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CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO: La consecución del confort desde la arquitectura bioclimática Mª Fernanda Pita Dpto. de Geografía Física y AGR Universidad de Sevilla [email protected]

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CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:

La consecución del confort desde la arquitectura

bioclimática

Mª Fernanda Pita Dpto. de Geografía Física y AGR

Universidad de Sevilla [email protected]

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CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:

La consecución del confort desde la arquitectura

bioclimática

1. La noción de arquitectura bioclimática

2. El confort térmico 2.1. Mecanismos del confort térmico.

2.1. Las variables intervinientes en el confort A. Las variables no climáticas

B. Las variables climáticas.

C. Índices y diagramas bioclimáticos

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Noción de arquitectura bioclimática

“La concepción bioclimática es, ante todo, una especie de compromiso cuyas bases son: un programa de arquitectura, un paisaje y un lugar, una cultura, unos materiales locales,

cierta noción del bienestar y el abrigo y cuya síntesis es la envoltura habitable” (Vardou, P. y Arzumenian, V).

Grandes principios - En vez de negar y destruir el ecosistema natural, incorporarlo al diseño arquitectónico. - Aplicación del uso de la energía limpia y natural - El entorno natural y el contexto arquitectónico deben interrelacionarse e influirse mutuamente. - Se debe recuperar la influencia del lugar en las decisiones de diseño; en realidad, se debe comprender el lugar, con sus condicionantes físicos y climáticos, pero también con sus aspectos culturales, históricos y estéticos.

LUGAR Contexto Entorno

HISTORIA CULTURA

ARQUITECTURA MEDIOAMBIENTAL

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OTRAS DEFINICIONES DE ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA

Arquitectura solar pasiva (uso eficiente de la energía solar sin el uso de sistemas mecánicos)

Arquitectura solar activa (aprovechamiento de la energía solar mediante sistemas mecánicos y/o eléctricos)

Arquitectura sostenible (reflexiona sobre el impacto ambiental de todos los procesos implicados en una vivienda)

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LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA DESDE LA CLIMATOLOGÍA

DEFINICIÓN Aquella arquitectura que tiene en cuenta el clima y las condiciones del entorno

para ayudar a conseguir el confort térmico interior. Juega exclusivamente con el diseño y los elementos arquitectónicos,

sin utilizar sistemas mecánicos, que son considerados más bien como sistemas de apoyo”.

BENEFICIOS Reducción del consumo energético

Reducción de las emisiones de GEI

Reducción de la contaminación atmosférica

-50% de energía en Europa se destina al funcionamiento de los edificios -El diseño solar pasivo reduce el consumo energético en calefacción y refrigeración en un 50% en viviendas y 30% en edificios públicos -Los sistemas solares para agua caliente reducen el consumo energético hasta en un 80% -Un buen diseño puede reducir las necesidades de iluminación artificial en un 40% en viviendas y 60% en edificios de oficinas.

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CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:

La consecución del confort desde la arquitectura

bioclimática

1. La noción de arquitectura bioclimática

2. El confort térmico 2.1. Mecanismos del confort térmico.

2.1. Las variables intervinientes en el confort A. Las variables no climáticas

B. Las variables climáticas.

C. Índices y diagramas bioclimáticos

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EL CONFORT HUMANO

TÉRMICO LUMÍNICO ACÚSTICO CALIDAD DEL AIRE

- Condición mental que expresa satisfacción con el ambiente térmico (Norma ISO 7730)

- Zona delimitada por unos umbrales térmicos en los que el mayor número de personas manifiestan sentirse bien -Conjunto de condiciones en las que los mecanismos de autorregulación son mínimos

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LOS MECANISMOS DEL CONFORT TÉRMICO

Mantenimiento de la temperatura interior en 37ºC

La piel, sensor de frío (T<34º). Vasoconstricción y producción interna de calor mediante movimientos musculares

El hipotálamo, sensor de calor (T interior >37º). Dilatación de vasos sanguíneos y sudación como pérdida de calor.

Neutralidad térmica: Equilibrio entre impulsos de frío y calor

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LOS REQUISITOS PARA EL CONFORT TÉRMICO

La combinación actual de la temperatura de la piel y la temperatura del núcleo del cuerpo debe proporcionar una sensación térmica neutra.

El calor producido por el metabolismo debería ser igual a la cantidad de calor disipada por el cuerpo.

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LA ECUACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO

M = H + E

Donde: M = Nivel Metabólico. Cantidad de energía química transformada en calor y trabajo mecánico por actividades aeróbicas y anaeróbicas en el cuerpo. H = Pérdida de Calor Seco por convección, radiación y conducción (Depende de la temperatura radiante) E = Intercambio de calor por evaporación (Depende de la humedad) Todas las magnitudes se expresan en W/m2

La resolución de la ecuación depende de: -Variables climáticas del entorno -Variables no climáticas: Nivel metabólico y nivel de ropa

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CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:

La consecución del confort desde la arquitectura

bioclimática

1. La noción de arquitectura bioclimática

2. El confort térmico 2.1. Mecanismos del confort térmico.

2.1. Las variables intervinientes en el confort A. Las variables no climáticas

B. Las variables climáticas.

C. Índices y diagramas bioclimáticos

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LAS VARIABLES DETERMINANTES DE LA SENSACIÓN DE CONFORT

CLIMÁTICAS

-Temperatura del aire

-Temperatura radiante (termómetro de globo)

-Humedad del aire

-Viento

NO CLIMÁTICAS

-El aislamiento natural del individuo

-La ropa

-La actividad física

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EL AISLAMIENTO EJERCIDO POR LA ROPA (Coeficiente de transmisión térmica)

Vestimenta Clo

(1 clo = resistencia térmica de 0,155 m2/K/W)

Desnudo 0

Pantalón corto 0,1

Traje veraniego 0,5

Traje masculino ligero 1

Traje femenino invier. 0,9

Traje masculino invier 2

Clo = Aislamiento térmico necesario para mantener el confort durante 8 horas a una

persona en reposo, con 20ºC de temperatura , 50% de humedad relativa y sin influencia de la radiación solar.

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LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL NIVEL METABÓLICO

ACTIVIDAD ENERGÍA (W/h) met

Dormir (metabolismo basal)

65-79 0,65-0,79

Estar sentado descansando

115 1,15

Trabajo de oficina 130-160 1,3-1,6

Conducir

De pie trabajo ligero

160-190 1,6-1,9

De pie con desplazamiento

230-290 2,3-2,9

Transporte de pesos moder

290-400 2,9-4

Trabajo intenso 430-600 4,3-6

METABOLISMO

Proceso mediante el cual La materia alimenticia

Se combina con el oxígeno Y genera la energía requerida Para el funcionamiento de los

Mecanismos fisiológicos

MET

Dispersión de 50 Kcal/h/m2 = 58 W/m2

Superficie corporal standard

= 100 W cada met

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LA TEMPERATURA MEDIA RADIANTE

Temperatura que integra, además de la temperatura del aire, el calor que se recibe por radiación desde el entorno.

Tmr = Tg + 0,24·(Tg – Ta)·V

Donde: Tg = Temperatura del termómetro de globo

Ta = Temperatura del aire V = velocidad del viento.

En ausencia de viento: Tmr = Tg

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EL EFECTO DE LA HUMEDAD SOBRE LA SENSACIÓN TÉRMICA

Temp Humedad relativa (%)

(º C) 30 50 70 80 90 100

20 20 21,1 22,2 22,8 23,4 23,9

25 25 26,7 27,8 28,9 30 31,1

30 30 32,2 35 37,2 37,8 39,4

35 35 38,8 42,2 44,4 46,7 48,9

40 40 45 50

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El efecto del viento sobre la sensación térmica

W Notación Confort

0-149 -2 Muy Hipotónico

150-299 -1 Hipotónico

300-599 0 Confortable

600-899 1 Hipertónico

900-1999 2 Muy hipertónico

tvvW 3345,10*100

Indice de enfriamiento eólico de Siple y Passel (wind chill)

W = Poder refrigerante del aire. Kcal/m2/h V = velocidad del viento en m/s T= temperatura del aire en ºC

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T (°C)

V10 (km/h)

5 0 -5 -10 -15 -20

5 4 -2 -7 -13 -19 -24

10 3 -3 -9 -15 -21 -27

15 2 -4 -11 -17 -23 -29

20 1 -5 -12 -18 -24 -30

25 1 -6 -12 -19 -25 -32

30 0 -6 -13 -20 -26 -33

35 0 -7 -14 -20 -27 -33

40 -1 -7 -14 -21 -27 -34

45 -1 -8 -15 -21 -28 -35

50 -1 -8 -15 -22 -29 -35

55 -2 -8 -15 -22 -29 -36

60 -2 -9 -16 -23 -30 -36

65 -2 -9 -16 -23 -30 -37

70 -2 -9 -16 -23 -30 -37

75 -3 -10 -17 -24 -31 -38

80 -3 -10 -17 -24 -31 -38

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CLIMA, ARQUITECTURA Y URBANISMO:

La consecución del confort desde la arquitectura

bioclimática

1. La noción de arquitectura bioclimática

2. El confort térmico 2.1. Mecanismos del confort térmico.

2.1. Las variables intervinientes en el confort A. Las variables no climáticas

B. Las variables climáticas.

C. Índices y diagramas bioclimáticos

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LOS DIAGRMAS BIOCLIMÁTICOS. El nomograma de la temperatura efectiva

(American Society of Heating Refrigeration and Air Conditioning Engineers) (ASHRAE)

CONDICIONES

-Actividad sedentaria -Vestimenta = 1 clo

CONFORT

21ºC – 26ºC 0,15 m/s>V<1,15 m/s

Temp. efectiva

Tamp. del termómetro seco que haría sudar a una persona con Hum rel =50%

con la misma intensidad que en las condiciones a

ambientales dadas.

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La temperatura efectiva en Madrid

EJEMPLO

T seca= 25º T hum = 20º

V = 3 m/s

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Temperatura efectiva y sensaciones térmicas

FERNANDEZ GARCIA, 1995

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Diagrama bioclimático de Olgyay

Latitud 40º Exterior

1 clo Actividad ligera

Otras latitudes

Subir zona de confort 0,5ºC por cada 4º de disminución de latitud Hasta linea superior en máximo de 30ºC

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Diagrama de Olgyay para Madrid (Tmed)

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Diagrama de Olgyay para las temperaturas máximas y mínimas de Madrid

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OTROS ÍNDICES DE CONFORT

PREDICTED MEAN VOTE (PMV)

PHYSIOLOGICAL EQUIVALENT TEMPERATURE (PET)

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ÍNDICES Y SENSACIONES DE CONFORT

PMV PET Thermal perception Physiological stres

-3,5

4

Very cold Extreme cold stress

-2,5

8

Cold Strong cold stress

-1,5

13

Cool Moderate cold stress

-0,5

18

Slightly cool Slight cold stress

0,5

23

Comfortable No thermal stress

1,5

29

Slightly warm Slight heat stress

2,5

35

Warm Moderate heat stress

3,5

41

Hot

Strong heat stress

Very hot Extreme heat stress

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Diagrama de Givoni para entornos cerrados

ÁREA DE CONFORT

Metabolismo medio Ropa ligera de verano Actividad sedentaria

Sin viento Sin radiación solar

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Diagrama de Givoni (2) Mes de agosto en una estación de Túnez

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Diagrama de Givoni (3)

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Diagrama de Givoni (Aclaración)

Zona de fuerte inercia térmica (I). Una vivienda con fuerte inercia térmica es capaz de promediar en su interior las temperaturas extremas del exterior. Por ello, si la temperatura media de nuestra línea climática (MED) cae dentro de la zona de confort, y MAX está dentro de la zona I, en principio es posible obtener confort permanente en el interior de una vivienda de estas características. Para que esta técnica sea válida, debemos evitar las ganancias por radiación solar, sobre todo por el tejado (tejado sombreado), y a través de las ventanas. Zona de fuerte inercia térmica con ventilación nocturna (IVN). Cuando MED no cae dentro de la zona de confort, pero sí MIN, y MAX está dentro de la zona IVN, es posible obtener confort en una vivienda de fuerte inercia térmica, protegida adecuadamente de la radiación solar, y si realizamos una eficaz ventilación nocturna (para lo cual la casa debe estar bien diseñada para captar las brisas, y debe haber amplias superficies de contacto que permitan perder calor). Zona de refrigeración por evaporación (E). En los puntos de la línea climática que estén dentro de esta zona, es posible obtener confort térmico utilizando la técnica de refrigeración por evaporación. Consiste en humidificar el aire exterior haciéndolo pasar a través de un material poroso (tela) permanentemente humedecido. Este aire se introduce en la casa mezclándolo en la proporción adecuada con el aire interior para obtener confort. Es una técnica tradicional utilizada en climas desérticos que no precisa obligatoriamente de aparatos mecánicos. Zona de deshumidificación (DH). En los puntos de la línea climática que están en esta zona, es necesario una climatización artificial de enfriamiento con deshumidificación del aire. Zona de aire acondicionado (AC). En los puntos de la línea climática que están en esta zona, es necesario una climatización artificial de enfriamiento del aire. Zona de calefacción (H). En los puntos de la línea climática que están en esta zona, es necesario el uso de calefacción o utilizar captación solar pasiva. Si consideramos un edificio con fuerte inercia térmica, nos fijaremos en la media de la línea climática, MED. Si este está en la zona H, entonces será necesario utilizar calefacción o captación solar pasiva.

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Mes T TM Tm R H DR DN DT DF DH DD I

Enero 10.6 15.9 5.2 65 72 6 0 0 4 2 11 179

Febrero 12.2 17.9 6.7 54 68 6 0 0 3 1 8 183

Marzo 14.7 21.2 8.2 38 61 5 0 1 3 0 9 224

Abril 16.4 22.7 10.1 57 60 7 0 2 2 0 6 234

Mayo 19.7 26.4 13.1 34 57 4 0 1 1 0 7 287

Junio 23.9 31.0 16.7 13 52 2 0 1 1 0 12 312

Julio 27.4 35.3 19.4 2 47 0 0 0 0 0 21 351

Agosto 27.2 35.0 19.5 6 50 0 0 0 0 0 19 328

Septiembre 24.5 31.6 17.5 23 54 2 0 1 1 0 12 250

Octubre 19.6 25.6 13.5 62 63 6 0 1 2 0 9 218

Noviembre 14.8 20.1 9.3 84 71 6 0 1 2 0 9 186

Diciembre 11.8 16.6 6.9 95 75 8 0 1 3 1 9 154

Año 18.6 24.9 12.2 534 61 52 0 9 23 4 129 2898

Valores Normales del Aeropuerto de Sevilla (1971-2000)

V

m/s

1,81 2,13 2,18 2,31 2,39 2,42 2,34 2,12 1,93 1,86 1,84 1,92

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Mes T TM Tm R H DR DN DT DF DH DD I

Enero 2.8 7.0 -1.5 32 77 6 5 0 4 20 6 142

Febrero 4.1 8.7 -0.5 22 72 5 4 0 2 16 5 154

Marzo 5.9 11.4 0.5 23 64 4 3 0 2 14 6 207

Abril 7.5 12.8 2.3 42 63 8 2 1 2 7 4 209

Mayo 11.4 16.9 5.8 50 60 9 1 2 1 2 4 249

Junio 16.0 22.6 9.4 37 53 5 0 3 1 0 7 297

Julio 19.7 27.2 12.2 16 43 2 0 2 0 0 14 350

Agosto 19.5 26.8 12.1 19 44 2 0 2 0 0 13 324

Septiembre 16.1 22.6 9.5 29 55 4 0 2 1 0 8 247

Octubre 10.8 16.0 5.6 40 68 6 0 0 2 2 6 187

Noviembre 6.2 10.8 1.6 43 76 6 2 0 4 12 6 143

Diciembre 4.0 8.0 -0.1 44 79 7 3 0 4 15 5 118

Año 10.4 15.9 4.8 400 63 66 20 13 23 90 83 2644

Valores Normales de Ávila (1971-2000)

V

m/s

1,50 2,00 1,99 2,35 2,40 2,00 2,10 1,89 1,93 1,85 1,72 1,98

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Mes T TM Tm R H DR D

N DT DF DH DD I

Enero 10.4 13.1 7.6 128 76 14 0 1 1 0 4 108

Febrero 10.9 13.7 8.0 102 76 14 0 1 1 0 3 112

Marzo 11.7 14.9 8.6 79 73 12 0 1 1 0 4 155

Abril 12.5 15.5 9.4 85 75 13 0 2 1 0 4 167

Mayo 14.4 17.4 11.4 80 77 11 0 2 3 0 2 191

Junio 16.7 19.8 13.7 42 77 7 0 1 5 0 4 220

Julio 18.7 21.8 15.6 30 79 5 0 1 7 0 6 240

Agosto 19.2 22.5 16.0 35 78 6 0 1 7 0 5 240

Septiembre 18.2 21.5 14.8 68 78 8 0 1 6 0 5 179

Octubre 15.6 18.7 12.6 110 78 12 0 1 3 0 3 150

Noviembre 13.0 15.8 10.3 114 78 14 0 2 2 0 3 107

Diciembre 11.5 14.0 8.9 135 77 15 0 2 1 0 4 93

Año 14.4 17.4 11.4 1008 77 131 0 16 37 0 48 1966

Valores Normales de A Coruña (1971-2000)

V

m/s

2,33 3,58 3,18 2,90 3,15 2,92 3,35 2,76 2,05 2,89 3,50 3,66

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MODELO RAY MAN BIBLIOGRAFIA

http://www.urbanclimate.net/rayman/index.htm. Página web de

Andreas Matzarakis dedicada al Ray Man http://www.urbanclimate.net/climtour/climtour_tools.htm.

Página web de Andreas Matzarakis dedicada a softwares propios para análisis climático, entre los que se encuentra El Ray Man.

http://www.mif.uni-freiburg.de/rayman/description.htm. Descripción del Ray Man

http://www.mif.uni-freiburg.de/isb/ws3/report/dTcl_2007_matazrakisrutz.pdf. Artículo reciente de Matzarakis sobre el Ray Man

http://www.ceg.ul.pt/climlis/recent_dev_files/Andrade.pdf. Aplicación del Ray Man a la ciudad de Lisboa.