diseño bioclimático de la vivienda - smie · retraso térmico. materiales y procedimientos muros...
TRANSCRIPT
David MorillDavid Morillóón Gn Gáálvezlvez
Febrero del 2004Febrero del 2004
DiseDiseñño o bioclimbioclimááticotico de la de la viviendavivienda
Puntos a tratarPuntos a tratar
Introducción¿qué es el diseño bioclimático?Como hacer diseño bioclimáticoNormas Oficiales Mexicanas y diseño bioclimáticoProyectos bioclimáticos en MéxicoConclusiones
GeneralidadesGeneralidades
En México más de 66 % de la superficie del país presente condiciones de clima cálido (seco en el norte y húmedo en las costas)
Aproximadamente el 23% del total del consumo de energía del país corresponde al sector relacionado con los edificios
Un 80% de la energía que se consume, tiene su origen en la quema de hidrocarburos
Comportamiento de la Demanda en el Norte del País
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Meses
MW
Noreste
Norte Noroeste
Península de B.C.
Comportamiento tComportamiento téérmico de una rmico de una vivienda en Hermosillovivienda en Hermosillo
20
25
30
35
40
45
15:00
17:00
19:00
21:00
23:00
01:00
03:00
05:00
07:00
09:00
11:00
13:00
15:00
Horas
Tem
pera
tura
(°C
)
Concreto Celular Exterior Block hueco
Aportaciones de calor a travAportaciones de calor a travéés s de la envolventede la envolvente
VENTANAS
INFILTRACION
MUROS
TECHO
CARGA INTERNA
PUERTAS
Techo con material de pocaTecho con material de pocaconductividad tconductividad téérmicarmica
VENTANAS
INFILTRACION
MUROS
TECHO
CARGA INTERNA
PUERTAS
Techo y muros con materiales de poca Techo y muros con materiales de poca conductividad tconductividad téérmicarmica
VENTANAS
INFILTRACION
MUROS
TECHO
CARGA INTERNA
PUERTAS
Arquitectura, medio ambiente y uso de las Arquitectura, medio ambiente y uso de las energenergíías renovablesas renovables
Diseño Bioclimático
Arq. Ecológica
Heliodiseño
Arq. Solar
Arq. Autosuficiente
Edificios verdes (Green Building)
Arq. Sustentable
Entre otros
DiseDiseñño bioclimo bioclimáático tico
Acción de proyectar o construir considerando la interacción de los elementos del clima con la construcción, a fin de que sea esta misma la que regule los intercambio de materia y energía con el ambiente y determine la sensación de confort térmico en interiores
CONDICIONESAMBIENTALES
CONDICIONESDE CONFORT
TAREA DECONTROL
TAREA DECONTROL
CONTROLESACTIVOS
DISEÑOBIOCLIMÁTICO
MetodologMetodologíía para el disea para el diseñño adecuado al o adecuado al ambiente energambiente energéético tico
APLICACIAPLICACIÓÓNN
PermanentePermanente
SimultaneaSimultanea
SecuencialSecuencial
IndividualIndividual
NIVELESNIVELES
ConcienciaConciencia
ConocimientoConocimiento
AcciAccióónn
Apoyo
PARADIGMAPARADIGMA
SISTEMASSISTEMAS
FASESFASES
HERRAMIENTASHERRAMIENTASApoyo
InformaciInformacióónnSignificativaSignificativa(Condicionantes)(Condicionantes)
DiagnosticoDiagnostico(Confrontaci(Confrontacióón de n de condicionantes)condicionantes)
EntradasEntradas
SISTEMA SISTEMA HUMANOHUMANO
SISTEMASISTEMADEL DEL
ENTORNOENTORNO
SISTEMA SISTEMA TECNOLOGICOTECNOLOGICO
SINTESISSINTESISPROYECTALPROYECTAL
Formas de llegar al diseFormas de llegar al diseñño o bioclimbioclimáático de la viviendatico de la vivienda
•Retrofit: Programas como ASI, de la Comisión Federal de Electricidad; aislar techos y ventanas, cambio del equipo de aire acondicionado y de iluminación incandescente.
•Nuevos diseños: Capacitación y Normas de Eficiencia Energética (Sobre lineamientos para el diseño térmico de la envolvente arquitectónica)
LocalizaciLocalizacióónn
Confort tConfort téérmicormico
-20.00
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
mesesº C
MÍNIMA EXTREMA PROM. MÍNIMA MEDIA PROM. MÁXIMA MÁXIMA EXTREMA0
10
20
30
40
50
60
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
meses
%
Temperatura
Humedad relativa
Viento
Radiación solar
ClimaClima
34 °C
33 °C
31 °C
30 °C
30 °C
TEMP. CORAZÓN
36.8 37.8 °C
TEMP. DE LA PIEL
34.8 °C
La ciudad de Puebla, fue fundada en bioclima semifrío y a una altura sobre el nivel del mar de 2166 metros
98°
19°
Diagrama bioclimDiagrama bioclimáático: Givoni tico: Givoni HUMEDAD RELATIVA
PRES
IÓN
DEL
VA
POR
mm
. DE
MER
CU
RIO
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
40%
45
40
30%
35
30
20%25
20
15
10%
10
5
0
100% 90% 80% 70% 60% 50% 50
35
30
25
20
15
10
5
0
EXTENSIÓNPARA ALTITUDES
2300A 3000
TEMP. DE BULBOHUMEDO °C
ZONA DEBIENESTAR
TÉRMICO
CALENTAMIENTOPASIVO
CALENTAMIENTOCONVENCIONAL
ENFRIAMIENTOEVAPORATIVO
INERCIATÉRMICA
RADIACIÓNINFRARROJANOCTURNA
DESHUMIDIFICACIÓN
VENTILACIÓN
HUMIDIFICACIÓN
AIRE ACONDICIONADO
Requerimientos de climatizaciRequerimientos de climatizacióónnPuebla, Pue.
Hr./mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiemb Octubre Noviemb Diciemb6789
10111213141516171819202122232412345
frío
calor confort
Mérida, Yuc.
Hr./mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiemb Octubre Noviemb Diciemb678910111213141516171819202122232412345
frío
calor
confort
Toluca, Mex.
Hr./mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiemb Octubre Noviemb Diciemb6789
10111213141516171819202122232412345
frío
confort
Agrupamiento: Evitar sombras en N-S, altos al N y bajos al S, espaciamiento 1.7 la altura del edificio
DiseDiseñño urbanoo urbano
Orientación de Fachada: Una crujía al S-SE , doble al NE-SO
Espacios exteriores: Plazas, plazoletas y andadores sombreados en verano y soleados en invierno
Recomendaciones generales Recomendaciones generales de proyecto para Pueblade proyecto para Puebla
Tipo de techo: Plano o inclinado con poca pendiente
Altura de piso a techo: Entre 2.30 m, y 2.40 m
Localización de las actividades: Estar, comer, dormir SE, Cocinar, aseo, circular NO y guardar O
Dispositivos de control solarDispositivos de control solar
Aleros: En aberturas de fachada S
Patios Interiores: Como invernadero con ventilación
Pórticos, balcones y vestíbulos: De transición entre el exterior y el interior
Vegetación: Hoja caduca en O y NE
Parteluces: En ventana O y SO
Tragaluces: En espacios de uso diurno, con control para verano
VentilaciVentilacióónn
Unilateral: La orientación no importa
Cruzada: Mínima, por encima de los ocupantes
Aberturas: ventanasAberturas: ventanas
Formas de abrir: Abatibles de proyección
Protección: Cortinas gruesas, postigos operables, persianas
Ubicación en fachada: Mínimas en el N, NE, NO, O y E, máxima SE a SO, no mayor 80%
Ubicación con el piso: En la parte alta
SelecciSeleccióón de materialesn de materiales•Propiedades ópticas
•Calor especifico
•Conductividad
•Peso volumétrico
•Resistencia térmica
•Transmitancia
•Retraso térmico
•Amortiguamiento
Aislante
Inercia térmica
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Tabique 12cm
Block 12 cm Concretonormal 10
cm
Block hueco15 cm
Concretocelular 10
cm
Adobe 25 cm
R (m
2 °C/W
)
0
2
4
6
8
10
12
Tabique 12 cm Block 12 cm Concretonormal 10 cm
Block hueco15 cm
Concretocelular 10 cm
Adobe 25 cm
Retr
aso
Térm
ico
(Hor
as)
CaracterCaracteríísticas tsticas téérmicas de los materialesrmicas de los materiales
Resistencia térmica
Retraso térmico
Materiales y procedimientosMateriales y procedimientos
Muros ext: Alta inercia térmica (masivos)
Muro int. Y entrepiso: Alta inercia térmica (masivos)
Techumbre: Masivos horizontal y inclinados con aislamiento
Pisos ext: Permeables
Color, textura y acabados ext: Baja reflectancia en muros y techos, color oscuro, textura rugosa
VegetaciVegetacióónn
Arbustos: Hoja caduca en SE a SO
Cubresuelos: En SE a SO
Árboles: Hoja perenne en norte, caduca en O y NO
NormasNormas
NOM-008-ENER: Eficiencia energética en edificaciones “Norma para la envolvente de edificios no residenciales”
DOF25/Abr/2001 entra en vigor en agosto
NOM-020-ENER: Eficiencia energética en edificaciones “Norma para la envolvente de edificios residenciales hasta de tres niveles”
Anteproyecto
NOMNOM--020020--ENERENEREficiencia EnergEficiencia Energéética en Edificacionestica en Edificaciones
Envolvente de edificios residenciales hasta cinco Envolvente de edificios residenciales hasta cinco nivelesniveles
Objetivo:Objetivo:
Limitar las ganancias de calor de las edificaciones a través de su envolvente
Racionalizar el uso de energía en los sistemas de enfriamiento
Criterio de aceptaciCriterio de aceptacióón:n:
rp φφ ≤Donde:
((φφ pp)) = Ganancia de calor a través del edificio proyectado
((φφ rr)) = Ganancia de calor a través del edificio de referencia
Los edificios de referencia y el proyectado:
Son idénticos en geometría, orientación, colindancia, dimensiones en planta y elevación
Son diferentes en las características de la envolvente
CaracterCaracteríísticas del edificio de sticas del edificio de referencia y proyectado:referencia y proyectado:
Edificio de referencia Edificio proyectado
TECHOParte opaca 100% La proyectadaParte no opaca 0% “K parte opaca Tabla 1 (norma)
W/m2 K“
PAREDES (MUROS)Fachada libre opaca 90% La proyectadaFachada libre no opaca 10% “K parte opaca Tabla 1 (norma)
W/m2 K“
Construcciones Construcciones bioclimbioclimááticasticas en en MMééxicoxico
Tlaxcala, colonia semiruralPrototipos de Infonavit (SLP, La Paz, Chih)Fraccionamiento los Guayabos en Guadalajara, residencial; ecológicosFraccionamiento hacienda de las torres en Cd. JuárezFraccionamiento en el DF y Cuernavaca200 viviendas en HermosilloDos fraccionamientos en ColimaVivienda bioclimática de ICAVivienda sustentable URBIVarios ejemplos de viviendas en todo el país
ClimatizaciClimatizacióón natural,n natural,
Muros escudo a la radiaciMuros escudo a la radiacióónn
Sistema de descarga de calorSistema de descarga de calor
Materiales adecuadosMateriales adecuados
OrientaciOrientacióón adecuada y n adecuada y
control solarcontrol solar
Calentamiento solar de aguaCalentamiento solar de agua
Vivienda bioclimVivienda bioclimáática detica de
Aire caliente
Vivienda con diseño bioclimáticoSistemas pasivosMateriales adecuadosUso de energías renovablesEficiencia energéticaCaptación y tratamiento de aguaDiseño urbano sustentableManejo de desechos sólidos
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Gan
anci
as d
e ca
lor (
W)
Ref
eren
cia
F. S
ur
Som
brea
da
Ais
lada
Som
b y
Ais
l
Som
b, A
isl y
Veg
Som
b, A
isl,
Veg
yM
uro
desc
Aislante,
5 cm de poliestireno
Sistemas de ventilación subterránea
Sistemas de descarga de calor
8.65
4.50
planta baja
4.50
B'
6.02
2.49
1.30
1.55
1.55
1.55
1.55
1.551.551.55 1.55 1.551.55
1.55
1.55
1.55
1.55
1.30
1.405 piezas
2.248 piezas
a hueso28 x 28 cm colocadas
piezas precoladas
2.248 piezas
1.405 piezas
28 x 28 cm colocadas piezas precoladas
a hueso
30x60x90 cm
piezas precoladastrapezoidales
28 x 28 cm colocadas piezas precoladas
a hueso
1.124 piezas
1.124 piezas
B
A A'
1.65 1.65
DF y CuernavacaDF y Cuernavaca
Techo con concreto normalTecho con concreto normalFachada Principal al Este
5.- Resumen del Cálculo
5.1.- Presupuesto energético
Ganancia por conducción
(W)
Ganancia por radiación
(W)
Referencia (φcr) -596.38 (φsr) 2,111.50 (φr) 1,515.13
Proyectado (φcp) -544.78 (φsp) 2,177.12 (φp) 1,632.34
5.2.- Cumplimiento
Si (φr) >(φp) FALSO No (φr) < (φp)
Ganancia totalFórmula
φr= φrc + φrs
φp= φpc + φps
(W)
Fachada Principal al Sur
5.- Resumen del Cálculo
5.1.- Presupuesto energético
Ganancia por conducción
(W)
Ganancia por radiación
(W)
Referencia (φcr) -616.46 (φsr) 2,215.39 1,598.93
Proyectado (φcp) -647.23 (φsp) 1,749.36 1,102.13
5.2.- Cumplimiento
Si (φr) >(φp) X No (φr) < (φp)
Ganancia totalFórmula
φr= φrc + φrs
φp= φpc + φps
(W)
CostoCosto--beneficio beneficio
Diseños convencionales
Altos requerimientos de
energía
Diseños bioclimáticos
Ahorros reales de energía
Costos totales:Costos totales:gCosto de adquisición de la edificación
nLotenViviendanUrbanizaciónnEquipamiento
gCostos de mantenimientonReposiciónnMisceláneosnDepreciaciónnLimpieza de equipos
gCostos de operaciónnEnergíanDemandanFactor de potencia
InversiInversióón n inicial ( Iinicial ( Ioo))
Diseño convencional
Diseños bioclimáticos
$$
ConclusionesConclusiones
Edificios confortables de bajo consumo energético
Los costos de energía eléctrica para los usuarios pueden ser reducidos en forma importante, si el diseño de la edificación es el adecuado.Los usuarios pueden tener ahorro de energíaVivir en mejores condiciones de confort.
Algunas medidas de diseño bioclimáticono tienen costo