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BIOCLIMATICA

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FANNY FUENTES

on 23 November 2013

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BIOCLIMÁTICA
MURO TROMBE.
photo credit Nasa / Goddard Space Flight Center / Reto Stöckli
ARQUITECTURA
ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA
CHIMENEA DE CALOR
ESTACIONES DEL AÑO
PRIMERA Y SEGUNDA LEY TERMODINÁMICA
ALTITUD Y AZIMUT
SOLAR
GRACIAS!!
Se refiere al diseño de edificios teniendo en cuenta las condiciones climáticas, aprovechando los recursos disponibles (sol, vegetación, lluvia, vientos) para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energía.
En pocas palabras es aquella que tiene por objeto el logro de un gran nivel de confort térmico mediante la adecuación del diseño, la geometría, la orientación y la construcción del edificio a las condiciones climáticas de su entorno.
Se trata, pues de una arquitectura adaptada al medio ambiente, sensible al impacto que provoca en la naturaleza, y que intenta minimizar el consumo energético y con él, la contaminación ambiental.
El Banco Europeo de Inversiones situado en Luxemburgo
ha ganado el primer Premio de la convocatoria de este año para el Premio Emilio Ambasz para Arquitectura Verde (Bioclimátismo) de Edificios Internacionales.
Toda la fachada y tejados están hechos de cristal, la luz del día entra desde todos los ángulos en el edificio, y todas las oficinas disfrutan de luz natural. Las ventanas permiten a sus empleados controlar directamente la temperatura y ventilar de forma natural las estancias. Existe un invernadero que sirve para climatizar el edificio de forma natural, de forma que se ahorra una gran cantidad de energía.
Juega exclusivamente con las características locales del medio: relieve, clima, vegetación natural, dirección de los vientos dominantes, insolación, etc. así como, el diseño y los elementos arquitectónicos, sin utilizar sistemas mecánicos, que más bien se consideran como sistemas de apoyo.
Las variaciones se deben a la inclinación del eje terrestre. Por tanto, no se producen al mismo tiempo en el hemisferio Norte (Boreal) que en el hemisferio Sur (Austral), sino que están invertidos el uno con relación al otro.
Las estaciones son los periodos del año en los que las condiciones climáticas imperantes se mantienen, en una determinada región, dentro de un cierto rango. Estos periodos son normalmente cuatro y duran aproximadamente tres meses y se denominan: primavera, verano, otoño e invierno.
Distinta iluminación de la Tierra según la época del año
Mientras la Tierra se mueve con el eje del Polo Norte inclinado hacia el Sol, el del Polo Sur lo está en sentido contrario y las regiones del primero reciben más radiación solar que las del segundo. Posteriormente se invierte este proceso y son las zonas del hemisferio boreal las que reciben menos calor.
La inclinación del eje de giro de la Tierra respecto al plano de su órbita respecto al Sol, que hace que algunas regiones reciban distinta cantidad de luz solar según la época del año, debido a la duración del día y con distinta intensidad según la inclinación del Sol sobre el horizonte (ya que la luz debe atravesar más o menos atmósfera).
FORMAS DE TRANSMICIÓN DE CALOR
RECURSOS PARA LOGRAR UN DISEÑO BIOCLIMATICO
Es el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos
La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el que la tiene menor. La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan a la misma temperatura (equilibrio térmico).
Las llamas (o una plancha eléctrica) calientan el metal porque los gases de combustión están en contacto con el fondo y le transmiten el calor por conducción (el metal se dilata y sus partículas vibran más). El metal transmite el calor al agua del fondo del recipiente por conducción. El agua caliente del fondo asciende, originando corrientes conectivas (propagación por convección) y se mezcla con el agua fría. Las paredes de los recipientes calientes emiten radiación en el infrarrojo a los alrededores.
CONDUCCIÓN
EJEMPLO: RECIPIENTE METÁLICO CON AGUA AL FUEGO
CONVECCIÓN
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natura
RADIACIÓN
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío.
Es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente de calor y el receptor. No se produce ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio material para que se transmita.
EJEMPLO: PLACA SOLAR
El calor llega desde el Sol hasta la placa metálica por radiación. El metal de la placa emite radiación en el infrarrojo
El calor se transmite al líquido que está en contacto con la placa por conducción. En el líquido se establecen corrientes conectivas que lo mezclan y uniformizan el calor. El agua caliente sube y la fría baja. El agua más caliente sube al depósito superior y de la parte inferior de este depósito baja el agua más fría que entra por la parte de abajo de la placa

La primera ley de la termodinámica es una generalización de la ley de conservación de la energía que incluye los posibles cambios en la energía interna. Es una ley valida en todo el Universo y se puede aplicar a todos los tipos de procesos, permite la conexión entre el mundo macroscópico y microscópico.
PRIMERA LEY
Un ejemplo sencillo seria: Al remover con un taladro el agua contenida en un recipiente, le estamos aplicando trabajo, que es igual al calor que este emite al medio ambiente al calentarse. En este caso, el sistema puede ser el agua, el medio sería el taladro, el aire circundante y todo lo que está fuera del sistema que no sea agua (pues lo que está afuera recibirá calor del sistema).
La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y establece que la energía no se crea, ni se destruye solo se transforma. Como consecuencia de ello, un aumento del contenido de energía de un sistema, requiere de una correspondiente disminución en el contenido de energía de algún otro sistema.
La segunda ley de la termodinámica es un principio general que impone restricciones a la dirección de la transferencia de calor
SEGUNDA LEY
Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario Debido a esta ley se deduce que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
El calor se transfiere siempre de un cuerpo con mayor temperatura a uno con menor temperatura y nunca al contrario. Si quisiéramos realizar lo contrario sería mediante un proceso artificial, con la intervención de un trabajo.
Sistemas solares pasivos, activos e híbridos
Sistemas activos:

La energía solar captada en fachada o en el techo por un panel solar, calienta un fluido portador de calor, el cual transfiere esta energía a un almacenador. La circulación del fluido necesita gastar energía, que representa una fracción de la energía captada. El calentador de agua solar con bomba de circulación es un sistema activo muy conocido, así como el piso solar directo y los captores solares en general. El desempeño del sistema depende ante todo de su ajuste y de la calidad de sus componentes.

Sistemas híbridos:
Tienen un funcionamiento aleatorio, a veces pasivo, a veces activo, como los colectores ventana, con circuito de aire caliente o el captor de aire. El colector de ventana funciona de dos maneras: cuando el sol es débil se comporta como una ventana normal, cuando el sol es intenso una persiana veneciana baja en el espacio intermedio entre la ventana interna y la externa y un ventilador pulsa el aire en circuito cerrado del colector al almacenador. Estos sistemas son complejos, molestos y costosos.
Sistemas pasivos:
Los más usados son la ventana, la galería vidriada, invernadero, y el calentador de agua solar de termosifón.
La utilización pasiva de la energía solar se utiliza en realidad en todas las edificaciones con ventanas: consiste en dejar pasar los rayos solares por las aberturas transparentes, lo cual aporta luz y calor. La energía solar es captada y almacenada en las partes masivas internas del edificio, como (baldosas, cielos, paredes internas).
La implantación
La orientación
Vestir y desvestir los edificios
Determina la iluminación, los aportes solares, los desperdicios, la ventilación, etc., pero también la calidad del hábitat: comunicación, vistas, relación con los vecinos, etc.
La orientación de un edificio responde a su destino: la necesidad de luz natural, el interés a utilizar la radiación solar para calentar el edificio o por el contrario, la necesidad de protegerlo para que no se caliente, la presencia de vientos que puedan enfriarlo o calentarlo, son parámetros cuantificables y que deben considerarse cuando se decide cómo orientar el edificio.
HERRAMIENTAS ARQUITECTÓNICAS
Zonaje térmico y espacios tapones
Encerrar espacios en zonas diferentes permite crear espacios protectores y ambientes térmicos diferentes, más apropiados a su uso particular. Permite también crear espacios tapones y protectores al Norte del edificio de manera que la concepción y la organización interna mantenga un bienestar térmico durante todo el día.
TERMO
CIRCULACIÓN
Es un modo de distribuir el calor que causa el asoleamiento. Cuando por efecto de radiación solar una pared interior se calienta, cede una parte del calor acumulado al aire del ambiente por convección. En ese momento, el aire adquiere un movimiento ascendente creando una necesidad de aire más fresco. Contrariamente al viento que crea un flujo aire sensiblemente horizontal, los movimientos de aire debidos a gradientes de temperaturas, tienen un flujo más vertical.
Utilización de la vegetación y del agua
Las aberturas
Los pisos o pavimentos
La vegetación protege del viento y del sol. El agua tempera las variantes térmicas y permite refrescar el aire.
Por su masa térmica elevada, el agua atenúa las fluctuaciones de temperatura, restando calor al aire, para pasar al estado de vapor, reduce la temperatura del ambiente
La vegetación como enredadera contribuye a mejorar el comportamiento energético del edificio. El vapor emitido por la transpiración de las hojas, permite refrescar el aire.
El empleo de espejos de agua favorece la creación de microclimas y disminuye las variaciones diarias de temperatura. Los sistemas de aspersión refrescan igualmente el ambiente.
El agua encuentra en el aire, el calor necesario para pasar del estado de líquido a vapor; la temperatura del aire se ve así reducida y la humedad relativa del aire aumenta. Para maximizar este efecto, conviene aumentar la superficie de contacto aire-agua y el movimiento relativo del aire en relación al agua. Existen numerosas soluciones que emplean el agua: paredes lloronas, techos piscinas, y/o ajardinados, cascadas de agua, que además introducen el ruido del agua como elemento de relajación, etc.


Un muro Trombe o Trombe-Michel, es un muro orientado hacia el sol, al sur en el hemisferio norte y al norte en el hemisferio sur. Está construido con materiales que puedan acumular calor bajo el efecto de masa térmica, combinado con un espacio de aire y una lámina de vidrio.
Trabaja básicamente absorbiendo radiación solar en la cara exterior y transfiriendo este calor a través de la pared por conducción. Es posible añadir orificios de ventilación en la pared para distribuir el calor dentro de una habitación, por convección (termocirculación), exclusivamente durante las horas de luz.
Consiste básicamente de una pared gruesa entre unos 20 y 40 centímetros, y enfrente un vidrio solo o doble. El vidrio se coloca entre unos 20 a 150 cm de la pared para generar un espacio pequeño o cámara de aire, en la cual no se pueda producir efectos conductivos. Adicionalmente es posible colocar una película oscura sobre la pared en la parte exterior para absorber parte del espectro solar visible y emitir una pequeña porción del rango infrarrojo. Esta absorción transforma esta luz en calor en la superficie de la pared disminuyendo la reflexión.


1. Un muro interior de gran inercia térmica; puede ser de piedra o adobe pintado de negro o de un material que refleje el calor, como una lámina metálica, pero en todo caso, siempre protegida con un aislante al interior.
2. Una lámina de vidrio lo más espesa posible; mejor si es triple o doble con una cámara de aire interior.
3. Un alero superior que proteja el espacio interior para que no caiga ningún cuerpo extraño entre el muro interior y la lámina de vidrio.
4. Un espacio intermedio delimitado por el muro y el vidrio, que debido a la radiación solar siempre tendrá una temperatura mucho mayor que el exterior e interior, a través del efecto invernadero. Ésta es la clave del funcionamiento del muro Trombe.
5. Cuatro orificios con sus respectivas válvulas; dos superiores (interior y exterior) y dos inferiores (interior y exterior).

El sistema se compone de las siguientes partes
Una chimenea solar designada a menudo una chimenea termal, es una manera de mejorar la ventilación natural de edificios usando la convección del aire calentado por energía solar pasiva.
Una descripción simple de una chimenea solar, es la de un eje vertical que utiliza energía solar para realzar la ventilación natural del apilado de pisos en un edificio.
En su forma más simple, una chimenea solar consiste en una chimenea pintada de negro. Durante el día la energía solar calienta la chimenea y el aire dentro de ella, creando una corriente de aire ascendente en la chimenea.

elementos de diseño
• El área del colector solar: Esta superficie se puede situar en la parte superior de la chimenea o puede incluir el eje del tiro entero.
• La orientación, el tipo de pintura, el aislamiento y las características térmicas de este elemento son cruciales para captar, conservar y utilizar la energía solar.
• El eje principal de la ventilación: La localización, la altura, la sección representativa y las características térmicas de esta estructura son también muy importantes.
• Los orificios de entrada y salida: Las dimensiones, localización así como aspectos aerodinámicos de estos elementos son también significativos en el rendimiento.
Ángulo vertical entre el horizonte y el sol, se mide con un sextante. Es decir, el ángulo entre el plano horizontal y el sol, medido en el plano vertical desde un punto de referencia. La altitud cambia cada día durante el año solar (De 0º a 90º), siendo más bajo en invierno y más alto en verano (según la situación geográfica desde donde se mida).
Se conoce como azimut al desplazamiento angular del sol, del este al oeste (para el hemisferio sur) Define la hora del día (El sol sale por el Este=90º y se pone por el Oeste=180º).
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