Universidad Politécnica de Cataluña · Universidad Politécnica de Cataluña Master en...
125
Universidad Politécnica de Cataluña Master en Arquitectura y Sostenibilidad Tesina: Diseño Bioclimático y Sostenible en el Caribe Alumno: Arq. Sergio Sanz Pont Asesor: Arq. Ezequiel Usón Fecha: Abril de 2005 Diseño Bioclimático y Sostenible en el Caribe 1
Transcript of Universidad Politécnica de Cataluña · Universidad Politécnica de Cataluña Master en...
Universidad Politécnica de CataluñaMaster en Arquitectura y Sostenibilidad
Tesina: Diseño Bioclimático y Sostenible
en el Caribe
Alumno: Arq. Sergio Sanz Pont
Asesor: Arq. Ezequiel Usón
Fecha: Abril de 2005
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
1
CONTENIDO
Prólogo .............................................................................................................
Introducción .....................................................................................................
A. Bases para el Proyecto Arquitectónico
A.1. Análisis del Clima en el Caribe .............................................................. - Ubicación ............................................................................................ - Análisis de Clima .................................................................................. --- Gráfica Anual del Clima .................................................................... --- Tabla de Temperatura Anual ............................................................. --- Gráfica del Clima en Primavera ........................................................ --- Gráfica del Clima en Verano ............................................................ --- Gráfica del Clima en Otoño .............................................................. --- Gráfica del Clima en Invierno ........................................................... - Precipitación y Evaporación Anual ...................................................... - Viento ................................................................................................... - Análisis Solar ......................................................................................... --- Gráfica Solar Stereográfica ............................................................... --- Gráfica Solar Ortográfica ................................................................... --- Tabla Solar - Primavera ...................................................................... --- Tabla Solar - Verano ........................................................................... --- Tabla Solar - Otoño ............................................................................ --- Tabla Solar - Invierno .......................................................................... --- Radiación Solar ................................................................................. --- Radiación Solar en Fachadas ...........................................................A.2. Condiciones de Confort en el Caribe ....................................................... - Clasificación del Clima ....................................................................... - Diagrama Bio-Ambiental ..................................................................... - Estrategias de Enfriamiento .................................................................. - Porcentaje de Confort .........................................................................A.3. Proyectando con el Sol en el Caribe ......................................................... - Estudio de Asoleamiento en Volúmenes ............................................. --- Estudio de Sombras en Planta ........................................................... --- Estudio de Sombras en Isométrico .................................................... -- Estudio de Dimensión de Aleros ..........................................................A.4. Estrategias de Diseño en el Caribe ............................................................ - Proyectando con el Viento .................................................................. - Análisis de Datos Meteorológicos ........................................................ - Análisis del Microclima ......................................................................... - Estrategias de Ventilación .................................................................... --- Control de la Velocidad del Viento ................................................... --- Canalización del Viento .................................................................... --- Ventilación Cruzada .......................................................................... --- Ventilación Natural Forzada ............................................................... --- Ventilación Inducida .......................................................................... - Decisiones a Escala Urbana ................................................................
006
007
010010010010011011012012013013013013014015015016016017017018019019020020021022022024025026030030031031031032032033037040041
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
2
- Decisiones a Escala Arquitectónica ..................................................... - Decisiones a Escala Constructiva ........................................................ --- El Viento y la Altura de las Ventanas .................................................. --- El Viento y las Persianas Exteriores de Protección Solar ...................... --- El Viento y los Aleros de Protección Solar ........................................... --- El Viento y el Tamaño de las Aberturas de Entrada y Salida .............. --- Barreras de Viento ............................................................................. - La Magnitud del Viento ........................................................................A.5. Control Solar en Edificios ........................................................................... - Elementos Naturales de Control Solar .................................................. --- Arboles ............................................................................................... --- Enredaderas y Fachadas Verdes ....................................................... - Elementos Arquitectónicos de Control Solar ........................................ --- Aleros ................................................................................................. --- Pérgolas ............................................................................................. --- Parasoles ........................................................................................... --- Persianas Exteriores ............................................................................ --- Cortinas Exteriores .............................................................................. --- Lonarias .............................................................................................A.6. Iluminación Natural ................................................................................... - Principios de Diseño ............................................................................. - Ventanas .............................................................................................. --- Calculo de la Iluminación ................................................................. --- Obstáculos Exteriores ......................................................................... - Sistemas de Conducción y Reflexión de Luz ..................................... - Lucernarios ...........................................................................................A.7. Eficiencia Energética ................................................................................. - El Diseño del Edificio ............................................................................ --- Las Zonas Pasivas ............................................................................... --- Las Zonas No Pasivas ......................................................................... --- Diseño Bioclimático del Edificio ......................................................... --- Minimización de Pérdidas Energéticas por Transmisión ..................... - El Diseño Eficiente de los Sistemas ....................................................... --- Sistemas de Iluminación .................................................................... --- Sistemas de Refrigeración ................................................................. --- Sistemas Hidráulicos .......................................................................... --- Sistemas Eléctricos y Electrónicos ...................................................... - El Usuario y la Eficiencia Energética ..................................................... --- Sistemas de Apoyo para el Correcto Uso de un Edificio ....................A.8. Herramientas para el Diseño Bioclimático ................................................. - Modelos o Maquetas a Escala ............................................................ --- Estudio del Asoleamiento .................................................................. --- Estudio de la Iluminación Interior ....................................................... --- Estudio de la Ventilación ................................................................... - Software o Programas Asistidos por Ordenador ................................... --- Meteotest - Meteonorm ..................................................................... --- Square One - Ecotect ........................................................................ --- Discreet - 3ds MAX / Autodesk VIZ ...................................................... --- Discreet - Lightscape ......................................................................... --- CHAM - Phoenics ...............................................................................
042043043045046047048049051051051052052052053053054055056057057058059060061062063064064064065065065065066066066066067068068068070070071071072074075076
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
3
B. Bases para el Proyecto Constructivo
B.1. El Color y la Textura en los Cerramientos ....................................................B.2. Selección de Materiales Constructivos Adecuados ................................... - Conductividad Térmica ....................................................................... - Conductividad Térmica de Materiales de Construcción .....................B.3. Materiales Aislantes Térmicos ..................................................................... - Clasificación de los Materiales Aislantes por su Origen ........................ - Aplicación de los Materiales Aislantes según su Forma ....................... - Factores Ecológicos y Medio Ambientales .......................................... --- Espuma de Poliuretano ..................................................................... --- Poliestireno Expandido ....................................................................... --- Poliestireno Extruido ............................................................................ --- Lana de Vidrio ................................................................................... --- Lana de Roca .................................................................................... --- Vidrio Celular ..................................................................................... --- Hormigón Aligerado .......................................................................... --- Arcilla Aislante .................................................................................... --- Fibra de Madera ............................................................................... --- Corcho Negro Aglomerado ..............................................................B.4. Cerramientos Ventilados ............................................................................ - La Fachada Ventilada ......................................................................... - La Cubierta Ventilada ..........................................................................B.5. Elementos de Protección Solar de Baja Tecnología ..................................B.6. Cubierta Vegetal o Ajardinada .................................................................. - Cubierta Ajardinada Extensiva ............................................................. - Cubierta Ajardinada Intensiva .............................................................. - Materiales de la Cubierta Ajardinada .................................................. - Ventajas de la Cubierta Ajardinada .....................................................
C. Estrategias de Sostenibilidad
C.1. Criterios Generales ....................................................................................C.2. Aprovechamiento de la Energía Natural Renovable ................................C.3. Aprovechamiento de la Energía Solar Fotovoltaica .................................. - Componentes de una Instalación Fotovoltaica .................................. --- Panel Solar Fotovoltaico .................................................................... --- Regulador de Carga ......................................................................... --- Acumulador ...................................................................................... --- Inversor .............................................................................................. - El Efecto Fotoeléctrico ......................................................................... - Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas .................................................... - Instalaciones Conectadas a Red ........................................................ - Instalaciones Aisladas o de Consumo Propio ...................................... - Cálculo de Instalaciones Fotovoltaicas ............................................... --- Cálculo de la Demanda de Uso Eléctrico ......................................... --- Cálculo de la Superficie y Número de Paneles ................................. --- Cálculo de Baterías y Capacidad de Acumulación .........................C.4. Aprovechamiento de la Energía Solar Térmica ......................................... - Componentes de una Instalación Solar Térmica ................................. --- Captadores Solares Planos ................................................................ --- Captadores Solares de Tubos de Vacío ............................................
078079079079082082083083083083083084084084084084084084085085086087088088088089090
092094095095095095095095095096096098100100101102103103103103
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
4
--- Captador Solar Termosifórico ............................................................ --- Acumuladores de Agua Caliente ...................................................... - Tipos de Instalaciones Solares Térmicas ............................................... - Instalación de Agua Caliente Sanitaria (ACS) ...................................... - Cálculo de Instalaciones Solares Térmicas .......................................... --- Consumo Anual de Agua Caliente Sanitaria ..................................... --- Demanda Energética Anual .............................................................. --- Demanda Energética Diaria .............................................................. --- Superficie de Captación Solar .......................................................... --- Volumen de Acumulación .................................................................C.5. Aprovechamiento de la Energía Eólica .................................................... - Componentes de una Instalación Eólica ............................................ - Instalación Eléctrica Eólica .................................................................. - Cálculo de una Instalación Eólica ....................................................... --- Cálculo de la Demanda de Uso Eléctrico ......................................... --- Cálculo del Aerogenerador ............................................................... --- Cálculo de Baterías y Capacidad de Acumulación .........................C.6. Aprovechamiento de los Recursos Hídricos .............................................. - Preservación de los Recursos Hídricos .................................................. - Recuperación de Aguas Pluviales ....................................................... --- Captación de Aguas Pluviales .......................................................... --- Depósitos de Aguas Pluviales ............................................................ --- Utilización de Aguas Pluviales para el Consumo ............................... --- Utilización de Aguas Pluviales para el Riego ...................................... --- Utilización de Aguas Pluviales para el WC ......................................... - Reducción de la Demanda de Uso .................................................... - Reciclaje del Agua .............................................................................. - Esquema del Reciclaje del Agua ........................................................C.7. Evaluación del Edificio Sostenible .............................................................
Bibliografía y Créditos
Bibliografía ........................................................................................................Web ..................................................................................................................Centros de Información ....................................................................................Obras y Edificios de Referencia ........................................................................
104104105105109109109109110110112113113116116116116118118119119119119119119119120121122
124124125125
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
5
PROLOGO
La idea general de este trabajo, será la aplicación de los conceptos adquiridos en el curso del master, en un área específica y determinada: El Caribe.
Con esto, pretendo crear un documento guía para el Diseño Bioclimático y Au-tosustentable en esa zona. Con el propósito de poder incluir este trabajo en Bi-bliotecas y Colegios de Arquitectura en mi localidad de origen. Documento que ayudará tanto a estudiantes de la Carrera de Arquitectura, a colegas arquitectos, como también a mi mismo en mi desarrollo profesional, a poder aplicar todos estos conocimientos para crear una arquitectura con mayor respeto a su medio ambiente.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
6
INTRODUCCION
La arquitectura, siempre ha respondido al entorno social, político y económico. Hoy en día nos encontramos inmersos en una “sociedad consumista”, donde lo importante es hacer dinero y negocio, cuanto más se consume, más se vende, y mayor es el flujo económico, más sin embargo mayores son también los desper-dicios, y en consecuencia la contaminación global. Factor, que si no es conside-rado, podría causar daños irreversibles a nuestro planeta.
El ser humano, necesita crear conciencia respecto a esta problemática, y uno como arquitecto, debe de hacer algo al respecto en su profesión, contribuyendo a mejorar nuestro entorno futuro. Acciones que respeten el medio, con el propósi-to de llegar a un Desarrollo Sostenible.
1987 “Brundtland Report” (WCED).....Desarrollo sostenible es aquel capaz de satisfacer las necesidades presentes sin comprometer la posibilidad de que las futuras generaciones satisfagan sus propias necesidades.....
Estas necesidades son esenciales para una vida razonablemente confortable. Se deben de utilizar los recursos dentro de los límites permitidos por la capacidad de soporte de los ecosistemas, ya que los recursos del planeta no son ilimitados.
La Arquitectura BioclimáticaLa Arquitectura Bioclimática, es la arquitectura concebida a través del clima, la cual cubre las necesidades de los usuarios, con el menor gasto energético, sien-do respetuosa con la naturaleza, y logrando el confort.
Arquitectura
Clima Confort
Energía:Utiliza técnicas de diseño solar pasivo para aprovechar las energías naturales :. Radiación solar . Iluminación natural . Refrigeración mediante ventilación natural Genera energía a partir de fuentes renovables
Vegetación, Agua y Recursos: -Incorpora ,mantiene y recicla vegetación agua y residuos
Construcción: Utiliza materiales y técnicas de construcción respetuosos con el medio ambiente (ACV) ,energía incorporada ,aptitud para el reciclaje.
Urbanismo: Fomenta un urbanismo habitable y viable desde el punto de vista del desarrollo sostenible.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
7
La Arquitectura VernáculaLas construcciones vernáculas, utilizan materiales de construcción disponibles en el medio. Es una arquitectura, que a través de los años y de la experiencia, se ha adaptado al medio específico de cada lugar, para conseguir el confort incluso en los climas más extremosos.
La Cultura Maya y la Arquitectura Vernácula TropicalTodas las construcciones mayas se basan en la choza ancestral, con paredes de caña y adobe, cubierta por una techumbre de hojas de palma colocadas sobre un armazón de madera.
La vivienda vernácula -perfectamente adaptada al clima tropical- se compone, en cada familia, de una o dos chozas casi siempre paralelas. Cada cabaña tie-
Desde hace milenios, la choza maya, de paredes de caña y adobe y techumbre de paja gruesa, constituye la vivienda tradicio-nal de los pueblos de Yucatán. Una sola puerta, en el centro del lado más largo, permite acceder al interior.
ne un único espacio interno, en el que la luz entra por una puerta cuadrada, abierta sobre uno de los lados largos de la construc-ción. Esta puerta a veces se com-plementa con otra en el lado opuesto para que circule mejor el aire. La planta es rectangular u ovala-da, en cuyo caso los lados cortos de la choza son redondos, lo cual hace que las dos extremidades de la cubierta tengan forma có-nica. Esta choza tradicional -que aún hoy se puede observar en las aldeas de Yucatán- se remonta al hábitat milenario de la época precolombina. No ha cambia-do nada desde los albores de la sociedad maya, hace tres mil años.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
8
A. BASES PARA EL PROYECTO ARQUITECTONICO
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
9
A.1. ANALISIS DEL CLIMA EN EL CARIBE
El Caribe, abarca varias ciuda-des y paises del Continente Ame-ricano, en las costas del Océano Atlántico. El clima en todo el Ca-ribe es muy similar, por lo tanto para efectos de estudio, nos cen-traremos en una ciudad específi-ca del Caribe Mexicano: Cancún. A partir esto, podemos basar los datos metereológicos en un sitio más concreto y representativo.
UbicaciónParalelo 21º 10’ de latitud norte y meridiano 86º 50’ de longitud oeste .
Análisis del ClimaEl clima de la región es cálido y sub-húmedo, con régimen de lluvias abundante en verano y escasas en invierno. La temperatura media anual oscila entre los 28º C y 32º C en verano; y de 26º C a 27º C en invierno.
A continuación, se presentan las gráficas climáticas, donde se muestra la Tem-peratura, Humedad Relativa, Velocidad del Viento, Incidencia Solar y Nubosidad. Con estas gráficas, podemos tener una idea clara del comportamiento climático durante todo el año, y en las diferentes estaciones, con el objetivo de obtener las estrategias bioclimáticas más adecuadas para lograr el confort arquitectónico.
Gráfica Anual del Clima
El Caribe
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec-10 0.0k
0 0.2k
10 0.4k
20 0.6k
30 0.8k
40 1.0k
°C W/ m²MONTHLY DIURNAL AVERAGES - Cancun, México
LEGEND
Temperature
Rel.Humidity
Direct Solar
Diffuse Solar
Wind Speed Cloud Cover
Comfort: Thermal Neutrality, 22-27°C
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
10
La gráfica anterior, nos muestra el comportamiento del clima en todo el año, mostrando un día típico de cada mes. La zona verde de la gráfica, es la franja ideal de confort, mostrando así cuando se está en confort, cuando por debajo o cuando por encima de la misma. En la tabla siguiente, se mostrará el mismo con-cepto, pero en forma numérica, para poder verlo de forma más clara.
Tabla de Temperatura AnualTEMPERATURAS EN UN DIA TIPICO (en °C) Cancún, Q. Roo, MéxicoHoras 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
Enero 20.9° 20.5° 20.3° 20.2° 21.1° 23.6° 26.5° 27.6° 25.8° 23.2° 21.4° 21.1°
Febrero 20.3° 19.8° 19.8° 20° 21.8° 24.5° 27.1° 27.8° 26° 23.4° 21.6° 20.7°
Marzo 21.7° 21.6° 21.3° 22.3° 24.4° 26.6° 28.3° 28.1° 26.4° 24.3° 23.1° 22.5°
Abril 22.9° 22.85° 22.3° 23.6° 25.7° 28.0° 30.1° 29.8° 27.7° 25.5° 24.3° 23.4°
Mayo 24.9° 24.5° 24.3° 25.7° 27.7° 29.6° 30.9° 30.4° 28.6° 26.7° 25.6° 25.1°
Junio 26.1° 25.8° 25.8° 26.8° 28.3° 29.9° 31.1° 31.1° 29.6° 27.9° 27.0° 26.4°
Julio 26.8° 26.4° 26.2° 27.4° 29.1° 30.9° 32.2° 32.0° 30.3° 28.7° 27.6° 27.1°
Agosto 26.9° 26.6° 26.3° 27.4° 29.0° 30.8° 32.1° 32.0° 30.4° 28.7° 27.7° 27.1°
Septiembre 26.7° 26.5° 26.3° 27.2° 28.6° 30.1° 31.2° 31.1° 29.7° 28.3° 27.6° 27.1°
Octubre 25.1° 25.0° 24.8° 25.7° 27.1° 28.7° 29.8° 29.3° 27.7° 26.5° 25.9° 25.5°
Noviembre 23.9° 23.7° 23.5° 23.8° 25.1° 27.1° 28.8° 28.8° 27.2° 25.3° 24.4° 23.8°
Diciembre 21.9° 21.5° 21.3° 21.4° 23.0° 25.5° 27.7° 27.9° 26.0° 23.9° 22.8° 22.0°
Temperatura Abajo del Nivel de Confort: <22°C
Temperatura de Confort: 22-27°C
Temperatura Arriba del Nivel de Confort: >27°C
En la tabla anterior, se puede interpretar, que la variación de la temperatura en-tre el día y noche es mínima, ya que el mayor salto térmico es menor a 8°C. Por lo que se puede decir, que el clima es muy estable. Se puede apreciar que la temperatura en verano, a lo largo del día, está por encima de la temperatura de confort, de igual forma que en invierno cuando el sol está en su punto más alto. En la noche, la gran mayoría del año, con excepción del verano, se está en una temperatura de confort.
Teniendo ya el concepto general a lo largo de todo el año, a continuación ana-lizaremos un día típico de las diferentes temporadas: Primavera, Verano, Otoño e Invierno.
Gráfica del Clima en Primavera
LEGEND
Temperature
Rel.Humidity
Direct Solar
Diffuse Solar
Wind Speed Cloud Cover
Comfort: Thermal Neutrality, 22-27°C
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-10 0.0k
0 0.2k
10 0.4k
20 0.6k
30 0.8k
40 1.0k
°C W/ m²DAILY CONDITIONS - 21st March (80)
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
11
En la gráfica anterior, se puede observar como la temperatura está por debajo de la zona de confort durante la noche, a las 08:00 hrs entra en dicha zona, pero de 12:00 a 17:00 hrs, está por encima de la misma.
Gráfica del Clima en Verano
LEGEND
Temperature
Rel.Humidity
Direct Solar
Diffuse Solar
Wind Speed Cloud Cover
Comfort: Thermal Neutrality, 22-27°C
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-10 0.0k
0 0.2k
10 0.4k
20 0.6k
30 0.8k
40 1.0k
°C W/ m²DAILY CONDITIONS - 21st August (233)
Gráfica del Clima en Otoño
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-10 0.0k
0 0.2k
10 0.4k
20 0.6k
30 0.8k
40 1.0k
°C W/ m²DAILY CONDITIONS - 21st September (264)
LEGEND
Temperature
Rel.Humidity
Direct Solar
Diffuse Solar
Wind Speed Cloud Cover
Comfort: Thermal Neutrality, 22-27°C
En la gráfica anterior, se puede observar como la temperatura está por encima de la zona de confort la mayor parte del día, a las 17:00 hrs pasa por dicha zona de y a las 21:00 hrs se pone por debajo de la misma.
En la gráfica anterior, se puede observar como la temperatura está por encima de la zona de confort durante todo el día.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
12
Gráfica del Clima en Invierno
LEGEND
Temperature
Rel.Humidity
Direct Solar
Diffuse Solar
Wind Speed Cloud Cover
Comfort: Thermal Neutrality, 22-27°C
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-10 0.0k
0 0.2k
10 0.4k
20 0.6k
30 0.8k
40 1.0k
°C W/ m²DAILY CONDITIONS - 21st December (355)
En la gráfica anterior, se puede observar como la temperatura está en la zona de confort la mayor parte del día, con excepción de las 10:00 a las 18:00 hrs, que se encuentra por encima de la misma.
Precipitación y Evaporación AnualLas variaciones de la lluvia media anual en distintas áreas de la Península de Yucatán van desde los 456.0 mm. a los 1,665.9 mm. y se presenta una media anual de 1,158.8 mm. Las precipitaciones máximas se presentan en la parte su-reste y suroeste y las precipitaciones mínimas en la parte norte que es la zona cos-tera, observándose una distribución de la lluvia media en toda la zona localizada de suroeste y centro de la Península.
VientoEn la gráfica se demuestra que la mayor frecuencia de vientos dominantes en todo el año, proviene del este y sureste, que es donde se encuentra el Mar Caribe.
Análisis SolarEn las siguientes gráficas se analizará la posición solar para la ubicación:Paralelo 21º 10’ de Latitud Norte yMeridiano 86º 50’ de Longitud Oeste
Estas gráficas incluirán los datos de altitud y azimut solar, y serán una herramienta fundamental en el diseño arquitectónico del edificio. Ya que conociendo exacta-mente la posición solar durante todo el año, se pueden diseñar las aberturas, los aleros, y la respuesta del edificio al asoleamiento.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
13
Gráfica Solar Stereográfica - Planta
Gráfica Solar Stereográfica - Perspectiva
N15°
30°
45°
60°
75°
90°
120°
135°
150°
165°180°
195°
210°
225°
240°
255°
270°
300°
315°
330°
345°
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
78910111213141516171st Jan
1st Feb
1st Mar
1st Apr
1st May
1st Jun 1st Jul
1st Aug
1st Sep
1st Oct
1st Nov
1st Dec
Ste reograph ic DiagramLocation: Cancun, MéxicoSun Position: 146.6°, 48.6°HSA: -33.4°, VSA: 53.6°© A.J.Marsh '00
Time: 11:00Date: 12th FebruaryDotted lines: July-December.
N
1 5°
30°
45°60°
75°
90°
1 05°
1 20°
1 35°
1 50°
1 65°
1 80°1 95°
21 0° 225° 240° 255°270°
285°
300°
31 5°
330°
345°7
8
9
1 0
1 11 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
J F MA
MJ
JA
S
O
N
D
07
08
09
1 0
1 11 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
1 8
Ste reograph ic DiagramLocation: Cancun, MéxicoSun Position: 146.6°, 48.6°HSA: -33.4°, VSA: 53.6°© A.J.Marsh '00
Time: 11:00Date: 12th FebruaryDotted lines: July-December.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
14
Gráfica Solar Ortográfica
Las gráficas anteriores, nos muestran el recorrido solar a lo largo de todo el año. Las líneas azules muestran la trayectoria para cada hora y para cada mes. A con-tinuación se muestra el recorrido del sol en tabla con datos numéricos.
Tabla Solar - Primavera
-180 -150 -120 -90 -60 -30 North 30 60 90 120 150 180ALT
10
20
30
40
50
60
70
80
90
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Orthog raph ic ProjectionLocation: Cancun, MéxicoSun Position: -174.0°, 68.5°© A.J.Marsh '00
Date/ Time: 12:30, 21st MarchDotted lines: July-December.HSA: 6.0°, VSA: 68.6°
Tabulated Daily Solar Data
Latitude: 21.1°Longitude: 86.5°Timezone: 90.0° [+6.0hrs]Orientation: -180.0°
Date: 21st MarchJulian Date: 80Sunrise: 06:21Sunset: 18:20
Local Correction: -21.2 minsEquation of Time: -7.2 minsDeclination: -0.3°
Local (Solar) Aziumuth Altitude HSA VSA
06:30 (06:08) 91.0° 2.0° -89.0° 62.3°07:00 (06:38) 93.8° 9.0° -86.2° 67.4°07:30 (07:08) 96.6° 15.9° -83.4° 68.0°08:00 (07:38) 99.7° 22.8° -80.3° 68.3°08:30 (08:08) 103.0° 29.7° -77.0° 68.4°09:00 (08:38) 106.9° 36.5° -73.1° 68.5°09:30 (09:08) 111.5° 43.1° -68.5° 68.6°10:00 (09:38) 117.3° 49.4° -62.7° 68.6°10:30 (10:08) 124.7° 55.5° -55.3° 68.6°11:00 (10:38) 134.6° 60.9° -45.4° 68.6°11:30 (11:08) 148.0° 65.3° -32.0° 68.6°12:00 (11:38) 165.7° 68.0° -14.3° 68.6°12:30 (12:08) -174.0° 68.5° 6.0° 68.6°13:00 (12:38) -154.9° 66.6° 25.1° 68.6°13:30 (13:08) -139.6° 62.8° 40.4° 68.6°14:00 (13:38) -128.4° 57.8° 51.6° 68.6°14:30 (14:08) -120.1° 52.0° 59.9° 68.6°15:00 (14:38) -113.8° 45.7° 66.2° 68.6°15:30 (15:08) -108.7° 39.2° 71.3° 68.5°16:00 (15:38) -104.6° 32.5° 75.4° 68.5°16:30 (16:08) -101.0° 25.7° 79.0° 68.4°17:00 (16:38) -97.8° 18.8° 82.2° 68.2°17:30 (17:08) -94.9° 11.8° 85.1° 67.7°18:00 (17:38) -92.2° 4.9° 87.8° 66.1°
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
15
Tabla Solar - Verano
Tabla Solar - Otoño
Tabulated Daily Solar Data
Latitude: 21.1°Longitude: 86.5°Timezone: 90.0° [+6.0hrs]Orientation: -180.0°
Date: 21st AugustJulian Date: 233Sunrise: 05:57Sunset: 18:36
Local Correction: -17.1 minsEquation of Time: -3.1 minsDeclination: 12.4°
Local (Solar) Aziumuth Altitude HSA VSA
06:00 (05:42) 76.9° 0.5° -103.1° 177.6°06:30 (06:12) 79.5° 7.4° -100.5° 144.5°07:00 (06:42) 82.0° 14.3° -98.0° 118.6°07:30 (07:12) 84.4° 21.2° -95.6° 104.0°08:00 (07:42) 86.9° 28.2° -93.1° 95.7°08:30 (08:12) 89.5° 35.2° -90.5° 90.7°09:00 (08:42) 92.3° 42.2° -87.7° 87.5°09:30 (09:12) 95.4° 49.2° -84.6° 85.3°10:00 (09:42) 99.3° 56.1° -80.7° 83.8°10:30 (10:12) 104.5° 63.0° -75.5° 82.7°11:00 (10:42) 112.2° 69.6° -67.8° 82.0°11:30 (11:12) 125.9° 75.8° -54.1° 81.5°12:00 (11:42) 154.2° 80.4° -25.8° 81.3°12:30 (12:12) -160.0° 80.8° 20.0° 81.3°13:00 (12:42) -128.6° 76.5° 51.4° 81.5°13:30 (13:12) -113.7° 70.5° 66.3° 81.9°14:00 (13:42) -105.4° 63.9° 74.6° 82.6°14:30 (14:12) -100.0° 57.1° 80.0° 83.6°15:00 (14:42) -95.9° 50.2° 84.1° 85.1°15:30 (15:12) -92.7° 43.2° 87.3° 87.2°16:00 (15:42) -89.8° 36.2° 90.2° 90.2°16:30 (16:12) -87.3° 29.2° 92.7° 94.9°17:00 (16:42) -84.8° 22.2° 95.2° 102.5°17:30 (17:12) -82.3° 15.3° 97.7° 116.0°18:00 (17:42) -79.9° 8.3° 100.1° 140.2°18:30 (18:12) -77.3° 1.5° 102.7° 173.3°
Tabulated Daily Solar Data
Latitude: 21.1°Longitude: 86.5°Timezone: 90.0° [+6.0hrs]Orientation: -180.0°
Date: 21st OctoberJulian Date: 294Sunrise: 06:14Sunset: 17:42
Local Correction: 1.4 minsEquation of Time: 15.4 minsDeclination: -10.5°
Local (Solar) Aziumuth Altitude HSA VSA
06:30 (06:31) 102.6° 3.4° -77.4° 15.4°07:00 (07:01) 105.5° 10.2° -74.5° 34.0°07:30 (07:31) 108.7° 16.9° -71.3° 43.5°08:00 (08:01) 112.3° 23.5° -67.7° 48.8°08:30 (08:31) 116.5° 29.8° -63.5° 52.2°09:00 (09:01) 121.4° 36.0° -58.6° 54.4°09:30 (09:31) 127.3° 41.8° -52.7° 55.9°10:00 (10:01) 134.4° 47.1° -45.6° 56.9°10:30 (10:31) 143.3° 51.7° -36.7° 57.6°11:00 (11:01) 154.1° 55.3° -25.9° 58.1°11:30 (11:31) 166.8° 57.7° -13.2° 58.4°12:00 (12:01) -179.3° 58.4° 0.7° 58.4°12:30 (12:31) -165.5° 57.5° 14.5° 58.3°13:00 (13:01) -153.0° 55.0° 27.0° 58.1°13:30 (13:31) -142.4° 51.3° 37.6° 57.6°14:00 (14:01) -133.7° 46.6° 46.3° 56.8°14:30 (14:31) -126.6° 41.2° 53.4° 55.7°15:00 (15:01) -120.9° 35.4° 59.1° 54.2°15:30 (15:31) -116.0° 29.2° 64.0° 51.9°16:00 (16:01) -112.0° 22.9° 68.0° 48.4°16:30 (16:31) -108.4° 16.3° 71.6° 42.8°17:00 (17:01) -105.2° 9.6° 74.8° 32.8°17:30 (17:31) -102.3° 2.8° 77.7° 12.9°
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
16
Radiación Solar La radiación solar, depen-diendo de la forma en la que incida, se divide en Ra-diación Directa, Radiación Difusa y Radiación Refleja-da, y la suma de las 3 nos da la Radiación Total.
R. Total
=
R. Directa +
R. Difusa+
R. Reflejada
Tabla Solar - Invierno
Las gráficas anteriores, nos muestran el recorrido solar a lo largo de todo el año. Las líneas azules muestran la trayectoria para cada hora y para cada mes. A con-tinuación se muestra el recorrido del sol en tabla con datos numéricos.
Tabulated Daily Solar Data
Latitude: 21.1°Longitude: 86.5°Timezone: 90.0° [+6.0hrs]Orientation: -180.0°
Date: 21st DecemberJulian Date: 355Sunrise: 06:50Sunset: 17:33
Local Correction: -11.9 minsEquation of Time: 2.1 minsDeclination: -23.5°
Local (Solar) Aziumuth Altitude HSA VSA
07:00 (06:48) 116.1° 2.0° -63.9° 4.5°07:30 (07:18) 119.1° 8.2° -60.9° 16.5°08:00 (07:48) 122.6° 14.2° -57.4° 25.2°08:30 (08:18) 126.5° 20.0° -53.5° 31.4°09:00 (08:48) 131.0° 25.4° -49.0° 35.9°09:30 (09:18) 136.3° 30.5° -43.7° 39.2°10:00 (09:48) 142.4° 35.1° -37.6° 41.5°10:30 (10:18) 149.5° 39.0° -30.5° 43.2°11:00 (10:48) 157.6° 42.1° -22.4° 44.4°11:30 (11:18) 166.5° 44.3° -13.5° 45.1°12:00 (11:48) 176.1° 45.3° -3.9° 45.4°12:30 (12:18) -174.1° 45.2° 5.9° 45.4°13:00 (12:48) -164.6° 43.9° 15.4° 45.0°13:30 (13:18) -155.8° 41.5° 24.2° 44.2°14:00 (13:48) -148.0° 38.2° 32.0° 42.9°14:30 (14:18) -141.1° 34.2° 38.9° 41.1°15:00 (14:48) -135.1° 29.5° 44.9° 38.6°15:30 (15:18) -130.0° 24.3° 50.0° 35.1°16:00 (15:48) -125.6° 18.8° 54.4° 30.3°16:30 (16:18) -121.8° 13.0° 58.2° 23.6°17:00 (16:48) -118.5° 6.9° 61.5° 14.3°17:30 (17:18) -115.6° 0.7° 64.4° 1.6°
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
17
Después de haber entendido el concepto de la radiación solar en fachadas, se debe de hacer un cálculo para saber la cantidad que se recibe en cada una de ellas (norte, sur, este y oeste) en el lugar que se está analizando. Por lo que la siguiente gráfica nos presenta esta información en las diferentes épocas del año, dándonos el valor kWh/m², el cual nos servirá más adelante para calcular la trans-misión del calor al interior.
Jan Feb M ar Apr M ay Jun Jul Aug Sep Oc t Nov D ec0.0
500.0
1 000.0
1 500.0
2000.0
2500.0
3000.0
3500.0
4000.0
4500.0
5000.0
5500.0
k W h/ m²
ANNUAL INCIDENT SOLAR RADIAT ION - Cancun, México (21.1°, 86.5°)
Fach. Sur
Fach. Norte
Fach. Este
Fach. Oeste
VeranoPrimaveraInvierno InviernoOtoño
Radiación Solar en FachadasLa incidencia solar en un plano vertical, varia según el ángulo de inclinación solar. A continuación se presenta un gráfico que nos muestra el porcentaje de radiación que se recibe dependiendo de la altitud solar.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
18
A.2. CONDICIONES DE CONFORT EN EL CARIBE
Después de haber analizado el clima, se deben de determinar las estrategias a seguir para poder lograr el confort en los espacios arquitectónicos. Esto se hace mediante una gráfica, en la que se introducen los datos del clima, para sacar un perfil del mismo. Esta gráfica llamada “Diagrama Bioambiental”, nos da una serie de zonas climáticas: . Zona de Clima Frío. Zona de Clima Moderado. Zona de Clima Templado Seco. Zona de Clima Templado Húmedo. Zona de Clima Caliente Seco. Zona de Clima Caliente Húmedo
Cada zona, tiene una respuesta arquitectónica para lograr un confort adecua-do, esto se llama “Estrategia Bioclimática”. El perfil climático de un sitio determi-nado, puede tener diferentes zonas y estrategias bioclimáticas a lo largo de todo el año.
Diagrama de Clasificación del Clima
En la gráfica anterior, se observa que el clima se sitúa en la zona: Clima Húmedo Templado. Por lo que a continuación se presenta el Diagrama Bio-ambiental, para conocer las estrategias bioclimáticas a seguir.
J F
M A
M
J JAS
O
N
D
DBT(°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
AH
5
10
15
20
25
30
Cool
Moderate WarmDry
HotDry
WarmHumid
HotHumid
Psychrometric ChartLocation: Cancun, MéxicoFrequency: 1st January to 31st DecemberWeekday Times: 00:00-24:00 HrsWeekend Times: 00:00-24:00 HrsBarometric Pressure: 101.36 kPa© A.J.Marsh '00
HILITE: Climate Classification
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
19
Diagrama Bio-Ambiental
En la gráfica de confort bio-ambiental, se observa que el clima a lo largo de todo el año se ubica en la zona rosa, lo que nos indica que la estrategia a seguir para lograr un confort térmico en los espacios arquitectónicos debe de ser:
Ventilación Natural Cruzada y Protección Solar
Diagrama de Estrategias de Enfriamiento
DBT(°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
AH
5
10
15
20
25
30
Psychrometric ChartLocation: Cancun, MéxicoFrequency: 1st January to 31st DecemberWeekday Times: 00:00-24:00 HrsWeekend Times: 00:00-24:00 HrsBarometric Pressure: 101.36 kPa© A.J.Marsh '00
SELECTED DESIGN TECHNIQUES:1. passive solar heating2. thermal mass effects3. natural ventilation
Comfort
DBT(°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
AH
5
10
15
20
25
30
Ventilate
Ventilate orAir-Condition
Air-Condition
Evaporative orAir-Condition
EvaporativeVentilate orEvaporative
Psychrometric ChartLocation: Cancun, MéxicoFrequency: 1st January to 31st DecemberWeekday Times: 00:00-24:00 HrsWeekend Times: 00:00-24:00 HrsBarometric Pressure: 101.36 kPa© A.J.Marsh '00
HILITE: Active Cooling
En la gráfica anterior, se observan las diferentes estrategias de enfriamiento, la mayor parte se encuentra en la de ventilación natural cruzada, más sin embargo, hay una pequeña zona en donde se necesita ventilación artificial o aire acondi-cionado.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
20
Diagrama de Porcentaje de Confort
En la gráfica anterior, se observa el porcentaje de confort que es cubierto a lo lar-go de todo el año con la estrategia bioclimática seleccionada. Se puede ver, que en verano la ventilación natural cruzada, es menos eficiente (visto ya en el gráfico de estrategias de enfriamiento en la página anterior), por lo que se recomienda reforzar con ventilación artificial, como ventiladores mecánicos.
COMFORT PERCENTAGES SELECTED DESIGN TECHNIQUES: natural ventilation
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Year0
20
40
60
80
%AfterBefore
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
21
A.3. PROYECTANDO CON EL SOL EN EL CARIBE
Después de haber determinado las estrategias bioclimáticas, se debe de hacer un estudio a fondo del asoleamiento y las sombras. Esto nos permitirá conocer la distancia y los ángulos de sombra que se proyectan en la volumetría arquitectó-nica. Este estudio, se hace a lo largo de un día típico en cada una de las esta-ciones, para así, tener un concepto general de las sombras proyectadas durante todo el año.
El estudio del asoleamiento, consta de 2 fases:
1. Estudio de Asoleamiento en Volúmenes: en donde se propone un volumen re-gular orientado norte sur y con una determinada altura. Esto nos permite conocer la sombra que proyecta el volumen a lo largo de todo el año, con el objetivo de conocer el sombreado exterior urbano.
2. Estudio de Dimensión de Aleros: en donde se analiza la relación que tiene la longitud del alero con la sombra proyectada. Este análisis se hace para la facha-da sur, ya que en la fachada este y oeste, el sol es rasante y la fachada norte, está todo el año en sombra.
Teniendo estos ángulos de sombra, pueden ser utilizados para cualquier proyecto que se haga en el sitio de estudio (21º 10’ de latitud norte y 86º 50’ de longitud oeste). Ya que el Caribe abarca una zona en donde hay diferentes ciudades y países, habrá una pequeña variación en los ángulos dependiendo de la latitud y la longitud de cada sitio, más sin embargo, el concepto seguirá siendo el mis-mo.
Estudio de Asoleamiento en Volúmenes
Primavera - Otoño - 12:00 hrs
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
22
Verano - 12:00 hrs
Invierno - 12:00 hrs
En las gráficas anteriores, se puede ver el rango de sombra que proyecta un volu-men simple utilizando el ángulo de inclinación solar. Este dato, puede ser utilizado para cualquier proyecto que se haga en el sitio de estudio, sólo hay que trazar en alzado, un línea con el mismo ángulo desde el punto exterior más alto del edificio hasta el suelo. Esto sería suponiendo que fuera un volumen regular, si la volumetría es más compleja, entonces se recomienda hacerlo con varios puntos para así tener un perfil más exacto. También se podría utilizar para conocer la sombra que proyecta un objeto exterior o un árbol.
A continuación, se presentan unos gráficos de estudio de sombras, los cuales es-tán elaborados para diferentes horas del día. En ellos, se sobreponen las diferentes estaciones climáticas, para así tener una visión general de la proyección de las sombras a lo largo de todo el año.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
23
Estudio de Sombras en Planta
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
24
Estudio de Sombras en Isométrico
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
25
Estudio de Dimensión de Aleros
A continuación, se estudiará la dimensión de los aleros con relación a la sombra que se desee proyectar en la fachada sur, analizando cada una de las épocas del año.
La forma de obtener la longitud del alero a proyectar, en cualquier época del año, se obtiene multiplicando la longitud de sombra deseada (en este caso, la altura de la ventana) por el factor PS (Protección Solar). Este factor, se obtiene me-diante el estudio del ángulo solar en la latitud y longitud ya mencionada.
Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PS
El Factor PS, es la relación de longitud que tiene el alero con la altura de la ven-tana, según el ángulo solar. A continuación se muestra la explicación de forma gráfica:
alero
vent
ana
ángulo solar
ángulo solar
vent
ana
alero
Ángulo Solar = 45°Ventana = 1 mtAlero = 1 mt
Factor PS = 1.00
Ángulo Solar = 63°Ventana = 2 mtAlero = 1 mt
Factor PS = 0.50
45°
1 m
t
1 mt
63°
2 m
t
1 mt
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
26
El Factor PS o Factor de Protección Solar, puede ser usado tanto en aleros como en persianas exteriores o brise soleil, ya que en este caso, se tomaría la altura que se desee entre cada persiana, para así obtener la dimensión horizontal de cada uno de los elementos de la misma.
A continuación, se estudiará la dimensión de los aleros con relación a la sombra que se desee proyectar, en las diferentes orientaciones de fachadas y en cada una de las épocas del año.
Estudio de Dimensión de Aleros en Fachada Sur
Primavera - 21.Marzo - 12:00 hrs - 28.3°C
Factor PS = 0.40Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PSEjemplo: 1.00 mt x 0.40 = 0.40 mt
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
27
Otoño - 21.Octubre - 12:00 hrs - 29.8°C
Factor PS = 0.60Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PSEjemplo: 1.00 mt x 0.60 = 0.60 mt
Verano - 21.Agosto - 12:00 hrs - 32.1°C
Factor PS = 0.15Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PSEjemplo: 1.00 mt x 0.15 = 0.15 mt
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
28
Invierno - 21.Diciembre - 12:00 hrs - 27.7°C
Factor PS = 1.00Longitud Alero = Altura de la Ventana x Factor PSEjemplo: 1.00 mt x 1.00 = 1.00 mt
Estación del Año Día Hora Temperatura Altitud Solar Factor PSPrimavera 21.Mzo 12:00 hrs 28.3°C 68° 0.40
Verano 21.Ago 12:00 hrs 32.1°C 80° 0.15Otoño 21.Oct 12:00 hrs 29.8°C 58° 0.60
Invierno 21.Dic 12:00 hrs 27.7°C 45° 1.00
A continuación, se hace un resumen en forma de tabla del Factor de Protección Solar para cada una de las estaciones del año:
Como se puede observar, la temperatura a las 12:00 hrs en cualquier estación del año, está por encima de la temperatura de confort (22-27°C). Para garantizar el confort interior de un espacio orientado a Sur, hay que diseñar los aleros, con re-lación al Factor PS para cubrir la demanda de las diferentes estaciones del año.
Es indispensable que la dimensión del alero, cubra la demanda de Verano, de Pri-mavera, y de Otoño, (FPS = 0.15, 0.40 y 0.60 respectivamente). También es acon-sejable, en relación a la temperatura, cubrir la demanda de Invierno (FPS=1.00).
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
29
A.4. ESTRATEGIAS DE DISEÑO EN EL CARIBE
Recordando el tema anterior: “Condiciones de Confort en el Caribe”, en donde se llegó a la conclusión de que la estrategia a seguir para lograr un confort térmi-co en los espacios arquitectónicos, debe de ser, la Ventilación Natural Cruzada y la Protección Solar, se deben de plantear ejemplos básicos como base, así como también algunas recomendaciones a seguir en la utilización de las estrategias.
Para el diseño arquitectónico, se debe de tomar en cuenta, que el clima está por arriba de la temperatura de confort durante la mayoría del año. Por lo que el objetivo debe ser el de refrescar el ambiente. Razón por la cual, este capítulo trata del análisis del viento y de como lograr una buena ventilación natural cruzada.
Tomando en cuenta, el análisis del clima, se debe de buscar la orientación y la colocación de las ventanas, orientadas a los vientos dominantes.
Proyectando con el Viento
Para proyectar con el viento, se deben de tomar un número de factores y deter-minantes, los cuales, se presentan a continuación:
Metodología de Análisis y Optimización1. Análisis de los Datos Meteorológicos2. Análisis del Microclima (topografía, edificaciones, vegetación).3. Estrategias de Ventilación4. Decisiones a Escala Urbana (orientación, espacios entre edificios, agrupam.)5. Decisiones a Escala Arquitectónica. Elección de la forma edilicia.7. Decisiones a Escala Constructiva. Definición de Aberturas (posición, tamaño, apertura, etc.)
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
30
1. Análisis de los Datos Meteorológicos
2. Análisis del Microclima
3. Estrategias de Ventilación
En relación con el clima, la mejor estrategia es la Ventilación Cruzada, más sin embargo, se analizarán también otro tipo de estrategias como son, la Ventilación Inducida y la Fachada Ventilada. Estas estrategias, podrían funcionar en el sitio de estudio, dependiendo del microclima, del entorno y del tipo de edificio.
La Ventilación Natural, funciona a través de los cambios de presión del viento, esto es lo que hace que haya una inducción y una correcta canalización, las zo-nas dónde hay depresión (-), crean un pequeño vacío, que atrae el viento de las zonas de sobrepresión (+).
Se debe de tomar en cuenta, los microclimas generados por masas de agua, por topografía, por zonas urbanas, y por vegetación. Estos factores, son únicos en cada lugar de estudio y no se puede generali-zar, ya que cada entorno es varia-ble. Esto, puede provocar la des-viación del viento, la canalización y hasta la obstrucción del mismo.
Se debe de conocer, de donde vienen los vientos dominantes en la zona a proyectar, su frecuencia, y su velocidad. En el caso de nues-tra zona de estudio (21º 10’ de latitud norte y 86º 50’ de longitud oeste), los vientos provie-nen del este y sureste, tal y como se muestra en la rosa de vientos.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
31
Control de la Velocidad del Viento
La velocidad del viento, depende del sitio, del microclima y de la temporada del año, por lo que puede ser muy variable, más sin embargo, existen estrategias na-turales o artificiales para poder incrementarla en un sitio determinado. Lo que da paso al concepto “Efecto Venturi”.
Efecto Venturi: Es el fenómeno que se produce, en una canalización de un fluido o de aire, cuándo al reducir la sección, del canal, la velocidad del fluido es au-mentada y viceversa.
A continuación, se muestra cómo éste fenómeno puede ser utilizado en esquema urbano.
Estrategias Naturales Estrategias Arquitectónicas
Canalización del Viento
La dirección del viento, depende de los vientos dominantes, más sin embargo, existen estrategias naturales o artificiales para poder dirigirlo o canalizarlo en un sitio determinado. Esto se puede hacer mediante barreras de árboles o pantallas arquitectónicas, tal y como se muestra a continuación.
Estrategias Naturales Estrategias Arquitectónicas
El sistema de canalización del viento, se puede utilizar tanto para controlar la di-rección del viento, como la altura del mismo, siempre y cuando no vaya en sen-tido contrario a la dirección del viento inicial. Para este sistema, es necesario que exista una entrada y una salida, o de lo contrario, no funcionará.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
32
Ventilación Cruzada
Condicionantes:+ Aberturas de entrada y salida en caras opuestas+ Aberturas mín. del 20% de la superficie de pared+ Velocidad del aire: 1-1.5 m/s (100 cambios hora)+ Movimiento de aire a nivel de los habitantes+ T° aire exterior = Tº aire interior
(+)(-)
(-)(+)
A continuación, se explicará por medio de gráficos, diferentes formas de lograr la ventilación cruzada en los espacios.
Circulación del aire a través de diferentes plantas del edificio.
Como se puede ver, el aire puede circular a través de diferentes plantas siempre y cuando haya una buena conexión vertical (figura a), sin embargo, la mayor eficacia se produce cuando la salida se encuentra en la cubierta (figura b). Ya que el aire caliente tiende a acumularse en el techo, en este caso tendría una tendencia a salir ayudado por la depresión (-) que se establece en la cubierta. Esto creará un tiro natural en todo el edificio, que inducirá al movimiento de aire de todos los locales.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
33
Ventilación a través de huecos situados en la misma fachada.
Ventilación a través de huecos situados en la misma fachada.
Dos aberturas en una sola fachada, al estar sometidos por la misma presión (+), el aire no encuentra una depresión (-) que provoque el movimiento fluido de la ventilación (figura a). Sin embargo, si el viento no es perpendicular a la fachada, se puede lograr una ventilación del local mediante la presencia de obstáculos en fachada (cuerpos salientes, parasoles verticales, jardineras, etc.), ya que se provocaría una diferencia de presión entre las aberturas de la misma (figura b). A continuación, se muestra otro caso de elementos exteriores para esta estrategia.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
34
Un efecto parecido al mencionado anteriormente, se crea cuando el viento in-cide sobre una fachada sin huecos, dejando el resto de las posibles ventanas en depresión (-) (figura a). En este caso, la solución es equivalente a la descrita anteriormente, al disponerse obstáculos cerca de la fachada (vegetación u otro tipo de obstrucciones integradas a la pared), se crearán zonas de presión (+) y depresión (-) entre huecos (figura b).
Inducción del viento por ventanas no expuestas al viento.
La mejor forma de ventilación cruzada, es la que se logra a través de huecos en caras opuestas, ya que el viento circula por los espacios de forma natural.
Ventilación a través de huecos en caras opuestas.
Ventilación a través de huecos en caras opuestas.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
35
La distribución interior y el diferente tamaño de los huecos también afectará a la correcta ventilación cruzada. Si la ventilación se establece sin modificar la di-rección del aire que atraviesa el edificio de una fachada a la otra, su velocidad no disminuirá de forma significativa, lo que siempre representa una gran ventaja (figura a), No obstante, esa ventilación no suele llegar a todos los puntos del in-terior, dejando grandes zonas sin cubrir, si el aire debe cambiar de dirección, al encontrarse con compartimentaciones interiores, su velocidad disminuirá, pero se crearán pequeñas áreas de turbulencia que inducirán el movimiento de más cantidad de aire, facilitando la ventilación integral (figura b).
El cambio de dirección del aire de ventilación reduce suvelocidad pero moviliza mejor el resto del aire en los locales.
Por otro lado, el uso de huecos con tamaños diferentes afecta a su velocidad, como se ilustrará a continuación. Si el hueco de entrada es mayor al de salida, el aire disminuirá de velocidad al entrar en el edificio, y se acelerará por efecto Venturi, a la salida; esto no representa ninguna ventaja para la ventilación ya que la velocidad es uno de los objetivos (figura a). Sin embargo, si el hueco pequeño es el de entrada y el grande el de salida, el efecto se invierte y el aire se acelera al entrar en el edificio, creando una gran zona de inducción; si tenemos en cuenta que las velocidades con las que contamos en general son reducidas, cualquier proceso de aceleración resulta interesante (figura b). Por otro lado, mientras mayor sea la diferencia entre los huecos, mayor será el incremento de velocidad que se producirá (figura c).
La influencia del tamaño de los huecos en la velocidad del aire.
Una buena combinación de estrategia, como los tamaños de huecos diferentes, el cambio de dirección de aire y la ventilación entre fachadas y plantas, sobre todo si es con la cubierta, darán lugar a una buena ventilación cruzada.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
36
Ventilación Natural Forzada+ Uso de medios mecánicos (ventiladores, extractores, impulsores)+ Recalentamiento en fachada con invernadero y muro trombe+ Recalentamiento en cubierta+ Chimenea Solar+ Extracción por viento
En muchas ocasiones, la ventilación natural no funcio-na correctamente, a veces porque la dirección que trae no es adecuada, pero en la mayor parte de los casos porque la velocidad es insuficiente para mover el caudal necesario, dirigirlo a todos los puntos del edi-ficio y cubrir la pérdida de carga que supone atravesar locales y dispositivos.
En estas situaciones, es necesario recurrir a refuerzos que hagan a la ventilación natural suficientemente eficaz. Ese tipo de refuerzos pueden ser mecánicos, ven-tiladores, extractores o impulsores que actúan cuando la ventilación natural pura es insuficiente. Esos sistemas, pueden estar combinados con los sistemas naturales de tal forma que si la impulsión es mecánica, la extracción se produzca de ma-nera natural, o viceversa.
El invernadero y el muro trombe funcio-nando como estrategia de ventilación.
En los gráficos anteriores, se muestra como las fachadas acristaladas, pueden ser utilizadas para ventilación natural forzada, fenómeno que se explica a continua-ción.
Cuando el sol incide sobre una fachada, se produce un recalentamiento de su superficie y del aire que se encuentre en contacto con ella. En climas de mucho frío, utilizan este efecto para aprovechar el aire caliente generado para calefac-ción, por medio del invernadero o del muro trombe. Sin embargo, estos dispositi-vos utilizados correctamente, al actuar como recalentadores del aire, incremen-tarán su velocidad forzando de manera natural la ventilación. Hay que tener en cuenta que este sistema es utilizado para generar la salida del aire, y por ninguna circunstancia, debemos permitir que este aire recalentado se introduzca en el interior. Como ya sabemos, el aire caliente tiende a subir, por lo que la salida del aire recalentado de la cámara, tiene que salir por la parte superior, lo que creará un vacío que atraiga en su parte inferior, el aire interior del local.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
37
El muro que divide la cámara del local, tiene que ser de gran cuerpo, para impe-dir que por inercia térmica, el calor penetre al interior, provocando en la noche, que regrese el calor obtenido a la cámara para seguir obteniendo éste efecto de ventilación.
Ventilación forzada mediante elrecalentamiento de la cubierta
Dado que la cubierta es la superficie que recibe mayor radiación y durante más horas en verano, los dispositivos de recalentamiento en cubierta, deberán ser más eficaces que los de fachada. Esto se hace creando una cámara de aire, que al calentarse suba y se vaya al exterior por la parte superior, lo que creará un vacío que atraiga en su parte inferior, el aire interior del local, tal y como se observa en el gráfico anterior.
Chimeneas Solares
También es posible utilizar sistemas de ventilación independientes de las ventanas; son las chimeneas térmicas de ventilación o chimeneas solares, cuya función es la misma que las de las chimeneas de humos pero eliminando aire caliente.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
38
Situados en los puntos correctos, el aire caliente estatificado en los techos tendrá una tendencia natural a escaparse por ellas. Para facilitar y acelerar este efecto, las chimeneas solares tienen expuesto su tramo exterior al sol para provocar un recalentamiento de esa zona y de las masas de aire que se encuentren en esa zona. Ese aire no plantea ningún problema, pues al generarse por encima de la zona habitable nunca podrá entrar al edificio.
Para que el efecto sea mayor, puede pintarse exteriormente de negro o recubrirse con una cámara de aire y un vidrio para provocar el efecto invernadero. El efecto más rápido lo tendremos en las chimeneas metálicas, debido a la alta conducti-vidad del metal, pero aunque su capacidad de acumulación es alta, lo sería aún más si la chimenea fuera un muro de fábrica suficientemente grueso; en esos ca-sos los efectos de succión por el calentamiento en el remate se mantienen horas después de que deje de dar el sol (ver gráfico anterior).
Chimeneas de succión con desorientación fijay desorientadas automáticamente con veleta
En todos los remates abiertos expuestos al viento se produce el efecto chimenea, que es la generación de una succión en el interior del conducto; se trata del efec-to Venturi generado por la circulación del viento a alta velocidad sobre la boca de la chimenea. Este efecto se puede mejorar de diferentes modos.
El primero de ellos es colocando la boca de la chimenea en dirección contraria a los vientos dominantes, de ese modo se puede evitar, en la mayoría de las si-tuaciones la inducción de aire en lugar de su salida. Otro sistema es el empleo de remates con dispositivos de veleta que mantienen constantemente desorientada la boca de la chimenea, venga de donde venga el viento (ver gráfico anterior).
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
39
Ventilación Inducida+ Principio de la chimenea de viento+ Captación de aire fresco hacia el interior
Ventilación Inducida
Los sistemas naturales de ventilación inducida han sido menos frecuentes que los de extracción. Las chimeneas de viento se diferencian de las chimeneas solares porque a través de ellas se produce una entrada de aire en lugar de una extrac-ción.
Resulta mucho más complejo forzar la entrada de aire de un local que extraerlo, no obstante, si se dispone de una boca suficientemente grande, correctamente orientada y a suficiente altura, se puede provocar la ventilación por inducción.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
40
4. Decisiones a Escala Urbana
En el diseño urbano, se debe de tener en cuenta el viento a la hora de diseñar, ya que la disposición de los elementos, ya sean arquitectónicos o naturales, pue-den generar diferentes fenómenos, cómo el anteriormente mencionado efecto Venturi, la canalización del viento y la sombra de viento.
La sombra de viento es importante considerarla, ya que si se diseñan diferentes cuerpos arquitectónicos, y tenemos la intención de generar ventilación cruzada en cada uno de ellos, hay que tener cuidado de que un cuerpo no le bloquee el paso del viento al otro. Para esto, se presenta a continuación el método para obtener la sombra de viento de un volumen regular cualquiera.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
41
5. Decisiones a Escala Arquitectónica
En el diseño arquitectónico, se debe de hacer un estudio de la forma del edificio y de cómo ésta, afecta al viento, ya que además de su correcta orientación y abertura de ventanas, el mismo edificio puede crear sombras de viento y turbu-lencias, las cuales, pueden afectar en la ventilación de los espacios interiores.
Estos fenómenos, se deben de tener en cuenta, sobre todo si los edificios están compuestos por de más de un volumen, o si la volumetría es muy compleja. A continuación, se presenta en forma gráfica, diversas situaciones de como el vien-to interactua con la volumetría arquitectónica.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
42
6. Decisiones a Escala Constructiva
La posición de las ventanas en un espacio arquitectónico, modifica en forma di-recta la ventilación interior (tal y como se vio en el tema anterior de ventilación cru-zada), más sin embargo, la altura, el tamaño y la apertura de las mismas, también se deben de tener en cuenta, ya que aunque se tenga ventilación cruzada, se debe de garantizar también, que la corriente de aire esté a la altura adecuada.
A continuación se mostrará en forma gráfica, como estos factores afectan la ventilación interior.
El Viento y la Altura de las Ventanas
Entrada y Salida Superior
La altura de las ventanas en la parte superior de los muros, crea una ventilación cruzada en la parte superior del espacio arquitectónico, arrastrando el aire calien-te acumulado hacia el exterior, más sin embargo, la corriente de aire fresco no está a la altura del usuario.
Entrada y Salida Inferior
La altura de las ventanas en la parte media inferior de los muros, crea una venti-lación cruzada a la altura del usuario, provocando una sensación directa de con-fort, razón por la cual, esta ventilación es la más recomendada.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
43
Entrada Inferior y Salida Superior
La altura de la entrada del viento en la parte media inferior, y salida en la parte superior, crea también una ventilación cruzada a la altura del usuario, la corriente de aire, al salir por la parte superior, también arrastra una parte del aire caliente acumulado al exterior.
Entrada Superior y Salida Inferior
La altura de la entrada del viento en la parte superior, y salida en la parte media inferior, crea una ventilación cruzada en la parte superior del espacio arquitectóni-co, más sin embargo, la corriente de aire fresco no está a la altura del usuario.
Además de la altura de las ventanas, las persianas exteriores y los aleros (elemen-tos exteriores de protección solar), también modifican la entrada y la corriente de aire en los espacios interiores, ya que pueden desviar el viento por cambio de dirección o por diferencia de presión. Estos casos se muestran gráficamente en la siguiente página.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
44
Persiana Orientada hacia Arriba con Relación al Viento
Las persianas exteriores orientadas hacia arriba con relación a la dirección del viento en la ventana de entrada del viento, modifican la corriente del aire dirigién-dola hacia la parte superior del espacio arquitectónico, lo que provoca que la corriente de aire fresca no está a la altura del usuario.
Persiana Orientada hacia Abajo con Relación al Viento
Las persianas exteriores orientadas hacia abajo con relación a la dirección del viento en la ventana de entrada del viento, modifican la corriente del aire diri-giéndola hacia la parte inferior del espacio arquitectónico, lo que provoca que la corriente de aire fresco esté a una altura baja con relación al usuario de pie, más sin embargo, si el usuario está recostado en una cama o sentado en una silla o sillón, esto podría funcionar provocando una sensación de confort. Este tipo de solución, es recomendado para cuando se tenga una ventana de entrada de aire en la parte alta del muro.
El Viento y las Persianas Exteriores de Protección Solar
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
45
El Viento y los Aleros de Protección Solar
Alero Superior Integrado a la Ventana
El alero superior como protección solar en una ventana de entrada de viento, crea una diferencia de presión en la parte baja y alta del muro de la fachada, lo que provoca que el viento se desvíe hacia la parte superior del espacio arquitec-tónico.
Alero Superior Separado de la Ventana
Al colocar el alero superior como protección solar en una ventana de entrada de viento separado de la fachada, éste no modifica la dirección del viento, ya que no genera ningún cambio de presión en la fachada.
En el tema anterior de ventilación cruzada, se vio, como la diferencia de tamaño de la ventana de entrada y de salida del aire, modifican directamente la velo-cidad del viento, ya que se genera el efecto Venturi. Esto también es posible no sólo con la diferencia de tamaño en planta, sino que también en alzado como se muestra gráficamente en la siguiente página.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
46
El Viento y el Tamaño de las Aberturas de Entrada y Salida
Ventana de Entrada > Ventana de Salida
Al tener la ventana de entrada más grande que la ventana de salida, no se au-menta la velocidad del viento dentro del espacio arquitectónico, si no que se aumenta sólo cuando éste ya salió al exterior. Esto es debido al efecto Venturi.
Ventana de Entrada < Ventana de Salida
Al tener la ventana de entrada más pequeña que la ventana de salida, se genera el efecto venturi a la entrada del viento en el local, lo que provoca que la corrien-te de aire tenga mayor velocidad en el interior del espacio arquitectónico.
Además de la posición de las ventanas, los elementos de protección solar y el tamaño de las aberturas, hay otro factor que hay que tener en cuenta para lograr una correcta ventilación cruzada. Estas son, las barreras de viento ubicadas cer-ca de las ventanas, estas pueden ser tanto naturales como artificiales, y pueden bloquear o desviar la dirección del viento tal y como se muestra gráficamente en la siguiente página.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
47
Barreras de Viento
Barreras de Viento Bajas
Al tener una barrera de viento baja cerca de la ventana, como pueden ser muros bajos o arbustos, éstos pueden desviar el viento hacia arriba e impedir que la co-rriente de aire entre por la ventana.
Barreras de Viento Altas
Al tener una barrera de viento alta cerca de la ventana, como pueden ser muros altos o arboles, éstos pueden bloquear el viento e impedir que la corriente de aire entre por la ventana.
Para poder saber dónde colocar éstas barreras naturales, visuales o arquitectóni-cas, sin que se modifique la entrada del aire al interior, se debe de saber la som-bra de viento que provoca cada uno de estos elementos. Esto se explica en el tema anterior “Decisiones a escala urbana” en la tabla “Sombras de viento según forma”.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
48
La Magnitud del Viento
El Viento, dependiendo de su velocidad, afecta de forma diferente en el am-biente y puede clasificarse en diferentes grados, según la escala de Beaufort, de 0 a 12. A continuación se presenta en forma de tabla, la velocidad del viento y su impacto en el ambiente.
El movimiento del aire, al entrar en los edificios, también tiene un impacto en el medio arquitectónico, que va de una escala en dónde el mínimo es de menos de 0.1 m/seg y el máximo admisible es de 2.0 m/seg. Así también, va a producir un efecto de enfriamiento en el interior del espacio arquitectónico, dependiendo de la velocidad y de la temperatura del aire. Esto, se presenta a continuación en forma de tabla.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
49
Tabla de movimiento del aire en el interior en m/seg.
Tabla de refrescamiento por viento mediante sensación térmica en km/h.D
ise
ño B
ioc
limá
tico
y S
ost
eni
ble
en
el C
arib
e
50
A.5. CONTROL SOLAR EN EDIFICIOS
Después de haber analizado el sol en el Caribe, así como también el estudio de asoleamiento en volúmenes y la dimensión de aleros, con el objetivo de poder diseñar las sombras a lo largo de todo el año, y poner los espacios arquitectónicos en sombra, se necesitan conocer más alternativas de control solar.
El control solar en edificios, consiste en poner en sombra las zonas expues-tas directamente a la radiación solar, como son las fachadas y las cubier-tas, pero lo más importante, es poner en sombra las aberturas para impedir el paso de la radiación solar al interior de los espacios arquitectónicos. Esto se puede lograr mediante elementos naturales o arquitectónicos.
Elemento Naturales:+ Arboles+ Vegetación
Elementos Arquitectónicos:+ Aleros+ Pérgolas+ Parasoles+ Persianas Exteriores+ Cortinas Exteriores+ Lonarias
Elementos Naturales de Control SolarArbolesLos arboles, situados correctamente, puede ser utilizados para crear som-bras en fachadas y cubiertas. Si se dis-ponen en ventanas orientadas a los vientos dominantes, la clase de árbol, debe de tener una altura suficiente, para que permita el paso del viento por debajo del follaje.
Los arboles, tienen el inconveniente de que si el edificio es muy alto, o si las ven-tanas están en niveles muy superiores, tardarán mucho en crecer, más sin em-bargo, es muy buena opción para niveles en planta baja y un nivel superior. Estos elementos naturales, son muy interesantes si son colocados para protección del sol rasante como puede ser el oriente y poniente, ya que como el sol tiende a ser horizontal, el árbol puede proteger aún estando separado de la fachada.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
51
Enredaderas y Fachadas VerdesLas enredaderas, son plantas que pueden llegar a cubrir grandes extensiones verticales u horizontales, dando a una cubierta o una fachada, una imagen verde al mismo tiem-po que reciben directamente la radiación solar y crean sombra a cualquier elemento que por esté debajo de ellas.
Las enredaderas, no necesariamente deben de estar directamente ligadas a la superficie de fachadas y cubiertas, ya que se pueden hacer guías o tramas adicionales para se-pararlos y crear una cámara de aire entre ellos.
Estos elementos naturales, pueden integrar-se a elementos arquitectónicos más ligeros para crear sombra y espacios frescos de transición interior - exterior.
Elementos Arquitectónicos de Control SolarAlerosLos aleros, tal y como se vio en el tema “Pro-yectando con el Sol en el Caribe - Estudio de Dimensión de Aleros”, son elementos ar-quitectónicos en volado para crear superfi-cies de sombra en fachadas o en terrazas. La eficacia de estos elementos, está liga-da a su correcta dimensión con relación al asoleamiento, y permiten el paso directo del viento sin ningún tipo de obstrucción.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
52
PérgolasLas pérgolas, son elementos lineales separados a una distancia determina-da, los cuales, sirven de control solar de luz y sombra, ya que también dejan pasar la luz entre cada uno de ellos.
Cuanto mayor sea la altura de cada elemento y menor sea la separación entre uno y otro, menor será el paso de la luz, y viceversa.
Las pérgolas, pueden servir tanto para crear sombra en las fachadas de los edificios, como para terrazas y espa-cios de transición
Para el cálculo de la sombra en los ele-mentos de pérgola, ver tema “A.3. Pro-yectando con el Sol en el Caribe - Es-tudio de Asoleamiento en Volúmenes”, dónde se analiza el ángulo solar con relación a la superficie de sombra.
ParasolesLas parasoles, son elementos vertica-les anexos a la fachada, separados a una distancia determinada, y al igual que las pérgolas, sirven de control so-lar de luz y sombra.
Estos elementos, se utilizan para la protección solar en fachadas que re-ciben el sol rasante pero no de forma perpendicular. Ya que sólo funcionan si el sol incide con un ángulo determi-nado en ellos. Si la fachada recibe el sol de forma perpendicular, entonces los parasoles, deben girarse y cerrar la fachada al sol.
Cuanto mayor sea el saliente de cada elemento y menor sea la separación entre uno y otro, menor será el paso de la luz, y viceversa.
Para el cálculo de la sombra en los ele-mentos de parasol, ver tema “A.3. Pro-yectando con el Sol en el Caribe - Es-tudio de Asoleamiento en Volúmenes”, dónde se analiza el ángulo solar con relación a la superficie de sombra.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
53
Persianas exterioresLas persianas exteriores, son elementos horizon-tales anexos a la fachada, separados a una distancia determinada, y al igual que los para-soles, sirven de control solar de luz y sombra.
Existen persianas exteriores de 2 tipos:+ Persianas Fijas+ Persianas Móviles Estos elementos, se utilizan para la protec-ción solar en fachadas orientadas a sur. Cada elemento de la persiana se diseña como un pequeño alero, considerando la distancia de abertura entre cada uno de ellos con relación a la dimensión, ver tema “A.3. Proyectando con el Sol en el Caribe - Estudio de Dimensión de Aleros”.
Las persianas móviles, requieren de mayor tec-nología que las fijas, pero éstas, también pue-den ser utilizadas en fachadas que reciben el sol rasante. Ya que pueden girarse y cerrarse completamente al sol. Los sistemas de mo-vilidad, pueden ser manuales, mecánicos o eléctricos.
Las persianas exteriores, al estar separadas de la fachada, generan una cámara abierta de aire. Estas, se dividen en dos partes generales, las lamas; que son los elementos que protegen el sol, y el bastidor, que es la estructura de la misma.
Las lamas pueden ser de un gran número de materiales, desde madera, aluminio, acero, cerámica, etc. El bastidor, también puede ser móvil de forma abatible o corredizo, para poderse adaptarse a cualquier hora del día y a la cantidad de sombra que se requiera.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
54
Cortinas exterioresLas cortinas exteriores, son elementos horizon-tales o verticales fabricados generalmente de material textil, los cuales se despliegan a los lar-go de la fachada.
Las cortinas exteriores, generalmente son enro-llables y también pueden ser de diferentes ma-teriales flexibles como puede ser el PVC. Estos elementos, se utilizan para la protección del sol rasante como puede ser la fachada oriente y poniente., y pueden estar directa-mente en la fachada o separado de ella en una terraza.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
55
LonariasLas lonarias, son elementos horizontales en forma de cubierta fabricados generalmente de material textil, y de elementos a tensión.
Las lonarias, pueden ser de forma regular y simple hasta de forma hiperbólica, con mu-chos puntos de tensión y anclajes tecnológi-cos. Estos elementos, se utilizan para la protección del sol cuando se encuentra en la parte alta del recorrido solar, y la sombra que produ-cen, está ligada directamente a su forma y su geometría.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
56
A.6. ILUMINACION NATURAL
Uno de los aspectos arquitectónicos que menos se tiene en cuenta en los plantea-mientos bioclimáticos es el de la iluminación natural. Sin embargo, las ventajas de este tipo de iluminación pueden ser significativas en cuanto al ahorro energético y a la calidad y confort del ambiente luminoso interior.
Iluminación Natural:1. Ahorro energético al reducir la dependen-cia del alumbrado artificial, del consumo de energía y de la contaminación generada en su producción.2. Confort y plasticidad del ambiente lumino-so interior, vinculado al diseño y concepción arquitectónica del espacio.
El objetivo energético de la luz natural es el de permitir que en el plano de trabajo se al-cancen los niveles de iluminancia suficientes con un grado de confort adecuado. Las pri-meras dificultades surgirán cuando haya que alcanzar puntos alejados de los perímetros y cuando la radiación directa provoque incon-fortabilidad por deslumbramiento.
Principios de Diseño
El punto de partida del diseño debe ser el aprovechamiento del mayor número de horas de luz natural (coincidentes con las de mayor actividad) en la mayor su-perficie del edificio posible, lo que para edificios de mucha profundidad exigirá el empleo de técnicas, diseños o dispositivos específicos.
Los criterios esenciales a la hora del diseño son:1. Alcanzar un nivel de iluminación suficiente en cualquiera de los planos de tra-bajo o actividad (ahorro de energía).2. Evitar reflejos que puedan provocar deslumbramiento y dificultar la tarea (me-jora de la eficacia laboral).3. Relacionar el ambiente interior con el exterior (función psicológica).
Para el primero de los planteamientos, el energético, la iluminación natural ópti-ma se obtiene cuando se consigue la máxima cuantía a lo largo del día. Es decir, aquella que provenga de los huecos de mayores dimensiones, con las propor-ciones más adecuadas para permitir una distribución más uniforme de la luz. A continuación, se mostrará gráficamente los niveles de luz que se consiguen en un espacio dependiendo de las aberturas.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
57
Ventanas:
Influencia de la proporción del hueco en la distribución de la luz en el interior de un local:
A. Huecos situados a media altura,B. Huecos situados en lo alto del cerramiento,
La proporción y forma del hueco tienen también gran importancia. Por ejemplo:. Un hueco alargado proporciona una iluminación más homogénea que una ba-tería de huecos puntuales,. Un hueco a media altura de la pared, proporciona buena iluminación en una mesa cerca de la misma, mientras que,. Un hueco en la parte alta de la pared iluminará mejor una mesa situada en el lado opuesto de la habitación,. Un hueco alto pero estrecho proporciona una distribución más uniforme en pro-fundidad que a lo ancho, mientras que,. Un hueco ancho, que ocupe todo el frente pero de altura reducida, distribuirá mejor la luz a lo ancho que en profundidad.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
58
Para el cálculo de la iluminación en el interior de los espacios, existen varios mé-todos, en este caso, se mostrará el método angular, que consiste en el trazo de ángulos de distribución de la luz con relación a la altura de las ventanas. Este método, nos sirve para saber la profundidad que alcanzará la luz en un espacio arquitectónico.
Puntos Particulares
Sombra de Fachada (F)
Línea de máximos (6F)
Sombra de Fondo (30º)
Como de puede ver, el límite de iluminación mínima, nos lo da el espesor del muro trazando una línea, del punto exterior del muro, al punto interior del mismo en diagonal a lo largo del hueco. Esto puede hacerse tanto en planta como en alzado.
El límite de iluminación máxima se encuentra trazando una línea a 30º del suelo al punto más alto en el exterior del hueco. Hay que tomar en cuenta que el plano de trabajo, se encuentra entre 70 y 80 cms de altura, por lo que esta línea de al-tura intersectará las líneas antes mencionadas para tener el límite de iluminación de trabajo.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
59
También se deben de tomar en cuenta los obstáculos exteriores, ya sean supe-riores o inferiores, ya que estos pueden modificar los ángulos de iluminación tal y como se ve en las gráficas siguientes.
Los obstáculos horizontales superiores, quitan más luz de la parte cercana a la ventana, por lo tanto, igualan la intensidad de la luz a lo largo del espacio.
Los obstáculos horizontales inferiores, quitan más luz de la parte lejana a la venta-na, por lo tanto, aumentan las desigualdades de intensidad de luz a lo largo del espacio.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
60
Sistemas de Conducción y Reflexión de Luz Solar
Existen varios tipos de sistemas para enviar la luz a zonas que estén más apartadas de las ventanas, entre ellos están:1. Sistemas de Reflectores o Bandejas de Luz2. Conductores Solares
Los Sistemas de Reflectores o Bandejas de Luz, son elementos de color reflectante que se disponen fuera de la ventana, para rebotar la luz exterior hacia el techo y que éste, la rebote hacia el fondo del local.
Es importante, tomar en cuenta, que como nos encontramos en un clima tropi-cal, lo último que se desea, es meter la radiación directa del sol dentro del es-pacio arquitectónico, ya que aumentaría la temperatura interior, por lo que estos sistemas pueden emplearse para la protección solar y al mismo tiempo, al tener una superficie de color reflejante en la parte superior del elemento, rebote de la luz indirectamente hacia el interior.
Los Conductores Solares, pueden uti-lizarse como estrategia para iluminar puntos profundos, tanto en horizontal, como locales de grandes dimensio-nes, como en vertical, como sótanos o semisótanos, tal y como se muestra en la gráfica lateral.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
61
Lucernarios
Si la iluminación, se planea introducir a través de un lucernario, hay que tener cuidado de no dejar pasar la luz direc-ta, diseñando el lucernario con ilumina-ción lateral en vez de vertical, ya que las superficies horizontales reciben la radia-ción solar durante todo el día, lo cual provocaría un sobre calentamiento del espacio.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
62
A.7. EFICIENCIA ENERGETICA
Los edificios se han acondicionado a lo largo de todos los tiempos mediante la aportación de energía, en ocasiones mediante procesos de combustión, en otras mediante la captación de las energías naturales, energía solar, ventilación, etc. En todas las situaciones a sido favorable conservarla durante el mayor tiempo posible; si un edificio pierde energía a un ritmo acelerado habrá que apartársela también a ese mismo ritmo para mantener las condiciones interiores de bienestar. Los edificios con alto grado de conservación son edificios poco consumistas, con pocas necesidades de energía y poco contaminantes.
Si la energía que se va a utilizar para el acondicionamiento es una energía reno-vable, aunque en este caso no se trate del precio o el coste de la misma, ya que es gratuita, la dificultad de captarla y la relativa escasez es tal, que la conserva-ción se convierte en más importante que en los edificios acondicionados conven-cionalmente. Por ello, es imprescindible cuidar particularmente el aislamiento de aquellos edificios que se pretendan proyectar con planteamientos bioclimáticos.
Los edificios conservarán o reducirán el ritmo de pérdidas de la energía que han captado o producido mediante el aislamiento. Para que sea eficaz, ese aisla-miento deberá aplicarse pensando inteligentemente en los mecanismos que uti-lizará la energía calorífica para transferirse hacia el exterior o el interior de la cons-trucción.
Edificio Sistemas UsuarioEficiencia Energética
Por estudio realizado - (x10) Variación
(x5) del Modelo (x2) Deducido
(x2.5)
1. Diseño del Edificio2. Diseño y eficiencia de servicios (sistemas)3. Comportamiento del Usuario
Dimensiones del consumo energético en Edificios
Tal y como se ve en la tabla anterior, la eficiencia energética de un edificio, depende del diseño del edificio, de la eficiencia de los sistemas y del usuario. A continuación, se analizarán cada uno de ellos.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
63
El Diseño del Edificio
En el diseño arquitectónico del edificio, en relación a la eficiencia energética, se deben de tomar en cuenta 2 zonas:
1. Las Zonas Pasivas: que son las zonas que se encuentran cerca de las fachadas con ventanas, su dimensión en planta es del doble de la altura del local, estas zo-nas, son las que tienen iluminación natural, ventilación natural y ganancias solares dependiendo de la orientación y la protección solar.
2. Las Zonas No Pasivas: que son las zonas restantes hacia el interior del edificio, estas, requieren de iluminación artificial, ventilación mecánica y/o aire acondicio-nado.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
64
Tal y como se pudo ver en los gráficos anteriores, cuanto más zonas pasivas y menos zonas no pasivas tengamos en un edificio, menor será el uso de energía utilizada para la iluminación y el confort térmico.
Diseño Bioclimático del EdificioEl diseño bioclimático del edificio, ayudará al confort adecuado con la utilización de las energías naturales renovables, lo que repre-sentará un ahorro y una eficiencia energéti-ca.
Minimización de Pérdidas Energéticas por TransmisiónSegún el principio de termodinámica, la energía calorífica, se manifiesta cuando se transmite entre dos sistemas con diferente temperatura, donde el sistema con tempe-ratura más elevada, cederá calor al sistema de temperatura más baja, elevando la tem-peratura de este último.
Ya que nos encontramos en un clima tropical, y la temperatura exterior es muy intensa a lo largo de todo el año, y la estrategia a seguir será el enfriamiento del espacio interior. Por lo tanto, tendremos 2 sistemas con diferente temperatura, y lo que hay que evitar es que el calor penetre en el interior.
El aislamiento térmico de los cerramientos, minimizará la transmisión del calor del exterior al interior, lo que representará un ahorro energético al minimizar el uso de sistemas de refrigeración, ya sean naturales o artificiales.
El Diseño Eficiente de los Sistemas
Los sistemas o instalaciones de un edificio, también tienen un rol fundamental en la eficiencia energética de un edificio, ya que utilizan directamente la energía que se consume. Cuanto más afinados estén los sistemas, menos energía innecesaria se consumirá.
Sistemas de IluminaciónEn el diseño de la iluminación artificial, se debe de diseñar en relación a la cantidad lumínica que se requiera según la actividad, y destinar sólo la cantidad lumínica necesaria dónde menos se requiera. Además del co-rrecto dimensionado de la luz artificial, se de-ben de utilizar focos ahorradores de energía.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
65
Sistemas de RefrigeraciónEn el diseño de la refrigeración artificial, se debe de procurar el uso de la ventilación mecánica por medio de ventiladores y ex-tractores, y cuando esto no cumpla los con factores de confort y de ser necesario, el aire acondicionado debe de ser diseñado ópti-mamente según el espacio de refrigeración y debe de tener integrado un sistema de termostato para garantizar el consumo ade-cuado de energía.
Sistemas HidráulicosLos sistemas hidráulicos, deben de ser dise-ñados por gravedad por medio de depósitos elevados, para evitar el uso innecesario de bombas de presión, además de que deben usarse muebles sanitarios y mezcladoras de ahorro de agua.
Sistemas Eléctricos y ElectrónicosLos sistemas eléctricos y electrónicos, deben de ser optimizados según su uso, además de que deben de utilizarse aparatos de bajo consumo y de buen rendimiento energético.
El Usuario en el la Eficiencia Energética
El usuario, es el que tiene la última palabra en la eficiencia energética del edificio, ya que se puede diseñar correctamente el edificio y los sistemas, pero si su utilización es incorrec-ta, no se tendrá un ahorro energético.
Un ejemplo de esto, puede ser un edificio diseñado para la refrigeración mediante la ventilación natural cruzada, y que el usuario, al no conocer el sistema, sólo abra la ventana de entrada y no la de salida, lo que provoca-rá un disconfort y su reacción será encender los sistemas de refrigeración mecánica y/o aire acondicionado, otro ejemplo puede ser el uso innecesario de la luz eléctrica, mientras no se encuentre en el espacio iluminado.
Es muy importante, que se promueva el co-rrecto uso de todos los sistemas que se han diseñado para un edificio, esto se puede ha-cer mediante manuales y un buen sistema de información y enseñanza para el usuario.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
66
Sistemas de Apoyo para el Correcto Uso de un EdificioExisten sistemas de apoyos que pueden ser utilizados para el correcto uso de las instala-ciones de un edificio, estos incluyen senso-res, que detectan tanto la presencia como el uso de los mismos. Estos sensores pueden controlar las instalaciones automáticamente y suspenderlas cuando no estén en uso.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
67
A.8. HERRAMIENTAS PARA EL DISEÑO BIOCLIMATICO
Además de los métodos tradicionales de cálculo, tablas y métodos geométricos para el diseño bioclimático de un edificio, existen 2 tipos de herramientas que nos pueden ayudar a comprobar y a diseñar los edificios y espacios arquitectónicos con relación al clima, estos son por medio de:
1. Maquetas o Modelos a Escala2. Software o Programas Asistidos por Ordenador
A través de estos métodos, se puede estudiar de forma tridimensional el edificio, y de como la iluminación y la ventilación natural interactua con ellos.
Modelos o Maquetas a Escala
Los modelos o maquetas a escala, son elementos tridimensionales construidos en cartón, madera o cualquier material manejable para representar el edificio y sus proporciones.
Estudio del AsoleamientoEl estudio del asoleamiento en una maqueta o modelo a escala, se realiza por medio de un sistema denominado heliodón, el cual está integrada por una gráfi-ca plana adherida a un cartón y un palillo o palito perpendicular, que dará som-bra sobre la gráfica, está sombra será provocada por el sol.
La gráfica consiste en la intersección de líneas rectas con curvas las cuales nos dan la hora del día y el mes del año. Esta gráfica tiene también un norte, el cual se debe orientar con el norte del modelo a escala.
El sistema funciona por medio de la interacción de la sombra con la gráfica, ya que esta hará de reloj solar dándonos la hora y la fecha exacta en la que el sol incide sobre el modelo a escala. Esta hora marcada en el heliodón, nos servirá para hacer el estudio de las sombras que se producen en el modelo.
Modeloa Escala
Heliodón
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
68
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
69
Estudio de la Iluminación InteriorEl estudio de la iluminación inte-rior, se realiza con un modelo a escala del espacio interior y de las aberturas, el modelo, es ex-puesto al exterior, con la ilumina-ción del sol.
El estudio se realiza por medio de una cara del espacio descubierta y si se requiere tomar fotografías. Esta cara, debe de estar tapada con una tela oscura para que no entre la iluminación por la ella y no afecte la iluminación interior.
Estudio de la VentilaciónEl estudio de la ventilación, se realiza con un modelo a escala del espacio interior y de las aberturas, el modelo, es introducido en un túnel de viento.
El túnel de viento, es construido por medio de 3 caras de cristal o acrílico, (2 la-terales y 1 superior), de modo que permanezca abierto en los extremos frontal y posterior. El modelo a escala, se coloca en el centro del túnel, mientras que en el extremo frontal, se coloca un cigarro encendido y un ventilador. El humo del cigarro, será impulsado por el viento producido por el ventilador mostrando la di-rección del viento.
El estudio se realiza por medio de una cara del espacio descubierta, ya sea la cubierta o una cara lateral. Esta cara, debe de estar tapada con una de las caras de cristal del túnel de viento, con el objetivo de observar como el humo de ciga-rro, impulsado por el viento reacciona en el interior del modelo.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
70
Túnel de Viento Modelo a Escala Humo y Viento Cigarro Ventilador
Software o Programas Asistidos por Ordenador
Los softwares o programas asistidos por ordenador, son herramientas muy preci-sas y visuales, gracias al avanzado mundo de la informática, en ellos se pueden hacer estudios en realidad virtual, representando lo que ocurriría en el mundo real. Al poder introducir modelos en tercera dimensión o 3D, se puede estudiar el edificio completamente, desde su entorno y medio ambiente, hasta su interior. A continuación, veremos las características de los programas más utilizados para el estudio bioclimático en arquitectura.
Meteotest - MeteonormEste software, está basado en 18 años de ex-periencia en desarrollo de bases de datos me-teorológicas para aplicaciones energéticas. Es una útil referencia, que incorpora datos de un catálogo meteorológico y procedimientos de cálculo, para aplicaciones solares y diseño de sistemas en cualquier parte del mundo. Meteo-norm, asiste a ingenieros, arquitectos, profeso-res, desarrolladores y a cualquiera interesado en la energía solar y la climatología.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
71
Square One - EcotectEste software, es de los más inovadores y amigables para el usuario, en cuestión de análisis de edificios que existen en el mercado. Incluye una interfase de modelado en 3D comple-tamente integrada con una amplia gama de análisis de rendi-miento y simulación. Lo que hace de este programa único, es el resultado visual del cálculo y el soporte de diseño arquitectó-nico tanto en fase conceptual o preliminar, como en fase final.
Los diseñadores pueden aprovechar esta herramienta, para generar información de eficiencia climática y energética, an-tes de tener la forma del edificio ya establecida, empezando por un análisis climático detallado para calcular el potencial efectivo de varias estrategias bioclimáticas de diseño, o para optimizar el uso de la energía solar, la luz y el viento en el diseño de cualquier proyecto, además de poner a prueba ideas y con-ceptos en volumetrías preliminares, antes de elaborar el diseño final. También es compatible con otros programas, ya que tiene la capacidad de importar geometría de otro tipo de archivos como el estándar .dxf.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
72
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
73
Discreet - 3ds MAX / Autodesk VIZEste software, es utilizado para crear de for-ma eficaz, modelos 3D de calidad profesio-nal, con una salida en imagen y animación fotorealista.
Este programa de realidad virtual, es una he-rramienta fundamental, para el estudio volu-métrico de cualquier proyecto, que va des-de el estudio de iluminación solar, simulando cualquier posición en el mundo, contem-plando cualquier entorno y emplazamiento, ya sea natural o artificial, hasta el estudio de los valores lumínicos de la iluminación artifi-cial en cualquier espacio arquitectónico. La interfase visual, hace que sea un programa amigable, dando opción a obtener resulta-dos desde fases preliminares, hasta fases de presentación final.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
74
Discreet - LightscapeEste software de realidad virtual, es utili-zado para crear imágenes de calidad fotorealista y estudios especializados de iluminación natural o artificial en espacios arquitectónicos interiores.
El programa utiliza valores estándar e internacionales de iluminación y ener-gía, con bases de datos reales sobre luminarias y propiedades de los mate-riales, para generar información sobre la cantidad de iluminación en luxes que recibe cada punto en el espacio arquitectónico.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
75
CHAM - PhoenicsEste software, proporciona una herra-mienta precisa, confiable, costo-efec-tiva y fácil de usar para simular muchas situaciones de movimiento de fluidos, calor o transferencia de masa, reac-ciones químicas y/o combustiones en equipamientos y medio ambiente.
La mayor utilidad de este programa en el ámbito de la arquitectura biocli-mática, es la capacidad que tiene de simulación de la ventilación, ya que se puede introducir un modelo 3D con las aberturas para el paso del viento, así como su dirección y poder com-probar si el espacio arquitectónico, ya sea interior o espacio urbano, tiene una correcta ventilación.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
76
B. BASES PARA EL PROYECTO CONSTRUCTIVO
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
77
B.1. EL COLOR Y LA TEXTURA DE LOS CERRAMIENTOS
Después de haber analizado las bases para el proyecto arquitectónico para lograr el confort en relación a los espacios en clima del Caribe, se deben analizar varios aspectos de los cerramientos para dar respuesta a la radiación solar.
En relación con la superficie exterior del cerramiento, o la cara expuesta al sol, se deben de tomar en cuenta las siguientes medidas:
Superficies Reflejantes Colores Claros Tejido Compacto
Con estas consideraciones en la cara expuesta directamente la radiación solar de los cerramientos, se logrará un coeficiente de absorción muy bajo, entre 0.10 y 0.20. Esto quiere decir que en una superficie opaca únicamente el 10% o el 20% de la radiación solar que incide sobre el cerramiento se transforma en calor, mien-tras que el resto se refleja. Sin embargo, una superficie oscura, próxima al negro, tiene una absortancia del orden del 0.95, lo que quiere decir que únicamente se refleja un 5%, y que el 95% restante se absorbe, convirtiéndose en calor y pene-trando parcialmente al interior. Ya que nos encontramos la mayor parte del año en situaciones calurosas y de alta radiación es, por lo tanto, muy recomendable el empleo de acabados claros, incluso blanco, reflejantes y compactos, frente a opciones de ladrillo o recubrimientos oscuros.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
78
B.2. SELECCION DE MATERIALES CONSTRUCTIVOS ADECUADOS
Además de poner en sombra y con buena ventilación los espacios arquitectó-nicos y de tomar en cuenta el acabado exterior de los muros, debemos de con-siderar el material constructivo de los cerramientos para evitar que el calor entre en el interior.
El calor puede entrar en el interior de un espacio arquitectónico de 2 formas, por radiación directa y por conductividad térmica. Habiendo analizado ya en temas anteriores como evitar la radiación directa en el interior, también se debe de evitar el paso del calor por conductividad térmica.
Conductividad TérmicaLa conductividad térmica, es la capacidad de propagación del calor que tiene un cuerpo, a través de sus moléculas. Los materiales que propagan fácilmente el calor, se denominan conductivos, y los materiales que evitan la propagación del calor se denominan aislantes.
Para evitar el paso del calor por conductividad térmica en un espacio arquitec-tónico, se deben de tomar en cuenta las propiedades de los distintos materiales de edificación, para saber cual es el más adecuado para la construcción de los cerramientos, ya que estos, son las zonas del edificio que están expuestos direc-tamente al sol.
Conductividad Térmica de MaterialesA continuación, se mostrará en forma de tabla, la capacidad o el coeficiente de conductividad térmica que ofrecen distintos materiales de edificación, que po-drían ser utilizados en cerramientos. Estos datos, están estipulados en la Norma Bá-sica de la Edificación NBE-CT-79, sobre las condiciones térmicas de los edificios.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
79
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
80
Los datos de conductividad térmica de cada material, nos servirán para tomar decisiones en el momento del planeamiento de la edificación, ya que necesi-tamos evitar el paso del calor al interior, se deberán utilizar materiales con baja conductividad térmica, o en su defecto, dotar a los cerramientos de una capa de material aislante.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
81
B.3. MATERIALES AISLANTES TERMICOS
Desde el punto de vista de la transmisión de calor y el consumo de energía, el material más significativo de un cerramiento es el aislante térmico. Se pueden considerar soluciones constructivas aislantes aquellas que empleen materiales con una conductividad térmica de menos de 0.10 W/m∙C°. Sin embargo, la inmensa mayoría de los materiales aislantes específicos no superan los 0.06 W/m∙C°.
Por todo ello, la influencia del material aislante sobre el coeficiente de transmisión de calor es enorme. Un muro constituido por medio pie de ladrillo macizo, suficien-te para que actúe como cerramiento estructural, tiene un U de 3.25 W/m∙C°. Un muro de 60 cms de piedra compacta tiene un U de 2.93 W/m∙C°; ambos valores son muy malos desde el punto de vista térmico.
Si al primero de ellos le añadimos 5 cm de un material aislante convencional y lo protegemos con un tabique hueco sencillo, el valor U habrá bajado hasta 0.60 W/m∙C°. Esto representa una reducción de las pérdidas de energía a través de este cerramiento de 81%.
En la actualidad existe en el mercado una gran variedad de materiales aislantes. A pesar de existir entre ellos claras diferencias, comparten el factor más determi-nante de sus características, la baja conductividad térmica, y entre cada uno de ellos, el valor térmico varía en el orden de las milésimas de unidad. Sin embargo, los materiales aislantes tienen notables diferencias, no sólo en lo relativo a su ori-gen, sino también en cuanto a su forma física.
Clasificación de los Materiales Aislantes por su Origen
+ Materiales de Origen Sintético+ Materiales de Origen Mineral+ Materiales de Origen Vegetal
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
82
Aplicación de los Materiales Aislantes según su Forma
+ Panel Rígido Para cerramientos verticales u horizontales+ Panel Flexible Para superficies irregulares+ Manta Flexible Para cerramientos horizontales+ Inyección o Relleno En cámaras de aire+ Proyección Sobre superficies irregulares o techos+ Coquilla Para tuberías+ Aditivo Para morteros+ Bloques Estructurales Para muros y forjados
Factores Ecológicos y Medio Ambientales
Si bien la totalidad de los aislantes térmicos reúnen cualidades térmicas más que suficientes, desde el punto de vista medioambiental no son iguales. El análisis de ciclo de vida de los materiales nos indica la energía, la contaminación o los con-sumos vinculada a todo su ciclo vital. A pesar de que todos los aislantes sirven para conservar la energía, unos habrán precisado más energía en su fabricación que otros. Si bien el objetivo de todos ellos, al conservar la energía y reducir los consumos, es reducir la contaminación, algunos contaminan más que otros en sus procesos de fabricación y a lo largo de su vida útil. Por ello y por su diferente grado de reciclabilidad, desde el punto de vista medioambiental no todos pue-den tener la misma consideración.
Espuma de PoliuretanoLa materia prima es el petróleo. Se obtiene de la polimeración del isocianato (al-tamente dañino para el ser humano) y del poliol. Como agente espumante utiliza un HCFC (dañino para la capa de ozono), diclorometano (peligroso para las per-sonas que lo manipulan) o CO2 (causante del efecto invernadero). Es un material no recomendado si utiliza HCFC. No admite el reciclado. Consumo de energía primaria 70 MJ/kg.
Poliestireno ExpandidoLa materia prima es el petróleo. Se obtiene de la polimerización del petano y del estireno. Como agente hinchante utiliza el agua. Admite el reciclado, aunque aún no se ha experimentado. Consumo de energía primaria 90 MJ/kg.
Poliestireno ExtruidoLa materia prima es el petróleo. Se obtiene de la polimerización del pentano y del estireno. Como agente espumante utiliza un HCFC (dañino para la capa de ozono) o CO2 (causante del efecto invernadero). Precisa de más energía en su fa-bricación que el poliestireno expandido. Es un material no recomendado si utiliza HCFC. Admite el reciclado, aunque aún no se ha experimentado. Consumo de energía primaria 100 MJ/kg.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
83
Lana de VidrioLas materias primas son arenas silíceas, cuarcitas y calizas. El impacto medioam-biental radica en la energía necesaria para la fusión, y la presencia ocasional de plomo o sosa cáustica. En la fusión se libera SO2, y en el hilado fenol, formaldehído y amonio (aunque en procesos cerrados controlados). Mala degradación natural pero reciclado posible. Consumo de energía primaria 30 MJ/kg.
Lana de RocaLas materias primas son rocas basálticas y escorias de alto horno. El impacto medioambiental radica en la energía necesaria para la fusión. El aglutinante, a diferencia de las lanas de vidrio, es un aceite mineral, menos problemático. Mala degradación natural pero reciclado posible. Consumo de energía primaria 30 MJ/kg.
Vidrio CelularLa materia prima del vidrio celular o espuma de vidrio es la misma empleada en la fabricación de vidrios convencionales, con la inclusión de un agente espuman-te. El impacto medioambiental radica en la energía necesaria para la fusión, y la presencia ocasional de plomo o sosa cáustica. En la fusión se libera SO2. Se pue-de reciclar. Consumo de energía primaria 20 MJ/kg.
Hormigón AligeradoEl producto es un hormigón con arcilla expandida u otro aligerante como árido. Su impacto medioambiental en menos que en los hormigones convencionales al sustituirse la grava (de gran impacto ambiental) por arcilla expandida. Consumo de energía primaria 1 MJ/kg.
Arcilla AislanteEs un producto obtenido de la cocción de tierras arcillosas a las que se añade cáscara de cereal. Su impacto medioambiental se reduce a la energía de su cocción. Su trituración final podría convertirlo en reutilizable, pero no es reciclable. Consumo de energía primaria 4 MJ/kg.
Fibra de MaderaEs un producto obtenido de la amalgama de viruta de madera con cemento. La madera es un material renovable, cuya explotación puede llevarse a cabo de for-ma sostenible. Por otro lado, la viruta es un material residual resultado de la explo-tación maderera. El coste energético es bajo. Su trituración final podría convertirlo en reutilizable. Consumo de energía primaria 14 MJ/kg.
Corcho Negro AglomeradoEs una sustancia renovable, cuya materia prima es la corteza de los alcornoques. Su contenido energético es muy bajo, ya que se aglomera utilizando sus propias resinas naturales en presencia de vapor. La degradación natural es muy buena y se puede incinerar sin desprender sustancias nocivas.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
84
B.4. LOS CERRAMIENTOS VENTILADOS
Como complemento o alternativa de los colores del acabado exterior están los cerramientos ventilados. De esta forma, el calor que es absorbido por la capa ex-terior del cerramiento, es eliminado por la ventilación y crea un cerramiento interior sombreado.
Los cerramientos ventilados, son cerramientos de doble piel y una cámara abier-ta de aire. De tal forma, que si el cerramiento se ventila suficientemente, el calor generado en su interior, al absorber el elemento de cobertura la radiación solar se diluye con el aire exterior alcanzándose en la cámara una temperatura similar a la del ambiente exterior. Para que esto sea posible, son necesarios unos caudales de aire suficientes y, por tanto, unos huecos de ventilación amplios.
Para no perder el efecto aislante de la piel exterior, que ha pasado a convertirse en un elemento que evita que la radiación solar de directamente sobre la piel interior al mismo tiempo que deja pasar el aire entre ellos, es necesario incorporar suficiente aislamiento térmico entre la cámara de aire y la piel interior. El aislamien-to, a pesar de no ser lo más adecuado contra la radiación solar, sí lo es contra la onda de calor que tiende a penetrar por conducción.
Los cerramientos ventilados, por su tipología se pueden dividir en:+ Fachadas Ventiladas+ Cubiertas Ventiladas
La Fachada Ventilada
La cámara de aire de las fachadas ventiladas, trabaja muy bien evacuando el calor, ya que el aire que se calienta en su interior, al tener la cámara abierta, tien-de a subir por diferencia de temperatura saliendo por la zona superior de la cáma-ra, dejando paso a un aire más fresco que entra por la zona inferior de la misma.
Piel Exterior
Cámara Ventilada
Aislamiento
Piel Interior
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
85
La Cubierta Ventilada
La cámara de aire de la cubierta ventilada, trabaja similar a la de la fachada ventilada, si la cubierta tiene pendiente, el aire caliente de la cámara tenderá a subir por diferencia de temperatura disipando el calor del cerramiento hacia el exterior.
Si la cubierta es plana, la cámara debe dejarse aún más amplia, ya que es nece-sario captar más viento para el movimiento del calor al extremo opuesto, donde éste, por diferencia de presión saldrá impulsado al exterior.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
86
B.5. ELEMENTOS DE PROTECCION SOLAR DE BAJA TECNOLOGIA
Los elementos de control solar, en países de primer mundo, están muy desarro-llados, al tener la tecnología de punta y más recursos económicos, pueden tener dispositivos mecánicos y eléctricos, que controlen su movimiento a lo largo del día y dependiendo de la orientación.
Más sin embargo, tomando en cuenta que en la gran mayoría de paises del Caribe, no se cuentan con grandes recursos económicos para la edificación, y se tiene mayor necesidad de ahorro energético para la reducción de gastos de consumo, a continuación, se mostrará un ejemplo de como con elementos muy simples y sin el uso de la tecnología de punta, se pueden tomar medidas arqui-tectónicas para evitar la radiación solar en espacios interiores.
Alero de Hormigón Armado
Tubo con Rondana Plana
Tablón de Madera o Aluminio
Cable a Tensión
Remate de Rondana Plana
Persiana colgada del Alero Bandeja de Luz
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
87
B.6. CUBIERTA VEGETAL O AJARDINADA
La cubierta vegetal o ajardinada es una cubierta convencional con la adición de un substrato de plantas. Ese tipo de cubierta es preferentemente plana pero se ha aplicado también en cubiertas inclinadas. La combinación de construcción con vegetación ha sido una constante a lo largo de la historia de la arquitectura; las descripciones más antiguas son originarias de Egipto y Persia, y datan del 2600 a.C.
Desde ese momento hasta nuestros días, han aparecido notables ejemplos de cubiertas verde, tanto en la arquitectura popular como en la arquitectura culta. Le Corbusier fue uno de los arquitectos contemporáneos que construyó regularmen-te edificios con cubiertas ajardinadas.
Las cubiertas ajardinadas según su espesor del substrato, el tipo de vegetación y el mantenimiento y pueden ser de 2 tipos:+ Cubierta Ajardinada Extensiva+ Cubierta Ajardinada Intensiva
Cubierta Ajardinada Extensiva
La cubierta ajardinada extensiva tiene una capa vegetal de poco espesor, ha-bitualmente menor de 10 cm, con plantas autóctonas de bajo porte, en las que el abastecimiento de agua y de nutrientes se efectúa por procesos naturales. Su mantenimiento es nulo o muy escaso.
Cubierta Ajardinada Intensiva
La cubierta ajardinada intensiva tiene un substrato de mayor espesor )mayor de 20 cm, con plantas, árboles y arbustos de mayor altura con mantenimiento típico de cualquier jardín.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
88
Materiales de la Cubierta Ajardinada
La consideración constructiva más importante a la hora de incorporar la vege-tación sobre la cubierta, es proteger la integridad de la cubierta y la estructura que se encuentra bajo el jardín. El gran problema que acarreaban las cubiertas vegetales iniciales era la perforación de la lámina impermeabilizante por las raíces de las plantas y las goteras que se originaban por esta causa. La evolución en el campo de la construcción y de la industria química trajo consigo la fabricación de impermeabilizantes y membranas antiraíces.
Una cubierta ajardinada se compone de las siguientes capas:1. Las especies vegetales que mejor se adapten a las condiciones del clima2. Un substrato, que puede ser orgánico (corteza de pino), inorgánico (arcilla ex-pandida) o mixto. Su misión será retener la humedad y nutrientes, y drenar el agua excedente.3. Un fieltro geotextil con la función de impedir el paso de los finos del substrato.4. Una capa de drenaje que elimine el exceso de agua de lluvia de la cubierta y evite la pudrición de las raíces.5. Un aislante térmico, si las condiciones locales lo exigen.6. Una protección antiraíces, que impida la penetración de las raíces en el forjado y garantice la ifoneidad del sistema de cubierta.7. Una lámina de impermeabilización.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
89
Ventajas de la Cubierta Ajardinada
La gran ventaja de la cubierta ajardinada, es que en condiciones de calor, puede ser usada como estrategia de aislamiento para prevenir el sobrecalentamiento de carácter solar que puede alcanzarse a través de la cubierta.
En una capa vegetal expuesta al sol, e intercambiando energía y substancias con el medio que le rodea, ocurren procesos que se relacionan fundamentalmente con la absortancia, reflectancia y transmitancia de las hojas. Estos parámetros asumen distintos valores en función de su color, y su estructura biológica. La capa exterior de hojas juega un papel de protección solar, ya que cuanto más clara y brillante sea la superficie de la hoja tanto mayor será la reflexión de la radiación incidente.
Además del factor de aislamiento y protección solar en la cubierta, también tiene una serie de beneficios medio ambientales, éstos, se exponen a continuación:
+ Ventajas para el clima de la ciudad y de la región, al retener el polvo y otras substancias contaminantes. Las plantas filtran las partículas de aire, produciendo al tiempo oxígeno. La atmósfera se limpia de substancias y gases de efecto inver-nadero y la temperatura exterior no se incrementa.
+ Se obtiene espacio útil al contar con una gran superficie ajardinada. Con la construcción de una cubierta ajardinada se aumenta la superficie verde de las ciudades y se repone la vegetación ocupada por la construcción del edificio.
+ Las ciudades están bajo la influencia de todo tipo de ruidos. En la cubierta ajardinada, tanto las plantas como el substrato actúan como buenos absorbentes acústicos, reduciendo el ruido ambiente.
+ La cubierta ajardinada, protege la lamina de impermeabilización de la radia-ción solar de los cambios bruscos de temperatura y de los esfuerzos mecánicos.
+ Las plantas retienen parte del agua de lluvia que llega a la cubierta. Eso mejora el desagüe pluvial del edificio, disminuyendo el flujo de agua superficial sobre la cubierta y reduciendo el caudal de agua que soportan las canalizaciones urba-nas. Con esto, también se reduce los costes de depuración de aguas residuales y se minimiza los riesgos de inundación, devolviendo el agua de lluvia al ciclo natural.
+Dado que, desafortunadamente, las superficies verdes en los centros urbanos desaparecen por el crecimiento, la implantación de cubiertas ajardinadas repon-drían la situación original.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
90
C. ESTRATEGIAS DE SOSTENIBILIDAD
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
91
C.1. CRITERIOS GENERALES
Según la Comisión Brundtland, se considera un edificio sostenible, cuando “es capaz de satisfacer sus necesidades del presente sin comprometer la posibilidad de que las futuras generaciones satisfagan las suyas”. El alcance del desarrollo sostenible, tiene tres dimensiones: la sostenibilidad medioambiental, económica y social.
Norman Foster define la arquitectura sostenible, como la creación de edificios “que sean eficientes en cuanto al consumo de energía, saludables, có-modos, flexibles en el uso y diseñados para tener una larga vida útil”.
La Building Services Research and Information Asso-ciation (Asociación para la Información e Investiga-ción sobre las Instalaciones de los Edificios, BSRIA) ha definido la construcción sostenible como “la creación y gestión de edificios saludables basados en princi-pios ecológicos y en el uso eficiente de los recursos”.
El papel que desempeñan los edificios y las ciudades es fundamental para la consecución del desarrollo sostenible. La vida útil de los edificios es larga y la de las ciudades aún más. A continuación se detalla la vida útil media de los diferen-tes elementos de arquitectura:+ Instalaciones 20 años+ Edificios 50+ años+ Infraestructuras (carreteras y ferrocarriles) 100+ años+ Ciudades 500+ años
Los edificios también son grandes consumidores de materias primas. El capital medioambiental invertido en ellos es enorme:
Materiales: el 50% de todos los recursos mundiales se destinan a la construcción.
Energía: el 45% de la energía generada se utiliza para calentar, iluminar y ventilar edificios y el 5% para construirlos.
Agua: el 40% del agua utilizada en el mundo se destina a abastecer las instala-ciones sanitarias y otros usos en los edificios.
Tierra: el 60% de la mejor tierra cultivable que deja de utilizarse para la agricultura se utiliza para la construcción
Madera: el 70% de los productos madereros mundiales se dedican a la construc-ción de edificios.
Después de haber visto la cantidad de recursos que se utilizan en la edificación, hay que ir considerando la capacidad y el tiempo que tiene el planeta para abas-tecerlos, ya que si se explota de forma desmesurada, el futuro puede ser incierto.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
92
A continuación, se muestra en forma de tabla, las diferentes fuentes de energía que existen en la naturaleza:
La energía no renovable, es la energía que se utiliza mayormente como recurso, más sin embargo este tipo de energía, afecta al medio y llegará el día en el que ya no esté disponible, trayendo consigo daños irreversibles en el planeta. Una forma de utilizar la energía sin que afecte el medio y a futuras generaciones, es utilizando energía renovable.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
93
C.2. APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA NATURAL RENOVABLE
La energía renovable puede sustituir a los combustibles fósiles en la calefacción, refrigeración o ventilación de los edificios. Las principales fuentes de energía re-novables en arquitectura son las energías solar, eólica y geotérmica. A gran es-cala, disponemos de la energía de la olas, las corrientes de agua o las mareas, aún suficientemente aprovechada. El fácil acceso a los combustibles fósiles ha desincentivado un mayor desarrollo de la energía renovable en el ámbito de la arquitectura y el urbanismo.
Hasta hace poco, la existencia de reservas hasta cierto punto aseguradas a largo pla-zo )entre 40 y 200 años, dependiendo del tipo de combustible fósil), impuestos bajos y un coste asequible había sembrado la complacencia entre clientes y promotores. La amenaza del calentamiento global ha desplazado ahora la atención hacia las fuentes de energía renovable, baratas, in-fraexplotadas y accesibles.
En teoría, la energía renovable podría sa-tisfacer las necesidades energéticas de la humanidad. El sol proporciona un flujo de energía muy superior al consumo humano. El problema reside en como distribuir, al-macenar, transformar y utilizar esta energía solar de forma que sea útil para calentar edificios, impulsar maquinaria y realizar las innumerables tareas que ahora se realizan mediante combustibles fósiles.
La energía renovable puede emplearse en edificios de distintos modos. Puede:+ Extraerse en otro lugar y distribuirse a través de canales convencionales+ Extraerse en o cerca del lugar donde está ubicado el edificio+ Extraerse a través de la propia construcción del edificio.
Para aprovechar estas estrategias, es importante tener presentes las posibles fuen-tes de energía renovable en una fase temprana de proyecto. A continuación, se presentan una serie de recursos y energías, que pueden ser utilizadas en la edifi-cación:
+ Aprovechamiento de la Energía Solar Fotovoltaica+ Aprovechamiento de la Energía Solar Térmica+ Aprovechamiento de la Energía Eólica+ Aprovechamiento de Aguas Usadas y de Escorrentía
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
94
C.3. APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
La energía solar fotovoltaica es la energía eléctrica que se obtiene directamente del sol. El sola es una fuente de energía gratuita e inagotable, y su utilización no produce emisiones de gases de efecto invernadero.
Mediante unos paneles fotovoltaicos, podemos producir electricidad duran-te el día, almacenarla y consumirla posteriormente.
La instalación fotovoltaica está com-puesta por un grupo generador, for-mado por una extensión de paneles solares fotovoltaicos, un regulador de carga, un grupo acumulador y un in-versor.
Durante las horas de insolación, los paneles fotovoltaicos producen energía eléc-trica en forma de corriente continua que es almacenada en los acumuladores. En los momentos de consumo energético, los acumuladores suministran ésta red, te-niendo que ser transformada en corriente alterna por el inversor, a los receptores.
Componentes de una Instalación Fotovoltaica
Panel Solar FotovoltaicoEs el encargado de transformar la energía que nos llega del sol en energía eléc-trica. Para ello se basa en el efecto fotoeléctrico, y necesita que los rayos del sol incidan perpendicularmente en su superficie.
Regulador de CargaSu función principal es la de proteger a los acumuladores de una sobrecarga cuando éstos están totalmente cargados. También los protegen de una sobredes-carga, ya que cuando están muy descargados, ceder un poco de carga significa un daño irreparable.
AcumuladorAlmacena energía eléctrica que, como las baterías de un coche, puede devolver cuando el usuario lo requiera.
InversorSu finalidad es la de transformar la corriente continua proveniente de los acumu-ladores en corriente alterna para el uso doméstico.
El Efecto Fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico es el que permite la conversión directa de los rayos del sol (luz) en electricidad. Cuando los rayos del sol inciden en una superficie receptora, normalmente de silicio, en ella se genera una diferencia de potencial (voltaje) que puede ser aprovechado conectando unos electrodos adecuadamente.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
95
Tipos de Paneles Fotovoltaicos+ Monocristalino+ Policristalino+ Amorfo
Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas
Existen 3 tipos de instalaciones fotovoltaicas:
Instalaciones conectadas a red: Vender la electricidad a la red es la mejor forma de amortizar una instalación fotovoltaica y obtener beneficio
Instalaciones Aisladas o de Consumo Propio: Electrificación de viviendas sin ac-ceso a red. Cuando la red eléctrica no llega a una vivienda, la forma más eco-nómica, rentable y respetuosa con el medioambiente de generar electricidad es utilizando energía solar fotovoltaica.
Instalaciones Mixtas: Es cuando se tiene una instalación fotovoltaica conectada a red y además con baterías de consumo propio.
Instalaciones Conectadas a RedLa finalidad de conectar a la red eléctrica una instalación fotovoltaica es poder vender toda la producción para que, progresivamente, el porcentaje de energía limpia que se consume de la red vaya ampliándose.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
96
Conectando una instalación fotovoltaica a la red eléctrica convencional conse-guimos convertirla en una pequeña central productora. El gobierno, dependiendo de cada país, y en la Unión Europea, obliga a las grandes compañías eléctricas a comprar la energía producida y a distribuirla en el mercado. Así se consigue que los usuarios puedan consumir de la red una parte de energía que proviene de fuentes renovables.
En estos casos, el precio de venta de la energía producida está subvencionado y llega hasta 5.75 veces el precio de compra base. Así, el propietario de la instala-ción puede amortizar mucho más rápido la inversión y tener beneficios.
En estos países, el precio de compra de la energía eléctrica producida depende de la potencia de la instalación:
Potencia No Superior a 100 kWp: Precio de venta 5.75 veces el precio de compra. El kW queda a 0.41€
Potencia Superior a 100 kWp: Precio de venta 3 veces el precio de compra. El kW queda a 0.21€
Cabe mencionar que una instalación de 100 kWp tiene una superficie equivalen-te de 813 m2 de paneles solares fotovoltaicos.
A continuación, y a manera de tener una referencia económica del coste de una instalación fotovoltaica de conexión a red, se desglosan 2 presupuestos de la empresa “Soliclima, Energía Solar”, de instalaciones de 100 kWp y de 4.5 kWp.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
97
Inversión SubvencionadaEn España, el Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE) otorga ayudas a fondo perdido de hasta un 20% del presupuesto de la instalación para particulares. Además, conjuntamente con el Instituto Oficial de Crédito, ofrecen financiación bonificada (interés nominal dos puntos por debajo del interés banca-rio) de hasta el 70% del presupuesto de la instalación. Además de que también se otorgan subvenciones de organismo de administraciones Municipales, Autonó-micas y Comunitarias.
Instalaciones Aisladas o de Consumo Propio
En viviendas rurales o refugios aislados donde no llega la red de distribución eléc-trica se tiene que recurrir a un sistema de producción autónomo.
Un sistema fotovoltaico completa, con gran capacidad de acumulación, garan-tiza un suministro fiable hasta tres días con ausencia de sol, y con una inversión mucho inferior al coste de hacer llegar a la red eléctrica al emplazamiento.
Para conseguir un suministro de corriente absolutamente fiable, puede incorpo-rarse al sistema un grupo electrógeno de apoyo. Así se garantiza que, en el caso de los acumuladores se queden sin energía, el sistema pueda seguir suministran-do electricidad.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
98
A continuación, y a manera de tener una referencia económica del coste de una instalación fotovoltaica aislada, se desglosa un presupuesto de la empresa “Soliclima, Energía Solar”, de instalación de 1.2 kWp.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
99
Cálculo de Instalaciones Fotovoltaicas
Para el cálculo de la instalación fotovoltaica, se necesita saber 3 factores:+ La Demanda de Uso Eléctrico+ La Superficie de los Paneles+ La Capacidad de Acumulación
1. Cálculo de la Demanda de Uso Eléctrico
Para el cálculo del consumo, se deben saber la potencia de los aparatos a utilizar-se, a manera de tabla, se desglosan a continuación los más utilizados:
DESCRIPCION WATTSRefrigeración. Auto Defrost 22 pie cu (Uso normal de 14.4 hr por día) . Refrigerador Sufrost 12 pie cu (Uso normal aprox. 6-9 hr por día)
49058
Bombeo de Agua. AC Jet Pump, 165 gal por día (20 pie de profundidad). DC Flojet Pump para presurizar sistema local (1-2 hr por día) . Bomba económica sumergible (Uso típico es 6 hr por día)
5006050
Entretenimiento/Teléfonos. TV (25 pulg. color) . TV (19 pulg. color) . Sistema de Satélite, disco de 12 pie (Auto orientación/control remoto). Vídeo Cassetera . Disco Láser . Estéreo (Volumen promedio) . Teléfono Celular . Radio teléfono (Uso promedio solamente)
13060453030152410
Equipamiento General. Lámpara fluorescente típica (Equivalente a 60 watt) . Bujía Incandescente de brillo de 60 watt . Reloj Eléctrico . Radio Reloj . Plancha . Lavadora de Ropa . Secadora (gas) . Equipo de Vacío
1560
45
1500450250750
Aparatos de Cocina. Lavadora de Platos . Compactador de Basura . Abridor de Latas (Eléctrico) . Microondas . Ventilador . Cafetera (Percolador) . Procesador de Comida . Tostadora
15001500
100750
35120012001200
Oficina. Computadora/Printer/Monitor/Módem . Borrador Eléctrico . Máquina de Escribir . Sacapuntas Eléctrico
80100200100
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
100
DESCRIPCION WATTSHigiene. Secadora de Pelo . Enrrolladora de Pelo . Ducha
1500750750
Herramientas. Sierra de Banco Eléctrica AC 2 HP . Pulidora AC ½ HP . Taladro AC 1/8 HP
2250600120
El cálculo de la demanda de uso eléctrico, debe hacer en Wh / día, para eso, debe de hacerse de la siguiente forma:
CANTIDAD EQUIPO POTENCIA (W)
POTENCIA (W) SUBTOTAL
HORAS / USO AL DIA
ENERGIA Wh
A B C D = ( A x C ) E F = ( D x E )4 Lámparas
Fluorescentes15 60 4 240
1 TV (19” color) 60 60 2 1201 Ventilador 35 35 5 175
TOTAL = Wh / Día 235
2. Cálculo de la Superficie y Número de los Paneles
A) Porcentaje de Cobertura total Wh / Día con Paneles Fotovoltaicos - Normalmente 100%
B) Cálculo de la Energía* (con Coeficiente de Minoración de Rendimiento) - Normalmente la eficiencia del sistema es del 85% - Debido a la pérdida de energía en el proceso, como lo es: la eficiencia de convertidores, calentamiento en baterías, cables, etc. Por esta razón, la energía de demanda debe considerar esta pérdida para un calculo más real.
Energía* = Energía de Demanda x 100 / 85 Wh / Día* = (Wh / Día) x 100 / 85
B) Cálculo de Número de Paneles - Aportación de Energía del Panel x Hrs de Sol / Día - Ejemplo: Un Panel de 100 Wp (Watts Pico) x 3.5 Hrs de Sol / Día Produce una Energía de 350 Wh / Día
Número de Paneles = Energía* / Producción del Panel
C) Calculo de la Superficie de Paneles Fotovoltaicos según Fabricante - Superficie del Modelo A-100 (100 Wp): 1 m2
Superficie = Número de Paneles x m2 de cada Panel
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
101
3. Cálculo de Baterías y Capacidad de Acumulación
A) Capacidad de Acumulación de las Baterías en Ampéres (Ah)
Acumulación = Energía Requerida / Tensión del SistemaAh = Wh / Día / 12 V
B) Numero de Baterías
Número de Baterías = Acumulación / Capacidad de 1 Batería Número de Baterías = Ah / 100 Ah
B) Reserva de Garantía
1 Días de Reserva de Garantía = Número de Baterías * 22 Días de Reserva de Garantía = Número de Baterías * 3
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
102
C.4. APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA SOLAR TERMICA
La energía solar térmica se basa en un principio muy simple: aprovechar el calor de los rayos del sol para calentar en líquido. Para conseguirlo se utilizan captado-res solares, que no tienen nada en común con los paneles fotovoltaicos. Un cap-tador solar está formado por una especie encarada al sol que absorbe sus rayos para calentarse. Este calor es transmitido a un fluido interno anticongelante que calentará, posteriormente, un depósito con agua.
Mediante este proceso, se utiliza una fuente de energía alternativa para conse-guir calor y se reduce el consumo de los escasos y contaminantes combustibles fósiles.
Los sistemas más usuales son los de baja temperatura, con los que se consigue agua caliente de 80 a 100ºC.
Componentes de una Instalación Solar Térmica
Captadores Solares Planos: Los captadores solares más comunes son los denomi-nados planos. Están constituidos por una placa absorbente, que debe ser oscura para tener el máximo índice de absorción y el mínimo de reflexión, esto es, apro-vechar al máximo la energía de los rayos del sol y minimizar las pérdidas.
Soldado a la placa, un serpentín de tubos de cobre se calienta con el calor que le transmite la placa y que, seguidamente, calienta el líquido que fluye por su interior. Estos elementos están protegidos por un cristal muy resistente para soportar una buena granizada, y con bajo contenido en hierro para tener el máximo índice de transparencia (menores pérdidas por re-flexión y absorción).
Todo el conjunto es perfectamente aislado, con poliuretano o fibra de vidrio, para reducir al máximo las pérdidas. Cabe mencionar que el fluido que circula por dentro del serpentín es anticongelante y no agua, como podría parecer, prote-giendo así al captador de posibles heladas.
Captadores Solares de Tubos de Vacío: Los captadores solares de vacío incluyen una innovación: se ha hecho el vacío en el espacio que queda entre el cristal protector y la superficie absorbente. Con este cambio se consigue eliminar las pérdidas por convección interna, ya que internamente no hay aire que pueda transferirlas, y aumentar así la temperatura de trabajo y el rendimiento.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
103
La forma de estos captadores ya no es plana, sino cilíndrica, ya que permite efec-tuar mejor el vacío en su interior. Además, los colectores de tubos de vacío permi-ten la integración de concentradores ci-líndrico-parabólicos (CPC) con lo que se consigue mejorar el rendimiento durante las estaciones en que los rayos solares no inciden en el ángulo óptimo.
También permiten adaptarse mejor a aquellos casos en que no pueden colo-carse a la inclinación y dirección óptimas, donde los paneles planos tendrían muy poco rendimiento.
Esta propiedad hace que los captadores de tubo vacío CPC puedan integrarse perfectamente a la arquitectura.
Captador Solar Termosifórico: Si se quiere ahorrar al máximo en la producción de agua caliente sanitaria, los equipos termosifóricos no consumen energía eléctrica, ya que funcionan sin bomba.
Esta capacidad ayuda a disminuir el consumo energético de una vivienda y con-vierte a los equipos en autónomos: siguen funcionando aunque el sistema eléc-trico falle.
El hecho de ser autónomos hace muy atractiva su aplicación en aquellos lugares remotos dónde no llega la red eléctrica. Así, se puede producir agua caliente aunque el grupo generador eléctrico esté desconectado.
Los equipos termosifóricos funcionan por gravedad. El sol calienta el fluido que está en su interior, éste aumenta de temperatura disminuyendo su densidad y fluye hacia la parte superior, dejando que el fluido más frío ocupe su lugar para calentarse.
Acumuladores de Agua Caliente: Los acumuladores de agua caliente son un ele-mento clave en la instalación solar térmica, ya que permiten almacenar el agua calentada durante el día para ser consumida cuando convenga. Gracias a ellos se puede disponer de agua caliente durante las 24h del día, y por eso tienen que estar muy bien aislados.
Un acumulador está formado por un depósito con un serpentín en el interior, por el que circula el fluido caliente que procede de los captadores solares y que cede el calor al agua que lo rodea, y perfectamente aislado con espuma dura y poliestireno.
Otra conformación de los acumuladores es el doble envolvente, un depósito dentro de otro. En el interior se aloja el agua a calentar y por el exterior circula el fluido caliente procedente de los captadores solares. De esta forma se obtiene una mayor superficie de contacto.
La capacidad de los acumuladores dependerá del consumo de agua caliente y de si se utiliza para calefacción o no.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
104
Tipos de Instalaciones Solares Térmicas
Agua Caliente Sanitaria (ACC): Con una sencilla instalación puede conseguirse agua caliente para el uso doméstico que cubra completamente las necesidades de una familia hasta en invierno.
Calefacción: Puede parecer contradictorio utilizar la energía solar para calefactor un hogar en invierno, la estación con menos horas de sol. En realidad, pero, con la energía solar térmica se consigue un 30 y un 50% de las necesidades térmicas de una vivienda.
Frío con Energía Solar: También puede producirse frío utilizando energía solar tér-mica mediante una máquina de absorción, aunque no sea la vía más rentable ni eficiente de producir frío.
Climatización de Piscinas: Tanto para piscinas cubiertas como descubiertas, utilizar energía solar térmica para calentarlas es la opción más rentable. Es muy útil en el caso de piscinas descubiertas, ya que aumentando la temperatura del agua unos pocos grados, se consigue alargar su período de utilización.
Ya que en el Caribe, nos encontramos en una zona que la mayor parte del año se está por encima de la temperatura confort, la Calefacción y la Climatización de Piscinas no se utiliza, y el Frío con Energía Solar es muy poco rentable, se anali-zará sólo el Sistema de Agua Caliente Sanitaria.
Instalación de Agua Caliente Sanitaria (ACS)
La forma más sencilla y económica de aprovechar la energía solar es generan-do agua caliente sanitaria. El agua caliente sanitaria (ACS) es el agua potable de uso doméstico que calentamos para tener un mayor confort y mejor calidad de vida.
Se puede conseguir esta agua caliente de forma limpia y gratuita de la natura-leza, instalando captadores solares térmicos, que es la opción más rentable que ofrece la energía solar térmica. La instalación es simple, el coste es asequible y se amortiza en poco tiempo.
Una instalación de agua caliente sanitaria está compuesta de un grupo de co-lectores solares térmicos, un acumulador y una bomba de circulación. Los co-lectores pueden integrarse en el tejado o colocarse en una terraza sin sombra y orientados hacia el sur. Además de ésto, se necesita de un sistema auxiliar con-vencional controlado por una válvula, en caso de que el sistema solar térmico llegara a fallar, o no abasteciera suficientemente la demanda.
La energía que se ahorra en el calentamiento de agua es importante, ya que con una instalación sencilla se consigue alrededor del 60% del consumo anual. En aquellos centros con grandes consumos de agua caliente, como hoteles, cam-pings o instalaciones deportivas, es muy aconsejable la instalación de captadores solares. El ahorro energético y económico es muy grande es estos casos, siendo la instalación muy rentable.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
105
Si el consumo de agua caliente se concentra en verano o en lugares de mucho calor se consigue una rentabilidad aún mayor, ya que cuando más calor hay me-jor funcionan los captadores, pudiéndose cubrir la demanda y amortizándose la inversión muy deprisa.
A continuación, y a manera de tener una referencia económica del coste de una instalación solar térmica de agua caliente sanitaria, se desglosan 3 presupuestos de la empresa “Soliclima, Energía Solar”, 2 de instalaciones de colector solar pla-no, para viviendas de 1-3 personas y de 3-4 personas y el otro presupuesto de instalación con colector solar termosifórico para 2-3 personas.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
106
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
107
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
108
Cálculo de Instalaciones Solares Térmicas
Para el cálculo de una instalación solar térmica, se necesitan seguir los siguientes pasos:
1. Consumo Anual de Agua Caliente Sanitaria (ACS)
Ca = P x Cd x d x f
Ca Consumo de ACS al año (litros)
P Número de personas que ocupan el edificio, dato que se puede determi- nar en función del número de m2
Sup. Habitable N. Usuarios< 8 m2 1 usuario≥ 8 m2 2 usuarios
Cd Consumo en litro de ACS por persona/día (Normalmente 35 litro a 45° C por persona/día)
d 365 días de utilización/año (En edificios de ocupación discontinua, hacer una estimación)
f Coeficiente de reducción de consumo por simultaniedad
n. hab ≤10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ≥25
f 1 0.98 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88 0.86 0.84 0.82 0.80 0.78 0.76 0.74 0.72 0.7
2. Demanda Energética Anual para el Calentamiento de ACS
WACS = Ca x ∆T x Ce x δ
WACS Demanda Energética anual (Kcal/año; MJ/año o KW.h/año)
Ca Consumo de ACS/año (litros)
∆T Salto térmico entre la temp. de acumulación de agua solar y de la red (Normalmente 45° C y 10° C respectivamente)
Ce Calor Específico del agua (1 Kcal / °C Kg) (4.187 J / ° C kg)
δ Densidad del agua (1 kg / litro)
3. Demanda Energética Diaria para el Calentamiento de ACS
WACS diaria = WACS anual / 365 días
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
109
4. Superficie de Captación Solar
La superficie de captadores necesaria, está en función de la demanda energét-ca a cubrir, la radiación recibida y el rendimiento de la instalación.
Sp = WACS x DA l x α x r
Sp Superficie útil de captadores solares térmicos (m2)
WACS Demanda Energética anual (Kcal/año; MJ/año o KW.h/año)
DA Fracción Porcentual de energía a cubrir con los captadores dolares sobre la demanda anual del edificio.
l Valores unitarios de irradiación solar (Kw.h / m2 mes o año) o (Kcal / m2 mes o año) --> Buscar este valor en tablas de radiación en una superficie plana a 40° orientada al sur
α Coeficiente de minoración de la irradiación (Según posición de los captadores)
* En caso de que por cuestión de proyecto, la orientación ó la inclinación de los paneles no sea la óptima se puede considerar, de forma orientati- vo, los siguiente coeficientes de minoración: (valores para 40°)
Inclinación OrientaciónSur - Oeste Sur Sur - Este
15° 0.903 0.932 0.90330° 0.945 0.991 0.944545° 0.945 1 0.94560° 0.901 0.955 0.901
r Rendimiento del sistema, el cual se ve afectado por el rendimiento de los captadores y del resto de la instalación * Se ha de considerar un valor promedio del sistema de 0.30 a 0.50 para las instalaciones de captadores de baja temperatura, el cual se debe de precisar en función del tipo de captador y del tipo de instalación.
5. Volumen de Acumulación de ACS Calentada por Energía Solar
El agua calentada por el sistema solar se ha de almacenar en uno o más depósi-tos específicos, que pueden ser comunitarios o individuales por cada vivienda.
El volómen del depósito puede determinarse en función de la superficie de cap-tación, considerando el tiempo que normalmente transcurre entre los períodos de captación, almacenamiento y consumo.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
110
De forma orientativa, en edificios plurifamiliares, cuando el tiempo transcurrido entre el período de captación y el de consumo es inferior a 24 horas, el volumen del acumulador es de unos 50 a 75 litros / m2 de captador, mientras que cuando existe un tiempo entre 24 y 72 horas, el volumen puede llegar a ser de entre 75 y 150 litros por m2 de captador.
Se recomienda que el volumen de acumulación del agua calentada por el siste-ma solar cumpla lo siguiente:
0.8M ≤ V ≤ M
V Volumen de acumulación (litros)
M Consumo medio diario (litros/día)
Entre las premisas se considera que el consumo de ACS es constante a lo largo de todo el año:
M = P x Q
P Número de usuarios en función del número de viviendas y número de habitantes
Q Consumo en litros de ACS/día y usario (35 litros/usuario)
Es fundamental que el acumulador esté bien dimensionado, ya que una acumu-lación excesiva provoca un aumento de pérdidas y puede ser poco eficaz con una acumulación insuficiente. Para aumentar el rendimiento, es recomendable colocar un dispositivo en posición vertical para detectar el nvel. Así mismo, el de-pósito de acumullación debe de poder resistir temperaturas de entre 60 y 70° C.
Dimensión Orientativa del Acumulador:
Capacidad (litros) Diámetro (mm) Altura (mm) Peso (kg)100 495 1040 50 + 100150 505 1250 70 + 150200 505 - 620 1236 -1540 85 + 200300 600 - 680 1680 - 1860 125 +300500 710 - 770 1730 - 2020 150 +500
1000 950 2250 189 + 1000
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
111
C.5. APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA EOLICA
La energía eólica es la energía que posee el viento y que puede ser aprovecha-da directamente o ser transformada a otros tipos de energía, como, por ejemplo, a energía eléctrica.
El primer uso que se conoce del apro-vechamiento del viento data del año 3’000 a.C. con los primeros barcos ve-leros egipcios. Unos milenios más tar-de (s. VII en Persia) surgirán los primeros molinos de viento que permitirán moler grano o bombear agua.
Hoy en día puede transformarse la energía eólica a electricidad con gran eficiencia, gracias a aerogeneradores de grandes dimensiones, también de-nominados turbinas de viento.
Un aerogenerador está formado por un conjunto de aspas (normalmente tres) conectadas a un rotor que, mediante un sistema de engranajes, está conectado a un generador eléctrico. Toda esta maquinaria (turbina de viento) se coloca a la cima de un mástil o torre donde hay más influencia.
La longitud de las aspas definirá el diámetro del área de barrido de las mismas y, cuanto mayor sea esta área, mayor será la potencia que puede generar un aerogenerador.
Podemos encontrar desde pequeños aerogeneradores de 400 W y 1 mt aproxi-madamente de diámetro de aspas, hasta inmensos aerogeneradores de los grandes parques eólicos de 2’500 kW y 80 mt de diámetro de aspas.
Para pequeñas instalaciones de uso doméstico o agrario los aerogeneradores más útiles y asequibles son los que tienen un diámetro de barrido de 1 a 5 mt, capaces de generar de 400 W a 3.2 kW.
Presentan la ventaja, además, que pueden arrancar a una velocidad de viento más baja que los de mayor tamaño, pudiendo aprovechar vientos más lentos (como brisas marinas o vientos de montaña) y producir más cantidad de ener-gía.
Necesitan una velocidad del viento mínima 11 km/h para arrancar (frente a los 19 km/h de los más grandes), consiguen su máximo rendimiento a los 45 km/h y se paran con vientos de más de 100 km/h para evitar daños, desgastes o sobrecalentamiento en su mecanismo.
Para conseguir un buen rendimiento es necesario que la ubicación de los aero-generadores esté en una región muy ventosa, con viento la mayoría de días del año y con una velocidad media anual superior a los 13 km/h.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
112
Mediante este proceso, se utiliza una fuente de energía alternativa para conse-guir calor y se reduce el consumo de los escasos y contaminantes combustibles fósiles.
Los sistemas más usuales son los de baja temperatura, con los que se consigue agua caliente de 80 a 100ºC.
Componentes de una Instalación Eólica
Aerogenerador: es el generador de energía eólica que produce la energía eléctrica.
Acumulador: batería donde se almacena la energía producida.
Controlador de Almacenamiento: regulador de carga de deri-vación que no permite la entrada de más energía cuando el almacén está lleno, y no vuelve a permitirla hasta que no se inicie la salida de la energía. “De derivación” significa que, cuando el almacén está lleno, el regulador debe enviar la energía sobrante a una resistencia eléctrica, o a otra batería descargada, a un ca-lentador de agua, etc. Normalmente las aerogeneradores llevan un regulador incorporado.
Instalación Eléctrica Eólica
La instalación eléctrica eólica, es muy similar a las instalación fotovoltaica, la diferencia está en que se cambian paneles fotovoltaicos por aerogeneradores. De hecho, es muy aconsejable su uso con la combinación con el sistema fotovol-taico, ya que uno complementa al otro, ya que si un día hace mucho sol pero el viento es muy leve, funcionarían los paneles y viceversa. A este sistema se llama Sistema Híbrido (Fotovoltaico-Eólico). A continuación, se presenta el esquema de los 2 tipos de sistemas:
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
113
A continuación, y a manera de tener una referencia económica del coste de una instalación eólica, se desglosan 2 presupuestos de la empresa “Soliclima, Energía Solar”:
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
114
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
115
Cálculo de Instalaciones Eólica
El cálculo de la instalación eólica, es similar a la instalación fotovoltaica, por lo tanto, el proceso es el siguiente:
1. Cálculo de la Demanda de Uso Eléctrico: Para el cálculo del consumo, se de-ben saber la potencia de los aparatos a utilizarse (ver tabla, aparatos más utiliza-dos y su potencia, en el tema “Calculo de Instalaciones Fotovoltaicas).
El cálculo de la demanda de uso eléctrico, debe hacer en Wh / día, para eso, debe de hacerse de la siguiente forma:
CANTIDAD EQUIPO POTENCIA (W)
POTENCIA (W) SUBTOTAL
HORAS / USO AL DIA
ENERGIA Wh
A B C D = ( A x C ) E F = ( D x E )4 Lámparas
Fluorescentes15 60 4 240
1 TV (19” color) 60 60 2 1201 Ventilador 35 35 5 175
TOTAL = Wh / Día 235
2. Cálculo del Aerogenerador: Una vez teniendo el dato de Wh / Día,
A) Porcentaje de Cobertura total Wh / Día con Aerogenerador - Normalmente 100%
B) Cálculo de la Energía* (con Coeficiente de Minoración de Rendimiento) - Normalmente la eficiencia del sistema es del 85% - Debido a la pérdida de energía en el proceso, como lo es: la eficiencia de convertidores, calentamiento en baterías, cables, etc. Por esta razón, la energía de demanda debe considerar esta pérdida para un calculo más real.
Energía* = Energía de Demanda x 100 / 85 Wh / Día* = (Wh / Día) x 100 / 85
B) Capacidad del Aerogenerador - Aportación de Energía del Aerogenerador x 24Hrs / Día - Ejemplo: Un Aerogenerador de 400 W x 24 Hrs / Día Produce una Energía de 9’600 Wh / Día
Tipo de Aerogenerador = Energía* / 24 hrs
3. Cálculo de Baterías y Capacidad de Acumulación
A) Capacidad de Acumulación de las Baterías en Ampéres (Ah)
Acumulación = Energía Requerida / Tensión del SistemaAh = Wh / Día / 12 V
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
116
B) Numero de Baterías
Número de Baterías = Acumulación / Capacidad de 1 Batería Número de Baterías = Ah / 100 Ah
B) Reserva de Garantía
1 Días de Reserva de Garantía = Número de Baterías * 22 Días de Reserva de Garantía = Número de Baterías * 3
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
117
C.6. APROVECHAMIENTO DE LOS RECURSOS HIDRICOS
La atención prestada al ahorro energético durante los últimos años ha situado en un segundo plano los problemas relacionados con el agua. La industria de la construcción ha comenzado a enfrentarse al calentamiento global, pero todavía tiene que asumir su responsabilidad en cuanto al ahorro de los recursos hídricos. El agua es posiblemente tan importante como la energía, y la escasez de agua en el mundo es un problema más urgente que el abastecimiento de energía. A diferencia de la energía, el agua tiene un impacto directo sobre la salud y la pro-ducción de alimentos y, aunque existe una relación entre los recursos energéticos, la pobreza y la salud, ésta no es de ningún modo tan directa como en el caso del agua.
Preservación de los Recursos Hídricos
La preservación de los recursos hídricos, se puede llevar a cabo de diferentes me-didas, mediante tecnología, sistemas de aguas grises, ingeniería y gestión, éstas, se presentan a continuación en forma de tabla:
Tecnología . Mezcladoras con limitador de caudal. Mezcladoras automáticas. Inodoros de descarga reducida. Inodoros de compostaje o succión. Urinarios sin agua. Uriniarios con descargas activadas por sensores. Sustitución de las bañeras por duchas. Electrodomésticos de bajo consumo de agua
Sistemas de Aguas Grises
. Recuperación de aguas residuales (agua reciclada
. Recuperación de aguas pluvialesIngeniería . Pavimentos permeables que permitan el aprovisionamiento de
los acuíferos. Diseño paisajístico que permita la infiltración del agua de lluvia. Retención del agua de lluvia en áreas permeables de capta-ción para prevenir avenidas
Gestión . Control del consumo (a través de contadores). Detección de fugas. Educación
Los principios que regulan el ahorro de agua son similares a los que rigen el ahorro de energía (y, en general, el de cualquier otro recurso). Hay cuatro fases:
. Aprovechas fuentes renovables o locales
. Reducir el nivel de consumo
. Reutilizar el suministro
. Reciclar los residuos
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
118
Recuperación de las Aguas Pluviales
El primer paso es, evidentemente, recuperar las aguas pluviales y almacenarlas en depósitos y utilizarlas para diversos usos. A continuación, se hace un análisis de todos los factores:
Captación de Aguas PluvialesSe necesita analizar la precipitación pluvial anual de cada lugar, ya que si la lluvia es es-casa o si no se tiene una correcta captación del agua pluvial, la inversión no será renta-ble si se tienen los depósitos de agua pluvial vacíos durante la gran mayoría del año. Su captación debe ser por medio de cubiertas o espacios grandes que reciban el agua de la lluvia y la canalicen por medio de conduc-tos hasta los depósitos de agua pluvial.
Depósitos para Aguas PluvialesLos depósitos son grandes, pesados y necesitan construirse bajo tierra para no sobrecargar la estructura, por lo que se requiere tener suficiente espacio exterior si es un edificio construido o realizarlo en un sótano si es un edificio de nueva cons-trucción.
Utilización de Aguas Pluviales para el ConsumoSi se pretende utilizar el agua para el consumo, la calidad de la misma depen-de de las superficies de las superficies de captación (el plomo y el cobre, por ejemplo, están descartados), del método de almacenamiento y del tratamiento biológico. Suele ser necesario hervir el agua antes de beberla o someterla a rayos ultravioleta (depuración por radiación). Esto hace que suban los costes y, sobre todo, la emisión de CO2, lo que confirma la relación entre el agua y el consumo de energía.
Utilización de Aguas Pluviales para el RiegoUna forma de utilizar el agua pluvial sin ningún inconveniente, es utilizarla para el riego, ya que si de todas formas cuando cae lluvia las superficies verdes son be-neficiadas, el almacenamiento del agua para éste uso, nos permitirá un ahorro significativo de agua potable.
Utilización de Aguas Pluviales para el WCEl utilizar agua pluvial para el WC, no representa ningún riesgo a la salud a causa de su consumo, ya que esta agua sólo sirve para el desalojo de aguas residuales, y puede ayudar al ahorro de agua potable. Para esto, es necesario contar con otra canalización para conectar el depósito de agua pluvial con el tanque del WC, y es muy recomendable que el agua pase por un filtro de arena antes de ser utilizada.
Reducción de la Demanda de Uso
El consumo de agua puede reducirse mediante sencillas soluciones de diseño y gestión. Si se separa el agua potable de la no potable, será posible recuperar, reutilizar y reciclar el agua sin que de ello se deriven costes asociados o problemas de salud.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
119
Esta estrategia incluye la reducción del consumo de agua mediante sistemas tan sencillos como inodoros de bajo consumo de agua o de descarga variable. Una medida muy útil para los edificios de uso público es el empleo de sensores en los urinarios para evitar que se produzcan descargas cuando no se han usado.
En el ámbito doméstico, los depósitos de descarga variable responden a los dis-tintos usos del inodoro y pueden reducir el consumo de agua hasta un 40%. El uso sistemático de contadores también puede promover una reducción del con-sumo, ya que sólo mediante el conocimiento preciso de los consumos se puede tratar de lograr una mayor eficiencia.
También cabe mencionar que un menor consumo de agua significa menos aguas residuales y, por lo tanto, menos energía necesaria para tratarlas.
Beneficios del Ahorro del Agua en los Edificios. Reducción de gastos. Preservación de los recursos hidrológicos para las generaciones futuras. Reducción de la presión sobre la red de abastecimiento de agua. Reducción de la presión para que se construyan embalses. Menor consumo de agua caliente (ahorro de energía). Menor consumo de agua en los sistemas de abastecimiento y saneamiento (ahorro de energía).
Reciclaje del Agua
El agua suele reciclarse como agua no apta para el consumo (no potable), de-bido a los posibles riesgos para la salud. El reciclaje permite que el agua tratada pueda volver a utilizarse para irrigación, jardinería, fuentes, diversificación ecoló-gica, etc.
El reciclaje del agua puede hacerse de 2 formas:. Por lagunaje de cultivos filtrantes de cañas. Por filtros purificadores de agua
Lagunaje de Cultivos Filtrantes de CañasEste sistema, consiste en hacer fluir las aguas grises (sin residuos sólidos) o jabonosas a través de cultivos filtrantes de cañas u otros procesos biológicos de depuración. El agua tiene que discurrir lentamente por estos sistemas para que se produzca la descomposición bacteriológica. Las instalaciones domésticas suelen situar las lagunas artificiales de depuración natural tras la fosa séptica. En las promociones de mayor tamaño la depuración prolonga una red separativa en la que el agua más contaminada pasa a la red de saneamiento. Para que la depuración fun-ciones, debe existir un ecosistema muy activo, libre de la contaminación de las aguas subterráneas.
El lagunaje actúa de forma biológica. Las raíces de las cañas (y de otras plantas) proporcionan oxígeno a las bacterias naturalmente presentes en el agua, que así degradan cualquier patógeno que ésta contenga. Los coliformes fecales se descomponen junto con las sustancias residuales y proporcionan agua rica en nutrientes a un lago, que puede entonces convertirse en un hábitat natural o en un criadero de peces.
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
120
Filtros Purificadores de AguaSe encargan de impedir que las partículas mayores de 0,18 mm entren en los depósi-tos. Gracias a su gran tecnología, el sistema permite aprovechar el 90% del agua re-colectada (99% de eficiencia en sistemas industriales), además de no requerir man-tenimiento gracias a su sistema de auto-limpieza.Un pequeño porcentaje del volumen cap-tado (10%) es desechado junto con las par-tículas retenidas por el filtro.
Esquema del Reciclaje
Bañera
Ducha
Lavamanos
Filtro
Depósito deAlmacenamientoBomba
Suministrode la Red
WC y Riego
Tanque deTratamiento
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
121
C.7. EVALUACION DEL EDIFICIO SOSTENIBLE
Existen varias herramientas de evaluación para guiar al diseñador, tanto en el diseño de nuevos edificios como en la mejora de existentes. Todos ellos, se basan en la eficiencia energética, en el ahorro de los recursos, en el confort, en la utiliza-ción de la energía natural renovable y en la preservación del medio ambiente.
Dado que no todos los proyectos tienen que conceder igual importancia a las consideraciones energéticas, la incorporación de factores multiplicadores permi-te hacer ajustes que reflejen las preferencias del usuario o las prioridades que pue-dan surgir debido a la naturaleza del lote, la función del edificio o las necesidades de los ocupantes. Con este sistema, se mostrará a continuación, un método de autoevaluación práctico de la sostenibilidad en cualquier edificio:
Tema Aspecto Puntuación Factor SubtotalEnergía . Orientación
. Aislamiento Térmico
. Area Acristalada Protegida
. Refrigeración Solar Pasiva
. Energía Renovable
. Minimización del Calor
. Otros (especifiquense)
x3x3x3x3x3x3x3
Materiales . Minimización de Residuos. Proveniencia Local. Reutilización. Reciclaje. Energía Incorporada. Mantenimiento. Otros
x2x2x2x2x2x2x1
Recursos (Suelo y Flora)
. Jardines y Area Verde
. Vegetación
. Otros
x2x2x1
Recursos (Agua) . Muebles de Bajo Consumo. Reciclaje de Aguas Grises. Recogida de Aguas Pluviales. Otros
x1x1x1x1
Accesibilidad . Discapacitados. Transporte Público. Bicicletas. A pie
x2x2x2x1
Salud . Materiales Naturales. Ventilación Natural. Luz Natural. Estrés. Contacto con la Naturaleza
x2x2x2x1x1Total
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
122
BIBLIOGRAFIA Y CREDITOS
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
123
BIBLIOGRAFIA Y CREDITOS
Este manual, ha sido basado en el curso de Master en Arquitectura y Sostenibilidad de la Universidad Politécnica de Cataluña, así como también en la siguiente Bi-bliografía, Web, Centros de Información y Obras y Edificios de Referencia:
BIBLIOGRAFIA
. Guía Básica de la Sostenibilidad. Bryan Edwards con la colaboración de Paul Hyett Editorial Gustavo Gili, SA
. Arquitectura Bioclimática en un Entorno Sostenible F. Javier Neila González Editorial Munilla-Lería
. Dimensiones de la Sostenibilidad Ezequiel Usón Guardiola Edicions UPC
. Instalaciones Integradas J. Briz / A. Muros
. Norma Básica NBE-CT-79 Isover
WEB
. CODESO - Corporación para el Desarrollo Sostenible www.codeso.com
. Soliclima - Energía Solar www.soliclima.com
. Garbitek - Tecnologías Ecológicas y Energéticas www.garbitek.com
. Ecoinnova - Ecología e Innovación www.ecoinnova.com
. Agencia de Energía de Barcelona www.barcelonaenergia.com
. Agencia Valenciana de Energía www.aven.es
. Organización Metereológica Mundial www.wmo.int
. American Wind Energy Assosiation www.awea.org
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
124
. Danish Wind Industry Assosiation www.windpower.org
. Llambi - Persianas y Celosias www.llambi.com
. Green Builder - Sustainable Sources www.greenbuilder.com
. U.S. DOE Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) www.eere.energy.gov
. Greenheck Fan Corporation - Building Value in Air www.greenheck.com
. Composan - Impermeabilización, Selladores, Pavimentos, Aislamientos www.composan.com
CENTROS DE INFORMACION
. Agenda 21 Ayuntamiento de Barcelona
OBRAS Y EDIFICIOS DE REFERENCIA
. UPC Superior de Castelldefels Campus Baix Llobregat
Dis
eño
Bio
clim
átic
o y
So
ste
nib
le e
n e
l Ca
ribe
125
