CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO DISEÑO BIOCLIMÁTICO DE EDIFICACIONES UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CAMPECHE FACULTAD DE INGENIERIA LEONARDO FABIAN PAREDES VELUETA 7º SEMESTRE

FACTORES DE DISEÑO ORIENTACIÓN VANOS ADAPTACIÓN AL LUGAR Direccionar fachadas y ambientes de acuerdo al sol y vientos, puntos cardinales para lograr calentamiento y enfriamiento al interior. VANOS Ventanas, balcones, grandes puertas, nos ayudan a obtener incidencia solar y generar calentamiento pasivo y enfriamiento, la ubicación mantendrá a la vivienda en buenas condiciones. ADAPTACIÓN AL LUGAR Adaptar función y forma al terreno.

FACTORES DE DISEÑO AISLAMIENTO ESTUDIO GEOLÓGICO Emplear sistemas constructivos, en muros y lozas. Como el doble muro y capas de aislantes para mantener el estado de la vivienda. ESTUDIO GEOLÓGICO Previo a la edificación que nos garantice que el terreno sobre el que se construirá está libre de radiaciones nocivas, tanto artificiales como naturales (corrientes subterráneas de aguas, redes de Hartmann, tendido eléctrico de alta tensión, etc.)

CRITERIOS Ubicación Destacar la importancia del tratamiento exterior del edificio. Forma de la vivienda. Orientación de la edificación. Implantación y control de sistemas para el ahorro energético y renovable. Sistemas de aislamiento y ventilación. Aprovechamiento climático del suelo y ahorro de agua de lluvia. Disminución del consumo energético y con él, la contaminación ambiental. Sistemas de captación de luz natural Climatización natural. Utilización de materiales ecológicos

MARCO CONCEPTUAL III CONFORT TÉRMICO El confort térmico es un concepto subjetivo que expresa el bienestar físico y psicológico del individuo cuando las condiciones de temperatura, humedad y movimiento del aire son favorables a la actividad que desarrolla. En definitiva, las reacciones de confort o incomodidad térmica vienen dadas por las condiciones climáticas, por la producción de calor del metabolismo humano y por la trasferencia de calor con el ambiente. 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.

MARCO CONCEPTUAL III ASOLEAMIENTO Es el que se encarga de analizar la dirección e incidencia de los rayos solares en diferentes épocas del año, para las cuales utilizamos la grafica solar; esta se encarga de realizar un análisis de asolamiento que inciden en ciertas fechas, hora y orientación.

MARCO CONCEPTUAL III APROVECHAMIENTO CLIMÁTICO DEL SUELO El suelo tiene mucha inercia térmica, lo que amortigua y retarda las variaciones de temperatura, entre el día y la noche, e incluso entre estaciones. La amortiguación de temperatura que se produce depende de la profundidad y del tipo de suelo. Para amortiguar las variaciones día - noche el espesor debe ser de 20 - 30 cm, para amortiguar las variaciones entre días de distintas temperaturas, espesor de 80 a 200 cm, y para amortiguar variaciones invierno - verano, espesores de 6 - 12 m. Aunque en la práctica no sea factible grandes profundidades en enterramientos de viviendas, si que han surgido proyectos de viviendas semienterradas para tratar de aprovechar esta capacidad de amortiguamiento del suelo.

MARCO CONCEPTUAL III MICROCLIMA Y UBICACIÓN El comportamiento climático de una casa no solo depende de su diseño, sino que también está influenciado por su ubicación: la existencia de accidentes naturales como montes, ríos, pantanos, vegetación, o artificiales como edificios próximos, etc., crean un microclima que afecta al viento, la humedad, y la radiación solar que recibe la casa. Si se ha de construir una casa bioclimática, el primer estudio tiene que dedicarse a las condiciones climáticas de la región y, después, a las condiciones microclimáticas de la ubicación concreta.

MARCO CONCEPTUAL III FORMA Y ORIENTACIÓN La resistencia frente al viento. La altura, por ejemplo, es determinante: una casa alta siempre ofrece mayor resistencia que una casa baja. Esto es bueno en verano, puesto que incrementa la ventilación, pero malo en invierno, puesto que incrementa las infiltraciones. La forma del tejado y la existencia de salientes diversos, por ejemplo, también influye en conseguir una casa más o menos "aerodinámica". La forma ideal es una casa compacta y alargada, es decir, de planta rectangular, cuyo lado mayor va de este a oeste, y en el cual se encontrarán la mayor parte de los dispositivos de captación (fachada sur), y cuyo lado menor va de norte a sur.

MARCO CONCEPTUAL III VENTILACIÓN ESPACIOS TAPÓN Renovación del aire. Incrementar el confort térmico en verano, puesto que el movimiento del aire acelera la disipación de calor del cuerpo humano. Climatización. El aire en movimiento puede llevarse el calor acumulado en muros, techos y suelos. ESPACIOS TAPÓN Son espacios adosados a la vivienda, de baja utilización, que térmicamente actúan de aislantes o "tapones" entre la vivienda y el exterior. Pueden ser espacios tapón el garaje, el invernadero, el desván. La colocación adecuada de estos espacios puede acarrear beneficios climáticos para la vivienda.

ADAPTACIÓN AL CLIMA Al medir el clima interior térmico, es importante recordar que el hombre no siente la temperatura de la habitación, él siente la perdida de energía del cuerpo. Logra el equilibrio por los cambios fisiológicos que sufre el cuerpo por el medio.

BIENESTAR EN INTERIORES Las condiciones de confort en invierno y en verano son muy diferentes al igual que lo son para climas húmedos o climas secos. Los parámetros que se tendrán que controlar son:  Características atmosféricas del entorno: Temperatura. Humedad Dirección Velocidad del viento. Características de la edificación: materiales, asoleamiento. Relación interior-exterior

BIENESTAR EN INTERIORES Recomendaciones : Evitar y/o controlar el ingreso solar. MASA TÉRMICA – INERCIA TÉRMICA Circular el aire caliente acumulado con la humedad desprendida por los ocupantes del espacio. VENTILACIÓN Emplear superficies reflejantes en el exterior de la construcción, para generar el enfriamiento de la envoltura y estructura del edificio durante el periodo nocturno. MASA TÉRMICA CON VENTILACIÓN NOCTURNA

BIENESTAR EN INTERIORES Características de la edificación: materiales, asoleamiento. Comportamiento de la masa del edificio: inercia térmica La FORMA del edificio determina la superficie de piel exterior que está en contacto con el ambiente exterior, y por tanto que se ve directamente afectada por la radiación solar y la exposición a los vientos. El VOLUMEN es un indicador de la cantidad de energía almacenada dentro del edificio.

BIENESTAR EN INTERIORES Aberturas y protecciones solares Las ventanas tienen un papel muy importante en el funcionamiento térmico y en el confort lumínico de los edificios. Son elementos de captación solar directa, de ventilación natural, y de entrada de luz natural; dejan pasar el calor muy fácilmente y tienen pérdidas más importantes que la parte opaca de la piel exterior.  PROTECCIONES SOLARES

CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL REQUERIMIENTOS DE CLIMATIZACIÓN SISTEMAS PASIVOS Están clasificados por: CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Calentamiento Enfriamiento Humidificación Deshumidificación GENERO Directo Indirecto Aislado REQUERIMIENTOS DE CLIMATIZACIÓN Ganancia directa. Muro de almacenamiento térmico. Invernadero acoplado. Techo de almacenamiento térmico. Techo de almacenamiento térmico e intercambiado de calor. Circuito convectivo.

CAPTAR, ALMACENAR, DISTRIBUIR, CONSERVAR SISTEMAS PASIVOS DE CALENTAMIENTO Ganar la máxima cantidad de radiación solar, por lo que los elementos de captación solar será decisiva. Perder la mínima energía posible, para lo cual el aislamiento y la hermeticidad del edificio serán fundamentales. Dentro de la arquitectura solar pasiva, existen elementos arquitectónicos que favorecen e intensifican la captación de energía solar. CAPTAR, ALMACENAR, DISTRIBUIR, CONSERVAR

CAPTACIÓN SOLAR: GANANCIA DIRECTA Es el sistema más sencillo de los sistemas solares pasivos e implica la captación de la energía del sol por superficies vidriadas que son dimensionadas para cada orientación y en función de las necesidades de calor del edificio o local a climatizar.

CAPTACIÓN SOLAR: GANANCIA DIRECTA Además de la orientación, existen otros factores que tienen un impacto importante en la eficiencia de los sistemas de calefacción solar mediante ganancias directas: A. PROPORCIÓN DE LAS ABERTURAS B. CLARIDAD Y LIMPIEZA DE LAS SUPERFICIES ACRISTALADAS C. CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS Y SUPERFICIALES DE LOS CERRAMIENTOS (INTERIORES) D. NIVEL DE EXPOSICIÓN DE LOS CERRAMIENTOS E. AISLAMIENTO DE LA ENVOLVENTE

CAPTACIÓN SOLAR: GANANCIA INDIRECTA Aquellos que convierten la radiación solar en calor mediante su absorción en superficies externas a los espacios habitables.  El calor se transmite a los espacios habitables por conducción.

CAPTACIÓN SOLAR: GANANCIA INDIRECTA El sistema “TERMOSIFÓNICO” el cual utiliza colectores planos para alentar el aire, por medio de la convección para luego distribuirlo al interior del ambiente. El sistema “TERMOCIELO” el cual utiliza varios colchones de agua sobre el techo, con una superficie negra, entre la cubierta y el cielo raso, así como un sistema de puertas retráctales, de tal forma que produce frío o calor según la necesidad.

MURO DE ACULUMACIÓN O MURO TROMBE En su forma básica, consiste en un muro con un espesor de 15 a 40cm, construido con un material de elevada masa térmica (ej.: tierra, ladrillo o concreto) En la parte exterior se instala una superficie acristalada que se separa de 5 a 15cm del muro para generar una cámara de aire cerrada herméticamente.  MURO DE ACULUMACIÓN O MURO TROMBE

MURO DE ACULUMACIÓN O MURO TROMBE La superficie externa del muro se suele cubrir con un acabado de elevada absortividad y baja emisividad (ej.: pintura negra, chapa metálica negra) Este sistema utiliza transferencia de calor ya sea por conducción, convección y/o radiación. MURO DE ACULUMACIÓN O MURO TROMBE

En esta variante se suele generar aberturas en las partes superior e inferior del muro, de tal manera que se produzcan intercambios convectivos de aire entre la cámara del muro Trombe y el espacio interior. De esa manera se produce un intercambio constante que tiende a aumentar la temperatura del aire en el espacio habitable. El efecto es que se puede calentar más rápidamente el espacio MURO TROMBE VENTILADO

CAPTACIÓN SOLAR: GANANCIA AISLADA 1.2 CAPTACIÓN SOLAR: GANANCIA AISLADA INVERNADERO ADOSADO Es una forma sencilla de captar gran cantidad de calor del sol adosando un recinto acristalado cerrado construido en la cara sur (para el hemisferio norte y norte para el hemisferio sur) del edificio. El calor allí captado se distribuye por toda la casa por convección. Para evitar perder demasiado calor por la noche, ya que el vidrio es buen transmisor de calor, es posible: Colocar persianas. Separar por medio de un muro el invernadero del resto del edificio. 

INTERCAMBIAN ENERGÍAS SISTEMAS PASIVOS DE ENFRIAMIENTO TRANSMISIÓN DE CALOR ENTRE DOS SISTEMAS. AIRE-AGUA. AIRE-AIRE. AIRE-SUELO. EVAPORACIÓN CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACIÓN ENFRIAMIENTO INTERCAMBIAN ENERGÍAS Las posibilidades de enfriamiento pasivo son limitadas, pero aplicadas conjuntamente con las técnicas de ventilación pasiva pueden dar resultados óptimos.

Se clasifica según su localización del elemento donde ocurre la pérdida de calor. De acuerdo a ellos se puede identificar la siguiente clasificación: ENFRIAMIENTO DIRECTO Ocurre cuando el espacio interior esta expuesto directamente a los depósitos energéticos ambientales. ENFRIAMIENTO INDIRECTO Ocurre cuando el espacio es enfriado por radiación y por convección no controlada mediante una masa de almacenamiento o alguna superficie de intercambio, que a su vez es enfriada por exposición al depósito energético ambiental. ENFRIAMIENTO AISLADO Ocurre cuando el espacio es enfriado por la transferencia controlada de calor, por convección y radiación hacia una masa de almacenamiento o una superficie de intercambio, la cual a su vez es enfriada por exposición al dep6sito energético ambiental. 1 2 3

ENFRIAMIENTO DIRECTO VENTILACIÓN NATURAL VENTILACIÓN INDUCIDA PAREDES REMOVIBLES TECHOS MOVIBLES ENFRIAMIENTO DIRECTO

ENFRIAMIENTO DIRECTO TRANSPIRACIÓN DE PLANTAS ESTANQUES INTERIORES DE AGUA MASA DESECANTE ENFRIAMIENTO DIRECTO

ENFRIAMIENTO INDIRECTO PARED DE TROMBE PARED DE AGUA ESTANQUE EN TECHOS DOBLE TECHO ENFRIAMIENTO INDIRECTO

ENFRIAMIENTO INDIRECTO DOBLE PARED ESTANQUE EVAPORATIVOS INTEGRACIÓN A LA TIERRA ENFRIAMIENTO INDIRECTO

ESTANQUE DE ENFRIAMIENTO TUBO FRÍO CAMPO FRÍO ESTANQUE DE ENFRIAMIENTO ENFRIAMIENTO AISLADO

VENTILACIÓN + ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO (ENFRIANDO EL AIRE ENTRANTE) SISTEMAS PASIVOS DE HUMIDIFICACIÓN La evaporación del agua refrigera y humidifica el aire. Es muy adecuado en climas cálidos secos. Los sistemas más habituales son fuentes (mejores porque el agua esta en movimiento), y los estanques. VENTILACIÓN + ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO (ENFRIANDO EL AIRE ENTRANTE) SISTEMA CHIMENEA TORRE EÓLICA (BAG-GIR) CAPTORES CON AGUA DUCTOS SUBTERRÁNEOS ENFRIADORES EVAPORATIVOS EN NEW GOURNA, EGIPTO TÚNEL DE RORKEE-INDIA RESPIRADEROS DE AIRE

“HÚMEDOS” (ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO) Se trata de espacios abiertos que ocupan una posición más o menos central en los edificios (aunque también pueden ser patios frontales, laterales o posteriores) y que contienen vegetación profusa. En ocasiones también albergan cuerpos de agua, como fuentes, estanques o acequias

CHIMENEA SOLAR Usa la convección del aire para crear ventilación, por medio del efecto de sobrecalentar el aire atrapado por la chimenea, obligado a subir rápidamente, succionándolo por un espacio que se conecta a la chimenea. Dentro de los sistemas pasivos, es el más usado, no altera el costo de la edificación. Las chimeneas solares son fundamentalmente una variación de las torres de extracción.

SISTEMAS PASIVOS DE HUMIDIFICACIÓN TORRE EÓLICA / DE VIENTO Un captador de viento es un dispositivo arquitectónico de tradición Persa utilizado durante muchos siglos para proveer de ventilación natural y refrescamiento al interior de los edificios. Ej. Torres de viento en Yazd (Irán). Un qanat es un dispositivo que contiene agua El agua tiene dos funciones. Por una parte humedece el seco aire del exterior y por otra absorbe parte del calor sensible del aire reduciendo su temperatura.

FACTORES PARA BIENESTAR TÉRMICO Medios para lograr positivas condiciones térmicas dentro de una edificación. TEMPERATURA DEL AIRE HUMEDAD MOVIMIENTO DE AIRE RADIACIÓN 1 2 3 4