Arquitectura Bioclimática.

Imagen: energenta.es

Arquitectura Bioclimática

*Definición:

1. Los edificios trabajan en armonía con los elementos del medio ambiente para lograr niveles de CONFORT ambiental, óptimos y con un eficiente uso de la energía.
2. Entendemos por casa bioclimática una manera de proyectar, construir y rehabilitar viviendas. La arquitectura bioclimática es una arquitectura saludable y adecuada al entorno y al clima. Bio- es respeto por la vida: hacia las personas que habitan en su interior (protege su salud) y hacia el medio ambiente (no contaminante).
   Climática- es que se adapta a las condiciones ambientales de cada lugar, respeta los recursos naturales y se aprovecha de ellos.
   La arquitectura bioclimática busca el confort de las personas, aprovechando las condiciones del entorno. 1
   *Características:
   Confort
   Seguir una metodología
   Análisis de costumbres
   Análisis del clima y normal climatológica
   Tiempo horario/humedad horario
   
   *Rasgos:
   Sol
   Iluminación
   Viento
   Lluvia
   Energía
   Orientación
   
   *Ahorro:
   Luz eléctrica
   Agua
   Combustible (gas, leña)
   
   *Tecnología:
   Aguas residuales
   Ecotecnia
   Fotoceldas
   Aerogenerador
   Composta
   Colectores solares
   Plantas de tratamiento
   Climatización (requerimientos de enfriamiento o calentamiento; humidificar o deshumidificar)

ESTRATEGIAS DE
CLIMATIZACIÓN
ESTRATEGIAS DE CLIMATIZACIÓN PARA CLIMA EXTREMOSO

CÁLIDO-SECO

De todos los sistemas pasivos de climatización se presenta un recopilado
de aquellos que son aplicables a unas condiciones extremosas de un entorno
cálido – seco, como lo es la ciudad de Juárez.
Para la clasificación de los sistemas pasivos de climatización el Dr. David
Morillón considera tres como los aspectos más adecuados:
• Configuración estructural
• Género
• Requerimientos de climatización
Conforme a los requerimientos de climatización (estrategias obtenidas de
los diagramas psicométricos), los sistemas pasivos de climatización se clasifican
en:
• Calefacción
• Enfriamiento
• Humidificación
• Dehumidificación
• Ganancia directa y protección solar.
Todos los sistemas de climatización pasiva provienen de la publicación
‘Arquitectura bioclimática’ del Dr. David Morillón Gálvez.


CALEFACCIÓN

Calentador solar de aire para acondicionamiento del clima interior
Consiste en un recipiente con un espesor mínimo de 10 cm conteniendo rocas de alta inercia térmica y sellado con doble acristalamiento, para evitar pérdida de calor por las noches.
El calentador deberá estar orientado hacia el sur, y conectado a un tubo aislado para extraer el calor e inyectarlo en el interior de la casa, en el lugar deseado mediante una pequeña bomba (extractor).





Muro captador y acumulador de calor


Consiste en un panel de vidrio adosado a un muro de la casa, orientado preferentemente al sur o al poniente, pintado de color obscuro la superficie del muro que queda contenida dentro de este panel de vidrio.
Funcionamiento: El aire caliente sube por la cámara formada entre el panel
y el muro y penetra dentro de la casa por los orificios superiores, y simultáneamente la cámara aspira el aire por las aberturas inferiores.

Este movimiento de aire puede continuar puede continuar dos o tres horas después de la puesta del sol, hasta que la superficie de la pared se ha enfriado.

Por las noches este proceso se puede invertir, ya que el aire se enfriaría dentro de la cámara, convirtiéndose en más pesado, descendiendo a la parte inferior y penetrando a la casa por los orificios de la parte de abajo, mientras que, simultáneamente, el aire más caliente dentro de la casa estaría saliendo por los orificios superiores.
Para evitar este flujo invertido del aire, deberán colocarse compuertas en ambos orificios, y la puerta exterior del panel que tiene un espejo en su parte inferior para lograr mayor ganancia, deberá poder cerrarse por las noches.

Este muro también se puede utilizar como extractor de aire durante el verano; esto se logra cerrando las perforaciones superiores hacia la casa y abriendo una pequeña ventana en la pared superior del canal, el que permitirá la salida del aire al exterior.


Panel reflejante en el exterior

Se pueden colocar paneles reflejantes fijos o móviles, verticales u horizontales; desde luego, estos paneles deberán colocarse en las fachadas sur, oriente y poniente.

Los elementos
reflejantes exteriores
pueden ser fijos o
móviles.
El inconveniente
de los reflejantes
exteriores fijos es que
pueden causar
sobrecalentamientos en verano.


Trampa de calor
.
Las trampas de calor consisten
en un pequeño espacio orientado
hacia el sur, con cubierta de cristal o
acrílico transparente, de tan manera
que capte la radiación solar y
almacene el calor para ser usado
durante la noche, bombeándolo a
través de un tubo aislado, hasta el
lugar que se desea climatizar.




Caja calentadora debajo de las ventanas

Hay otras maneras de captar calor solar y encausarlo hacia adentro de las habitaciones. Por ejemplo, se puede construir una caja calentadora debajo de las ventanas, en la fachada sur. Esta caja funciona igual que el piso calentador. La caja tiene una tapa de vidrio y un panel de madera que se puede cerrar cuando no se desea más calor.
Se llena la caja con
piedra bola, del tamaño de un
puño. Hay que colocarlas
medio separadas para que el
aire pueda circular entre
ellas. El aire más frío de los
cuartos entra en el calentador
a través de tubos enterrados
en el piso.











Calor de Techo


La forma de la casa, la posición de la
ventana y la inclinación del techo se pueden
aprovechar para captar el calor solar. En el
caso del ejemplo aquí mostrado, se usa un
techo y un plafón de color claro para que
refleje mejor los rayos solares.

Invernaderos de ventana
Los invernaderos de ventana hacia el exterior de la casa se construyen en una
ampliación del espacio interior, y pueden ser adosados posteriormente o
integrados al sistema constructivo de la edificación desde su inicio.
En general, los
invernaderos de
ventana, ya sean
exteriores o interiores,
son elementos baratos
que sirven para
climatizar la casa,
aromatizarla y producir
algunos alimentos o
plantas de ornato.
En los edificios
multifamiliares
constituye un magnífico
elemento de estrecho
contacto con la
naturaleza, que permite
el cultivo de vegetales.
El continuo flujo de aire
entre la casa y el
invernadero
proporciona a la
vivienda calor,
humedad y oxígeno.
Durante la noche,
cubriendo el
invernadero con una
cortina térmica, el calor
de la casa mantiene a
las plantas.

ENFRIAMIENTO
Ventilación inducida por diferencial térmico.













Muro Trombe


Los elementos requeridos para una pared de Trombe son: un área colectora de vidrio y una mesa de almacenamiento ubicada directamente detrás del vidrio.

Los materiales de almacenamiento identificados en los muros Trombe incluyen, concreto, adobe, piedra y compuestos de ladrillo, bloques y arena. Aún cuando este sistema fue originalmente diseñado para calentar los espacios interiores en invierno, también puede ser usado en verano, para proveer una ventilación inducida en los espacios interiores. Para poder funcionar de las dos maneras, el muro Trombe tiene incorporados en sus sistema unos controles para
su operación. La ventilación inducida (necesaria en verano) se logra abrir un respiradero en la parte del área de vidrio, y uno en la parte inferior.


El aire calentado por el sol en el
espacio colector, forzará su
camino hacia el exterior
arrastrando el aire de los espacios
interiores hacia fuera,
reemplazándolo por aire fresco del
exterior, preferentemente de un
área sombreada o más fría. Este
continuo movimiento de aire
extraerá el aire caliente de la vivienda,
arrastrando hacia adentro aire más fresco
para el ciclo de la ventilación.


Aberturas en el techo

La extracción de aire caliente del interior por medios naturales pasivos, se logra en este caso en el punto más alto del techo, lugar donde se acumula el aire caliente.
El sistema monitor, la chimenea y la turbina son mecanismos adecuados para ayudar a la extracción de aire caliente acumulado en el interior de los espacios.
Cuando se combinan con mallas y pequeños cerramientos aislantes, éstos pueden convertirse en métodos muy eficientes para ventilar los espacios interiores y protegerse de las inclemencias del tiempo.

Chimeneas solares

Las chimeneas solares o cajas negras utilizan el calor solar para reforzar la convección natural del aire.

Debido a que el metal negro se calienta
durante el día, el aire en su interior se calienta,
se expande y se eleva, arrastrando el aire interior
hacia fuera. Una de las ventajas de las
chimeneas solares es su habilidad de
autobalance; cuando más caliente es el día, más
se calienta la chimenea, y por lo tanto, más
rápido será el movimiento del aire.
La forma, el área y la altura de las
chimeneas determina el tipo del flujo de aire.




Torres de viento

Otro diseño cuya función depende primordialmente del viento son las torres
de viento o “Baud-Geer”.

Son estructuras de mampostería, diseñadas para proveer una circulación
natural de aire en los diferentes ambientes del edificio. Las torres de viento tienen
la ventaja básica de ser completamente pasivas en sus operaciones. Ellas han
suministrado un grado de bienestar térmico por muchos siglos a aquellas personas
que no tienen acceso a otra fuente de energía y que viven en regiones áridosecas.




Sistema de inyección de aire fresco. Túnel de viento.

Consiste en un dispositivo a base de un tubo, preferentemente metálico, que va del exterior de la casa al interior de la misma.
Este tubo deberá ir enterrado en el suelo para que mantenga el aire frío en su interior, que al penetrar en la casa por diferencia de temperatura exteriorinterior forma una corriente convectiva dentro de la casa.
La toma de aire exterior debe colocarse preferentemente hacia el norte y en lugar sombreado para succionar el aire fresco.



Aberturas a nivel de piso y alero

Aberturas de ventilación, ubicadas debajo o entre los espacios de las vigas.
Viene a ser un sistema económico de ventilación perimetral.
El aire caliente del interior
se eleva y sale por las
aberturas inferiores a nuvel del
piso, produciendo el ciclo de
ventilación. La ubicación
estratégica de estas aberturas
permite una ventilación
perimetral de todas las
paredes. Pequeñas
protecciones o cerramientos
abisagrados previenen la
infiltración cuando se cierra, a
su vezlos aleros protegen las
aberturas superiores.

PROTECCIÓN SOLAR

Aleros

Ayudan a contrarrestar la
radiación solar por los lados del
vano, preferentemente se colocan
en ventanas de orientación sur,
esto con el fin de protegerse
contra el sol ya sea de la mañana
o del atardecer.


Parasoles

Sirven para protegerse de los
rayos solares sobre todo del
mediodía, calculando sus
dimensiones pueden proteger del sol
en verano y permitir a su vez, que
penetren los rayos en invierno.



Vanos remetidos

Este tipo de vanos contiene
las ventajas de los aleros y los
parasoles juntos, ya que previenen
de la radiación solar por cualquiera
que sea su dirección.









RECOMENDACIONES
DE DISEÑO


DISEÑO ARQUITECTÓNICO

Orientación más favorable

La fachada principal deberá ser orientada hacia el norte; en el caso de la sur, las recomendaciones aplicarán en la fachada posterior.


Zona
Requerimientos
Orientaciones
recomendables

De día


Cocina
Sombra
WSW/NW
Tendedero
Sol
WSW/ESE
Lavadero
Sombra
WSW/ESE
Servicio
Sombra
WSW/NW
Comedor
Sombra
ENE/ESE
Estancia
Sombra
NW/ENE
Usos múltiples
Sombra
NW/ENE
De noche


Recámara
Sombra
NW/ENE
Baño
Sol
NW/ENE
Guardarropa
Sol
NW/ENE
Auxiliar


Cochera
Sol
WSW/ESE

Angulos óptimos de protección solar por orientación

Según los requerimientos de climatización hay épocas del año en que se necesita una mínima radiación, por lo tanto se presentan los ángulos de los aleros recomendados para evitar radiación en verano y aprovechar en invierno para cada orientación.


ESTUDIO DE MATERIAL BASE

Alcances


El estudio se desarrolló con el objetivo de proveer elementos que condujeran a la decisión del material base que se emplearía en el proyecto Paquimé. Desarrollado en dos etapas, se presentaron los resultados de la primera el 17 de septiembre de 2001 a todos los involucrados en el proyecto para una primera preselección. Posteriormente se profundizó el estudio con base en los materiales seleccionados y los resultados definitivos se presentaron el 21 de enero del presente, cuando se tomó la decisión del material a emplear en el proyecto tomando en cuenta la multiplicidad de variables consideradas.

Materiales involucrados


I. Block de concreto con aislantes térmicos
I.1 Block de concreto, sistema tradicional
I.2 Block de concreto con capa de poliuretano como aislante térmico
I.3 Block de concreto con capa de poliestireno como aislante térmico
I.4 Block de concreto hueco con relleno de termosil como aislante térmico
II. Bloques térmicos
II.1 Adoblock con recubrimiento de termolita
II.2 Termoblock con recubrimiento de termolita
II.3 Foam block
III. Concreto
III.1 Concreto ligero
III.2 Concreto celular
III.3 Termocreto
Paneles térmicos
IV.1 Panel W con alma de poliuretano
IV.2 Aislapanel de poliestireno

Empresas participantes


• Aislantes FALCÓN
• FANOSA, Poliestireno
• Ital Mexicana
• CEMEX
• Cementos Chihuahua
• TERMOLITA
• Panel W

Técnicos


• Simplicidad en la construcción.
• Experiencias anteriores en vivienda de interés social.
• Disponibilidad de material en la plaza.
• Aceptación por parte de contratistas locales.
• Tipo de estructuras y cimentación.
• Consideraciones especiales para instalaciones.
• Condiciones de operación.
• Versatilidad en cuanto a combinación de sistemas.

Térmicos


• Coeficiente térmico (k) del material.
• Inercia térmica (U) de los elementos construidos.
• Modelado de envolvente: transmisión térmica.
• Estimación de temperaturas en condiciones extremas.

Económicos.


• Abatimiento de inversión inicial.
• Costos por m2 de muro.
• Costos por m2 de losa.
• Costos de acabados.
• Consideraciones económicas de surtimiento en obra.
• Costos de operación.
• Esquemas de asesoría, soporte y mantenimiento.
• Realización de proyecto ejecutivo.

De negocio


• Esquemas benéficos ante oportunidad de nuevo mercado.
• Consideraciones por volúmenes.
• Esquemas de colaboración.
• Propuesta para construcción de casa laboratorio.

Resultados primera etapa


Se presentan en primera instancia los gráficos resultantes del modelado térmico de la envolvente del prototipo para los 12 sistemas estudiados, tanto para invierno como para verano. En primera instancia por separado, acto seguido agrupados por tipo de sistema, y por último un gráfico comparativo global.
DISEÑO

El análisis realizado llevó a una serie de recomendaciones para la orientación
preferencial de los distintos espacios habitables de la vivienda. Cabe señalar que,
si bien la orientación de una construcción es uno de los aspectos de mayor peso
en la arquitectura bioclimática, se buscó un diseño versátil que permitiera un
rendimiento aceptable dentro de un cierto rango de orientaciones.
Se hizo una revisión de literatura en materia de sistemas de climatización
pasiva, manteniendo como premisas de selección la aplicabilidad, el bajo costo y
los beneficios entregados en materia de climatización interna. Se seleccionaron
los sistemas idóneos para el proyecto, y que se detallan en el apartado siguiente.

Ecotecnologías (sistemas de climatización pasiva)

Caja calentadora

Desplantada en el patio trasero y adosada al muro de las dos recámaras
(orientación suroeste), bajo las ventanas de éstas. En corte tiene una sección aproximadamente trapezoidal, cuyo lado más queda en la parte superior con una inclinación perpendicular a la altitud solar promedio en invierno. Los lados largos forman, junto con el repisón de las ventanas y la parte superior del murete base, un plano en el que se colocará una ventana de acrílico, en cuya parte superior hay dos ventilas abatibles (a través de las cuales se libera calor en verano). En su interior se colocan piedras (piedra bola, por ejemplo) pintadas de negro, que hacen las veces de colector térmico. En invierno las ventilas se cierran, permitiendo que el calor generado al incidir la radiación solar en las piedras del interior de la caja entre a las recámaras a través de unos ductos en el muro al que la caja se encuentra adosada. En verano las ventilas se abren, de manera que el aire caliente puede escapar por ahí en lugar de ingresar a las recámaras y así evitar sobrecalentamiento y por tanto un efecto no deseable.


Extractor solar

Se trata de una pirámide de doble pared, fabricada en lámina de acero, pintada en su superficie exterior de negro y colocada sobre la losa que cubre la cocina. La pirámide inferior es completa y la superior truncada, cubierta por un capuchón para proteger de la lluvia. En la losa que corresponde al extremo inferior (perimetral) de la pirámide, se abren ranuras (cubiertas por rejillas abatibles) que permiten la salida de aire. El funcionamiento del sistema permite que el aire caliente de la cocina salga por dichos orificios y a través del canal que se forma entre las dos paredes de la pirámide. Ello dado el efecto de presión negativa generado por el flujo de aire hacia arriba dentro de la pirámide, al calentarse su superficie exterior, y que sale por la oquedad superior (truncamiento). La pirámide funciona además como barrera térmica entre la cocina y el exterior. Será fabricado en un taller de habilitado de acero y surtido en la obra.
Calentador solar

Compuesto por un serpentín fabricado con tubo de cobre y cubierto por una superficie absorbente, lámina pintada de negro. Su cara exterior es una cubierta de vidrio que permite el paso de la radiación solar. El agua fluye a través del serpentín y es posteriormente almacenada en un termotanque conectado en serie al sistema de calentamiento tradicional, de manera que al ingresar al calentador de gas de la casa está precalentada a una temperatura que podría estar por encima de los 50°C, con el consiguiente ahorro en el consumo de gas de la vivienda


Muros dobles

Proyectados tanto en la cocina como en las dos recámaras, en las caras que dan al suroeste. En verano funcionan como barrera térmica entre los espacios y el exterior, generando además una circulación convectiva en su interior que mantiene la superficie interior fresca. En invierno introducen el aire que, separando a las dos superficies, se calienta y se introduce por la parte superior. Operan a través de rejillas abatibles que cubren las ranuras interior y exterior, la interior se abre en invierno y se cierra en verano, la exterior opera exactamente a la inversa. Turboextractores eólicos

Colocados sobre la losa de cada una de las recámaras, similar a las cebolletas que se pueden observar en lo alto de las naves de las fábricas.

Funciona por inducción eólica, es decir que no ocupa ningún sistema mecánico. Al girar la cebolleta, el aire caliente en la cercanía del techo de la casa es extraído, funcionando así como un sistema de enfriamiento natural.

Cabe señalar que las ecotecnologías por sí solas no definen a un proyecto bioclimático. Hay una serie de conceptos y estrategias de diseño adyacentes, como lo son el rango de orientaciones preferenciales de acuerdo al uso de cada espacio, el patio interno generador de microclima, los árboles con hoja caducifolia en los patios interior y posterior, el acceso como zona de transición, el volado posterior que permite el paso del sol en invierno y lo impide en verano, los materiales por utilizar, etc. Con ello se hace énfasis en la concepción integral del proyecto, no tratándose de la suma algebraica de beneficios aislados y diferenciados.

1 casabioclimatica.com definición http://www.casabioclimatica.com/index2.php?p=1&id_cat=9&tipo=2&id_lan=1

2 V. David entrevista octubre 2007