Youblisher.com-37369-Arquitectura y Energia Natural

Arquitecturay

energa natural

Rafael Serra FlorensaHelena Coch Roura

Esta obra fue galardonada por la UPC en 1991

Politext 40

La presente obra fue galardonada en el primer concurso"Ajuts a l'elaboraci de material docent" convocado por la UPC en 1991.

Primera edicin:septiembre de 1995

Diseo de la cubierta: Antoni Gutirrez

Los autores, 1995

Edicions UPC, 1995Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, 08034 BarcelonaTel.: 934 016 883 Fax: 934 015 885Edicions Virtuals: www.edicionsupc.esE-mail: [email protected]

Produccin: Servei de Publicacions de la UPCy CBS Impressi digitalPintor Fortuny 151, 08224 Terrassa (Barcelona)

Depsito legal: B-7.167-95ISBN: 84-7653-505-8

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorizacin escrita de los titulares del copyright, bajo lassanciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcial de esta obra por cualquiermedio o procedimiento, comprendidos la reprografa y el tratamiento informtico, y la distribucinde ejemplares de ella mediante alquiler o prstamo pblicos.

Introduccin 5

Presentacin

A menudo tenemos que referirnos a las diversas crisis que hoy afectan a la arquitectura, ecosrelativamente descontextualizados de algunas crisis culturales ms generalizadas. Aquella relativaclaridad estilstica y aquella unanimidad de contenidos que se mantuvo quizs hasta los ltimos aos70, ya no son referencias vlidas, lo cual seguramente no indica una decaida cultural , pero s undesconcierto que de alguna manera reclama nuevos esclarecimientos puntuales. Tambin a menudohemos indicado que, sin perder las ansias de investigacin - y hasta los alardes menos sinceros denovedad a ultranza - conviene repuntualizar algunas categoras trascendentes en la evolucin de laarquitectura, sin las cuales sera difcil situar esta disciplina en una validez histrica. Entre estascategoras destacan fundamentalmente tres: la concepcin servicial en trminos ampliamente sociales,la adecuacin a una idea de ciudad y la capacidad de expresar compositivamente la realidad tangiblede la buena construccin.

Al hablar de la ltima de esas tres categoras solemos referirnos a los materiales, los sistemas deconstruccin y, en general, a los temas de carcter tectnico. Pero, a veces, olvidamos otros elementosque tienen la misma trascendencia y que estan tambin en la base de los procesos compositivos de laarquitectura, especialmente la de los ltimos aos, durante los cuales se ha ampliado considerablementeel concepto de confortabilidad y se ha exigido mayor atencin a las cuantificaciones energticas. Laexigencia de la construccin ya no se plantea solamente en trminos tectnicos, sino tambin en losespecficamente ambientales: lo visual, lo acstico y lo climtico. La lgica de la forma de laarquitectura viene, por lo tanto, determinada tambin por los parmetrosobjetivos del ambiente, los cuales entran ya a formar parte de las propuestas para un nuevo ordenarquitectnico.

Desgraciadamente, estos temas suelen ser estudiados segn contextos cientficos demasiado abstractos,de manera que son dificilmente traducibles directamente a las opciones arquitectnicas y urbansticas.Este libro de Rafael Serra Florensa logra establecer - seguramente por primera vez en nuestro mbitocultural - aquella traduccin directa, aquella interpretacin arquitectnica de los parmetros fsicos ypsicolgicos del ambiente.

Arquitectura y energa natural6

Por esta razn va a ser un libro de consulta indispensable para los que entendemos que la arquitecturadebe responder prioritariamente a las realidades sociales, contextuales y constructivas si queremosreencontrar una nueva normalidad histrica. Sobre todo para los que interpretamos la lgica de laconstruccin ms all de las condiciones tectnicas.

Pero, adems, va a ser un libro que abrir definitivamente la polmica sobre la calidad del ambiente y,consecuentemente, sobre la utilizacin lgica adecuada de las fuentes energticas y la reinterpretacinde los medios naturales en la construccin del habitat humano. La larga experiencia docente y lasolvencia profesional del profesor Serra lo acreditan sobradamente.

Oriol Bohigas

Introduccin 7

Introduccin

El libro que presentamos es el resultado de la fusin de dos libros ya publicados ; "Les energies al'arquitectura" y "El disseny energtic a l'arquitectura". Dichos libros, concebidos didacticamente,creemos que presentan adems, un inters general para profesionales de la arquitectura, que justificasu publicacin como un conjunto nico.

En la primera parte del texto, tratamos los aspectos bsicos o principios cientficos de lo que representanlas energas en la arquitectura y, a continuacin, en la segunda parte, desde las tcnicas ms generalesdel diseo hasta las ms particulares; acsticas, lumnicas y climticas que, permiten el mejoraprovechamiento de las energas naturales en los edificios.

La primera parte consideramos que es la base introductoria para el estudio de los sistemas, naturaleso artificiales, de control ambiental en los edificios. En esta parte se plantean los principios fsicos,fisiolgicos y psicolgicos que, permiten comprender los sistemas de iluminacin natural y artificial,la acstica y los sistemas de calefaccin, de acondicionamiento, etc.. A partir de estos principios sepodra acceder a algun sistema de control ambiental aplicable en la arquitectura.

En la segunda parte, penetramos en el estudio del aprovechamiento de las energas naturales en losedificios. Primero analizando cmo las diferentes decisiones generales del proyecto arquitectnicoinfluyen sobre su comportamiento ambiental y, a continuacin tratando los sistemas especficos,climticos, lumnicos y acsticos que aprovechan estas energas naturales.

Hoy en da, los problemas medioambientales y la escasez, siempre latente, de los recursos energticosposibles hacen muy importante el aprovechamiento de las energas naturales. En este contexto laarquitectura oficial tiende a apoyarse, cada vez ms, en el uso de sistemas artificiales, sofisticados hoy,con controles informatizados que no consiguen esconder la bsica contradiccin de su diseo, que loshace consumidores desmesurados de energa, bajo la pretensiosa simplicidad de su piel austera.


En estas circunstancias, creemos que tiene sentido estudiar los sistemas naturales de control ambientaldesde un enfoque arquitectnico global, estudiando el comportamiento energtico de un edificio desdesus condiciones de implantacin y su forma, el tratamiento de su envolvente y, la construccin yacabados de su interior. De esta forma, los sistemas especficos lumnicos, acsticos y climticos y, enespecial, cuando estos sistemas son artificiales, los entendemos como componentes ortopdicos queintervienen corrigiendo defectos bsicos del diseo que se podran haber resuelto a menudo con unproyecto adecuado.

La parte final del libro complementa la informacin con la presentacin de los programas de ordenadorque lo acompaan y, que permiten evaluar el comportamiento lumnico, acstico y climtico de losedificios.

Tratandose de sistemas naturales de control ambiental y de uso arquitectnico, los programas son defcil utilizacin y, presentan resultados aproximados con rapidez. Con ello se pretende facilitar suutilizacin gil, desde los inicios del proceso de proyeccin, cuando son ms importantes las decisionesque se toman.

Los autores

ndice 9

ndice

1 parte: El ambiente arquitectnico, visual, acstico y climtico

Captulo 1 El entorno humano y el papel de la energa

1.1 El cuerpo y el ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.2 El proceso perceptivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.3 Accin en el ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.4 Principios de la accin ambiental colectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.5 Evolucin del espacio como relacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.6 Constricciones en el diseo ambiental a nivel de agrupacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.7 Justificacin del anlisis del entorno en la arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Captulo 2 Definicin fsica del ambiente

2.1 Principio fsico de los fenmenos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.2 Produccin de los fenmenos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.3 Medicin de los fenmenos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.4 Propagacin de los fenmenos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.5 Comportamiento general frente a obstculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.6 Difraccin de los fenmenos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.7 Reflexin en los fenmenos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.8 Absorcin de los fenmenos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542.9 Transmisin de los fenmenos ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Las energas en la arquitectura10

Captulo 3 Definicin fisiolgica del ambiente

3.1 Principios de la sensacin y de la percepcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.2 Los sentidos humanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.3 Reaccin de los sentidos al nivel energtico y la longitud de onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.4 Sensibilidad de los sentidos al espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.5 Sensibilidad de los sentidos en relacin al tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.6 Principios generales del confort ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.7 Confort visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.8 Confort acstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.9 Confort climtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.10 El confort global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Captulo 4 Definicin psicolgica del ambiente

4.1 La sensacin y la percepcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.2 El aprendizaje del proceso perceptivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 964.3 Principios fundamentales del proceso percptivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.4 Los factores de la percepcin y la Gestalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.5 Las percepciones asociadas y las sinestesias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.6 El lenguaje como base de la percepcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.7 La percepcin del espacio y la reaccin individual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054.8 Los tipos de carcter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1064.9 Percepcin ambiental y esttica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Captulo 5 Inicio del lenguaje, parmetros y definidores ambientales

5.1 El lenguaje ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095.2 Necesidades y apetencias humanas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105.3 Las voliciones ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.4 Los definidores ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1125.5 Valores tpicos de los definidores ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

ndice 11

2 parte: El control ambiental en el tiempo y en el espacio

Captulo 6 Evolucin del control ambiental en la arquitectura

6.1 Introduccin, limitaciones del anlisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1216.2 Los tiempos primitivos, refugio bsico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1246.3 Civilizaciones mediterrneas, forma y funcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1266.4 Crecimiento de Europa, el fro y la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1376.5 Tiempo de cambio hasta el industrialismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1476.6 La modernidad y su contradiccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1526.7 El futuro y la utopa ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

Captulo 7 El clima y otras preexistencias ambientales

7.1 Macrofactores y microfactores del entorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1657.2 Parmetros climticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1677.3 Otros parmetros ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1827.4 Anlisis general de preexistencias ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Captulo 8 Clima y la arquitectura popular

8.1 Diversidad climtica y modelos bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1958.2 Arquitectura de los climas clidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1988.3 Arquitectura de los climas fros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2078.4 Complejidad en los climas templados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

Las energas en la arquitectura12

3 parte. Los medios naturales de control ambiental

Captulo 9 La accin microclimtica

9.1 La eleccin de la ubicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2219.2 Correccin del entorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

Captulo 10 Caractersticas generales del proyecto

10.1 Forma general del edificio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23610.2 El tratamiento de la piel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24410.3 El interior del edificio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Captulo 11 Las caractersticas especficas del proyecto

11.1 Las obstrucciones segn las orientaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27211.2 La orientacin de la forma general del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28011.3 Los cerramientos segn la orientacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28111.4 Topologa del espacio interior del edificio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

Captulo 12 Sistemas especiales de control ambiental

12.1 Sistemas de climatizacin natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29412.2 Sistemas de iluminacin natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32112.3 Sistemas de control acstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

Anexo A La evaluacin del comportamiento ambiental

A.1 Dimensionado de la luz natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A.2 Dimensionados acsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A.3 Dimensionado climtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ndice 13

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Indice alfabtico 393

Indice alfabtico

AAbaco

psicromtrico, 39 Decibelio, 42de Missenard, 86 Deslumbramiento, 80

Absorbancia, 54 Difraccin, 49especfica, 54 Dionisaco, 107media, 54

Agorafobia, 107Albedo, 171Altura relativa, 224Anlisis higrotrmico, 193Apoliniano, 107Arquitectura de estilo, popular, 122Azimut, 172

CCaliente-hmeda, 228Calor

especfico, 38sensible, 40latente, 40de vaporizacin del agua, 40

Capacidad calorfica, 38Claustrofobia, 107Coeficiente de transmisin de calor, 61Conduccin, 44Conveccin, 44Cuerpos

selectivos fros, 55negros, 54selectivos clidos, 55grises, 54

antinegros, 54

D

EEcuacin

y baco de Givoni, 86de Fanger, 89

Emitancia, 34Energa radiante, 34Enmascaramiento, 73Entalpa, 40Exerga, 33

FFlujo

luminoso, 37radiante, 34

Fonios, 74Frecuencia, 27Fuentes

trmicas,31de descarga, 30

Fusin, 76

GGestalt, 98Grfica de Victor Olgyay, 85


Gregarismo, 107 Neofobia, 107

HHomeostasis, 15Humedad Pantallas, 234

relativa, 40 Perodo, 28especfica, 40 Potencia

IIluminancia, 37Indice de rendimiento en color, 37Inercia trmica, 45Infrasonidos, 32Intensidad

de irradiacin, 35acstica, 41de luz, 37radiante, 34

Introversin, 107

LLatitud, 175Ley

de Planck, 55de Lambert, 35de Kirchoff, 55de Weber-Frechner, 72de frecuencias, 63de prgnanz, 101de Stefan Boltzmann, 55de masas, 63

Longitud de onda, 28Luminancia, 37

MMasa trmica, 38Microclima, 167

NNeofilia, 107

Nivel sonoro, 42

P

acstica, 41calorfica, 38

Presin acstica, 41eficaz, 41

RRadiacin, 44Radiancia, 35Reflectancia, 50

especfica, 50media, 50

Reflexin especular, 51dispersa, 51difusa, 51

Renovacin del aire, 83Resistencia, 61Reverberacin, 56

SSabine, 56Sentido

lgico, 69extraperceptivo, endoperceptivo,cenestsico, cinestsico,criostsico, 69

Sinestesia, 102Sonidos audibles, 32

TTacto, 69Temperatura

de roco, 40

Indice alfabtico 395

seca, 40hmeda, 40de color, 37

Timbre, 43Tono, 43Transmitancia, 59

UUltrasonidos, 32

VVas

aferentes, 67eferentes, 68

Visin fotpica, 73 escotpica, 73

Voliciones ambientales, 112

ZZona climtica, fra, templada, caliente-seca,

1 parte

El ambiente arquitectnico, visual, acstico y climtico

El entorno humano y el papel de la energa 15

Fig. 1.1 Mecanismos homeostticos o de regulacin

Captulo 1 El entorno humano y el papel de la energa

1.1 El cuerpo y el ambiente

Consideramos al hombre como un ser vivo, inmerso en un particular entorno con el cual mantiene todaclase de relaciones y que debe conocerse para poder optimizar cualquier diseo arquitectnico.

Estas relaciones del hombre con el entorno son bsicamente intercambios energticos de todo tipo,debidos en gran parte a que el cuerpo humano tiende a mantener unas condiciones interiores establesfrente a un entorno cambiante, igual como lo hacen todos dems los animales conocidos como "desangre caliente". Esta estabilidad de las condiciones interiores constantes, fenmeno llamado"homeostasis ", comporta toda una serie de sofisticaciones en la estructura del cuerpo humano, comola existencia de rganos especficos que actan como reguladores de la relacin interior-exterior, quellamamos "mecanismos homeostticos ".

Su misin es regular la respuesta del cuerpo frente a las cargas ambientales, que pueden ser climticas,lumnicas, acsticas y, en trminos ms generales, psquicas.


Fig. 1.2 Proceso causa-efecto

Estos mecanismos funcionan de forma retroactiva, como lo hace el "feed-back" de una mquinaciberntica. En el proceso de control un sensor detecta las variaciones del efecto (o de uno de losefectos) y acta sobre una de las causas, para regular el resultado dentro de unos lmites preestablecidos,a pesar de las variaciones aleatorias de las otras causas.

Un ejemplo de lo que hemos expuesto, de tipo no fisiolgico, es la regulacin automtica en inviernode un radiador elctrico con termostato. Las causas en este caso seran: el calor cedido por el radiador,las prdidas o ganancias de calor del local a travs de ventanas, paredes, etc., las aportaciones deenerga de los ocupantes, las luces, etc. El efecto es la temperatura del local, que detectada por elmecanismo adecuado (termostato), acta retroactivamente apagando y encendiendo el radiador (unade las causas), con lo que mantiene la temperatura deseada en el local.

En la relacin cuerpo-ambiente actan sistemas similares: la regulacin de la abertura de la pupila delos ojos segn la luz que recibe la retina, la variacin de riego sanguneo de la piel segn la temperatura,la transpiracin, etc.

Son procesos de regulacin conscientes o inconscientes, pero siempre con la finalidad de adaptarse hastael mximo posible a las condiciones del entorno, para que el cuerpo humano est confortable y para quetodas las reacciones qumicas, elctricas, etc. que se produzcan en l, lo hagan a una temperaturaptima. En este caso, los sentidos son los elementos detectores del sistema retroactivo, a pesar de queesta misin no es la nica que tienen, como veremos ms adelante.

Con estos mecanismos, el ser humano consigue adaptarse a un campo bastante amplio de condicionesvariables de su entorno. A pesar de ello, estos lmites que nos parecen bastante extensos, no lo son tantoen la prctica.

Una variacin de ms de 20-30EC de la temperatura del aire o la disminucin de oxgeno o elincremento excesivo de anhdrido carbnico, un cambio fuerte en las condiciones gravitatorias, etc.,pueden ser causas que impidan su supervivencia.


Fig. 1.3 El proceso perceptivo

1.2 El proceso perceptivo

Un aspecto que debe ser considerado como muy importante en la relacin del hombre con el entornoes el proceso de la percepcin, entendido como distinto de la simple sensacin, que sera solamente unaparte de dicho proceso. En una primera aproximacin, entenderemos la percepcin como el conjuntode fenmenos que nos informa de las caractersticas del entorno, mediante la captacin por parte delorganismo humano de distintas energas presentes en el ambiente.

Entendemos que el conocimiento de este proceso perceptivo es bsico para el diseo arquitectnico,ya que de el depende nuestro conocimiento del mundo que nos rodea, en el sentido ms amplio deltrmino, as como depende, en un sentido ms concreto, nuestra aprehensin de la misma arquitectura.

Para su estudio, dividiremos el proceso perceptivo en tres niveles, aunque en muchos casos la distincinentre ellos es discutible:

1. Nivel fsico . Manifestaciones energticas existentes en el ambiente que, de una manera u otra, recibenlos sentidos.

2. Niv el fisiolgico . Transformacin, segn ciertas leyes de proporcionalidad, de los estmulosenergticos en impulsos nerviosos (seales elctricas) y transporte de estas seales al sistema nerviosocentral y en concreto al cerebro.

3. Nivel psicolgico . Recepcin, clasificacin e interpretacin en el cerebro del conjunto de sealeselctricas recibidas.


Fig. 1.4 Relaciones con el medio

1.3 La accin sobre el ambiente

El ser humano, al igual que lo hacen otras especies, ha intentado siempre modificar las caractersticasde su entorno con la aplicacin de tcnicas inteligentes. Cuando los procesos homeostticos no eransuficientes para mantener la estabilidad de sus condiciones corporales, tuvo que idear y utilizar otrossistemas complementarios, rescatados del mismo entorno que lo rodeaba.

Un prim er sistema fue la creacin de barreras defensivas para protegerse de las caractersticasenergticas no deseadas del ambiente. Estas barreras podan ser de dos tipos:

a) Porttiles . Elementos anexos al mismo cuerpo, individuales y fcilmente transportables,como es el caso de los vestidos (barreras trmicas), parasoles o paraguas (barreras de radiacino de lluvia), gafas (barreras lumnicas), etc.

b) Fijas . Sistemas no transportables y de posible uso colectivo, como es el caso de un edificio,con sus barreras trmicas, al viento, a la luz, al sonido, etc.

Evidentemente, existen casos intermedios, como tiendas de campaa, sacos de dormir, cpsulasespaciales, etc., que se encuentran en el lmite entre los dos tipos de soluciones.

Un segundo sistema fue el de utilizar fuentes de energa que modificasen directamente las condicionesenergticas del ambiente en un entorno que normalmente era colectivo. Estos sistemas energticos, delos cuales el fuego es el primer y ms claro ejemplo, pueden ser considerados, en muchos casos, comoalternativos o complementarios respecto a la utilizacin de barreras del sistema anterior.

En su actuacin sobre el mundo exterior, el ser humano siempre ha encontrado diversas soluciones paraun mismo problema y no se ha visto abocado a una nica opcin. De esta forma se pueden planteardiferentes visiones en el tratamiento o relacin de la arquitectura con el medio natural, desde laindependencia mxima (rechazo del medio y creacin artificial de condiciones interiores, como en unacpsula espacial), hasta la mxima relacin (aprovechamiento de las buenas condiciones y proteccinde las malas, como en la arquitectura popular).


Fig. 1.5 Vivienda conunal en Sumatra

1.4 Principios de la accin ambiental colectiva

Un aspecto que no ha sido considerado hasta ahora, es la influencia que sobre la reaccin ambiental,sea sensorial o perceptiva, tienen la herencia y el aprendizaje.

A escala colectiva esta influencia adquiere especial importancia; se puede observar como lascomunidades (al igual que los individuos) tienen frente al entorno ambiental, reacciones especficas dedeseo, de oposicin, de valoracin del confort y tambin de apreciacin perceptiva. Estas reaccionesdependen del medio cultural y a la vez del medio gentico. La preponderancia de un componente u otrosobre la formacin del individuo o del grupo ha sido y es un punto de discusin en el que no entraremos,pero se puede afirmar que, tanto a nivel individual como de grupo, hay reacciones diferenciales en laapreciacin del entorno, que conviene conocer en cualquier proceso de diseo y especialmente en eldiseo ambiental.

En el caso particular de las agrupaciones humanas (pueblos, ciudades, etc.), estas reacciones se hanreflejado, no solo en la propia forma fsica de los asentamientos, sino tambin en la misma estructurasocial, que a su vez vuelve a influir indirectamente en dicha forma fsica. Al mismo tiempo que losfactores ms agresivos del entorno, climticos o no, condicionan la eleccin de las defensas, la opcinentre un tipo u otro de sistema (barreras fijas, energas artificiales, etc.) depende de la tradicin culturalde los constructores.

1.5 Evolucin del espacio como relacin

Desde la ms remota antigedad, los seres humanos se han agrupado de forma ms o menos estable,generalmente por razones de supervivencia, y se han creado as distintos niveles de cooperacin y deutilizacin de espacios comunes, que van desde el ncleo familiar hasta la gran ciudad.

Las primeras unidades de agrupacin que se formaron eran de tipo patriarcal, el clan, donde los hombresse unan para compartir un refugio elemental contra los peores agentes exteriores: el sol, el viento, lasprecipitaciones, el fro, los animales feroces, etc. Estos refugios eran normalmente espacios nicos sincompartimentacin, donde se realizaban conjuntamente todo tipo de actividades.


Fig. 1.6 Planta esquemtica de una agrupacin de igles

Fig. 1.7 Estructuras urbanas densificadas

En estructuras sociales ms evolucionadas se comienza a diversificar el espacio comunal por funciones,y se distinguen niveles de agrupacin y de proteccin, segn la rentabilidad prctica comparada de lossistemas individuales o colectivos.

Por este camino se distingue la morada , proteccin directa de los agentes metereolgicos y conprivacidad acstica y visual, del poblado , agrupacin colectiva de moradas, defensa comn frente aotros agentes agresivos: animales, enemigos, vientos, etc. Un ejemplo de esta evolucin es laagrupacin de los igles esquimales, viviendas para los perodos con ms nevadas y tempestades, dondela disposicin del conjunto es la que ofrece proteccin a los agentes climticos.

Esta estructura bipartita se encuentra an hoy en da en nuestras estructuras urbanas, aunque se hanfraccionado mucho ms los espacios segn sus funciones, distinguindose los de trabajo de los deresidencia, de ocio, etc. En principio sto tambin es debido a criterios de rentabilidad, con cadaproteccin situada a su nivel ms eficiente desde el punto de vista "econmico". De todas formas estafuncionalidad se ha perdido a menudo con la aparicin de importantes cambios tcnicos y sociales, quenuestras rgidas estructuras urbanas no han sido capaces de absorber.


Fig. 1.8 Buchminster Fuller. Cpula sobre New York

Fig. 1.9 Yona Friedman. Ciudad espacial

Fig. 1.10 Frei Otto. Pabelln de Alemania Occidental, Expo 67

En este sentido, es interesante repasar las propuestas que, hacia los aos sesenta, hicieron ciertos"utpicos" (Buckminster Fuller, Yona Friedman, Frei Otto, etc.), llevando la defensa ambiental (fro,lluvia, etc.) a escala urbana, en lugar de a nivel de edificio.


Fig. 1.11 Vivienda mvil

Fig. 1.12 Propuesta de vivienda inflable (Banham-Dallegret)

Otras propuestas del mismo perodo parecan seguir el camino inverso, tendiendo a reducir proteccionesnormalmente comunitarias a un nivel ms individual; buscaban la autonoma de las celdas habitables,como las burbujas autnomas de Reyner Banham o como lo hacen practicamente las caravanas oviviendas rodantes.

Resumiendo las consecuencias que podemos extraer de la evolucin del espacio comunal a lo largo dela historia de la humanidad, as como de las propuestas que podramos hacer para la forma de lasagrupaciones humanas en el futuro, podemos ver la importancia de las consideraciones de tipoambiental y energtico sobre la formulacin de las soluciones. De todas formas, tambin es evidenteque en la mayor parte de los casos estas consideraciones ambientales no se hacen conscientemente, sinque son simplemente un transfondo no manifestado de propuestas o realizaciones argumentadas conotros parmetros. Una vez ms, el ser humano soluciona sus problemas sin ser plenamente conscientede todos los motivos que justifican el sistema que aplica.


Fig. 1.13 Interseccin de los conjuntos A,B,C

1.6 Constricciones en el diseo ambiental a nivel de agrupacin

Como introduccin al problema de fijar las caractersticas ambientales deseables para un determinadoambiente, planteamos cules son los lmites que, en el diseo ambiental, podemos considerar que nosdeterminan estas caractersticas:

1. Consideramos a cada uno de los individuos como un conjunto (A,B,..) con unos elementos(Na,Nb,..), donde estos elementos son las apetencias o deseos en relacin con el ambiente quetiene cada persona.

2. El "desideratum" objetivo del ambiente para una agrupacin en concreto, podemos considerarque ser el conjunto interseccin de todos los correspondientes a los individuos que integranla agrupacin:

I = A 1 B 1 C ...

Aumentando el nmero de conjuntos disminuir el nmero de elementos del conjunto interseccin, ycomo consecuencia se restringirn las caractersticas vlidas para el diseo que se pretende realizar, osea, las que podran ser aplicadas al caso concreto que se pretende solucionar. De esta forma el mundoobjetivo de relacin posible entre los individuos tiende a restringirse.


Fig. 1.14 Adaptacin al incremento del nmero de conjuntos

3. Cuando un espacio arquitectnico est destinado a ser utilizado por M individuos, deberadaptarse en la medida que sea posible a sus carcteres (o a sus necesidades) individuales. Estaadaptacin puede llevar a distintos caminos:

a) Conjunto interseccin: 1 A,B,...

b) Conjunto reunin: c A,B,...

c) Ampliacin de la interseccin para ciertos caracteres.

En el caso a), al aumentar el nmero de conjuntos M, se reduce progresivamente el nmero deelementos comunes, por lo que tiende a quedarse vaco el conjunto interseccin, lo cual quiere decirque no habra acuerdo posible sobre el carcter del espacio.

Para evitar esto se toma, en la prctica, la interseccin de la mayora (solucin c), y se marginan ascomponentes importantes de ciertos individuos. Tericamente podra haber una jerarqua de apetenciasque facilitara estas preferencias a la hora de establecer la interseccin, pero esta jerarqua siempre serdudosa.

En el caso b), finalmente, al aumentar el nmero de conjuntos desaparecen los lmites y llegamos a otrotipo de espacio sin cualificar (conjunto universal), o sea, otra forma de lo que podramos llamarconjunto vaco.

En nuestra sociedad resulta que, contraponiendo las ventajas de la existencia de un conjunto universalcon el inconveniente de que el conjunto vaya quedando vaco, la despersonalizacin, la falta decomunicacin, etc., hacen que el espacio se convierta cada vez ms en dominante respecto al individuo.


1.7 Justificacin del anlisis del entorno en la arquitectura

Conocidos los problemas planteados en el diseo del entorno humano, nuestro objetivo ser:

Hacer el anlisis de las cualidades del ambiente en relacin a su accin sobre el hombre y de lascondiciones necesarias para que este ambiente sea el adecuado. En esta aproximacin intervendrndiferentes consideraciones, como el problema del confort, de percepcin ntida, de dominio delambiente, etc.

Posteriormente, vendr el estudio de los sistemas y las tcnicas que nos permitirn controlar estascualidades del ambiente. En los planteamientos parciales que ya se han hecho sobre este tema se hatendido implcitamente a considerar que el objetivo de estas tcnicas sea la obtencin del espacio"perfecto" desde el punto de vista ambiental. Al profundizar en este sentido veremos que esta posicines peligrosa en su propio planteamiento. Un espacio "perfecto" puede ser un espacio excesivamenteneutro y, como tal, puede afectar negativamente al funcionamiento fisiolgico y psicolgico de losindividuos. Por lo tanto es necesario tener una cierta caracterizacin y variabilidad en el ambiente quelo haga "vivo", de manera que mantenga un dilogo con los que lo ocupan.

Todo esto nos lleva a plantear una disciplina, relacionada con muchas otras ya existentes, quellamaremos acondicionamiento ambiental en la arquit ectura . La primera parte de esta disciplina serel an lisis del ambiente como instrumento bsico terico para plantear las tcnicas de controlambiental.

Definicin fsica del ambiente 27

Fig. 2.1 Representacin grfica de una funcin peridica

Captulo 2 Definicin fsica del ambiente

En el entorno ambiental del ser humano intervienen fenmenos muy diversos, como son: las radiacioneselectromagnticas, las cualidades y el estado energtico del aire, las vibraciones y los sonidos, etc. Todasestas manifestaciones energticas pueden ser estudiadas y evaluadas con criterios similares, a pesar deque el desarrollo terico haga que, en la fsica clsica, pertenezcan a ramas bien distintas, con frecuentesincoherencias de lenguaje entre ellas. Nosotros intentaremos aqu tratarlas en paralelo, analizando ycomparando su comportamiento en relacin con el ambiente, para niveles sucesivos de anlisis, estemtodo nos permitir conocer mejor sus interrelaciones en esta accin ambiental. Para seguir este procesoen cada nivel utilizaremos el orden siguiente: radiaciones electromagnticas, calor, caractersticas del airey movimientos ondulatorios (vibraciones y sonidos).

Dado que una parte importante de estos fenmenos puede ser interpretada fsicamente como unapropagacin de movimientos vibratorios, deberemos tener presentes los conceptos bsicos de frecuencia,perodo y longitud de onda.

Frecuencia, f , de una funcin peridica en el tiempo, sea o no sinusoidal (radiaciones electromagnticasy vibraciones mecnicas) es el nmero de ciclos completos de esta funcin por unidad de tiempo(segundo).

La unidad de medida es el ciclo/segundo = Hz (hertz).

T ' 1f

8 ' c T ' cf


Fig. 2.2 Espectro radiante

Perodo, T, de una vibracin es el tiempo que tarda en repetirse un estado determinado del cicloconsiderado para un punto concreto del espacio. La unidad ser el segundo/ciclo y se verificar que esel inverso de la frecuencia.

Longitud de onda, 8888, de un movimiento ondulatorio es la distancia entre dos frentes de onda,correspondiente a un perodo completo. La unidad ser el metro (m). Depende de la velocidad "c" depropagacin del movimiento ondulatorio.

2.1 Principio fsico de los fenmenos ambientales

2.1.1 Radiaciones electromagnticas

Transporte de energa mediante variaciones peridicas del estado electromagntico del espacio,interpretable tambin como movimiento de partculas inmateriales (fotones).

Las radiaciones electromagnticas son clasificables segn su longitud de onda, 8,(o segn su frecuencia),lo que significa en la prctica hacerlo segn sus efectos.

2.1.2 Calor

Es un concepto muy complejo, asociable al estado energtico de los cuerpos, que depende de sutemperatura o de su grado de agitacin molecular. Es una forma de energa que tiende a igualar latemperatura de los elementos de nuestro universo. En el calor no pueden distinguirse tipos distintos, peros diversos orgenes posibles (ver apartado 2.2.2).


Fig. 2.3 Espectro vibrtil de los movimientos ondulatorios

2.1.3 Aire

Las propiedades del aire comprenden muchos aspectos, reducibles todos, en ltimo trmino, a formas dela energa, a pesar de que, en general, podemos distinguir los aspectos que hacen referencia a lacomposicin fsico-qumica, de los puramente energticos.

En relacin a la temperatura (concepto de calor), la humedad es otra componente del contenido energticodel aire; por ello los dos conceptos se debern estudiar conjuntamente.

Otro aspecto a considerar es la mezcla de gases y productos voltiles en suspensin que constituyen elaire. La clasificacin posible en distintos tipos de aire se reduce en la prctica a considerar su grado decontaminacin (contenido de impurezas) y, normalmente, en los edificios, se limita a distinguir entre airenuevo de renovacin y aire usado o de recirculacin.

2.1.4 Vibraciones y sonido

Transporte de energa producido por variaciones cclicas de presin, con movimiento de las partculasde un medio elstico alrededor de su posicin de equilibrio.

Los clasificamos segn su frecuencia (f) o su longitud de onda (8888) e, indirectamente, segn sus efectos.

2.1.5 Comentario general

Es necesario remarcar que, a pesar del sentido bsicamente energtico de los fenmenos ambientales, lavariacin de los efectos segn la sensibilidad del receptor de estas energas complica mucho suevaluacin prctica. Distintos tipos de energas ambientales (como es el caso de las radiacioneselectromagnticas comparadas con la acstica), a pesar de tener una clasificacin del mismo tipo(longitud de onda y frecuencia), normalmente mueven energas con rdenes de magnitud muy diferentes.

W ' h f


Fig. 2.4 Curva de energa por longitud de onda de una lmpara de descarga

2.2 Produccin de los fenmenos ambientales


Su origen puede atribuirse a variaciones en la estructura atmica de los cuerpos que, al produciralteraciones en la situacin orbital de los electrones, comportan una emisin de fotones al volver a suposicin de equilibrio y eliminar as la energa sobrante en forma de radiacin. Podemos distinguir dostipos principales de fuentes radiantes: fuentes de descarga y fuentes trmicas.

En lo relativo a las fuentes de descarga , la emisin es causada normalmente por una descarga elctricaen un gas. La radiacin producida es de espectro discontinuo, concentrada en longitudes de ondadeterminadas, por lo que los valores dependen de la cuantificacin de energa existente en los tomos.

Segn los estudios de Planck, Bohr y otros, la emisin de fotones, al volver a la posicin de equilibriolos electrones orbitales desplazados por los electrones de la corriente elctrica que los impactaban a granvelocidad, corresponde a frecuencias especficas segn la expresin:

donde: W = diferencia energtica entre los niveles permitidos en el gas considerado.

h = constante de Planck = 6,624 10 J s. -34

f = frecuencia de la radiacin emitida, en Hertz.

En las fuentes de descarga , las emisiones ms comunes se producen con valores discontinuos en la zonadel ultravioleta del espectro y pueden existir algunas emisiones en la zona azul del visible.

8m x .

0 , 29T


Fig. 2.5 Curva de energa/longitud de onda de una fuente trmica

Fig. 2.6 Ley de Wien

En las fuentes trmicas , la emisin radiante se produce a causa de la agitacin trmica de la materia yse caracteriza por el espectro continuo en el campo de longitudes de onda que cubre.

En condiciones normales, las fuentes trmicas producen principalmente radiacin infrarroja. El mximode emisin se desplaza hacia longitudes de onda ( 8 ) ms cortas si aumenta la temperatura del emisor.mxSegn la ley de Wien:

donde: 8 = longitud de onda de la mxima emisin espectral, en centmetros. mx

T = temperatura del emisor, en kelvins.

Al llegar a temperaturas de alrededor de 1.500 K, las fuentes trmicas producen radiaciones donde laslongitudes de onda inferiores penetran en la zona visible del espectro. Con temperaturas alrededor de los6.500 K, el mximo de emisin se encuentra centrado en esta zona.


2.2.2 Calor

Como fenmeno energtico, el calor aparece en todo proceso de transformacin o cambio de una formade energa a otra, al disiparse una parte de esta energa de acuerdo con los principios de la termodinmica.Las fuentes de calor ms comunes son:

Reacciones qumicas , como la combustin (oxidacin) de cuerpos o compuestos qumicos condesprendimiento de calor.

Resistencia elctrica , o paso de corriente por un conductor, con transformacin en calor de parte dela energa.

Rozamiento mecnico ,Fisin y fusin nuclear ,...etc.

2.2.3 Aire

No podemos hablar de generacin o de produccin de aire como un fenmeno ambiental, a pesar de quese puede hablar de su renovacin para un ambiente determinado, o bien de la correccin o cambio de suscaractersticas por medios diversos.


Se generan al propagarse un movimiento vibratorio en un medio elstico, como es el caso del aire(sonidos) o de ciertos (vibraciones). Su origen es, por lo tanto una vibracin que puede presentarse encualquier sistema mecnico, aunque no sea un sistema destinado a la produccin voluntaria de sonidos,como la voz humana, los instrumentos musicales, etc.

Segn el tipo de fuente productora de vibraciones variarn las frecuencias emitidas, y se podrn clasificaren los siguientes grupos:

Infrasonidos , de bajas frecuencias no audibles, en general producidos por fuentes mecnicas: motoresa bajas revoluciones, vehculos pesados, etc.)

Sonidos audibles , de frecuencias entre 16 y 20.000 Hz, producidos por fuentes que pueden ser naturales(por ejemplo, la voz humana) o artificiales; entre ellos se pueden distinguir:

Sonidos graves , por debajo de unos 250 Hz Sonidos medios , entre 250 y 1.000 Hz Sonidos agudos , por encima de unos 1.000 Hz

Ultrasonidos , de frecuencias superiores a los 20.000 Hz, que pueden ser producidos por fuentes naturales(el caso de ciertos animales, como el delfn o el murcilago), o por fuentes artificiales (mquinasa altas revoluciones).


Fig. 2.7 Vibraciones y sonidos

Segn el origen y tipo de propagacin de los movimientos ondulatorios, podemos distinguir las siguientescategoras:

Vibraciones , cuando la propagacin se hace a travs de slidos.

Ruidos de impacto , cuando son producidos por choques entre cuerpos slidos y posteriormentese propagan por el aire.

Ruidos areo , cuando se producen y se propagan directamente en el aire.

2.2.5 Comentario general sobre la produccin de los fenmenos ambientales

Aunque en muchos casos sea difcil fijar los sistemas de produccin de cada uno de los tipos de energaambiental que pueden ser ms interesantes, s que es necesario considerar los tipos bsicos de accinposibles. Por una parte, debemos saber cmo se produce un determinado tipo de energa ambiental quenos interesa (por ejemplo, la radiacin visible de noche mediante la iluminacin artificial). Por otra parte,debemos conocer los mecanismos por los cuales se producen energas no deseadas, para combatirlasmejor (como es el caso de los ruidos).

Con este enfoque tambin ser importante poder valorar las diferentes energas, no slo segn la cantidadde que se trate, sin teniendo tambin presente su "calidad". Este concepto de calidad, que calificamoscomo exerga , tiene presente la mayor o menor facilidad que existe para pasar de un tipo de energa aotro, segn cul sea el sentido de la transformacin. As, resulta que hay formas de energa ms valiosasque otras, en tanto que es ms fcil pasar de las primeras a las segundas que a la inversa. Por ejemplo,es ms fcil convertir electricidad en energa trmica que convertir calor electricidad; por lo tanto laelectricidad tiene un nivel de exerga ms alto que la energa trmica.

Este concepto resulta importante al considerar la optimizacin del uso de la energa en edificios, ya quea menudo usamos intilmente niveles altos de exerga en casos en que bastara un nivel ms bajo.


Fig. 2.8 Intensidad radiante y radiancia

2.3 Medicin de los fenmenos ambientales


Tal como sucede con las otras magnitudes, la medicin de las radiaciones electromagnticas se haceconunidades energticas, que se caracterizan con denominaciones particulares en el caso de unidadesderivadas como en el de las radiaciones visibles o luz.

Energa radiante, gggg.Cantidad de energa manifestada en forma de radiacin electromagntica.unidad: joule (J)

Flujo radiante, MMMM = gggg / t.Energa radiante media por unidad de tiempo. M = dgggg / dt.unidad: watt (W)

Emitancia, M = MMMM / S. Flujo radiante medio emitido por una superficie. M = dM / dS.unidad: watt por metro cuadrado (W/m)

Intensidad radiante, I = MMMM / SSSS. Flujo radiante medio emitido por unidad de ngulo slido, para una direccin determinada.I = dM / dS.unidad: watt por estereoradin (W/str)

(1 str = ngulo slido ( S ) que determina sobre la superficie de una esfera un casquete con una rea igual al cuadrado del radiode la esfera considerada).

I ' N4 B

I2 ' I0 cos 2


Fig. 2.9 Ley de Lambert

Radiancia, L = I / S .aparenteIntensidad radiante emitida por unidad de una superficie aparente determinada, en una direccin concreta1. unidad: watt por estereoradin y metro cuadrado (W/(str m)).

(La superficie aparente ( S ) es la proyeccin sobre un plano perpendicular a la direccin que consideramos. Sap ap= S cos 1).

Intensidad de irradiacin, E = MMMM / S.Flujo radiante que llega a una superficie determinada.unidad: watt por metro cuadrado (W/m).

Relaciones fundamentales entre unidades radiantes

Como consecuencia de las unidades definidas antes y a partir de las leyes generales de la radiacin, sededucen una serie de relaciones que pueden ser utilizadas en la evaluacin de los fenmenos radiantes.

1) En el caso (terico) de un foco puntual emisor con intensidad constante en todas direcciones,resulta:

(en este caso el ngulo slido total es: S = S / R = 4 B R / R = 4 B).

2) En una superficie que emite radiacin, se puede considerar, en general, que las intensidadesemitidas siguen la "ley de Lambert":

L2 'I2

S cos2 'I0 cos2S cos2 '

I0S

' L ' ct.

N ' I2 B como que : M ' NS , resul ta M ' B L

E ' NS

' I$ SS

' I$ S cos$S d 2

E ' I$ cos$d 2

S ) ' S cos$

S ' S )d 2

L ' E rB


Fig. 2.10 Irradiacin producida por un foco puntual

3) La radiancia de una superficie emisora es constante en todas las direcciones:

4) En una superficie emisora se comprueba que el flujo emitido es:

5) La irradiacin E, producida por un foco puntual sobre un punto de una superficie donde llegacon un ngulo respecto de la normal a la superficie, desde una distancia d, ser:

6) En el caso de una superficie que recibe radiacin y la refleja siguiendo la Ley de Lambert (deforma difusa), con un coeficiente de reflexin r, resultar:


Unidades lumnicas

Son un caso particular de las unidades de radiacin, que comprenden la zona visible del espectro, conlongitudes de onda entre 380 y 760 nm, y afectan los valores energticos segn la sensibilidad del ojoa las distintas longitudes de onda V(8). Con estas especificidades, las definiciones y relaciones entre lasunidades ya citadas tambin sern validas para la luz, con las equivalencias siguientes:

Flujo radiante, M (W) Flujo luminoso, MMMM (lumen, lm) M = M V 680 lm/Wlumen watt 8

Intensidad, I (W/str) Intensidad de luz, I (candela, cd = lm/str).

Radiancia, L (W/str m) Luminancia, L (cd/m).

Irradiacin, E (W/m) Iluminancia, E (lux, lx = lm/m).

El color de la luz es consecuencia del reparto de energa en las distintas longitudes de onda del espectro.En el campo de la luminotecnia se utilizan unidades especficas que recogen en parte las caractersticasde color de la luz:

La temperatura de color, Tc , expresa el color de una fuente de luz por comparacin con el color de laluz emitida por el cuerpo negro a una temperatura absoluta determinada.unidad: Kelvin (K).

El cuerpo negro cambia de espectro segn la temperatura; alrededor de los 3.000 K predominan las ondaslargas (rojizas), hacia 5.000 K la distribucin se encuentra ms compensada y, para valores ms altos,predominan las ondas cortas (azuladas). Segn esto, se define la Tc de una luz como: temperatura a laque se deber calentar el cuerpo negro para que la luz emitida tenga el color de la misma apariencia quela de la luz estudiada.

El ndice de rendimiento en color, IRC , expresa las caractersticas de composicin espectral de la luzemitida por una fuente, en referencia al color de los objetos iluminados por sta. Se debe tener presenteque, para tener una buena reproduccin del color, la luz debe tener energa suficiente en todas laslongitudes de onda.unidad: Indice de Rendimiento en Color, IRC (%).

El ndice de rendimiento en color mide el efecto de la luz en el color de los objetos, comparndola conuna luz de referencia considerada perfecta y haciendo un test de color con muestras de 8 colores delespectro. Se expresa en %, referido a la luz patrn, habiendo realizado la media de las 8 muestras. Seconsideran muy buenos IRC superiores al 90%, buenos de 80 a 90% y regulares de 50 a 80%.La eleccindel patrn se hace con fuentes de luz a una temperatura de color similar a la de la luz analizada. En laprctica, hasta los 5.000 K se toma la radiacin del cuerpo negro como referencia y para valores msaltos, la de fluorescentes especiales.


2.3.2 Calor

La medicin tambin se hace con las unidades energticas convencionales, a pesar de que histricamentela tcnica ha utilizado otras unidades que an se encuentran en muchos textos.

Cantidad de calor, Q.Energa trmica producida, transmitida, ganada o perdida por un cuerpo fsico.unidad: joule (J).otras unidades utilizadas:calora: cantidad de calor necesaria para aumentar un grado centgrado la temperatura de un gramo deagua (1 cal = 4,18 J).1 kcal = 1.000 cal y 1 Termia = 1.000 kcal.

Potencia calorfica, W = Q / t.Energa calorfica que se intercambia por unidad de tiempo (se gana, se pierde, se produce o bien setransmite).unidad: watt (W)otras unidades: kcal/h, (1 kcal/h = 1,16 W)

Calor especfico de un material, C . eCantidad de energa calorfica necesaria para elevar un grado centgrado la temperatura de un gramo delmaterial. unidad: J / (kg EC)otras unidades: kcal / (kg EC) = 4.180 J/(kg EC)

Capacidad calorfica o masa trmica, M = C m. eEn un cuerpo determinado de masa m, es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado sutemperatura.unidad: J / EC otras unidades: kcal / EC = 4.180 J / EC

Temperatura.La medicin de las temperaturas de los cuerpos resulta especialmente importante porqu permite evaluarsu estado energtico, la cantidad de calor que acumulan, la radiacin trmica que emiten, etc. Estamedicin se puede hacer en:

Grados centgrados o Celsius (EC).Grados absolutos o Kelvin (K = EC + 273).Grados Farenheit o anglosajones (EF = 32 + 1,8 EC).


Fig. 2.11 baco psicromtrico

2.3.3 Aire

La evaluacin de las caractersticas del aire es compleja, ya que intervienen conceptos muy diversos,segn se quiera evaluar su estado energtico, su calidad, etc. Tratndose de una mezcla de gases, dondela presencia en pequeas cantidades de determinados elementos qumicos puede cambiar radicalmentesu adecuacin a los espacios interiores, slo se puede hablar de su composicin en trminos relativos.Normalmente, nos limitamos a aproximar su grado de contaminacin expresando, en tanto por mil, dela presencia de determinados elementos (anhdrido sulfuroso o carbnico, etc.).

Otro aspecto es el que hace referencia a su estado energtico, que depender de su temperatura, perotambin del contenido de agua en estado de vapor dentro de la mezcla de gases. Estos aspectos tienenespecial importancia por su influencia en la sensacin de confort trmico y se pueden estudiar con relativafacilidad al relacionarlos mediante el diagrama o baco psicromtrico.

El baco psicromtrico es un grfico de trabajo donde estn reflejados los factores que definen el estadoenergtico del aire: su temperatura y su contenido de agua en estado de vapor. Las propiedades del aireque aparecen en el baco son:


Temperatura seca (TS)Temperatura del aire registrada en un termmetro ordinario. Se mide en EC.

Temperatura hmeda (TH)Temperatura de un termmetro con el bulbo rodeado de ropa mojada y expuesto al aire en movimiento.Informa del contenido de agua del aire, ya que la disminucin de la TH respecto de la TS, por efecto dela evaporacin del agua, depende de este contenido de agua y es ms pequea cuanto mayor sea, hastaanularse con aire saturado. Se mide en EC.

Temperatura de roco (TR)Temperatura a la que puede enfriarse un aire hasta que condensa el agua que contiene. En EC.

Humedad especfica (X)Cantidad absoluta de vapor de agua que contiene un aire determinado. Se mide en gr/kg de aire seco.

Humedad relativa (HR)Porcentaje de vapor de agua que tiene el aire en relacin al mximo que puede contener a su temperaturasin saturarse. Se mide en %.

Calor sensible (QS)Energa calorfica que se utiliza para cambiar la temperatura seca del aire sin modificar su humedadespecfica. Se mide en J/kg de aire seco ( o en kcal/kg de aire seco, 1 kcal = 4.180 J).

Calor latente (QL)Energa calorfica que se utiliza para cambiar el contenido de vapor de agua del aire (humedad especfica)sin variar su temperatura seca. Se mide en J/kg de aire seco (o en kcal/kg de aire seco).

Calor total o entalpa (J = QS + QL)Energa total que se utiliza para cambiar las condiciones del aire entre dos estados de temperatura secay humedad especfica. En el baco hay una escala de entalpas con el origen situado convencionalmente.Se mide en J/kg de aire seco ( o en kcal/kg de aire seco).

Volumen especfico (V)Volumen de aire correspondiente a un kg de aire. El valor inverso da la densidad del aire para cadatemperatura. Se mide en m /kg de aire seco.3

Calor especfico del aire (Ce)Cantidad de calor necesario para subir un EC la temperatura de un kg de aire. Se mide en J/(kgEC) o enkcal/(kgEC). Su valor vara con la temperatura. A temperatura ambiente se puede tomar como valor elde 1.000 J/(kg EC) o 0,24 kcal/(kg EC).

Calor de vaporizacin del agua (Cv)Cantidad de calor necesario para pasar un gr de agua del estado lquido a vapor, a temperatura constante.Se mide en J/g de agua. Su valor es aproximadamente 2.260 J/g o 540 kcal/g.

2Definicin fsica del ambiente 41

Fig. 2.12 Intensidad acstica

Fig. 2.13 Presin acstica


Las unidades acsticas son, en principio, unidades simplemente fsicas, pero intervienen, adems,consideraciones fisiolgicas que influyen en su presentacin prctica en forma logartmica.

Potencia acstica, W = E / t.Cantidad media de energa acstica por unidad de tiempo: W = dE/dt. unidad: watt (W).

Intensidad acstica, I = W / S.Flujo medio de energa acstica transmitido en una direccin determinada, a travs de una superficieperpendicular a esta direccin: I = dW / dS. unidad: W/m.

Presin acstica, P.Diferencia entre la presin total en un punto cuando se produce una onda acstica y la presin estticacorrespondiente al estado de reposo en este punto (presin atmosfrica). P = P -P . Durante latotal atmosfpresencia de un sonido en el aire, se produce una variacin de la presin en el tiempo. unidad: pascal

Presin eficaz, P = (P - P ) / ef mx atmosf

I ' P2ef

D c

Ni ' 10 log10I

Iref

Np ' 10 log10P 2

P 2ref' 20 log10

PP

ref

I ' P2

D c , Iref 'P 2refD c ,

II

ref' ( P

Pref

)2

N ' 10 log IIref

' 20 log PPref


Relacin entre intensidad y presin acstica

donde DDDD es la densidad del aire,c la velocidad de propagacin y su producto (D c), la impedancia del aire (aproximadamente 415 kg/m s).2

Nivel sonoro, N.Es una magnitud fsica que tiene como objetivo evaluar el efecto de los sonidos.unidad: decibelio, dB.

Como la respuesta de la sensibilidad humana al sonido es aproximadamente de tipo logartmico, la unidadque se usa es el decibelio (dB).

El decibelio es la dcima parte del logaritmo decimal del cociente entre la magnitud que se quiere mediry una magnitud de referencia.

Nivel de intensidad acstica (N ), en dBi

donde: I = 10 W / mref -12 2

Nivel de presin acstica (N ) , en dBp

donde: P = 2,05 10 Pa, y las presiones son eficacesref -5

y de aqu, en general:

I ' W4Br 2

I ' WS

' Wcos$4Br 2


Altura o tono de un sonido: fFrecuencia a la cual se emite el sonido; slo tiene sentido si se trata de un sonido puro.unidad: ciclos por segundo = Hertz (Hz).

Timbre de un sonidoCaracterstica de la distribucin de su energa para las diferentes frecuencias. De aplicacin en sonidoscompuestos.

Relaciones fundamentales entre unidades acsticas

Al tratarse de un fenmeno que puede ser entendido como de tipo radiante, la formulacin bsica sersimilar a la de la radiacin. En el caso (terico) de una fuente puntual, emisora uniformemente en todaslas direcciones, a una distancia determinada r, la intensidad acstica valdr:

La intensidad I producida por una fuente puntual en un punto de una superficie donde llega con un ngulo

respecto de la normal a la superficie, desde una distancia r, ser:

2.3.5 Comentario general

La evaluacin de cualquier fenmeno ambiental se reduce a una evaluacin energtica, a pesar de que,debido a un proceso histrico, no haya homogeneidad en la denominacin de las unidades utilizadas.Es el caso, por ejemplo, del concepto de intensidad acstica (W/m), que coincide conceptualmente conla irradiacin (W/m) o con la iluminancia (lx) ; concepto en ambos casos distinto de la unidad deintensidad radiante o lumnica, que es el que hace referencia a la energa por ngulo slido y no porunidad de superficie.

Todos los fenmenos son ambientales a partir del momento en que tratamos con energas perceptiblespor los sentidos humanos. Por este motivo, la simple evaluacin energtica (desde la fsica) del fenmenoes insuficiente para valorar su accin sobre la percepcin. Se necesitar, pues, un anlisis posterior conbases fisiolgicas. Un caso singular en este aspecto es el de la evaluacin acstica en dB, que pretendeser una primera aproximacin a una valoracin fisiolgica del fenmeno, que se hubiese podido aplicara las otras energas ambientales, donde la respuesta tambin presenta una curva de tipo logartmico segnla intensidad del estmulo.

Desde la evaluacin fsica de los fenmenos se establecen las relaciones energticas entre las diferentesmanifestaciones ambientales, transformaciones, influencias mutuas, etc. En cambio, para evaluar suaccin sobre el ser humano, hay que tener presente una correccin fisiolgica que, como veremos,tambin presenta unas leyes de relacin que tienen similitud entre los diferentes fenmenos.


2.4 Propagacin de los fenmenos ambientales


La propagacin de las ondas electromagnticas se produce incluso en el vaco, donde su velocidad es muyprxima a los 300.000 Km/s.

En otros medios esta velocidad disminuye, a medida que aumenta la densidad del medio. En cualquiercaso, a efectos arquitectnicos resulta como una propagacin instantnea.

2.4.1 Calor

Consideraremos que hay propagacin de calor siempre que exista una transferencia de energa entre doscuerpos a diferente temperatura, que tender a igualar estas temperaturas al transferirse en el sentido delcaliente al ms fro.

Propiamente, slo se debera considerar como propagacin de calor la conduccin , que se da cuando laenerga calorfica (o sea el grado de agitacin molecular), se propaga de molcula a molcula en uncuerpo. La velocidad de propagacin es variable segn la conductabilidad calorfica del material, pero,en el caso de materiales utilizados en la construccin, acostumbra a ser del orden de cm/h, o sea, muylenta comparada con las otras formas de propagacin de la energa.

Un segundo sistema de propagacin de calor, que en realidad consiste en un desplazamiento de lamateria, es la conveccin . Esta se da en el caso de fluidos, donde se calienta una parte del fluido(normalmente por conduccin), con lo cual disminuye su densidad y tiende a subir, y as es substituidopor otra parte ms fra del fluido. Este fenmeno puede llegar a crear, en un mbito determinado, unatransferencia de calor de la zona ms caliente a la ms fra, con la termocirculacin del fluido producidapor este movimiento convectivo. La velocidad de transferencia ser prcticamente la del movimiento delas molculas del fluido y, en el caso del aire, del orden de dm/s.

Finalmente, el tercer sistema de propagacin de calor que normalmente se define es el de radiacin . Este

transporte de energa se produce cuando dos superficies a distinta temperatura radan trmicamente, cadauna hacia la otra, y es absorbida parte de la radiacin por la superficie receptora y transformadanuevamente en calor. Este intercambio ser mayor, como es lgico, en el sentido de la superficie mscaliente hacia la ms fra, y resultar una transferencia limpia de energa en este sentido. La velocidadde propagacin, en este caso, ser la de la radiacin; por lo tanto, se puede considerar instantnea aefectos prcticos.

c (m/s) ' P0(*


2.4.3 Aire

El movimiento del aire puede generar la renovacin o el cambio del aire interior por aire exterior o de otro local.En realidad este proceso siempre se genera por movimientos convectivos, por diferencia de temperaturas entre dosaires o bien por la presin de un viento exterior, que tambin ser causado por movimientos convectivos pero auna escala mayor. En todos estos casos, las velocidades pueden variar desde unos cm por segundo (conveccionestrmicas interiores) hasta a unos cuantos m por segundo (vientos).


La propagacin de estos fenmenos se realiza en el medio elstico que comunica el emisor con elreceptor. Este medio, en el caso de los sonidos, ser normalmente el aire, que se comprimir y expandirslo en forma de ondas longitudinales.

La velocidad de propagacin del sonido en el aire sigue la frmula de Laplace:

donde: c = velocidad de propagacin de sonido en el aire, en m/sP = Presin atmosfrica, en pascal (1 Atm = 1,013 x 10 Pa)0 5( = Relacin entre calor a presin constante y calor especfico a volumen constante . 1,4

para el aire* = densidad del aire . 1,2 kgr/m a 18 EC y 50% HR3

Como frmula aproximada, en funcin de la temperatura T(EC), se puede usar la expresin:c = 331,4 + 0,607 T

que, para temperaturas de unos 14EC es equivalente a unos 340 m/s, valor que se usa normalmente enlos clculos.

2.4.5 Comentario general sobre la propagacin de los fenmenos ambientales

La velocidad de propagacin de la energa tiene mucha importancia en el ambiente interior. En general,hay que considerar como instantneos los fenmenos radiantes y como casi instantneos, los acsticos,aunque su menor velocidad ya nos da posibles reverberaciones y ecos. Los movimientos del aire, mslentos, significan retrasos de minutos en las transferencias convectivas de calor y en las renovaciones deaire. Finalmente, las transmisiones de calor por conduccin comportan retrasos de horas y de das en elalmacenamiento y cesin de la energa, pudiendo gracias a ello obtener la estabilizacin climtica de losedificios que produce la inercia trmica .

Esta disparidad de velocidades hace aconsejable en cada caso, utilizar uno u otro sistema. En el caso delcalor, a veces se prefiere una propagacin por conduccin, ms lenta y con peor rendimiento, a cambiode la estabilidad que significa en la cesin.


Fig.2.14 Radiacin. Comportamiento frente a obstculos.

2.5 Comportamiento general frente a obstculos

Al propagarse, los fenmenos ambientales pueden encontrar obstculos en esta propagacin, que no sonms que discontinuidades en el medio en el que se propagan. Al encontrar estos obstculos se producencambios en las caractersticas de los fenmenos ambientales que, tanto si se refieren a sus propiedadesgeomtricas como a las energticas, son importantes desde un anlisis arquitectnico del ambiente.


Suponiendo una energa incidente (E ), una parte de sta se puede reflejar en el obstculo (E ), otra partei rse puede transmitir (E ) y la ltima parte se pierde en el mismo obstculo (E ).t a

Si definimos como coeficientes de reflexin r = E / Er ide transmisin t = E / E t ide absorcin a = E / Ea i

Resultar que, igualando el total de energa incidente a la suma de las energas reflejada, absorbida ytransmitida:

E + E + E = E r t a i

y por lo tanto:r + t + a = 1

si expresamos los coeficientes en %:

r% + t% + a% = 100.


2.5.2 Calor

En el caso de la propagacin del calor en presencia de obstculos, slo podemos considerar propiamentela propagacin por conduccin y conveccin, porque la radiacin ya la hemos tratado como tal. Porconduccin-conveccin se considera, en general, como obstculo a la propagacin, cualquier medioslido que impida (o dificulte en gran medida) la conveccin del aire y que, por tanto, limite y moderela propagacin del fenmeno conductivo. En este caso, que es el tpico en arquitectura, de paramentosque separan dos ambientes con un estado trmico distinto, el anlisis considerar los flujos de energaen el tiempo, donde el valor como barrera del obstculo depender de la resistencia que el paramentoofrezca al paso del calor.

2.5.3 Aire

En el caso del aire, ser un obstculo cualquier barrera que impida el libre movimiento de sus molculas,en la prctica paramentos slidos o cerramientos de los espacios arquitectnicos que resultan altamenteimpermeables al paso del aire. Siguiendo las leyes de la dinmica de fluidos, pueden existir circulacionesde aire atravesando aberturas o rendijas de un paramento, as como, dependiendo de las presionesrelativas de los gases en una y otra parte del obstculo, pueden haber difusiones a travs de la porosidadde los cerramientos, pero siempre con caudales muy reducidos.


Dependiendo de su carcter, cualquier cambio del medio representar un obstculo que dificultar lapropagacin. En el caso concreto de los sonidos areos, su comportamiento en presencia de un obstculotiene similitud con el caso de las radiaciones electromagnticas, aunque desgraciadamente lanomenclatura no es idntica, pese a que existen similitudes entre ambas.

Suponiendo que la energa incidente en el obstculo es E , la parte que se refleja ser: E = r E . La partei r ique se transmite ser E = t E , sin embargo, la parte que se pierde en el obstculo, en forma de calor yt ide vibraciones que se transmiten por va slida, la conocemos como energa disipada E . Laddenominacin de energa absorbida, E = " E , en este caso, es utilizada para designar el conjunto de la" ienerga que no retorna al ambiente donde llega, incluyendo, pues, tanto la transmitida como la disipada:

E = E + E" t d

Resultar: E = E + E = (r + ") E i r " iy por lo tanto: r + " = 1


Fig. 2.15 Movimientos ondulatorios. Comportamiento frente a obstculos2.5.5 Comentario general del comportamiento frente a obstculos

Como iremos viendo en el anlisis detallado, el concepto de obstculo puede ser muy diferente para losdiversos fenmenos ambientales, a pesar de que existan analogas muy significativas entre las radiacioneselectromagnticas y los sonidos, hechos que justifican su comparacin.

A continuacin analizaremos, uno a uno, los diferentes efectos que se producen cuando los fenmenosambientales se encuentran ante obstculos. En este anlisis, dejaremos sin tratar los fenmenos que tienenuna repercusin ambiental menos directa.


Fig. 2.16 Principio de Huygens.

Fig. 2.17 Difraccin.

2.6 Difraccin de los fenmenos ambientales

Cuando la propagacin de un movimiento vibratorio (sonido o radiacin electromagntica) llega al lmitede una barrera o a un agujero en sta, se produce una difraccin, y as el efecto se puede propagar pordetrs del obstculo, en puntos del espacio donde no llegara la onda directa.

Es un fenmeno resultante del principio de Huygens: "En la propagacin de un movimiento ondulatorio,cada uno de los puntos de un frente de ondas se convierte en generador de una nueva onda; la envolventede todas las ondas secundarias as formadas genera una nuevo frente de onda".

La difraccin se produce de forma ms apreciable en el caso de que los objetos que interceptan elmovimiento vibratorio tengan una medida comparable a la magnitud de la longitud de onda.


La difraccin es poco notable en este caso, al ser la longitud de onda muy pequea comparada con loselementos fsicos con los que trabajamos en la arquitectura.

2.6.2 Sonidos

Las longitudes de onda tienen dimensiones entre centmetros y decmetros, por ello la difraccin se hacenotable y el sonido rodea el obstculo, sobre todo si es grave (mayor longitud de onda).

r ' Nr

/ Ni


Fig. 2.18 Grfica reflexin/Longitud de onda

2.7 Reflexin en los fenmenos ambientales

En la propagacin de movimientos ondulatorios se manifiesta el fenmeno de la reflexin y presentaciertas analogas interesantes con la difraccin, especialmente en lo que respecta a su comportamientogeomtrico. Slo tiene sentido hablar de reflexin en el caso de movimientos ondulatorios, tanto si sonradiaciones electromagnticas como si son sonidos, por ello no consideramos aqu el calor ni elmovimiento de aire.


Desde el punto de vista energtico , las radiaciones se reflejan en mayor o menor proporcin segn seala estructura microscpica de la superficie, que concretamente significa el color (claro o oscuro) en elcaso de las radiaciones visibles y tambin del tipo de radiacin incidente, o sea de su longitud de onda.

La capacidad de reflexin de las superficies se mide con su:

Reflectancia, (r).Relacin entre el flujo reflejado en una superficie respecto al que incide.

Reflectancia especfica, (r ). 8888Relacin entre el flujo reflejado y el que incide, para una longitud de onda determinada 8.

Reflectancia media, (r ). mValor medio ponderado de las reflectancias para las diferentes longitudes de onda de una radiacindeterminada (solar, de luz incandescente, etc.).


Fig. 2.19 Reflexin. Planteamiento terico.

En general, la radiacin reflejada por una superficie reproduce el espectro de la radiacin incidente,afectado por los valores de las diferentes (r ). El total de flujo reflejado no superar nunca el flujo8incidente y tampoco lo har para una longitud de onda determinada.

Debemos distinguir entre la radiacin reflejada por una superficie y la que emite, por efecto trmico, lamisma superficie. A pesar de que el origen de la radiacin emitida pueda ser el aumento de temperaturaproducido por una radiacin previamente absorbida, esta radiacin emitida no reproduce el espectro dela incidente, aunque hay una ley general que relaciona las capacidades absorbentes y las emisoras de lassuperficies.

Resulta interesante hacer el estudio de las grficas reflexin-longitud de onda de distintos materiales. Sedebe tener en cuenta que los coeficientes de reflexin medios que se utilizan para la luz, o para laradiacin en general, pueden cambiar mucho segn el espectro de la luz o de la radiacin incidente.

Desde el punto de vista geomtrico , el acabado superficial de los cuerpos vara la geometra de lareflexin, dependiendo de la longitud de onda de la radiacin incidente.

En la prctica, podemos distinguir tres tipos bsicos de reflexin: especular (o regular), difusa ydispersa , los casos reales son una combinacin de los tres tipos bsicos en distintas proporciones.

En general, el comportamiento se acerca a la reflexin regular si la medida de las irregularidades de lasuperficie (medida como diferencia de cotas entre puntos prximos) es inferior a 1/4 de la longitud deonda de la radiacin incidente. Como las longitudes de onda de las radiaciones con las que trabajamosnormalmente son muy pequeas (del orden de micras), las superficies normales no tienen reflexinregular, excepto aquellas muy pulidas.

r (f) ' Er (f) / Ei (f)


Fig. 2.20 Coeficiente de reflexin.

2.7.2 Sonido

Desde el punto de vista energtico , tambin condiciona la reflexin de los sonidos el acabado superficialdel obstculo, a pesar de que, en este caso, existen otros factores, como las caractersticas mecnicas delmaterial, su espesor, etc. que afectan la proporcin de energa reflejada respecto de la incidente. Engeneral, se produce una reflexin primaria en la superficie del material, a la cual se le aade una desecundaria en su interior.

La valoracin de la capacidad reflectante se hace:

Coeficiente de reflexin, (r).Relacin entre la energa acstica reflejada totalmente y la incidente sobre la superficie del obstculo:

r = Er / Ei.

Coeficiente de reflexin especfico, (r ). fRelacin entre energa reflejada y energa incidente, para una frecuencia determinada: r = Er / Ei .f f f

Coeficiente de reflexin medio, (r ). mValor medio de los coeficientes de reflexin especficos correspondientes a las seis frecuenciasfundamentales: 128, 256, 512, 1024, 2048 y 4096 Hz.

r = 3333 r / 6.m f

Desde el punto de vista geomtrico , tal como pasaba en el caso de las radiaciones, es la textura de lasuperficie donde se refleja el sonido, en relacin con la longitud de onda de sta, la que determina el tipode reflexin, ms especular o ms difusa. En el caso del sonido, las longitudes de onda se mueven entrecentmetros y decmetros, dimensiones del mismo orden que las de los elementos arquitectnicos, y esms frecuente encontrar reflexiones regulares que con la luz y las radiaciones en general. En el caso desonidos graves (frecuencias bajas y largas longitudes de onda), esta especularidad todava es ms usual.


Fig. 2.21 Reflexin de los sonidos

Fig. 2.22 Reflexin. Eco

La forma y dimensin de las superficies reflectoras determinan, en las reflexiones especulares, el repartode la energa acstica en el espacio:

En el caso de superficies planas , la reflexin ser equivalente a la emisin de un foco virtual, F'simtrico del original F , respecto al plano reflectante.

Si son superficies convexas , la reflexin se dispersar, hecho que normalmente es favorable.

En superficies cncavas , las ondas tienden a concentrarse en determinadas zonas del espacio endetrimento de otras zonas, esto produce generalmente un efecto desfavorable.

Un fenmeno especificamente acstico es el eco . Se produce cuando en un punto del espacio incide unaonda reflejada, con intensidad suficiente y con suficiente retraso respecto de la onda directa como paraque pueda ser apreciada como independiente por el odo.

Ya que nuestra fisiologa pide una separacin mnima de 1/20 de segundo entre slabas, para poderlasconsiderar como independientes, se considera crtica una diferencia de caminos entre onda directa yreflejada de 340 m/s x 1/20 s = 17 m. A partir de este valor, se produce un eco claro. En la prctica se fijael lmite entre 12 m y 22 m, dependiendo del tipo de sonido emitido y de la importancia acstica del local.


2.8 Absorcin de los fenmenos ambientales

La absorcin en obstculos se puede considerar, hasta cierto punto, como el complemento de la reflexin,en especial cuando se entiende, como en la acstica o la radiacin incidente sobre cuerpos opacos, quetoda la energa no reflejada es energa absorbida. Igual que en los casos anteriores, slo tiene sentido laabsorcin en movimientos ondulatorios, sean radiaciones electromagnticas o sonidos.


La absorcin tiene importancia ambiental por su repercusin sobre las condiciones lumnicas y trmicas.La radiacin absorbida depende de la longitud de onda y del tipo de superficie y se convierte en calor enestas superficies, lo que condiciona indirectamente su emisin de radiacin trmica.

Absorbancia (a). Relacin entre el flujo absorbido por la superficie de un cuerpo respecto del incidente:a = MMMM / MMMMa i

Absorbancia especfica (a ). Relacin entre el flujo absorbido y el incidente para una longitud de onda8888determinada.

Absorbancia media (a ). Relacin entre el flujo absorbido y el incidente para todas las longitudes demonda de una determinada radiacin y/o para una determinada zona del espectro (por ejemplo, para la laluz solar y la radiacin visible).

Relacin entre emitancia y absorbancia de un cuerpo .

Siguiendo la ley de Kirchoff: "el cociente entre emitancia y absorbancia es constante para cadatemperatura, independientemente de la naturaleza material de la superficie considerada":

M / a = E8T 8 8TSegn ello las superficies absorbentes a una radiacin de una longitud de onda determinada tambin sernbuenas emisoras de dicha radiacin. A partir de aqu se puede establecer una clasificacin de los acabadossuperficiales, muy importante para juzgar su comportamiento frente a la radiacin:

Cuerpos grises . Son aquellos que tienen una absorbancia constante para todas las longitudes de onda dela radiacin considerada (normalmente, la solar).

Cuerpos negros. Aquellos cuerpos grises que tienen la absorcin mxima (absorbancia = 1) en todas laslongitudes de onda y que, segn Kirchoff, tambin tendrn la mxima emitancia en todas las longitudesde onda.

Cuerpos antinegros. Aquellos cuerpos grises que tienen absorbancia nula (reflectancia = 1) en todas laslongitudes de onda y, por tanto, su emitancia ser mnima.

M8T ( n ) ' 2 B h c2

851

ehc /8KBT & 1


Fig. 2.23 Relacin entre emitancia y absorbancia de un cuerpo con la longitud de onda

Cuerpos selectivos fros. Aquellos que tienen diferentes absorbancias segn la longitud de onda.Reflejan mucho (a.0) las longitudes de onda ms cortas (visibles y infrarrojo prximo) y absorbenmucho (y, por lo tanto emiten mucho) las ms largas (infrarrojo lejano). Este comportamiento les haceespecialmente adecuados como revestimiento exterior en climas clidos.

Cuerpos selectivos clidos. Aquellos que absorben mucho las longitudes de onda ms cortas y reflejan(y por lo tanto no emiten) las ms largas. Son especialmente adecuados como elementos captadores dela radiacin solar a efectos trmicos.

Aplicacin de la ley de Kirchoff en el cuerpo negro .

Siendo una superficie que absorbe todas las longitudes de onda (a = 1), resultar: M (n) = E ; como8 8888T 8888Tpara una superficie cualquiera tenamos: M / a = E , resulta: M / a = M (n). Esto permite8888T 8888 8888T 8888T 8888T 8888Tconocer la emitancia a una determinada temperatura de cualquier cuerpo que tenga una absorbanciaconocida, a partir de la emitancia del cuerpo negro, que se puede saber a partir de la:

Ley de Planck. Nos indica la radiacin total del cuerpo negro para cada temperatura y longitud de onda:

donde: T = temperatura en graus Kelvinc = velocidad de propagacin de la radiacin electromagntica . 3 10 m/s8

h = ct. de Planck = 6,625 10 (J s)-34 K = ct. de Boltzmann = 1,38 10 (J / K).B -23

Ley de Stefan Boltzmann. Nos da la emitancia total del el cuerpo negro a una temperatura determinada,en W / m :2

M (n) = 5,71 10 TT -8 4


Fig 2.24 Absorcin. Ejemplo de material poroso

2.8.2 Sonidos

La absorcin de los sonidos al llegar a un obstculo depende, de forma bastante compleja, de lascaractersticas superficiales e internas de este obstculo, a la vez que influyen en gran medida lasfrecuencias del sonido que se est considerando. Debemos tener en cuenta que la absorcin acstica seproduce fundamentalmente en su recorrido dentro del espesor del material.

Coeficiente de absorcin, ( """"). Es la relacin entre la intensidad sonora absorbida (que incluye la transmitida) y la incidente:

"""" = I / I .a i

En general puede hablarse de un coeficiente de absorcin especfico, """" para una frecuencia determinadaf(o para un campo limitado de frecuencias), y de un coeficiente de absorcin media, """" para las seismfrecuencias fundamentales.

Unidad de absorcin acstica (UA), o " sabine ".Es la equivalencia a la absorcin de 1 m de superficie que tiene un coeficiente de absorcin " = 1.2

Reverberacin.

Relacionado directamente con la absorcin acstica, existe el fenmeno de la reverberacin, o sea, de laprolongacin del sonido despus de la extincin de la fuente, que se produce en un espacio o localdeterminado. La reverberacin es debida a las reflexiones que se producen en las superficies decerramiento del local, que van llegando a un punto cualquiera del mismo en momentos sucesivos, debidoa la diferencia de caminos recorridos por las diferentes ondas, y que se aprecian debido a la velocidadrelativamente lenta del soni

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