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La arquitectura bioclimática consiste en el diseño de edificios teniendo en cuenta las condiciones climáticas, aprovechando los recursos disponibles (sol, vegetación, lluvia, vientos, etc.) para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energía, además de lograr el bienestar termo fisiológico para el ser humano.

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¿Cuáles son los principios termodinámicos más importantes en la arquitectura bioclimática?

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¿Cuáles son los principios termodinámicos más importantes en la arquitectura bioclimática?

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El precursor del bioclimatismo fue el arquitecto húngaro, Víctor Olgyay.

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La arquitectura bioclimática se formaliza como

una disciplina dentro de la arquitectura durante la década de 1950.

Desde la llegada de la revolución industrial en el siglo XVIII, se empieza a generar una creciente problemática ambiental debido al alto contenido de dióxido de carbono (CO2) que provocaron todos los inventos producidos durante la industrialización.

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Beneficios de la arquitectura bioclimática

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Beneficios de la arquitectura bioclimática

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ECONÓMICOS: Ofrece una constitución con un tiempo de vida considerable y, además, genera un ahorro energético.

SALUD Y CONFORT: Ofreciendo al usuario la posibilidad de habitar en espacios con dimensiones y características acordes a la vida en cada región y clima; de forma digna, sana y en pleno estado de bienestar o confort.

EFICIENCIA Y PRODUCTIVIDAD: Con espacios idóneos para el desarrollo de actividades considerando los requerimientos de aire, iluminación y temperatura adecuados para que el ser humano se sienta bien y trabaje mejor.

BENEFICIOS ECOLÓGICOS: Implementando sistemas limpios y ahorradores de consumo energético Y disminuyendo la dependencia a la iluminación-ventilación artificial o haciendo un uso razonable de los recursos disponibles.

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Objetivos de la arquitectura bioclimática

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Objetivos de la arquitectura bioclimática

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1. Lograr tener condiciones para la correcta circulación del aire para mejorar el ambiente del edificio

2. Controlar todos los desechos del edificio (aguas negras, gases de combustión, etc.)

3. Controlar el impacto ambiental producido por el exceso de población

4. Contribuir a reducir el consumo de combustibles (del 50% al 70%).

5. Disminuir la emisión de gases contaminantes a la atmosfera (del 50% al 70%).

6. Disminuir el gasto de agua potable en un 30% y la iluminación artificial en un 20%.

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COMODIDAD TERMICA:

Logra que los habitantes gocen de temperaturas agradables en cualquier estación del año sin gastar en calefacción o aire acondicionado.

MATERIALES CON MULTIPLES VENTAJAS:

Usa materiales inteligentes con múltiples beneficios a las viviendas, dándoles un aislamiento térmico, acústico, durabilidad, etc.

UN DISEÑO GUSTO DEL USUARIO:

Los materiales de ahorro energético que utiliza también son de uso ampliamente decorativo, que se adecua a los gustos del usuario.

EL MEDIO NATUTRAL:

Hace un análisis de geometría solar, un análisis ecológico, un análisis del sitio (características geomorfológicas, geológicas, edafológicas, hidrológicas, de vegetación, fauna, etc.) y analiza la climatología.

EL MEDIO ARTIFICIAL:

Estudia la tecnología local y apropiada, el medio sociocultural, los antecedentes arquitectónicos y la infraestructura y equipamiento.

ANALISIS DEL USUARIO:

Se debe estudiar al usuario en tres aspectos esenciales:

Área física: Relación entre el hombre y el medio.

Área psicológica: Relación entre el hombre y el medio percibido a través de los sentidos.

Área sociocultural: relación entre el hombre y la sociedad.

NECESIDADES Y REQUERIMIENTOS:

Hay un análisis y evaluación de los requerimientos de confort con respecto a la función de cada espacio; se relaciona con el programa arquitectónico, horarios, usos del espacio y datos climáticos horarios.

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Estudio y obtención de los elementos o acciones necesarias para dar solución a un requerimiento específico de:

1. Climatización

Inercia o masividad

Ventilación

Calentamiento o enfriamiento

Humidificación o deshumidificación

2. Iluminación

Natural

Artificial

Acústica

Acústica

Control de ruidos

3. Control de contaminantes

Aire

Suelo

Agua

Electromagnética

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Principales metodologías del diseño bioclimático

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Principales metodologías del diseño bioclimático

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Metodología de los hermanos Olgyay

Metodología de Baruch Givoni

Metodología de Szokolay

Metodología de Kean Yeang

Metodología de Morillón

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Dependiendo del balance energético global que haya entre la arquitectura y el ambiente, podemos distinguir diferentes tipos de edificaciones bioclimáticas:

1. Edificios donde el balance energético global incluiría todo el proceso constructivo, desde la extracción de los materiales, su elaboración industrial, puesta en obra, uso, reciclaje y destrucción.

2. Edificios que sólo se preocupan de conseguir una alta eficiencia energética una vez construidos.

3. Edificaciones que no sólo se preocupan de mantener buenos balances energéticos, sino también en adecuarse al medio en un sentido más extenso.

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1. SISTEMAS PASIVOS: Son sistemas para una mejora en la climatización de forma natural.

2. SISTEMAS ACTIVOS: Son aquellos que necesitan energía para su funcionamiento, y que se instalan para mejorar el confort interior.

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Estrategias arquitectónicas para transferir calor y fresco

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Estrategias arquitectónicas para transferir calor y fresco

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Son estrategias puramente arquitectónicas que permiten que un edificio se caliente o se refresque, por sí mismo, sin necesidad de artefactos tecnológicos.

El almacenamiento térmico se consigue aumentando la inercia térmica de los edificios, es decir, la masa de algunos de sus componentes. Por ello, deben utilizarse sistemas estructurales de gran masa, pero al mismo tiempo que supongan el menor coste energético posible, y que se puedan construir con la mayor rapidez y sencillez posible.

No todos los edificios tienen la capacidad de refrescarse o calentarse de forma natural, por ello se utilizan técnicas en los edificios, lo cual consiste en una adecuada selección de

aparatos y equipos.

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Estrategia general para la construcción de edificios bioclimáticos

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Estrategia general para la construcción de edificios bioclimáticos

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1. Obtención de datos climatológicos.

2. Obtención de la radiación solar.

3. Confección de diagramas de confort: se grafía la variación de temperatura y humedad para conocer las necesidades de ventilación, inercia térmica, aireación, calefacción, y deshumectación.

4. Obtención de los parámetros generales del edificio; Estructura topológica y funcional del edificio.

5. Identificación de la tipología arquitectónica más adecuada.

6. Refinamiento progresivo de la tipología arquitectónica.

7. Cálculo de las protecciones solares.

8. Diseño de las soluciones constructivas más adecuadas.

9. Correcta elección tecnológica y correcto dimensionado de los artefactos.

10. Correcta gestión.

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Las ciudades son grandes consumidoras de materiales de construcción, su fabricación consume una gran cantidad de energía y materias primas.

Los materiales que se debería de emplear en dado caso de que el objetivo fuera la sustentabilidad, deberían ser piedras o rocas naturales, adobes y agregados como gravas, arenas, tierra, y como aglutinante, el mínimo de cemento que fuese posible.

El diseño de un edificio deberá considerar durabilidad, su flexibilidad y el fácil mantenimiento de los materiales. Asimismo, durante el diseño de estas edificaciones se deben aprovechar los principios termodinámicos de los materiales.

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Es la cantidad de calor que se transmite en la unidad de tiempo a través de la unidad de superficie de un elemento constructivo. La unidad de medida de K es W/m2 °C y se expresa como: K = 1 / Rt; [W / m2 °C].

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Indica el tiempo que tarda en fluir el calor almacenado en un muro o en una techumbre. La inercia térmica expresa la magnitud del efecto que tiene un material para amortiguar y retardar la temperatura máxima en el interior de un espacio en relación con la temperatura exterior, se expresa como:

k *c * d = inercia térmica (Kcal / h)

Donde:

k = coeficiente de conductibilidad térmica (Kcal / h °C m)

c = calor específico (Kcal / °C kg)

d = densidad (kg / m3)

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La convección es la transmisión de calor a través del movimiento de los líquidos y gases (normalmente aire). El aire caliente se eleva, siendo sustituido por aire más frío, lo que produce un efecto de termosifón.

La radiación es la transferencia de calor entre un determinado cuerpo y las superficies que lo rodean a través del ambiente, flujo depende de la temperatura y cercanía que tengan las superficies a su alrededor.

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Se dividen en 2 grupos:

1. Metálicos E = 0 - 0,30 los valores menores corresponden a las superficies más pulidas.

2. No metálicos E = 0,85 - 1,00.

3. Los valores entre 0,30 y 0,85 corresponden a cuerpos como las pinturas metálicas que resultan de una combinación de los dos grupos.

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La energía radiante (onda corta) absorbida se transforma en energía térmica o calor, mientras que la energía transmitida no se altera, se mantiene igual. La absorción será baja para colores claros.

1. La mayoría de los cuerpos no metálicos tiene un coeficiente de absorción alto. Las superficies metálicas son malas absorbentes.

2. La superficie blanca teórica tiene el máximo valor del coeficiente de reflexión, r=1 y la mínima absorción, a=0.

3. La superficie negra teórica tiene el mínimo valor de reflexión, r=0 y la máxima absorción, a=1.

4. Las superficies claras, pulidas y brillantes tienen una alta reflexión. Si dos superficies, una blanca y otra brillante, son expuestas a la puede ser dada en m3/s.

La fórmula es: Qv = 1300 × V × AT

La diferencia entre la radiación térmica y la solar es que, la primera en parámetros de onda larga, todos los materiales son conductores sean del color que sean, mientras que la otra en parámetros de onda corta, depende del color de la superficie del material.

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La temperatura sol-aire es aquella equivalente que combina los efectos de la temperatura caliente del aire y la radiación solar incidente. Tiene un valor más elevado que la temperatura del aire, y puede utilizarse para los cálculos del flujo de calor cuando se trate de superficies que reciben la

radiación solar. Su fórmula es:

Te +(Is*a/hex)°C; [ °C]

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Es la cantidad de radiación solar transmitida a través de la envolvente de la construcción, depende de la radiación disponible, el área, la orientación y las características de transmisión de calor de la envolvente expuesta y no depende de la temperatura del aire. De acuerdo con Evans y De Schiller, la fórmula sería: q = (Tsa –Tint) * K

Se calcula a partir de la temperatura sol-aire junto con la transmitancia térmica del elemento. Por tanto:

q = (Text + Is * oc * rse – Tint) K

Si se trata de elementos en edificios con ventilación cruzada, donde la temperatura del aire interior se aproxima a la del aire exterior la fórmula se simplifica:

q = I * oc * rse x K

Si se pasa la intensidad de la radiación solar, tenemos:

q/l = oc * rse * K

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Retraso térmico es la demora que transcurre entre el pico de temperatura en la cara exterior de un elemento y el pico de la misma en la cara interior cuando un elemento constructivo está sujeto a fluctuaciones periódicas de temperatura

1.- Deben utilizar materiales que produzcan retardo o retraso térmico, como tierra, adobe, piedras, tabicón de cemento

2.- El concreto armado en muros delgados y la madera no son convenientes a menos que se aíslen térmicamente con gruesas capas de fibra de vidrio, con capas de poliuretano, o cámaras de aire entre el exterior y el interior.

La diferencia en tiempo entre los picos de temperatura exterior o interior se denomina “retraso térmico” (oI) e indica la demora en horas.

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La admitancia es el flujo de calor en watts por m2 de superficie y por grado de diferencia de temperatura entre el aire y la superficie (W/m2 °C); las mismas unidades que K, o sea la transmitancia térmica, o sea la característica que presenta una superficie de recibir calor del aire o suministrar calor hacia el aire bajo variaciones cíclicas de temperatura.

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Del Cisne, G y Castro, J. (2020). Arquitectura bioclimática. Pol. Con., 5(3), 751-779.

Anexo 2. Cedeño, A. (2010). Materiales bioclimáticos. Revista de Arquitectura, (12), 100-110.