UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DEL ESTADO DE MORELOS
INGENIERÍA EN TECNOLOGÍA AMBIENTAL
TÍTULO
DISEÑO DE VIVIENDAS TÉRMICAMENTE CONFORTABLES CON USO DE
SISTEMAS PASIVOS DE CLIMATIZACIÓN EN LA ZONA DE TEMIXCO: GUÍA PARA
CONSTRUCTORES
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN TECNOLOGÍA AMBIENTAL
PRESENTA
BAHENA CASTELAR PABLO ISRAEL
TUTOR RECEPTOR: DR. GUADALUPE HUELSZ LESBROS
TUTOR INTERNO: ING. CARLOS DÍAZ GÓMEZ
JIUTEPEC MORELOS MARZO 2013
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
1 Bahena Castelar Pablo Israel
ÍNDICE DE CONTENIDO
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 7
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 8
2.1. DISEÑO BIOCLIMÁTICO ................................................................................................................................ 8
2.2. SISTEMAS DE CONTROL CLIMÁTICO ............................................................................................................ 9
2.3. CONFORT HIGROTÉRMICO ......................................................................................................................... 10
2.4. CLIMA ......................................................................................................................................................... 12
2.4.1. Radiación solar ............................................................................................................................... 12
2.4.2. Temperatura del aire ...................................................................................................................... 24
2.4.3. Humedad relativa del aire .............................................................................................................. 26
2.4.4. Viento ................................................................................................................................................ 27
2.4.5. Precipitación pluvial ........................................................................................................................ 29
2.4.6. Radiación terrestre al cielo ............................................................................................................ 32
2.5. PROTECCIONES SOLARES ......................................................................................................................... 33
CAPÍTULO 3. ANTECEDENTES ............................................................................................ 35
CAPÍTULO 4. PROBLEMÁTICA ............................................................................................. 36
CAPÍTULO 5. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 37
CAPÍTULO 6. OBJETIVOS ..................................................................................................... 37
6.1. OBJETIVO GENERAL................................................................................................................................... 37
6.2. OBJETIVO PARTICULAR .............................................................................................................................. 37
CAPÍTULO 7. METODOLOGÍA ............................................................................................... 38
CAPÍTULO 8. DESARROLLO DE LA GUÍA ......................................................................... 38
8.1. INFORMACIÓN DEL MUNICIPIO DE TEMIXCO .............................................................................................. 39
8.1.1. Ubicación geográfica ...................................................................................................................... 39
8.1.2. Fisiografía ........................................................................................................................................ 40
8.1.3. Geología ........................................................................................................................................... 40
8.1.4. Hidrografía ....................................................................................................................................... 40
8.1.5. Uso del suelo y vegetación ............................................................................................................ 40
8.1.6. Uso potencial de la Tierra .............................................................................................................. 41
8.1.7. Zona urbana ................................................................................................................................... 41
8.2. ANÁLISIS DEL CLIMA DE LA ZONA TEMIXCO Y ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS ........................................... 41
8.2.1. Clima de Temixco y alrededores .................................................................................................. 42
8.2.2. Radiación solar ............................................................................................................................... 43
8.2.3. Temperatura .................................................................................................................................... 44
8.2.4. Humedad relativa ............................................................................................................................ 45
8.2.5. Vientos .............................................................................................................................................. 46
Recomendaciones para ventilación en las cuatro subzonas analizadas .......................................... 57
8.2.6. Precipitación pluvial ........................................................................................................................ 59
8.2.7. Clasificación del clima de Temixco .............................................................................................. 60
8.3 CÁLCULO DE PROTECCIONES SOLARES .................................................................................................... 61
8.3.1 Cálculo de protecciones solares para Temixco ........................................................................... 68
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
2 Bahena Castelar Pablo Israel
8.3.5 Cálculo de protecciones solares para una ventana tipo para Temixco ................................... 71
8.4 ANÁLISIS DEL CÓDIGO DE EDIFICACIÓN DE VIVIENDA DE CONAVI ......................................................... 74
CAPÍTULO 9 CONCLUSIONES .............................................................................................. 74
CAPÍTULO 10 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 75
GUÍA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS TÉRMICAMENTE CONFORTABLES
EN LA ZONA DE TEMIXCO SIN USO DE AIRE ACONDICIONADO ................................... 80
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 80
OBJETIVO ................................................................................................................................ 80
ESPECIFICACIONES BIOCLIMÁTICAS PARA EL DISEÑO URBANO ........................................................................ 82
ESPECIFICACIONES PARA EL PROYECTO ARQUITECTÓNICO DE VIVIENDA ....................................................... 84
ANEXOS ................................................................................................................................... 88
ANEXO 1. ESPECIES ARBÓREAS ............................................................................................................. 88
ANEXO 2. ESPECIFICACIONES DE TECHO VENTILADO DE ACUERDO A LA ZONA .................... 98
ANEXO 3. ESPECIFICACIONES DE VENTANAS OBTURABLES ........................................................ 99
ANEXO 4. ESPECIFICACIONES DE VENTILAS EXTERIORES .......................................................... 100
ANEXO 5 CÁLCULO DE PROTECCIONES SOLARES ......................................................................... 101
5.1 Cálculo de protecciones solares para Temixco ........................................................................... 108
8.3.5 Cálculo de protecciones solares para una ventana tipo para Temixco ................................. 111
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Rangos de confort higrotérmico ................................................................................................... 11
Figura 2.2 Espectro electromagnético solar afuera de la atmósfera y radiación de cuerpo negro a T=
5,785K. Radiación solar en Wm-2
µm -1
y longitud de onda en 7µm (Iqbal 1983 ....................................... 14
Figura 2.3 Espectro de radiación solar ........................................................................................................... 15
Figura 2.4 Esfera celeste descrita por el movimiento aparente del sol alrededor de la Tierra respecto
al hemisferio norte (Reyes 2002) ..................................................................................................................... 17 Figura 2.5 Variación del ángulo de declinación solar, δ, a lo largo del año, mostrando los equinoccios
de primavera y otoño (δ = 0) y los solsticios de verano (δ = + 23.5°) e invierno (δ = - 23.5°) para el
hemisferio norte (Reyes 2002) ......................................................................................................................... 18 Figura 2.6 Movimiento de translación de la Tierra alrededor del sol. El sol se encuentra en uno de los
focos de la órbita elíptica de la Tierra (Iqbal 1983) ....................................................................................... 19 Figura 2.7 Gráfica de la ecuación del tiempo, según las ecuaciones anteriores (Plasencia et al 2007)
............................................................................................................................................................................... 21
Figura 2.8 . Gráfica solar estereográfica, para la latitud 18.5 N .................................................................. 22
Figura 2.9 Irradiación solar anual promedio por día en México SENER - lIE 2010 ............................... 23
Figura 2.10 Carta psicrométrica para presión de una atmósfera (Moran y Shapiro 2000) .................... 27
Figura 2.11 Patrones globales de viento........................................................................................................ 29
Figura 2.12 . Proceso de crecimiento de una gota al interior de la nube (Rodríguez et al 2005) ........ 30
Figura 2.13 Equilibrio de fuerzas sobre una gota en el interior de la nube (Rodríguez et al 2005) ..... 30
Figura 2.14 Distribución de la precipitación anual en México 1971 – 2000 (CONAGUA 2000) ............ 32
Figura 2.15 Alero en ventana .......................................................................................................................... 33
Figura 2.16 Quiebrasol en ventana................................................................................................................. 34
Figura 2.17 Remetimiento en ventana ........................................................................................................... 34
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3 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 8.1 Mapa de localización de la zona urbana de Temixco ............................................................. 39
Figura.8.2 Representación del clima de Temixco (INEGI 2005) ................................................................. 42
Figura 8.3 Ubicación de las estaciones meteorológicas ............................................................................. 47 Figura 8.4 Histograma de la velocidad del viento registrado en la estación meteorológica del IER-
UNAM en Temixco ............................................................................................................................................. 48 Figura 8.5 Frecuencia anual durante el día de los vientos por dirección en la estación meteorológica
del IER-UNAM en Temixco ............................................................................................................................... 49 Figura 8.6 Frecuencia anual durante la noche de los vientos por dirección en la estación
meteorológica del IER-UNAM en Temixco ..................................................................................................... 49 Figura 8.7 Histograma de la velocidad del viento registrado en la estación meteorológica automática
de Emiliano Zapata ............................................................................................................................................. 50
Figura 8.8 Frecuencia anual durante el día de los vientos por dirección en la estación meteorológica
automática de Emiliano Zapata ........................................................................................................................ 51 Figura 8.10 Histograma de la velocidad del viento registrado en la estación meteorológica del IMTA
en Jiutepec. ......................................................................................................................................................... 53
Figura 8.11 Frecuencia anual durante el día de los vientos por dirección en la estación meteorológica
del IMTA en Jiutepec ......................................................................................................................................... 54 Figura 8.12 Frecuencia anual durante la noche de los vientos por dirección en la estación
meteorológica del IMTA en Jiutepec ............................................................................................................... 54
Figura 8.13 Histograma de la velocidad del viento registrado en la estación meteorológica de
Mazatepec ........................................................................................................................................................... 55 Figura 8.14 Frecuencia anual durante el día de los vientos por dirección en la estación meteorológica
de Mazatepec durante el día ........................................................................................................................... 56 Figura 8.15 Frecuencia anual durante la noche de los vientos por dirección en la estación
meteorológica de Mazatepec durante la noche ............................................................................................ 57
Figura 8.16 Precipitación pluvial mensual media para Temixco en el periodo de 1951-2010 Servicio
Meteorológico Nacional ..................................................................................................................................... 59
Figura 8.17 Precipitación pluvial media anual de la República Mexicana de 1941-2005....................... 60
Figura 8.18 Clasificación de climas para la República Mexicana .............................................................. 61
Figura 8.19 Gráfica solar estereográfica para Temixco 18.5° N. .............................................................. 62
Figura 8.20 Transportador auxiliar de ángulos de sombras (Mascarilla de sombras) ............................ 63
Figura 8.21 Alzado lateral, planta y alzado de frente de un alero. ............................................................. 64
Figura 8.22 Alzado lateral, planta y alzado frente de un quiebrasol .......................................................... 65
Figura 8.23 Alzado lateral, planta y alzado frente de una ventana con remetimiento ............................ 67
Figura 8.24 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el alero en la ventana con orientación sur. ..... 70
Figura 8.25 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el quiebrasol en la ventana con orientación sur
............................................................................................................................................................................... 70 Figura 8.26 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el remetimiento en la ventana con orientación
sur ......................................................................................................................................................................... 71
Figura 8.27 Ventana tipo para el dimensionamiento de protecciones solares ........................................ 71
Figura 5.1 Gráfica solar estereográfica para Temixco 18.5° N ................................................................... 102
Figura 5.2 Transportador auxiliar de ángulos de sombras (Mascarilla de sombras) .............................. 102
Figura 5.3 Alzado lateral, planta y alzado de frente de un alero ................................................................ 104
Figura 5.4 Alzado lateral, planta y alzado frente de un quiebrasol ........................................................... 105
Figura 5.5 Alzado lateral, planta y alzado frente de una ventana con remetimiento .............................. 107
Figura 5.6 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el alero en la ventana con orientación sur. ..... 110
Figura 5.7 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el quiebrasol en la ventana con orientación sur
............................................................................................................................................................................. 110
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4 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 5.8 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el remetimiento en la ventana con orientación
sur ....................................................................................................................................................................... 111
Figura 5.9 Ventana tipo para el dimensionamiento de protecciones solares .......................................... 111
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2. 1 Amplitud de la zona de confort para diferentes amplitudes de oscilación promedio de la
temperatura (Modificada de Morillón el al., 2004). ........................................................................................ 12
Tabla 8.1 Promedio horario de la radiación solar [MJ/h] en Temixco para los doce meses del año ..................... 44
Tabla 8.2 Temperatura horaria promedio mensual en Temixco ........................................................................... 45
Tabla 8.3 Humedad relativa horaria promedio mensual de Temixco ................................................................... 46
Tabla 8.4 Características de los vientos en las cuatro subzonas ................................................................. 58
Tabla 8.5 Especificaciones de ángulos para aleros ...................................................................................... 68
Tabla 8.6 Especificaciones de ángulos para quiebrasol. .............................................................................. 69
Tabla 8. 7 Especificaciones de ángulos para remetimiento de ventana ...................................................... 69
Tabla 8. 8 Especificaciones de aleros para la ventana tipo .......................................................................... 72
Tabla 8.9 Especificaciones de medidas para quiebrasol .............................................................................. 72
Tabla 8.10 Especificaciones de medidas para remetimiento de ventana .................................................... 73
Tabla A Árboles de hoja perenne ...................................................................................................................... 88
Tabla B Árboles de raíz pivotante .................................................................................................................... 90
Tabla C. Arbustos Cubresuelos ......................................................................................................................... 92
Tabla D. Arbustos ................................................................................................................................................ 94
Tabla E. Árboles de hoja caducifolia ................................................................................................................ 96
Tabla 5.1 Especificaciones de ángulos para aleros .................................................................................... 108
Tabla 5.2 Especificaciones de ángulos para quiebrasol. ............................................................................ 109
Tabla 5.3 Especificaciones de ángulos para remetimiento de ventana .................................................... 109
Tabla 5.4 Especificaciones de aleros para la ventana tipo ......................................................................... 112
Tabla 5.5 Especificaciones de medidas para quiebrasol ............................................................................ 112
Tabla 5.6 Especificaciones de medidas para remetimiento de ventana .................................................... 113
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5 Bahena Castelar Pablo Israel
Dedicatoria a:
Dios, por darme la oportunidad de vivir y estar conmigo durante el proceso del
desarrollo de mi tesina, por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han
sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de mis estudios.
Mi mamá Madai Castelar y mi papá Leopoldo Bahena, por darme la vida, amarme,
creer en mí, por ser el ejemplo más grande de vida, por el apoyo brindado desde mi
infancia hasta este último periodo de la carrera profesional porque siempre me han
apoyado incondicionalmente en todas y cada una de las decisiones que he tomado.
Muchas gracias papás por haber fomentado en mí el deseo de superación y el
anhelo de triunfar en la vida, todo esto se lo debo a ustedes dos.
Mis hermanos Miguel Ángel, Marco Polo, Johnny y Dani, por estar conmigo y
apoyarme siempre los quiero mucho. Mi cuñada Sandy y mi sobrinita Zury que
también quiero mucho.
I. Jonathan Jarillo, por todo el apoyo incondicional que me has brindado para
continuar con mi camino, por estar en los momentos que más lo he necesitado y
durante el todo el proceso compartir alegrías y emociones.
A mis tías y tíos, primas y primos, que son muchos para nombrar a cada uno de
ustedes, pero a quienes quiero mucho.
Flor por ser mi amiga y hermana del alma. Gaby por ser mi amiga incondicional.
David por ser mi amigo y confidente. Tania por ser mi amiga desde el inicio de la
carrera. Dani, Eli y Lexie niñas por su valiosa amistad. Valle, Patsy por su gran
amistad y tiempo compartido. Leo, Lulu, Yadi, Gladys, Icxiuh y Karen, por las risas y
alegrías compartidas. Thania, Beto, Cesar y Furber por su gran amistad. Lili, Perla e
Ivan por su amistad y compartir el último periodo de trabajo y dedicación. Cristina,
Adilene Alondra, Vero, Karla Gibran, Kary, Erick, Anuar, Adri, Beni. A todos ustedes
muchas gracias por su amistad, y pasar los momentos más felices de mi vida los
quiero mucho y siempre los llevaré en mi corazón.
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6 Bahena Castelar Pablo Israel
Agradecimientos a:
La institución que me dio abrigo para la realización de mi tesina el Instituto de
Energías Renovables (IER). Antes Centro de Investigación en Energía (CIE) de la
Universidad Nacional Autónoma de México.
Debo agradecer de manera especial y sincera a la doctora Guadalupe Huelsz
Lesbros, por aceptarme para realizar esta tesina bajo su dirección. Su apoyo y
confianza en mi trabajo y su capacidad de guiar mis ideas, no sólo en el desarrollo
de esta tesina, sino también en mi formación como ingeniero. Las ideas que siempre
emanaban bajo su orientación han sido la clave del buen trabajo que hemos
realizado juntos. Le agradezco también el haberme facilitado siempre los medios
suficientes para llevar a cabo todas las actividades propuestas en mi trabajo.
Muchas gracias Doctora, espero poder verla de nuevo.
Quiero agradecer sinceramente al Maestro J. Antonio Castillo T. por su importante
apoyo en el desarrollo y fundamento de mi trabajo, sin su guía y apoyo este trabajo
no se hubiese hecho realidad. Debo destacar su disponibilidad y paciencia, sin duda
alguna su participación enriqueció el trabajo realizado, también espero poder verte
pronto.
Quiero agradecer al doctor Guillermo Barrios por haber tenido el tiempo y dedicación
para revisar el progreso en la realización de mi trabajo y haber apoyado de forma
precisa y atenta. Enriqueciendo también el trabajo realizado.
Agradecer a mi profesor Carlos Díaz Gómez quien desde el aula me cultivó el gusto
y aprecio por las tecnologías alternas, fomentado en mí no sólo a un ingeniero sino
también un ser humano con ética, profesionalismo, liderazgo y responsabilidad
social.
Agradecer al profesor Adrián Gómez de Jesús por tener el tiempo y disponibilidad de
tomar parte en la revisión de este trabajo.
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7 Bahena Castelar Pablo Israel
Capítulo 1. Introducción
El crecimiento poblacional y el avance tecnológico propios de una sociedad en
constante desarrollo han propiciado la búsqueda de equipos y herramientas que
brinden el confort que los seres humanos necesitan, esto deriva en una demanda
cada vez mayor de instalaciones, productos y equipos de alto consumo energético
(Sosa 2004).
Tanto en la Cumbre de Río en junio de 1992, como en el Protocolo de Kyoto en
diciembre de 1997 y la Cumbre de Johannesburgo en 2002 se identificó la
necesidad de reorganizar y reestructurar el consumo de energía a nivel mundial, con
el fin de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al ambiente. En
particular las edificaciones, responsables del consumo de alrededor de 40% de
energía en las ciudades.
Es entonces cuando surge la necesidad de un mayor equilibrio entre las
edificaciones y el ambiente, pues esto conlleva una disminución real del consumo de
energía eléctrica.
Las construcciones con uso de sistemas pasivos bioclimáticos aún no tienen el auge
que pudiesen tener debido al potencial que representa este campo. Es de carácter
fundamental la adopción de estrategias que brinden un equilibrio entre el confort y el
consumo de energía que propicie la preservación del ambiente y beneficie a los
habitantes de las edificaciones
Para que exista una adecuada integración entre las edificaciones y el ambiente se
deben tomar en cuenta tanto las condiciones climáticas propias de la zona, así como
el aprovechamiento adecuado y racional de los recursos naturales, todo con la
finalidad principal de un consumo racional de energía y por ende un ahorro en el
mismo.
Los criterios de diseño bioclimático deben enfocarse en la creación de edificaciones
con un uso eficiente de los sistemas pasivos, tales como orientación, ventilación
cruzada, etc., sin el detrimento del confort y la calidad de vida.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
8 Bahena Castelar Pablo Israel
El presente trabajo titulado “Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso
de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: Guía para
constructores” es un estudio del marco teórico para el diseño bioclimático, con el fin
de elaborar una guía de diseño para viviendas en la zona de Temixco, dirigida a
arquitectos, ingenieros, diseñadores y constructores.
La guía contendrá recomendaciones para el diseño arquitectónico basado en
criterios bioclimáticos, con el fin particular de brindar una alternativa real para
promover el confort higrotérmico y mejorar la calidad de vida de los habitantes así
como conservar el ambiente y los recursos que éste nos brinda.
Es muy poco conocido el diseño bioclimático para las viviendas; sin embargo, es
ésta una estrategia que está tomando impulso tanto en la investigación científica y
como en algunos programas gubernamentales.
En todo edificio existe diferencia y transferencia de calor, a través de las ventanas,
muros, techos y pisos. La radiación solar que incide sobre cualquier superficie de la
construcción expuesta al ambiente es un factor importante para el comportamiento
térmico del edificio. La temperatura en la vivienda puede sufrir una variación debido
al aire que entra y sale por medio de sus ventanas.
Capítulo 2. Marco teórico
El marco teórico de esta tesina cubre los aspectos de diseño bioclimático, sistemas
de control climático, confort higrotérmico y clima.
2.1. Diseño bioclimático
Diseño bioclimático, también conocido como diseño pasivo, es el conjunto de
procedimientos de diseño urbano y arquitectónico orientado a crear entre las
edificaciones y el clima una interacción energética natural que dé como resultado
espacios térmicamente confortables de nula o mínima necesidad de sistemas de
climatización (Rosales 2011).
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
9 Bahena Castelar Pablo Israel
La transferencia de energía se lleva a cabo entre los espacios propios de las
edificaciones y el ambiente exterior a través de la envolvente y entre los espacios de
la misma edificación. Se entiende como envolvente al conjunto de componentes y
sub-componentes que están en contacto entre el interior y el exterior de la
edificación, como son muros, techos y ventanas exteriores. El fin del diseño
bioclimático es operar sobre dichas transferencias para obtener un confort térmico al
interior de las edificaciones (Rosales 2011).
En climas calurosos el diseño bioclimático consiste en minimizar el ingreso de
energía térmica y expulsarla cuando sea necesario. En climas fríos, al contrario, la
meta consiste en captar controladamente dicha energía y conservarla. En climas
templados el diseño bioclimático deberá combinar, tanto el bloqueo y/o expulsión de
energía térmica con su preservación y/o eventual captación (Rosales 2011).
2.2. Sistemas de control climático
Los sistemas de control climático son los sistemas que permiten modificar la
temperatura o humedad de un espacio para llevarlo al confort higrotérmico y se
dividen, de acuerdo a la cantidad de energía externa que requieren en, sistemas
pasivos, activos y de bajo consumo de energía (Huelsz 2012).
Un sistema pasivo o sistema bioclimático de climatización es un sistema
arquitectónico que permite modificar la temperatura o humedad de un espacio
promoviendo o evitando la transferencia de calor o de humedad hacia ese espacio
sin usar equipo electromecánico. Estos pueden ser orientación, forma geométrica,
protecciones solares, techos ventilados, ventanas y ventilas, domo ventilado, color
exterior de techo y muros de la envolvente, fuentes, etc.
Un sistema activo de climatización: es un sistema que utiliza equipos
electromecánicos para modificar la temperatura o humedad de un espacio, utilizando
grandes cantidades de energía externa.
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10 Bahena Castelar Pablo Israel
Un sistema de climatización de bajo consumo de energía es un sistema
arquitectónico que permite modificar la temperatura o humedad de un espacio
promoviendo o evitando la transferencia de calor o de humedad hacia ese espacio,
que se complementa con el uso de algún equipo electromecánico que requiere poca
cantidad de energía externa.
2.3. Confort higrotérmico
El confort higrotérmico es el parámetro más importante a lograr dentro del diseño
bioclimático, pues mantener el confort es el objetivo primordial al momento de
diseñar y construir cualquier espacio para uso habitacional. El confort higrotérmico
expresa tanto el bienestar físico y psicológico del individuo cuando las condiciones
de temperatura, humedad y corrientes de viento son favorables de acuerdo a la
actividad que éste realiza (Huelsz 2012).
Para una mejor compresión de los requerimientos térmicos de las edificaciones debe
estudiarse el balance térmico del cuerpo humano y de las edificaciones, así como las
variables ambientales que participan en este proceso (Sosa y Siem 2004).
Definir los rangos de temperatura y humedad en que las personas se encuentran en
confort higrotérmico no es sencillo, ya que depende de muchos factores. La
Asociación Americana de Ingenieros en Calentamiento, Refrigeración y Aire
Acondicionado (ASHRAE 2005), actualmente reconoce que el rango de confort
higrotérmico cambia entre el verano y el invierno, como se muestra en la Figura 2.1.
El rango de confort térmico para el verano es de 23 a 27oC, mientras que para el
invierno es de 21 a 24.5oC.
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Figura 2.1 Rangos de confort higrotérmico
El confort higrotérmico no solo cambia entre las épocas del año, sino también con la
aclimatación de las personas al clima del lugar donde viven. A los rangos de confort
que toman en cuenta esto se les denomina confort térmico adaptativo, uno de ellos
es el propuesto por Humphrey y Nicols (2000), para climas de Australia, semejantes
de los de México. La temperatura de neutralidad Tn está dada por la siguiente
ecuación,
Tn= 13.5 + 0.54 Tma (2.1)
Tma es la temperatura ambiente media mensual del lugar dada en °C.
La amplitud de la zona de confort térmico depende de la amplitud de la oscilación de
la temperatura ambiente. Se utiliza una modificación a la propuesta de Morillón y
coautores, tal como se muestra en la Tabla 2.1.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
12 Bahena Castelar Pablo Israel
Tabla 2.1 Amplitud de la zona de confort para diferentes amplitudes de oscilación promedio de la temperatura (Modificada de Morillón el al., 2004).
2.4. Clima
El clima abarca los valores estadísticos recopilados de forma sistemática y
homogénea sobre los elementos del tiempo atmosférico de una región durante un
periodo representativo, de 30 años o más: temperatura, humedad, presión, vientos y
precipitación (Monkhouse 1978). Los elementos del clima más importantes para el
análisis en el proceso de diseño con uso de sistemas pasivos son: radiación solar,
temperatura del aire, humedad relativa del aire, viento, precipitación y emisión
radiativa al cielo o radiación terrestre (Givoni 1985). El clima depende de la latitud,
de la altitud, del relieve geográfico y de la cercanía a cuerpos de agua.
2.4.1. Radiación solar
La radiación solar es la energía que proviene del sol, la cantidad de radiación solar
que recibe un lugar depende de su latitud y de la nubosidad.
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13 Bahena Castelar Pablo Israel
La principal fuente de calor que recibe la atmósfera proviene del sol, el cual está
continuamente radiando energía en forma de ondas electromagnéticas. Éstas se
caracterizan por la frecuencia, f, y por la longitud de onda λ, que a su vez están
relacionadas f=c/ λ, donde c es la velocidad de propagación (Givoni 1985).
La temperatura en la fotosfera del sol, TS, es de aproximadamente 5,785 K; por lo
que si se considera al sol como un cuerpo negro, éste emitirá radiación
electromagnética de acuerdo a la ley de Stefan-Boltzmann, la cual establece que la
radiación total emitida por un cuerpo, E, es proporcional a la temperatura, T, elevada
a la cuarta potencia:
E =εσT4 (2.2)
Donde σ = 5.669x10-8Wm-2K-4 es la constante de Stefan-Boltzmann y ε es la
emisividad (para un cuerpo negro, ε = 1, pero en general ε<1); entonces, dada la
temperatura de la fotosfera solar, E será 6.35x107Wm-2. Esta radiación es emitida
perpendicularmente a la superficie del sol. Ya que el radio medio del sol, RS, es de
6.959x108m, con un área total (AS = 4πRS2) de 6.1x1018m2; entonces se tendrá que
el sol emite aproximadamente una cantidad total de radiación (ES = EAS) de
3.873x1026W, de la cual la Tierra sólo recibe 4.5x10-10 veces pero está no llega con
este valor a la Tierra pues existen pérdidas durante su trayecto. Aunque el valor de
ES da el total de energía radiativa emitida por el sol, es interesante y necesario
conocer la distribución espectral de esta radiación en función de la longitud de onda,
λ, para lo cual se utiliza la Ley de Planck, (Figura 2.2.) que establece que el poder
emisivo espectral, Eλ, de un cuerpo negro a cualquier longitud de onda y
temperatura, está dado por la relación
(2.3)
Donde Eλ está dada en unidades de Wm-2μm-1; C1 que es una constante con un
valor de 3.7427x108Wμm4m-2; C2 es otra constante con un valor de 1.4388x104μmK;
λ está dada en (μm) y T es la temperatura del cuerpo negro (K).
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Figura 2.2 Espectro electromagnético solar afuera de la atmósfera y radiación de cuerpo negro a T= 5,785K. Radiación solar en Wm
-2µm
-1 y longitud de onda en 7µm (Iqbal 1983
El rango de longitudes de onda del espectro de la radiación solar en la superficie
terrestre es de alrededor de 0.28 a 3.00 micras. El espectro solar está dividido en
tres regiones: la ultra violeta (UV), la visible y la infrarroja (Figura 2.2.). Sólo una
pequeña sección del espectro de radiación solar pertenece al rango de luz visible al
ojo humano y se encuentra entre 0.40 y 0.76 micras, sin embargo, en este rango la
radiación solar presenta su máximo, como se observa en la Figura 2.3. Las ondas
más largas que 0.76 micras pertenecen al espectro de infrarrojo. Las ondas más
pequeñas que 0.40 micras pertenecen al espectro ultravioleta (Givoni 1985).
La radiación es absorbida selectivamente en la atmósfera de acuerdo a su longitud
de onda, la mayoría de los rayos UV y de la radiación con una longitud de onda
menor a 0.288 micras son absorbidas por el ozono y una parte apreciable de los
rayos infrarrojo son absorbidos por el vapor de agua así como por el dióxido de
carbono (Givoni 1985).
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Figura 2.3 Espectro de radiación solar
Al atravesar la atmósfera se reduce la intensidad de la radiación solar y se altera su
composición espectral (Figura 2.3.). La mayor parte de la atenuación se produce en
la región del infrarrojo cercano (0.7µm – 4.0µ), y un poco menos en la región
ultravioleta (0.3µm – 0.4µm).
Los gases atmosféricos absorben radiación solar. La atmósfera tomada como un
sistema, usa esta energía en diversos procesos que se dan en forma continua,
como la disociación de oxígeno (O2) para la formación de ozono (O3). Del estudio del
espectro solar que llega efectivamente a la superficie terrestre se desprende que las
longitudes de onda menores a 0.29µm son totalmente absorbidas en la atmósfera
(por el ozono y el oxígeno).
La dispersión de la radiación es provocada por moléculas de aire y partículas sólidas
suspendidas. Se produce por la presencia de partículas que actúan como difusoras
(gases, vapor de agua, aerosoles). La dispersión que provocan las partículas de
tamaño pequeño (moléculas gaseosas) es mayor en longitudes de onda más cortas
(dentro del rango del azul) y menor en las longitudes más largas. Debido a ello el
cielo - luz dispersada - se ve de color azul y a medida que se asciende en la
atmósfera pasa a negro.
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16 Bahena Castelar Pablo Israel
La reflexión, al igual que la absorción, depende del tipo de la sustancia sobre la que
incide la energía. Parte de la energía incidente al tope de la atmósfera es reflejada al
espacio e igualmente parte de la que llega a la superficie de la Tierra se refleja. El
coeficiente de reflectividad expresa la fracción de energía reflejada. El mismo se
denomina albedo para el sistema Tierra-atmósfera, y resulta de la combinación de
todos los elementos reflectantes en la superficie terrestre, incluyendo las nubes. La
dispersión y la reflexión producen una desviación de los rayos solares, dando lugar a
la radiación difusa. A diferencia de ésta, la radiación directa no sufre tales
alteraciones. En días totalmente nublados sólo existe radiación difusa y en esta
situación no se producen sombras como sí ocurre con la radiación directa. La suma
de ambas –directa y difusa- sobre una superficie horizontal se denomina radiación
global (Rodríguez et al 2004).
La magnitud de la radiación solar en un lugar a lo largo del movimiento de traslación
de la Tierra depende principalmente del ángulo de inclinación del eje terrestre con
respecto al plano de translación de la Tierra alrededor del sol y en menor medida de
la excentricidad de la órbita terrestre (Huelsz 2012). El ángulo de declinación solar,
δ, también conocido como ángulo de inclinación solar (Reyes 2002), es el ángulo
entre el plano ecuatorial de la Tierra y la línea que une el centro del sol con el de la
Tierra, es muy importante, pues sus variaciones estacionales permiten que haya
regiones, tales como los polos, que pueden recibir mayor cantidad de radiación
solar en ciertas épocas (verano) o prácticamente nada en otras (invierno) o los
trópicos que pueden recibir una gran cantidad de radiación solar prácticamente
durante todo el año. Como se sabe, la Tierra gira sobre su propio eje terrestre, el
cual forma el ángulo δT, con la normal al plano eclíptico, cuyo valor es constante, de
23°26'59".
Una forma de definir el ángulo de inclinación del eje terrestre es fijando la Tierra,
suponiendo que es el sol el que da vueltas alrededor de la Tierra; de tal manera que
el sol describirá una esfera celeste (Figura 2.4.) (Iqbal 1983).
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17 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 2.4 Esfera celeste descrita por el movimiento aparente del sol alrededor de la Tierra respecto al hemisferio norte (Reyes 2002)
Los polos de esta esfera celeste coinciden con la extensión del eje polar terrestre, de
forma similar, el ecuador celeste también coincide con la extensión del plano
ecuatorial terrestre. La intersección del plano ecuatorial con el plano de revolución
del sol alrededor de la Tierra es decir, el plano eclíptico produce un ángulo de 23°
26’ 59”. Mientras que el movimiento de rotación terrestre da lugar a los cambios
diurnos en la recepción de radiación solar; por otra parte, el movimiento de traslación
terrestre, da lugar a los cambios estacionales en la recepción de radiación. Durante
el movimiento diurno, se puede considerar constante el ángulo de declinación solar;
sin embargo, conforme la Tierra se traslada alrededor del sol, el ángulo de
declinación solar irá variando, tal como se muestra en la Figura 2.5
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18 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 2.5 Variación del ángulo de declinación solar, δ, a lo largo del año, mostrando los equinoccios de primavera y otoño (δ = 0) y los solsticios de verano (δ = + 23.5°) e invierno (δ =
- 23.5°) para el hemisferio norte (Reyes 2002)
La luz del día es el resultado de la radiación solar que ha viajado una distancia
promedio de 1 Unidad Astronómica (1 UA = 1.496x108km) del sol a la Tierra. Debido
a que la Tierra gira alrededor del sol en una órbita elíptica, con el sol en uno de sus
focos, entonces la distancia al sol varía continuamente, por lo que el flujo de
radiación solar que incide sobre la Tierra también varía a lo largo de la órbita de
traslación de la Tierra. La excentricidad de la órbita de traslación de la Tierra
alrededor del sol, e, se define como la desviación de la órbita de un circulo.
Entonces, un círculo tendrá una excentricidad igual a cero, en este caso, si un
planeta tuviese una e=0 recibiría siempre la misma cantidad de radiación solar
durante todo el año; mientras que un planeta, como la Tierra, que gira alrededor del
sol en una órbita elíptica, con una excentricidad de e=0.0164, recibe una cantidad
variable de radiación a lo largo de un año. Durante el verano del hemisferio norte, la
Tierra se encuentra en su posición más alejada del sol (afelio), a una distancia
aproximada de 1.017UA, por lo que recibe menos energía; por el contrario durante el
invierno del hemisferio norte, la Tierra estará en su posición más cercana al sol
(perihelio), a una distancia aproximada de 0.983UA, por lo que la Tierra recibirá una
mayor cantidad de radiación solar, ver Figura 2.6. Como resultado de la
Án
gu
lo d
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so
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19 Bahena Castelar Pablo Israel
excentricidad de la órbita, la Tierra recibe aproximadamente un 6% más de energía
solar cuando se encuentra en el perihelio (noviembre, diciembre y enero) que
cuando se localiza en el afelio (mayo, junio y julio) (Reyes 2002).
Figura 2.6 Movimiento de translación de la Tierra alrededor del sol. El sol se encuentra en uno de los focos de la órbita elíptica de la Tierra (Iqbal 1983)
La radiación solar que se recibe sobre un plano horizontal se denomina radiación
solar global, es la suma de la radiación solar directa y la radiación solar difusa. La
radiación directa es aquella que se recibe directamente del sol, sin sufrir ninguna
dispersión atmosférica. La radiación extraterrestre es entonces radiación directa.
Normalmente se usa el subíndice "b" para indicar el tipo de radiación directa, debido
a que el término en inglés es: beam (haz de luz, rayo). La radiación difusa es
aquella que se recibe del sol, después de haber sido desviada por dispersión
atmosférica. La radiación difusa se recibe a través de las nubes, así como la que
proviene del cielo azul. Si no existiera la radiación difusa, el cielo se vería negro,
incluso de día, como sucede en la luna. El subíndice "d" es el que usualmente se
utiliza para la radiación difusa.
Para expresar la potencia solar -y de cualquier radiación- se utiliza el término
irradiancia. La irradiancia, Wm-2, es la rapidez de incidencia de energía radiante
sobre una superficie, por unidad de área. Generalmente se usa el símbolo G para la
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20 Bahena Castelar Pablo Israel
irradiancia, junto con los subíndices adecuados: Go, Gb, Gd, para la irradiancia
extraterrestre, directa, difusa, etc. Nótese que la irradiancia tiene la virtud de indicar
muy claramente que la radiación es un fenómeno que transcurre en el tiempo. Es
energía que incide instantáneamente sobre una superficie.
Cuando incide la radiación sobre un plano, durante un tiempo determinado, puede
hablarse entonces de que incidió una cierta cantidad de energía. La cantidad de
energía, por unidad de área, que incide durante un período de tiempo dado, recibe el
nombre de irradiación o insolación, H, cuyas unidades están dadas por Jm-2, y no es
otra cosa que la integral de la irradiancia durante el período en cuestión.
Generalmente se usa el símbolo "I" para la insolación por hora, mientras que "H" se
usa para la insolación en el período de un día. Se aplican los mismos subíndices,
por ejemplo: Ho simboliza la irradiación extraterrestre en un día; Id simboliza la
irradiación difusa en una hora, etc. (Duffie 1991).
El tiempo solar verdadero se basa en la velocidad rotacional aparente de la Tierra
con respecto al sol. Un reloj solar adecuadamente orientado serviría para marcar el
paso de esta escala de tiempo. Se define un día solar como dos pasos sucesivos del
sol por encima del meridiano en donde se hace la medición. Este es un tiempo de
naturaleza local, ya que solamente es válido en aquellos puntos que se encuentren
sobre el mismo meridiano. El tiempo solar verdadero presenta importantes
inconvenientes ya que no es una escala de tiempo uniforme. Debido a que la
duración del día solar verdadero no es constante pues varía a lo largo del año. Las
diferencias en duración pueden llegar a ser de hasta 16 minutos (Duffie 1991 y
Salazar 2008). Esta variación es debida principalmente a dos razones, que se
combinan entre sí, la excentricidad de la órbita terrestre y la inclinación entre el
ecuador terrestre y la eclíptica. Esto da lugar a una corrección que se conoce como
la ecuación del tiempo, que está dada por la expresión:
E = 9.87sen2B - 7.53cosB - 1.5senB (2.4).
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21 Bahena Castelar Pablo Israel
Donde n es el número de día del año. La ecuación para convertir de hora civil dada
por el huso horario y la hora solar verdadera dada por el meridiano local es:
Hora solar verdadera = Hora civil + 4 (Lst - Lloc) + E (2.5)
Donde Lst corresponde a la longitud geográfica del meridiano de referencia del huso
horario, mientras que Lloc es la longitud geográfica del meridiano local. La hora civil
en la ecuación anterior corresponde al horario normal, si la hora oficial es horario de
verano, deberá considerarse el cambio a horario normal. Figura 2.7.
Figura 2.7 Gráfica de la ecuación del tiempo, según las ecuaciones anteriores (Plasencia et al 2007)
Para efectos de diseño bioclimático normalmente no se toma en cuenta el tiempo
solar verdadero, sino que se utiliza el tiempo solar o tiempo solar medio, en el que se
considera la modificación entre la hora civil, dada por el huso horario y la hora solar
media dada por el meridiano local. La diferencia en minutos entre la hora solar y la
hora civil está dada por la siguiente ecuación
Hora solar = Hora civil + 4 (Lst - Lloc). (2.5)
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22 Bahena Castelar Pablo Israel
Para tomar en cuenta la radiación solar en el diseño bioclimático es importante
conocer el movimiento aparente del sol a lo largo del año en un lugar determinado.
La posición aparente del sol se define con dos ángulos, la altura solar αs (o su
complemento el ángulo cenital θz) y el ángulo azimutal solar γs. La altura solar es el
ángulo entre los rayos solares y el plano tangente a la superficie terrestre, el ángulo
azimutal solar es la desviación de la proyección sobre el plano horizontal de la
radiación directa con respecto al meridiano local, S(0) E(-) W(+) . La gráfica solar es
una representación de la trayectoria del movimiento aparente del sol para una latitud
dada. Existen varios tipos de gráficas solares, una de las más usadas es la gráfica
solar estereográfica. En la Figura 2.8. se muestra la gráfica estereográfica para la
latitud 18.5º N, correspondiente a Temixco Morelos.
Figura 2.8 . Gráfica solar estereográfica, para la latitud 18.5 N
Esta gráfica nos da la herramienta para conocer la trayectoria del movimiento
aparente del sol para una latitud y ver la incidencia de radiación solar a lo largo del
año, ya que está no es siempre la misma, de esta forma calcular el tipo de
protección adecuada para la zona. En ella se observan dos variables la altura solar
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23 Bahena Castelar Pablo Israel
y el ángulo azimutal. Las cartas solares son útiles en cuanto que aportan la
información necesaria acerca de la cantidad de radiación según la latitud y la
longitud a la que se encuentra el área de estudio. Si además se combinan con las
tablas de temperatura y humedad relativa del lugar se obtendrá una información muy
detallada, que permite conocer las necesidades de acondicionamiento y permite
diseñar la edificación de acuerdo al clima.
La SENER en colaboración con el lIE en el año 2010 determinaron la irradiación
solar anual promedio por día en México (Figura 2.9.).
Figura 2.9 Irradiación solar anual promedio por día en México SENER - lIE 2010
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24 Bahena Castelar Pablo Israel
2.4.2. Temperatura del aire
Otro elemento del clima es la temperatura del aire. La temperatura de cualquier
cuerpo es la medida de la energía cinética de las moléculas. La escala Kelvin (K) se
emplea para establecer la temperatura absoluta, en meteorología es de uso más
común los grados Celsius (°C) o en países de habla inglesa los grados Fahrenheit
(oF). La temperatura del aire, también se denomina temperatura de bulbo seco, para
diferenciarla de la temperatura de bulbo húmedo que se utiliza para calcular la
humedad relativa del aire.
Probablemente la temperatura sea el factor ambiental más importante, debido a la
enorme influencia en la sensación de confort que proporciona al ser humano.
Existen reportes de datos sobre temperaturas mensuales y anuales, para distintas
localidades, las cuales para ser aceptadas como válidas deben tener un mínimo de
20 años de estudio. Dentro de los elementos del clima se encuentran los términos
de temperatura media, temperatura máxima y mínima, y temperatura máxima y
mínima extrema.
La temperatura media es el promedio de las temperaturas en un periodo
determinado de tiempo ya sea diario, mensual o anual. Las temperaturas máxima y
mínima son el promedio de las temperaturas más altas y de las más bajas,
respectivamente, registradas en un periodo de tiempo, dichos parámetros
proporcionan la oscilación térmica la cual permite conocer la variación de la
temperatura en un día, mes, estación o año y con ello prevenir efectos adversos y
potencializar los efectos positivos de la masa térmica y la ventilación que puedan
ocurrir dentro de las edificaciones. Las temperaturas máxima y mínima extrema son
los registros obtenidos de los valores máximos y mínimos absolutos de la
temperatura, están asociados generalmente con la fecha de registro, es decir, en
qué fecha ocurrieron tanto el valor máximo como mínimo absoluto de temperatura
registrado. Este dato no debe ser tomado como un parámetro decisivo al momento
de diseñar tanto los sistemas de ventilación como de calefacción natural y/o artificial
pues al ser situaciones extremas estos no prevalecen todo el año ya que suceden
con mucha irregularidad (Rodríguez et al 2004).
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25 Bahena Castelar Pablo Israel
En la parte baja de la atmósfera la temperatura desciende respecto a la altura. Esto
se debe a que por un lado mayor cantidad de radiación solar se absorbe en la
superficie de la Tierra, en los océanos y mares que en el aire ocasionando que
tengan mayor temperatura que el aire y por otro lado a que una masa de aire,
cuando gana altitud, se expande como consecuencia de la disminución de la
presión, perdiendo a su vez, su temperatura como resultado de esta expansión. En
la capa más baja de la atmósfera, es decir, en la troposfera, la temperatura
disminuye una media de 0.65ºC cada 100m (6.5ºC por cada kilómetro), de manera
que a 12 km la temperatura alcanza los -60ºC. Sin embargo la temperatura cambiará
según las condiciones de humedad del aire. Si el aire se encuentra saturado, la
temperatura descenderá con la altura 0.5ºC cada 100m, en cambio, en un volumen
de aire seco, la temperatura variará 1ºC cada 100m. Esta diferencia es debida a la
mayor emisión de calor latente de un volumen de aire seco, o lo que es lo mismo, el
enfriamiento del aire húmedo será menor (Reyes 2002).
En ocasiones, la temperatura aumenta con la altura. Este fenómeno se denomina
inversión térmica y se da como consecuencia del enfriamiento nocturno de la
superficie terrestre y del aire cercano, especialmente con cielos despejados y vientos
nulos. Este aire frío, más denso y pesado, acostumbra a ocupar los valles y las
vertientes más bajas de las montañas y de los llanos, dejando por encima una masa
de aire más cálida. Si el anticiclón es muy potente y se prolonga durante muchos
días, como el sol invernal no es lo bastante fuerte para calentar esa capa fría, ésta
se hace más espesa y en caso de producirse nieblas, éstas se pueden espesar y
mantenerse en los valles durante días. Los montañeros saben muy bien que con
inversión térmica el ambiente será más gélido por la noche en el fondo del valle
mientras que unos cientos de metros por encima éste será más suave o menos frío
(Rodríguez et al 2004).
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26 Bahena Castelar Pablo Israel
2.4.3. Humedad relativa del aire
La humedad específica del aire es la cantidad de vapor de agua que contiene el aire.
Esa cantidad no es constante, sino que depende de diversos factores, tales como
precipitación pluvial (si ha llovido recientemente), cercanía a cuerpos de agua y
concentración de masas boscosas.
La humedad relativa, es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad
en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que el
aire tendría, estando totalmente saturado (máxima cantidad de humedad dada una
presión y temperatura de bulbo seco) y a la misma presión y temperatura de la
muestra. La humedad relativa se expresa en porciento, la diferencia al 100% indica
el potencial de evaporación (Valycontrol 2009).
El termómetro de bulbo húmedo es el aparato más utilizado para medir la
temperatura de bulbo húmedo, es muy similar al de bulbo seco, a excepción que el
de bulbo húmedo se expone al aire con el bulbo de mercurio saturado mediante un
lienzo húmedo. Este termómetro sirve para medir la temperatura de saturación del
aire, es decir, la temperatura que se alcanza al punto de rocío o punto en el que se
empieza a condensar la humedad dentro de él (Rodríguez et al 2005). La diferencia
entre la temperatura de bulbo seco y la temperatura de bulbo húmedo es una
indicación del potencial de evaporación, cuando la humedad relativa es inferior al
100%, la temperatura de bulbo húmedo siempre es menor a la temperatura de bulbo
seco.
Una de las herramientas a tomar en consideración es la carta psicrométrica (Figura
2.10.) la cual es una representación gráfica donde se relacionan las variables
termodinámicas del aire húmedo dada una presión, la más usada es para la presión
atmosférica estándar. Las variables termodinámicas son la temperatura de bulbo
seco, la temperatura de bulbo húmedo, la humedad específica o razón de humedad
(kg de agua /kg de aire seco). La carta psicrométrica permite, conociendo los valores
de dos variables termodinámicas (más la presión), determinar de manera
aproximada las demás variables termodinámicas.
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27 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 2.10 Carta psicrométrica para presión de una atmósfera (Moran y Shapiro 2000)
2.4.4. Viento
El viento es el movimiento del aire que es generado por las diferencias de presión y
de temperatura atmosféricas, que a su vez son causadas por un calentamiento no
uniforme de la superficie terrestre, pues mientras la radiación solar calienta el aire, el
agua y la Tierra de un lado del planeta, del otro lado existe una pérdida de calor
debido a la ausencia de radiación del sol y la radiación terrestre al cielo. El viento se
caracteriza por su velocidad, por lo que tiene magnitud y dirección.
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28 Bahena Castelar Pablo Israel
La magnitud de la velocidad del viento es aquella distancia recorrida por un flujo de
viento en una unidad de tiempo, generalmente las unidades que se utilizan para su
medición son km/h o bien m/s. En meteorología se acostumbra definir la dirección
del viento como la orientación de la que proveniente. La dirección dominante es
aquella de donde proviene con mayor frecuencia el viento. Se le llama frecuencia al
porcentaje en que el viento se presenta en cada una de las orientaciones, al sumar
el porcentaje de frecuencia del total de direcciones se debe obtener el 100% de
frecuencia (Rodríguez et al 2005).
Los vientos globales son aquellos que se dan a gran escala y muestran mayor
regularidad. Aunque representan un fenómeno bastante complejo, en términos
generales los vientos globales se pueden describir como grandes circuitos que
combinan los movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (Figura
2.11). Los movimientos verticales se producen por celdas de convección natural,
mientras que los movimientos horizontales se relacionan estrechamente con los
gradientes de presión y con el efecto de Coriolis. Este efecto se deriva del hecho de
que la superficie de la Tierra gira constantemente por debajo de las masas de aire
en movimiento. El efecto de Coriolis actúa en forma perpendicular a la dirección del
movimiento del aire, desviándolo hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la
izquierda en el hemisferio sur. Esto tiende a generar, a gran escala, circuitos
horizontales que giran en el sentido de las manecillas del reloj en el hemisferio norte
y en el sentido inverso en el hemisferio sur (Rodríguez et al 2005).
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29 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 2.11 Patrones globales de viento
Los vientos locales suelen ser mucho más variables que los globales, cambiando
constantemente su magnitud y su dirección. Los vientos locales son el resultado de
la interacción de los vientos globales con el relieve del terreno y condiciones como la
proximidad de dos medios con temperaturas distintas, como son el mar y la Tierra.
El viento local es un parámetro de gran relevancia para el diseño de edificaciones,
pues en climas cálidos y húmedos es prácticamente la principal forma de
climatización, su uso correcto puede propiciar a una sensación de confort en las
personas (Rodríguez et al 2005).
2.4.5. Precipitación pluvial
La precipitación es una parte importante dentro del ciclo hidrológico ya que es
responsable de depositar agua en los continentes e islas. Para que se dé la
precipitación, el vapor existente en una masa de aire que alcanza la saturación debe
condensarse en forma de gotas (Figura 2.12.), es preciso que se cumplan dos
condiciones: que la masa de aire se haya enfriado lo suficiente, y que existan en el
aire núcleos de condensación (denominados núcleos higroscópicos) sobre los que
puedan formarse gotas de agua.
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30 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 2.12 . Proceso de crecimiento de una gota al interior de la nube (Rodríguez et al 2005)
Sobre cada gota de agua actúan fundamentalmente dos fuerzas: la debida al
arrastre que la corriente de aire ascendente ejerce sobre ella y el peso de la gota
(Figura 2.13.) cuando éste es suficientemente grande como para vencer la fuerza de
arrastre, la gota caerá hacia el suelo, produciendo la lluvia. Las gotas alcanzarán
mayor tamaño cuanto más tiempo pasen dentro de la nube ascendiendo y
descendiendo, y cuanto mayor sea el contenido de agua líquida de la misma.
Dependiendo del tamaño de las gotas que lleguen al suelo y de cómo caigan
tendremos distintos tipos de precipitación líquida: llovizna (gotas pequeñas que caen
uniformemente), chubasco (gotas de mayor tamaño y que caen de forma violenta e
intensa) (Rodríguez et al 2005).
Figura 2.13 Equilibrio de fuerzas sobre una gota en el interior de la nube (Rodríguez et al 2005)
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31 Bahena Castelar Pablo Israel
Las formas más habituales de precipitación son la de tipo frontal, la de tipo
orográfico y la de tipo ‘convectivo’ o tormentoso. La precipitación frontal: ocurre
cuando dos masas de aire de distintas temperaturas, tales como la fría (más pesada)
y la cálida (más liviana) chocan una con la otra. La precipitación convectiva: se
produce, generalmente, en regiones cálidas y húmedas cuando masas de aire
cálidas, al ascender en altura se enfrían, generándose de esta manera la
precipitación. La precipitación orográfica o Efecto Foëhn: sucede cuando una masa
de aire húmedo circula hacia una masa montañosa, se eleva hasta llegar a la cima
de la montaña. Al ascender se enfría y el agua que contiene se condensa, por lo que
se producen las precipitaciones y la masa de aire pierde humedad. Al pasar a la otra
ladera de la montaña, el aire seco desciende y se calienta; se genera un viento seco
y cálido que puede producir deshielo.
La precipitación se puede dar también en forma sólida. El origen de la misma está en
la formación de cristales de hielo en las nubes a grandes alturas y bajas
temperaturas (-40ºC). Estos cristales pueden crecer a expensas de gotitas de agua a
muy baja temperatura que se congelan sobre ellos (siendo el inicio de la formación
del granizo) o bien uniéndose a otros cristales para formar los copos de nieve.
Cuando alcanzan un tamaño adecuado y debido a la acción de la gravedad, pueden
salir de la nube dando lugar a la precipitación sólida en superficie, si las condiciones
ambientales son las apropiadas (Rodríguez et al 2004).
La precipitación en México no es homogénea en todo el territorio ya que en el sur y
sureste del país es mayor que en la zona centro, mientras que la zona norte y
noroeste tiene muy baja precipitación pluvial (Figura 2.14.).
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32 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 2.14 Distribución de la precipitación anual en México 1971 – 2000 (CONAGUA 2000)
2.4.6. Radiación terrestre al cielo
La radiación de onda larga es emitida por la superficie de la Tierra hacia la atmósfera
y hacia el espacio exterior, de acuerdo con la ley de Stefan-Boltzmann, la intensidad
de radiación emitida es proporcional a la diferencia entre la cuarta potencia de la
temperatura absoluta K del punto de absorción y emisión. Esto depende de la
diferencia de temperaturas de la superficie terrestre entre la absorción de la
radiación (en la atmósfera o fuera de ella). La radiación de onda larga es también
emitida en todas las direcciones por los gases en la atmósfera (Givoni 1985).
La diferencia entre el porcentaje de radiación recibida en la superficie terrestre y
emitida por ella hacia la atmósfera es la pérdida neta de calor radiativo, cuando el
cielo está nublado existe una reducción significativa de dicha pérdida. Esto se debe
a que las partículas de agua en las nubes absorben y emiten el espectro de
radiación de onda larga emitida por la Tierra (Givoni 1985).
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33 Bahena Castelar Pablo Israel
La pérdida neta de calor radiativo para una superficie está dada por la siguiente
expresión:
R= 8.26x10-11 5.760-11X T4(0.23+0.28x10-0.074P)
Donde R es la radiación horizontal de la superficie en cal/cm2/min W/m2, P es la
presión de vapor de agua en mmHg, medida cercana al suelo, y T es la temperatura
absoluta expresada en grados K.
2.5. Protecciones solares
El alero es un elemento arquitectónico horizontal de sombreado, el cual brinda
protección de la radiación solar principalmente durante el mediodía (Figura 2.15).
Figura 15 2.15 Alero en ventana
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34 Bahena Castelar Pablo Israel
El quiebrasol es un elemento arquitectónico vertical de sombreado, el cual brinda
protección de la radiación solar principalmente durante la mañana y la tarde del día
solar (Figura 2.16).
Figura 16 2.16 Quiebrasol en ventana
El remetimiento es un elemento arquitectónico vertical y horizontal de sombreado, el
cual brinda protección de la radiación solar a cualquier hora del día solar (Figura
2.17).
Figura 17 2.17 Remetimiento en ventana
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35 Bahena Castelar Pablo Israel
Capítulo 3. Antecedentes
Desde tiempos inmemoriales ha existido la arquitectura vernácula, una arquitectura
sin arquitectos, que se adapta al clima, la zona y que aprovecha las estrategias de
radiación, ventilación y humectación entre otras (Fuentes, 2002). Sin embargo con la
revolución industrial y la era del petróleo esto se perdió. A mediados del siglo
pasado, se retoma el interés por la construcción de acuerdo al clima.
Los hermanos Víctor y Aladar Olgyay a principios de los años cincuenta se
planteaban ya una arquitectura completamente diferente, ésta fue plasmada en sus
trabajos. El primer artículo publicado fue "The temperate house" (1951), seguido de
otros trabajos sobre "Bioclimatic Approach to Architecture" y "Solar control and
orientation to meet bioclimatical requirements" (1954), una edición más completa
trataba sobre "Application of climate data house design" (1954). Mas adelante
surgen "Sol-Air orientation", "Environment and building shape" (1954) y finalmente
"Solar control and shaiding device" (1957) (Salasar S.).
Sus libros y publicaciones anteriores alcanzaron la cúspide en el año 1963 cuando
proponen el término “Diseño Bioclimático” el cual trata de enfatizar los vínculos y
múltiples interrelaciones entre la vida y los factores climáticos específicos de una
zona en relación con el diseño estructural, se expone un método mediante el cual el
diseño arquitectónico se desarrolla respondiendo a los requerimientos climáticos
específicos de un área determinada (Salasar S.)
Un método similar es propuesto poco después por el arquitecto israelí Baruch Givoni
(1969), basado en la carta Psicrométrica. Más adelante surgen otros términos como
diseño ambiental, eco-diseño, heliodiseño o arquitectura solar, diseño natural,
biodiseño, etc. en general todos tienen un principio rector, establecer la relevancia
del diseño fundamentado en la relación y armonía Hombre-Naturaleza (Fuentes,
2002). Sin embargo Víctor Olgyay es considerado como el precursor de la
investigación de la relación entre arquitectura y energía. Ya que con su libro
Arquitectura y Clima formó a la mayoría de los arquitectos bioclimáticos de la época.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
36 Bahena Castelar Pablo Israel
La arquitectura bioclimática contribuye de manera significativa al bienestar,
eficiencia, salud, economía y ambiente (Fuentes, 2002). Para dar una solución a los
problemas de inadaptación que surgen entre las edificaciones respecto al ambiente
natural, ésta debe realizarse desde su origen, tomando en cuenta los fundamentos
de la arquitectura:
1. Crear espacios aptos que cumplan con la finalidad funcional y precisa, que sean
física y psicológicamente saludables y confortables para propiciar el óptimo
desarrollo del ser humano, así como las actividades que realicen los mismos.
2. Mantener un uso eficiente y racional tanto de la energía como de los recursos
naturales, procurando una autosuficiencia en las edificaciones.
3. Preservar, cuidar y mejorar el ambiente, integrando las edificaciones y actividades
propias del hombre a un ecosistema equilibrado con respecto al espacio.
Se busca diseñar espacios arquitectónicos los cuales estén construidos de forma
sostenible, tanto en sus materiales como en su vida útil. Así responderán de forma
integral y armónica a la acción de los factores ambientales naturales de la zona.
La envolvente del edificio debe ser diseñada como un agente dinámico el cual
interactúe favorablemente entre el exterior e interior y viceversa, es decir, que actúe
como un filtro selectivo biotérmico, lumínico y acústico, capaz de modificar
favorablemente la acción de los elementos naturales, admitiéndolos, rechazándolos
y/o transformándolos cuando así se requiera (Fuentes, 2002).
Capítulo 4. Problemática
Cuernavaca, Temixco y Jiutepec forman parte de la zona metropolitana de la capital
del Estado de Morelos. En la última década Temixco presentó un crecimiento
poblacional sostenido, pues pasó de 94,600 habitantes en 2000 a 108,126
habitantes en 2010, es decir, un aumento poblacional de 1.14%, esto significa que
un número cada vez mayor de población ha necesitado un lugar para vivir, por lo
que en el mismo lapso de tiempo, en esta zona han sido construidas un número
considerable de viviendas. En general éstas no han sido diseñadas de acuerdo al
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37 Bahena Castelar Pablo Israel
clima cálido-subhúmedo de la región, su orientación no responde a criterios
bioclimáticos, sino a maximizar el número de viviendas en el predio del conjunto
habitacional, esto deriva en el detrimento del confort higrotérmico en las viviendas y
por ende un menoscabo en la calidad de vida de los habitantes de las mismas.
Capítulo 5. Justificación
El clima de Temixco permite que, con un adecuado diseño bioclimático de las
viviendas, éstas no requieran o se minimice el uso de sistemas de aire
acondicionado de enfriamiento para lograr el confort térmico durante todo el año. Por
lo que proporcionar a los constructores y desarrolladores una guía de diseño
bioclimático para la zona puede contribuir a mejorar los diseños de las viviendas que
ofertarán en un futuro. En esta zona la ganancia térmica más importante en las
viviendas es por radiación solar, por lo que con este proyecto se busca que éstas se
orienten adecuadamente para evitar dicha incidencia de radiación solar sobre muros
y la entrada de radiación directa a través de las ventana, también es importante
orientar adecuadamente las viviendas con respecto a la dirección del viento, para
favorecer la ventilación cruzada al interior de las mismas.
Capítulo 6. Objetivos
6.1. Objetivo general
Generar una guía para los constructores y desarrolladores de viviendas en la zona
de Temixco que les proporcione el conocimiento y las herramientas para el diseño
bioclimático de las viviendas, que permita construir casas térmicamente confortables,
sin la necesidad de uso de sistemas de aire acondicionado de enfriamiento.
6.2. Objetivo particular
Interpretar y analizar los datos climáticos en la zona de Temixco: radiación solar,
temperatura, humedad relativa, vientos y precipitación pluvial.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
38 Bahena Castelar Pablo Israel
Realizar una investigación en base a bibliografía ya existente sobre el diseño
bioclimático, en particular para climas cálidos-subhúmedos.
Analizar los sistemas pasivos de diseño bioclimático para el clima de Temixco.
Proponer de acuerdo a las características climáticas de la zona las alternativas de
uso de sistemas pasivos bioclimáticos que brinden el confort en las viviendas y
disminuyan la necesidad de uso de sistemas de aire acondicionado de enfriamiento.
Redactar una guía que sea útil para los constructores de viviendas en la zona de
Temixco.
Capítulo 7. Metodología
Realizar una investigación bibliográfica en libros, publicaciones, revistas
científicas e internet con la finalidad de fundamentar la guía.
Realizar un análisis de las variables climáticas de la zona de Temixco, es decir,
radiación solar, temperatura, humedad relativa, vientos y precipitación 18 pluvial.
Analizar estrategias de diseño bioclimático adecuadas a la zona.
Elaborar una guía para constructores con un análisis detallado de las variables
que brinden el mejor diseño de casa habitación
Capítulo 8. Desarrollo de la guía
Para el desarrollo de la guía se recopiló información general del municipio de
Temixco. Se realizó un análisis de las variables climáticas y de las estrategias
bioclimáticas correspondientes.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
39 Bahena Castelar Pablo Israel
8.1. Información del municipio de Temixco
El municipio de Temixco está localizado en la parte noroeste del Estado de Morelos,
forma parte de la Zona Metropolitana de Cuernavaca, esto le brinda una importante
oportunidad de desarrollo urbano y de viviendas con uso de sistemas pasivos de
climatización.
8.1.1. Ubicación geográfica
Temixco se encuentra en las coordenadas entre los paralelos 18°46’ y 18°55’ de
latitud norte; los meridianos 99°12’ y 99°21’ de longitud oeste; con una altitud entre
1,000 y 1,700msnm y una altitud promedio de 1280msnm (Figura 8.1.). Colinda al
norte con el municipio de Cuernavaca; al este con el municipio de Emiliano Zapata;
al sur con los municipios de Xochitepec y Miacatlán; al oeste con los municipios de
Miacatlán y Cuernavaca. Ocupa el 2.11% de la superficie del estado. Cuenta con 35
localidades y una población total de 108,126 habitantes (INEGI 2010).
Figura 8.1 Mapa de localización de la zona urbana de Temixco
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
40 Bahena Castelar Pablo Israel
8.1.2. Fisiografía
Temixco está ubicado principalmente entre la Provincia Sierra Madre del Sur que
representa un 99.35% del territorio y el Eje Neovolcánico con apenas el 0.65%. En
el sistema de topoformas está el Lomerío con cañadas que representa el 70.32%,
Sierra de laderas escarpadas con 14.68%, Llanura aluvial con lomerío con 14.35% y
Lomerío de basalto con apenas 0.65% (INEGI 2005).
8.1.3. Geología
El suelo de Temixco pertenece al Periodo Neógeno en 50.92%, al Cretácico con
21.23%, Cuaternario 3.62% y Terciario 0.87%. El tipo de suelo es Roca
Sedimentaria: arenisca-conglomerado con 50.92% y caliza 21.23%. Ígnea extrusiva:
basalto 1.34%. Ígnea intrusiva: pórfido riolítico 0.87% y Suelo: aluvial 2.28%,
(INEGI 2005).
8.1.4. Hidrografía
Temixco pertenece en 100% a la Región Hidrológica del Balsas, a la Cuenca del rio
Grande de Amacuzac con 100%, así como a la subcuenca del rio Apatlaco con
76.88% y del rio Coatlán con 23.12%.
Las Corrientes de agua perennes son: Amacuzac, Cocotzina, El Sabino, Los
Sabinos, Tejaltepec y Tembembe. Las corrientes de agua intermitentes son:
Amacuzac, Cocotzina, El Alguacil, El Cerro, El Mango, Fría, La Fundición, La
Tilapeña, El Panocheras, El Pollo, La Salada, El Salado y San Antón (INEGI 2005).
8.1.5. Uso del suelo y vegetación
El uso del suelo perteneciente a la agricultura representa 40.17% y el perteneciente
a la zona urbana abarca 23.36%. La vegetación predominante en Temixco es selva
baja caducifolia 19.66% y pastizal 16.81% (INEGI 2005).
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41 Bahena Castelar Pablo Israel
8.1.6. Uso potencial de la Tierra
Para la agricultura manual estacional 62.42%, para la agricultura mecanizada
estacional 5.83% y para la agricultura manual continua 4.73% (INEGI 2005).
8.1.7. Zona urbana
La zona urbana está creciendo sobre suelos, rocas ígneas extrusivas del
Cuaternario y rocas sedimentarias del Neógeno, en llanuras y lomeríos; sobre áreas
donde originalmente había suelos denominados Phaeozem y Vertisol; tienen clima
cálido subhúmedo con lluvias en verano, de menor humedad y semicálido
subhúmedo con lluvias en verano, de humedad media, y está creciendo sobre
terrenos ocupados por agricultura (INEGI 2005).
8.2. Análisis del clima de la zona Temixco y estrategias bioclimáticas
El rango promedio de temperatura oscila entre los 18 y 24°C durante todo el año. El
rango de precipitación pluvial media anual está entre 800 y 1,200mm. El clima
predominante es cálido subhúmedo con lluvias en verano. Se divide en dos
subzonas, una al norte y noreste de humedad media (humedad promedio 57.04%) y
otra al centro y sur de menor humedad (42.96%), ver Figura 8.2. (INEGI 2005).
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
42 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura.19 8.12 Representación del clima de Temixco (INEGI 2005)
8.2.1. Clima de Temixco y alrededores
Temixco y sus alrededores presentan clima cálido subhúmedo, con dos temporadas
marcadas: lluvias de mayo a octubre (precipitación mensual promedio de 58.9mm,
199.4mm, 160.3mm, 181.3mm, 184.7mm y 74.9mm), y estiaje de noviembre a abril
(con precipitación mensual promedio de 15.6mm, 5.3mm, 9.1mm, 2.7mm, 6.7mm y
9.4 mm). La época más caliente se presenta en primavera (marzo a mayo) con
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
43 Bahena Castelar Pablo Israel
temperatura máxima promedio de 36.8°C y mínima promedio de 14.9°C y humedad
relativa promedio de 44% en mayo. El verano (junio a septiembre) es cálido y
húmedo con temperatura máxima promedio de 32.0°C y mínima promedio de 15.0°C
y humedad relativa promedio de 66% en agosto. La época más fría corresponde a
los meses de diciembre y enero con temperatura máxima promedio de 30.4°C y
mínima promedio de 11.3°C y humedad relativa promedio de 46% en enero (Huelsz
et al, 2011).
Las altas temperaturas que se tienen durante el día, principalmente en primavera y
verano, junto con la radiación solar producen fuertes ganancias térmicas, en las
edificaciones, que deben ser reducidas con un buen diseño bioclimático. Las bajas
temperaturas por las noches en la época de calor se pueden aprovechar para
refrescar las viviendas, por lo que se recomienda la ventilación nocturna.
8.2.2. Radiación solar
Se realizó el análisis de radiación solar, con datos de radiación recabados en la
estación ubicada en el IER-UNAM en Temixco. Los datos analizados comprenden
desde el 1º de julio de 2011 hasta el 30 de junio de 2012. El intervalo de tiempo
entre datos es de 1 hora y el número de datos fue de 52,703.
En la tabla 8.1. se muestran los resultados obtenidos del promedio horario para
cada mes de la radiación solar, para los meses de enero a diciembre durante las 24
horas del día. Se observa que para la zona de Temixco la mayor cantidad de
radiación recibida se ubica de las 11am a las 2pm y durante los meses de marzo a
diciembre se alcanzan valores mayores a 2.5MJ/h.
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44 Bahena Castelar Pablo Israel
Tabla 8.1 Promedio horario de la radiación solar [MJ/h] en Temixco para los doce meses del año
8.2.3. Temperatura
Se realizó el análisis de temperatura para Temixco en colaboración con el M. en I. J.
Antonio Castillo, con datos recabados en la estación ubicada en el IER-UNAM en
Temixco. Los datos analizados comprenden desde el mes de enero de 2011 hasta
el 31 de diciembre del 2012.
En la Tabla 8.2. se muestra la temperatura horaria promedio para los 12 meses del
año, se utiliza un código de colores para identificar las horas con condición de frío,
confort y cálido. Para cada mes se utilizó el criterio de confort térmico adaptativo de
Humphrey para la obtención de la temperatura de neutralidad y para la amplitud de
la zona de confort se utilizó el criterio de Morillón (Ver sección 2.3). En la tabla se
observa como las temperaturas cálidas se ubican principalmente entre la 1pm y las
5pm para los meses de febrero a junio.
.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
45 Bahena Castelar Pablo Israel
Tabla 8.2 Temperatura horaria promedio mensual en Temixco
De acuerdo a la Comisión Nacional del Agua y el Servicio Meteorológico Nacional
con datos de temperatura promedio anual en el periodo de 1980 a 2004 en la zona
de Temixco las temperaturas oscilan entre los 20 y 25°C.
8.2.4. Humedad relativa
Se realizó el análisis de humedad relativa para Temixco en colaboración con el M.
en I. J. Antonio Castillo, con datos recabados en la estación ubicada en el IER-
UNAM en Temixco. Los datos analizados comprenden desde el mes de enero de
2011 hasta el 31 de diciembre del 2012.
En la Tabla 8.3. se muestra la humedad relativa horaria promedio mensual de
Temixco para los 12 meses del año, se utiliza un código de colores para identificar
las horas con condición de húmedo, confort y seco. El criterio de humedad que se
utilizó fue si la humedad es ≤30% se considera seco, si es ≥70% se considera
húmedo y los rangos intermedios entre seco y húmedo (≥30% y ≤70%) se
consideran en confort. Se observa que la humedad reportada como seca se ubica
principalmente de la 12pm a las 8pm para los meses de febrero a abril, la humedad
reportada como húmeda se ubica principalmente de las 6pm a las 9am durante los
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
46 Bahena Castelar Pablo Israel
meses de julio a octubre y la humedad reportada en confort tiene un rango mayor
pues se encuentra ubicada casi en la totalidad de las horas del día para los meses
de enero, mayo, junio noviembre y diciembre y de las 11am a las 5pm en los meses
de julio a octubre.
Tabla 8.3 Humedad relativa horaria promedio mensual de Temixco
8.2.5. Vientos
No se encontraron reportes de las características de viento de la zona. Como las
características de viento pueden diferir entre lugares cercanos dependiendo de la
orografía del lugar, se buscaron estaciones meteorológicas en el municipio de
Temixco y alrededores, para tener un panorama de toda la zona. Se utilizó
información de cuatro estaciones.
Las estaciones están ubicadas en el IER-UNAM dentro del municipio de Temixco, el
IMTA al noreste de Temixco en el municipio de Jiutepec, así como dos estaciones
EMAS, una al este de Temixco en el municipio de Emiliano Zapata y otra al suroeste
de Temixco en el municipio de Mazatepec. Su ubicación en el mapa puede verse en
la Figura 8.3. Las variables que se registraron son: dirección del viento, velocidad
del viento, hora, día, mes y año. Cabe señalar que como es usual en meteorología,
la dirección del viento se da como la dirección de donde provienen los vientos.
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47 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 20 8.3 Ubicación de las estaciones meteorológicas
Los datos analizados de la estación meteorológica del IER-UNAM en Temixco, la
cual está ubicada a 2m de altura, comprenden desde el 1º de julio de 2011 hasta el
30 de junio de 2012. El intervalo de tiempo entre datos es de 10 minutos y el
número de datos fue de 52,704.
En la Figura 8.4. se muestra el histograma de la velocidad del viento registrado en la
estación meteorológica del IER-UNAM, con velocidades de 0 m/s hasta la máxima
registrada de 11m/s durante el periodo de lectura. Se observa que los vientos en la
zona se encuentran en su mayoría en el intervalo de 0<V≤2m/s representando el
77% de los vientos en el día y el 67% de los vientos por la noche. El promedio anual
de la velocidad de viento obtenida fue de 1.12m/s.
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48 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 21 8.4 Histograma de la velocidad del viento registrado en la estación meteorológica del IER-UNAM en Temixco
Las Figuras 8.5. y 8.6. muestran la frecuencia anual durante el día y durante la
noche, respectivamente, de los vientos por dirección en la estación meteorológica
del IER-UNAM. Se observa que los vientos en la zona provienen en su mayoría del
SSE durante el día, mientras en que la noche las direcciones predominantes son
NNO y N.
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49 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 22 8.5 Frecuencia anual durante el día de los vientos por dirección en la estación meteorológica del IER-UNAM en Temixco
Figura 23 8.6 Frecuencia anual durante la noche de los vientos por dirección en la estación meteorológica del IER-UNAM en Temixco
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50 Bahena Castelar Pablo Israel
Los datos analizados de la estación meteorológica automática de Emiliano Zapata,
comprenden desde el 1º de enero de 2011 hasta el 31 de diciembre de 2011. El
intervalo de tiempo entre datos es de 15 minutos y el número de datos fue de
35,040.
En la Figura 8.7. se muestra el histograma de la velocidad del viento registrado en la
estación meteorológica automática de Emiliano Zapata, con velocidades de 0m/s
hasta la máxima registrada de 30m/s durante el periodo de lectura. Se observa que
la mayoría del día (44%) y de la noche (90%) no existe viento (V=0m/s). En menor
cantidad son las lecturas obtenidas en el rango de 0<V≤2m/s, en el día representan
el 36% mientras que en la noche alcanzan el 6%. El promedio anual de la velocidad
de viento obtenida fue de 1.18m/s.
Figura 24 8.7 Histograma de la velocidad del viento registrado en la estación meteorológica automática de Emiliano Zapata
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51 Bahena Castelar Pablo Israel
En las Figuras 8.8. y 8.9. se muestra la frecuencia anual durante el día y durante la
noche, respectivamente, de los vientos por dirección en la estación meteorológica
automática de Emiliano Zapata. Se observa que los vientos en la zona se
encuentran en su mayoría con dirección SSE durante el día, mientras que en la
noche las direcciones predominantes son NNE y NE, aunque presentan menor
frecuencia.
Figura 25 8.8 Frecuencia anual durante el día de los vientos por dirección en la estación meteorológica automática de Emiliano Zapata
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52 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 26 8.9 Frecuencia anual durante la noche de los vientos por dirección en la estación meteorológica automática de Emiliano Zapata
+
Los datos analizados de la estación meteorológica del IMTA en Jiutepec
comprenden desde el 1º de enero de 2011 hasta el 31 de diciembre de 2011. El
intervalo de tiempo entre datos es de 10 minutos y el número de datos fue de
35,040.
En la Figura 8.10. se muestra el histograma de la velocidad del viento registrado en
la estación meteorológica del IMTA en Jiutepec, con velocidades de 0m/s hasta la
máxima registrada de 11m/s. Se observa que la mayoría del día (75%) y de la noche
(55%) no existe viento (V=0m/s). No hubo registro de lecturas en el intervalo de
0<V≤1 m/s. Esto indica que posiblemente el sensor de velocidad tiene un umbral de
medición mayor a 1m/s. Con menor frecuencia se tienen valores en el intervalo de
1<V≤4m/s, en el día representan el 16% mientras que en la noche alcanzan el 15%.
Se observan también registros considerables en el intervalo de 4<V≤11m/s, con 9%
de las lecturas en el día y 30% durante la noche. El promedio anual de la velocidad
de viento obtenida fue de 1.97m/s.
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53 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 27 8.10 Histograma de la velocidad del viento registrado en la estación meteorológica del IMTA en Jiutepec.
En las Figuras 8.11. y 8.12. se muestran la frecuencia anual durante el día y durante
la noche, respectivamente, de los vientos por dirección en la estación meteorológica
del IMTA en Jiutepec, se observa que los vientos en la zona se encuentran
predominantemente con dirección SSO durante el día, mientras que en la noche la
dirección está muy marcada por la orientación NNE.
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54 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 28 8.11 Frecuencia anual durante el día de los vientos por dirección en la estación meteorológica del IMTA en Jiutepec
Figura 29 8.12 Frecuencia anual durante la noche de los vientos por dirección en la estación meteorológica del IMTA en Jiutepec
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55 Bahena Castelar Pablo Israel
Los datos analizados de la estación meteorológica automática de Mazatepec,
comprenden desde el 1º de enero de 2011 hasta el 31 de diciembre de 2011. El
intervalo de tiempo entre datos es de 15 minutos y el número de datos fue de
35,040.
En la Figura 8.13. se muestra el histograma de la velocidad del viento registrado en
la estación meteorológica automática de Mazatepec, con velocidades de 0m/s hasta
la máxima registrada de 11m/s. Se observa que el 30% del día y el 39% de la noche
no existe viento (V=0m/s). El intervalo de 0<V≤1m/s es el segundo más importante
ya que representan el 24% de los vientos en el día y el 9% de los vientos por la
noche. Las lecturas obtenidas en el intervalo de 1<V≤4m/s representan el 27% en el
día y el 15% en la noche. En el intervalo de 4<V≤11m/s se tiene el 19% de las
lecturas en el día y 10% durante la noche. El promedio anual de la velocidad de
viento obtenida fue de 2.14 m/s.
Figura 30 8.13 Histograma de la velocidad del viento registrado en la estación meteorológica de Mazatepec
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56 Bahena Castelar Pablo Israel
En las Figuras 8.14. y 8.15. se muestran la frecuencia anual durante el día y durante
la noche, respectivamente, de los vientos por dirección en la estación meteorológica
automática de Mazatepec, se observa que los vientos en la zona se encuentran con
dirección relativamente dispersa pues estos van desde la dirección OSO hasta la
ESE durante el día, mientras que en la noche la dirección está muy marcada por la
orientación N y ONO.
Figura 31 8.14 Frecuencia anual durante el día de los vientos por dirección en la estación meteorológica de Mazatepec durante el día
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57 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 32 8.15Frecuencia anual durante la noche de los vientos por dirección en la estación meteorológica de Mazatepec durante la noche
Recomendaciones para ventilación en las cuatro subzonas analizadas
Como la época de mayor calor en la zona corresponde al periodo de secas, se
recomienda usar la ventilación nocturna como estrategia de enfriamiento. La
ventilación diurna deberá sólo usarse para aumentar la calidad de aire cuando esto
sea necesario.
De acuerdo a los datos estudiados en las estaciones meteorológicas, se agrupan
cuatro subzonas para las cuales se dan las siguientes recomendaciones de
ventilación en vivienda.
Temixco presenta velocidades de viento medias durante el día y la noche, la
dirección el viento proviene del S, SSE en el día y del N, NNO durante la noche.
Para la ventilación nocturna se deben colocar ventilas en la parte baja de los muros
con orientación N, NNO y ventilas en la parte alta de muros opuestos o en el techo,
para también aprovechar el efecto térmico.
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58 Bahena Castelar Pablo Israel
Las ventilas deben estar protegidas de insectos y ladrones. Para la ventilación
diurna se deben colocar ventanas, en la parte media y baja del muro orientado hacia
el S, SSE. Si se usa el techo con doble cubierta, inclinado y con ventilación entre
ambas cubiertas, la parte baja deberá estar al S o SSE, ya que en la zona el viento
proviene de dicha dirección durante el día.
Se presenta un resumen de las características de los vientos en las cuatro subzonas
(Tabla 8.4.).
Tabla 8. 4 Características de los vientos en las cuatro subzonas
Zona Velocidad
en el
día
Velocidad
en la noche
Dirección
en el
día
Dirección
en la
noche
Ventilación
nocturna
Inclinación
techo doble
Temixco
Media
Media
S, SSE
N, NNO
Viento +
térmica
S,SSE
Zapata
Baja
Nula
S, SSE
N, NNE
Térmica
S, SSE
IMTA
Baja
Baja
S, SSO
N, NNE
Térmica +
viento
S,SSO
Maza-
tepec
Baja
Media
OSO,
ESE
N, ONO
Viento +
térmica
OSO,
ESE
Temixco presenta velocidades de viento mayores tanto en el día como en la noche
comparado con los alrededores, esto brinda una mayor oportunidad de
aprovechamiento de este recurso para la ventilación natural en las viviendas de esta
zona.
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59 Bahena Castelar Pablo Israel
8.2.6. Precipitación pluvial
Se reporta la precipitación pluvial mensual media para Temixco durante el periodo
de 1951 al 2010 en la Figura 8.16. Los datos fueron obtenidos del Servicio
Meteorológico Nacional. Se observa que los meses con mayor precipitación son de
mayo a octubre (época de lluvias) y los meses con menor precipitación son de
noviembre a abril (época de estiaje), la precipitación pluvial anual media para
Temixco es de 933.2mm.
Figura 33 8.16 Precipitación pluvial mensual media para Temixco en el periodo de 1951-2010 Servicio Meteorológico Nacional
Se muestran los valores de precipitación pluvial anual media de la República
Mexicana (Figura 8.17.), se observa que la zona de Temixco presenta precipitación
pluvial anual promedio entre 750mm y 1000mm.
0
50
100
150
200
250
PRECIPITACIÓN PLUVIAL EN
mm
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60 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 34 8.17 Precipitación pluvial media anual de la República Mexicana de 1941-2005
8.2.7. Clasificación del clima de Temixco
De acuerdo a la clasificación de climas del INEGI (2005), el clima de Temixco es
cálido-subhúmedo. En la figura 8.18. se presentan los climas de la República
Mexicana, donde se observa que Temixco presenta un clima cálido-subhúmedo.
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61 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 35 8.18 Clasificación de climas para la República Mexicana
8.3 Cálculo de protecciones solares
Para evitar las ganancias de calor por radiación directa en las edificaciones a través
de las ventanas en climas cálidos es importante el uso de protecciones solares. Las
analizadas en este apartado para la zona de Temixco son alero, quiebrasol y
remetimiento de ventana. Las protecciones solares son elementos arquitectónicos de
sombreado, los cuales brindan protección de la radiación solar directa. El alero es
un elemento horizontal que brinda protección principalmente durante el mediodía
solar, el quiebrasol es un elemento vertical que brinda protección principalmente
durante la mañana y la tarde, mientras que el remetimiento de ventana es un
elemento tanto vertical como horizontal y la protección que brinda es a cualquier
hora del día solar.
Para el cálculo de las protecciones solares se utilizó la gráfica solar de proyección
estereográfica y el transportador auxiliar de ángulos de sombras. En la gráfica solar
de proyección estereográfica, los círculos concéntricos representan el ángulo de
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62 Bahena Castelar Pablo Israel
altura solar o su completo, el ángulo cenital solar. En la gráfica de la Figura 8.19. se
muestran los ángulos cada 10º, el circulo exterior corresponde a la altura solar 0o
(cenital 90º) y el centro corresponde al ángulo de altura solar de 90º (cenital 0o) . En
esta gráfica los radios corresponden al ángulo azimutal solar, medido cada 10º. En
el transportador auxiliar de ángulos de sombras (Figura 8.20.), los arcos de
circunferencia denotan el ángulo de la altura o su complemento, el ángulo cenital de
la protección solar. El más exterior corresponde a ángulo de altura 0o (cenital 90º) y
el centro corresponde al ángulo de altura de 90º (cenital 0o). Los radios representan
el ángulo azimutal de la protección, medido a partir del plano de la ventana, por lo
que los radios colineales, representan el ángulo 0o, respectivo al lado
correspondiente, y el radio normal, representa el ángulo de 90º.
Figura 36 8.19 Gráfica solar estereográfica para Temixco 18.5° N
12 11 10 09 08 07
01 02 03 04 05
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63 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura37 8.20 Transportador auxiliar de ángulos de sombras (Mascarilla de sombras)
La gráfica solar de proyección estereográfica o polar no equidistante es una
proyección sobre el plano horizontal visto desde el observador en el nadir (opuesto
al cenit). Las trayectorias del sol para cada día son arcos de circunferencias en un
sistema de coordenadas donde el radio (no equidistante) es el ángulo de altura solar
y el ángulo es el ángulo azimutal solar. Las ventajas que presenta para su uso son:
se utiliza a todas horas, es fácil de utilizar con la mascarilla para el análisis de
sombras, y es recomendada para la zona intertropical. Las desventajas que presenta
son: menor resolución a horas cercanas al mediodía solar.
La mascarilla de sombras es un diagrama que se utiliza para determinar el área de
sombra producida por dispositivos de control solar. Sobrepuesta a la gráfica solar
estereográfica permite determinar de manera aproximada las horas para cualquier
día del año en que se cuenta con radiación solar incidente sobre la fachada
expuesta y diseñar dispositivos de protección solar.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
64 Bahena Castelar Pablo Israel
Para el cálculo de los ángulos de un alero (protección solar horizontal) se muestra la
vista en alzado lateral, planta y alzado de frente de una ventana (Figura 8.21.) y las
fórmulas necesarias.
Fórmulas utilizadas para la obtención de los ángulos para el alero (para los ángulos
izquierdos las fórmulas son similares)
Donde, a es la longitud del alero perpendicular a la ventana, h es la altura de la
ventana, l es el ancho de la ventana, si y sd son las distancias que sobresale el alero
a la ventana con respecto al lado izquierdo y al derecho, respectivamente, θ es el
ángulo cenital del alero en el plano perpendicular a la ventana, βi y βdi son los
h
a
θ
Alzado lateral
a
l
βd β
i
sd s
i
Alzado Planta
δd δ
i h
Alzado frente
h
aang tan
d
dsl
aang
tan
h
slang d
d
tan
Figura38 8.21 Alzado lateral, planta y alzado de frente de un alero.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
65 Bahena Castelar Pablo Israel
ángulos azimutales del alero, izquierdo y derecho, respectivamente, medidos desde
el plano de la ventana, δi y δd son los ángulos de altura del alero sobre el plano de la
ventana, del lado izquierdo y del derecho, respectivamente.
Para el cálculo de los ángulos de un quiebrasol (protección solar vertical) se muestra
la vista en planta, alzado lateral y alzado de frente de una ventana (Figura 8.22.) y
las formulas necesarias.
h
Alzado lateral
Hd
qd
θ
l
qd
βd
sd
Alzado Planta
Alzado frente
δd
h
Hd
sd l
Figura 39 8.22 Alzado lateral, planta y alzado frente de un quiebrasol
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66 Bahena Castelar Pablo Israel
Fórmulas utilizadas para la obtención de los ángulos para el quiebrasol derecho (las
fórmulas para un quiebrasol izquierdo son similares).
Donde, qd es la longitud del quiebrasol perpendicular a la ventana, h es la altura de la
ventana, l es el ancho de la ventana, si y sd son las distancias que existen entre el
quiebrasol y la ventana con respecto al lado izquierdo y al derecho,
respectivamente, Hd es la distancia vertical que sobresale del quiebrasol respecto a
la ventana, θ es el ángulo cenital del quiebrasol en el plano perpendicular a la
ventana, βi y βdi son los ángulos azimutales del quiebrasol, izquierdo y derecho,
respectivamente, medidos desde el plano de la ventana, δi y δd son los ángulos de
altura del quiebrasol sobre el plano de la ventana, del lado izquierdo y del derecho,
respectivamente.
Para el cálculo de los ángulos de un remetimiento de ventana (protección solar
vertical y horizontal) se muestra la vista en planta, alzado lateral y alzado de frente
de una ventana con remetimiento (Figura 8.23.) y las fórmulas necesarias.
d
d
dsl
qang
tan
d
d
dsl
qang
tan
d
dd
Hh
slang
tan
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67 Bahena Castelar Pablo Israel
Fórmulas utilizadas para la obtención de los ángulos para la obtención de los
ángulos para el remetimiento de ventana
Donde, r es la longitud del remetimiento perpendicular a la ventana, h es la altura de
la ventana, l es el ancho de la ventana, θ es el ángulo cenital del remetimiento en el
plano perpendicular a la ventana, βi y βdi son los ángulos azimutales del
remetimiento, izquierdo y derecho, respectivamente, medidos desde el plano de la
ventana, δi y δd son los ángulos de altura del remetimiento sobre el plano de la
ventana, del lado izquierdo y del derecho, respectivamente. Estas fórmulas son
iguales para una ventana con una protección horizontal y vertical en forma de marco
justo al borde de la ventana, que sobresalga igual al valor “r” del remetimiento.
h
r
θ
Alzado lateral
h δ
d
Alzado frente
l
r β
d
Alzado Planta
Figura 40 8.23 Alzado lateral, planta y alzado frente de una ventana con remetimiento
h
rang tan
l
rang tan
h
lang tan
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68 Bahena Castelar Pablo Israel
8.3.1 Cálculo de protecciones solares para Temixco
El cálculo de protecciones solares se realiza para los muros con orientación norte,
sur, este y oeste. El criterio de horas de protección solar está dividido de acuerdo al
tipo de protección, en todos los casos es durante todo el año.
Para los aleros en ventanas norte y sur el criterio es la protección solar total en el
intervalo de 9am a 3pm. Para aleros en ventanas este, el criterio es la protección
solar total de 10am a 12pm (mediodía solar). Para aleros en ventanas oeste el
criterio es la protección solar total de 12pm a 2pm.
El uso de quiebrasoles solo es útil en ventanas norte y sur, donde se deberán poner
quiebrasoles a ambos lados de la ventana. El criterio de protección en quiebrasoles
es de 6 a 9am para la orientación este y de 3 a 6pm en la orientación oeste.
Para uso de remetimiento en las ventanas norte y sur el criterio es la protección solar
total en el intervalo de 6am a 6 pm. Para el remetimiento en ventanas este, el
criterio es la protección solar total de 9am a 12pm (mediodía solar). Para
remetimiento en ventanas oeste, es de 12pm a 3pm.
Para el cálculo de los ángulos de cada alero, quiebrasol y remetimiento se utilizó la
gráfica solar estereográfica de Temixco y se superpuso la mascarilla de sombras,
para identificar de manera gráfica los ángulos correspondientes.
Las especificaciones de ángulos para aleros, quiebrasoles y remetimientos de
acuerdo a la orientación de la ventana se muestran en la Tabla 8.5, Tabla 8.6 y
Tabla 8.7 respectivamente.
Tabla 8. 5 Especificaciones de ángulos para aleros
Ángulos Θ βd βi ∂d ∂i
Norte ≥15° ≥10° ≥10° ≥57° ≥57°
Sur ≥30° ≥20° ≥20° ≥58° ≥58°
Este ≥30° ≥70° ≥20° ≥12° ≥58°
Oeste ≥30° ≥20° ≥70° ≥58° ≥12°
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69 Bahena Castelar Pablo Israel
Tabla 8. 6 Especificaciones de ángulos para quiebrasol.
Ángulo θd θi βd βi ∂d ∂i
Norte ≥20° ≥20° ≥17° ≥17° ≥44° ≥44°
Sur ≥25° ≥25° ≥22° ≥22° ≥44° ≥44°
Tabla 8. 7 Especificaciones de ángulos para remetimiento de ventana
Ángulo θ βd βi ∂d ∂i
Norte ≥15° ≥19 ≥19 ≥39° ≥39°
Sur ≥25° ≥36° ≥36° ≥39° ≥39°
Este ≥25° ≥36° ≥36° ≥39° ≥39°
Oeste ≥25° ≥36° ≥36° ≥39° ≥39°
Como ejemplo, se muestra el uso de la mascarilla de sombras y la gráfica solar para
la sombra proyectada por el alero, quiebrasol y remetimiento con los ángulos θ, β,
∂ correspondientes al alero, quiebrasol y remetimiento para ventana con orientación
sur (Figura 8.24., Figura 8.25. y Figura 8.26.).
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
70 Bahena Castelar Pablo Israel
Bd=0
º
Sur
θ=30o
βd=20
o
βi=20
o
∂d= 56
o
∂i= 56
o
Bi=0
º
Bi=0
º
Sur
θd= 25
o
θi= 25
o
βd= 22
o
βi= 22
o
∂d= 39
o
∂d= 39
o
Bd=0
º
Figura 41 8.24 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el alero en la ventana con orientación sur.
Figura 42 8.25 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el quiebrasol en la ventana con orientación sur
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71 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 44 8.27 Ventana tipo para el dimensionamiento de protecciones solares
r
8.3.5 Cálculo de protecciones solares para una ventana tipo para Temixco
Para ejemplificar el dimensionamiento de las protecciones solares en una vivienda
se muestra un esquema de una ventana tipo (Figura 8.27.) con las siguientes
dimensiones: una altura h=1.00m y una longitud l=0.80m. Las variables Sd y Si
representan la longitud de la protección solar que sobresale del espacio de la
ventana por el extremo derecho e izquierdo respectivamente.
Bi=0
º
Sur
θ= 25o
β= 36o
∂= 39o
Bd=0
º
h=1.00m
l=0.80m
Sd Si
Figura 43 8.26 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el remetimiento en la ventana con orientación sur
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
72 Bahena Castelar Pablo Israel
Las medidas de un alero como protección solar, para las cuatro orientaciones se
obtuvieron con las fórmulas correspondientes, tomando como base los ángulos
calculados previamente mediante la gráfica solar estereográfica y la mascarilla de
sombras, para cada caso. En la Tabla 8.8 se muestran las medidas obtenidas.
Tabla 8.8 Especificaciones de aleros para la ventana tipo
El valor negativo en sd o en si, significa que el alero no se extiende más allá de la
ventana, sino que termina en algún lugar arriba de la ventana. Los aleros en
ventanas este y oeste deben proteger más del lado sur que del norte, esto implica
una protección con prolongación muy larga en la orientación al sur y una protección
con prolongación muy pequeña en orientación al norte.
Las medidas de un quiebrasol como protección solar, para las cuatro orientaciones
se obtuvieron con las fórmulas correspondientes, tomando como base los ángulos
calculados previamente mediante la gráfica solar estereográfica y la mascarilla de
sombras, para cada caso. En la tabla 8.9 se muestran las medidas obtenidas.
Tabla 8.9 Especificaciones de medidas para quiebrasol
Medidas q sd si
Norte 0.36m 0.00m 0.00m
Sur 0.47m 0.00m 0.00m
Medidas a sd si
Norte 0.27m 0.73m 0.73m
Sur 0.58m 0.79m 0.79m
Este 0.58m 0.79m -0.58m
Oeste 0.58m -0.58m 0.79m
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
73 Bahena Castelar Pablo Israel
Las medidas de un remetimiento como protección solar, para las cuatro
orientaciones se obtuvieron con las fórmulas correspondientes, tomando como base
los ángulos calculados previamente mediante la gráfica solar estereográfica y la
mascarilla de sombras, para cada caso. En la tabla 8.10 se muestran las medidas
obtenidas.
Tabla 8.10 Especificaciones de medidas para remetimiento de ventana
Medidas r
Norte 0.27m
Sur 0.58m
Este 0.58m
Oeste 0.58m
Del análisis del clima y las estrategias de climatización para la zona de Temixco se
puede concluir que, se observan dos estaciones bien marcadas en la zona de
Temixco la época de estiaje y la época de lluvias, por lo que es importante
seleccionar el tipo de estrategia a considerar para ambas estaciones. Para la época
de estiaje se considera el enfriamiento evaporativo y la ventilación nocturna. Para la
época de lluvias se considera necesaria la ventilación durante todo el día. Para
evitar la ganancia de temperatura por radiación solar se consideran la utilización de
colores claros tanto en techos como en muros. Así mismo se consideran
protecciones solares en ventanas. La recomendación principal para las ventanas con
orientaciones norte y sur son el uso de aleros que brindan protección solar total en
las horas de 9am a 3pm durante los meses de febrero a octubre (Tablas 8.5 y 8.8).
También es recomendable para las ventanas norte y sur el uso de quiebrasoles que
brindan protección solar total en las horas de 6am a 9am y de 3pm a 6pm, durante
los meses de enero a noviembre (Tablas 8.6 y 8.9). Se puede optar por sustituir las
dos anteriores, por el remetimiento de la ventana, que brinda protección solar total
de 6am a 6pm de febrero a octubre (Tablas 8.7 y 8.10). Para las ventanas con
orientaciones este y oeste, se recomienda el uso de aleros que brindan protección
solar total de 10am a 2pm durante todos los meses del año (Tabla 8.5 y 8.8).
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
74 Bahena Castelar Pablo Israel
8.4 Análisis del Código De Edificación de Vivienda de CONAVI
Se analizaron las especificaciones de diseño para el Bioclima cálido semihúmedo del
Código Nacional de Vivienda (CONAVI 2010). Se tomaron en cuenta las
especificaciones que se consideraron para la zona de Temixco.
La guía se estructuró por conceptos y a cada concepto se le asocio una estrategia y
las recomendaciones para seguirla.
Capítulo 9 Conclusiones
El crecimiento poblacional estimado para el siglo XXI para la zona de Temixco
conlleva retos para la edificación de viviendas sustentables que brinden el confort
necesario a los habitantes y sin el detrimento del medio ambiente.
El desarrollo de viviendas que utilicen sistemas pasivos de climatización representa
una alternativa de uso eficiente de energía y recursos naturales para la zona de
Temixco debido a las características climáticas. En las viviendas de la zona de
Temixco el uso de energía eléctrica para aire acondicionado representa hoy en día
una necesidad en aquéllas que se encuentran diseñadas de forma no apropiada al
clima característico de la zona. Sin embargo, es factible la realización de un
proyecto arquitectónico de vivienda con el diseño correcto de acuerdo a las
características climáticas de la zona, que permitan no requerir sistemas de aire
acondicionado que utilicen energía externa.
En esta tesina se desarrolló una guía para el diseño de viviendas térmicamente
confortables en la zona de Temixco sin uso de aire acondicionado, para ser utilizada
por arquitectos y desarrolladores de vivienda. Para el desarrollo de la guía se
tomaron en cuenta características tales como la radiación solar, la temperatura, la
humedad relativa, los vientos dominantes, la precipitación pluvial y en general el
clima cálido–subhúmedo de la región de Temixco.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
75 Bahena Castelar Pablo Israel
Con base al análisis de las variables climáticas, se elaboraron especificaciones para
el diseño urbano y para el proyecto arquitectónico de vivienda. Para cada concepto,
se definieron las estrategias a seguir y las recomendaciones específicas.
La guía será distribuida a arquitectos y desarrolladores de viviendas en la zona de
Temixco. Se espera con ello contribuir a que las futuras viviendas de la zona sean
construidas siguiendo las recomendaciones y con ello sean térmicamente
confortables sin necesidad de utilizar sistemas de aire acondicionado de
enfriamiento que son grandes consumidores de energía eléctrica.
Capítulo 10 Bibliografía
Alonso P., 2000, Sistemas de Información Geográfica de la licenciatura de Ciencias
Ambientales, Universidad de Murcia, Murcia España.
ASHRAE, 2005, ASHRAE Fundamentals American Society of Heating, Refrigerating
and Air Conditioning Engineers, USA.
Baño, A., 2004, La construcción sostenible: criterios para una actuación
arquitectónica acorde con el medio ambiente, D.F. México.
Barry R. & Chorley R., 1982, Atmosphere, Weather and Climate, London England.
Celis, F., 2000, Arquitectura bioclimática, conceptos básicos y panorama actual.
Escuela de Arquitectura de la Universidad de Alcalá, Madrid España.
CONAVI, 2010, Código de edificación de vivienda, 2° Edición, D.F. México.
Dorado O., M. Arias D., Ramírez R., Sousa M., 2005, Leguminosas de la sierra de
Huautla, CEAMISH-UAEM 1° Edición, Cuernavaca México.
Duffie J. A., and Beckman W. A., 1991, Solar Engineering of Thermal Processes, ,
New York USA.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
76 Bahena Castelar Pablo Israel
Fuentes A., 2002, Arquitectura Bioclimática, 2° edición, D.F. México.
García C. J. R., 2005, Viento y Arquitectura, editorial trillas, 3° edición, D.F. México.
Givoni B, 1981. Man, climate and architecture, applied science publishers, New York
USA.
Huelsz G, 2012. Notas del curso Sistemas pasivos de climatización. Maestría en
Ingeniería en Energía. IER- Universidad Nacional Autónoma de México, México.
Huelsz G, Rojas J., Lira-Oliver A., Castillo J.A., Muñoz J.J. Ramírez C.A., Juárez
S.N. 2011. Reporte técnico Etapa 1. Anexo 4 Uso de sistemas pasivos en la zona
de Temixco, Proyecto 118665 Fondo Sectorial de Sustentabilidad Energética.
SENER-CONACYT, México.
Humphreys M. y Nicol F., 2000, Outdoor temperature and indoor thermal comfort-
raising the precision of the relationship for the 1998 ASHRAE database files studies,
ASHRAE Transactions, 106 (2). Atlanta USA.
INEGI, 2005, Marco Geoestadístico municipal, versión 3. Disponible en
https://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&
ved=0CGEQFjAG&url=http%3A%2F%2Fwww.inegi.gob.mx%2Fest%2Fcontenidos%
2Fespanol%2Fsistemas%2Fcem03%2Finfo%2Fmor%2Fm018%2Fc17018_01.xls&ei
=GeUjUfCGeaeywHsm4H4Bg&usg=AFQjCNFKQ_mPsRXrQI1e65gS4utSqXxpxw&si
g2=EWAu6kzggMEdr-9tNgJDlQ Consultado el 20 de agosto de 2012.
INEGI, Continuo nacional del conjunto de datos geográficos de las cartas de climas,
precipitación total anual y temperatura media anual 1: 1 000 000, serie
INEGI 2010 Resumen municipal del municipio de Temixco, datos demográficos
disponible en
http://www.microrregiones.gob.mx/catloc/LocdeMun.aspx?tipo=clave&campo=loc&en
t=17&mun=018 10 de diciembre de 2012
Iqbal M., 1983, An introduction to Solar Radiation, Ed. Academic Press. New York.
USA.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
77 Bahena Castelar Pablo Israel
Mazria E., 1985, El libro de la energía solar pasiva. Ed. Gustavo Gili. D.F. México.
Monkhouse F. J., Diccionario de términos geográficos. Barcelona: oikos-tau, s. a. -
ediciones, 1978, p.94.
Moran M. J., & Shapiro H. N., 2000, Fundamentals of Engineering Thermodynamics,
Ed. John Wiley & Sons, New York USA.
Morillón D., 2004, Atlas del Bioclima de México, Instituto de Ingeniería Universidad
Nacional Autónoma de México, D.F. México.
Olgyay V., 1963, Design with climate. Bioclimatic approach to architectural
regionalism, Princeton University Press, New Jersey, USA..
Olgyay, V. 1998. Arquitectura y clima, manual de diseño bioclimático para
arquitectos y urbanistas. Ed. Gustavo Gili. Barcelona España.
Plasencia S. E.., Matos C L.., Posadas A., Cabrera C., 2007. Estimación horaria de
la irradiancia solar total extraterrestre, Facultad de Ingeniería Geológica, Minera,
Metalúrgica. Universidad Nacional de Ingeniería Lima. Lima Perú.
Reyes C. S., 2002 Introducción a la meteorología Universidad Autónoma de Baja
California UABC. Baja California México.
Rodríguez J. M., Águeda B.C. A., Adelaida P. L. A. 2004, Meteorología y
climatología, FECYT (Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología, España.
Rodríguez V., Figueroa C., Fuentes F., Castorena E., Huerta V., García C.,
Rodríguez M., Guerrero B., 2005, Introducción a la Arquitectura Bioclimática, Ed.
Limusa, Universidad Autónoma Metropolitana. D.F. México,
Rosales L, 2011. Escuela de Arquitectura Facultad de arquitectura FAC/UCV, Sector
acondicionamiento ambiental. Caracas Venezuela.
Salasar M. S., 2011. Construcción y desarrollo sostenible “arquitectura bioclimática”
Máster oficial interuniversitario, Representación y diseño en ingeniería y arquitectura,
Universidad de Almería España.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
78 Bahena Castelar Pablo Israel
Salazar H. J. D., 2008 Navegación Aérea, Cartografía y Cosmografía Escuela
Politécnica Superior de Castelldefels, Universidad Politécnica de Catalunya (EPSC-
UPC). Catalunya España.
Siegel R. & Howell J.R., 1981, Thermal Radiation Heat Transfer, Ed. McGraw-Hill,
New York USA.
Sosa M. E., Siem G. 2004. Manual de diseño para edificaciones energéticamente
eficientes, Instituto de Desarrollo Experimental de la Construcción Facultad de
Arquitectura y Urbanismo - IDEC/FAU/UCV. Caracas Venezuela.
Tudela. F.,.1982. Ecodiseño. Colección Ensayos, Universidad Autónoma
Metropolitana de Xochimilco. D.F. México.
Valycontrol S.A. de C.V., 2009, Manual técnico valycontrol de refrigeración
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
79 Bahena Castelar Pablo Israel
2013
Pablo Israel Bahena Castelar
Guadalupe Huelsz
IER-UNAM
25/03/2013
Guía para la construcción de viviendas térmicamente confortables en la zona de Temixco sin uso de aire acondicionado
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
80 Bahena Castelar Pablo Israel
Guía para la construcción de viviendas térmicamente confortables en la zona
de Temixco sin uso de aire acondicionado
Introducción
Temixco forma parte de la zona metropolitana de la capital del Estado de Morelos.
En la última década Temixco presentó un crecimiento poblacional sostenido ya que
pasó de 94,600 habitantes en 2000 a 108,126 habitantes en 2010, es decir, un
aumento poblacional de 1.14% durante esta este lapso de tiempo un número cada
vez mayor de población ha necesitado de una vivienda. Se prevé que para los
próximos años el crecimiento poblacional sea similar y la demanda de viviendas
vaya en aumento.
Las viviendas ofertadas en general no han sido diseñadas de acuerdo al clima
cálido-subhúmedo de la región sino que han sido orientadas a maximizar el número
de viviendas en el predio del conjunto habitacional, esto provoca el detrimento de la
calidad de vida de los habitantes debido a la disminución del confort térmico. El clima
de Temixco permite que, con un adecuado diseño bioclimático de las viviendas,
éstas no requieran o se minimice el uso de sistemas de aire acondicionado de
enfriamiento para lograr el confort térmico durante todo el año y una disminución real
del consumo de energía eléctrica.
Objetivo
El objetivo de esta guía para los constructores y desarrolladores de viviendas en la
zona de Temixco es proporcionarles información que les ayude a construir casas
térmicamente confortables, sin la necesidad de uso de sistemas de aire
acondicionado de enfriamiento.
.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
81 Bahena Castelar Pablo Israel
Desarrollo de la guía
Para el desarrollo de la guía de viviendas térmicamente confortables en la zona de
Temixco sin uso de aire acondicionado se tomaron en cuenta características tales
como la radiación solar, la temperatura, la humedad relativa, los vientos dominantes,
la precipitación pluvial y en general el clima cálido–subhúmedo de la región de
Temixco. Así como el análisis de protecciones solares tales como aleros,
quiebrasoles y remetimiento de ventanas
La guía se presenta dividida en dos tablas, la tabla de especificaciones para el
diseño urbano y la tabla del proyecto arquitectónico de la vivienda. En estas tablas
se presentan el concepto, las estrategias y recomendaciones para viviendas
ubicadas dentro de la zona de Temixco y sus alrededores con climas similares. Las
estrategias son aquellas directrices relativas a un concepto, que de seguirse las
recomendaciones específicas permiten aumentar el confort térmico en las viviendas.
Además, cuenta con cinco anexos: Especies arbóreas, Especificaciones de techo
ventilado de acuerdo a la zona, Especificaciones de ventanas obturables,
Especificaciones de ventilas exteriores y Cálculo de protecciones solares.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
82 Bahena Castelar Pablo Israel
Especificaciones bioclimáticas para el diseño urbano
CONCEPTO ESTRATEGIAS RECOMENDACIONES
Sembrado del conjunto
de lotes viviendas
-Maximizar el número de
viviendas con
orientación solar y
ventilación adecuadas
-Una o doble crujía con
fachadas orientadas al
norte y al sur
-Distancia entre
fachadas principales
mayor a dos veces la
altura de la vivienda
Espacios exteriores -Sombrear áreas de
tránsito y uso
-Propiciar la infiltración
de agua al subsuelo
-Disminuir el albedo
-Plazas y plazoletas
sombreadas
-Andadores angostos
de colores claros y
sombreados
-Calles y
estacionamientos de
piso permeable como
adopastos
Vegetación Sombrear áreas de
tránsito y uso y muros
-Propiciar ventilación
-Disminuir el albedo
-Árboles de hoja
perenne para plazas,
plazoletas, andadores y
estacionamientos
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
83 Bahena Castelar Pablo Israel
- Arbustos o árboles
pequeños que
desarrollen raíces
pivotantes protegiendo
los muros este u oeste
de las viviendas
extremas de una crujía
-Arbustos como
canalizadores de viento
hacia plazas y
plazoletas
-Cubresuelos, de
preferencia especies
con poco requerimiento
de agua (Ver ejemplos
en Anexo 1)
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
84 Bahena Castelar Pablo Israel
Especificaciones para el proyecto arquitectónico de vivienda
CONCEPTOS ESTRATEGIAS RECOMENDACIONES
Orientación de las
fachadas
-Disminuir la
ganancia de calor
por radiación solar a
través de las
ventanas
-Orientadas al norte y al sur
Localización de áreas
(esto es importante
en viviendas no
adosadas)
-Colocar áreas de
mayor uso en tardes
y noches, en zonas
con menor
temperatura
-Dormir: E
-Estar, comer, E
-Circulaciones, aseo: O
Número de niveles
-Disminuir la
ganancia térmica a
través del techo
-Mínimo dos niveles
Altura de piso a
Techo
-Lograr que a la
altura de un
habitante promedio
parado la
temperatura sea la
más cercana al
confort higrotérmico
-2.7m como mínimo
Techo de la
envolvente
-Reducir ganancias
de calor a través del
techo
-Utilizar colores claros en la
superficie exterior (alta
reflectancia solar), de
preferencia blanco con
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
85 Bahena Castelar Pablo Israel
-Propiciar la salida
de aire caliente
textura lisa
-Con alguna estructura que
permita la salida de aire. Por
ejemplo domo ventilado,
captador de viento o
extractor, chimenea solar (ver
Anexo 2)
-Sistema constructivo de
capas homogéneas con alta
masa térmica, como por
ejemplo losa de concreto de
alta densidad de 12cm o más
de espesor. Se recomienda
usar la herramienta numérica
Ener-Habitat para la
selección de sistemas
constructivos
(www.enerhabitat.unam.mx)
-Usar algunos de los
siguientes:
-Techo ventilado. Inclinado,
de doble cubierta con
ventilación entre ambas, con
parte baja de acuerdo a la
zona (ver Anexo 2)
-Aislante térmico en la parte
exterior
-Techo verde (vegetación)
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
86 Bahena Castelar Pablo Israel
-Sombreado por árbol
caducifolio (Ver Anexo 1 )
Muros de la
envolvente
-Reducir ganancias
de calor a través de
los muros
-Utilizar colores claros en la
superficie exterior (alta
reflectancia solar)
-Utilizar sistemas
constructivos con alta masa
térmica, por ejemplo: de
tabiques de adobe o de
concreto, o concreto armado,
de más de 12cm de espesor.
Se recomienda usar la
herramienta numérica Ener-
Habitat para la selección de
sistemas constructivos
(www.enerhabitat.unam.mx)
Ventanas
-Evitar la entrada de
radiación solar
directa a través de
las ventanas
-Las ventanas principales
deben estar con orientación
N y S, con protecciones
solares especificadas en el
Anexo 3.
-Puede haber ventanas
menores con orientación E y
O protegidas de la radiación
solar por edificios vecinos,
árboles, arbustos o
elementos arquitectónicos
especificados en el Anexo 3
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
87 Bahena Castelar Pablo Israel
Parte obturable de
ventanas
-Favorecer la
ventilación cruzada,
a nivel de ocupantes
y el mezclado del aire
al interior de la
vivienda durante el
día en la época
húmeda
- El área de apertura de las
ventanas debe ser
relativamente grande
- Colocadas en la parte media
y baja del muro
-Con orientación de acuerdo
a la zona (ver Anexo 3)
Ventilas exteriores
-Favorecer la
ventilación nocturna
en la época de secas
-Ventilas con protección a
ladrones y a mosquitos que
permitan su apertura y cierre
fácilmente en todas las zonas
habitables, con orientación
de acuerdo a la zona (ver
Anexo 4)
Ventilas interiores
-Favorecer la
ventilación cruzada
-Ventilas en puertas
interiores o arriba de ellas
que permitan su apertura y
cierre fácilmente
Pisos exteriores -Favorecer el paso de
agua al subsuelo y
evitar la absorción de
radiación solar
-Usar adopastos o adocretos
claros
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88 Bahena Castelar Pablo Israel
ANEXOS
ANEXO 1. ESPECIES ARBÓREAS
Tabla 0-1 Árboles de hoja perenne
Acacia baileyana 1 Mimosa
Acacia caven 1 Aromo criollo
Acacia cyanophylla 1 Acacia azul
Acacia dealbata 1 Mimosa fina
Acacia longifolia
Mimosa dorada
Acacia retinodes 1 Acacia verde
Arbutus unedo 1 Madroño
Brachychiton acerifolius 1 Árbol de fuego
Brachychiton discolor 1 Brachichito rosa
Brachychiton populneus 1 Brachichito
Callistemon viminalis 1 Limpiatubos llorón
Casimiroa edulis Zapote blanco
Casuarina equisetifolia 1 Casuarina
Ceratonia siliqua 1 Algarrobo, Garrofera
Cinnamomum camphora 1 Árbol del alcanfor
Citrus aurantium var. Amara 1
Naranjo amargo
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
89 Bahena Castelar Pablo Israel
Clusia major = Clusia rosea 1
Mamey silvestre
Ficus citrifolia 1 Higuerón
Ficus elastica 1 Ficus de hoja grande
Grevillea robusta 1 Grevillea, Árbol de fuego
Lagunaria patersonii 1 Lagunaria
Ligustrum lucidum 1 Aligustre arboreo
Magnolia grandiflora 1 Magnolio, Magnolia
Melaleuca armillaris 1 Melaleuca, Brazalete
Metrosideros excelsa 1 Metrosidero
Olea europea 1 Olivo, Olivera, Aceituno
Pistacia terebinthus 1 Cornicabra, Terebinto
Quercus ilex = Quercus rotundifolia 1
Encina
Quercus suber 1 Alcornoque
Quercus virginiana 1 Roble de Virginia
Spathodea campanulata 1 Tulípero del Gabón
Tipuana tipu 1
Tipuana, Palo rosa, Tipa
1 Info Jardín, Árboles de hoja perenne. Disponible en http://fichas.infoJardín.com/listas-plantas/arboles-hoja-perenne.htm consultado 19 de octubre de 2012.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
90 Bahena Castelar Pablo Israel
Tabla 0-2 B Árboles de raíz pivotante
Son árboles de porte pequeño para un jardín pequeño con diámetro máximo de la
copa menor a 4m.
Nombre científico Nombre común Imagen
Acacia floribunda 2 Acacia blanca
Albizia lophanta = A. distachya 2
Albizia
Arbutus canariensis 2 Madroño canario
Bauhinia candicans 2 Pata de vaca
Bauhinia purpurea = B. candida 2
Árbol orquídea
Bauhinia variegata 2 Pata de vaca
Catalpa bungei 2 Catalpa de bola
Cephalotaxus harringtonia 2 Cefalotejo
Cercis siliquastrum 2 Cercis, Arbol de Judea
Crataegus laevigata = oxyacantha 2
Espino blanco
Crataegus monogyna 2 Espino albar, Majuelo
Drimys winteri 2 Canelo
Erythrina caffra 2 Árbol coral
Erythrina crista-galli 2 Ceibo, Árbol del coral
Juniperus oxycedrus 2 Enebro de la miera
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
91 Bahena Castelar Pablo Israel
Juniperus virginiana 2 Sabina de Virginia
Laburnum anagyroides 2 Lluvia de oro
Lagerstroemia indica 2 Árbol de Júpiter
Malus floribunda 2 Manzano de flor
Malus x purpurea 2 Manzano rojo
Morus alba 'Pendula' 2 Morera llorona
Parkinsonia aculeata 2 Cinacina, Palo verde
Poncirus trifoliata 2 Naranjo trifoliado
Prunus cerasifera 'Atropurpurea' 2
Ciruelo rojo
Prunus insititia 2 Ciruelo silvestre
Prunus serrulata 2 Cerezo japonés
Prunus triloba 2 Ciruelo de flor
Pyrus calleryana 2 Peral de flor
Pyrus communis 2 Peral silvestre
Pyrus salicifolia 2 Peral de hoja de sauce
Salix caprea 2 Sauce cabruno
2 Info Jardín, Árboles pequeños. Disponible en http://fichas.infoJardín.com/listas-plantas/arboles-pequenos.htm Consultado el 19 de octubre de 2012.
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92 Bahena Castelar Pablo Israel
Tabla 0-3 C. Arbustos Cubresuelos
Nombre científico Nombre común Imagen
Arctostaphylos uva ursi 3 gayuba, uva de oso o rastrera
Artemisia arborescens 3 Artemisa
Beloperone guttata 3 Justicia
brandegeeana, camarón, pakistaki
Bupleurum fruticosum 3 Adelfilla, Matabuey, Costilla de buey, Oreja de liebre.
Calluna vulgaris 3 Brecina, Argaña, Biercol, Mogariza
Carissa grandiflora 'Prostrata' 3
Carisa Cerezo de Natal, Ciruelo de Natal.
Cassia corymbosa 3 Casia, Rama negra, Sen del
campo.
Cistus albidus 3 Jara blanca, Jaguarzo blanco, Estepa blanca,
Cistus x purpureus 3 Jara púrpurea, Jara púrpura
Convolvolus cneorum 3 arbusto de Gloria de la
Mañana Coprosma repens 3 Brillantísima, Coprosma,
Planta espejo
Cuphea spp. 3 Brezo mexicano
Echium fastuosum 3 Plumero azul, Flor mora,
Orgullo de Madeira.
Eriocephalus africanus 3 Romero silvestre
Euryops chrysanthemoides 3
Margarita, margarita amarilla
Genista lydia 3 Genista
Hebe spp. 3 Veronica
Hypericum calycinum 3 Hierba de San Juan, Rosa de
San Juan.
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93 Bahena Castelar Pablo Israel
Juniperus horizontalis 3 Enebro horizontal
Juniperus conferta 3 Pacifico azul
Juniperus squamata 'Blue Carpet' 3
Sabina
Lantana sellowiana 3 Lantana rastrera, Lantana
tendida
Limoniastrum monopetalum 3
Verdolaga seca, Salado.
Lonicera pileata 3 Brillantina
Lotus hirsutus 3 Loto de los padros, pico de
paloma
Myoporum parviflorum (M. repens) 3
Manzanilla romana, siempre verde
Polygala myrtifolia 3 Polígala, Lechera del Cabo
Prunus laurocerassus 'Otto Luyken' 3
Laurel real
Pyracantha spp. 3 Espino de fuego, piracanta.
Raphiolepis officinalis 'Prostratus' 3
Romero rastrero
Salvia microphylla (Salvia grahamii) 3
Salvia rosa, Salvia granadina, Salvia micro.
Salvia officinalis 3 Salvia, Hierba sagrada, Salvia
común, Salvia fina.
Sasa spp. 3 bambú enano
3 Info Jardín, Arbustos cubridores, rastreros o tapizantes, para tapizar el suelo. Disponible en http://fichas.infoJardín.com/listas-plantas/arbustos-tapizantes.htm . Consultado el 19 de octubre de 2012
Tabla 0-4 D. Arbustos
Nombre científico Nombre común Imagen
Abelia chinensis 'Edward Goucher' 4
Abelia
Buddleja davidii 4 Budelia, Budleia
Callistemon citrinus 4 Limpiatubos
Calycanthus floridus 4 Calicanto
Carissa grandiflora = C. macrocarpa 4
Carisa
Ceanothus thyrsiflorus var. repens 4
Ceanoto
Philadelphus coronarius 4 Celinda
Cytisus x praecox 4 Citiso, Retama canaria
Coronilla valentina subsp. Glauca 4
Coronilla
Cestrum nocturnum 4 Dama de noche
Brugmansia arborea = Datura arborea 4
Árbol de las trompetas, Trompetero, Floripondio blanco
Brugmansia sanguinea 4 Trompetero rojo
Brugmansia x candida 4 Trompetero
Viburnum tinus 4 Durillo, Laurentino
Feijoa sellowiana 4 Guayabo del Brasil, Feijoa)
Gardenia jasminoides 4 Gardenia, Jazmín del Cabo
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95 Bahena Castelar Pablo Israel
Hamamelis mollis 4 Hamamelis
Cistus crispus 4 Jara rizada, Jara crespa
Cistus ladanifer 4 Jara común, Jara pringosa
Cistus laurifolius 4 Jara de hoja de laurel
Cistus salvifolius 4 Jara de hoja de salvia
Lantana camara 4 Lantana, Bandera española
Laurus nobilis 4 Laurel
Pistacia lentiscus 4 Lentisco
Syringa vulgaris 4 Lilo, Lila
Euryops pectinatus 4 Margaritero gris
Myrtus communis 4 Mirto, Arrayán
Choisya ternata 4 Naranjo de México
Juniperus sabina 4 Sabina rastrera
Juniperus virginiana L 4 Sabina de Virginia
Sambucus nigra 4 Saúco, Canillero
Vitex agnus-castus 4 Sauzgatillo, Agnocasto
4 Info Jardín, Arbustos aromáticos. Disponible en http://fichas.infoJardín.com/listasplantas/arbustos-aromaticos.htm. Consultado el 19 de octubre de 2012.
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96 Bahena Castelar Pablo Israel
Tabla 0-5 E. Árboles de hoja caducifolia
Nombre científico Nombre común Imagen
Acacia bilimekii 5 Tehuiztle
Acacia coulteri 5 Palo blanco
Acacia farnesiana 5 Huizache
Acacia pennatula 5 Cubata blanca, Espino blanco
Aeschynomene americana 5
Pega ropa, Dormilonga
Caesalpinua pulcherrima 5 Camarón, Flor de camarón
Calliandra grandiflora 5 Cabellitos de ángel
Chamaecrista nictitans 5 Citiso, Retama canaria
Conzattia multiflora 5 Guayacán
Crotalaria micans 5 Chilindrin
Crotalaria pumila 5 Chipil, Tonadora
Dalea cliffortiana 5 Dalea
Dalea foliolosa 5 Limoncillo
Dalea sericea 5 Guaycundo
Indigofera cuernavacana 5 Cuernavacense
Leucaena esculenta 5 Guaje rojo
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97 Bahena Castelar Pablo Israel
Leucaena leucocephala 5 Guaje blanco
Mimosa affinis 5 Dormilona
Mimosa albida 5 Uña de gato, dormilona
Mimosa benthamii 5 Tecolhuiztle, Tehuiztle rojo
Mimosa polyantha 5 Uña de gato
Pachyrhizus erosus 5 Jícama
Piptadenia flava 5 Uña de gato
Pitheellobium dulce 5 Guamúchil
Senna holwayana 5 Retamo, ojo de león
Senna btusifolia 5 Alcaparro doble
Senna skinneri 5 Paraca, Paracota
Senna uniflora 5 Alacaparro
Senna wislizeni 5 Carroza, Carrozo
5 (Dorado O. et al)
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98 Bahena Castelar Pablo Israel
ANEXO 2. ESPECIFICACIONES DE TECHO VENTILADO DE ACUERDO A LA ZONA
Orientación del techo ventilado*
Estructuras en techo para la ventilación
Temixco
S,SSE
Recomendable
Zapata
S, SSE
Indispensable
IMTA
S,SSO
Recomendable
Mazatepec
OSO, ESE
Recomendable
La orientación del techo ventilado está definida por la orientación de la parte más baja del techo.
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99 Bahena Castelar Pablo Israel
ANEXO 3. ESPECIFICACIONES DE VENTANAS OBTURABLES
Para ventilación
diurna
Para ventilación nocturna
Tamaño de parte
obturable
Ubicación en el muro
Temixco
S, SSE
N, NNO
Grande
Parte media
Zapata
S, SSE
N, NNE
Mediana
Parte media y baja
IMTA
S, SSO
N, NNO
Grande
Parte media
Mazatepec
OSO,ESE
N, ONO
Grande
Parte media
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100 Bahena Castelar Pablo Israel
ANEXO 4. ESPECIFICACIONES DE VENTILAS EXTERIORES
Área de apertura
Ubicación de entrada en el muro
Ubicación de salida
en el muro
Protección contra
insectos
Orienta- ción día
Orienta-ción
noche
Temixco
Media
Parte baja
Parte alta
Mosquitero
S, SSE
N, NNO
Zapata
Media
Parte baja
Parte alta
Mosquitero
S, SSE
N, NNE
IMTA
Media
Parte baja
Parte alta
Mosquitero
S, SSO
N, NNO
Mazate- pec
Media
Parte baja
Parte alta
Mosquitero
OSO, ESE
N, ONO
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101 Bahena Castelar Pablo Israel
ANEXO 5 CÁLCULO DE PROTECCIONES SOLARES
Para evitar las ganancias de calor por radiación directa en las edificaciones a través
de las ventanas en climas cálidos es importante el uso de protecciones solares. Las
analizadas en este apartado para la zona de Temixco son alero, quiebrasol y
remetimiento de ventana. Las protecciones solares son elementos arquitectónicos de
sombreado, los cuales brindan protección de la radiación solar directa. El alero es un
elemento horizontal que brinda protección principalmente durante el mediodía solar, el
quiebrasol es un elemento vertical que brinda protección principalmente durante la
mañana y la tarde, mientras que el remetimiento de ventana es un elemento tanto
vertical como horizontal y la protección que brinda es a cualquier hora del día solar.
Para el cálculo de las protecciones solares se utilizó la gráfica solar de proyección
estereográfica y el transportador auxiliar de ángulos de sombras. En la gráfica solar
de proyección estereográfica, los círculos concéntricos representan el ángulo de altura
solar o su completo, el ángulo cenital solar. En la gráfica de la Figura 5.1. se muestran
los ángulos cada 10º, el circulo exterior corresponde a la altura solar 0o (cenital 90º) y
el centro corresponde al ángulo de altura solar de 90º (cenital 0o) . En esta gráfica los
radios corresponden al ángulo azimutal solar, medido cada 10º. En el transportador
auxiliar de ángulos de sombras (Figura 5.2.), los arcos de circunferencia denotan el
ángulo de la altura o su complemento, el ángulo cenital de la protección solar. El más
exterior corresponde a ángulo de altura 0o (cenital 90º) y el centro corresponde al
ángulo de altura de 90º (cenital 0o). Los radios representan el ángulo azimutal de la
protección, medido a partir del plano de la ventana, por lo que los radios colineales,
representan el ángulo 0o, respectivo al lado correspondiente, y el radio normal,
representa el ángulo de 90º.
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102 Bahena Castelar Pablo Israel
Figura 45 5.1 Gráfica solar estereográfica para Temixco 18.5° N
Figura 46 5.2 Transportador auxiliar de ángulos de sombras (Mascarilla de sombras)
12 11 10 09 08 07 01 02 03 04 05
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103 Bahena Castelar Pablo Israel
La gráfica solar de proyección estereográfica o polar no equidistante es una
proyección sobre el plano horizontal visto desde el observador en el nadir (opuesto al
cenit). Las trayectorias del sol para cada día son arcos de circunferencias en un
sistema de coordenadas donde el radio (no equidistante) es el ángulo de altura solar y
el ángulo es el ángulo azimutal solar. Las ventajas que presenta para su uso son: se
utiliza a todas horas, es fácil de utilizar con la mascarilla para el análisis de sombras, y
es recomendada para la zona intertropical. Las desventajas que presenta son: menor
resolución a horas cercanas al mediodía solar.
La mascarilla de sombras es un diagrama que se utiliza para determinar el área de
sombra producida por dispositivos de control solar. Sobrepuesta a la gráfica solar
estereográfica permite determinar de manera aproximada las horas para cualquier día
del año en que se cuenta con radiación solar incidente sobre la fachada expuesta y
diseñar dispositivos de protección solar.
Para el cálculo de los ángulos de un alero (protección solar horizontal) se muestra la
vista en alzado lateral, planta y alzado de frente de una ventana (Figura 5.3.) y las
fórmulas necesarias.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
104 Bahena Castelar Pablo Israel
Fórmulas utilizadas para la obtención de los ángulos para el alero (para los ángulos
izquierdos las fórmulas son similares)
Donde, a es la longitud del alero perpendicular a la ventana, h es la altura de la
ventana, l es el ancho de la ventana, si y sd son las distancias que sobresale el alero a
la ventana con respecto al lado izquierdo y al derecho, respectivamente, θ es el
ángulo cenital del alero en el plano perpendicular a la ventana, βi y βdi son los ángulos
azimutales del alero, izquierdo y derecho, respectivamente, medidos desde el plano de
la ventana, δi y δd son los ángulos de altura del alero sobre el plano de la ventana, del
lado izquierdo y del derecho, respectivamente.
h
a
θ
Alzado lateral
a
l
βd β
i
sd s
i
Alzado Planta
δd δ
i h
Alzado frente
h
aang tan
d
dsl
aang
tan
h
slang d
d
tan
Figura 47 5.3 Alzado lateral, planta y alzado de frente de un alero.
Diseño de viviendas térmicamente confortables con uso de sistemas pasivos de climatización en la zona de Temixco: guía para constructores
105 Bahena Castelar Pablo Israel
Para el cálculo de los ángulos de un quiebrasol (protección solar vertical) se muestra
la vista en planta, alzado lateral y alzado de frente de una ventana (Figura 5.4.) y las
formulas necesarias.
h
Alzado lateral
Hd
qd
θ
l
qd
βd
sd
Alzado Planta
Alzado frente
δd
h
Hd
sd l
Figura 48 5.4 Alzado lateral, planta y alzado frente de un quiebrasol
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106 Bahena Castelar Pablo Israel
Fórmulas utilizadas para la obtención de los ángulos para el quiebrasol derecho (las
fórmulas para un quiebrasol izquierdo son similares).
Donde, qd es la longitud del quiebrasol perpendicular a la ventana, h es la altura de la
ventana, l es el ancho de la ventana, si y sd son las distancias que existen entre el
quiebrasol y la ventana con respecto al lado izquierdo y al derecho, respectivamente,
Hd es la distancia vertical que sobresale del quiebrasol respecto a la ventana, θ es el
ángulo cenital del quiebrasol en el plano perpendicular a la ventana, βi y βdi son los
ángulos azimutales del quiebrasol, izquierdo y derecho, respectivamente, medidos
desde el plano de la ventana, δi y δd son los ángulos de altura del quiebrasol sobre el
plano de la ventana, del lado izquierdo y del derecho, respectivamente.
Para el cálculo de los ángulos de un remetimiento de ventana (protección solar vertical
y horizontal) se muestra la vista en planta, alzado lateral y alzado de frente de una
ventana con remetimiento (Figura 5.5.) y las fórmulas necesarias.
d
d
dsl
qang
tan
d
d
dsl
qang
tan
d
dd
Hh
slang
tan
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107 Bahena Castelar Pablo Israel
Fórmulas utilizadas para la obtención de los ángulos para la obtención de los ángulos
para el remetimiento de ventana
Donde, r es la longitud del remetimiento perpendicular a la ventana, h es la altura de la
ventana, l es el ancho de la ventana, θ es el ángulo cenital del remetimiento en el
plano perpendicular a la ventana, βi y βdi son los ángulos azimutales del remetimiento,
izquierdo y derecho, respectivamente, medidos desde el plano de la ventana, δi y δd
son los ángulos de altura del remetimiento sobre el plano de la ventana, del lado
izquierdo y del derecho, respectivamente. Estas fórmulas son iguales para una
ventana con una protección horizontal y vertical en forma de marco justo al borde de la
ventana, que sobresalga igual al valor “r” del remetimiento.
h
r
θ
Alzado lateral
h δ
d
Alzado frente
l
r βd
Alzado Planta
Figura 49 5.5 Alzado lateral, planta y alzado frente de una ventana con remetimiento
h
rang tan
l
rang tan
h
lang tan
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108 Bahena Castelar Pablo Israel
5.1 Cálculo de protecciones solares para Temixco
El cálculo de protecciones solares se realiza para los muros con orientación norte, sur,
este y oeste. El criterio de horas de protección solar está dividido de acuerdo al tipo de
protección, en todos los casos es durante todo el año.
Para los aleros en ventanas norte y sur el criterio es la protección solar total en el
intervalo de 9am a 3pm. Para aleros en ventanas este, el criterio es la protección solar
total de 10am a 12pm (mediodía solar). Para aleros en ventanas oeste el criterio es la
protección solar total de 12pm a 2pm.
El uso de quiebrasoles solo es útil en ventanas norte y sur, donde se deberán poner
quiebrasoles a ambos lados de la ventana. El criterio de protección en quiebrasoles es
de 6 a 9am para la orientación este y de 3 a 6pm en la orientación oeste.
Para uso de remetimiento en las ventanas norte y sur el criterio es la protección solar
total en el intervalo de 6am a 6 pm. Para el remetimiento en ventanas este, el criterio
es la protección solar total de 9am a 12pm (mediodía solar). Para remetimiento en
ventanas oeste, es de 12pm a 3pm.
Para el cálculo de los ángulos de cada alero, quiebrasol y remetimiento se utilizó la
gráfica solar estereográfica de Temixco y se superpuso la mascarilla de sombras, para
identificar de manera gráfica los ángulos correspondientes.
Las especificaciones de ángulos para aleros, quiebrasoles y remetimientos de
acuerdo a la orientación de la ventana se muestran en la Tabla 5.1, Tabla 5.2 y Tabla
5.3 respectivamente.
Tabla 5.1 Especificaciones de ángulos para aleros
Ángulos Θ βd βi ∂d ∂i
Norte ≥15° ≥10° ≥10° ≥57° ≥57°
Sur ≥30° ≥20° ≥20° ≥58° ≥58°
Este ≥30° ≥70° ≥20° ≥12° ≥58°
Oeste ≥30° ≥20° ≥70° ≥58° ≥12°
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109 Bahena Castelar Pablo Israel
Tabla 5.2 Especificaciones de ángulos para quiebrasol.
Ángulo θd θi βd βi ∂d ∂i
Norte ≥20° ≥20° ≥17° ≥17° ≥44° ≥44°
Sur ≥25° ≥25° ≥22° ≥22° ≥44° ≥44°
Tabla 5.3 Especificaciones de ángulos para remetimiento de ventana
Ángulo θ βd βi ∂d ∂i
Norte ≥15° ≥19 ≥19 ≥39° ≥39°
Sur ≥25° ≥36° ≥36° ≥39° ≥39°
Este ≥25° ≥36° ≥36° ≥39° ≥39°
Oeste ≥25° ≥36° ≥36° ≥39° ≥39°
Como ejemplo, se muestra el uso de la mascarilla de sombras y la gráfica solar para
la sombra proyectada por el alero, quiebrasol y remetimiento con los ángulos θ, β, ∂
correspondientes al alero, quiebrasol y remetimiento para ventana con orientación sur
(Figura 5.6., Figura 5.7. y Figura 5.8.).
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Bd=0
º
Sur
θ=30o
βd=20
o
βi=20
o
∂d= 56
o
∂i= 56
o
Bi=0
º
Bi=0
º
Sur
θd= 25
o
θi= 25
o
βd= 22
o
βi= 22
o
∂d= 39
o
∂d= 39
o
Bd=0
º
Figura 50 5.6 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el alero en la ventana con orientación sur.
Figura 51 5.7 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el quiebrasol en la ventana con orientación sur
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Figura 53 5.9 Ventana tipo para el dimensionamiento de protecciones solares
r
8.3.5 Cálculo de protecciones solares para una ventana tipo para Temixco
Para ejemplificar el dimensionamiento de las protecciones solares en una vivienda se
muestra un esquema de una ventana tipo (Figura 5.9.) con las siguientes dimensiones:
una altura h=1.00m y una longitud l=0.80m. Las variables Sd y Si representan la longitud
de la protección solar que sobresale del espacio de la ventana por el extremo derecho
e izquierdo respectivamente.
Bi=0
º
Sur
θ= 25o
β= 36o
∂= 39o
Bd=0
º
h=1.00m
l=0.80m
Sd Si
Figura 52 5.8 Gráfica solar y mascarilla de sombras para el remetimiento en la ventana con orientación sur
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Las medidas de un alero como protección solar, para las cuatro orientaciones se
obtuvieron con las fórmulas correspondientes, tomando como base los ángulos
calculados previamente mediante la gráfica solar estereográfica y la mascarilla de
sombras, para cada caso. En la Tabla 5.4 se muestran las medidas obtenidas.
Tabla 5.4 Especificaciones de aleros para la ventana tipo
El valor negativo en sd o en si, significa que el alero no se extiende más allá de la
ventana, sino que termina en algún lugar arriba de la ventana. Los aleros en ventanas
este y oeste deben proteger más del lado sur que del norte, esto implica una
protección con prolongación muy larga en la orientación al sur y una protección con
prolongación muy pequeña en orientación al norte.
Las medidas de un quiebrasol como protección solar, para las cuatro orientaciones se
obtuvieron con las fórmulas correspondientes, tomando como base los ángulos
calculados previamente mediante la gráfica solar estereográfica y la mascarilla de
sombras, para cada caso. En la tabla 5.5 se muestran las medidas obtenidas.
Tabla 5.5 Especificaciones de medidas para quiebrasol
Medidas q sd si
Norte 0.36m 0.00m 0.00m
Sur 0.47m 0.00m 0.00m
Medidas a sd si
Norte 0.27m 0.73m 0.73m
Sur 0.58m 0.79m 0.79m
Este 0.58m 0.79m -0.58m
Oeste 0.58m -0.58m 0.79m
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Las medidas de un remetimiento como protección solar, para las cuatro orientaciones
se obtuvieron con las fórmulas correspondientes, tomando como base los ángulos
calculados previamente mediante la gráfica solar estereográfica y la mascarilla de
sombras, para cada caso. En la tabla 5.6 se muestran las medidas obtenidas.
Tabla 5.6 Especificaciones de medidas para remetimiento de ventana
Medidas r
Norte 0.27m
Sur 0.58m
Este 0.58m
Oeste 0.58m
Del análisis del clima y las estrategias de climatización para la zona de Temixco se
puede concluir que, se observan dos estaciones bien marcadas en la zona de Temixco
la época de estiaje y la época de lluvias, por lo que es importante seleccionar el tipo
de estrategia a considerar para ambas estaciones. Para la época de estiaje se
considera el enfriamiento evaporativo y la ventilación nocturna. Para la época de
lluvias se considera necesaria la ventilación durante todo el día. Para evitar la
ganancia de temperatura por radiación solar se consideran la utilización de colores
claros tanto en techos como en muros. Así mismo se consideran protecciones solares
en ventanas. La recomendación principal para las ventanas con orientaciones norte y
sur son el uso de aleros que brindan protección solar total en las horas de 9am a 3pm
durante los meses de febrero a octubre (Tablas 5.1 y 5.4). También es recomendable
para las ventanas norte y sur el uso de quiebrasoles que brindan protección solar total
en las horas de 6am a 9am y de 3pm a 6pm, durante los meses de enero a noviembre
(Tablas 5.2 y 5.5). Se puede optar por sustituir las dos anteriores, por el remetimiento
de la ventana, que brinda protección solar total de 6am a 6pm de febrero a octubre
(Tablas 5.3 y 5.6). Para las ventanas con orientaciones este y oeste, se recomienda el
uso de aleros que brindan protección solar total de 10am a 2pm durante todos los
meses del año (Tabla 5.1 y 5.4).
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