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 CULTURA
ARQUITECTURA MEDIOAMBIENTAL
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 Clo
(1 clo = resistencia térmica de 0,155 m2/K/W)
Desnudo 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
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
De pie con desplazamiento
230-290 2,3-2,9
Transporte de pesos moder
290-400 2,9-4
Trabajo intenso 430-600 4,3-6
METABOLISMO
Proceso mediante el cual La materia alimenticia
Se combina con el oxígeno Y genera la energía requerida Para el funcionamiento de los
Mecanismos fisiológicos
MET
Dispersión de 50 Kcal/h/m2 = 58 W/m2
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
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
tvvW 3345,10*100
Indice de enfriamiento eólico de Siple y Passel (wind chill)
W = Poder refrigerante del aire. Kcal/m2/h V = velocidad del viento en m/s T= temperatura del aire en ºC
T (°C)
V10 (km/h)
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
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)
CONDICIONES
-Actividad sedentaria -Vestimenta = 1 clo
CONFORT
21ºC – 26ºC 0,15 m/s>V<1,15 m/s
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.
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 PET Thermal perception Physiological stres
-3,5
4
Very cold Extreme cold stress
-2,5
8
Cold Strong cold stress
-1,5
13
Cool Moderate cold stress
-0,5
18
Slightly cool Slight cold stress
0,5
23
Comfortable No thermal stress
1,5
29
Slightly warm Slight heat stress
2,5
35
Warm Moderate heat stress
3,5
41
Hot
Strong heat stress
Very hot Extreme heat stress
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.
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
Valores Normales del Aeropuerto de Sevilla (1971-2000)
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
Mes T TM Tm R H DR DN DT DF DH DD I
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
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 -0.1 44 79 7 3 0 4 15 5 118
Año 10.4 15.9 4.8 400 63 66 20 13 23 90 83 2644
Valores Normales de Ávila (1971-2000)
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
Mes T TM Tm R H DR D
N DT DF DH DD I
Enero 10.4 13.1 7.6 128 76 14 0 1 1 0 4 108
Febrero 10.9 13.7 8.0 102 76 14 0 1 1 0 3 112
Marzo 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 8.9 135 77 15 0 2 1 0 4 93
Año 14.4 17.4 11.4 1008 77 131 0 16 37 0 48 1966
Valores Normales de A Coruña (1971-2000)
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.uni-freiburg.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.