EL MEDIO AMBIENTE

Es notable ver una vista de la "gran imagen" de nuestro entorno, como a todo el planeta Tierra fotografiada desde el espacio exterior. Contra la oscuridad del espacio la superficie de la Tierra está iluminada por el Sol, la estrella fundamental que rige nuestro planeta y lo suministra con la energía. También es un reto para nosotros considerar que el Sol y la Tierra, al igual que otros sistemas planetarios, pueden felizmente existir sin la gama actual de vida en la Tierra, incluyéndonos a nosotros los seres humanos. Comparado con estas cuestiones¡Este libro tiene un relativamente limitado alcance!

Utilizado en un sentido amplio, el término medio ambiente significa los entornos globales que afectan a nuestras vidas. Esto es obviamente un tema amplio y complejo que implica factores que van desde los grandes eventos en el Sol a pequeños eventos dentro de las moléculas de los seres vivos. Muchos factores ambientales también interactúan entre sí en formas que son importantes, o incluso vital para la vida. Por ejemplo, el contenido de oxígeno de la atmósfera está regulado por las plantas de la Tierra, que absorben dióxido de carbono del aire y luego devuelven el oxígeno que respiramos.

Mantener y mejorar la calidad de nuestro medio ambiente es importante para la vida y para la calidad de vida. Temas ambientales también pueden tener dimensiones sociales y políticas importantes con decisiones difíciles a realizar y los temas que se debaten. Sumado a esto, la ciencia y la tecnología de los diferentes temas tienen muchas interacciones y vínculos que pueden ser difíciles de entender.

Este libro se centra en la ciencia, la tecnología y los servicios relacionados con la comodidad de los seres humanos en los edificios y el rendimiento medioambiental de los edificios. Estos aspectos del entorno construido tienen muchas interacciones significativas con el medio ambiente en general y un conocimiento seguro de los hechos, términos y principios es una buena base para la comprensión del entorno.

Asuntos ambientales globales, como el clima y confort, se consideran en este capítulo, mientras que los capítulos siguientes examinan los temas con más detalle. Las secciones de Recursos del libro contienen información de apoyo que se puede utilizar para revisar la ciencia detrás de algunas de las tecnologías estudiadas y para la investigación ulterior de temas.

AMBIENTES

Términos básicos

Los componentes que conforman el medio ambiente en general pueden subdividirse de acuerdo con diversos sistemas, pero una distinción importante de este libro es la diferencia entre el entorno natural y el entorno construido.

El entorno natural es todo el entorno, sin presencia o la interferencia humana.

Las características notables del entorno natural incluyen el clima, montañas y colinas, ríos y lagos, las rocas y el suelo, los árboles y las plantas.

Elentorno construido está formado por los edificios y otras estructuras que los humanos construir en el entorno natural.

Las características notables del entorno construido incluyen edificios, agua y sistemas de drenaje, sistemas de transporte, sistemas de energía y sistemas de comunicación.

La sustentabilidad es la idea general de la satisfacción de necesidades del presente sin comprometer las necesidades del futuro. Se trata de sobrevivir.

Un edificio verde o sustentable está deliberadamente diseñado para minimizar el impacto en el medio ambiente natural y maximizar la eficiencia en el uso de recursos tales como materiales, agua y energía a lo largo del ciclo de vida del edificio.

Aunque este libro se centra en el medio ambiente en y alrededor de edificios, hay una considerable interacción entre diferentes factores ambientales, como se muestra en el modelo simple de la Figura 1.1.

Las conexiones entre los ambientes

Desde los primeros tiempos, la gente ha adaptado su hábitat para proporcionar el abrigo de la intemperie y otras amenazas a la vida. Los primeros humanos hicieron uso de los refugios naturales, como cuevas, y luego construyeron refugios usando materiales disponibles, como las pieles de animales, piedras, paja o madera. Edificios modernos implican tantas características en el diseño, los materiales y la construcción que es fácil olvidar que el objetivo fundamental es proporcionar un ambiente interno que es diferente del ambiente externo.

Un entorno construido responde al medio ambiente natural local, y por lo tanto diferentes tipos de edificios se encuentran en diferentes partes del mundo. El clima es un factor importante en la determinación de las características del edificio, junto

con la disponibilidad de los materiales y técnicas de construcción. Algunas de estas interacciones se resumen en la Tabla 1.1. Otras influencias en tipos de edificios son las tradiciones locales y los estilos arquitectónicos internacionales.

Interacciones y problemas

Algunas de las interacciones entre los efectos integrados y entornos naturales que causan preocupación:

El consumo de los recursos no reponibles, como el combustible fósil. El consumo de recursos sin reemplazo, como bosques de madera dura. Cambios perjudiciales para el hábitat local, como la deforestación. Cambios perjudiciales para el hábitat mundial, como el cambio climático.

Estas preocupaciones están conectadas a diversos temas de este libro y se discuten, en su caso, en otros capítulos.

Recuerden también que el medio natural puede sufrir grandes cambios, sin la presencia de los seres humanos. Gran Bretaña, por ejemplo, ha sido sometida a las glaciaciones y períodos cálidos, y eso haciendo caso omiso al tiempo geológico anterior, cuando Gran Bretaña estaba conectada a Canadá y se posicionaba en el Ecuador. Las montañas de la Tierra se han erosionado y cayeron en el mar para formar nuevas capas de roca que, a su vez, han formado nuevas montañas; esto ha ocurrido cuatro veces en toda la vida del planeta. Y hace tan sólo 20.000 años se podía caminar en tierra firme entre Inglaterra y Francia, donde el túnel del Canal de la Mancha ahora cruza.

Tabla 1.1 Ejemplos de conexiones ambientales

Características del ambiente natural Características del ambiente construido

Climas cálidos, secos Superficies de color claro Salida de alero para dar sombra Las aberturas para las brisas Patios para atrapar refrigerador de aire

Climas templados, húmedos Los materiales ligeros Edificios sobre pilotes para la ventilación

Climas fríos Naturalmente sitios protegidos Alto aislamiento Construcción herméticas

Nevadas Techos fuertes para carga Cubiertas inclinadas a descartar la nieve

Vientos fuertes Naturalmente sitios protegidos

Bajo los edificios hundidosBosques Madera como material de construcciónCanteras Piedra como material de construcciónSuelo de arcilla Ladrillo de barro o construcción de

adobe Ladrillo cocido como material de construcción

Zonas de terremotos Tiro bajo construcción flexible Estructuras de hormigón armado La evitación de mampostería sin garantía

El ambiente construido

La mayoría de las personas en la Tierraviven y se mueven en un entorno construido, hecho por el hombre que hemos insertado en el medio ambiente natural. Las características del entorno construido incluyen edificios, electricidad y suministro de agua, carreteras, puentes, túneles, ferrocarriles, puertos y aeropuertos. Las características más grandes del ambiente construido pueden dejar su huella en el medio natural durante miles de años después de que han sido abandonados. Los ejemplos incluyen pirámides, círculos de piedra, fuertes de tierra, pistas y caminos antiguos y es interesante preguntarse qué partes del entorno construido actual podrían, si son abandonados, durar miles de años a partir de ahora.

El enfoque de este libro está en los edificios dentro de entorno construido en lugar de las carreteras y puentes. Estos tipos de construcción son variadas e incluyen casas, escuelas, tiendas, edificios de oficinas, fábricas, centros comerciales. La mayoría de los edificios están diseñados para tener las personas que viven o trabajan en el interior y por lo tanto estamos interesados en aquellos aspectos de los edificios que afectan el confort humano. Estos factores incluyen la calefacción, la refrigeración, la iluminación, el rendimiento acústico, el uso de los servicios como la electricidad y el agua. Entrelazado con estos temas es el uso sostenible de los recursos para construir y para hacer funcionar los edificios.

Considerado el paso del tiempo, podemos considerar que los edificios tengan cuatro grandes etapas, como se muestra en la Figura 1.2 y se describe a continuación.

1. Diseño: la etapa en que pensamos acerca de lo que queremos y especificamos la mejor manera de hacerlo. Las decisiones tomadas en esta etapa última de la vida útil del edificio, y las decisiones de diseño pobres son por lo general difíciles de remediar.

2. Construcción: en esta etapa el edificio es hecho, lo que requiere recursos de la tierra, como los materiales y la energía y esto tendrá un impacto en el medio ambiente natural.

3. Rendimiento: el escenario ampliado del edificio, ya que proporciona beneficios a las personas, pero que requiere acuerdos para el suministro de energía, suministro de agua y eliminación de residuos. Este desempeño continúa, para bien o para mal, durante la vida útil del edificio.

4. Eliminación:la etapa en que el edificio es desmontado y sus materiales y accesorios son reciclados o eliminados con un impacto mínimo sobre el medio ambiente.

Figura 1.2 Principales etapas en la vida de un edificio

Los temas técnicos tratados en este libro son aplicables, según proceda, a todas las etapas de la vida total de un edificio. El último capítulo sobre 'Edificios Verdes' vuelve a las cuestiones más amplias de rebajar, construir y utilizar edificios de manera que sea ambientalmente responsable.

CLIMA

La atmósfera de la Tierra es un ambiente particular que produce efectos siempre cambiantes en laluz del sol y las nubes, la presión y el viento, la temperatura y la humedad, y la precipitación en forma de lluvia, granizo y nieve. Cuando se observan estas variaciones de corto plazo de tiempo en un lugar y considerados durante un período de tiempo forman un clima. El clima varía de un lugar a otro en la Tierra y crea una variedad de entornos.

Los mecanismos físicos que impulsan el sistema climático global incluyen la energía recibida del sol, la rotación de la Tierra, la convección de masas de aire, el calentamiento de masas de tierra y agua, y la evaporación del agua y su posterior condensación y precipitación. Estos mecanismos están relacionados entre sí de manera compleja y producen variaciones que dependen de los ciclos regulares de tiempo, tales como los cambios diarios y anuales, y las variaciones que son al azar. La previsión del tiempo local en una base diaria es un reto, pero hay buenos datos para la frecuencia probable de los acontecimientos en un área y esta información es más importante para el diseño de edificios.

Directa o indirectamente, el clima tiene una influencia en todas las actividades humanas, ya que afecta a los recursos de las rocas, el suelo, la vegetación y el agua en una región. Por lo tanto, el clima está interrelacionada con las características sociales tradicionales en una región, como los tipos de alimentos que crecen, la ropa usada y los edificios en que se vive. Incluso en zonas con poca tradición el clima local seguirá afectar estilos de la agricultura, los edificios y sus servicios, el ocio actividades y transporte.

El clima subyacente de una región puede estar relacionado con determinados factores que se enumeran a continuación y que se describen en los siguientes apartados:

Latitud geográfica Estación del año Altitud y topografía Efectos del agua Circulación atmosférica.

Latitud

La latitud geográfica de un lugar en la tierra es una medida de su posición por encima o por debajo de la línea ecuatorial, y se mide generalmente por ángulos en grados.

La intensidad de la radiación solar disminuye a medida que aumenta la latitud.

La radiación solar y el efecto de calentamiento recibido del sol es más fuerte cuando llega a la superficie de la Tierra 'recta', en un ángulo de 90º respecto a la superficie. Pero la mayoría de las partes de la Tierra reciben la luz del sol en un ángulo inferior a 90º respecto a la superficie, en especial hacia los polos de la Tierra. La radiación es entonces menos intensa por un factor no lineal que varía con el coseno del ángulo. Por tanto, el calor recibido en la Tierra del Sol es significativamente menor en las latitudes más altas cerca de las regiones polares.

Estaciones del año

La intensidad de la radiación del Sol también varía con la estación del año. El ángulo en el que la radiación del Sol cae sobre la superficie cambia como la inclinación y la órbita de la Tierra alrededor del Sol, como se muestra en la Figura 1.2. En las latitudes tropicales, cerca del Ecuador, hay poca diferencia en el calentamiento solar entre el verano y el invierno. En latitudes altas, en las regiones árticas o antárticas, el Sol nunca se eleva por largos períodos del año.

La órbita de la Tierra alrededor del Sol es ligeramente elíptica y el eje de la Tierra está inclinado 23.5° con respecto al plano que pasa por el Sol y el ecuador. Esta inclinación causa el cambio en la radiación, la duración de día y el clima entre el verano y el invierno. Si no había ninguna inclinación entonces no habría condiciones climáticas relativamente uniformes en todo el año.

Figura 1.3 Movimiento de la Tierra alrededor del Sol

Verano: zonas septentrionales reciben mayor radiación solar en forma de rayos huelga en ángulo más favorable.

Invierno: las zonas septentrionales reciben menor radiación como los rayos huelga en ángulo menos favorable.

21 de junio de verano en el hemisferio norte. La Tierra está inclinada sobre el eje a 23,5° en su órbita alrededor del sol. Sol con la Tierra se muestra en dos posiciones de su órbita alrededor de

Sol 21 de diciembre del pleno invierno en el hemisferio norte.

Cada día el sol traza una trayectoria aparente en el cielo. En el hemisferio norte el solsticio de invierno es el 21 de diciembre y marca el camino más bajo y el día más corto. El solsticio de verano el 21 de junio marca el camino más elevado y el día más largo. Los equinoccios son el 21 de marzo para la primavera (vernal) y el 21 de septiembre otoñal en el hemisferio norte. En estas dos fechas todos los lugares de la Tierra tienen una jornada de 12 horas y una noche de 12 horas, con la salida del sol es exactamente hacia el este y el atardecer exactamente, hacia el oeste.

Altitud y topografía

La altura de un lugar por encima del nivel del mar afecta a su clima ya que la temperatura del aire disminuye con la altitud. Incluso en las zonas tropicales es posible para las tapas de las altas montañas para estar cubiertos de nieve.

La temperatura del aire se reduce en 6,5° C por cada 1000 metros de incremento de la altitud.

Las características de la superficie de la Tierra, o la topografía, también influyen en el clima local, al afectar la formación de viento, nubes y lluvia. Por ejemplo, el aire tan húmedo desde el océano barre la ladera de una montaña el aire se enfría, forma nubes y provoca la lluvia y la nieve que caen. A medida que el viento sopla por las laderas de sotavento en el otro lado de las montañas el aire por lo general se calienta y las nubes tienden a desaparecer.

Efectos de agua

Grandes masas de agua cubren la superficie de la Tierra y tienen un efecto considerable sobre el clima, tanto a nivel local como a nivel mundial. Los océanos y grandes lagos afectan los climas reduciendo los extremos de la temperatura del aire en lugares cercanos y la dirección del viento de ellos. La masa de agua en un océano o un lago absorbe el calor y lo que tarda más en calentarse y más en enfriarse que una masa de tierra. Por lo tanto, las temperaturas del aire sobre el océano y en lugares cercanos a los océanos tienen variaciones pequeñas en la temperatura del aire que en lugares a la misma latitud, pero también del interior. Por ejemplo, Glasgow y Moscú tienen latitudes similares, pero tienen climas muy diferentes.

Los océanos del mundo almacenan grandes cantidades de energía térmica y estealmacenamiento de calor estabiliza las variaciones de las temperaturas en el planeta y los mantiene dentro de un rango relativamente estrecho de valores comparados con otros planetas en el sistema solar. En los océanos hay grandes corrientes, como la Corriente del Golfo y de El Niño, que distribuyen esta energía en todo el mundo e interactúan con los sistemas meteorológicos.

Circulación atmosférica

Los movimientos de grandes masas de aire en la atmósfera influyen en el clima, produciendo vientos que distribuyen el calor y la humedad. Cinturones mundiales de viento, como los vientos alisios, alrededor de la Tierra y se desplazan hacia el norte y el sur como las estaciones del año del cambio. En la primavera se mueven hacia los polos y en el otoño se desplazan hacia el ecuador. Estos cambios de viento ayudan a explicar por qué algunas áreas tienen estaciones lluviosas y secas distintas.

Tipos de clima

Los diferentes climas encontrados en el mundo pueden ser descritos por diversos sistemas de clasificación que tengan en cuenta las características de una región, como la vegetación, la temperatura media y las precipitaciones medias. A los efectos de estudiar el efecto del clima en edificios y el confort humano, los cuatro tipos de clima generales que se describen en la Tabla 1.2 son útiles.

Tabla 1.2 Tipos de clima

Tipos de clima Características tipicasFrio Pérdida excesiva de calor durante la

mayor parte del año Las temperaturas mínimas: por debajo de -15° C

Temperado La pérdida de calor excesivo durante una parte del año La pérdida de calor inadecuada para una parte del año Intervalos templados: -30° C a 30° C Precipitaciones posible en todas las estaciones

Caliente / Seco El sobrecalentamiento de la mayor parte del año El aire seco permite la evaporación Rangos de temperatura: -10° C a 45° C Radiación altaFuertes vientos

Cálido / Húmedo El sobrecalentamiento de la mayor parte del año El aire húmedo inhibe refrigeración Temperatura menudo por encima de 20° C Humedad relativa media en torno al 80% La precipitación elevada en ciertos meses

Ambiente alrededor de los edificios

Desde la perspectiva de un solo edificio, el clima es el conjunto de condiciones ambientales que rodean el edificio y se enlazan con él. El estudio del clima para el entornos construidos locales generalmente implica el estudio de los sistemas más pequeños del clima de los descritos anteriormente, y en el capítulo 14 considera detalles de la medida del clima y de microclimas.

Las siguientes características generales del entorno natural local son importantes para nuestra elección del emplazamiento de los edificios y ciudades:

Disponibilidad de agua potable Drenaje de suelo Seguridad de las inundaciones Refugio de tiempo reinante Orientación al Sol, según el caso

Cambio climático

El cambio climático puede ser un tema científica y políticamente controversial. Los registros de temperatura global muestran que la Tierra se ha calentado al menos 0,5° C durante el siglo pasado. Se han producido cambios en la temperatura global en épocas pasadas, como las edades tropicales y edades de hielo, que pueden estar vinculados a los efectos naturales de la variabilidad solar, volcanes y los impactos de meteoritos, incluso. A pesar de las dificultades de ser cierto sobre algunos datos, existe una considerable evidencia científica que sugiera que las actividades de los seres humanos están causando el actual aumento de las temperaturas globales.

Cualesquiera que sean las causas exactas del calentamiento global, sus efectos cambian la ecología de muchas partes de la Tierra y traer dificultades para las personas que viven allí. Los posibles efectos del calentamiento global incluyen:

Derretimiento de los hielos polares causando un aumento en los niveles del mar y la desaparición de la tierra

Aumento de la severidad de las tormentas e inundaciones El cambio en los patrones de lluvia, formando nuevos desiertos Los cambios en las corrientes oceánicas, causando cambios en el clima

local Los cambios en los patrones de las nevadas y las placas de hielo

Gases de efecto invernadero

La atmósfera que rodea la Tierra se comporta como un gran 'invernadero' alrededor de nuestro mundo y mantiene una cierta proporción del calor recibido desde el sol. Hay un equilibrio entre el calor absorbido y emitido por el planeta Tierra. El aumento de ciertos gases de “efecto invernadero'' en la atmósfera, como el dióxido de carbono de la quema de combustibles fósiles, aumenta el efecto invernadero y reduce la cantidad de calor que el planeta Tierra sería de otro modo irradiar hacia el espacio. Por tanto, este efecto particular de efecto invernadero responsable del calentamiento global.

Los gases invernadero son aquellos gases que tienen una gran influencia en el efecto invernadero. A continuación se describen los gases de efecto invernadero significativos, incluyendo algunos cuyas cantidades son influenciados por el comportamiento humano.

Vapor de aguaH2O: se produce de forma natural de las aguas del mundo, sin incluir las nubes, y representa la mayor parte del efecto invernadero en la Tierra.

Dióxido de carbono CO2: producido por la quema de combustibles fósiles y bosques y por toda la descomposición orgánica. Las chimeneas, tubos de

escape de los vehículos de motor y los incendios forestales son las principales fuentes.

Metano CH4: el componente principal de los suministros de gas natural. El metano se produce por la descomposición de la materia orgánica y también por la digestión de ovejas y ganado.

Los óxidos de nitrógeno NOx: los diversos óxidos de nitrógeno, que se producen principalmente por las emisiones de vehículos de motor.

Clorofluorocarbonos CFC: familias de compuestos químicos fabricados para uso en refrigeradores y aerosoles, y para el aislamiento. Aunque inerte en el punto de uso, los CFC escapar a la atmósfera superior, donde reaccionan químicamente y agotan la capa de ozono que necesitamos para la protección contra el exceso de radiación ultravioleta del sol.

Los CFC, que se describe más arriba, se clasifican como uno de los gases de efecto invernadero de las minorías, pero que desempeñan un papel único al hacer reaccionar químicamente con el ozono en la atmósfera superior. Esta capa de ozono filtra las longitudes de onda más cortas de la luz ultravioleta que, en grandes cantidades, son perjudiciales para las formas de vida y provocan efectos en los seres humanos, tales como el cáncer de piel. No queremos dañar la capa de ozono, y ya que los acuerdos en la década de 1990 el uso de CFC se ha reducido drásticamente, como se describe en el apartado Refrigerantes en el capítulo 4.

Acuerdos de emisión de gases de efecto invernadero

El efecto invernadero natural de la atmósfera de la Tierra es uno de los mecanismos que hacen posible la vida en este planeta y también es un mecanismo que se puede cambiar, para bien o para mal, por nuestras actividades humanas. Existe la necesidad de un consenso generalizado de que los gobiernos del mundo a ponerse de acuerdo sobre los objetivos y los mecanismos para limitar las emisiones de gases de efecto invernadero.

El Protocolo de Kyoto es un acuerdo entre países para reducir sus emisiones de dióxido de carbono y otros cinco gases de efecto invernadero. La mayoría de los países del mundo se han sumado al acuerdo de Kyoto y los acuerdos similares, tales como la Declaración de Washington. A pesar de algunas diferencias sobre los detalles de los acuerdos se espera que un sistema unificado de control surgiráen los próximos años. En general, los acuerdos internacionales establecen límites a las emisiones de gases de efecto invernadero para cada país. Estos «cuotas» de las emisiones se pueden expresar en términos de "créditos de carbono", que también puede ser objeto de comercio entre países o empresas. Por ejemplo, un país con grandes extensiones de bosques, que absorben dióxido

de carbono, obtiene créditos de carbono que otros países pueden comprar para compensar los efectos de sus emisiones.

CONFORT AMBIENTAL

A pesar de los retos de la utilización de nuestro entorno natural con cuidado tenemos la necesidad de construir un ambiente construido con lugares cómodos donde podemos vivir y trabajar. La comodidad física de los seres humanos depende en gran medida de los siguientes factores físicos:

• Temperatura • Entorno de iluminación

• Calidad del aire • Entorno acústico

La medida técnica y el control de estos factores dentro de los edificios se discute en los distintos capítulos de este libro. La figura 1.4 resume los factores importantes para el confort humano dentro de los edificios y da una vista previa de las unidades típicas y rangos de confort.

Fuera del centro de nuestra comodidad física humana, las características del entorno construido interactúan con muchos temas más amplios, como se indica en las secciones anteriores sobre el clima y el calentamiento global. Temas generales, como la salud y la seguridad, el uso de materiales, el uso de la tierra, uso de energía y la gestión del carbono, el uso del agua, la reducción de los residuos y la contaminación se producen a través de los distintos capítulos del libro. El último capítulo en las declaraciones de 'edificios verdes' a temas y cuestiones clave.

Figura 1.4 Resumen de las condiciones de confort

Temperatura Humedad Sonido IluminaciónTemperatura de bulbo seco

Humedad relativa

Nivel de sonido

Iluminancia

100° C Punto de ebullición del agua

Aire saturado al 100%

140 dB (A) Umbral del dolor

50000 lux Luz solar

Rango de confort

Día de verano de 25° C

Aire húmedo al 70%

70 dB oficina ocupada

10000 lux exhibición de la tienda

Rango de confort

400 lux iluminación de oficina

Rango de confort

5° C Día de invierno

40% día seco 30 dB pieza silenciosa

50 lux Pasillo

0° C Punto de congelación

0% aire seco 0 dB (0) umbral de audición

0 lux sin luz