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Universidad nacional del Altiplano puno. Bases conceptuales de acondicionamiento bioclimático.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNO

ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA Y URBANISMO Curso: Acondicionamiento Tema: Bases conceptuales de acondicionamiento bioclimático bioclimático

Docente: Arq. Juan Américo Tito Aliaga Fecha: Julio del 2020 ALUMNOS: -Lizzely Chambi Cayamana -Diosdado Ramiro Calumani Maron -Luis Alberto Apaza Fuentes -Paul Vicet Betancur Flores -Yimi Solin Calsin Tapia -Maguiver Allca Condori --

Jimy Joel Cari Calsin

Universidad nacional del Altiplano puno. Bases conceptuales de acondicionamiento bioclimático.

INDICE: 1. Concepto de acondicionamiento bioclimá tico. 1.1. Acondicionamiento bioclimá tico. 1.2. Energías renovables 2. Condiciones de ambiente exterior-Energía solar. 2.1. Posició n solar 2.2. Radiació n sobre superficies 2.3. Incidencia penetració n y sombras A. Sombras producidas por un elemento vertical B. Sombras producidas por un elemento vertical prolongado y desviado respecto al eje norte – sur.

C. Longitud de un alero o soportal para controlar la penetració n solar y el sombreo de la fachada.

D. Penetració n solar por una ventana E. Anchura de las calles F. Incidencia solar sobre tejados G. Sombra de una edificació n sobre otra 3. Condiciones ambientales interior – otras energías. 3.1. Estrategias para calefacció n A. Sistemas de captació n B. Sistema de aislamiento e inercia 3.2. Estrategias de calefacció n y aislamiento A. La chimenea solar B. La aspiració n por efecto Venturi C. Torre de viento

1. Concepto de acondicionamiento bioclimático. 1.1. Acondicionamiento bioclimático. Arquitectura bioclimá tica que utiliza los recursos del clima para diseñ ar los edificios que tengan un acondicionamiento necesario térmico necesario para las personas. Teniendo en cuanta los materiales del lugar. Tiene como objetivo crear condiciones ó ptimas de acondicionamiento térmico o confort en una construcció n. Evitando la contaminació n del ambiente y aportar para tener un ecosistema equilibrado. Este tipo de arquitectura busca una sensació n de bienestar. También se puede definir como la arquitectura diseñ ada con

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coherencia, utilizando materiales sostenibles y toma en cuenta el factor climá tico en el diseñ o. Logra así un confort térmico en el edifico. Reduciendo con ello los gastos de energía artificial. Este tipo de arquitectura se relaciona de gran magnitud con el emplazamiento, la orientació n del edificio, el clima, la temperatura, la altitud, los materiales. Aire y sobre todo el sol.

Acondicionamiento Hace referencia a preparar o arreglar algo para alcanzar una meta o cumplir con un objetivo. pueden acondicionarse desde objetos hasta entornos o ambientes. Por ejemplo en invierno el acondicionamiento buscara tener una temperatura má s elevada, es decir tener una sensació n de calor moderado en las viviendas. Muy al contrario en las épocas de verano tendrá otro objetivo el acondicionamiento, que será refrescar los ambientes.

Bioclimático Es un término que parte de la arquitectura bioclimá tica, y se hace má s específico. Esta palabra se compone de dos componentes uno que es BIO, que significa vida y climá tico que está asociado al clima. El bioclimatismo ayuda en un bienestar de las personas, ya que gracias a que promueve el uso de lo ecoló gico ya sea en material. La arquitectura bioclimá tica consiste en el diseñ o de edificios teniendo en cuenta las condiciones climá ticas,

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aprovechando los recursos disponibles (sol, vegetació n, lluvia, vientos) para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energía.

1.2. Energías renovables

2. Condiciones de ambiente exterior-Energía solar. 2.1. Posición solar El azimut y la altura solar varían con la hora del día, con el día del añ o y con la latitud del lugar. Para un mismo día del añ o el azimut y la altura solar tienen el mismo valor absoluto en horas equidistantes del mediodía solar. El sol antes del mediodía hace un recorrido especular respecto del que hace después del mediodía, considerando el espejo el plano perpendicular al plano del horizonte que contiene al eje norte-sur (plano meridiano).

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Comprenderemos ahora có mo el sol está má s bajo en invierno y má s alto en verano y veremos en el siguiente apartado que esta circunstancia determina la cantidad de radiació n incidente en cada época del añ o, y como consecuencia, la energía transmitida por unidad de superficie expuesta En el invierno el sol hace el recorrido má s corto, la duració n de los días es menor. En el verano el día dura má s y en el plano del horizonte el recorrido azimutal es incluso mayor de 180°. En los días equinocciales el recorrido azimutal es de 180°, y la altura má xima que alcanza el sol al mediodía es la intermedia entre la del mediodía de los solsticios de verano e invierno.

2.2. Radiación sobre superficies

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La energía transmitida a una superficie depende del á ngulo de incidencia de la radiació n sobre esa superficie

Observamos que para dos localidades situadas a distinta latitud el á ngulo de incidencia sobre el plano horizontal es diferente, y esta diferencia depende de la diferencia de latitudes.

vemos có mo la posició n relativa respecto del plano de la eclíptica de una localidad A, varia del verano al invierno lo que varía el á ngulo declinació n.

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Esto hace que el á ngulo de incidencia de los rayos solares sobre el plano del horizonte sea mayor en invierno que en verano. Nos explicamos ahora có mo los cambios estacionales son debidos a la variació n del á ngulo de incidencia de la radiació n.

2.3. Incidencia penetración y sombras. Con objeto de sistematizar el estudio vamos a plantear distintos supuestos significativos que nos hará n comprender el problema general de las sombras y el de la incidencia y penetració n solar. A) Sombras producidas por un elemento vertical: Utilizaremos para este caso los valores de altura solar y azimut del día del añ o con las sombras má s largas. Este día es el solsticio de invierno. El estudio lo haremos para las 9, las 12 y las 15 hora solar. De este modo obtendremos una idea de la evolució n diaria de la sombra del objeto.

Conocida, o calculada, la altura del objeto y obtenido de tablas horarias de posició n solar el á ngulo altura solar H para una latitud concreta (un lugar concreto) y un día

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concreto, podemos obtener la longitud de la sombra S a las 9, a las 12, y a las 15 horas. Comprobamos que al ser las 9 y las 15 horas simétricas respecto de las 12 la longitud de la sombra es la misma. Como el sol hace un recorrido azimutal este-oeste y conocemos el azimut a las distintas horas, entonces podemos reflejar en un dibujo en planta el espacio de suelo sombreado a lo largo del día, lo que tenemos

B) Sombra producida por un objeto vertical prolongado y desviado respecto del eje norte-sur: La solució n se busca lo mismo que en el caso del objeto vertical só lo que prolongá ndolo en la direcció n marcada por el á ngulo que está .

C) Longitud de un alero o soportal para controlar la penetración solar y el sombreo de la fachada:

realizar el longitud a para que a equinoccio comience a radicació n fachada sur por

Podemos cá lculo de la del alero, partir del de otoñ o incidir la en la o a penetrar cristaleras.

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La profundidad má xima de penetració n en la estancia viene dada para el solsticio de invierno vendría dada por b.

D) Penetración solar por una ventana: La altura y orientació n de una ventana influye en la profundidad de penetració n de los rayos solares y en la luminosidad interior.

Fijando dos variables podemos determinar las demá s para cualquier momento del añ o. Para cualquier hora del día distinta de las 12, el cá lculo es el mismo pero varia la direcció n de penetració n dependiendo del azimut solar. En las orientaciones sur la penetració n solar es mayor en invierno que en verano. Para orientaciones oeste observaremos có mo la penetració n solar en verano es enorme, al igual que para orientaciones este.

E) Incidencia solar sobre tejados y fachadas: La orientació n de las fachadas y la inclinació n de los tejados determina el á ngulo de incidencia de la radiació n solar.

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La mayor cantidad de radiació n incidente en verano se da por los cerramientos de cubierta, al ser el á ngulo de incidencia menor. La radiació n incidente en la cubierta de las edificaciones es prá cticamente el doble que, en la fachada sur, teniendo en cuenta ademá s que el nú mero de horas de sol sobre las cubiertas es mayor. En invierno, sin embargo, los tejados orientados al sur con inclinaciones del orden de 60° para el territorio peninsular son los mayores captadores de radiació n.

F) Anchura de las calles: Podemos convenir que una buena planificació n urbana debe tener en cuenta el soleamiento de las edificaciones. Las alturas edificables tienen que ver con la anchura y orientació n de las calles. Se acostumbra a construir ahora “mirando a la calle”, esté ésta desarrollada en la direcció n má s ó ptima o no. Esto condiciona en la mayoría de las ocasiones la distribució n interior, que como veremos afecta también a la confortabilidad de las estancias. Vamos a plantear ahora el cá lculo de la anchura de una calle para evitar las sombras de unas edificaciones respecto de otras. Estudiaremos el problema con los datos del

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mediodía solar en el solsticio de invierno, el eje principal de la calle será el este-oeste, y supondremos el caso de un terreno con una inclinació n determinada en la direcció n nortesur. La expresió n que determina la anchura d, de la calle es: d = h /(Tg H cos α + sen α) en donde: α: es la inclinació n del terreno. H: el á ngulo altura solar. h: la altura de la edificació n delantera.

Si α vale 0°, estamos en un terreno llano y entonces la expresió n anterior queda: d = h /Tg H

3. Condiciones ambientales interior – otras energías.

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3.1. Estrategias para calefacción. Dos enfoques resolutivos, y no excluyentes, permiten mantener temperaturas má s elevadas en el interior de las construcciones. Uno es la implantació n de sistemas de penetració n, captació n y acumulació n de la energía de la radiació n solar. El otro es la colocació n de aislamientos y el aumento de la anchura y densidad de los cerramientos exteriores, con lo que aumentamos la inercia térmica del edificio, es decir, disminuimos la velocidad de enfriamiento. Esta segunda opció n ha sido la má s usada en la arquitectura verná cula, ya que defiende también del calor aumentando la masa de la edificació n, y evita el uso de un material caro, en algunos periodos histó ricos, como el vidrio. Técnicas clá sicas y modernas nos permiten enfocar el problema de la captació n de energía y la conservació n del calor. A continuació n, se exponen algunas soluciones que hay que considerar como esquemas de actuació n, dejando libertad a la creació n:

A)

Sistemas de captación:

1.

La ventana, el ventanal y el lucernario:

Estos elementos se sitú an normalmente en las fachadas sur. Al este y sobre todo al oeste la penetració n solar es muy intensa y en climas con veranos calurosos aumentan en exceso la radiació n directa y la carga térmica en el interior. El uso de superficies reflectantes de radiació n visible o infrarroja en la cara interior del techo del lucernario aumenta la radiació n en el interior. Un mecanismo de apantallamiento mó vil en el interior permitiría ejercer un control lumínico, para apantallar la radiació n veraniega puede usarse un voladizo.

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Ilustració n 20. El lucernario. Con el á ngulo α y la longitud m, se controla la época de penetració n y la cantidad de radiació n directa.

2.

El invernadero adosado:

También se sitú a normalmente al sur, nunca al oeste en climas templados o cá lidos. Una balconada a la que se le a practicado un cierre de carpintería y vidrio es el invernadero adosado má s popular en los bloques de viviendas. Estos cierres, situados al oeste, en regiones cá lidas se comportan en verano como verdaderos hornos. En este tipo de estructuras se hacen imprescindibles, en general, mecanismos de obstrucció n del paso de la radiació n, de ventilació n hacia el exterior, y de aislamiento del resto de la vivienda en los días calurosos.

Ilustració n 21. El invernadero adosado.

3.

El muro captador, acumulador y de inercia:

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a.

El muro Trombe:

Ilustració n 22. Muro Trombe.

Es un muro de gran masa y espesor, y con un recubrimiento muy buen absorbente de radiació n visible, con un acristalamiento delante, y con trampillas practicables en las bandas superiores e inferiores del muro y del acristalamiento. Su gran masa y anchura permiten acumular calor y retardar su entrada por conducció n a través del muro. La radiació n caló rica infrarroja de la cara interior es el principal mecanismo de transmisió n nocturna del calor acumulado. De día en horas de sol la apertura de las trampillas inferiores y superiores del muro permiten la circulació n natural de aire caliente. La apertura de las trampillas del acristalamiento se usa para evacuar calor hacia el exterior cuando no sea necesario en el interior.

b.

El muro de agua:

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Se trata de depó sitos transparentes o traslú cidos llenos de agua o de algú n otro líquido o material con buena capacidad calorífica, ubicados tras un acristalamiento y con huecos que permitan el movimiento de aire; cumplen la funció n captadora, acumuladora y distribuidora.

4.

El colector térmico integrado de aire:

Bá sicamente es como un colector solar de los estudiados en el capítulo 2, trabaja por efecto invernadero y el fluido caloportador es aire. El aire circula directamente entre el panel y el interior de la vivienda, o circula entre el panel y un sistema de acumulació n, aunque parece absurdo incorporar sistemas añ adidos de acumulació n cuando el calor puede retenerse perfectamente en los propios materiales constructivos de la edificació n.

Ilustració n 23. Colector térmico de aire integrado en la fachada.

B)

Sistemas de aislamiento e inercia:

La colocació n y el espesor del aislamiento y del material de los cerramientos exteriores: Podemos pensar en la situació n relativa del material aislante respecto de la de los otros materiales de construcció n del cerramiento. Situado al interior, la masa térmica interna queda disminuida, por lo que las oscilaciones de temperatura será n mayores al ser el aire ambiente poco eficaz como acumulador de calor y estar sometido a las infiltraciones del exterior. Situado en el exterior la masa acumuladora y de inercia queda dentro de la

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edificació n y permite amortiguar las oscilaciones de temperatura por infiltraciones de aire frío o caliente. É sta ú ltima disposició n aumenta el intercambio por radiació n que es el principal mecanismo de intercambio térmico del cuerpo humano con el ambiente que le rodea.

Ilustració n 24. Disposició n relativa de los aislamientos. La inercia, la amortiguació n de los cambios externos de temperatura, y la capacidad de acumulació n aumentan con la densidad y espesor de los materiales constructivos de los muros exteriores. El espesor y densidad de los aislamientos afecta a las pérdidas por transmisió n, cuanta má s densidad y mayor espesor mejor.

3.2 Estrategias de ventilación y refrescamiento. A veces la sensació n de frío o calor se debe al exceso de humedad ambiente. La ventilació n con aire precalentado en un caso, o con aire de renovació n exterior en otro, contribuye a la disminució n de la humedad relativa que causa la sensació n de disconfort. Esto puede hacerse aprovechando la configuració n del muro trombe, o del colector de aire integrado. La instalació n de aperturas practicables en la parte inferior de las paredes norte y en la superior de las paredes sur favorecerá la ventilació n cruzada. Cuando hay un claro viento predominante las aperturas deben instalarse a barlovento y sotavento.

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Barlovento y Sotavento Podemos usar también estructuras constructivas que produzcan ventilació n natural como:

1. Chimenea Solar. Se trata de crear un tiro natural que extraiga aire del interior de la vivienda. Se consigue creando un espacio acristalado en fachada o cubierta donde se produzca el efecto invernadero

Ilustración: Invernadero adosado que funciona como chimenea solar. En invierno se invierte la función, cerrando las trampillas 1 y 2, y activando el ventilador 3, se introduce aire caliente.

2. La aspiración por efecto Venturi u otro mecanismo movido por el propio viento.

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El aumento de velocidad del aire al pasar por un estrechamiento provoca una depresió n que puede aprovecharse para aspirar aire del interior por algú n conducto o chimenea. De otro modo, el mismo viento puede hacer girar un mecanismo de extracció n de aire.

Ilustración: Ventilación por acción del viento: estática a), o dinámica b).

3. Torre de viento: Es una estructura que se abre en la direcció n del viento para captarlo.

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Ilustración:Sistema egipcio de refrigeración natural por evaporación. Para refrescar bajando la temperatura del aire es necesario potenciar la evaporació n de agua, o hacer pasar el aire de ventilació n por un lugar fresco como canalizaciones enterradas profundas. La instalació n de fuentes, cortinas de agua, estanques, riego, pulverizació n, ventilació n a través de materiales hú medos, son mecanismos de refrigeració n evaporativa. Así tenemos por ejemplo:

A. La torre evaporativa:

Se trata de captar el viento, o forzar la entrada de aire mediante ventilació n, posteriormente hacerlo pasar por un medio poroso y hú medo, por un estanque o por algú n otro dispositivo con mucha superficie hú meda de contacto. El agua se evapora absorbiendo calor del aire por lo que este baja su temperatura.

Ilustración: Funcionamiento torre evaporativa o refrigeración.

B. El patio:

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Elemento de esparcimiento, de distribució n, de vecindad (la casa patio, la corrala), con vegetació n, agua, sombra, elementos decorativos, es ademá s un espacio amortiguador o tampó n del ambiente exterior en el que, en verano, se acumula el aire fresco de la noche y se reparte a las habitaciones colindantes, y en donde se produce la refrigeració n evaporativa y la evapotraspiració n de las plantas. Es la maravilla estética y climá tica de la arquitectura andaluza, de la popular y de la emblemá tica.

Ilustración: El patio, ambiente de ventilación en entorno libre.

GRACIAS

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