CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO: LA ARQUITECTURA

CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO: LA ARQUITECTURA

CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:
La consecución del confort desde la arquitectura
bioclimática
Mª Fernanda Pita
Dpto. de Geografía Física y AGR
Universidad de Sevilla
[email protected]
CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:
La consecución del confort desde la arquitectura
bioclimática


1. La noción de arquitectura
bioclimática
2. El confort térmico


2.1. Mecanismos del confort térmico.
2.1. Las variables intervinientes en el
confort



A. Las variables no climáticas
B. Las variables climáticas.
C. Índices y diagramas bioclimáticos
Noción de arquitectura bioclimática
“La concepción bioclimática es, ante todo, una especie de compromiso cuyas bases son:
un programa de arquitectura, un paisaje y un lugar, una cultura, unos materiales locales,
cierta noción del bienestar y el abrigo y cuya síntesis es la envoltura habitable”
(Vardou, P. y Arzumenian, V).
Grandes principios
- En
vez de negar y destruir el ecosistema natural, incorporarlo al diseño arquitectónico.
- Aplicación del uso de la energía limpia y natural
- El entorno natural y el contexto arquitectónico deben interrelacionarse e influirse mutuamente.
- Se debe recuperar la influencia del lugar en las decisiones de diseño; en realidad, se debe comprender el lugar,
con sus condicionantes físicos y climáticos, pero también con sus aspectos culturales, históricos y estéticos.
LUGAR
Contexto
Entorno
HISTORIA
ARQUITECTURA MEDIOAMBIENTAL
CULTURA
OTRAS DEFINICIONES DE ARQUITECTURA
BIOCLIMÁTICA



Arquitectura solar pasiva (uso eficiente de la energía solar
sin el uso de sistemas mecánicos)
Arquitectura solar activa (aprovechamiento de la energía
solar mediante sistemas mecánicos y/o eléctricos)
Arquitectura sostenible (reflexiona sobre el impacto
ambiental de todos los procesos implicados en una vivienda)
LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA DESDE LA
CLIMATOLOGÍA
DEFINICIÓN
Aquella arquitectura que tiene en cuenta el clima y las condiciones del entorno
para ayudar a conseguir el confort térmico interior.
Juega exclusivamente con el diseño y los elementos arquitectónicos,
sin utilizar sistemas mecánicos, que son considerados más bien como sistemas de apoyo”.
BENEFICIOS
Reducción del consumo energético
Reducción de las emisiones de GEI
Reducción de la contaminación atmosférica
-50% de energía en Europa se destina al funcionamiento de los edificios
-El diseño solar pasivo reduce el consumo energético en calefacción y refrigeración en un
50% en viviendas y 30% en edificios públicos
-Los sistemas solares para agua caliente reducen el consumo energético hasta en un 80%
-Un buen diseño puede reducir las necesidades de iluminación artificial en un
40% en viviendas y 60% en edificios de oficinas.
CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:
La consecución del confort desde la arquitectura
bioclimática


1. La noción de arquitectura
bioclimática
2. El confort térmico


2.1. Mecanismos del confort térmico.
2.1. Las variables intervinientes en el
confort



A. Las variables no climáticas
B. Las variables climáticas.
C. Índices y diagramas bioclimáticos
EL CONFORT HUMANO
TÉRMICO
LUMÍNICO
ACÚSTICO
CALIDAD
DEL AIRE
- Condición mental que expresa satisfacción con el ambiente térmico
(Norma ISO 7730)
- Zona delimitada por unos umbrales térmicos en los que
el mayor número de personas manifiestan sentirse bien
-Conjunto de condiciones en las que los mecanismos
de autorregulación son mínimos
LOS MECANISMOS DEL CONFORT TÉRMICO




Mantenimiento de la
temperatura interior en 37ºC
La piel, sensor de frío
(T<34º). Vasoconstricción y
producción interna de calor
mediante movimientos
musculares
El hipotálamo, sensor de
calor (T interior >37º).
Dilatación de vasos
sanguíneos y sudación como
pérdida de calor.
Neutralidad térmica:
Equilibrio entre impulsos de
frío y calor
LOS REQUISITOS PARA EL CONFORT TÉRMICO


La combinación actual de la temperatura de la
piel y la temperatura del núcleo del cuerpo
debe proporcionar una sensación térmica
neutra.
El calor producido por el metabolismo debería
ser igual a la cantidad de calor disipada por el
cuerpo.
LA ECUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO
M=H+E
Donde:
M = Nivel Metabólico. Cantidad de energía química transformada en calor y
trabajo mecánico por actividades aeróbicas y anaeróbicas en el cuerpo.
H = Pérdida de Calor Seco por convección, radiación y conducción
(Depende de la temperatura radiante)
E = Intercambio de calor por evaporación
(Depende de la humedad)
Todas las magnitudes se expresan en W/m2
La resolución de la ecuación depende de:
-Variables climáticas del entorno
-Variables no climáticas: Nivel metabólico y nivel de ropa
CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:
La consecución del confort desde la arquitectura
bioclimática


1. La noción de arquitectura
bioclimática
2. El confort térmico


2.1. Mecanismos del confort térmico.
2.1. Las variables intervinientes en el
confort



A. Las variables no climáticas
B. Las variables climáticas.
C. Índices y diagramas bioclimáticos
LAS VARIABLES DETERMINANTES DE LA
SENSACIÓN DE CONFORT
CLIMÁTICAS
-Temperatura del aire
-Temperatura radiante
(termómetro de globo)
-Humedad del aire
-Viento
NO CLIMÁTICAS
-El aislamiento natural del individuo
-La ropa
-La actividad física
EL AISLAMIENTO EJERCIDO POR LA ROPA
(Coeficiente de transmisión térmica)
Vestimenta
Desnudo
Clo
(1 clo = resistencia térmica
de 0,155 m2/K/W)
0
Pantalón corto
0,1
Traje veraniego
0,5
Traje masculino ligero
1
Traje femenino invier.
0,9
Traje masculino invier
2
Clo = Aislamiento térmico necesario para mantener el confort durante 8 horas a una
persona en reposo, con 20ºC de temperatura , 50% de humedad relativa y sin influencia
de la radiación solar.
LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL NIVEL METABÓLICO
ACTIVIDAD
ENERGÍA (W/h)
met
METABOLISMO
Dormir (metabolismo
basal)
65-79
0,65-0,79
Estar sentado
descansando
115
1,15
Trabajo de oficina
130-160
1,3-1,6
Conducir
De pie trabajo ligero
160-190
1,6-1,9
MET
2,3-2,9
Dispersión de 50 Kcal/h/m2 =
58 W/m2
De pie con
desplazamiento
230-290
Transporte de pesos
moder
290-400
2,9-4
Trabajo intenso
430-600
4,3-6
Proceso mediante el cual
La materia alimenticia
Se combina con el oxígeno
Y genera la energía requerida
Para el funcionamiento de los
Mecanismos fisiológicos
Superficie corporal standard
=
100 W cada met
LA TEMPERATURA MEDIA RADIANTE
Temperatura que integra, además de la temperatura del aire,
el calor que se recibe por radiación desde el entorno.
Tmr = Tg + 0,24·(Tg – Ta)·V
Donde:
Tg = Temperatura del termómetro de globo
Ta = Temperatura del aire
V = velocidad del viento.
En ausencia de viento:
Tmr = Tg
EL EFECTO DE LA HUMEDAD SOBRE LA
SENSACIÓN TÉRMICA
Temp
Humedad relativa (%)
(º C) 30
50
70
80
90
100
20
20
21,1
22,2
22,8
23,4
23,9
25
25
26,7
27,8
28,9
30
31,1
30
30
32,2
35
37,2
37,8
39,4
35
35
38,8
42,2
44,4
46,7
48,9
40
40
45
50
El efecto del viento sobre la sensación térmica
Indice de enfriamiento eólico
de Siple y Passel (wind chill)


W  100 * v  10,45  v  33  t 
W = Poder refrigerante del aire. Kcal/m2/h
V = velocidad del viento en m/s
T= temperatura del aire en ºC
W
Notación
Confort
0-149
-2
Muy Hipotónico
150-299
-1
Hipotónico
300-599
0
Confortable
600-899
1
Hipertónico
900-1999
2
Muy hipertónico
T (°C)
5
0
-5
-10
-15
-20
5
4
-2
-7
-13
-19
-24
10
3
-3
-9
-15
-21
-27
15
2
-4
-11
-17
-23
-29
20
1
-5
-12
-18
-24
-30
25
1
-6
-12
-19
-25
-32
30
0
-6
-13
-20
-26
-33
35
0
-7
-14
-20
-27
-33
40
-1
-7
-14
-21
-27
-34
45
-1
-8
-15
-21
-28
-35
50
-1
-8
-15
-22
-29
-35
55
-2
-8
-15
-22
-29
-36
60
-2
-9
-16
-23
-30
-36
65
-2
-9
-16
-23
-30
-37
70
-2
-9
-16
-23
-30
-37
75
-3
-10
-17
-24
-31
-38
80
-3
-10
-17
-24
-31
-38
V10 (km/h)
CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:
La consecución del confort desde la arquitectura
bioclimática


1. La noción de arquitectura
bioclimática
2. El confort térmico


2.1. Mecanismos del confort térmico.
2.1. Las variables intervinientes en el
confort



A. Las variables no climáticas
B. Las variables climáticas.
C. Índices y diagramas bioclimáticos
LOS DIAGRMAS BIOCLIMÁTICOS.
El nomograma de la temperatura efectiva
(American Society of Heating Refrigeration and Air Conditioning Engineers) (ASHRAE)
Temp. efectiva
Tamp. del termómetro
seco que haría sudar a una
persona con Hum rel =50%
con la misma intensidad
que en las condiciones a
ambientales dadas.
CONDICIONES
-Actividad sedentaria
-Vestimenta = 1 clo
CONFORT
21ºC – 26ºC
0,15 m/s>V<1,15 m/s
La temperatura efectiva en Madrid
EJEMPLO
T seca= 25º
T hum = 20º
V = 3 m/s
Temperatura efectiva y sensaciones térmicas
FERNANDEZ GARCIA, 1995
Diagrama bioclimático de Olgyay
Latitud 40º
Exterior
1 clo
Actividad ligera
Otras latitudes
Subir zona de confort
0,5ºC por cada 4º de
disminución de latitud
Hasta linea superior
en máximo de 30ºC
Diagrama de Olgyay para Madrid (Tmed)
Diagrama de Olgyay para las temperaturas
máximas y mínimas de Madrid
OTROS ÍNDICES DE CONFORT
PREDICTED MEAN VOTE (PMV)
PHYSIOLOGICAL EQUIVALENT TEMPERATURE (PET)
ÍNDICES Y SENSACIONES DE CONFORT
PMV
-3,5
-2,5
-1,5
-0,5
0,5
1,5
2,5
3,5
PET
Thermal perception
Physiological stres
Very cold
Extreme cold stress
Cold
Strong cold stress
Cool
Moderate cold stress
Slightly cool
Slight cold stress
Comfortable
No thermal stress
Slightly warm
Slight heat stress
Warm
Moderate heat stress
Hot
Strong heat stress
Very hot
Extreme heat stress
4
8
13
18
23
29
35
41
Diagrama de Givoni para entornos cerrados
ÁREA DE CONFORT
Metabolismo medio
Ropa ligera de verano
Actividad sedentaria
Sin viento
Sin radiación solar
Diagrama de Givoni (2)
Mes de agosto en una estación de Túnez
Diagrama de Givoni (3)
Diagrama de Givoni (Aclaración)
Zona de fuerte inercia térmica (I). Una vivienda con fuerte inercia térmica es capaz de promediar en su
interior las temperaturas extremas del exterior. Por ello, si la temperatura media de nuestra línea climática (MED)
cae dentro de la zona de confort, y MAX está dentro de la zona I, en principio es posible obtener confort
permanente en el interior de una vivienda de estas características. Para que esta técnica sea válida, debemos
evitar las ganancias por radiación solar, sobre todo por el tejado (tejado sombreado), y a través de las ventanas.
Zona de fuerte inercia térmica con ventilación nocturna (IVN). Cuando MED no cae dentro de la zona de
confort, pero sí MIN, y MAX está dentro de la zona IVN, es posible obtener confort en una vivienda de fuerte
inercia térmica, protegida adecuadamente de la radiación solar, y si realizamos una eficaz ventilación nocturna
(para lo cual la casa debe estar bien diseñada para captar las brisas, y debe haber amplias superficies de
contacto que permitan perder calor).
Zona de refrigeración por evaporación (E). En los puntos de la línea climática que estén dentro de esta
zona, es posible obtener confort térmico utilizando la técnica de refrigeración por evaporación. Consiste en
humidificar el aire exterior haciéndolo pasar a través de un material poroso (tela) permanentemente humedecido.
Este aire se introduce en la casa mezclándolo en la proporción adecuada con el aire interior para obtener confort.
Es una técnica tradicional utilizada en climas desérticos que no precisa obligatoriamente de aparatos mecánicos.
Zona de deshumidificación (DH). En los puntos de la línea climática que están en esta zona, es necesario una
climatización artificial de enfriamiento con deshumidificación del aire.
Zona de aire acondicionado (AC). En los puntos de la línea climática que están en esta zona, es necesario
una climatización artificial de enfriamiento del aire.
Zona de calefacción (H). En los puntos de la línea climática que están en esta zona, es necesario el uso de
calefacción o utilizar captación solar pasiva. Si consideramos un edificio con fuerte inercia térmica, nos fijaremos
en la media de la línea climática, MED. Si este está en la zona H, entonces será necesario utilizar calefacción o
captación solar pasiva.
Valores Normales del Aeropuerto de Sevilla (1971-2000)
Mes
T
TM
Tm
R
H
DR DN DT DF DH DD
I
Enero
10.6 15.9 5.2
65
72 6
0
0
4
2
11
179
Febrero
12.2 17.9 6.7
54
68 6
0
0
3
1
8
183
Marzo
14.7 21.2 8.2
38
61 5
0
1
3
0
9
224
Abril
16.4 22.7 10.1 57
60 7
0
2
2
0
6
234
Mayo
19.7 26.4 13.1 34
57 4
0
1
1
0
7
287
Junio
23.9 31.0 16.7 13
52 2
0
1
1
0
12
312
Julio
27.4 35.3 19.4 2
47 0
0
0
0
0
21
351
Agosto
27.2 35.0 19.5 6
50 0
0
0
0
0
19
328
Septiembre 24.5 31.6 17.5 23
54 2
0
1
1
0
12
250
Octubre
19.6 25.6 13.5 62
63 6
0
1
2
0
9
218
Noviembre
14.8 20.1 9.3
84
71 6
0
1
2
0
9
186
Diciembre
11.8 16.6 6.9
95
75 8
0
1
3
1
9
154
Año
18.6 24.9 12.2 534 61 52
0
9
23
4
129 2898
V
m/s
1,81
2,13
2,18
2,31
2,39
2,42
2,34
2,12
1,93
1,86
1,84
1,92
Valores Normales de Ávila (1971-2000)
T
TM
Tm
R
H
Enero
2.8
7.0
-1.5
32
77 6
5
0
4
20
6
142
Febrero
4.1
8.7
-0.5
22
72 5
4
0
2
16
5
154
Marzo
5.9
11.4 0.5
23
64 4
3
0
2
14
6
207
Abril
7.5
12.8 2.3
42
63 8
2
1
2
7
4
209
Mayo
11.4 16.9 5.8
50
60 9
1
2
1
2
4
249
Junio
16.0 22.6 9.4
37
53 5
0
3
1
0
7
297
Julio
19.7 27.2 12.2 16
43 2
0
2
0
0
14
350
Agosto
19.5 26.8 12.1 19
44 2
0
2
0
0
13
324
Mes
DR DN DT DF DH DD I
Septiembre 16.1 22.6 9.5
29
55 4
0
2
1
0
8
247
Octubre
10.8 16.0 5.6
40
68 6
0
0
2
2
6
187
Noviembre
6.2
10.8 1.6
43
76 6
2
0
4
12
6
143
Diciembre
4.0
8.0
44
79 7
3
0
4
15
5
118
Año
10.4 15.9 4.8
20
13
23
90
83
2644
-0.1
400 63 66
V
m/s
1,50
2,00
1,99
2,35
2,40
2,00
2,10
1,89
1,93
1,85
1,72
1,98
Valores Normales de A Coruña (1971-2000)
D
N
DT DF DH DD I
76 14
0
1
1
0
4
108
102
76 14
0
1
1
0
3
112
11.7 14.9 8.6
79
73 12
0
1
1
0
4
155
Abril
12.5 15.5 9.4
85
75 13
0
2
1
0
4
167
Mayo
14.4 17.4 11.4 80
77 11
0
2
3
0
2
191
Junio
16.7 19.8 13.7 42
77 7
0
1
5
0
4
220
Julio
18.7 21.8 15.6 30
79 5
0
1
7
0
6
240
Agosto
19.2 22.5 16.0 35
78 6
0
1
7
0
5
240
Septiembre 18.2 21.5 14.8 68
78 8
0
1
6
0
5
179
Octubre
15.6 18.7 12.6 110
78 12
0
1
3
0
3
150
Noviembre
13.0 15.8 10.3 114
78 14
0
2
2
0
3
107
Diciembre
11.5 14.0 8.9
77 15
0
2
1
0
4
93
Mes
T
Enero
TM
Tm
R
H
10.4 13.1 7.6
128
Febrero
10.9 13.7 8.0
Marzo
135
DR
V
m/s
2,33
3,58
3,18
2,90
3,15
2,92
3,35
2,76
2,05
2,89
3,50
3,66
MODELO RAY MAN
BIBLIOGRAFIA





http://www.urbanclimate.net/rayman/index.htm. Página web de
Andreas Matzarakis dedicada al Ray Man
http://www.urbanclimate.net/climtour/climtour_tools.htm.
Página web de Andreas Matzarakis dedicada a softwares propios
para análisis climático, entre los que se encuentra El Ray Man.
http://www.mif.uni-freiburg.de/rayman/description.htm.
Descripción del Ray Man
http://www.mif.unifreiburg.de/isb/ws3/report/dTcl_2007_matazrakisrutz.pdf.
Artículo reciente de Matzarakis sobre el Ray Man
http://www.ceg.ul.pt/climlis/recent_dev_files/Andrade.pdf.
Aplicación del Ray Man a la ciudad de Lisboa.