introducción al confort

Pág. 1
Sesión 1/4
Asignatura
Clave Máster y Curso
INTRODUCCIÓN AL CONFORT
CONFORT
Construcción I. Materiales y técnicas. 1r curso
Área de Construcción
Curso 2015-2016
Revisión 31/05/2016
Autores: Joan Sabaté
Índice
1. La evolución del concepto de cerramientos
2. El clima
3. Parámetros de intercambio de energía
3.1. Los flujos de energía en arquitectura
3.2. Parámetros de intercambio de energía
3.3. Transporte del calor
3.4. Materiales aislantes
3.5. Inercia térmica
3.6. Control de la radiación solar
3.7. Control del sonido
4. Parámetros de intercambio de agua
4.1. Precipitaciones y agua freática
4.2. Capilaridad
4.3. Condensaciones
5. Parámetros de intercambio de aire
5.1. Ventilación
5.2. Estanqueidad al aire
5.3. Renovación
6. Sistemas combinados
7. Desequilibrios en los intercambios
7.1. El Síndrome del Edificio Enfermo (SEE)
7.2. Factores de riesgo
8. Fuentes de información
01
LA EVOLUCIÓN DEL CONCEPTO DE
CERRAMIENTO (O ENVOLVENTE)
Demanda de confort
La construcción tradicional basando sus estrategias de confort en el aprovechamiento
de las condiciones exteriores...
La construcción orgánica basa su
estrategia en el aprovechamiento de
las condiciones del entorno por tal de
mejorar la habitabilidad de los espacios.
Vila Katsura, Kyoto, 1602
Vila Eila, Guinea, 1995
Con la llegada de la energía fósil el “control” del ambiente se dejó en manos de los
sistemas mecánicos...
La industrialización ha generado un
crecimiento basado en el uso
desenfrenado de energías fósiles. Del
uso masivo del carbón y el petróleo se
ha traducido en un rápido deterioro del
medio ambiente y el inicio del
calentamiento global.
Harvey Willey Corbet, La ville future, 1913
Pozo de bombeo de petrolio
Y la conducción a la separación entre concepción arquitectónica y confort...
aire exacto a 18ºC
edificios estancos
edificios de gran escala
producto
de “la era de los
grandes trabajos”
calefacción y enfriamiento
Verano tropical - Invierno boreal
fábrica de aire exacto
Le Corbusier, Precisiones, 1929
...Dejando la responsabilidad de la habitabilidad a las instalaciones
La concepción mecanicista del ambiente,
explicada por Le Corbusier, ha tenido
finalmente consecuencias nefastas para la
arquitectura, ya que la ha desvinculado de
la creación de habitabilidad.
Huérfano de la tradición y sin
responsabilidad en el confort, esta
arquitectura proviene de manos de
arquitectos mediocres una mera suma de
superficies para vender y la ineptitud para
proyectar.
Edificio de oficinas con equipos autónomos de aire acondicionado
Hace falta recuperar la responsabilidad y el compromiso social de la arquitectura...
Viviendas al barrio de Vauban, Fribourg, Alemania, 1999
Apostando por la calidad de vida...
El camino de retorno versus la
responsabilidad y el compromiso social de la
arquitectura pasa por hacer las uniones entre
la sabiduría de la tradición y la capacidad
analítica del presente, para recuperar el
sentido ético de nuestro trabajo como a
generadores de ideas y conocimientos.
Vista interior de un Ger, Mongolia, 1989
Interior de una vivienda a Friburgo, 2006
Con la concepción de la envolvente como una nueva membrana de intercambio
La concepción del edificio como una estructura
disipativa que intercambia constantemente energía
y materia (agua y vapor de agua) con el exterior
lleva a plantear el concepto global de envolvente
como alternativa a la suma de fachada y cubierta.
Esquema de una membrana celular
La membrana celular, origen de la vida al diferenciar
un dentro de un fuera, plantea similitudes con la
concepción que nosotros proponemos. “la
envolvente de la célula no aísla del medio sino
que hace que el interior celular pueda relacionarse con otras células. Su espesor es de unos 75
Angstrom por lo que solamente puede ser vista a
través de un microscopio electrónico.” Wiquipédia 2006.
Con esta concepción la envolvente proviene de una
membrana activa de intercambios energéticos
básica para la obtención de habitabilidad. La
membrana se abre a los beneficios del exterior y se
cierra a las inclemencias.
Microfotografía a 436.740 aumentos
Aprendiendo otra vez de la biología
02
EL CLIMA
El clima actual...
Classificació climàtica de Strahler, 1951
... Las previsiones del cambio climático…
Fuente: UNEP/IPCC
...Y la destrucción de la capa de ozono
...y la destrucción de la capa de ozono
03
PARÁMETROS DE INTERCAMBIO DE ENERGÍA
3.1. Los flujos de energía en la arquitectura
energía
energía
250.200 kWh
591.850 kWh
emisiones
70.000 Kg CO2
construcción
vida útil
emisiones
edificio
152.950 Kg CO2
derribo
(desconstrucción)
energía
emisiones
Estimaciones para una vivienda de 100 m2, 2,5 personas, 50 años vida
3.2. Parámetros de intercambio de energia
Aislamiento: Control de la resistencia al paso de energía térmica de un punto a otro por
conducción. Aparición de fachadas multicapa y materiales especializados.
Inercia térmica: Capacidad de un cuerpo de almacenamiento del calor. Es la estrategia
fundamental en climas con un fuerte contraste día/noche y en culturas de construcción
mineral.
Control de la radiación: A base de interponer o no una barrera a la radiación, o modificar las
características de los elementos transparentes, pueden favorecer o evitar las ganancias
térmicas. Este es un aspecto esencial tanto para aprovechar la radiación en invierno para
limitar el sobre-calentamiento en verano. Muy importante tanto en climas fríos como en los cálidos.
En unos como aportación de calor del Sol y en los otros, para evitar el sobrecalentamiento en verano (e
incluso en todas las épocas del año)
Ventilación: La ventilación tiene dos efectos: aprovechar los intercambios con el medio por
convección y facilitar el proceso natural de refrigeración por evaporación del sudor. Es un
mecanismo deseable en entornos calurosos y con construcciones de baja masa
Aislamiento y absorción acústica: Las ondas acústicas se transmiten a través del aire.
Será necesario controlar el nivel sonoro de confort, ya sea a través de la resistencia al paso
de las ondas (aislamiento sonoro) o la absorción de las mismas dentro de un material
especializado.
3.3. El transporte del calor
Conducción: transporte de calor por excitación molecular
que se da entre sólidos que se encuentran en contacto
Convección: transporte del calor por movimiento de las
moléculas. Se da en líquidos o gases
Radiación: transporte de calor por radiaciones
electromagnéticas, pueden desplazarse por el vacío. Todo
material caliente es un emisor de radiaciones i todo material más
frío puede ser un sumidero.
El flujo de energía es la cantidad de energía transportada por unidad de tiempo, donde:
I t es flujo de energía (J/s) *
Q
∆Q es incremento de energía (J)
IT 
t
∆t es incremento de tiempo (s)
* antes las kilocalorías/hora (1 kcal/h=1’16 W).
3.3. El transporte del calor.
Ejemplo: los termos
3.4. Materiales aislantes térmicos
Los materiales considerados aislantes térmicos
tienen valores del < 0,05 W / m ºC y por ello
ralentizan el intercambio de energía entre dos
cuerpos, pero no impiden el paso, por lo que si no
hay aporte de energía, las temperaturas de los dos
cuerpos se acabarán igualando con el tiempo.
Hay que tener en cuenta también que el agua se
considera un material conductor, si lo comparamos
con los materiales aislantes. Si estos se mojan los
hace perder mucha efectividad.
material
l (W / m ºC)
Aluminio
204,000
Acero
Para ver más valores de l i de U consultar el programa
Higroterm generado por el Àrea de Construcció, en:
http://www.salleurl.edu/tecnologia/cat/teoria.html
58,000
Roca compacta
3,500
Hormigón armado
1,630
Mortero de cemento
1,400
Ladrillo macizo
0,800
Agua (destilada)
0,600
Ladrillo perforado
0,490
Yeso
0,300
Arcilla expandida
0,210
Bloque de mortero celular
0,440
Lana de roca
0,042
Aire (seco a 100 kPa)
0,026
3.4. Materiales aislantes: los tejidos, abrigo tradicional.
3.4. Materiales aislantes: el aislamiento es la estrategia fundamental a los climas fríos
Iurta Mongol
3.4. Materiales aislantes: aprovechamiento de la capacidad aislante de la madera
3.4. Materiales aislantes: incorporación de capas especializadas
3.5. Inercia térmica
Desde el punto de vista físico, la inercia térmica es la resistencia que
ofrece un cuerpo a variar su temperatura. Mayor inercia térmica
equivale a mayor resistencia a ser calentado o enfriado, ya que el
material consigue repartir mejor el calor por todo él, teniendo que
calentar o enfriar más materia del elemento y no concentrarse sólo en
la zona de contacto con el flujo térmico. Depende de la masa, del calor
específico y del coeficiente de conductividad térmica de los
materiales, pero no hay una fórmula que los relacione directamente y,
por tanto, la inercia térmica no es una magnitud cuantificable, con
un valor para cada material
Desde el punto de vista constructivo, la inercia térmica es la capacidad
que tienen los materiales de almacenar calor y la velocidad con que la
ceden o absorben del entorno. Esta propiedad se utiliza en arquitectura
para conservar de forma más estable la temperatura del interior de los
espacios habitables mediante envolventes de gran masa. En invierno,
durante el día se calientan, y por la noche, más fría, van cediendo el
calor al ambiente interior. En verano, durante el día, absorben el calor
del sol y por la noche se vuelven a enfriar (con una ventilación
adecuada), para prepararlos para el día siguiente. Un uso adecuado de
esta propiedad puede reducir el aporte energético artificial para la
climatización de estos espacios.
Por otra parte el riesgo de combustión de un cuerpo o material será
menor cuanto mayor sea su inercia térmica
3.5. Inercia térmica
La capacidad calorífica de un material : Mide lo que nos cuesta calentar un cierto
material por unidad de masa. Depende de su masa (m ) y de su calor específico (
Ce ) que se define como el calor necesario para elevar la temperatura de una masa
de 1 kg de material 1ºC , y
Q  Ce  m  T  C·V  ρ  T
Capacidad calorífica
Donde:
Q = Cantidad de calor acumulada (kJ)
Ce = calor específica (kJ/kg ºK)
M = masa (kg)
ΔT = incremento de temperatura
material
Ce (kJ / kg ºC)
Agua (20 ºC)
4,18
Madera
1,25 – 2,90
Yeso
1,09
Hormigón celular
1,00
Aluminio
0,90
Hormigón
0,88
Mármol
0,88
Ladrillo
0,84
Cristal
0,84
Granito
0,79
Hierro / acero
0,46
Cobre
0,38
3.5. Inercia térmica
Convent Avenue Studios. (Tucson, Arizona, EEUU. 1995-97. Rick Joy
3.5. Inercia térmica
Baja inercia térmica de los
sistemas ligeros... La ligereza de las
construcciones realizadas con
materiales orgánicos o evolucionados
hace que su inercia térmica sea muy
baja, esto afecta negativamente en su
comportamiento frente al calor y,
especialmente, a la radiación solar
Casa Eames. Pacific Palisades, Califòrnia, EEUU. 1945. Ray y Charles Eames.
3.6. Control de la radiación solar
Radiación: El SOL es una fuente de energía radiante y es el responsable final de
prácticamente toda la energía de que disponemos a la Tierra
En un edificio la radiación depende de:
- Latitud
- Orientación
- Posición del sol (diaria y estacional)
- Clima
Influirá en su control:
- El color superficial
- Las características superficiales del material
- Las aberturas y los filtros que interponemos
CONTROL SOLAR
-Evitando ganancias energéticas
-Orientaciones
APROVECHAMIENTO SOLAR
-Ganancias de energía
-Pérdidas nocturnas
-Orientaciones
3.6. Control de la radiación solar
Materiales reflectantes
Materiales opacos
La capacidad de control de la radiación vendrá determinada por las siguientes
propiedades de los materiales utilizados:
-Transparencia / opacidad
-Absorción / reflexión
3.7. Control del sonido
Aislamiento acústico:
La envolvente acústica principalmente tiene la misión de aislar el ruido a través suyo.
Aparte de la transmisión acústica que pueda pasar por las aberturas, la envolvente
puede incorporar barreras al paso del sonido no deseado, aunque si es del tipo
pesada, su masa ya suele conseguir el aislamiento acústico suficiente sin tener que
incorporar materiales específicos. Si es del tipo ligera probablemente sí los tenga que
incorporar. Lo mismo ocurre con las particiones verticales. En cuanto a los forjados o
techos, hay prima el aislamiento acústico de los impactos, para la amortiguación de la
percusión en su cara superior.
Absorción acústica:
Por otra parte, usualmente en el interior de los espacios, pueden aparecer materiales o
capas de materiales absorbentes acústicos para mejorar el sonido en estos espacios.
Lamentablemente, no se tiene casi nunca en cuenta la absorción acústica de las
envolventes por el exterior cuando éstas, principalmente las fachadas podrían
conseguir reducir el nivel sonoro de entornos con mucho ruido y de esta forma que el
ruido pasos menos a el interior de los edificios
Fuente de las imágenes:
http://www.flickriver.com
/photos/keithp66
Sandra Lousada, 1972
© The Smithson Family
Collection
Robin Hood
Gardens.
Londres. Reino
Unido. 1972.
Alison y Peter
Smithson
04
PARÁMETROS DE INTERCAMBIO DE AGUA
4. Parámetros de intercambio de agua
Precipitaciones : Penetración del agua por precipitación y la combinación con el viento.
Agua freática : Posición del edificio sumergido dentro de una masa de agua en el subsuelo.
Hace falta determinar los mecanismos de control en función del clima y la exposición a través
de estrategias de geometría y/o elementos estancos
Capilaridad: Movimiento de un líquido a través de un conducto debido a la tensión
superficial. Se produce en los elementos constructivos en contacto con el terreno o con agua
líquida de forma permanente.
Condensación: Es el paso del agua de estado gaseoso a líquido en bajar la temperatura. El
paso de gas a líquido libera calor, mientras que al contrario, la absorbe. Se trata del aspecto
más importante de los relacionados con el agua ya que influye de forma notable con el
intercambio térmico y es, a la vez, una posible fuente de aparición de agua líquida en los
elementos constructivos.
4.1. Precipitaciones y agua freática
Estrategias de estanqueidad:
- Estanqueidad por geometría. Envolvente ni absolutamente impermeable ni continua
- Estanqueidad por material. Envolvente impermeable y continua
Por gravedad (+ viento)
PRECIPITACIONES
AGUA FREÁTICA
Por presión hidrostática
4.1. Precipitaciones y agua freática
Casas palafíticas en Myanmar, Asia: Estrategia en caso extremo de agua freática en superficie
4.2. Capilaridad.
Los fenómenos físicos que producen la capilaridad son las fuerzas de adherencia y cohesión que
consisten en dejar de ser horizontal la superficie libre de un líquido en contacto con una pared sólida, y
en la formación de meniscos y el ascenso o el descenso de un líquido en un tubo capilar
Agua-pared:
Fuerzas de adhesión >
cohesión  se MOJA
Mercurio-pared:
Fuerzas de adhesión <
cohesión  NO SE MOJA
Tensión superficial
Fuerzas de cohesión
Fuerzas de adhesión
4.2. Capilaridad.
Problemas producidos
por la ascensión capilar
de agua con sales y las
tres estrategias
arquitectónicas para
evitar el problema:
- capilares mayores
- material impermeable
- barrera impermeable
4.3. Condensación
Condensación :
Es el fenómeno por el cual, si disminuimos la temperatura del aire,
parte del agua que está en suspensión precipita en forma líquida.
También se produce en el contacto del aire con una superficie fría.
Si la superficie fría no es transpirable el vapor se condensará en esta
superficie.
T2
En cambio si la superficie o material es transpirable y la temperatura
de condensación se encuentra en el espesor del material , la
condensación se producirá en el interior del material transpirable y
poroso . En este último caso es una posible fuente de aparición de
agua líquida en los elementos constructivos.
W
T1
05
PARÁMETROS DE INTERCAMBIO EN AIRE
4. Parámetros de intercambio en aire
VENTILACIÓN
Es la capacidad de una envolvente o recipiente de intercambiar fluidos a través de sus límites. En
construcción este intercambio ha de estar controlado.
La ventilación cumple varias funciones diferentes : Renueva el aire aportando el oxígeno que
necesitamos para respirar y expulsando otros gases molestos o contaminantes Controla la humedad
relativa del aire en equilibrarla con el exterior ( normalmente más baja) Controla el confort térmico en
condiciones cálidas y húmedas al provocar corrientes de aire que evaporan el sudor y dan sensación
de frescura, y renovando aire recalentado por aire más fresco , si la temperatura exterior es más
baja.
ESTANQUEIDAD AL AIRE
Es la capacidad de una envolvente o recipiente de no dejar pasar fluidos a través de sus límites.
En construcción hay dos funciones importantes para la estanqueidad:
- Estanqueidad al aire (gas)
- Estanqueidad al agua (líquido)
RENOVACIÓN DEL AIRE
Cuando la ventilación natural, por convección , no es suficiente para garantizar las funciones antes
mencionadas o para conseguir ciertas cualidades del aire ( temperatura o humedad del aire , filtro de
polución , etc ..) se recurre a la renovación mecánica del aire, impulsado o expulsado a presión, con
velocidades y caudales controlados. Algunos sistemas complejos de renovación no suficientemente
perfeccionados llevan asociadas molestias e incluso patologías de la salud.
06
SISTEMAS COMBINADOS
6. Sistemas combinados. Ejemplos:
Casa del Dr. Olgiatti. Flims, Grisones,
Suiza. 1964.65. R. Olgiatti.
EN AMBOS CASOS:
- INÉRCIA INTERIOR Y EXTERIOR
- AISLAMIENTO INTERPUESTO
Biblioteca universitaria. Delft,
Países Bajos. 1997. MECANOO
6. Sistemas combinados. Ejemplos:
Patio de los Leones, Alhambra, Granada
Viviendas de los indios “Pueblo”, N. México
-SOMBRA
-INERCIA
-VENTILACIÓN
-AGRUPACIÓN CONSTRUCCIONES
(SOMBRA)
-EVAPORACIÓN
-SUPERFICIES REFLECTANTES
6. Sistemas combinados. Ejemplos:
Tienda Berber
Myanmar, Asia
-NO POSIBLE INERCIA (no masa)
-NO INERCIA (no cambios Tª día-noche)
-SOMBRA
-VENTILACIÓN PARA REDUCIR
HUMEDAD
-VENTILACIÓN
-COLOR NEGRO  NO RADIACIÓN
ONDA LARGA
-CUBIERTA: SOMBRILLA + PARAGUAS
-SEPARACIÓN DEL TERRENO: AGUA
LÍQUIDA
6. Sistemas combinados. Ejemplos:
Iglú esquimal
Casa a Estocolmo
-AISLAMIENTO madera, paja
-INERCIA A CUBIERTA
-NO VENTANAS PARA NO PÉRDIDAS
-AISLAMIENTO (pieles interiores)
-EMISOR INTERIOR: personas, fuego
- GENERACIÓN DE CALOR
cocina central
-EVITAR PÉRDIDAS  ventanas
pequeñas (inconveniente: poca
posibilidad de ganancias por
radiación).
07
DESEQUILIBRIOS EN LOS INTERCAMBIOS
7.1. El síndrome del edificio enfermo (SEE)
Llamamos así a aquellos edificios que afectan negativamente a la salud de los ocupantes
CARACTERÍSTICAS FRECUENTES DE LOS EDIFICIOS AFECTADOS:
-Edificios con ventilación forzada y recirculación de aire
-Construcción ligera y económica
-Superficies interiores recubiertas de materiales textiles
-Ambiente térmicamente homogéneo (caliente)
-Edificios herméticos
-Edificios con estructura metálica importante
SÍNTOMAS FÍSICOS
-Irritación a los ojos, nariz y garganta,
-Sequedad en mucosas y piel
-Ronquera
-Respiración dificultosa
-Erupciones cutáneas
-Picores
-Hipersensibilidades inespecíficas
-Náuseas, vómitos y mareos
-Dolor de cabeza
-Fatiga mental
-Infecciones respiratorias y resfriados
7.2. Factores de riesgo
A.
CONTAMINANTES AMBIENTALES
- Los mismos ocupantes del edificio (generan emisiones de CO2, vapor de agua, partículas
biológicas, contaminantes como el humo del tabaco, etc..)
- Materiales de construcción y decoración (ej. barnices que desprenden disolventes)
- Materiales de oficina y de instalaciones (ej.: emisiones de ozono de las fotocopiadoras)
- Productos de limpieza y tareas de mantenimiento
- Contaminantes exteriores como el humo de los coches, dióxido de azufre, gas radón (general
para la descomposición natural del uranio en el subsuelo y que se filtra hacia la superficie a través
de la tierra, el agua y el aire generando graves problemas de cáncer de pulmón, sobretodo a los
fumadores)
- Contaminantes biológicos (bacterias, virus, hongos, ácaros…)
B.
OLORES
- Gases y vapores que ocasionan malestar sensorial que provoca ansiedad y estrés.
Pueden ser de procedencia exterior (humos, asfalto, escapes de productos químicas,
alcantarillado…) o interior (de las propias personas con olor corporal o tabaco, del material de
oficina, cocinas, productos de limpieza, humidad, aire acondicionado, disolventes, pinturas,
mocatas, tapicerías, mobiliario, etc.)
C.
IONES Y ELECTRICIDAD ESTÁTICA
- La ausencia de iones negativos (provoca síntomas de malestar y patologías en la salud)
- Zonas fuertemente cargadas electrostáticamente.
7.2. Factores de riesgo
D.
ILUMINACIÓN
- Nivel de iluminación bajo
- Contraste insuficiente
- Brillo excesivo
-Parpadeos
E.
SONIDO
- Valores superiores a 60-70 dB (pueden producir fatiga)
- Infrasonidos, sonidos de baja frecuencia y tonos puros (pueden producir irritabilidad y
molestias)
F.
VIBRACIONES
- Vibraciones de fuera del edificio
- Máquinas instaladas dentro el propio edificio
G.
AMBIENTE TÉRMICO
- Temperatura del aire
- Velocidad del aire
- Temperatura de los planos radiantes
H.
HUMEDAD RELATIVA
(Humedad ideal 30-50%)
- >70%  aparición de hongos y otros contaminantes microbióticos
- <30%  sequedad de las membranas
I.
VENTILACIÓN
- Aportación de volumen mínimo de aire fresco
08
FUENTES DE INFORMACIÓN
8. Fuentes de información
Construir la arquitectura. Del material en bruto al edificio. Un manual
(A.Deplazes) Ed. GG
Diccionario Visual de Arquitectura
(Francis D.K. Ching). GG.
Guia de la construcció sostenible.
(Varis autors) Institut Cerdà
Oficina Verda COAC (Societat Orgànica): General overview
http://www.coac.net/Barcelona/oficinaverda/presentacio/estrategies.pdf
Oficina Verda COAC (Societat Orgànica): Overview on materials
http://www.coac.net/Barcelona/oficinaverda/presentacio/estrategies_materials.pdf
Oficina Verda COAC (Societat Orgànica): Overview on waste
http://www.coac.net/Barcelona/oficinaverda/presentacio/estrategies_residus.pdf
Agenda de la Construcció Sostenible
http://www2.csostenible.net/ca_es/inici/Pages/index.aspx
Agència de Residus de Catalunya
http://www.arc-cat.net/ca/home.asp