UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE ARQUITECTURA Tesis

UNIVERSIDAD DE COLIMA
FACULTAD DE ARQUITECTURA
“PROPUESTA DE ADECUACIÓN
BIOCLIMATICA PARA LA SOLUCIÓN
DE ASOLEAMIENTO Y CALOR EXCESIVO EN EL VESTCBULO
DEL EDIFICIO DE POSGRADO DE LA UNIVERSIDAD DE COLIMA”
Tesis que para obtener el grado de Maestro
En
Diseño
Bioclimático
presenta:
LUIS ALBERTO MENDOZA PÉREZ
ASESOR: M.D.B. MIGUEL ELIZONDO MATA
Coquimatlan, Colima, diciembre de 1999
UNIVERSIDAD DE COLIMA
FACULTAD DE ARQUITECTURA
“PROPUESTA DE ADECUACIÓN
BIOCLIMATICA
PARA LA SOLUCIÓN
DE ASOLEAMIENTO Y CALOR EXCESIVO EN EL VESTíBULO
DEL EDIFICIO DE POSGRADO DE LA UNIVERSIDAD DE COLIMA”
POR: LUIS ALBERTO MENDOZA PÉREZ
ASESOR: M.D.B. MIGUEL ELIZONDO MATA
Coquimatlán,
Col., diciembre de 1999
H. Comisión de Titulación:
Coordinación de Posgrado
De la Facultad de Arquitectura
Presente:
Por medio de la presente quiero manifestar a Usted (es), que la tesis:
“PROPUESTA DE ADECUACIÓN BIOCLIMATICA PARA LA SOLUCIÓN
DE ASOLEAMIENTO Y CALOR EXCESIVO EN EL VESTíBULO
DEL EDIFICIO DE POSGRADO DE LA UNIVERSIDAD DE COLIMA”
Se encuentra totalmente concluida y lista para presentar el examen de grado que acredite al
Arq. Luis Alberto Mendoza Pérez en Maestro en Diseño Bioclimático.
ATENTAMENTE
3 De septiembre de 1999, CoJima, Colima
MDB MIGUEL FERN
INDICE
Introducción
2
Capítulo 1
Descripción del Edificio de Posgrado de la
Universidad de Colima
37
Capítulo 2
Consideraciones Técnicas (térmicas, de ventilación e
iluminación natural)
44
Capítulo 3
Propuesta de Adecuación Bioclimática del vestíbulo del
Edificio de Posgrado de la Universidad de Colima
64
Conclusiones y Recomendaciones
74
Bibliografía
79
Anexo fotografías del edificio durante el experimento a
diferentes horas con apoyo de maqueta
83
Anexo de Cálculos térmicos, Planos del Edificio y Detalles
90
INTRODUCCIÓN
En años recientes se construyo un edificio universitario que comenzaba a
diferenciarse del estilo sugerido por CAPFCE. Dicho edificio al parecer
era con el lenguaje arquitectónico más moderno al que estabamos
acostumbrados, muros de vidrio inclinado, estructura metálica en muros,
aulas con aire acondicionado, equipo de proyección. Y mayor era el
compromiso de vanguardia si consideramos que se trataba de la sede de
la Dirección de Posgrado, cuna de las ideas visionarias del conocimiento
y responsabilidad de la Universidad, si recordamos que la palabra misma
antes citada proviene de raíces latinas que hablan del universo y cuya
responsabilidad esta en descubrir la verdad y la transmisión de la misma.
Por lo tanto el edificio de PQsgrado
sí mismo,
SU
adquiere dimensiones mayoritarias en
significado traC$ciende por sí mismo.
La Universidad construye Ql conocimiento y el mismo debe responder a
reglas de la naturaleza Y la sociedad, a las formas de vida en cada
localidad. Cuando se termko de construir el la sede de la Dirección de
Posgrado se observa que e xiste un muro de cristal que inclinado hacia el
sur permite un
asoleaQiento prolongado con las consecuencias
inherentes a este fenómen o natural. Sin ventilación natural al vestíbulo
más que aquella que Permite cuando las puertas se abren hacia el sur
donde Provienen la maYoríq de los vientos que durante el día se presenta
en las zonas tropicales, sal\*, contadas excepciones.
3
Ilustración 1’
Dicha colocación de cristal hacia el sur recuerda aquellos calentadores
solares cuya instalación es hacia el sur, inclinado en la misma posición
que la latitud del lugar para capturar el sol, dichos calentadores solares
también tienen cristal o vidrio que al exponerse por tiempo prolongado
permite que los rayos solares que inciden en el mismo transmitan el calor
’ Estado actual del Edificio de Posgrado, donde se encuentra actualmente la Dirección General de
Posgrado de la Universidad be Colima.
a una caja negra donde corre una tubería de cobre que captura el calor
en esa misma caja.
Algo parecido sucede cuando se quieren utilizar elementos decorativos
de moda o que quieren simbolizar algún avance estilístico en las
construcciones. Y tal es el caso del edificio de Posgrado
de la
Universidad de Colima. Donde en la parte central del edificio donde se
encuentra el vestíbulo mayo, existe un muro de cristal, que para su
fortuna (buena o mala), da al sur, al igual que un equipo solar de calentar
el agua, muy utilizado en los principios de siglo en el estado de
California*. Y con el enmarcar la parte central del edificio.
2 El libro del Sol cita este fenómeno muy popular en Los Angeles y San Francisco California en la
primera y segunda década del presente siglo.
5
Ilustración 23
Como consecuencia el vestíbulo mismo que comunica varios auditorios
de trabajo los cuales tienen equipo de aire acondicionado, estos tienen
trabajo extra puesto que el vestíbulo caliente se convierte en un lugar
poco habitable, buscando los personajes participantes en los recesos
buscan estar cerca de las puertas de los auditorios para sentir aire fresco.
Provocando que los equipo de aire acondicionado sean exigidos con un
3 Vista interior del edificio, precisamente del vestíbulo, donde se puede apreciar la transparencia
total del muro de cristal que sirve para que se efectúe el efecto de invernadero al interior del
edificio.
6
trabajo
adicional,
compensar el
calor
del
vestíbulo
con
el
acondicionamiento mecánico de los auditorios.
Ilustración 34
El presente trabajo plantea una solución que sin realizar grandes
movimientos de materiales, y tratando de optimizar los mismos materiales
se baje la irradiación solar en más de 50%, y propiciando un flujo de
ventilación de mayor frecuencia y distribución que el estado actual.
4 Vista del espacio que se encuentra detrás de la escalera y que por su forma y ubicación puede
ayudar a incrementar la velocidad del viento.
7
Para tal fin se presenta una descripción arquitectónica del edificio, sus
cálculos térmicos, aií como un monitoreo del lugar durante dos días
consecutivos, comparados con dos maquetas de testigo y de propuesta.
Y finalmente la propuesta en planos y maqueta para demostrar como una
reflexión sensata puede convertir un edificio en edificio con soluciones
inteligentes.
Ilustración 45
5 Vista del mismo vestíbulo, desde la parte baja, donde se aprecia que no existe un mecanismo que
propicie ventilación continua a menos que se abran las puertas del ingreso principal, actividad que
suele ser olvidada con frecuencia
8
Y al final presento algunas conclusiones que surgieron durante la
experiencia de la adecuación bioclimática del edificio de posgrado.
En los anexos se presentan los cálculos térmicos basados en la
propuesta de norma energética para edificios no residenciales, así como
dibujos relativos a recomendaciones bioclimáticas realizadas por el
INFONAVIT, como un repertorio de información que sería útil reconocer
en las propuestas de proyectos arquitectónicos.
9
OBJETIVO
Este apartado lo podemos explicar en dos rubros, el primero relativo a los
aspectos legislativos y el segundo a la aportación que tienen el presente
trabajo.
a) Inmediato.
l
Cubrir total y cabalmente con la reglamentación establecida en la
Universidad de Colima y de la Facultad de Arquitectura para obtener
el grado de maestro en Diseño Bioclimático.
b) Mediato.
l
Demostrar que “UNA SOLUCIÓN INTELIGENTE EN EL USO DE
DISPOSITIVOS BIOCLIMATICOS PARA LA ADECUACIÓN
BIOCLIMÁTICA DEL EDIFICIO DE POSGRADO, CON EL FIN DE
CONVERTIR
EL
VESTIBUL~
DEL
EDIFI C I O
EN
UNA
Á R E A CON
MAYOR SOMBRA Y PROPICIAR MAYOR VENTILACIÓN Y ASí
PODER DISMINUIR USO DE LOS EQUIPOS DE AIRE
ACONDICIONADO DE LAS SALAS ANEXAS AL ESPACIO
CITADO”.
JUSTIFICACIÓN
10
Para Sócrates, la casa ideal debería ser fresca en verano y cálida en
invierno, ese objetivo se lo plantea hace más de 2,500 años, en Grecia.
-
- --
Ilustración !9
El arquitecto renacentista Scamozzi proyecta fortificaciones pbara
6 Arquitecto renacentista que nació en Vicenza, sus diseños consideraba la direcciòn del aire y
11
ciudades con planteamiento de muralla con aristas para así desviar los
vientos helados del invierno y en el libro de En nombre de la Rosa,
Humberto Eco en voz de William de Barskeville, protagonista principal
de una novela que se desarrolla en la edad media en algún monasterio
de Austria, describe al edificio central donde se encontraba la
Biblioteca (como centro del conocimiento hermético) con base a la
orientación de ventanas y puertas y al diseño de las mismas y deduce
con genialidad una planta arquitectónica del edificio. Esta cita no sería
significativa si no señalamos que la descripción responde a vientos
fríos de invierno, vientos suaves del sur etc. Actualmente los proyectos
arquitectónicos se han apoyado en la tecnología para resolver
problemas de confort. Dejando de lado el reflexionar unos minutos más
sobre el consumo energético que tiene la finca y las consecuencias
sobre el mantenimiento del equipo que ayuda al confort térmico.
Actualmente se están introduciéndose productos domésticos de ahorro
energético como lo son los focos, los refrigeradores, las computadoras,
es decir accesorios de la vivienda y no la calidad del proyecto en lo
referente a la climatización mediante sistemas pasivos, para así poder
disminuir el consumo energético. Considero sumamente importante la
rutas solares.
12
propuesta de adecuación bioclimática del vestíbulo del Edificio de
Posgrado de la Universidad de Colima.
METODOLOGíA BASICA UTILIZADA
ELECCIÓN DEL TEMA:
La elección del tema se debió a la observación en la tarde del mes de
febrero cuando la luz del interior me hizo que observara con nitidez lo que
en el día no se veía, la estructura que soporta el muro de cristal espejo
del vestíbulo del edificio de posgrado, le propuse a la dirección
correspondiente si me permitía realizar una propuesta bioclimática para
encontrar una solución a los altos grados de temperatura, insolación
que
se presentan en la zona, esta petición de baso en que la maestría en
Diseño bioclimático debía dar una solución eficaz, en virtud de que este
tipo de problemas arquitectónicos son a los que se abocan a resolver.
13
Ilustración 67
Se realizó un análisis del proyecto del edificio, se contrastan sus medidas
de iluminación y ventilación con las el reglamento de Zonificación y de
desarrollo urbano estatal y municipal respectivamente.
Por consiguiente se vivió los momentos extremos de temperatura que se
presentan el lugar durante un año, tiempo en el que estuve participando
en unos cursos que se impartían allí mismo.
’ Acercamiento de la estructura metálica que sirve de soporte al cristal espejo, mismo estructura
que permite la solución que propondré páginas más adelante.
14
1.
Se realizarcin
dos maquetas de tamaíío respetable, una tenía el
estado actual y otro tenía la propuesta, las maquetas pusieron al
frente del vestíbulo del edificio y durante dos días se midieron las
temperaturas con termómetro, y estas medidas analizaron para la
presente
tesis.
2. También se realizó un cálculo térmico apoyándome en las normas y
metodologías de la Comisión Nacional de Ahorro Energético que
publico en unos folletos y libros.
3. Se utilizó un túnel de viento donde se presenta la situación actual, de
manera casi bidimensional se dio seguimiento a las líneas de
ventilación que se da y la propuesta donde se aprecia el incremento
de ventilación natural que barre el aire caliente en todo el espacio del
vestíbulo.
4. También es importante señalar que se contrastaron las medidas con
los reglamentos para ver las responsabilidades del proyecto
arquitectónico.
5.
Por último se presenta una propuesta (escultórica) de parasoles en
acero inoxidable, cuya forma puede variar en virtud de apoyarse en la
estructura metálica. Para la adecuación bioclimática del vestíbulo del
edificio.
15
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
Actualmente dentro del vestíbulo del edificio, por su posición y diseño
propician un incremento de calor fuera de los índices de comodidad o
confort recomendados para un edificio público, (los cuales no están
reglamentados en Grados centígrados pero sí en métodos de
termopreferendum calculados para tal ocasión con base en cálculos
adecuados. Los dispositivos mecánicos o electromecánicos que ayudan a
propiciar la sensación de confort, sin embargo su compromiso se limita a
situaciones razonables de uso y funcionamiento, no pueden hacer
milagros ni entra en salvación a espacios donde no fueron contemplados.
Por lo tanto en vestíbulo del edificio de posgrado
de la Universidad de
Colima, se realizaran adecuaciones que propiciaran sombra y ventilación
que ayudara a ser más habitable de manera natural dicho espacio, se
obtendría mayor confort en dicha zona.
16
Ilustración 78
Es con base de equipos, los cuales son ajenos al sistema constructivo y
generalmente se les consideran instalaciones especiales, que por ser
muebles sufren depreciación, requieren mantenimiento y que además
consumen energía, los que eleva los costos de su conservación, lo que
actualmente esta sucediendo en los equipos de las salas anexas al
vestíbulo.
* Vista exterior del cristal espejo, donde se aprecia las características del material utilizado
actualmente.
17
Existen sistemas pasivos, los cuales están inmersos dentro del sistema
constructivo y cuyo fin es la climatización mediante el aprovechamiento
del aire, sol, luz, etcétera y que reducen el costo de mantenimiento.
Estos sistemas se encuentran fundamentados en considerar las
cualidades naturales de los materiales, la ubicación del bien con relación
a las rutas solares, la incidencia de los vientos y en general el entorno
que lo envuelven.
MARCO TEÓRICO
Como marco teórico nos referiremos son los principios arquitectónicos
que se plantean desde Sócrates, Jenofónte, Vitrubio, así como los
actuales pensadores de la arquitectura moderna y de la tendencia
racional - ecológica.
Dichos principios se fundamentan en que la arquitectura busca
primeramente BIENESTAR humano, a través del acondicionamiento
sensato del entorno, Sócrates reflexionaba sobre las variaciones térmicas
de las fincas en verano y en invierno, incluso el mismo Vitrubio señalaba
que los conocimientos básicos que debiera tener un arquitecto eran de
geometría y cosmografía, astronomía y matemático, además de otras
cualidades y conocimientos. Le Corbusier, señalaba en uno de sus
18
eSCritOS que la arquitectura era EL JUEGO MARAVILLOSO DE
FIGURAS BAJO LA LUZ, interpretándolo dentro de esta vertiente está
avalando su posición que la arquitectura además de contener espacio
para el desarrollo de funciones en su interior, también tiene vida exterior
que no será circunscrita en la obscuridad.
Durante muchos años el concepto de valor en la construcción se ha
basado en la calidad de construcción.
Es indudable que para que un sistema de cualquier tipo, siempre y
cuando sea un progreso, deba tener reconocimiento y apoyo financiero
para su desarrollo, este mismo acto de reconocimiento por el desarrollo
de alternativas, lleva consigo un reconocimiento de valor agregado que
debe tener los inmuebles por el implemento de medidas que conducen a
la sociedad a vivir en armonía con la naturaleza.
Por tal motivo el marco de referencia se centra en la utilización sensata
de los elementos que ayudan a tener mejores condiciones de confort que
lleven consigo el objetivo de BIENESTAR SOCIAL.
“En la universidad Ilay aspiraciones; en el mercado, necesidades, pero es
en la plaza, en el foro, donde se resumen aspiraciones y necesidades”.g
Creo que en la arquitectura existen 5 puntos focales 1) el sentido de la
composición, la integridad de la expresión. 2) la idoneidad de los
9 Palabras mencionadas por Louis Khan en su biografía.
19
materiales;
3) el sentido del espacio, condición esencial de la
arquitectura; 4) la luz y la apariencia; 5) la arquitectura y las relaciones.
Y citando citó a Santo Tomás de Aquino y su concepción de belleza, la
cual tenía cuatro condiciones 1) integridad, 2) totalidad, 3) simetría, 4)
irradiación. Por integridad, Santo Tomás entendía que un objeto debía ser
completo, suficiente en sí mismo, no vinculado ni dependiente. De un
hombre que camina por la calle, es único, está separado del suelo y del
cielo, la totalidad implica que todo detalle es indispensable y que no
puede suprimirse ninguno sin destruir el todo.
La simetría es la correspondencia entre las partes; si se cambia una, se
cambian las demás. En consecuencia, la simetría es la relación entre
cada una de las partes y todas las demás (euritmia) y todas ellas
ajustándose al todo. Y la irradiación es esa cualidad que hace que un
objeto no sea como los demás y designa, en consecuencia, la unicidad
de ese objeto. “Es la integridad dotada de un diset70”‘0.
Esta visión de lo bello de Santo Tomás hace concebir los conceptos
fundamentales del quehacer arquitectónico los cuales manifiesta que
detrás de cada gran obra existe una claridad filosófica y conceptual, el
cual propicia un rumbo definido. Una manera de hacer las cosas. Un
destino para cada obra.
Io Texto basado en el libro de Giurgola Romaldo y Metha Jaimini, Louis I. Kuhn, arquitecto,
20
Antes de empezar con la clasificación de los dispositivos bioclimáticos,
explicaré en qué coisiste el principio del ahorro energético a partir de la
denominada tecnología blanda, según Robin Clarke.
Los principios filosóficos que fundamentan el Diseño Bioclimático están
basados en el uso sensato de los materiales y recursos utilizados para la
construcción en general. El comportamiento del aire, la ventilación, la
respuesta biológica del ser humano ante diversas condiciones de clima, la
manera de incidir el viento, el asoleamiento, el retraso térmico, la
capacidad de determinados materiales de absorber o transmitir el calor, el
historial climático del lugar, son aspectos que se consideran para la
elaboración de un proyecto adecuado. El estudio de la zona de confort en
cada lugar es primordial para determinar el parámetro al que se tiene que
proyectar un espacio determinado.
Quizá la zona más poblada del mundo se encuentra en los lugares
conocidos como TROPICALES, esto debido a su ubicación geográfica. Al
referirme a la más poblada me refiero a por lo menos 30 ciudades con
más de 6 millones de habitantes y que en la década de los años ochenta
tuvo una importancia significativa. Estas ciudades, por su característica
poblacional, presentan problemas de abastecimiento de servicios en
editorial Gustavo Gili, 1976
general. También es importante el hacinamiento humano, el espacio
urbano que cada día es más restringido lo que hace que la promiscuidad
sea latente o en ocasiones demasiado manifiesta, es ya clásico en los
centros urbanos de México.
Aunque este tipo de planteamientos arquitectónicos no es nuevo, puesto
que Vitrubio en el siglo I de nuestra época ya lo manifestaba en sus
opiniones sobre la arquitectura cuando decía ésta estaba en relación con
la astronomía, la geometría; en el renacimiento los proyectistas
consideraban de manera significativa los vientos (hay que recordar que
dichos movimientos arquitectónicos pertenecen a la zona geográfica
septentrional, más allá de los 40 grados de latitud norte) como es el caso
de Scamozzi. (Arquitecto renacentista italiano).
Sobre la base del tema de este estudio, y desde el punto de vista
arquitectónico, se busca una manera adecuada y sencilla que nos
permita emitir un dictamen de las características espaciales y del
aprovechamiento de los recursos naturales que inciden en la
arquitectura.
Toda produtición
arquitectónica tiene dos efectos, uno interno y otro
externo, el primero se refiere a la adecuación espacial para el
22
desarrollo de las actividades que en cualquier situación se le piden a
un proyecto arquitectónico.
Por un lado se encuentran las condiciones en que se han de
desarrollar dichas funciones, en el sentido de confort de temperatura,
ventilación, iluminación etcétera, Después los acabados y las texturas
apropiadas, ya sea en muros o en pisos, según sea el caso. La
adecuación de espacios para desarrollar actividades humanas a lo
largo de la historia del hombre han tenido como uno de tantos fines de
la arquitectura, BI resguardarse o aprovechar las condiciones
climáticas, se protegió del sol, se aprovechó del sol, se protegió del
agua, se aprovechó del agua.
El otro compromiso es el social, el exterior, aquél que pertenece a la
sociedad. Podríamos hablar en este punto a dos niveles, el de paisaje
urbano, uso del suelo y equipamiento del entorno sea factible esa
edificación. El otro nivel es el coste social, sus repercusiones en el
ambiente y el impacto visual.
Este hecho edilicio demuestra que el conocimiento científico ha
desarrollado por el hombre en la adecuación de su entorno, los
avances tecnológicos propician que sea más placentera la vida; se
puede decir que es un triunfo del hombre sobre la naturaleza. En las
23
diversas épocas donde se han generado corrientes estilísticas, éstas
tienen que ver con el dominio de la tecnología, los dos elementos
sustentantes y el elemento sustentado, el descubrimiento del arco para
transmitir cargas a diferentes extremos y de allí a las bóvedas de
cañón corrido, las cúpulas, el descubrimiento del acero como elemento
sustentante, entre otros muchos. Y qué decir de la gran revolución
industrial, el entubamiento de las aguas negras y la potabilización del
agua, tan valiosos como el descubrimiento de la penicilina. Se deben al
conocimiento científico, creativo al espíritu de dominio de la naturaleza.
Los avances tecnológicos llevaron el refrigerador, la estufa, etcétera, a
la vivienda y la arquitectura tuvo que adecuarse; llegó el aire
acondicionado y un sin fin de satisfactores. Sin embargo ese dominio
tecnológico se convirtió en la panacea de los arquitectos y proyectistas.
De tal manera, donde se necesitaba ventilación estaba un aparato
electromecánico, donde se necesitaba luz y allí estaban la luz y su
watt, y así sucesivamente el confort a través de los medios naturales
se fue sustituyendo, fuera o no necesario. No pretendo cuestionar el
avance tecnológico o el uso del mismo, cuestiono la solución fácil y
mercantil sin considerar las condiciones pasivas o naturales para
solucionar los problemas térmicos, o de luz u otros.
24
I
La
comodidad
tecnológica
genera
placer
pero
puede
<
-.,
. . w
generar
dependencia y obsolescencia. Ante esta situación algunos arquitectos
se abocaron al conocimiento metódico y objetivo de la naturaleza,
revalorizan sus influencias y de allí se dio por llamar ecotécnicas. En
muchas ocasiones nos hemos preguntado cómo medir el confort
corporal, pues cada clima tiene su muy particular confort.
En los años cincuenta los hermanos Olgay hicieron estudios del cuerpo
humano, temperatura y humedad relativa y llegaron a la propuesta de
la famosa gráfica de confort Olgay, adaptada por Everardo llernández.
Para el cálculo del estado de confort se parte del promedio de
temperaturas por hora durante las 24 horas del día y se pone junto a
los datos de humedad relativa, y por consecuencia se dan las
isotermas, que son la graficación
de estos datos. Después se ubican
por grupo y del resultado de esta unión se nos dan las
recomendaciones de sistemas pasivos o adecuación climática del
edificio.
A su vez, Baruch Givonni en Estados Unidos desarrolló otra forma de
cálculo, puesto que los climas se contrastan de región a región por lo
que son diferentes los termopreferéndum de cada localidad. El
promedio de temperaturas y humedad relativas nos ayudan a ubicar
25
*
. ..., L”.
eqx-*+
_
a
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.
_’
.-,w -,-,p “y”
..
.,
dicha temperatura. a partir de considerar el 50% de la humedad
relativa, que es cuando el cuerpo humano no está en estrés corporal y
por lo tanto puede desarrollar sus actividades humanas en confort.
También en este mismo tenor se desarrollan estudios de gráfica solar,
las cuales tienen como fin determinar la posición del sol, y el ángulo de
incidencia en las construcciones para así calcular la insolación,
horas
de exposición solar, sombras, comportamiento de las mismas, cálculo
de protecciones solares, aleros, parasoles, etcétera. Los estudios de
gráfica solar son instrumentos fundamentales para la Proyectación de
los edificios y su orientación. Se desarrollan estudios de transmisión de
calor y la resistencia o retraso térmico de los materiales de
construcción. Los estudios de iluminación, aunque los mencionamos
brevemente, son de importancia para cualquier actividad humana.
Mientras que en lo relativo a la metodología para estudiar el confort
encontramos que existen estudios que a continuación citamos, tomados
del libro de arquitectura Bioclimática de Aldouy.
“1. El confort térmico
La primera cuestión que hay que evocar es la de la determinación del
confort térmico* del hombre: ¿se conocen las condiciones de ambiente
favorables a este confort? ¿Se saben generar estos ambientes a partir de
opciones arquitectónicas?
26
Varios autores han intentado responder a estas preguntas de la manera
más práctica, y entre ellos citaremos a los hermanos Olgyay,7 a B. Givoni,
’ así como a Vogt y Miller-Chagasg.
El método Olgay (EE.UU.)
Los hermanos Olgay
han sido cronológicamente los primeros en
profundizar sobre la noción de confort térmico y en intentar establecer
relaciones con los ambientes interiores de los edificios.
El confort térmico no puede estimarse a partir de un solo parámetro, la
temperatura del aire, sino que por el contrario deben intervenir varios
factores tales como la humedad y la velocidad del aire.
La figura 1 muestra la representación de las condiciones de confort
localizadas con relación a la temperatura seca del aire* y a la humedad
relativa, según Olgay.
En la representación general, los autores califican en primer lugar los
ambientes con relación a la “zona de confort” (sofocante, penetrante,
demasiado seco), y dan los límites de tolerancia para ciertas actividades,
las temperaturas equivalentes y las resistencias requeridas por la ropa
(en unidades CLO*; 1 CL0 = 18O C.h.m*/Kcal).
en otra representación, más operacional para el arquitecto, los hermanos
Olgay dan en torno a la “zona de confort” las condiciones que hay que
satisfacer para devolver al ambiente a las condiciones de la zona de
27
confort: esto, pues, da velocidades de aire, potencias de radiación,
gramos de vapor de agua por kilo de aire e incluso temperaturas medias
de radiación de las paredes, y por último, un límite a partir del cual se
hace deseable la ocultación solar.
Este trabajo, efectuado por arquitectos a partir de informaciones
recogidas al lado de fisiólogos en los años 1925 y sintetizadas sufre
numerosas críticas:
l
En primer lugar, el fin perseguido por los estudios fisiológicos era el
rendimiento del trabajo y no el confort térmico, confundiéndose todas
las
actividades.
Zona de confort térmico según Olgay.
Calificación de los ambientes fuera de la zona y efecto de los ambientes
no confortables para el cuerpo; resistencia térmica aportada por la ropa
(en unidades Clo); límites de las condiciones de calor en función de la
actividad.
Condiciones que hay que cumplir para devolver la zona de confort según
Olgay.
Representación de los ambientes termohigrométricos que requieren una
acción sobre la temperatura radiante, sobre la humedad del aire y sobre
la velocidad del aire, así como sobre la protección de los huecos.
28
l
La humedad relativa no es un criterio pertinente para eI confort
térmico; la humedad absoluta* proporciona una más adaptado.
l
La necesidad de detener la radiación solar depende de otros factores
tales como la inercia térmica* del edificio y la variación de las
temperaturas exteriores y no puede reducirse a una simple línea
basada en una única temperatura.
l
Las correcciones a utilizar tan sólo emplean dispositivos (ventilación,
humedecimiento) sin plantearse las soluciones en términos de
concepción arquitectónica, con excepción de la ocultación, con las
reservas ya hechas.
l
Le faltan al método los medios de determinar por sí mismo los límites
de la “zona de confort”.
Sin embargo, hay que retener de este método el principio que permite
confrontar ambientes requeridos con elementos climáticos exteriores
experimentados, y que da las correcciones que hay que aportar a estos
últimos para hacer el espacio interior confortable. Es este diagrama de
doble entrada que se llama diagrama Bioclimático (véase más adelante).
El método Givoni (Israel)
B. Givoni, basándose en anteriores estudios relativos a los índices de
confort, ha puesto a punto un método de determinación de una zona de
confort concebida de la siguiente manera:
^
,.
.~
_
Sobre un diagrama.psicométrico*
corriente (en el que temperatura seca y
tensión parcial de vapor* se ponen respectivamente en abscisa y en
ordenada) están representados los límites de los ambientes confortables
en dos partes: el confort propiamente dicho, rodeado de una zona de
“condiciones soportables” para personas “aclimatadas y entregadas a
una actividad sedentaria o al reposo” y “vestidas con ropa ligera de
verano”.
Las condiciones de confort se establecen a partir del Índice de presión
térmica, definida por el autor, que da el grado de sudación requerido, en
equivalente Kcal/h, en función del metabolismo* y de las diversas vías de
intercambios térmicos entre el cuerpo y el medio ambiente. Los valores
límite de estas pérdidas por sudación fijaba su vez los límites entre los
cuales deben evolucionar las variables que dirigen estos intercambios.
La fórmula general es:
S = [(M -W) f C f R] (Ure)
S= grado de sudación requerido, en equivalente KcaVh
M= metabolismo, en KcaVh
W= energía metabólica transformada en trabajo mecánico; KcaVh
C= intercambio de calor por convección,* Kcal/h
R= Intercambio de calor por radiación,* Kcal/h
re= rendimiento evaporatorio del sudor,* sin dimensión.
30
-
,.
La zona de confort, según el ejemplo citado, está comprendida entre 21°
y 26O y entre 5 y 17 mm Hg; extendiéndose las condiciones soportables
de 20° a 28O C y hasta 20mm Hg (véase “zona de confort” en los
diagramas bioclimáticos).
El método Vogt y Miller.Chagas (Francia)
Basándose en varios estudios, entre ellos los Givoni y los de Fanger,”
unos investigadores del Centro de Investigaciones Bioclimáticas de
Estrasburgo han propuesto un enfoque sobre la definición del confort
térmico. Vogt y Miller-Chagas dan siete condiciones base que hay que
cumplir.
1. Realización de la condición de horneotermia central* (equilibrio de la
temperatura del cuerpo).
2. Temperatura cutánea media óptima de 33O C.
3. Sudación máxima limitada a 100 g/h.
4. Realización de la condición de desecación (piel seca).
Esta condición se cumple si la evaporación máxima permitida por el
ambiente es por lo menos igual a diez veces la evaporación requerida
para el mantenimiento de la horneotermia.
5. Mantenimiento del metabolismo: no debe modificarse para conservar la
horneotermia (escalofríos, movimientos voluntarios...).
31
:e-.
.~ww*~..Fx~
6. Ausencia de desecación de las mucosas de la boca y de la garganta (la
tensión parcial de vapor debe ser superior a 10 mm Hg).
7. La humedad relativa del ambiente interior no debe sobrepasar del 75 al
80% (condición puramente física para reducir los riesgos de
condensación en los objetos más fríos).
Estas condiciones pueden traducirse de forma gráfica sobre un diagrama
psicométrico invertido (tensión de vapor en abscisa y temperatura en
ordenada).
La zona de confort está circunscrita por cinco límites (por esto se le llama
también polígono de confort).
Dos de estos límites son fijos y los otros tres son variables y dependen
del metabolismo, de la ropa y de la velocidad de aire interior.
Estos cinco límites son:
Límites fijos:
1. Tensión de vapor mínima respecto a la condición no 6.
2 . Curva de humedad relativa de 80% (condición no 7).
Límites variables:
3. Temperatura operativa inferior (toi) por encima de la cual el
mantenimiento de la horneotermia impone un aumento de metabolismo
(condición no 5).
32
3. Temperatura operativa superior (to, s) por encima de la cual el
mantenimiento de la homeotérmia exige una sudación superior a 100
g/h (condición no 3).Límite de la humedad ambiente más allá del cual
la evaporación del sudor segregado no es total (piel sudorosa o
húmeda).
4. La temperatura operativa* es un carácter ficticio que integra la
temperatura de aire, la temperatura radiante del medio ambiente así
como la velocidad del aire en la proximidad de la persona; difiere tanto
más de la temperatura de aire cuanto que la temperatura radiante se
aparta a su vez de la aire y la velocidad de aire aumenta.
De las condiciones de confort fisiológico pueden sacarse varias
conclusiones:
La noción de confort hace intervenir a muchos factores que son
relativos ya sea a la persona misma: actividad, vestimenta, hábitos
culturales (particularmente con respecto a la sudación), ya sea al
ambiente climático; temperatura del aire, temperatura radiante del
medio ambiente, humedad del aire y velocidad del aire.
Los factores de ambientes que actúan sobre el confort térmico
corresponden también a los principales parámetros climáticos que son
la temperatura del aire, la radiación solar y las radiaciones atmosférica
y terrestre, la humedad del aire y el viento.
33
.
,...
.
.
!<
Esto nos conduce de una forma natural a que nos interesemos por los
elementos meteorológicos y por la climatología aplicada al edificio”
OBJETIVOS:
El objetivo central de esta tesis es demostrar que el uso inteligente de
dispositivos bioclimáticos debe ser un requisito para edificaciones que
tienen fachada sur en la Ciudad de Colima. Propiciando la necesidad de
que dichos dispositivos sean considerados deberá exigirse en los
reglamentos de construcción de la entidad, de manera más especifica,
pues solo indica un porcentaje para determinar el tamaño de la ventana
de iluminación y otro porcentaje para el espacio de ventilación, sin
establecer metros cúbicos de aire por usuario, ni la conveniencia que sea
asesorada por especialistas o que en última instancia cumplan con un
requisito de ahorro energético marcado por parámetros de consumo
sobre metro cuadrado de construcción.
Y el no uso de los mismos producirá malos resultados tanto por un
consumo desmedido de gasto energético, como de mantenimiento en
” Aldouy, Arquitectura Bioclimática, pág. .236
34
equipo de aire acondicionado como sucede actualmente y por último el
confort que siente el usuario en el confort de los edificios.
Consolidando que el uso racional de las tecnologías contemporáneas y
su comunión con los dispositivos bioclimáticos puede ser benéfico para
una sociedad cuyo objetivo sea vivir con la mayor comodidad y economía.
35
Ilustración 812
El actual Edificio de Posgrado de la Universidad de Colima, tal como se le
conoce actualmente alberga las instalaciones de la Dirección General de
Posgrado
y 4 auditorios, un salón de uso múltiple en planta baja y siete
salones para diferentes grupos de trabajo y estudio, desde su fundación
a sido sede de eventos universitarios, de estudios y encuentros de
diversa magnitud e importancia, uno de ellos fue el LX encuentro nacional
de Escuelas de Arquitectura, entre muchos otros que se han presentado.
l2 Vista frontal de la puerta de ingreso desde el interior, se aprecia el efecto de iluminación que se
da al interior.
38
.”
.”
El edificio se encuentra ubicado frente a la avenida Universidad y su
ubicación obedece que antiguamente existía un estacionamiento que
servia a funcionarios universitarios y parcialmente a alumnos de la misma
Universidad, el ingreso al edificio es por la avenida que se encuentra al
frente principal al sur. Se desplanta sobre una superficie de terreno de
575.70 m*, su capacidad de usuarios se divide de la siguiente manera:
1
Espacio
1Capacidad de usuario
4 Aulas en planta baja
50 personas cada uno
2 Salones de uso
50 personas cada uno
múltiple que se pueden
unir en planta baja
Vestíbulo a doble altura
Según medidas tomadas del
plano proporcionado por la
Dirección General de Obras
Materiales
Pasillos y cafetería
Idem anterior
6 aulas con capacidad
20 personas cada uno
aproximada de 20
personas
Un aula de uso múltiple
60 personas
Total:
480.00
El edificio tiene una superficie total de construcción de 794.40 m* y de
2,451.80
m3 resultando una dosificación de es espacio por usuario como
se presenta en la tabla siguiente, en un momento en que estuvieran
llenos todos los espacios de manera simultanea (lo que ha sucedido más
de una vez).
Usuario
Area por usuario/mz
Area por usuariolpor Vestíbulo m* Vestíbulo m3
m3
480
1.655 mz por usuario
5.10 m3 por usuario
.45 m* por
2.70 m3 por
usuario
usuario
El área de vestíbulo es de 216.60 m2, frente al ingreso principal se
encuentran las circulaciones verticales, las cuales en su descanso tienen
posibilidad de ventilación al norte mediante el espacio que quedo libre
entre los dos cuerpos del edificio que se articulan mediante el vestíbulo
mismo. Y le corresponde una medida mostrada en la tabla anterior de
metros cuadrados por usuario.
Para la presente cuantificación no se considero la Dirección de posgrado
ni los baño, los cuales por su ubicación y solución espacial no interviene
en el espacio de beneficio al usuario.
Como es de observarse, en un momento dado que las instalaciones estén
saturadas, será menester tener una ventilación adicional para poder
satisfacer los requerimientos de confort esperados.
40
También es importante señalar que el ingreso del edificio esta enmarcado
por un muro compuesto de Cristal Espejo soportado por una estructura
metálica, la cual ilumina prácticamente todo el día el vestíbulo del mismo
edificio.
Ilustración 913
Dicho muro de cristal espejo no tiene considerado ventanas que provean
de ventilación natural, además que se encuentra orientada hacia el sur,
l3 Detalle de la cubierta, se aprecia una pequeh abertura para que entre aire y teóricamente barra
el aire caliente, el cual resulta insuficiente y mal ubicado.
41
.
recordando la posición de los calentadores solares que se empezaron a
utilizar a principios de siglo.
La puerta de ingreso que sería la que pudiera jugar ese papel no siempre
se encuentra totalmente abierta, y si así estuviera no es suficiente para
que el aire que proviene en el día del surponiente ventile y arrastre el aire
caliente que se forma en la cápsula que es el vestíbulo.
En necesario señalar que el reglamento de zonificación
del estado no
tiene considerado un apartado en sus normas de diseño arquitectónico
para auditorios, edificios educativos, sino que se refiere para espacios
habitables, qukdando en ese sentido corto el mismo reglamento para
poder contemplar las diferentes opciones espaciales que se van dando en
la. práctica arquitectónica, en este caso sería necesario y recomendable
que se actualice este reglamento.
42
õ
Capítulo 2
CONSIDERACIONES TÉCNICAS (térmicas, de ventilación e
iluminación natural)
La Comisión Nacional de Ahorro Energético ha desarrollado unas
normas de eficiencia energética para edificios no habitacionales, así
como para edificaciones de edificios habitacionales de máximo 4
niveles, también tiene en propuesta otras normas que serán
importantes que cada una se calibrara su importancia por el significado
mismo que las mismas tienen.
44
Para efectos del presente trabajo, se tomaron en cuenta dichas normas
para el desarrollo del calculo térmico del presente edificio así como las
consideraciones que hacen para las envolventes.
En lo que respecta a la ventilación e iluminación se tomaron como
referencia los índices que marca el Reglamento de Zonificación y El
Reglamento de Desarrollo Urbano y Seguridad Estructural del
Municipio de Colima, donde se establecen porcentajes de iluminación y
ventilación con relación al espacio correspondiente y se confronta con
el edificio estudiado.
En dichas tablas se presentan los porcentajes de iluminación y
ventilación por orientación solar de la siguiente manera:
Orientación
Porcentaje
iluminación
Porcentaje
ventilación
Sur, según el Reglamento de La superficie total de vanos El área efectiva de aberturas
Zonificación del Estado de libre de toda obstrucción no de ventilacion no será menor
Colima, en el apartado de sera inferior al
14% de la que los siguientes porcentajes
normas
de
diseño superficie del piso total. Y solo de la superficie del piso que
arquitectónico. Art. 317 y 318 se permitirán ventanas al se ventila:
respectivamente
poniente, si cuentan con
elementos de protección que Norte 10% Al sur: 8% al
eviten el paso directo del sol oriente 12% Y al poniente
de las 1490 a las 1890 14%. Si la pieza que se ventila
horas, siendo estas ventanas rebasa la altura de 2.60
de un 12% de la superficie de metros, la superficie de
ventilación especificada en la
piso.
fracción
anterior
deberá
45
incrementarse en la siguiente
proporción:
a) De
2.61
a
3.6C
incrementar un 30%.
b) De
3.61
a
4.61
incrementar un 50%.
c ) MAS
de
4.51
incrementarse un 75%.
Sur, Según el reglamento de Se encuentra basados en la Se encuentra basados en la
Iesarrollo
Urbano
y -ey de Salud de 1962. las Ley de Salud de 1962, las
seguridad Estructural de la :uales se necesitan revisar
cuales se necesitan revisar
XIdad de Colima
sur, según medidas reales
Iiferencia
respecto
eglamento de zonificación
!stado de Colima
Iiferencia
Iglamento
2.10 metros de altura por 1.80 metros de ancho. Total 3.78 mz
le abertura total si se encuentran abiertas las puertas de
ngreso, situación que no es constante.
al Sn este sentido no existe un
del :orcentaje inferior al 14%
genalado,
sin embargo si
txiste una sobre exposición al
;ol, que ilumina bastante bien
)ero que genera un calor
uera de control.
respecto
al
d e
Desarrollo
46
Si la superficie a ventilar es de
216 m* según los planos. El
14% significa 30.24 mz de
área efectiva. Sin embargo
como la zona tiene una altura
de más de 2.60 metros, el
reglamento indica que debe
incrementarse un 75%. (En
este sentido es poco claro el
reglamento como para tomar
una referencia), entonces el
área efectiva debiera ser de
52.92 m*, aplicando el 75% a
30.24 metros de área efectiva
original requerida.
Urbano
Seguridad
l Estructural di la ciudad de
Colima
Motivado por estas diferencias que se manifiestan a simple vista y
considerando necesario tener una referencia extra, se consulto
literatura especializada siendo esta la denominada
“aspectos
Relevantes de la Norma Oficial Mexicana de Eficiencia Energética para
Sistemas de Alumbrado en Edificios no Residenciales” sin fecha y
coeditado por la Secretaria de Energía y CONAE entre otras, y que se
refiere a la norma NOM-Q07-ENER-1995,
publicado el 1 de septiembre
de 1995 y que entro en vigor en septiembre de 1996.
En ese documento se explica de manera sencilla la expresión
genérica para el cálculo de la Densidad de Potencia Eléctrica (DPEA) y
refiere un método de cálculo y que cito:
“Cuando un edificio se ha diseñado y construido para un uso único, se
considerará para fines de aplicación de la presente Norma Oficial
Mexicana, la Densidad de Potencia
Eléctrica (DPEA) máxima
permisible correspondiente según lo establecido en la tabla No 1.
47
Tipo de edificio
Densidad de potencia ektrìca (W/mz)
Alumbrado
interior
Alumbrado
Oficinas
16.0
1.8
Escuelas
16.0
1.8
Hospitales
14.5
1.8
Restaurantes
15.0
1.8
Bodegas
8.0
Estacionamientos interiores
2.0
exterior
Hoteles
Cuando un edificio sea diseñado y construido para uso mixto y tenga
usos no contemplados en el Campo de Aplicación, se considerará
como DPEA máxima permisible de estos usos el valor de DPEA de
aquel uso que predomine sobre los demás en términos de la superficie
ocupada.
La determinación de las DPEA del sistema de alumbrado de un edificio
no residencial nuevo o ampliación de alguno ya existentes, de los tipos
cubiertos por la presente Norma Oficial Mexicana, serán las calculadas
4s
a partir de la carga total conectada de alumbrado y el área total por
iluminar de acuerdo a la metodología indicada a continuación.
La expresión genérica para el cálculo de la Densidad de Potencia
Eléctrica (DPEA) es:
DPEA= Carga total conectada para alumbrado entre (1) Área total
iluminada, donde la Densidad de Potencia Eléctrica (DPEA) está
expresada en W/m*, la carga total conectada para alumbrado está
expresada en Watt y el área total iluminada está expresada en m*.
Se considerará que la instalación cumple con lo establecido por esta
Norma Oficial Mexicana si y solo si, las DPEA calculadas son iguales o
menores que los valores límites establecidos para cada uso del edificio
analizado, tomando en cuenta las excepciones aplicables y los ajustes
por bonificaciones de potencia permitidos”15.
Una vez citado los anteriores párrafos pueden decir si este edificio no
es posible saber si cumple con la Norma, puesto que no se sabe del
consumo de energía, correspondiente a iluminarías, en virtud que no
existe un medidor en el edificio, la Universidad concentra la medición
de varios edificios. De esta manera no se puede establecer que edificio
l5 Folleto “Aspectos relevantes de la Norma Oficial Mexicana de Eficiencia Energética para
49
consuma más que otro 0 cual tiene fugas de energía eléctrica, y aquí
aparecería una primera recomendación producto de esta investigación:
que cada uno de los edificios tenga un medidor de luz identificando el
consumo eléctrico por equipos de aire acondicionado y otros y otro
medidor para consumo de iluminarias. Esto permitiría tener un control
sobre consumo energético y encontrar medidas correctivas para o
mismo.
En este tema ampliare los comentarios en la parte
correspondiente a Propuestas.
En lo relativo al cálculo térmico me apoyaré en:
a) El método de cálculo de ganancia de calor a través de la
envolvente dèl edificio de referencia. Y otro para la propuesta de
adecuación bioclimática.
b) Determinación del coeficiente global de transferencia de calor (K)
de las porciones de la envolvente.
c) Orientación
Basado en el anteproyecto de NOM-008~ENER,
Eficiencia energética
en edificaciones. Envolvente de edificios no residenciales. Obtenida
en una entrevista que tuve en la Ciudad de México en el edifico donde
sistemas de alumbrado en edificios no residenciales”, pag. 9, no se encuentra fechado.
50
#
se encuentran las instalaciones de la Comisión. Nacional .“p&a el
Ahorro de Energía y en donde se explico el objetivo de la norma la
cual pretende limitar la ganancia de calor de las edificaciones a
través de la envolvente, con el fin de racionalizar el uso de la
energía en los sistemas de enfriamiento?
En este para el cálculo nos referiremos (basados en la metodología de
la norma) a un edificio de referencia el cual en este caso es el Edificio
de Posgrado
de la Universidad de Colima en su estado actual. Y se
entenderá como el “edificio que conservando la misma orientación, las
mismas condiciones de colindancia y las mismas dimensiones en
planta y elevación del edificio proyectado, es utilizado para determinar
un presupuesto energético máximo”‘7.
Y el cálculo para la propuesta
bioclimática.
La envolvente del edificio esta conformada por el techo, paredes, piso
y superficies inferiores los cuales aíslan el espacio interior del edificio
de referencia.
l6 Anteproyecto de NOM-008-ENER,
objetivo de la norma
” Idem, pagina número 4
pagina 3 de fecha 26 de febrero de 1999, describe el
<-
En el caso de la clasificación de muro ligero y muro masivo nos
encontramos ante un dilema, para el anteproyecto de la norma, un
muro ligero es “aquel construido empleando un bastidor o estructura
soportante abierta, la cual se recubre en ambos lados con tableros de
material con espesores de hasta 2.5 cm. Dejando al interior un
espacio hueco o relleno con aislante térmico.“‘8
Mienta que muro masivo es “aquel construido con concreto, bloque
hueco de concreto, tabicón, tabique rojo recocido, bloque perforado de
barro extruido, bloque o tablero de concreto celular curado con
autoclave, bloque de tepetate o adobe, o materiales semejantes con
espesor igual 0 mayor a 10 cm.“”
Esto en si nos genera una situación de discernir cual es la
convetiiencia de considerar al muro de Cristal-Espejo, como muro
ligero o muro masivo, puesto que las características del muro de
referencia el cual es de Cristal espejo soportado sobre una estructura
metálica abierta sin contener aislante al centro, quizá el término de
pared utilizado en la misma publicación nos ayude a la solución de
esta concepción puesto que pared es “la componente de la envolvente
” Idem. kígina 4
l9 Idem misma página
52
de un wMkio cuya normal tiene un ángulo con respecto a la vertical
mayor de 45O y hasta 135°.“20
Para fines de la norma referida la envolvente de los edificios se
clasifica en:
Nombre de la Componente y ángulo de la
normal a la superficie exterior con respecto
a la vertical
Techo
Desde Oo y hasta 45O
Porción
Partes
Opaco
No opaco (domo o
tragaluz)
Pared ,
.
Mayor de 45’ y hasta Opaco (muro)
135”
No
opaco
acrilico)
Superficie inferior
Mayor de 135O y hasta Opaca
180”
No Opaca
Piso
Generalmente
180’ Opaco
también
se deben
considerar los pisos No opaco
inclinados
53
esta
parte
Cada
(vidrio integrada
por
diferentes p o c i o n e s ,
cada una tiene un
coeficiente global de
transferencia de calor.
Especificaciones
del
edificio
de
posgrado:
Techo
Parte
Porciento del área
K (Wlm’K)
CS
total
Opaca
95
0.362
-_-
No Opaca
5
1,020
---
Pared
Parte
Porciento del área
K (W/m*K)
cs
___
total
Fachada libre opaca
95
42
Fachada libre no
5
0.362
100
1.020
opaca
Colindancia opaca
54
-__
La ganancia de calor a través de la envolvente del edificio es la suma
de la ganancia de calor por conducción, más la ganancia de calor por
radiación solar (Qp=Qpc+Qps)
En donde:
Qp es la ganancía de calor a través de la envolvente del edificio en W.
Qpc es la ganancia de calor por conducción a través de las partes
opacas y no opacas de la envolvente del edificio, en W.
Qps es la ganancia de calor por radiación solar a través de las partes
no opacas de la envolvente del edificio en W.
En el caso de Qpc, Ganancia por conducción, es la suma de cada
una de los componentes de acuerdo a su orientación y utilizando la
ecuación:
Qpc= Sumatoria 6 i=‘l Qpci
Donde: i son las diferentes orientaciones:
1 es techo, 2 es norte, 3 es este, 4 es sur, 5 es oeste
6 es superficie inferior
55
En la utilización del túnel de viento se demuestra como el porcentaje
real actual de ventilación es insuficiente para mover el aire que se
encuentra en el interior del vestíbulo, mientras que la propuesta tiene
un comportamiento más uniforme que ayuda a mover el aire caliente
que se concentra en vestíbulo pudiendo salir por la parte noreste del
edificio a través de las escaleras, generando un efecto de
aceleramiento en la velocidad del aire como si fuera un sifón. Como un
ampliación en la información de dispositivos, se cita brevemente los
siguientes, aclarando que no son todos ni los únicos, sino una breve
muestra.
GANANCIA DIRECTA SOLAR
MURO TROMBE
TRAGALUZ
INVERNADERO
TERMOCIRCULACIÓN A DISTANCIA POR PLAFbN
VENTILACIÓN CRUZADA
EFECTO
VARIABLES DE LAS ANTERIORES
VENTURI
Las cuales, utilizadas de manera adecuada y según el tema a resolver,
pueden significar confort para el usuario, además de un ahorro de
dispositivos mecánicos que generan gastos en uso y mantenimiento, y
provocan que la amortización del gasto inicial se da a un plazo más
largo.
56
Existe una literatura extensa de tratados sobre arquitectura
Bioclimática, también como soluciones geniales de la cultura popular,
en fin, cualquiera que sea la verdad, sus estudios provechosos para
adecuar los espacios arquitectónicos y urbanos.
En el tema urbano, ya el arquitecto renacentista León Batista Albert¡,
recomendaba la disposición de las manzanas habitacionales,
sus
lados más largos hacia el norte y sur mientras que los lados oriente y
poniente más angostos para tener menor asoleamiento y por lo tanto
menos transmisióti de calor. Este concepto urbano lo trajo a México el
Virrey Antonio de Mendoza, en el trazo de la Ciudad de México.
Existe otra corriente teórica donde atribuyen a los antiguos pobladores
de América el ordenamiento y disposición de la traza con relación al
asoleamiento y vientos dominantes. La cual una vez conocida por los
conquistadores esta se asimila y creo la famosa “traza española”, sin
embargo esta disposición ya existía en el antiguo Egipto como lo
demuestra los asentimientos obreros y esclavos de la ciudad.
En el caso particular de la ciudad de Colima, el trazo de la ciudad
parece estar norte sur, sin embargo hay una variación de 37 grados,
puesto que siguen e’n la medida de lo posible los vientos dominantes
que en el clima tropical son muy convenientes.
En otro orden de ideas para un europeo como es el científico Robin
Clarke menciona al uso de sistemas de ahorro energético apoyados en
sistemas pasivos como la TECNOLOGíA BLANDA, y en el cual
presenta algunas de las bondades utópicas:
Sociedad de tecnología dura ecológicamente Sociedad de tecnología blanda
defectuosa
Amplio consumo energético
Ecológicamente sólida
Alto nivel de polución
Reducido consumo energético
Utilización no reversible de materiales y Bajo nivel de polución
fuentes de energía
Funcional sólo durante tiempo limitado
Funcional durante todo el tiempo
Producción masiva
Industria artesanal
Alta especialización
Baja especialización
Núcleos familiares
Unidades comunales
Predominantemente urbana
Predominantemente rural
Alienación de la naturaleza
Integración con la naturaleza
Limites técnicos establecidos por la riqueza
Limites técnicos establecidos por la
naturaleza
Comercio a escala mundial
Intercambio local
r-
58
Destrucción de cultura local
Compatible con la cultura local
Tecnología propensa al mal uso
Utilización sensata
I Dependiente del bienestar colectivo
Altamente destructora de otras especies
Alienadora de jóvenes y viejos
Integradora de la sociedad
1Centralizadora
1Descentralizada
Frecuentes y serios accidentes tecnológicos
l Pocos accidentes tecnológicos
I
I
I
I
Quiiá estas comparaciones resulten al cabo de 10 años de haber sido
enunciadas, algo exóticas, sin embargo su propuesta es una actitud
sensata para la actividad humana y el uso de tecnología adecuada.
Ya en una recopilación de artículos de LA RECHERCHE
ÉNERGIES
SUR LES
NOUVELLES DE 1980*’ (órgano de divulgación científica
francesa), mostraba y señalaba las siguientes propuestas energéticas
alternativas:
1 ENERGIAS FÓSILES
1ENERGíA NUCLEAR
La geotermia
Centrales nucleares
El petróleo
1Regeneradores (neutrones rápidos)
2’ La Rcchcrche sur les energics nouvelles, Société d’Editions
59
scientifiques, 1980, pág.255
I
El carbón
Reactores
temperatura
nucleares
de
alta
l LAS NUEVAS ENERGíAS
Centrales solares
Energía solar fotovoltaica
l La energía térmica marina
I La energía de las olas
I
I
l La energía del viento (eólica)
l La energía verde (utilización de residuos agrícolas)
Retornando las palabras de Pierre George**, menciona en su capítulo
Las agresiones de la economía industrial: ‘Los indios son
prisioneros de su medio ambiente y de su propia biología. Las
sociedades industriaies son víctimas de sus obras, no sólo en su
medio ambiente inmediato, sino también en el conjunto de su
espacio vital”.
Esta consideración anterior nos hace reflexionar sobre la importancia
de atender ccn tecnologías alternativas en los casos basar el aspecto
22 L’environmmement,
pag. 97
60
de confort exclusivamente con equipo electrónico - mecánico, pero
también es importante que los supervisores y sancionadores de la
autorización de proyectos de edificios públicos,
(me refiero
particularmente en énfasis de público en virtud que en esos lugares
debe ser mayor el cuidado del confort como de optimización de ahorro
energético) consideren estos factores ha sabiendas que no serán
usuarios pero que se busca la mejor de la solución que beneficie a la
comunidad,
y no exclusivamente de dotarles de espacios
especializados que les hacen falta, sino con un consumo energético
que sea sensato y apropiado, de esta manera la sociedad se beneficia
con el consumo energético, el usuario y la economía de la misma
Universidad en gastos De mantenimiento. Se presentan al final
recomendaciones
dibujadas
de
recomendaciones
de
ubicación
ventilación, protección a partir del tipo de clima y orientación
recomendada, así como un anexo relativo a los vientos dominantes en
el estado de Colima.23
Además existe una base de datos referentes a la humedad relativa,
temperatura, fenómenos especiales y lluvias que sirven de apoyo para
elaborar estudios precisos de un espacio en particular. Tal información
23 NORMAS CLIMATOLÓGICAS DE LA SARH
61
año 1985
es procesada en matriz o gráficas que nos ayudan a determinar un
criterio de decisión para cada caso.
En cada tipo de clima, y dependiendo de su posición geográfica, tal
como la latitud y altitud, la topografía y las rutas solares, e incluso el
aspecto urbano, inciden en el proyecto arquitectónico, por lo que
existen particularidades que deben atenderse de manera individual,
como son parasoles, torres de viento, doble muro, etcétera. El
INFONAVIT tiene estudios para cada tipo de clima, que se anexan en
la
sección
correspondiente.
Recordando la explicación que sobre medio ambiente da el
científico Pierre George, en su libro L’envhonnement de 1972:
“El medio ambiente es, al mismo tiempo un medio y un sistema de
relaciones. La existencia y la conservación de una especie dependen
de los equiiibrios entre procesos destructores y procesos
regeneradores de su medio. El medio ambiente es el conjunto de las
bases y de los equilibrios de aquellas fuerzas que rigen la vida de un
grupo biológico. El medio ambiente de los grupos o sociedades
humanas es tan solo uno de los casos de la ecología general, aunque
Capitulo 3
PROPUESTA DE ADECUACIÓN BIOCLIMÁTICA DEL VESTíBULO
DEL EDIFICIO DE POSGRADO
DE LA UNIVERSIDAD DE COLIMA.
Indudablemente esta experiencia de adecuación bioclimática que
considera cinco aspectos importantes.
1. El efecto de calentador solar que presenta el muro de cristal se debe a
su ubicación en el conjunto arquitectónico,
2. La posición inclinada hacia el sur, lo cual permite mayor incidencia de
sol durante todo el año.
64
de la estructura, y facilitaría la limpieza de los cristales que en la
actualidad es un problema (generalmente esperan que lleguen las aguas
para se limpien en temporada de lluvia), puesto que se utilizarían como
escalera. Y si a esa misma escultura se le instalaran unas láminas de
acero inoxidable, se podría generar sombreado sobre el cristal, y por lo
tanto aumentaría la utilidad de la estructura que en este momento solo se
utiliza para sostener el cristal espejo.
66
Como se menciona al principio de este capítulo, para llegar a esta
propuesta se realizaron dos experimentos en el túnel de vientos, un
monitoreo con dos maquetas escala 1:20 en el mismo edificio de
posgrado
y una propuesta inicial en la que se llegó a bajar la temperatura
hasta 2” centígrados.
Dicho experimento se realizo considerando las dos maquetas al frente del
edificio, tal como se aprecia en las fotografías, y cada maqueta tenia un
termómetro, una de las maquetas representaba la posición del muro
cristal espejo que existe en la actualidad, mientras que la otra maqueta
representaba una de las propuestas iniciales. A su vez existía un tercer
termómetro el cual se encontraba en el vestíbulo del edificio de posgrado.
De esta manera se compara las temperaturas resultantes de la maqueta,
a su vez comparadas con la temperatura “testigo” que era la que se
encontraba en el vestíbulo del edificio.
67
Los resultados que a continuación se presentan se llevaron a cabo
durante seis días seguidos, durante los cuales surgieron nuevas
observaciones que ayudaría a la propuesta final, a partir de las siguientes
reflexiones:
l
Aun con la primera propuesta de incrementar la ventilación con rejillas
que ayudaran a barrer el aire caliente por las paredes laterales y el
techo del mismo vestíbulo, y la generación de sombra, la sensación
de sofocación que dan los tiempos de estiaje como es el mes de
68
verano, así como el mes de mayor evaporación que es el mes de
octubre y que coinciden con las Normales Climatológicas de la
S.A.R.H., como los meses de temperaturas más calientes, es
necesario reforzar la sensación de frescura lo que me leVo a
reconsiderar la ubicación de las rejillas, y ampliar el área de
ventilación y disminuir aún más la superficie de cristal sombreado- Se
coloco una rejilla de ventilación perfil “z” a los 80 centímetros del Piso
en la estructura metálica y otra rejilla a una altura de 3.20 metros
ambos casos se proponen que coincidan en la zona donde según los
fisiólogos se encuentran el mayor número de sensores en el cuerpo
humano que es aproximadamente desde la cintura al cuello, Y que
tanto en planta baja y en planta alta corresponderían las
mencionadas rejillas. Esta segunda propuesta fue llevada al terreno
de la experimentación realizando otro experimento con las mismas
maquetas, donde ampliando el área de ventilación se llegó a bajar el
termómetro hasta 4” centígrados, propiciado por la mayor cantidad de
aire que se renueva y a su vez por tocar la mayor parte de sensores
del ser humano que ayuden a la sensación de frescura.
69
Estas modificaciones se pueden apreciar en los dibujos que se anexan e
el presente documentan y las fotografías en el túnel de viento donde se
aprecia el barrido del aire caliente en cada una de las opciones
señaladas, tanto en planta arquitectónica y sección arquitectónica.
Y bajo este esquema sencillo, y revisando la estructura en SU cara interior
encontré donde instalar rejilla tipo “z” para el ingreso del aire, aunque las
70
posibilidades de poner la rejilla son múltiples, considere que era mejor
ponerla a lo largo de los paños verticales de los muros laterales, al lado
izquierdo y derecho y superior de la puerta de ingreso y por último en la
parte superior de la estructura misma para que exista una multiplicidad de
corrientes que puedan barrer el aire caliente (que ahora sería menos por
el sombreado que se instalaría previamente), y produciría confort en el
vestíbulo y no sería necesario que el equipo de aire acondicionado de los
auditorios y salones asuma la responsabilidad de refrescar al público
asistente.
71
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Esta propuesta se sostiene al demostrar mediante cálculos matemáticos,
así como la toma de mediciones de dos maquetas y el vestíbulo principal,
donde los números nos demuestran una baja en la temperatura medida
en grados centígrados.
Además de tener la posibilidad de generar formas plásticas más positivas
que un artista plástico pueda proponer en dicha estructura metálica
expuesta al exterior y ser utilizada como el bastidor respectivo.
72
Conclusiones y recomendaciones
CONCLUSIONES
En virtud de la localización geográfica que tiene la ciudad de Colima en
los trópicos, se puede incurrir en varias ideas que considero
sumamente
importantes:
1. Para evitar que se sigan construyendo edificios cuyo costo
energético pueda ser elevado, sugiero que se reglamente el hecho
de que los edificios al proyectarse tengan en consideración la
asesoría de un experto en ahorro energético con conocimientos
arquitectónicos y de ahorro energético (bioclimático pudiera ser),
para el uso óptimo de los espacios a un costo razonable para e
usuario habitante, como para la sociedad misma, dado que el
desperdicio de energético también me afecta a mi, pues un
producto desperdiciado y no renovable no se puede reponer, y en
un futuro yo pudiera necesitar ese recurso que se desperdicio.
75
2. Que sea requisito que se norme o adecue el reglamento de
zonificación
del Estado de Colima, así como el Reglamento de
Desarrollo Urbano y Seguridad Estructural, donde se pueda exigir
cálculos térmicos de las edificaciones las cuales puedan propiciar
confort a los usuarios con el mínimo costo energético.
76
3. Que se establezca un padrón de asesores cuya actividad se centre
en cumplir con lo anterior, y cada casa pueda tener una especie de
certificado de habitabilidad con eficiencia energética.
4. Que se instrumente la manera de supervisión
en las
construcciones mismas mediante peritos responsables de obra que
asuman la responsabilidad que les corresponda.
5. En el caso respectivo se sugiere que la Universidad separe por
consumo de luminarias y por consumo de equipos, todos los
edificios para poder determinar si existe un consumo sensato de la
energía eléctrica, y poder detectar donde se encuentran las
dkwiaciones más significativas. En este caso parece ser que existe
una situación parecida a la del refrán, “en casa de herrero, azadón
de palo”25
6. Creo firmemente que la arquitectura tiene un compromiso con su
tiempo, su espacio, y creo además su circunstancia, esta última
como la razón de ser del ente arquitectónico, su circunstancia es
esa interrelación que guarda el edificio con su entorno, mediato e
inmediato, con las razones o recursos que consume para su
25 Proverbio popular, pero muy socorrido, similar a otro refrán, “candil de la calle oscuridad de la
casa.
77
operatividad, su respuesta al confort y al símbolo, a la luz y a la
sombra, que también implica la luz misma.
78
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82
m
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Fotografía de la maqueta de estudio, vista interior, se busca qw e el ju ego de s,ombras
sea un atractivo más dentro de la solución misma.
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PROPUESTA FINAL PARA LA FACHADA DEL EDIFICIO DE
POSGRADO
E N L A Z O N A D E L VESTíBULO
Y QUE GENERE
SOMBRA, BAJE EL CALOR EXCESIVO Y SE PROPICIE CONFORT AL
INTERIOR DEL EDIFICIO.
89
ANEXOS
DE CAkULOS TERMICOS, PLANOS DEL EDIFICIO EN
PLANTA BAJA, ALTA, SECCIONES Y DETALLES PARA LA
SOLUCIbN
DE SOSTEN DEL PERFIL “Z” PARA VENTILACIbN Y
SOPORTE DEL CRISTAL ESPEJO.
90
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VALORESPARACALCUL
Estado
Colima
* Tomado de la Guía para aplicar criterios de eficiencia energética en construcciones para uso habitacional
FACTOR DE CORRECIÓN DE SOMBREADO EXTERIOR
TEMPERATURAS Y HUMEDADES RELATIVAS
EQUILIBRIO PARA DIFERENTES TIPOS DE CLIMA
1
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