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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CANCÚN

Uso de técnicas de construcción pasivas para el confort de casas de interés social en Cancún en el periodo 2015-2016

Couoh Medina Jesús Enrique Ingeniería Civil 19 Noviembre 2015

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INTRODUCCION El tema de investigación del uso de técnicas de construcción pasivas para el confort de las casa de los habitantes de la ciudad de Cancún y alrededores, es de importancia no solo para el confort de los habitantes sino también para el ahorro de energía, ya que últimamente se olvidan el entorno en el cual se construye y se trata de equilibrar con el usos de nuevas tecnologías, olvidando conceptos básicos de la construcción que ayudarían de manera importante. La recolección de información fue muy específica, ya que la mayoría de las investigaciones encontradas estaban basadas en otro tipo de clima y por lo tanto no podían utilizarse de manera concreta para Cancún, así que se buscaba información para climas tropicales. Cuando las viviendas son construidas pasando por alto conceptos básicos, tales como el sentido del viento, orientación del sol, y temperaturas, las ventanas y puertas así como la distribución en general de la casa, tiene problemas, ya que los cuartos les da mucho el sol, no entra la luz suficiente o entra mucho luz, se tiene que recurrir a climas, lámparas, focos, ventiladores y otros aparatos que consumen mucha energía. La intención es mostrarles las técnicas aplicables a la zona, que pueden mejorar el confort de las viviendas y de esta manera reducir el uso de las tecnologías y así también ahorrar energía.

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INDICE:

Introducción

pag.2

Planteamiento del problema

pag.4

Justificación

pag.4

Alcances y limitaciones

pag. 5

Antecedentes / Marco teórico

pag.5

Objetivo general y Objetivos específicos pag 12 Hipótesis

pag. 13

Metodología

pag. 13

Índice propuesto

pag. 14

Cronograma de actividades

pag. 15

Bibliografía

pag. 16

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La principal problemática es el consumo excesivo de energía por los productos electrónicos en el hogar, tales como aires acondicionados, ventiladores, lámparas, focos y otros aparatos que usamos para tener un nivel de confort en la casa. Esto se debe a la mala planeación o diseño de la casa, pasando por alto información como la orientación del sol y del viento, ya que en la mayoría de los casos, no se le da importancia a estas cosas, y causando que los cuartos les dé mucho el sol, que no entre luz a la casa, que las ventanas no estén posicionadas en las corrientes, estas cosas hacen que usemos de mas, los aires acondicionados, los focos y muchos más aparatos electrónicos. Todo esto se puede disminuir de gran manera si se toman en cuanta desde un inicio para el diseño y construcción de la casa. Poniendo los cuartos en un lugar donde el sol no le dé en las mañanas, la corriente de aire entre los las ventanas, donde la posición del sol sea la adecuada para iluminar la casa y conservar una temperatura agradable.

JUSTIFICACIÓN

La problemática a resolver aquí es el ahorro de energía y por lo consiguiente económico, ya que el conocimiento y uso de métodos de construcción pasivos, aplicados desde el inicio de los proyectos, disminuye de gran manera el gasto de energía que necesitan los aires acondicionados, ventiladores, lámparas, focos, etc. Va dirigido para los ingenieros, diseñadores y arquitectos, para que tengan en cuenta estos conceptos básicos en los sus proyectos, ya que la gente no muy pocas veces está enterada de esto, y cuando compra su casa, se da cuenta que el confort no es el que ellos desean, y buscan tenerlo con aparatos electrónicos que puedan satisfacer sus necesidades.

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ALCANCES Y LIMITACIONES

Los alcances que esperamos en el proyecto de investigación es el grado que podamos obtener con la recopilación de investigaciones anteriores, ya que poner en practica o experimentación no es del todo sencillo, ya que como nos enfocamos en las técnicas de construcción pasivas, tendríamos que estar en alguna obra que haya implementado o este implementando estas técnicas y asi poder recopilar datos, por el tiempo que tuvimos en le curso, simplemente nos enfocamos a los textos que han compartido investigadores con esta temática. Siempre y cuando la investigación se acoplara a las condiciones reales que pretendemos tener, como son el clima de Cancún, ya que en muchos casos, encontramos técnicas usadas en climas diferentes, y los cuales no serían aplicables. Limitamos el trabajo, a la investigación de textos, tesis y artículos relaciones con el clima de Cancún, que es tropical, y la mayoría de los artículos buscamos que sean del 200o en adelante, ya que es cuando se empieza a implementar los aparatos electrónicos junto con las de construcción para el mejor confort de los habitantes

ANTECEDENTES / MARCO TEORICO

El objetico que se plantea en la investigación de (Maria Castorera y Anibal Figueroa,76) fue analizar la arquitectura bioclimática colonial religiosa en México y demostrar las alternativas que se implementaron para el aprovechamiento del lugar. Con la necesidad de una fuente nueva de abastecimiento de agua, se utilizó la captación por medio de las azoteas de los edificios y el almacenamiento del agua de lluvia. La captación se realizaba a través de un diseño de pendientes que lo conducían por un canal y este lo llevaba a un depósito con trampa de arena para el filtrado. Para la ventilación de algunos cuartos usaban 2 orificios, uno mayor en el lado norte que permitía la entrada de viento frio del norte y otro pequeño en la parte superior del muro sur. El segundo orificio es más pequeño para asegurar que le flujo de aire sea siempre de norte a sur.

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Las observaciones de Castorera y Figuero, fue que a pesar de que no existía tecnología, se usaron conocimientos básicos, y se aprovecharon las condiciones del entorno para adaptar y tener un confort en los edificios de esa época.

Arquitectura sostenible El artículo del que se habla en Arquitectura sostenible es muy interesante, ya que hablan de un tipo de materiales que son de gran ayuda para el conservar una temperatura agradable dentro de la vivienda, menciona los siguientes: Muro Trombe: es un muro de gran espesor orientado al sol, construido con materiales de gran inercia térmica (que puedan acumular calor) como la piedra, adobe, hormigón o incluso agua, pintado de negro o color muy oscuro por la cara exterior. Se coloca una lámina de vidrio, que genera un efecto invernadero, por el cual la luz, al tocar el muro lo calienta. Por este motivo se eleva la temperatura de la superficie oscura

y

de

la

cámara

de

aire

existente

entre

el

muro

y

el

vidrio.

Su funcionamiento se basa en la diferencia de densidad del aire caliente y el aire frío, que provoca corrientes en una u otra dirección dependiendo de las trampillas que estén abiertas. Estas corrientes de aire caliente o templado calientan o refrescan introduciendo o extrayendo el aire caliente del edificio o las estancias donde se instale. Se puede lograr una temperatura constante de 18 o 20ºC en el interior del edificio. Muro de acumulación ventilado: similar al anterior pero que incorpora orificios en la parte superior e inferior para facilitar el intercambio de calor entre el muro y el ambiente mediante convección.

Ventilación cruzada: movimiento interior del aire utilizado como sistema de refrigeración. Para ello es conveniente

situar

huecos

o

ventanas

en

fachadas

opuestas

del

edificio.

Con un buen diseño del edificio, se puede reducir considerablemente el consumo de electricidad, permitiendo

a

la

luz

del

sol

penetrar

en

el

mismo.

Además, se pueden utilizar luminarias de bajo consumo, que reducen considerablemente el gasto energético del edificio, electrodomésticos de mayor eficiencia energética.

Geometría

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La forma óptima del edificio es aquella que tiene un menor índice de pérdidas térmicas en invierno y un menor índice de ganancias térmicas en verano. Eso es lo que dice el artículo de Arquitectura sostenible, es interesante fijarse en las soluciones que plantea la arquitectura popular para cada tipo de clima y región. En climas extremos (cálidos o fríos), el diseño óptimo sería un edificio compacto, ya que la superficie de intercambio térmico con el exterior es menor. Climas extremos cálidos y secos. es preciso disminuir la superficie de las fachadas en contacto con el exterior en las orientaciones en las que hay sol o en las que reciben vientos cálidos de verano. Para ello son recomendables los patios interiores con vegetación, que crean un microclima. Se recomienda el diseño y colocación de protecciones solares (fijas, móviles o naturales) como son: marquesinas, pérgolas, toldos, persianas, vidrios especiales, vegetación u otros elementos para evitar la entrada excesiva de radiación

solar.

Climas cálidos húmedos. Tal es el caso de Cancún, el edificio debe ser abierto, para permitir la ventilación cruzada. Las formas alargadas (eje Este-Oeste) son óptimas. Se recomienda la elevación del edificio sobre el terreno para facilitar la ventilación y convección.

Cubiertas La cubierta es el principal elemento que nos protege de las inclemencias del tiempo. Se debe usar como elemento de ahorro energético: Recoger el agua de lluvia (cubierta aljibe) y/o canalizarla a un depósito, para su posterior utilización en las cisternas

de

los

inodoros

o

en

el

riego.

Realizar una cubierta vegetal o ecológica, que incrementa el aislamiento del edificio y absorbe CO2. Las principales ventajas de las cubiertas verdes son: mejora del aislamiento y de la estabilidad térmica interior, absorción del ruido, retención de polvo y sustancias contaminantes en la capa vegetal, protección contra

la

radiación

solar

y

aumento

de

la

capacidad

de

enfriamiento

por

evaporación.

En climas cálidos se recomienda dejar una cámara de aire entre la cubierta y la zona habitable, para evitar así el calentamiento excesivo debido a la radiación solar de las zonas vivideras. Son muy interesantes los sistemas de ventilación pasiva para este tipo de climas, que reducen considerablemente la temperatura en el interior.

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Vegetación El

árbol

es

el

-

Protege

de

la

elemento

más

radiación

solar

ecológico en

verano,

de pero

la

construcción

permite

la

por

luz

del

varias sol

en

razones: invierno.

- Aporta un elevado grado de humedad al ambiente, muy a tener en cuenta en climas cálidos secos. - Absorbe CO2 y suelta oxígeno.

Dependiendo



orientaciones,

podemos

tener:

así

como

trepadoras

sobre

estructuras

horizontales.

Ejemplos: álamo, arce común, arce blanco , castaño de indias, ciruelo, peral, sauce llorón, tilo En orientación Este: se recomiendan árboles caducifolios de densidad baja y formas verticales, además



las

En orientación Sur: se recomiendan árboles caducifolios de densidad media o alta, con formas horizontales.



de

de

arbustos

y

trepadoras.

Ejemplos: abedul , aliso , arbol del amor , fresno , chopo , roble En orientación Oeste: se recomiendan árboles caducifolios y perennifolios de densidad media y formas

verticales,

así

como

arbustos

y

trepadoras.

Ejemplo: encina , espino albar , haya , madroño , magnolio , manzano , morera , olivo , olmo , 

plátano de sombra En orientación Norte: puede ser interesante plantar árboles perennifolios, como protección frente a vientos, lluvia y demás.

El artículo de arquitectura sostenible, nos habla y recomienda unos tipos de vegetación para cada zona de la vivienda, pero es recomendable primero investigar la vegetación con la que se cuenta en la zona y de esta manera poder selección la más favorable.

El ejemplo, Casas pasivas: El artículo de 10 casas pasivas, habla sobre los puntos más importantes los cuales debe tener una casa pasiva y da ejemplo de algunas casas que se construyeron usando estos lineamientos 

Mejor aislamiento térmico (con mejores materiales -en ocasiones ancestrales, como el corcho y

 

las distintas maderas- y cerramientos -a mayor hermetismo, menor pérdida energética) Reducir las pérdidas de calor por infiltración en las largas noches invernales Permitir el sol invernal con la orientación y el diseño de las aperturas y cornisas, que bloquean el sol vertical y dejan pasar el sol invernal

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

Bloquear el sol de verano o mediodía -vertical- usando protecciones solares fijas, móviles y/o naturales (por ejemplo, una arboleda caducifolia, que pierde las hojas en invierno -dejando pasar

 

el sol- y las recupera en primavera Evitar la sombra de otros edificios, accidentes geográficos, una mala orientación, etc. Evitar sistemas eficientes de calefacción y aire acondicionado, cada vez más parecidos a los de



los automóviles con ahorro energético renovando sólo una parte del aire Instalar renovables (paneles solares térmicos y fotovoltaicos para agua sanitaria y consumo eléctrico; así como alternativas -pequeños molinos eólicos o incluso pequeñas estaciones



hidroeléctricas cuando se disponga de un pequeño curso de agua) Aumentar el espesor térmico en fachadas y azoteas, optando cuando sea posible (y económicamente viable) por jardines verticales y horizontales con especies -preferiblemente



locales- que requieran poco mantenimiento Iluminación artificial de bajo consumo y maximización del uso de luz natural (instalando si es



necesario claraboyas Experimentar: autogestión de aguas grises, muros de agua, captadores de viento, súper



aislamientos , multiplicadores de la ventilación -como patios interiores y torres de viento Integrar la inmediatez natural (o crearla) para que la casa se comporte como parte de un complejo ecosistema (las casas pueden rendir como un árbol, convirtiendo los residuos en alimento).

Orientación, aislamiento, ventilación, adaptación Las casas pasivas aprenden de las técnicas vigentes de la arquitectura tradicional y las integran en una metodología integrada para lograr confortabilidad con el menor impacto y acondicionamiento artificial posible: Priorizan la buena orientación a la adecuación artificial: la luz natural ilumina y calienta y su incidencia puede modularse a lo largo del año, disminuyendo la factura de iluminación artificial, calefacción y refrigeración. El aislamiento se convierte en una ciencia y es cuidado hasta el último detalle para que cerramientos y materiales aislantes protejan de la intemperie -calor, frío, ruido. Se inspiran en técnicas usadas desde la antigüedad: patios interiores, parasoles retractables, aislantes naturales, uso de fuentes y plantas para refrigerar, planificación de la incidencia solar y las corrientes de viento en cada estancia y durante cada período del día y el año. Se adapta a las circunstancias locales: los diseños varían en función del tipo de emplazamiento ,entornos rurales o urbanos; patrones climáticos y micro climáticos; especificidades -casas de montaña, litoral, desierto, etc.

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Casa

Pasiva

por

Karawitz

Architecture, (Bessancourt,

Francia), como

podemos observar en la imagen es una casa, en donde usa muchos ventanales, pero estos tienen una especie de cortinas las cuales controlan el flujo de viento e iluminación que entra en la vivienda, además tiene en la parte del techo unos paneles solares y se puede observar que al rededor existe una vegetación abundante

Casas pasivas: mayor ahorro energético Según el artículo de Fernández Muerza, Países como Alemania o Estados Unidos cuentan con miles de viviendas que ahorran hasta el 90% en climatización gracias a sus sistemas no mecánicos Las "casas pasivas" reciben este calificativo porque su climatización se basa en diversas estrategias de diseño, como la ventilación natural, la orientación solar o los materiales de aislamiento eficientes. Sus impulsores aseguran ahorros de hasta un 90% en la energía que se utilizaría con un sistema de calefacción convencional. Asimismo, calculan que se han construido en el mundo entre 15.000 y 20.000 de estas viviendas, siguiendo las tendencias normativas y de consumos más ecológicos y de ahorro energético, y que se edificarán aún más en los próximos años. En cuanto a los costes de construcción, sus impulsores reconocen que una vivienda de estas características puede llegar a ser, de forma general, un 14% más cara que una vivienda convencional. Ahora bien, matizan que la gran variedad de elementos posibles implica que los precios puedan oscilar

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considerablemente. Además, razonan, la generalización y optimización de estos sistemas permitirá reducir sus costes. Por ejemplo, en el barrio ecológico de Vauban, en Friburgo (Alemania), las edificaciones construidas con los estándares germanos de casas pasivas (Passivhaus) han logrado equipararse en costes a las casas convencionales. En el mundo hay entre 15.000 y 20.000 casas pasivas, principalmente en Alemania Austria, Suiza, los países escandinavos y Estados Unidos Los expertos en estos sistemas estiman que en el mundo hay entre 15.000 y 20.000 casas pasivas, principalmente en Alemania Austria, Suiza, los países escandinavos y Estados Unidos. Asimismo, diversas empresas de dichos países ofrecen la posibilidad de construir viviendas con estos sistemas y certificados.

Consejos para construir una casa pasiva De igual manera Fernández, menciona que la orientación del edificio es clave, porque permitirá aprovechar el sol lo mejor posible. Asimismo, los sistemas pasivos se basan en principios físicos para captar y acumular el calor solar. Las posibilidades son muy diversas: superficies vidriadas orientadas en función de las necesidades de calor del edificio; muros Trombe para mejorar la captación de la luz solar y muros de acumulación ventilados para facilitar el intercambio de calor; techos de acumulación de calor; colectores solares de aire o agua caliente para acumular el calor; materiales superaislantes y transpirables para las paredes y el techo; ventanas de tecnología pasiva; sistemas eléctricos y de iluminación de alta eficiencia, etc. Y a la inversa, se pueden usar diversos sistemas de refrigeración pasiva para los días calurosos. Por otra parte, para cubrir posibles carencias puntuales, se pueden utilizar sistemas de energía renovable domésticos, como paneles fotovoltaicos o térmicos.

Techo Verde Un techo verde funciona como un micro hábitat en las azoteas y tachos de edificios. Además de los beneficios ecológicos que discutiremos más adelante, funcionan también técnicamente para evitar daños al edificio que los soporta. En la estructura de un techo verde, existen principalmente 6 capas que lo componen (empezando de arriba hacia abajo): Capa vegetal (compuesta por las plantas, pastos y flores que se sembrarán en la superficie). Material para crecimiento de las plantas (normalmente una mezcla nutritiva de tierra de vivero y otros compuestos orgánicos). Capa o tela de filtración (contiene a la tierra y a las raíces, pero permite el paso del agua para drenar.)

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Capa de drenado y captación de agua pluvial (compuesta por arenas u otros materiales de grano grande que permiten el paso del agua pero no otros compuestos sólidos, y la almacenan o canalizan para su uso posterior). Barrera de raíces Membrana impermeable (detiene el paso de agua y humedades a la parte estructural de la azotea).

Ventajas    

Beneficios al medio ambiente Reducen el efecto de isla de calor de las grandes ciudades. Reducen inundaciones ya que retienen buena parte del agua de lluvia en tormentas. Habilitan espacios no usados de su hogar en donde usted podrá relajarse, leer el periódico, tomar un café. o las tres al mismo tiempo.

Beneficios a la Salud   

1m2 de pasto genera el oxígeno requerido por una persona en todo el año 1m2 de pasto atrapa 130 gramos de polvo por año. Mejora el despeño y reduce malestares de las personas que tienen vegetación en su lugar de trabajo.

Los techos verdes también son un aislante natural del ruido y el calor, además de hacer más frescos los espacios debido a la transpiración de las plantas, reduciendo así el uso de aires acondicionados. Reducción de costos de calefacción y aire acondicionado del edificio (el techo verde actúa como un colchón de clima, que conserva el calor en invierno, y mantiene fresco el ambiente interior en verano).

OBJETIVO GENERAL Y OBJETIVOS ESPECIFICOS Objetivo General: Demostrar que las tecnicas de contruccion pasivas son una manera de reducir significativamente el consumo de energia electrica en la casa, tales como aires acondicionados, calefaccion, lamparas, focos y

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otros aparatos electrodomesticos para mejorar el confort de la vivienda. Esto mostrando las investigaciones ya realizadas y algunos ejemplos que se han llevado a la contruccion tales como casas.

Objeticos Especificos: 

Buscar informacion relacionada con el tema



Analizar investigaciones de tecnicas de contruccion pasivas



Clasificar según el tipo de clima en que se desarrollan o implementan



Demostrar como en algunos lugares se han aplicado estas tecnicas



Comparar los beneficios que se obtuvieron con la aplicaciones de las tecnicas



Evaluar si es combeniente el uso de las tecnicas de contruccion

HIPOTESIS: Las tecnicas de contruccion pasivas aplicadas en la vivienda mejoran el confort de la misma, y ademas disminuyen el uso de electrica, ya que crean un entorno mas agradable en el interior de la casa de manera natural y asi se evita el uso de aparatos electronicos.

METODOLOGIA: La investigacion que realizamos fue emperica, ya que nos basamos en el analisis y recopilacion de informacion relacionada con el tema, ademas tambien se enfoco en las cualidades y no cantidades de los datos , ya que en las distintas recopilaciones nos arrojaban las formas en las de daban solucion a un cierto tipo de problematicas, y aunque estas no arrojaban datos numericos, se sabia que el problema se solucionaba o se reducia de gran manera.

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Se tuvo que enfocar mas en las tecnicas aplicadas para la zona, ya que una gran mayoria de investigaciones, se enfocaba en climas frios, donde buscaban el calor en la vivienda, mientras en nuestro caso, el clima es mas calido humedo, entonces no se podian aplicar estas tecnicas. Asi que se buscaba las que se podian adaptar en la region Por el tipo de investigacion, que es contrucctiva, es muy dificil que se lleve a experimentacion, ya que se necesitaria localizar alguna obra la cual utilize estas tecnicas, pero en general se dejan a segundo plano, ya que le solo importa el espacio y cantidad en la mayoria de las contructoras. Pudimos apoyarnos con algunas casas que se han contruido especialemente utilizando estas tecnicas, aunque no sea aplicable en la zona, es notable como el consumo de energia se reduce de gran manera.

INDICE PROPUESTO  Casa pasiva  Tecnicas de construccion pasivas  Orientacion estrategica  Ventilacion de la casa  Iluminacion de la viviendas  Vegetacion  Techos verdes  Ahorro de energia

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CRONOGRAMA: Este es el cronogramo que tengo planeado para la realizacion del proyecto, se manejan tiempo de hasta la 4 o 3 semanas porque son actividades que son algo tardadas, tales como las investigaciones de campo y los analisis de resultados, se tiene estimado un tiempo de 6 mese y 1 semana aproximadamente para la finalizacion del proyecto, que concluye con la publicaciones de un articulo en la web.

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BIBLIOGRAFIA:

Respuesta bioclimatica de la Arquitectura colonial religiosa en Mexico, Castorena Maria y Figueroa anival, pagina 76, 1995

Arquitectura-sostenible-com, (2015). Arquitectura-sostenible.(online), acceso: 7 de nov del 2015) , http://www.arquitectura-sostenible.com/pages/energia01.html

Faircompanies,(2015). 10 casas pasivas: mas rendimiento ambiental. Menos energía. (online), http://faircompanies.com/news/view/10-casas-pasivas-rendimiento-ambiental-con-menos-esfuerzo/ (acceso: 7 nov del 2015)

Eroski consumer, (Fernandez Muerza, 2009) medio ambiente urbano (online) http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/urbano/2009/05/18/185374.php

Dearkitectura.blogspot.mx, (2015), que es un techo verde), De Arkitectura (online) http://dearkitectura.blogspot.mx/2012/06/que-es-un-techo-verde.html

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