si no por el contrario de ir más allá en la toma
de decisiones para que permanezcan en el tiempo.
La envolvente en el edificio como un sistema constructivo, es por su condición filtrante
desde exterior al interior tiene una función de protección de gran importancia. Es el elemento en
donde se consigue el mayor intercambio energético con el medio ambiente y adicionalmente
cumple con la captación de aguas lluvias, permite generar energía renovable y la circulación de la
ventilación natural de forma controlada.
La inclusión de elementos y componentes en las envolventes de los edificios, contribuyen
a un mejor desarrollo sostenible y en consecuencia a mejorar las condiciones medio ambientales
en las ciudades, buscando optimizar en materia de construcción, las técnicas tradicionalmente
empleadas y desde el ámbito arquitectónico, el modo de ver las ciudades y sus emplazamientos,
brindando identidad y adaptación, sin excluir condicionantes y características de temperatura,
ventilación, iluminación, entre otros.
Para lograr este objetivo es necesario partir de la base que existe sobre materiales y
componentes sostenibles, para posteriormente diseñar modelo de envolvente de edificación,
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 36
evaluando su comportamiento y aplicando cálculos y metodologías aprendidos durante la
maestría, de manera que se observe su adaptabilidad e incidencia de las condiciones medio
ambientales y específicamente aquellas que tienen que ver con la ventilación natural, acorde a
diferentes climas y ecosistemas urbanos.
De otro lado la propuesta a realizar busca incluir al aire natural como una técnica pasiva
que mejora las condiciones de la envolvente, brindando calidad exterior e interior sin recurrir a
ventilación artificial, pues esto iría en contra de las mejoras económicas y medioambientales que
pretende lograrse al implementar elementos sostenibles a la piel de las edificaciones. Por esta
razón se hace necesario evaluar el comportamiento climático de las ciudades y a su vez la
incidencia de los elementos a implementar en el diseño y que contribuyen a mejorar estas
condiciones del contexto de la infraestructura y el contexto o emplazamiento en el cual se van a
ubicar. Se tomarán como base vientos en climas templado, cálido y frío, pues todos estos están
presentes en diferentes ecosistemas urbanos del país.
La propuesta de diseño de envolventes sostenibles para edificación es pertinente a la
maestría de diseño sostenible, por cuanto se constituye en un aporte para el desarrollo de
proyectos afines que quieran incorporar los modelos resultantes producto de la presente
investigación, explorando más áreas de conocimiento y promoviendo practicas relacionadas
sostenibilidad, diseño y construcción, fuentes que indicien y afectan el ecosistema urbano.
2.4 Ventilación natural en las edificaciones
La ventilación natural tiene como funciones aportar un aire de calidad al interior y
mantener el confort térmico en las distintas condiciones climáticas y especificas del entorno o
interior del espacio, a los usuarios del edificio, esto puede darse mediante dos condiciones como
lo son, la ventilación directa o de confort, o la ventilación sobre el volumen de la edificación o
refrescamiento convectivo.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 37
La ventilación se puede utilizar como estrategia de la climatización natural en los espacios
que puede aprovecharse teniendo en cuenta las corrientes de aire en el área urbana, ya que en esta
se puede favorecer mediante los cambios en la morfología, dirección y velocidad, las
dimensiones de los planos, la orientación, la densidad y se ve afectada también por la
contaminación del aire que causas el efecto de domo térmico que genera calentamiento del aire
por el material particulado en suspensión.
La cantidad de aire requerida por una persona depende básicamente del tipo de actividad
que esté desarrollando y de la calidad del aire disponible, un aire puro contiene
aproximadamente una proporción de 0,03% de CO2 pero en zonas urbanas esta
concentración puede elevarse hasta 0,07 o 0,1%, y si aumenta se presentarán efectos
nocivos; además considerando que un adulto en reposo emite aproximadamente 0,015
m3/h de CO2 necesitará de 30 m3/h de aire puro, pero esta cifra se puede elevar hasta 50
m3/h si el aire es de tipo urbano. (Fuentes Freixanet, 2004).
El confort térmico se da cuando el aire entra en contacto con la piel de los ocupantes, en
la envolvente cuando el viento llega a una cara del edificio se genera una zona de presión la cual
envuelve al edificio y reduce la presión en las caras laterales y posterior del mismo, y también el
viento ingresa al edificio donde se dan las presiones altas y sale por las zonas donde se reduce la
presión.
El viento al interior del edificio se comporta dependiendo de cómo se localicen las
aberturas de entrada y salida en la envolvente, esto define como el flujo que lo atraviesa, se deben
evitar los cambios de dirección por que disminuye la velocidad, es importante que la abertura de
entrada sea más reducida que la de salida para que se aumente la velocidad y permita ventilación
cruzada.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 38
Figura 5. Comportamiento del viento alrededor de una construcción, y resultado de presiones
Fuente: Fuentes Freixanet. (2004)
Al plantear una orientación a la edificación para que el viento incida en un ángulo de 45
grados se disminuye la presión a la mitad y aumenta la velocidad del aire al interior, si esto se
aplica a un conjunto de unidades de viviendas el viento atraviesa los espacios libres y
permitiendo que fluya el aire sin dejar zonas de vacío, a diferencia del caso opuesto en paralelo
donde el viento pasa sin repartirse y dejando zonas de estancamiento. (Fuentes Freixanet, 2004).
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 39
Figura 6. Flujo eficiente de ventilación natural
Fuente: Vásquez. (2012)
Figura 7. Viviendas orientadas a 45º con flujo de aire sin estancamiento.
Fuente: Vásquez. (2012)
Al lado izquierdo de la figura se observa cómo la disposición lineal de las viviendas no
paralelas a la dirección del viento crean un flujo de aire deficiente. Mientras el alineado en ángulo
a la dirección del viento proporcionan un buen flujo de aire.
Es posible abordar la ventilación natural como elemento principal de enfriamiento en la
edificación, y teniendo en cuenta estos dos principios (Hornero Pérez, 2013):
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 40
a) Los vientos producen efectos de presión que varían sobre las caras de la envolvente y
la cubierta, esto genera que los flujos de aire al interior produzcan el efecto de barlovento
al ingreso y de sotavento a las salidas por las aberturas, lo que causa que la presión sea
variable y depende de factores como la forma del volumen, la velocidad del viento, el
contexto inmediato, y la vegetación.
b) La ventilación pasa por efectos de cambios de presión en el flujo de aire, lo que se ve
influenciado por la diferencia en la temperatura entre el exterior y el interior. Debido al
efecto natural del aire caliente a subir y mantenerse, es importante que el ingreso de aire
frío ingrese por la parte inferior, teniendo en cuenta el tamaño y la ubicación de las
aberturas, para que genere un empuje ascendente permitiendo el enfriamiento y la
renovación, esto se conoce como el efecto chimenea o stack que es más favorable en
edificios de varias plantas y que tengan zonas libres al interior.
Figura 8. Flujo de aire alrededor de un edificio
Fuente: Rebuild America. (s.f.)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 41
Figura 9. Efecto Barlovento- Sotavento
Fuente: Rebuild America. (s.f.)
Para aprovechar la ventilación y su efecto natural de enfriamiento, se debe tener en cuenta
desde el diseño un análisis de cual sería la dirección que tomaría el aire al interior en su recorrido
y a través de zonas confinadas o espacios con ocupación, para que favorezca la protección contra
incendios.
Para tener en cuenta en el análisis se debe tener en cuenta los parámetros de diseño como
lo son, la dirección y velocidad, la periodicidad y la turbulencia del viento tanto a novel general
como especifico. Para que al aplicarlos permitan desarrollar espacios con confort térmico que
generen sensación de bienestar en los usuarios, y que sean eficientes energéticamente y
respetables con el medio ambiente.
La acción mecánica del viento puede utilizarse para obtener el confort cuando la
temperatura y la humedad relativa superen los valores que lo definen. Así, la
combinación de los efectos mecánicos y térmicos del viento en la ciudad posee una
importante influencia en el microclima urbano y, por lo tanto, en el bienestar de las
personas que utilizan los espacios libres. (Erell, Pearlmutter & Williamson, 2010).
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 42
El flujo del aire genera la reducción de los efectos en el microclima interior, y beneficia la
transferencia térmica de calor con la piel, y esto produce condiciones corporales en el ser humano
que dependen de la temperatura.
a) Temperaturas altas: producen el efecto de evapotranspiración.
b) Temperaturas bajas: se produce el efecto de enfriamiento producido por los flujos del
aire, y la disminución de la temperatura corporal percibida.
Figura 10. Efectos del movimiento del aire por convección.
Fuente: Hernández. (2013)
2.4.1 Escala de Beaufort. Este instrumento fue elaborado para determinar la velocidad del
viento, por Francis Beaufort para estructurar de manera empírica la intensidad del viento dentro de
una escala definida por el efecto de este en el estado del mar, las olas y la tierra, y como se percibe
la fuerza de los vientos.
Actualmente los generadores eólicos se activan a una velocidad de 11 km/h
aproximadamente, y llega a un máximo de 40 km/h, que varía según el tipo y desarrollador.
Teniendo en cuenta estos datos si disminuye la velocidad del viento en este rango los equipos no
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 43
son eficientes, y esta tabla permite evidenciar que en las casillas de color verde se mantiene la
velocidad que permite el mejor funcionamiento de un generador eólico a baja escala.
Estos datos sirven de referencia, y deben ser verificados con criterio técnico y previo de
una evaluación detallada, para evaluar si es viable la instalación de un generador eólico.
Actualmente se encuentra el anemómetro que es un instrumento de precisión digital que permite
medir la velocidad con gran exactitud, esta escala de Beaufort se utiliza en meteorología como
referencia e interpretando los efectos del viento en su entorno.
En Bogotá se presentan variaciones en las diferentes temporadas climáticas del año, se
ubican en las franjas de vientos que van desde brisa leves a vientos fuertes en la escala de
Beaufort en una franja de velocidad que está dentro de 3 a 7, y se puede determinar una velocidad
media de 50 a 61 Km/h y una mínima de 12 a 19 Km/h, lo cual representa que estas velocidades
de generación eólica son viables y aprovechables, y también se deben tener en cuenta dentro del
análisis en el desarrollo de cualquier proyecto arquitectónico.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 44
Tabla 1. Escala de Beaufort
Fuente: Es renovable. (2007)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 45
Figura 11. Aplicación de la Tabla escala de Beaufort en edificaciones
Fuente: Es renovable. (2007)
2.4.2 Vegetación como dispositivo de protección contra vientos. Algunas de las
funciones que tiene la vegetación en relación con la ventilación natural son dirigir y reducir la
velocidad del aire, regenerar el oxígeno y humidificar, esta tiene beneficios como controlar la
radiación solar, y filtro acústico y lumínico, y genera superficies irregulares que regulan el flujo
del viento a nivel, y sirve para direccionar el flujo hacia las zonas de los edificios que se requieran
en épocas cálidas aumentando la velocidad, y en periodos fríos permite proteger de los flujos de
viento fríos utilizándose como barrera.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 46
Figura 12. La vegetación como elemento canalizador y controlador del viento
Fuente: La certificación energética. (2013)
Figura 13. Efectos de una barrera vegetal de protección contra el viento
Fuente: Hernández. (2013)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 47
Figura 14. Generación de micro brisas dada por la vegetación
Fuente: Hernández. (2013)
Figura 15. Efecto Venturi generado por la vegetación
Fuente: Hernández. (2013)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 48
Figura 16. Barrera vegetal como protección de la contaminación atmosférica
Fuente: Hernández. (2013)
Como apoyo para mejorar y desarrollar una ventilación efectiva, es importante que el viento
alcance las construcciones reduciendo los obstáculos. La influencia de este obstáculo puede
sentirse hasta una distancia de 4 a 12 veces la altura de la barrera dependiendo de la característica
geométrica, la porosidad, la orientación con respecto al viento y de su implantación.
Figura 17. Impacto de una barrera vegetal en la velocidad del viento
Fuente: García & Fuentes. (1995)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 49
Es aconsejable implementar barreras para desviar los vientos y así lograr la reducción en
la velocidad de estos, permitiendo que ingresen flujos de aire controlados a los espacios o zonas
que lo requieran.
La efectividad de una barrera rompe vientos está determinada por la sombra de viento que
genera la barrera y la cual está determinada por la permeabilidad o porosidad de la barrera. Si se
busca generar un efecto permanente en la velocidad y la intensidad en los vientos, se pueden
colocar barreras con igual permeabilidad y espaciadas. Así mismo es apropiado situar árboles y
arbustos intercalados y los cuales pueden servir de parques y áreas recreativas.
La introducción de vegetación, en especial especies arbóreas, en el contexto urbano,
permite reducir la contaminación producida en las ciudades. En esta dinámica tiene los siguientes
efectos positivos:
El proceso de fotosíntesis cumple con la función de absorber CO2 o dióxido de carbono
convertirlo en oxígeno para liberarlo al ambiente.
Cumple la función de mantener el polvo y material particulado contaminante fijándolo,
y acumulándolo en sus hojas mediante un efecto electroestático.
Al utilizar la vegetación como barrera contra la contaminación de diferentes fuentes,
para que la ubicación de masas arbóreas permita dirigir los flujos de vientos para que no
se dispersen.
Los árboles no deben superar la altura de las cubiertas, y deben espaciarse lo suficiente
para que permita el paso de los vientos.
Es importante tener en cuenta los cruces en las esquinas y las calles, ya que en estos
puntos aumenta la velocidad del viento y esto ayuda a dispersar el material contaminante.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 50
2.4.3 Medidas de eficiencia energética
2.4.3.1 Disminución de las cargas térmicas internas. Los espacios de oficinas contienen
un gran número de aparatos o equipos electrónicos que consumen energía, y la transforman en
calor, lo que produce que en los espacios aumenten la carga térmica al interior, por consiguiente,
esto influye en los requerimientos energéticos de ventilación mecánica. También existen otros
factores que aportan como los son, los ocupantes, la radiación recibida por las aberturas, y la
energía que absorben los materiales de la envolvente, y aumentan esta carga térmica.
Algunas estrategias para reducir las cargas térmicas al interior de los espacios son las
siguientes:
• Garantizando una adecuada ventilación pasiva al interior
• Utilizando equipos que mejoren las condiciones energéticas de ahorro en cuanto a
eficiencia y mayor disipación de energía.
• Racionalizando el uso de los sistemas tecnológicos que componen el edificio para evitar
pérdidas energéticas y uso de recursos.
• Incorporar elementos de protección para la envolvente para reducir el impacto de la
radiación y evitar así las ganancias térmicas.
2.4.3.2 Mantenimiento y control de la ventilación interior. En edificios de oficinas es
posible plantear disposiciones en el diseño que faciliten la circulación y ventilación natural al
interior de los espacios, aprovechando las corrientes de aire que permitan que fluyan al utilizar
elementos de la arquitectura como mobiliarios, puertas o ventanas, para evitar el uso de
climatización mecánica.
La utilización de sistemas mecánicos de ventilación implica que para su adecuado
funcionamiento debe realizarse un correcto y regular mantenimiento por los ductos para
garantizar mantener la temperatura en rangos de confort, realizando acciones preventivas de
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 51
limpieza en filtros, así como la adecuada calibración de los temporizadores para que se activen en
los horarios de mayor uso y ocupación del edificio, y demás ductos necesarios para su
funcionamiento.
“Se debe aislar adecuadamente los conductos de distribución del aire para limitar las
pérdidas de calor (sistemas centrales por ductos). Para ello se pueden utilizar cintas aislantes o
paneles rígidos de fibra de vidrio”. (Compañía Nacional de Fuerza y Luz, 2015).
Figura 18. Factores que determinan la calidad del aire interior
Fuente: OVACEN. (s.f.)
2.4.3.3 Regulación adecuada de la temperatura. En condiciones normales de
funcionamiento es posibles conseguir que la temperatura se regule naturalmente, evitando la
utilización de equipos mecánicos de climatización, esto aumenta la eficiencia y el ahorro
energético. En temporadas climáticas más críticas se puede regular la ventilación con aberturas
operables manual o automatizadas para evitar que se aumente la térmica al interior de los
espacios, así también es relevante mantener niveles de confort térmico óptimos en los puestos de
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 52
trabajo para evitar fatigas y molestias en los ocupantes, evitando el gasto energético al máximo.
2.5. Análisis de las condiciones climáticas, calidad del aire y normatividad en el lugar objeto
de estudio
2.5.1 Temperatura. El clima de Bogotá se clasifica como templado o de frío moderado. A
diferencia de encontrarse en una zona climática del trópico, la sensación térmica de frío aumenta
con la precipitación o la alta nubosidad, y en días más calurosos puede llegar a máximos de 23ºC
o incluso aumentar.
El promedio de temperatura es 13.1ºC, este sube hacia el mediodía y se encuentra entre
18º y 20ºC, esta baja en las horas de madrugada a un mínimo entre 8º y 10ºC, y en la época de
comienzo de año que es la más seca, puede llegar a un mínimo de 5ºC en las horas más críticas.
La radiación solar se presenta alrededor de 4 horas al día en días de lluvia, y en los meses
con menos precipitación o secos llega a mantenerse hasta 6 horas/día.
La humedad relativa es elevada y llega en promedio al 80%, se encuentra en entre 77 y 83
% llega a ser mayor específicamente en abril y noviembre y más baja en julio y agosto.
Figura 19. Temperatura promedio anual
Fuente: IDEAM. (2019a)
2.5.2 Precipitación. En el transcurso del año la temporada de lluvias se divide en dos
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 53
secas y dos lluviosas. Con un promedio anual de lluvias de 797 milímetros.
Los meses con mayor predominancia secos son enero, febrero, julio y agosto. Y los meses
más lluviosos van desde marzo a junio y de septiembre hasta diciembre. La precipitación en los
meses secos es de alrededor 8 días al mes y en los meses más lluviosos es de 18 días al mes.
Cuando se alcanza la mayor temperatura, también aumentan significativamente las
precipitaciones, siendo al igual que los vientos, directamente proporcional a la temperatura.
Los meses en los que se presentan mayores precipitaciones son abril, mayo, octubre y octubre,
como se muestra en la siguiente figura.
Figura 20. Velocidad promedio del viento a 10 metros de altura (m/s)
Fuente: IDEAM. (2019a)
2.5.3 Viento predominante. El viento se define como la trayectoria media que toma el aire
en su movimiento, y se toma desde el punto de inicio hacia donde fluye, y no hacia el que se dirige.
Las variaciones en la dirección de los vientos se definen en la rosa de los vientos, en esta se señalan
los puntos cardinales y se representan de 4 a 16 direcciones. La velocidad está dada por el espacio
que recorren las partículas en el aire impulsadas por el flujo en el movimiento, o por la presión que
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 54
este ejerce sobre una barrera, se define en unidades métricas de kilómetros por hora (km/h), metros
por segundo (m/s), o en sistema imperial de nudos, millas por hora.
Figura 21. Precipitación promedio anual
Fuente: IDEAM. (2019b)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 55
Figura 22. Vientos predominantes y frecuencia mensual enero- junio de Bogotá
Fuente: IDEAM. (2019b)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 56
Figura 23. Vientos predominantes y frecuencia mensual julio- diciembre de Bogotá
Fuente: IDEAM. (2019b)
En la ciudad de Bogotá, tienen influencia dos tipos de vientos los que vienen a nivel
global y los que se dan a nivel local, En general los vientos alisios se direccionan hacia el Noreste
y Sureste de la ciudad, y traen algunas lloviznas en junio y julio, ya que en el periodo entre marzo
y mayo se detienen las lluvias, y son reemplazadas por lloviznas en la zona montañosa de los
cerros orientales en los límites montañosos generadas por estos vientos.
La intensidad de los vientos alisios se va reduciendo progresivamente, dejando algunas
lloviznas con poca duración, y se reemplazan por una temporada seca en los meses de julio y
agosto. A partir de que termina su influencia en el mes de septiembre aproximadamente, se da un
fenómeno de aumento de nubosidad y de lluvias con incidencia de vientos locales.
Luego de terminar este periodo, se inicia una segunda temporada de lluvias en los meses
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 57
comprendidos entre septiembre a noviembre, en donde depende de los vientos locales y como se
distribuyen las precipitaciones. La predominancia de vientos es noreste, este y oeste, y las
velocidades van de 6 a 8 m/s, esto plantea una condición característica dada por la variación de
dirección, lo que genera que se presente discontinuidad y corrientes convectivas que, al presentar
calentamiento normal, aumente las lluvias fuertes y tormentas eléctricas en algunas zonas y de
corta amplitud.
Las predominancias del viento en términos porcentuales son, dirección noreste 17,4%,
este 13,7%, norte 11,0%, oeste 10,4%, y las restantes se encuentran entre 7,2 y 3,9%, las brisas
suaves tienen un porcentaje de 22,3 % en toda la ciudad. Los vientos se relacionan con las
precipitaciones y la humedad relativa, en general los flujos de vientos del este son más secos en
comparación con los del oeste, y las lluvias son mayores cuando provienen del oeste. En
promedio la velocidad en toda la ciudad, se encuentra entre 1,6 a 3,3 m/seg, lo que equivale a un
35% del tiempo.
En cuanto a los periodos con menor calma en términos porcentuales son: mayo 18%,
junio 14,9%, y julio 17,5%, y con mayor calma se encuentra enero 27%, septiembre 26,9% y
octubre 26,1%. La mayor intensidad del viento tiene un valor promedio de 5,5 m/seg o mayor, y
se da en los meses de julio y agosto.
Las velocidades de viento más elevadas se dan entre los meses de mayo a agosto, y en
este periodo predomina la dirección sureste, que puede llegar a velocidades de 13,9 a 17,1 m/seg.
2.5.4 Confort térmico y diagrama psicométrico. De acuerdo al diagrama psicométrico,
para el clima frío el rango de temperatura para lograr el confort térmico se debe encontrar en un
rango de 19o C a 24 o C de temperatura ambiente, con el índice (WBGT The Wet Bulb Globe
Temperature), promedio que se encuentra por arriba del promedio de temperatura media anual en
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 58
esta zona climática que es de 10o C a 18 o C tma a diferencia del clima frío que está en 16o C a 18 o
C tma, debido a esto se puede concluir que dentro del diseño bioclimático de un edificio, es
necesario lograr mayor ganancia calórica en clima frío, con la utilización del principal recurso
como lo es el sol. En cuanto al diseño para clima frío se debe privilegiar las mayores ganancias
térmicas sobre las perdidas, teniendo una mejor inercia térmica, a diferencia del clima cálido en
donde se buscan reducir las entradas de calor mejor ventilación y por consiguiente una baja inercia
térmica.
El diagrama psicométrico o de Givoni es una herramienta grafica que permite establecer
las relaciones entre la humedad relativa y la temperatura en un territorio, y sus efectos sobre la
población. Los rangos obtenidos en la gráfica permiten identificar las estrategias que están en
3,4,5 para el caso de Bogotá la temperatura se encuentra en un rango de 13° y 22°C y la humedad
relativa entre 60 y 77%.
La región resaltada en rojo indica que las condiciones climáticas requieren: 3. Calefacción
por ganancias internas 4. Calefacción solar pasiva 5 Calefacción solar activa. En el diagrama
psicométrico se puede observar que la zona de confort se ubica entre 18° 24 ° C siendo el rango
de temperatura ideal sin que la humedad relativa supere el 80%.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 59
Figura 24. Diagrama psicométrico para Bogotá, Colombia
Fuente: PVG Arquitectos. (2015)
2.5.5 Orientación. La cantidad de radiación solar que llega a un área determinada en un
factor que determina la caracterización climática del lugar. Los valores de radiación solar no se
distribuyen uniformemente y dependen inversamente de algunos factores como la nubosidad o las
lluvias en cualquier territorio.
El sol como fuente lumínica tiene una trayectoria que se da horizontalmente y se
representa en el “Diagrama de Trayectoria Solar”, es utilizado para aplicarlo en investigaciones
teóricas de tipo científico, fisiológico y de análisis del hábitat y del confort térmico.
Al aplicar este diagrama de trayectoria en la ciudad de Bogotá, se puede entender la
geometría solar, con el objetivo de lograr el mejor aprovechamiento a nivel local y su
distribución en la zona, así como interpretar las trayectorias dependiendo de la época del año con
el ángulo del azimut y su altura sobre el plano horizontal en la ciudad.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 60
Figura 25. Diagrama de trayectoria del sol, altitud y acimut para Bogotá
Fuente: Bernal García. (1989)
El sol tiene una trayectoria de este a oeste, y su inclinación es variable según de la época
del año. En los meses donde el brillo solar es mayor con más horas al día se presentan de 4 a 6
horas/día.
La más alta radiación solar en Bogotá (Estación Aeropuerto El Dorado) se presenta en
los meses de enero (402,3 cal/cm2), febrero (372,1 cal/cm2), marzo (377,4 cal/cm2) y
diciembre (370,4cal/cm2) respectivamente; los mínimos se observan en los meses de mayo
(304,6 cal/cm2) y junio (314,3 cal/cm2). (Bernal, Rosero, Cadena, & Montealegre, 2007).
De acuerdo a lo anterior la radiación solar incide en mayor medida en las fachadas este y
oeste mientras que la norte y sur por estar perpendicular a línea del ecuador reciben radiación
indirecta durante estos meses del año; debido a esto, para capturar la mayor radiación, las
aberturas pueden orientarse al sur-este para que reciban luz directa.
El volumen deberá estar rotado 12,5° grados. Esto de acuerdo a la simulación del
programa Ecotect, el cual interpola las diferentes variables climáticas siendo la óptima, sin
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 61
embargo, la geometría, así como la envolvente permite realizar diferentes orientaciones para
modificar la implantación del edificio.
Figura 26. Diagrama mejor orientación para Bogotá
Fuente: Autor, con base en el software Weather Tool 2011
2.6 Marco normativo para la calidad del aire en Bogotá
Dentro del estado colombiano se han ido desarrollando diferentes normas que
permiten abordar la problemática de la contaminación atmosférica en Colombia, ya que es de
gran preocupación el impacto generado para la salud y el medio ambiente, siendo el tercer
factor que produce un costo social, luego de la contaminación de fuentes hídricas y los
desastres naturales.
Por definición normativa:
La contaminación atmosférica es el fenómeno de acumulación o de concentración de
contaminantes, entendidos estos como fenómenos físicos o sustancias o elementos en
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 62
estado sólido, líquido o gaseoso, causantes de efectos adversos en el medio ambiente,
los recursos naturales renovables y la salud humana que solos, o en combinación, o
como productos de reacción, se emiten al aire como resultado de actividades
humanas, de causas naturales, o de una combinación de estas. (Presidencia de la
República de Colombia, 2015).
A continuación, se relacionan las normas aplicadas más relevantes respecto de la calidad
del aire a nivel nacional y local, como referencia de la normativa sin profundizar ya que esta
fuera del alcance de esta propuesta.
Decreto 948 de 1995. Esta es una norma a nivel nacional que busca proteger y
controlar la calidad del aire, se ha venido actualizando en los últimos años siendo la
primera de referencia en esta temática.
Decreto 979 de 2006. Se da como la siguiente norma ambiental, en donde se actualizan
parámetros de la norma anterior precisando sobre la protección y el control de la calidad
del aire
La Resolución 2254 de 2017. Del Ministerio de ambiente vivienda y desarrollo
sostenible. Esta norma es la más actualizada a la fecha y adopta con el fin de determinar
los niveles máximos permitidos de los contaminantes criterio en el aire que se definen de
la siguiente forma:
Tabla 2. Niveles máximos permisibles para contaminantes criterio
Contaminante Nivel máximo
permisible (µg/m3)
Tiempo de
exposición Cálculo
PST
100
Anual
Promedio aritmético de las concentraciones diarias
en 365 días.
300 24 horas Concentración promedio en 24 horas.
PM10
50
Anual
Promedio geométrico de las concentraciones diarias
en 365 días.
100 24 horas Concentración promedio en 24 horas.
25
Anual Promedio aritmético de las concentraciones diarias en 365 días.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 63
Contaminante Nivel máximo
permisible (µg/m3)
Tiempo de
exposición Cálculo
PM2.5 50 24 horas Concentración promedio en 24 horas.
SO2
80
Anual
Promedio aritmético de las concentraciones diarias
en 365 días.
250 24 horas Concentración promedio en 24 horas.
750
3 horas Concentración promedio horaria en 3 horas.
NO2
100
Anual
Promedio aritmético de las concentraciones diarias en 365 días.
150 24 horas Concentración promedio en 24 horas.
200 1 hora Concentración promedio horaria.
O3 80 8 horas Concentración promedio en 8 horas
120 1 hora Concentración promedio horaria
CO 10000 8 horas Concentración promedio en 8 horas
40000 1 hora Concentración promedio horaria
Fuente: Ministro de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. (2010)
Decretos 174, 325 y 417 de 2006 de la Alcaldía de Bogotá. Clasifica las
localidades de Puente Aranda, Fontibón y Kennedy, como zonas de emisión de alta
contaminación, Dentro del tipo para material particulado menor o igual a 10 micras
(PM10). Se incorpora el pico y placa ambiental, para regular las emisiones de los
vehículos particulares y públicos.
En la ciudad de Bogotá se crea la Red de monitoreo de calidad del aire de Bogotá
(RMCAB), la cual se encarga de monitorear la calidad del aire, ha sido de gran importancia
para realizar el seguimiento a los niveles de material particulado para desarrollar acciones a
corto y largo plazo que permitan generar alertas tempranas.
Es una red de estaciones de control del aire que controla constantemente las emisiones en
cada zona de la ciudad de origen natural y antropogénico, así como las condiciones
meteorológicas que pueden influir en la atmosfera trasladando estas partículas de contaminación
en Bogotá.
La recolección de datos se realiza a través de una estación central que los captura y valida,
para llegar a un análisis de lo que ocurre en las distintas zonas de la ciudad en tiempo real, y
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 64
verificar si estas emisiones cumplen con la normativa actual.
Actualmente las estaciones están ubicadas en puntos de gran importancia para la ciudad
en total son once, y permiten monitoreas de forma continua todo el material particulado como lo
es (PM10, PST, PM2.5), y gases contaminantes (SO2, NO2, CO, O3), y también las condiciones
del clima como velocidad y dirección del viento, temperatura, precipitación, radiación solar,
humedad relativa y presión barométrica.
La secretaria de medio ambiente en la ciudad creo un modelo para gestionar la calidad del
aire en la ciudad mediante el cual se busca por medio de herramientas evaluar estrategias de
respuesta y control para incorporar en el diseño. Así mismo se ha contado con el apoyo de la
academia para implementar acciones que prioricen y busquen mejorar la calidad de vida de los
habitantes.
2.6.1 Efectos de contaminación en el aire. Existen diferentes tipos de contaminantes en
el aire y son medidos en las estaciones meteorológicas, principalmente se clasifican de fuentes
antropogénicas, o aquellos que son emitidos a la atmosfera y causa una reacción química que junto
con el nitrógeno y demás compuestos se conoce como ozono troposférico que por la acción de la
luz del sol se transforma y se conoce también como smog fotoquímico.
Dentro de estos contaminantes se encuentra el material particulado, conocido como PM10
que se clasifica por todas las partículas menores a 10 micras y están en suspensión durante días o
horas en el ambiente, y se reconoce por su reducido tamaño que va de 0,07 hasta 60 micras
aproximadas, y se compone por diferentes contaminantes como lo son, el carbón, hidrocarburos,
metales pesados, ácidos, o minerales todos muy nocivos para la salud que interacción entre sí en
la atmosfera causando gran afectación en las vías respiratorias.
Este material particulado principalmente PM10 es inhalable, y al ingresar en el sistema
respiratorio y los pulmones, produce afectación como inflamación e irritación. Y las de tamaños
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 65
menores a 0,1 micras, logran entrar a la sangre y se asocian a diferentes enfermedades del sistema
cardiaco y pulmonar.
Las altas concentraciones de material particulado y ozono troposférico, las cuales
exceden las normas de calidad del aire, están asociadas a un exceso de mortalidad y
morbilidad de la población. La Organización Mundial de la Salud, OMS, estima que el
existe un 1% de muertes en exceso por el aumento en 10 microgramos de partículas de
tamaño inferior a 10 micras, por metro cúbico de aire µm/m3”. (Rojas, 2007).
Sería de gran importancia establecer las concentraciones críticas máximas en localidades
con mayor incidencia de material particulado en aproximadamente de 100 µg/m3 a 50 µg/m3,
como se establece en la norma de varios países, lo cual incidiría reduciendo la mortalidad en un
5%, y las causas de afectaciones respiratorias derivadas de esta problemática en un 40 %
aproximadamente. Lo que ayudaría principalmente a la población más afectada como niños y
tercera edad, que son más susceptibles a enfermedades respiratorias.
Las consecuencias en la salud pública como la morbilidad en la población, derivadas de
los altos niveles de contaminación implican altos costos en la sociedad, como la pérdida de vidas,
problemas laborales de salud y productividad, y sobrecarga del sistema hospitalario por
enfermedades asociadas. En el mundo se han generado políticas públicas de inversión para
reducir esta problemática que favorecen en la reducción del costo en tratamientos médicos y
mortalidad.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 66
Figura 27. Calidad del aire en Bogotá
Fuente: Dulce Romero. (2017)
2.6.2 Situación de la calidad del aire en Bogotá. Las estaciones meteorológicas de la
ciudad miden la calidad de aire en Bogotá, mediante su red de monitoreo llevan el registro de los
principales contaminantes, y de estos análisis se pueden extraer los siguientes puntos.
El contaminante con mayor incidencia, y que supera los límites normativos es el
PM10, y en segundo lugar se encuentra el ozono, que tiene una tendencia a aumentar sus
concentraciones, esto debido a la introducción de gasolina con etanol.
Dentro del transporte tanto público como privado se puede evidenciar, que los
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 67
vehículos particulares que utilizan gasolina, aportan mayor Monóxido de carbono o CO2,
a diferencia del transporte público urbano que utiliza diésel, aporta mayor material
particulado PM10.
Hacia el occidente de Bogotá se presentan las mayores concentraciones de material
particulado especialmente en las localidades de Puente Aranda, Kennedy y Fontibón.
En algunas estaciones se han registrado niveles menores de contaminantes de acuerdo a
la norma nacional, sin embargo, estas concentraciones no deberían ser aceptadas ya que se
encuentran por encima de lo recomendado por la OMS u Organización Mundial de la
Salud.
Es importante que la actuación desde la administración pública tenga en cuenta que los
efectos de la contaminación para generar políticas de saneamiento que permitan que los
habitantes de la ciudad tengan más beneficios en la salud, y se reduzcan los efectos derivados de
la exposición al material particulado contaminante.
Se ha establecido en algunos registros tomados por las estaciones de monitoreo que se
encuentran concentraciones de contaminación en algunas zonas de permanencia de los habitantes,
donde se derrollan actividades en espacios más reducidos definidos como microambientes.
Esta exposición a materiales contaminantes que se da en espacios urbanos como plazas o
andenes en especialmente material particulado PM10, es aportado en grandes concentraciones por
el servicio de transporte público que circula en las inmediaciones.
2.6.3 Fuentes contaminantes y factores asociados. En la ciudad de Bogotá las fuentes
contaminantes son controladas por la Secretaría del Medio Ambiente, y se actualizan
constantemente, Esta determino que los emisores más significativos son las fuentes móviles y la
industria como mayores causantes de la contaminación.
Se puede analizar que las emisiones aportadas por las fuentes fijas como la industria son
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 68
de un 60%, y las fuentes móviles del 40%, aunque las emisiones son menores en estas últimas el
nivel de exposición de los ciudadanos como peatones, ciclistas y conductores es mayor ya que se
encuentran más cerca de estas fuentes y por lo tanto generan mayor impacto en la salud.
Siendo el material particulado (PM) el mayor aportante de contaminación en el aire de la
ciudad, se encuentran concentraciones de diferentes sustancias perjudiciales para el medio
ambiente y sus habitantes como lo son: (CO), (NO2), (SO2), (O3).
Tabla 3. IBOCA resultante, según estaciones RMCAB
ÍNDICE BOGOTANO DE CALIDAD DEL AIRE Rangos de concentración y tiempo de exposición para cada contaminante1
Rangos
numéricos Color
Estado de
calidad del
aire
Estado de
actuación y
respuesta2
PM10, 24h
(μg/m3)
PM2.5, 24h
(μg/m3)
O3, 8h
(μg/m3)
[ppb]
CO, 8h
(μg/m3)
[ppm]
SO2, 1h
(μg/m3)
[ppb]
NO2, 1h
(μg/m3)
[ppb]
0 - 10 Azul claro Favorable Prevención (0-54) (0-12) (0-116)
[0-59]
(0-5038)
[0.0-4.4]
(0-93)
[0-35] (0-100)
10,1 - 20 Verde Moderada Prevención (55-154) (12.1-35.4) (117-148)
[60-75]
(5039-
10762)
[4.5-9.4]
(94-198)
[36-75] (101-188)
20,1 - 30 Amarillo Regular Alerta
Amarilla (155-254) (35.5-55.4)
(149-187)
[76-95]
(10763-
14197)
[9.5-12.4]
(199-486)
[76-185]
(189-677)
[101-360]
30,1 - 40 Naranja Mala Alerta
Naranja (255-354) (55.5-150.4)
(188-226)
[96-115]
(14198-
17631)
[12.5-15.4]
(487-797)
[186-304]
(678-1221)
[361-649]
40,1 - 60 Rojo3 Muy Mala Alerta Roja3 (355-424) (150.5-
250.4)
(227-734)
[116-374]
(17632-
34805)
[15.5-30.4]
(798-1583)
[305-604]
(1221-2349)
[650-1249]
60,1 - 1004 Morado Peligrosa Emergencia (425-604) (250.5-
500.4)
(734-938)
[374-938]
(34806-
57703)
[30.5-50.4]
(1584-2630)
[605-1004]
(2350-3853)
[1250-2049]
Fuente: Observatorio Ambiental de Bogotá. (2016)
En relación a los principales emisores de material particulado se puede concluir que las
fuentes móviles como lo son los vehículos que utilizan diésel, como buses, camiones, aportan
aproximadamente el 90 % de este material, la gran mayoría, y el restante 10% es emitido por las
motos a dos tiempos ya que sus motores no son eficientes en termines de combustión, sin embargo,
deberían ser prohibidas como en muchos países se ha logrado. Los vehículos particulares que
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 69
utilizan gasolina y gas no aportan una cantidad significativa de material particulado, ya que son
más controlados en su circulación.
En cuanto a las fuentes industriales, se puede analizar las emisiones de las que son causantes
de aportar el 60% de material particulado y 70% de óxido de azufre que llegan a la atmosfera.
Existen un gran número de industrias que aportan una importante cantidad de emisiones
contaminantes como las ladrilleras, tintorerías, las que utilizan carbón, y solventes. Las cuales
tienen poco control ambiental y son de difícil monitoreo.
El control de estas industrias se da a través de las autoridades ambientales, técnicas y
judiciales, que realizan revisiones constantemente pero no cubren el número de fuentes que se
deberían monitorear y regular. Estas empresas causantes de contaminación ambiental recurren a
mecanismos para evitar el cierre como la desobediencia civil, los derechos al trabajo y la libre
empresa desconociendo las normas y evadiendo sus responsabilidades.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 70
Figura 28. Material particulado (PM10) promedio
Fuente: Observatorio Ambiental de Bogotá. (2013)
Tabla 4. IBOCA resultante, según estaciones RMCAB
ES
TA
CIÓ
N P
UE
NT
E
AR
AN
DA
FECHA
PM10
µg/m3
OZONO
ppb
NO
ppb PM2.5 µg/m3
CO
ppm
SO2
ppb
AÑO 2016 52,22 40,77 31,79 23,47 1,92 4,50
29/06/2017 57,91 11,96 32,99 21,08 0,61 2,02
Fuente: Observatorio Ambiental de Bogotá. (2016)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 71
Figura 29. Resultados monitoreo de material particulado estación de Puente Aranda
Fuente: Elaboración propia
En la tabla y sus figuras se puede ver en los datos que el principal contaminante en la
localidad de Puente Aranda es el material particulado (PM), el cual se incrementa por la acción
de la industria en este sector de la ciudad.
La contaminación en la ciudad ha venido creciendo en las últimas décadas, especialmente
para el material particulado, Esto se ha visto acentuado por el desarrollo económico que en
comparación con los pocos controles a causado un crecimiento en las emisiones de las fuentes
móviles o fijas.
2.7 Aproximaciones del lugar de estudio: Localidad de Puente Aranda
2.7.1 Localización. Puente Aranda es la localidad número 16 dentro de la división
administrativa de la ciudad y su extensión representa el 2% del área total de Bogotá (1724 Ha).
Esta limitada por la localidad de Teusaquillo por el norte, Antonio Nariño y Tunjuelito por el sur,
Mártires y Antonio Nariño por el oriente, Fontibón y Kennedy por el occidente. Sus orígenes
datan del siglo XVI, su vocación es industrial y es una localidad tradicional que se encuentra en
un punto estratégico que conecta con toda la ciudad.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 72
Cuenta con diferentes usos o actividades como la industrial, comercial, residencial e
institucional. Y sus dinámicas derivan en problemáticas de tipo social y ambiental, lo cual
impacta en la reducción de la calidad de vida de sus habitantes y población flotante.
La normativa actual dentro del plan de ordenamiento territorial POT del 2004 de Bogotá,
establece que la localidad se encuentra como una de las dos zonas de actividad industrial, en
donde se desarrollan procesos productivos que generan impacto ambiental.
La actividad industrial se desarrolla en este sector se da principalmente en las unidades de
planeamiento zonal que la componen como lo son las UPZ Puente Aranda, Zona industrial, San
Rafael.
Figura 30. Localidad de Puente Aranda UPZ 108 zona industrial Bogotá
Fuente: Elaboración propia
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 73
Figura 31. Lote Zona Industrial Centenario, Ampliación Cra 39 con Cll 17 B
Fuente: Elaboración propia
2.7.2 Diagnóstico social y ambiental. La contaminación afecta no solo a los habitantes
de la ciudad, también genera consecuencias sobre los ecosistemas y recursos del medio ambiente.
Como se pueden evidenciar a continuación:
Aire: Es el elemento es el más afectado por la mala calidad, esto se asocia al alto
contenido de material particulado (PM10), emisiones industriales, gases contaminantes, y
particularmente por la afectación del transporte de carga y público.
Los datos arrojados por las estaciones de monitoreo establecieron que en el año 2004 los
niveles de concentración de material particulado (PM10), sobrepasaron los límites
permitidos, “en la estación de Merck con un valor de 203 µg/m3, se registró la media más
alta de los promedios diarios 105 µg/m3, se superó la norma diaria en treinta y nueve
ocasiones y el 46% de los datos superan el 50% de la norma”. (Observatorio Ambiental
de Bogotá, 2004).
Aguas superficiales: se encuentran cuatro fuentes hídricas, como el río Fucha, y sus
afluentes el canal Río Seco, La Albina, Los Comuneros y San Francisco. Con una gran
extensión de aproximadamente nueve mil metros lineales. Estos se han venido
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 74
canalizando para las aguas lluvias por parte de la EAAB, y debido a que no existe un
respeto de estas fuentes por parte de la comunidad y la industria, se han venido
deteriorando por contaminación de aguas negras, industriales, escombros, basuras, entre
otros y la falta de árboles y zonas verdes que también genera olores desagradables y
aumento de vectores en las zonas de rondas hídricas.
Suelos de protección: en esta localidad se encuentran franjas de protección ambiental,
el parque Ronda río Fucha, Canal de los Comuneros, Canal de la Albina y Canal de Río
Seco, estas forman parte de los suelos de protección de la ciudad según la secretaria de
hacienda en 2004. “En la localidad, para el año 2009 se generaron 11.869 ton/mes de
basura y aproximadamente 2.250 ton/mes de escombros” (Aseo Capital, 2010), el mal
manejo de los residuos y su disposición final en estos suelos, genera un gran impacto
socio ambiental tanto en el medio ambiente como visualmente y en la salud de sus
habitantes.
2.7.3 Consecuencias de la problemática ambiental. Existen diferentes factores que se
asocian a estas problemáticas los cuales se originan por distintas razones como lo son:
La falta de conocimiento del impacto a los recursos naturales derivados de las
actividades antropogénicas, lo que conlleva a el poco interés en la temática ambiental de
los actores que participan en la sociedad.
La ausencia de espacios participativos y la baja participación en la toma de decisiones
para conservar y proteger los recursos naturales, así como el desarrollo de actividades
continuas de capacitación y sensibilización a los habitantes en cada zona para crear
conciencia ambiental que cree cambios y permanezca en el tiempo.
La falta de comunicación y transferencia de información entre la población y las
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 75
entidades locales, así como la incomprensión e indiferencia de las responsabilidades de
cada actor tanto en sus deberes como derechos.
La ausencia de planes de acción por parte de las autoridades ambientales que permitan
desarrollar estrategias integrales, mediante herramientas que se unan a la búsqueda de
políticas sostenibles en diferentes escenarios y plazos que conduzcan a soluciones reales
que direccionen claramente los objetivos propuestos.
2.7.4 Normativa local a nivel nacional e internacional.
El predio seleccionado se encuentra ubicado en la Cll 10 # 36 39 o Cra 36 # 9 55 Unidad
Básica de Planeamiento Zonal Zona industrial No.108, situada en la localidad 16 de Puente
Aranda, subsector No.1 y se reglamenta mediante el decreto 317 de 2011 Modificado por la
Resolución 497, Es un predio con tratamiento de consolidación con modalidad de tratamiento
urbano especial en una zona industrial.
2.7.4.1 Decreto 317 de 2011 UPZ. Mediante el Decreto 317 de 2011 se reglamenta la
Unidad Básica de Planeamiento Zonal Zona industrial No.108, situada en la localidad de Puente
Aranda; la cual mediante el artículo 5 define los sectores normativos de la UPZ. De acuerdo a lo
anterior se logró identificar que el predio objeto de estudio pertenece al Sector Normativo No. 1,
el cual posee un Área de actividad de Industria con Tratamiento de consolidación de sectores
urbanos especiales.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 76
Figura 32. Sectores normativos
Fuente: Secretaría Distrital de Planeación. (2019)
Conforme a lo anterior, en el artículo 372 (artículo 361 del Decreto 619 de 2000), se
indica que la norma para modalidad de consolidación de zonas urbanas específicas se requiere
adoptar el siguiente decreto:
Para zonas dotacionales (modificado por el artículo 243 del Decreto 469 de 2003). Los
Planes Maestros de Equipamientos establecerán los aspectos urbanísticos de
implantación, incluyendo los índices de construcción y ocupación, a los cuales deberán
sujetarse las intervenciones y la construcción de nuevas edificaciones de uso dotacional.
Los retrocesos, empates, voladizos, patios y antejardines se regirán por las normas
específicas que regulan el sector, respetando los paramentos definidos por las
edificaciones colindantes. (Alcaldía Mayor de Bogotá, 2017).
La edificabilidad permitida para el predio objeto de intervención se ubica en el subsector
B, de la que se obtiene:
Índice de ocupación: 0,70
Índice de construcción: 3,50
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 77
Altura permitida: 10 pisos
Voladizos: se permiten
Dimensión de antejardín: No se exige
Frente mínimo: 15 M
Área mínima: 600 M2
Dados los parámetros anteriores, para la propuesta a desarrollar se propone implantar una
edificación de oficinas de 6 pisos y 2 niveles de sótano, la cual se adapta no solo a las
condiciones normativas acá relacionadas, si no que como equipamiento permite aplicar los
conceptos indicados en la presente metodología.
Es importante tener en cuenta la normativa local del predio para desarrollar un proyecto
que se adapte a la ciudad y a las condiciones del entorno, teniendo en cuenta que los parámetros
de diseño se deben adaptar a una realidad de ciudad la cual es definida por las normas propias de
cada sector, de ahí radica la importancia de implementar desarrollos sostenibles que permitan
crear zonas con desarrollo que aporten a la sociedad y el medio ambiente.
En nuestro país, las normativas se han venido adaptando a las necesidades mundiales y
locales para adaptarnos al cambio climático mediante la ley 629 del 2000 se aprobó en Colombia
el “Protocolo de Kyoto de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio
Climático” realizado en Kyoto en el año 1997. La intención de este acuerdo internacional se da
con el compromiso a reducir las emisiones de algunos de los gases de efecto invernadero
causantes del calentamiento global, con el objetivo final de promover el desarrollo sostenible y
combatir el cambio climático.
Los esfuerzos por crear políticas mundiales se han venido dando en distintos escenarios
internacionales como lo es también , la reunión de la “Conferencia de las Partes de la Convención
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 78
Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP 21) ”, que se realiza en París en el
2015, se busca llegar a un acuerdo internacional sobre el cambio climático, con el objetivo de
llegar a reducir el aumento de la temperatura global promedio por encima de los 2ºC; y
reemplazar en el año 2020 el Protocolo de Kyoto, esto con el fin de que la adaptación a estos
fenómenos sean una prioridad para los países en desarrollo dentro de los que se encuentra
Colombia.
En el contexto internacional dentro de los últimos años se plantearon los objetivos de
desarrollo sostenible en el 2015, por la asamblea general de Organización de las Naciones Unidas
ONU. El cual plantea los objetivos a desarrollar para reducir la pobreza y la desigualdad social.
En el campo ambiental y del desarrollo de ciudad los objetivos son de gran relevancia en
la actualidad y se relacionan entre sí, se deben tener en cuenta en especial: (13) la acción por el
clima, (7) energía asequible y no contaminante, (11) ciudades y comunidades sostenibles, entre
otros.
La importancia de estas políticas aplicadas a la presente propuesta contribuyen dando un
importante aporte a la ciudad y es de gran relevancia, ya que la adaptación al cambio climático de
los habitantes y diferentes actores de la sociedad ya que se ven afectados directamente en la salud
y el bienestar común, una ciudad más verde implica una gran responsabilidad socio ambiental y
es importante implementar estas propuestas, teniendo en cuenta los aspectos normativos de
ciudad no solo desde lo formal si no ir más allá y ver como en el contexto global como es posible
adaptarse dentro de un desarrollo sostenible.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 79
Figura 33. Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).
Fuente: Organización de las Naciones Unidas ONU
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 80
3. Metodología
El presente estudio se plantea como una investigación de tipo cuantitativa, la cual se
define a partir de un problema de estudio delimitado y concreto, siendo objetivo y medible.
Para el proceso metodológico se definen los siguientes pasos a seguir:
Análisis del problema. Se busca analizar los diferentes factores que se relacionan
con la presente problemática de la calidad del aire, el consumo energético y la ventilación como
elemento articulador en la ciudad de Bogotá y como la envolvente sostenible puede responder a
esta realidad.
Identificar aspectos de disconfort. Se identifican algunos aspectos que afectan la
salud humana, y las condiciones que generan disconfort térmico en los espacios y bajo
rendimiento dentro de un entorno no saludable, los cuales afectan el desarrollo laboral al interior
de una edificación dotacional de oficinas.
Definición de estrategias de confort sostenibles. Posteriormente se definen las
estrategias a seguir, mediante la implementación de un modelo teórico en el cual se permitan
aplicar los diferentes conceptos de sostenibilidad aplicados a la materialidad, al confort térmico y
ventilación pasiva.
Definición de factores eficientes confort térmico-sistema pasivo. Utilizando los
instrumentos estructurados de recolección de información, base teórica y de modelación que
permita medir las variables del confort-térmico, se elabora un modelo teórico que permita dar
respuesta a las necesidades y mediante un sistema pasivo de ventilación natural y junto a las
estrategias se llegue a un planteamiento de un modelo eficiente.
Desarrollo de parametrización y modelación. A partir de información recopilada y
de la definición de estrategias, se busca que el modelo pueda definirse dentro de unos parámetros
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 81
técnicos para ser medible y comprobable con los instrumentos propuestos.
Análisis y verificación de los resultados. Se planteará una propuesta de envolvente
que incluya materiales de construcción sostenibles y convencionales, acorde a las características
propias del entorno y que permita su implementación y desarrollo, de esta manera se analizan los
resultados verificando las mediciones y su aplicación en la envolvente como un modelo de
sostenibilidad.
3.1 Planteamiento de la propuesta arquitectónica
En la propuesta arquitectónica se implementa un sistema de envolvente arquitectónica
que cumpla con la función de adaptarse al entorno y al clima del lugar, con la incorporación de
un diseño eficiente que actúe como un filtro de ventilación pasiva entre el exterior y el interior,
y que permita que los espacios sean habitables y garanticen el confort térmico en las distintas
condiciones de funcionamiento del edificio.
Dentro del sistema constructivo del edificio se propone utilizar un sistema tradicional
combinando con materiales tradicionales y sostenibles, lo que incrementa las condiciones de
confort térmico en términos de eficiencia, y reduce los costos operativos de los equipos y del
funcionamiento del sistema, al utilizar la ventilación natural como elemento primordial en el
diseño permite que se reduzca el consumo y por tanto la eficiencia energética se optimiza.
La materialidad de la envolvente del edificio se concibe como una propuesta de
elementos que se adapten al lugar y que sean aprovechables a futuro siendo reutilizables o
biodegradables y de orígenes certificados, cuentan con las condiciones técnicas favorables para
el desarrollo de la propuesta arquitectónica y se complementan para lograr un mayor grado de
optimización.
La utilización de las estrategias sostenibles aplicadas al modelo teórico propuesto,
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 82
demuestran que la reducción de recursos y de emisiones de material particulado a la atmosfera
contribuye con el medio ambiente, así como la incorporación de materiales ecoeficientes,
favorecen con la reducción de la cadena de residuos “cradle to grave” para un mejor
aprovechamiento, así como la introducción de estos conceptos en el diseño facilitan el
desarrollo del proyecto como una guía aportando al desarrollo de nuevas estrategias que
minimizan el impacto en el calentamiento global.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 83
4. Modelación
4.1 Simulación
Para el modelo de estudio, se plantea realizar un análisis del comportamiento en un lugar
específico en el cual se encuentra desarrollado el proyecto, teniendo en cuenta las condiciones
ambientales y funcionales que puedan afectar a este, para efectuar esta comprobación se
realizaran las simulaciones térmicas y CFD en el software Design Builder de análisis energético,
contemplando las condiciones más críticas así como los factores climáticos del lugar, tales como
temperatura, humedad relativa, dirección del viento, etc. del archivo climático EPW de la base de
datos de Energy Plus como base de datos principales.
Figura 34. Volumetría del proyecto
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 84
4.1.1 Parámetros de la simulación seleccionada. El confort térmico se define como una
percepción subjetiva, en la que la percepción del individuo tiene una sensación de satisfacción
generalizada, Esto depende de cada caso en particular, Igualmente influyen en la percepción del
confort, las actividades que se desarrollen al interior del espacio o la indumentaria que tengan los
ocupantes.
Hay dos maneras en las que la que la ventilación puede mejorar el confort: la ventilación
natural directa sobre las personas (llamada también ventilación de confort) o la
ventilación natural sobre la masa interna del edificio (que en función de las horas más
propicias para realizarlo se llama también ventilación nocturna), ambos son
considerados sistemas de refrescamiento pasivo basados en la potencial capacidad de
transferencia térmica del aire en movimiento. (Mermet, 2005).
Las variables ambientales para que las condiciones de confort logren ser eficientes, y
permitan optimizar el sistema propuesto se dan cuando se cumplen estas condiciones:
• El rango de temperatura media máximo en una temporada cálida se debe encontrar
entre 29º y 32ºC.
• La amplitud térmica diaria no puede bajar a los 10ºC.
• La humedad relativa no debe superar el 90% en ningún periodo del día
• La velocidad media de los vientos no debe ser inferior a 7,2 km/h (2m/s)
La zona de confort que según la carta psicométrica es entre los 18°C y los 24°C, esto
verificado con la fórmula de Aluciens aplicada con la T media de Bogotá de 14° donde:
Tn: Temperatura neutra, Tm: Temperatura media y Zc: Zona de confort, entonces:
Tn=17,6 + (Tprom x 0,31)
Tn=17,6 + (13.5°C x 0,31)
Tn=21,78°C
Zc= Tn +/- 2,5°C
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 85
Zc= 25,04°C – 2,5°C= 19,28°C Mínimo
Zc= 25,04°C + 2,5°C= 24,28°C Máximo
Comparativamente la fórmula con el diagrama psicométrico permiten manejar el rango de
temperatura desde los 18°C a 19,28°C como mínimo y de 24°C a 24,28°C Máximo.
Para el caso del recambio de aire de acuerdo a el Requerimiento para renovaciones ACH
(Air Changes per Hour), Indoor Air Quality ASHRAE Standard 62-2001 TABLE 6.1 Minimum
Ventilation Rates In Breathing Zone para Oficinas, y teniendo en cuenta una densidad por piso de
personas/m2 = 0,111, volumen piso tipo de 3.082,17 m3 y una ocupación aproximada por piso de
91 personas se puede evidenciar lo siguiente:
Requerimiento Norma Caudal
Oficinas 0,30 493.83
Ocupación L/persona 5 455.00
Caudal Total (Q) (l/s) 948.83
Caudal Total (Q) (m3/h) 3415.78
ACH = Q / VOLUMEN
ACH = 3415.78 / 3082.17
ACH = 1.10 Renov/h
El caso de estudio se presenta la simulación del comportamiento del sistema evaluando
los escenarios reales en las condiciones críticas que tiene el lugar, para tal fin se utiliza un
procedimiento técnico CFD del software Design Builder teniendo en cuenta las características
volumétricas y geométricas del proyecto. Se consideraron las siguientes variables en el análisis
de los resultados.
a. Ajuste de los parámetros CFD (velocidad del viento, dirección, etc.)
b. Simulación mes más frío-cálido
c. Simulación semana más fría-cálida
d. Simulación día más frío-cálido
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 86
4.1.2 Perfiles de ocupación para determinar las ganancias térmicas. Por medio de la
ocupación podemos definir el porcentaje de ganancias térmicas que estas aportan en cada
simulación, por consiguiente, es importante para calcular la tasa de ventilación y que estas se
ajusten al uso para el cual fue diseñado el proyecto. Esto nos permitirá determinar el
comportamiento del edificio.
Como parte del reporte de ventilación se adjunta a continuación los perfiles y la
programación empleada para la simulación, teniendo en cuenta la tasa mínima de ventilación
requerida en cada espacio. Para lo cual se tuvo en cuenta el horario laboral de 7 a 6 p.m. con una
densidad de personas de 0,11 por m2, activando los equipos de cómputo para incluir las
ganancias térmicas dentro del proceso de simulación.
Figura 35. Perfiles de ocupación
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
4.1.3 Control operativo de las aperturas. La operación de control está definida por la
programación que se estableció en los datos básicos del proyecto, donde las aberturas son del
25% respecto al área total de la ventana, garantizando las renovaciones mínimas para la
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 87
ocupación establecida, lo anterior se orienta a evaluar la capacidad del comportamiento del
sistema.
La operación de las mismas se plantea en base a la ocupación de las oficinas y en las
horas más cálidas del día, en donde se realiza una apertura progresiva desde las 8:00 am del 25%
hasta unas total a las 12:00 y 5:00 pm del 100% en donde las temperaturas aumentan y es
necesaria mayor renovación. (Siendo 0 cerradas, 0,25 y 0,5 abiertas parcialmente y 1 abiertas
totalmente).
Figura 36. Horario de operación de aberturas
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 88
4.1.4 Proceso de simulación. La metodología usada en la simulación realizada en Design
Builder pretende hacer un análisis de la semana más crítica del mes más frío que se ubica entre el
6 y 12 de octubre, así como para la semana más cálida entre el 1 y 16 de enero, para saber el
impacto y dinámica del sistema de ventilación natural en el edificio de oficinas teniendo como
referencia la dirección y velocidades predominante de los vientos en la zona.
Para el caso de la temperatura se simulo la semana crítica más fría donde se pudo
establecer el día más frío, con el fin de obtener los datos de temperatura radiante de la superficie
de los materiales para garantizar que las dinámicas mostradas en los CFD sean verificadas y
funcionales.
Figura 37. Simulación semana más fría Confort Edificio
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Se realiza la simulación para la semana más fría registrada entre el 6 y el 12 de octubre
con materiales convencionales y con la intención de reducir el impacto del clima al interior del
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 89
edificio, se observa que es posible mantener una temperatura operativa de confort, Con una
temperatura operativa promedio mensual de 18,62 °C, en comparación a la temperatura radiante
de 19,03 °C, y con una humedad relativa de 56,74 %.
La simulación térmica del proyecto evaluado permite verificar que el modelo cumpla con
estándares de confort para la semana más fría, por medio de esta simulación se muestra si se
cumplen las renovaciones mínimas de aire y a su vez, podemos evidenciar cual es el día y hora
critica del día más frío.
Figura 38. Simulación día más frío, miércoles 10 de octubre 2016
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
En la simulación de confort realizada, el tiempo tomado como referencia para el día más
frío, se observa que las condiciones presentadas en el proyecto son estables y constantes en la
mayoría de horas del día la franja horaria de confort esta entre los 18,06° y 22,55°C en el punto
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 90
de la tarde. La cual baja en las horas de la madrugada 5 am a 16,29 °C.
Los resultados de la simulación reflejan que un 20% del tiempo ajustado se encuentra
entre en la zona de confort establecido por medio de la ecuación de Alucines los cuales se
encuentran fuera del horario laboral específicamente entre las 12 y las 6 am.
Teniendo en cuenta los aportes para el edificio de equipos y personas en los días fríos se
puede evidenciar que estos generan un aumento en la franja de operación del edifico donde hay
mayor ocupación, sin embargo, los resultados de los aportes de radiación combinado con la
ventilación natural logran un equilibrio adecuado para el confort.
Figura 39. Simulación semana más cálida Confort Edificio
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 91
Figura 40. Simulación día más cálido, viernes 14 de marzo 2016
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
En la simulación de confort realizada, el tiempo tomado como referencia para el día más
caliente, se observa que las condiciones presentadas en el proyecto son estables y constantes a lo
largo en la semana el de temperatura operativa promedio es de 20,58°C , y el día extremo más
cálido en esa franja horaria de confort esta entre los 22,48°C hacia las 4:00 pm y 19,64° la cual
baja hacia las 6:00 am, siendo la temperatura más bajo registrada.
Teniendo en cuenta los aportes para el edificio de equipos y personas en los días cálidos
se puede evidenciar que estos generan un aumento en la franja de operación del edifico donde
hay mayor ocupación, sin embargo, los resultados de los aportes de radiación combinado con la
ventilación natural logran un equilibrio adecuado para el confort.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 92
4.1.5 Condiciones generales del contexto. Para el ejercicio inicialmente se hizo un
reconocimiento del entorno y posteriormente se modelo este en Design Builder para realizar el
CFD urbano y conocer la influencia el viento respecto al proyecto, para que de esta manera se
puedan plantear las estrategias más pertinentes con el fin de garantizar el confort teniendo en cuenta
criterios térmicos, calidad del ambiente.
Figura 41. Condiciones generales del contexto
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
4.1.5.1 Aplicación y características generales del Módulo CFD (Dinámica
Computacional de Fluidos). El proceso de simulación que se plantea para la verificación del
modelo propuesto se realiza a partir de la aplicación de la expresión Dinámica Computacional de
Fluidos (CFD, por sus siglas en inglés) que se refiere a un conjunto de modelos aritméticos o
algoritmos empleados para calcular las propiedades de fluidos contenidos en un ámbito
determinado. Mediante el módulo CFD del software Design Builder se puede calcular de forma
detallada la circulación del aire y el comportamiento de temperaturas, en los espacios.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 93
El módulo de simulación CFD permite evaluar distintas aplicaciones al modelo o caso de
estudio:
• Evaluar de forma precisa las condiciones del ambiente interior resultantes en los
espacios, teniendo en cuenta la ventilación natural y las fuentes calóricas.
• Se logra optimizar las dimensiones de las aberturas del edificio, así como su ubicación
en la envolvente, para facilitar el intercambio de aire con la ventilación cruzada.
• Evaluar las condiciones internas del aire mediante cálculos de Tasa Efectiva de
Renovación (ACE) y Antigüedad Media del Aire (LMA), las cuales se calculan de
acuerdo a la norma ASHRAE 62.1
• Analizar la influencia de los vientos al exterior en la envolvente y el contexto, lo que
incluye variable de confort y seguridad para el peatón.
Figura 42. Aplicaciones CFD
Fuente: Design Builder. (2017)
Para realizar la simulación el módulo de CFD de Design Builder contiene las siguientes
características y especificaciones más importantes:
Para el proceso de simulación por CFD, se crean mallas tridimensionales que se
aplican a las condiciones geométricas del modelo y las condiciones ambientales,
buscando lograr el punto de convergencia óptimo.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 94
La simulación funciona mediante el cálculo de algoritmos simpler, el cual se emplea en
este tipo de desarrollos CFD, y la turbulencia se simula con el modelo k-e, que es
utilizado para investigación.
Las variables climáticas de la simulación se toman previamente del software
EnergyPlus, que incluye las temperaturas y los caudales de aire. O en su defecto estas se
pueden ingresar manualmente.
Los diagramas y gráficos resultantes en dos y tres dimensiones, se generan con un
sistema grafico OpenGL, el cual genera imágenes claras con información de velocidad,
contornos de temperatura e iso-superficies.
La simulación de CFD incluye las características constructivas del modelo como lo son
muros, placas cubiertas. La ubicación espacial es determinada automáticamente.
4.1.5.2 Simulación Urbano CFD.
Mediante la simulación y aplicación del CFD al contexto urbano del edificio se evidencian
las distintas dinámicas del viento y la presión que ejercen en la volumetría del proyecto. Para
establecer las zonas más expuestas del proyecto a los efectos del viento en barlovento y sotavento,
y verificar como estas presiones pueden generar un caudal y altas presiones al interior del edificio.
Para el análisis urbano se tuvo en cuenta los volúmenes o edificios existentes en el
entorno de la edificación, así como su influencia en las velocidades y presión atmosférica que
impactan sobre los planos verticales o fachadas del edificio.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 95
Figura 43. CFD urbano Vista general en planta
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Figura 44. CFD urbano vista oeste
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 96
Figura 45. CFD urbano vista este
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
a. La velocidad del viento aumenta hacia la parte superior en el borde nor-este del
edificio, los volúmenes vecinos generan un aumento de las velocidades y las presiones
promedio en los pisos superiores sobre las fachadas laterales y cubiertas del proyecto.
b. Los vientos confluyen de este oeste rodeando los predios por el paramento y la parte
superior aumentando su velocidad a 4,70 m/seg. así como la presión, cuando se
encuentran con los vértices de las edificaciones.
c. A nivel central del proyecto el flujo del viento impacta en la fachada norte frontal y
lateral envolviendo el edificio y produciendo efecto a barlovento generando vórtices y
ráfagas laterales, al impactar en las fachadas más largas el viento aumenta su velocidad
promedio de los pisos bajos a los pisos altos lo cual permite aprovechar estos flujos para
el enfriamiento pasivo del edificio que atraviesa de forma controlada las fachadas Este y
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 97
Oeste, Se puede evidenciar en la simulación en planta urbana como la ventilación natural
envuelve el edificio permitiendo la entrada de aire al sistema de ventilación pasiva por la
envolvente propuesta.
Se realizó la simulación en tres condiciones distintas en ubicación, altura y contexto de la
edificación para el cual se tomaron tres pisos tipo, en las plantas primer nivel cuarto nivel o
intermedio para el cálculo del CFD interno.
La metodología utilizada para realizar las simulaciones permitió verificar los resultados en
el sistema propuesto.
4.1.5.3 Simulación CFD primer piso
Figura 46. CFD interno planta primer piso
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 98
Figura 47. CFD interno perspectiva primer piso
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Figura 48. CFD interno sección primer piso
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 99
Figura 49. Simulación aportes primer piso
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Resultados primer piso. El momento realizado por simulación del CFD, se tomó a
una altura promedio de 1,40 m de un plano de trabajo. En donde se evidencio que la inyección
natural del aire tiene acceso por la fachada Nor Este por las aberturas laterales entre 0,14 y 0,19
m/s una temperatura entre 17,40 y 18,30 ºC y presión entre 0,04 y 0,09 pa, los vectores confluyen
hacia la parte central del edificio y se desplazan paralelos a las fachadas largas Este y Oeste, por
la zona central distribuyendo uniformemente los flujos, dirección y reduce la temperatura del
aire.
La temperatura exterior del aire es de 18,22 ºC y la temperatura operativa es de 18,62 ºC.
Se puede evidenciar que los aportes mayores se dan por la ocupación y las ganancias solares, se
mantienen las temperaturas de confort y las renovaciones en 1,14 Ren/h. Lo cual cumple con la
norma ASRAHE 62-2001.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 100
4.1.5.4 Simulación CFD cuarto piso
Figura 50. Simulación CFD interno planta cuarto piso
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Figura 51. CFD Interno velocidad isométrico planta cuarto piso
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 101
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Figura 52. CFD interno temperatura isométrico cuarto piso
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Figura 53. Simulación aportes cuarto piso
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 102
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Resultados cuarto piso. El momento realizado por simulación del CFD fue en la hora
crítica, y se tomó a una altura promedio de 1,40 m de un plano de trabajo. En donde se evidencio
que la inyección natural del aire tiene acceso entre 0.12 y 0.22 m/s una temperatura entre 16,57 y
17,03 ºC y presión entre 0,01 y 0,05 pa, los vectores confluyen por las aberturas circulares, y rejillas
en los muros captadores ingresando por la fachada Nor Este, recorren a través de la parte perimetral
y central de la planta y salen por las aberturas de la fachada Sur Este y reduce la temperatura y
presión del aire. La temperatura exterior del aire es de 18,22 ºC y la temperatura operativa es de
18,62 ºC.
Para este caso en específico se introdujo en la parte Sur Este de la planta del cuarto piso
de la oficina abierta la ocupación con personas y mobiliario.
Para verificar el comportamiento de la temperatura, los vectores y flujos del aire, se
observa que el viento ingresa por las aberturas circulares del muro propuesto en fachada y se va
desplazando hacia adelante y se distribuye desde la parte baja hacia la parte superior del ambiente
reduciendo la temperatura, con rangos entre 17,01 y 18,85 ºC y velocidad entre 0,09 y 0,19 m/s.
Se puede evidenciar que los aportes mayores se dan por la ocupación y las ganancias solares, se
mantienen las temperaturas de confort y las renovaciones en 1,14 Ren/h. Lo cual cumple con la
norma ASRAHE 62-2001.
Al realizar la simulación interior se puede ver en el espacio seleccionado como los
parámetros de ocupación y equipos influyen en el mismo, los flujos de ventilación que ingresan
por las aberturas muestran cono se reparten horizontalmente permitiendo que se repartan desde la
parte central hacia los extremos. Y como la proporción de las aberturas de 1 a 1,25 en tamaño
permiten lograr una pequeña aceleración al interior de las oficinas.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 103
4.1.5.5 Simulación espacio Interior
Figura 54. Simulación interna sección cuarto piso
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Figura 55. Simulación externa sección cuarto piso
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 104
5. Propuesta
5.1 Descripción arquitectónica del edificio
La ubicación permite conocer las condiciones climáticas concretas del lugar, para
comprender la relación del modelo con su entorno inmediato, y así poder determinar las
estrategias que contribuyen a mejorar de las condiciones de confort óptimas.
Tal como se indicó en el numeral 3.4., la posición geográfica se define en la ciudad de
Bogotá, específicamente en el sector de Puente Aranda, en un lote urbano como caso de estudio,
teniendo en cuenta la mejor orientación con respecto a las condiciones climáticas y atmosféricas
del entorno, en donde la envolvente propuesta funciona, según resultados de confort al interior
del edificio.
De acuerdo a los análisis previos de los archivos climático, dirección y predominancia de
vientos, así como la mejor orientación de Weather Tool, buscando para el edificio la mejor
orientación tanto en términos de térmica y vientos predominantes. Así mismo se puede apreciar
en la Figura 28, que los vientos predominantes son Este y Sur este los cuales representan para la
ciudad, la mayor velocidad promedio, la cual va de 6 a 4 m/s, y bajan de los cerros orientales
envolviendo el proyecto.
Las condiciones del terreno y micro climáticas del lugar permiten determinar las
soluciones sostenibles en el proyecto arquitectónico, la vegetación propia, las edificaciones del
entorno, el viento como factor predominante en el proyecto, desde la interpretación de la rosa de
los vientos, tanto en direcciones como velocidades y temperaturas, y como se pueden aprovechar
estas corrientes naturales.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 105
Figura 56. Rosa de los vientos para las estaciones de la RMCAB
Fuente: Observatorio Ambiental de Bogotá. (2015)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 106
La orientación del edificio también se plantea teniendo en cuenta la asolación que impacta
en el edificio, ya que esta incide tanto en la superficie horizontal como en los planos verticales,
planteando una combinación de superficies opacas y translucidas combinadas con persianas en
las aberturas con protección solar, que permitan llegar a un balance térmico que brinde el confort
requerido en los espacios interiores.
Teniendo estas condiciones y las características generales del modelo, como la geometría
formal el modelo básico que se plantea de forma rectangular, la materialidad del modelo
arquitectónico, y las condiciones climáticas del lugar, se busca generar estrategias que se integren
al diseño y a la composición material de la envolvente propuesta.
La ubicación del modelo obedece al aprovechamiento de las condiciones climáticas y del
terreno, por implantarse en una topografía plana en un sector consolidado de la ciudad permite
desarrollar diferentes estrategias que mejoran los resultados de las simulaciones.
Figura 57. Implantación propuesta con vegetación
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 107
La vegetación cumple una función de regulador higrotérmico en el entorno inmediato del
edificio y también como elemento de control solar, así como como filtro acústico, eólico que
sirve como barrera natural y purificador de las partículas contaminantes. Se ubica en un lote con
zona verdes a su alrededor y una agrupación de árboles especialmente ubicada en la zona este y
este del lote, que permite crear un urbanismo, el cual sirve como filtro en la dirección
predominante de los vientos.
5.2 Descripción de la propuesta
Se propone para el caso de estudio una volumetría arquitectónica que se define por su uso
como un edificio dotacional de oficinas, ubicado en una zona caracterizada por ser industrial y de
comercio que tiene algunos niveles de contaminación moderados en la ciudad. Se busca que el
edificio sea un ejemplo de sostenibilidad urbana.
Es importante tener en cuenta la luz natural dentro de la arquitectura para desarrollar una
propuesta que se complemente con la utilización de la ventilación natural como elemento dentro
del diseño, en el modelo se plantean zonas en fachada con acristalamiento y protección solar en
vidrio laminado que facilite el acceso y utilización de la luz natural y que beneficie el ahorro de
energía, teniendo en cuenta que la luz natural del día favorece las condiciones de confort y
mejora el rendimiento laboral de los empleados.
La ventilación natural es de gran importancia en la elección de la envolvente, el uso de la
ventilación pasiva de los flujos de aire en contraste con un sistema de ventilación mecánica
reduce el consumo de energía, funciona para el aprovechamiento del clima que con la utilización
de estrategias permite generar zonas de amortiguación y enfriamiento pasivo que ayudan a
distribuir la ventilación natural en todos los pisos incluyendo el sótano del edificio para su
aprovechamiento.
El proyecto arquitectónico está compuesto por seis plantas, con una tipología rectangular
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 108
y con el concepto de primer nivel libre de acceso y comercio, piso tipo del segundo al sexto con
oficina abierta modular, y con planta cubierta transitable verde. Con un área aproximada de
823,05 m2 por planta, y con dos sótanos para vehículos por debajo del nivel de acceso. Se plantea
como un volumen aislado dentro del lote a implantar orientando sus fachadas largas en sentido
Este-Oeste con el objetivo de aprovechar las condiciones climáticas más favorables.
Figura 58. Planta arquitectónica piso tipo
Fuente: Autor con base en el software AutoCAD 2016
Figura 59. Fachada arquitectónica frontal
Fuente: Autor con base en el software AutoCAD 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 109
Figura 60. Corte arquitectónica frontal
Fuente: Autor con base en el software AutoCAD 2016
La envolvente en el edificio de oficinas es un elemento muy importante para evidenciar
las consideraciones energéticas e impulsar la sostenibilidad en el entorno, y que sus superficies
no solo tengan un carácter estético y ambiental si no que cumplan una función primordial en el
confort al interior del edificio y mejore las condiciones del contexto inmediato.
La envolvente puede cambiar dinámicamente adaptándose a las diferentes condiciones del
entorno, puede reducir el consumo energético, involucrando sistemas pasivos, que integren
elementos constructivos al exterior, en este caso se propone la utilización de sistemas de fácil
control manual o automático, incorporando elementos en la envolvente que por medio de dos
torres que captan los vientos predominantes, envuelven el volumen como cintas en todas sus
caras, y conducen los flujos de viento verticalmente, distribuyéndolos por los distintos pisos al
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 110
interior de los espacios para mantener el confort, funcionando como elemento auto regulador en
el modelo.
Se plantean como parte de la envolvente dos muros verticales perforados que circundan la
edificación y que permiten que en la fachada se produzca la infiltración y extracción de aire hacia
arriba de forma continua, aprovechando la dinámica de los fluidos, en donde el aire caliente
tiende a subir y al ser distribuido verticalmente reparte a los diferentes niveles e internamente se
distribuye horizontalmente por el antepecho y el cielo raso optimizando el efecto chimenea.
Figura 61. Esquema volumétrico del concepto
Fuente: Autor con base en el software Sketch Up
Las aberturas se localizan en los muros captadores verticales, se componen por rejillas
circulares variables micro perforados de aluminio , el diseño al interior de los espacios también
permite realizar la inspección de servicio a través de los ductos a nivel de cada piso al interior de
las oficinas, como apoyo al sistema de ventilación natural, se plantea adicionalmente una pequeña
franja en persiana acoplada al acristalamiento que puede ser utilizado de forma automática en
caso de ser necesario en los días más cálidos.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 111
Como característica adicional al sistema, se plantean muros verdes con especies
endémicas que ayuden a la absorción de CO2 para que también ayuden con la purificación del
aire que entra al edificio y le den el carácter sostenible a la edificación.
Figura 62. Corte Fachada del proyecto
Fuente: Elaboración propia
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 113
5.3 Materialidad
La envolvente del modelo debe interactuar con el entorno, con el clima y debe permitir
que se cumplan los requerimientos de protección y confort al interior de los espacios que protege.
Para el desarrollo constructivo de este edificio se proponen la utilización de materiales
combinados entre convencionales como base y adicionalmente materiales ambientalmente
sostenibles que aporten al desarrollo del proyecto, para verificar que es posible llegar a niveles
adecuados de climatización natural o pasivos sin requerir apoyo mecánico, esto para que también
en la envolvente se puedan proponer alternativas para mejorar el comportamiento térmico en el
modelo.
Estos parámetros se construyen con base en el desarrollo comparativo de la envolvente
sostenible y los sistemas tradicionales para que permitan un sistema constructivo que se adapte a
las condiciones actuales y disponibles en el mercado. En la envolvente y su materialidad se
consigue el mayor intercambio energético con el exterior, se relacionan el edificio y su entorno,
dentro del diseño sostenible la piel o envolvente del proyecto tiene una condición de filtrar los
factores ambientales externos, y define el hábitat hacia el espacio interior.
Los parámetros claves para determinar la materialidad del edificio surgen de la necesidad
de diseñar para el desarrollo progresivo, la transformación y la reutilización, buscando generar un
cambio de percepción en las edificaciones de consumo masivo, como obras arquitectónicas
inmodificables.
Diseñar buscando adaptación y mejor utilización de recursos, Transformar los espacios
sin perder la calidad y estética del proyecto y también para garantizar calidad, confort y menores
costos de adaptación al cambio, e incluso mayor durabilidad y mantenimiento de los materiales y
su capacidad de transformarse, esto y la necesidad de reutilizar racional de los edificios es
imperativo con el fin de adaptarnos a la construcción ambientalmente sostenible.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 114
A continuación, se muestran las principales capas de la envolvente:
Figura 63. Muros y cubierta propuestos
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
5.3.1 Muros. Los muros son la principal parte dentro de la envolvente del edificio, ya que
interactúan de forma directa con el exterior y dan rigidez a la estructura, para este caso se
proponen en concreto ligero de 10 cms con recubrimiento interior y exterior con pañete común y
pintura.
Figura 64. Entrepisos y marcos de ventanas propuestos
Fuente: Autor con base en el software Design Builder Versión de Prueba 2016
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 115
5.3.2 Cubierta. La cubierta se tiene en cuenta como un elemento de gran importancia
teniendo en cuenta que esta recibe un gran impacto en la térmica, por esto se propone en el diseño
como una cubierta social y transitable que invite a ser recorrida y con una materialidad sostenible
compuesta por un recubrimiento verde ligero sostenido en una placa de concreto de 10 cm con
una cámara de aire baja de 20 cm y bajo esta el cielo raso perforado que permite la infiltración de
la ventilación a los diferentes espacios.
5.3.3 Entrepiso. Se propone una placa maciza en concreto denso de 10 cm con una
cámara de aire de 10 cm y un cielo raso perforado de 3 cm.
5.3.4 Acristalamiento y celosías. Se propone ventanas en aluminio con un
acristalamiento con un laminado en la parte intermedia con película de protección solar para un
total de 3+3 para un total de 6 mm el cristal y refleja en parte la radiación solar que impacta en el
edificio, que no permiten que filtren la radiación rayos ultravioleta, al exterior y permite que
salgan los rayos infrarrojos del interior y que entre la luz natural visible con mayor comodidad y
evita el sobrecalentamiento de las estancias interiores.
Para lograr un apoyo en el acristalamiento y mantener la protección solar en algunas áreas
con mayor exposición solar se propone celosías arquitectónicas ligeras en aluminio, es además
una solución de la incidencia solar de la cual se puede mitigar o canalizar la iluminación natural,
en la envolvente translucida que se incorpora en la estructura de la ventana que permita proteger
de la radicación directa los espacios interiores y que se adapten a las necesidades propias del
clima que cambia según las condiciones, y que cumplan su función de protección el material es
durable y reciclable en su totalidad y que se integre a la estructura del marco para que evite los
puentes térmicos.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 116
Figura 65. Protección de acristalamiento en vidrio laminado
Fuente: Hüper Optik®. (2016)
Figura 66. Persianas horizontales
Fuente: AMKEL. (2018)
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 117
5.3.5 Cielo raso. Se propone un cielo raso lineal de fieltro que permite la infiltración del
aire al interior y que ayude a la distribución uniforme del mismo. Este elemento está compuesto a
partir de fibras PES no tejidas y formadas térmicamente. No se añade ninguna capa de acabado.
Por eso, los paneles son 100 % reciclables. También los soportes y las cuelgas de suspensión
(aluminio y acero galvanizado respectivamente) son reciclables.
Figura 67. Sistema de cielo raso lineal de fieltro
Fuente: Hunter Douglas Architectural. (2018)
5.3.6 Muro verde y especies vegetales. Se plantea una estructura ligera vegetada
modular con paneles sobrepuestos sobre una estructura para desmontar con protección y riego por
gravedad, con cámara de aire para facilitar la ventilación y circulación del aire, se incluyen
especies endémicas del lugar que se adapten y sean resistentes a la temperatura y sirvan como
depuradoras del aire como las especies como el Urapan (590,5 T), Pino ciprés (367 T), Acacia
negra (137 T) arboles con mayor captura estimada de CO2 Ton/año (Plan de arborización, 2007)
debido a su mayor biomasa y altura promedio, así como mayor porte, altura y número de
individuos , mayor será el carbono capturado, y especies como la Pyrostegia venusta y, Solanum
laxum poseen la característica de captación, “Aproximadamente 1,0 m2 de fachada vegetal extrae
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 118
2,3 kg de CO2 al año del aire y produce 1,7 kg de oxígeno”. (Semper Green, 2019)
Adicionalmente este muro presenta ventajas como en las temporadas frías producen una
menor dispersión del calor, aislamiento acústico y térmico Los hongos y bacterias incluidas en el
sustrato actúan sobre la contaminación ya que metabolizan las distintas partículas y metales
pesados producidos en el entorno.
Figura 68. Muro verde ligero
Fuente: Elaboración propia
Figura 69. Arbol Urapan. Pyrostegia venusta, Solanum laxum
Fuente: Herbario jardín botánico de Bogotá
5.3.7 Filtros ventilación. La intención de utilizar estos filtros permite controlar las
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 119
infiltraciones de manera controlada garantizando la calidad del aire que entra al sistema de
ventilación, el filtro verde Merv 13 cumple con las normas Ashrae 62.1, y mantiene una baja
caída de presión manteniendo la velocidad de infiltración en alta y con alta capacidad de
retención de partículas mayores de 10 micras, para optimizar el sistema de ventilación.
Para evitar la pérdida de presión inicial, con el filtro limpio, o final, que es cuando el filtro
debe limpiarse o reponerse por otro nuevo, se debe mantener el caudal de aire previendo el
aumento de pérdida de carga a través de una regulación de la velocidad, que se plantea por las
aberturas propuestas para que sean graduables mediante un sistema automatizado, el cual permita
su operación y mantenimiento desde el exterior.
Figura 70. Filtro MERV 13, Ecológico
Fuente: MERV. (2019).
5.3.8 Concreto verde. El concreto verde es un material respetuoso con el medio
ambiente, Esta desarrollado con derivados del desecho como cáscara de arroz, cenizas, micro
silicatos. Por lo que su uso minimiza las emisiones de CO2, al estar compuesto por menos
cemento, cada metro cúbico de concreto incluye aproximadamente un 20% de cemento menos
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 120
que se reemplaza por micro silicatos, lo que representa una reducción en comparación con el
sistema convencional, ahorra el uso de recursos y reduce el costo económico.
Su coeficiente de conductividad térmica lo hace un buen material aislante, debido a su
composición con material orgánico, lo que reduce las diferencias de temperatura, los costos en
materiales convencionales que aíslen se reducen, así como el gasto energético empleado en la
climatización de espacios.
Si se tiene en cuenta que para optimizar el proyecto si se utilizan concretos de colores
claros en los acabados se puede lograr que en el día se reduzca la temperatura, y en la noche se
refleje la iluminación del ambiente, esto favorece en relación al costo económico y energético.
Figura 71. Concreto Verde Novacem
Fuente: Elconstructor10. (2019).
En su disposición final, tiene la ventaja de poderse reciclar en su totalidad, ya que permite
reutilizarse en la elaboración de nuevo cemento, a nivel mundial se elaboran variedades de este
tipo de cemento verde, los cuales varían dependiendo de los componentes en su elaboración,
como la escoria metálica, vidrio reciclado, geo polímeros, y olivino, que se componen de un
silicato de hierro y magnesio que absorbe CO2, lo cual da un rango de selección de este material
para futuro desarrollo de infraestructuras verdes.
Figura 72. Imagen del Proyecto
Fuente: Elaboración propia
Tabla 5. Resumen de Aberturas por espacio de Oficinas
Fuente: Elaboración propia
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 123
Tabla 6. Cálculo de renovaciones ACH
Fuente: Elaboración propia
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 124
Tabla 7. Conversión de unidades de flujo volumétrico
Fuente: Elaboración propia
Tabla 8. Resumen de Resultados de ventilación por espacio de oficinas
Fuente: Elaboración propia
Figura 73. Resumen de resultados edificio, temperaturas, ganancias de calor y consumo
Fuente: Elaboración propia
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 126
Conclusiones
La implementación de la propuesta de ventilación pasiva en la envolvente del edificio
objeto de estudio, en términos de confort térmico y ventilación, permite evidenciar, mediante las
simulaciones, que es posible mantener las temperaturas al interior de los espacios a niveles de
confort promedio entre 17.40 y 20.40 ºC y bajar la presión al interior entre 0.04 y 0.09 Pd, así
como mantener el número de renovaciones en 1,14 Ren/h utilizando las estrategias propuestas.
La utilización de estos sistemas unidos a la correcta implantación del modelo, logra en
términos de eficiencia energética, la reducción de recursos y emisiones de CO2, teniendo en
cuenta que la reducción del uso aire acondicionado, con 8 horas diarias de uso por 144 kWh/mes,
se tendría un ahorro energético anual de más de 1.728 kWh/año para un solo equipo.
Los resultados de la simulación fluido dinámicas reflejan que, dentro del uso horario
laboral operativo, se encuentra entre en la zona de confort térmico establecido por medio de la
ecuación de Alucines, en un 80 % del tiempo de la franja horaria, lo cual permite que las
estrategias utilizadas mejoren el confort la calidad de vida en los horarios de permanencia en el
edificio.
El uso de materiales biodegradables y/o reutilizables, amigables con el medio ambiente,
permite, de acuerdo con los resultados, generar mayor confort, proporcionando beneficios
económicos en su ejecución y vida útil, aportar a la reducción en el uso de materiales tóxicos, y a
la disminución de energía utilizada en la extracción de recursos naturales, así como el consumo
energético y las emisiones de CO2 generadas por el uso de sistemas de ventilación mecánica. De
acuerdo a lo anterior se puede evidenciar; y basado en la tabla de referencia de consumos
energéticos (Tabla 4,6) (Martínez, 2014), se tiene un consumo promedio Típico de 8 kWh/m2 en
la Superficie útil para ventilación mecánica, para el total 4.938,30 m2 en las seis plantas del
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 127
edificio se tendría un consumo de 39.506,40 kW/h.
Para el caso de Emisiones de CO2/m2, en Equipos de ventilación (Tabla 4,7) (Martínez,
2014), se tiene un promedio típico de 1,3 kg CO2 /m2 en la Superficie útil para ventilación
mecánica, para el total 4.938,30 m2 en las seis plantas del edificio, tendríamos un resultado de
6.419,79 kg CO2 de emisiones.
Es importante la reducción en el impacto ambiental al combinar materiales sostenibles,
con muros verdes y arborización lo que permite generar un cambio en la concepción del edificio
y su entorno, si se evalúa la eficiencia de la envolvente en sus franjas de muro verdes tenemos
una producción de 561,34 kg/Año de Oxígeno para 330,20 m2 propuestos y una captación
promedio de 759,46 kg de CO2 kg/Año por árbol, si se plantea la siembra de 20 individuos
arbóreos de diferentes especies en el contexto inmediato del edificio se puede generar una
captación de 15.189,20 kg de CO2 kg/Año.
Estrategias pasivas de ventilación natural en edificio dotacional en la ciudad de Bogotá 128
Referencias
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