S.04 cln climaconfort 2017
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Culiacán
Clima y Confort para la
Aplicación de
Estrategias Bioclimáticas
De las Metodologías…“el procedimiento deseable será trabajar con y no contra las fuerzas naturales y hacer uso de sus potencialidades para creas mejores condiciones de vida... El procedimiento para construir un edificio climáticamente balanceado se divide en cuatro pasos, de los cuales el último es la expresión arquitectónica. La expresión debe estar precedida por el estudio de las variables climáticas, biológicas y tecnológicas”
Olgyay, Victor. Design With Climate. Princeton University Press. Princeton, USA 1963. pp 10‐13
1. Planteamiento del problema. – Objetivos, alcances y limitaciones
2. Análisis del Sitio y del entorno– Medio natural– Medio artificial– Medio socio‐cultural
3. Usuario:– Bienestar y confort– Necesidades y requerimientos
4. Estrategias de diseño– Climatización– Iluminación– Acústica– Control de contaminantes
5. Anteproyecto Método desarrollado por el Dr. Víctor Fuentes FreixanetArquitectura BioclimáticaCyAD ‐ UAM Atzcapozalco
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Datos básicos para el diseño bioclimático
• Emplazamiento
• Clima local
• Asoleamiento
• Condiciones de confort
• Comportamiento térmico de la Envolvente
El sitio, el lugar, el emplazamiento
Factores del clima
• Latitud
• Altitud
• Relieve
• Distribución de tierra y agua
• Corrientes marinas
• Modificaciones al entorno
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Elementos del clima• Temperatura
• Humedad
• Precipitación
• Presión atmosférica
• Radiación
• Nubosidad
• Visibilidad
• Días grado e Índice ombrotérmico
Factores climáticos• Temperatura
• Humedad
• Precipitación
• Radiación solar global
• Vientos
Clasificación Climatológica
Fuente:Servicio
Meteorológico NacionalNormales
Climatológicas por estación
http://smn.cna.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=42&Itemid=75
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Procesamiento de Datos
Análisis de datos climáticos
Temperatura
TMax por encima de 40º C
TN = 25.3º C Zona de Confort = 22.83º a 27.83º C.
TMax por encima de la ZC todo el año
TM dentro de los límites de la ZC
Parámetro de Referencia: Límites para evaluar la temperatura sobre la zona de confort determinada
con base en la temperatura neutra.
• TM anual = 24.9º C
• TM del mes más caluroso = 30º C
• TM mes mas frío =19.2º C.
• TMáx mensual por encima de la ZC todo el año
• De junio a octubre pueden presentarse temperaturas superiores a los 40º C
Lugar CÁLIDO con necesidades de enfriamiento durante la mitad de los meses del año
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Distribución de rangos de confort para cada hora del día
TEMPERATURA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PRO
14.8 13.3 12.1 11.2 10.6 10.4 10.9 12.5 14.8 17.7 20.7 23.6 25.9 27.5 28.0 27.8 27.2 26.3 25.1 23.6 21.9 20.1 18.3 16.5 19.2
15.3 13.7 12.4 11.4 10.8 10.6 11.2 12.8 15.2 18.3 21.5 24.5 27.0 28.6 29.2 29.0 28.4 27.4 26.1 24.6 22.8 20.9 18.9 17.0 19.9
16.4 14.7 13.4 12.4 11.8 11.6 12.2 13.8 16.4 19.5 22.8 26.0 28.6 30.3 30.9 30.7 30.1 29.0 27.7 26.0 24.1 22.1 20.1 18.2 21.2
18.6 17.0 15.7 14.6 14.0 13.8 14.4 16.1 18.6 21.8 25.1 28.2 30.7 32.3 32.9 32.7 32.1 31.1 29.8 28.2 26.4 24.5 22.5 20.5 23.4
21.7 20.3 19.0 18.1 17.6 17.4 17.9 19.4 21.7 24.5 27.6 30.5 32.8 34.4 34.9 34.7 34.1 33.2 32.0 30.5 28.8 26.9 25.1 23.4 26.1
26.0 24.9 23.9 23.2 22.7 22.6 23.0 24.2 26.0 28.2 30.6 32.8 34.6 35.8 36.2 36.1 35.6 34.9 34.0 32.8 31.5 30.1 28.7 27.3 29.4
27.0 25.9 25.1 24.4 24.0 23.9 24.3 25.3 26.9 28.9 31.1 33.0 34.7 35.7 36.1 36.0 35.6 34.9 34.1 33.1 31.9 30.6 29.4 28.1 30.0
26.6 25.6 24.7 24.1 23.7 23.6 24.0 25.0 26.6 28.6 30.6 32.6 34.2 35.2 35.6 35.5 35.1 34.5 33.6 32.6 31.5 30.2 29.0 27.7 29.6
26.4 25.4 24.6 24.0 23.6 23.5 23.8 24.8 26.4 28.2 30.2 32.2 33.8 34.8 35.2 35.1 34.7 34.1 33.2 32.2 31.1 29.8 28.6 27.4 29.3
24.1 22.9 21.9 21.2 20.8 20.6 21.0 22.2 24.1 26.4 28.9 31.3 33.2 34.5 34.9 34.7 34.3 33.5 32.5 31.3 29.9 28.4 26.9 25.4 27.7
19.1 17.7 16.5 15.6 15.1 14.9 15.4 16.9 19.1 21.9 24.8 27.5 29.7 31.1 31.6 31.4 30.9 30.0 28.9 27.5 25.9 24.2 22.5 20.8 23.3
16.1 14.7 13.6 12.7 12.2 12.0 12.5 13.9 16.1 18.8 21.6 24.3 26.5 27.9 28.4 28.2 27.7 26.8 25.7 24.3 22.7 21.1 19.3 17.7 20.2
21.0 19.7 18.6 17.8 17.2 17.1 17.5 18.9 21.0 23.6 26.3 28.9 31.0 32.3 32.8 32.7 32.1 31.3 30.2 28.9 27.4 25.8 24.1 22.5 24.9
34.72%
27.43%
37.85%
TEMPERATURA
TEMPERATURAHUMEDAD RELATIVA
Más de 27.8 Más de 70Tn= 25.3 de 22.8 a 27.8 CONFORT de 30 a 70
Menos de 22.8 Menos de 30
Humedad
0.0
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20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%
meses
Humedad
Máxima Media ZCs ZCi Mínima
HRmáx > Confort
Parámetro de Referencia: Los límites son fijos para todas las ciudades entre 30 y 70%
Los meses de julio a octubre, que presentan los más altos porcentajes de humedad, coinciden con las temperaturas más altas, por lo que deberían considerarse las
estrategias de deshumidificación en verano
Precipitación
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
mm
meses
Precipitación y Evaporación
Precipitación total Evaporación
precip. > evapo.
Parámetros de Referencia: Se analiza el cruce de las dos gráficas. Cuándo hay mayor precipitación que evaporación, se consideran meses húmedos con
lluvia.
Precipitación Media Anual: 690.1 mmNula o muy escasa de febrero a junioMayor a 100 mm de julio a octubreEn septiembre coinciden lluvia intensa, altas temperaturas y humedad
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100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
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800.0
900.0
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W/m
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Radiación Solar
Máxima Directa Difusa Máxima Total Límite Superior Límite inferior
Parámetros de Referencia: Se considera radiación alta cuando sobrepasa los 700 W/m2
y baja cuando es menor a 500 W/m2
Radiación solar global
Radiación Máx Directa > 500 W/m2 en mayo y junio, pero nunca por encima de 700Radiación Máx Total > 700 W/m2 en marzo, mayo y junio
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
m/s
meses
Viento
Media Máxima Límite interior
VientosParámetros de Referencia: Se considera viento fuerte
para interiores cuando la velocidad es mayor a 1.5 m/s.Para exteriores esta velocidad aumenta a 2 m/s.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
N NE E SE S SO O NO
velo
cid
ad
me
dia
(m
/s)
Velocidad media por orientación
‐1
0
1
2
3
4
5
Porcentaje de Calmas
De julio a octubre la velocidad media del viento rebasa 1.3 m/s aprovechable para estrategias de ventilación en los meses de más calor
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Rosa de los vientosPROMEDIO ANUAL
El promedio anualizado graficado en esta rosa de los vientos demuestra que la dirección dominante corresponde al Suroeste y en segundo lugar al Oeste.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
N NE E SE S SO O NO
velo
cid
ad
me
dia
(m
/s)
Velocidad media por orientación
‐1
0
1
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3
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Porcentaje de Calmas
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Intensidad y dirección por mes
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Enero
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Febrero
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Marzo
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Abril
0.0
10.0
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30.0
40.0
50.0N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Mayo
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Junio
La dirección del viento cambia dentro de un rango predominante entre el Oeste y el Suroeste, aunque ya en junio tiende a ser unidireccional por el Suroeste.
0.010.020.030.040.050.060.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Julio
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Agosto
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0N
NE
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SE
S
SO
O
NO
Septiembre
0.0
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30.0
40.0
50.0N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Octubre
0.0
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40.0
50.0N
NE
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S
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O
NO
Noviembre
0.0
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30.0
40.0
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NE
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SE
S
SO
O
NO
Diciembre
Intensidad y dirección por mes
Será de vital importancia estudiar con detalle las estrategias de ventilación en verano, temporada con los registros más altos de calor y precipitación, para aprovechar al máximo sus posibilidades de atemperamiento de los espacios interiores.
Cálculo de sombra de viento
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-150.0
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
dg
meses
Días Grado
DG-Enfriamiento DG-Calentamiento
requerimientos de enfriamiento
Parámetros de Referencia: Relaciona TM con ZC. Cuando el valor es positivo, se requiere enfriamiento y cuando es negativo se requiere calentamiento. Cuando el valor es
cero las condiciones son confortables.
Días grado
-20.0
-10.0
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
°C
meses
Temperatura media Precipitación
época lluviosa
Índice ombrotérmico
Parámetro de Referencia: Marca la época de lluvias (cuando las plantas no requieren riego). Están graficadas la temperatura media y la precipitación. Cuando la precipitación es mayor a la temperatura, quiere decir que es la época lluviosa, cuando la precipitación es menor a la temperatura es una época seca.
Geometría solar y asoleamiento
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Transportador solar o mascarilla de sombreado
Geometría solar y asoleamiento
Para diseñar dispositivos de control solar requerimos conocer los límites de protección necesarios, es decir, debemos saber a qué hora y en qué meses o época del año es necesaria. Para ello trasladamos los datos de temperaturas horarias a la gráfica solar.
Diseño de dispositivos de control
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Confort humano
Temperatura neutra (S. Szokolay)
donde:
Tn = Temperatura neutra
Tm = Temperatura media (mensual o anual)
Tn = 17.6 + 0.31 TmTN Culiacán = 25.3º C
ZC = Tn ± 2.5 ºC
ZC Culiacán = 22.83 ‐ 27.83 ºC
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Diagramas de confort
• Climograma de Olgyay
• Diagrama psicrométrico de Givoni
• Triángulos de confort
Climograma de Olgyay
•Zona de Confort de noviembre a mayo, solo para la temperatura media.
•Será necesario aplicar estrategias de ventilación por arriba de 2 m/s en las tardes de mayo.
•De noviembre a mayo se sugiere calentamiento por radiación en las madrugadas entre 250 y 400 W/m2
•De junio a septiembre será imposible manejar solo con ventilación las horas del mediodía.
Diagrama psicrométrico de Givoni
•Madrugadas de diciembre a abril requieren calentamiento solar activo.•Las de mayo, octubre y noviembre requieren de estrategias de calentamiento solar pasivo o asoleamiento.•De las tardes, solo las de enero caen dentro de la zona de confort•De noviembre a mayo por las tardes, se sugiere una estrategia de masividad de verano, así como ventilación natural.•A partir de junio y hasta el mes de octubre las temperaturas máximas se encuentran por encima de cualquier estrategia de control pasivo de calor, por lo que habrá que utilizar aire acondicionado convencional.•En el caso de las tardes de julio, agosto y septiembre, también será necesario considerar la deshumidificación convencional.
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Triángulos de confort (JM Evans)
En ninguno de los meses del año, a excepción quizá de diciembre existen condiciones de confort para ninguno de los niveles de actividad propuestos, puesto que la relación entre la temperatura media y la oscilación térmica se encuentran en la zona más alta del triángulo.
De noviembre a abril ‐ área 3 de inercia térmica.Octubre y mayo ‐ zona de ventilación selectiva.De junio a septiembre ‐ no alcanzan ninguna de las estrategias recomendadas.
Tabla Resumen Estrategias de Diseño Bioclimático
mínima máxima mínima máxima? 6:00 ? 15:00 ? 10:30 ? 22:30 ? 6:00 ? 15:00
ENERO C ZC Ca ZCIFEBRERO C S / V Ca MvMARZO C S / V Ca MvABRIL C S / V Ca MvMAYO C S / V Cp MvJUNIO V AAC Lím de confort AACJULIO V AAC Deshumid AAC / DeshumidAGOSTO V AAC Deshumid AAC / DeshumidSEPTIEMBRE V AAC Deshumid AAC / DeshumidOCTUBRE C S / V Cp VNOVIEMBRE C S / V Cp VDICIEMBRE C S / V Ca ZCI
ESTRATEGIAS DE CALENTAMIENTOcalentamiento C ganancias solares Gs C. solar pasivo Cp
ganancias internas Gi C. solar activo Camasa de invierno Mi
ESTRATEGIAS DE ENFRIAMIENTOventilación V ventilación cruzada Vc ventilación Vhumidificación H ventilación selectiva Vs masa de verano Mvsombreado S Inercia térmica M masa-ventilación noct. Mvn
humidificación dir. Hdhumidificación indir. Hi
CARTA BIOCLIMÁTICAtemperatura temperatura
TRIÁNGULOS DE CONFORT DIAGRAMA PSICROMÉTRICO
M
VsM
RESUMEN DE ESTRATEGIAS
AACAACAACAAC
media
MMMMVs
temperatura
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Matriz de Estrategias BioclimáticasMATRIZ DE ESTRATEGIAS PASIVAS CIUDAD: Culiacán, Sinaloa.
CLIMA: BS1 (h') w (w) €
LATITUD: 24,84º N
PRIMAVERA VERANO OTOÑO LONGITUD: 107,43 O
ALTITUD: 54 msnmm
CA
LID
O S
EC
O
CA
LID
O
CA
LID
O H
UM
ED
O
TE
MP
LA
DO
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CO
TE
MP
LA
DO
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LA
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SE
MI-
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UM
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OC
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BR
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NO
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MB
RE
DIC
IEM
BR
E
RADIACION SOLAR d X X X X X
D DIRECTA n
GANANCIAS d
INTERNAS n X X X X X
RADIACION SOLAR d
INDIRECTA n X X X X X
SISTEMAS RADIANTES d
n
PROTECCION d
DEL VIENTO n
CONDENSACION d
DE AGUA n
AISLAMIENTO d X X X X X X X X X X X X
DE CALOR n X X X X X X X
VENTILACION d X X X X X X
NATURAL n X X X X X X
VENTILACION d X X
FORZADA n X X
PROTECCION d X X X X X X X
SOLAR n
ENFRIAMIENTO EVAPORATIV d X X X X X X X
DIRECTO n
ENFRIAMIENTO EVAPORAT d X X X X X X
INDIRECTO n X X X X X X
SISTEMAS d
RADIATIVOS n X X X X X X
SISTEMAS d
CONDUCTIVOS n
CALENTAMIENTO d
DIRECTO n
CALENTAMIENTO d
INDIRECTO n
VENTILACION d X X X
INDUCIDA n
SISTEMAS EVAPORATIVOS d X X X X X X X
DIRECTOS n
VENTILACION d
INDUCIDA n
INVIERNO
OPCIONES DE DISEÑO ARQUITECTONICO
IHU
MID
.
I
CA
LE
NT
AM
IEN
TO
EN
FR
IAM
IEN
TO
DE
SH
UM
ID.
I
D
D
I
D
ELEMENTOS REGULADORES
ganancia solar directa por ventanas,
tragaluces, lucernarios, etc.
lámparas, personas, equipos, chimeneas, etc.
inercia térmica y masividad, radiación reflejada,sistemas adosados o aislados, etc.
pisos, plafones o zoclos radiantes con
colectores solares de agua o aire
elementos arquitectónicos y vegetación
mallas reductoras de vientoinvernaderos húmedos y con vegetación, etc.
materiales aislantes
conducción a la tierra; sumideros de calor
ganancia directa por ventanas, tragaluces,
ventilación cruzada; ventilación selectiva
albercas, lagos, ríos, mar, etc.
cubierta estanque
radiación nocturna; uso de materiales radiantes,
pisos o plafones radiantes con agua fría
espejos de agua, fuentes, cortinas de agua,
albercas, lagos, ríos, mar, etc.
captadores eólicos, colectores de aire con humidificació
invernaderos húmedos, etc.
CONDICIONANTE CLIMATICA SISTEMAS PASIVOS
lucernarios, etc.
muro trombe, invernadero adosado
invernaderos secos, etc.
captadores eólicos, colectores de airemuro trombe, invernaderos secos, etc.
turbina o extractores de aire, torres eólicas,
colectores de aires, etc.
dispositivos de control solar: volados, aleros, partesoles,érgolas, celosías, lonas, etc. vegetación y orientación et
espejos de agua, fuentes, cortinas de agua,
Criterios básicos de diseño bioclimático
Envolvente
• Comportamiento térmico de los materiales
• Variables
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Un Modelo de Cálculo de temperaturas interiores
Proceso General de Análisis Bioclimático
El objetivo es traducir los datos climáticos en conceptos de diseño en un proceso gradual donde se transita de datos numéricos a gráficas, después a cartas y diagramas, de ahí a esquemas, a conceptos de diseño y finalmente al partido. La evaluación de este partido llevará al proyecto definitivo.
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Plano de Preexistencias Ambientales
Plano de Preexistencias Ambientales
Conclusiones:• Para reconocer el lenguaje de la Naturaleza, lo primero que
tenemos que entender es el clima, que representa para cada lugar de la Tierra la esencia de su habitabilidad.
• Calidad de vida es un concepto muy amplio, pero sin duda comienza por las características físicas de adecuación al clima que permiten habitar cómodamente los espacios humanos.
• La arquitectura bioclimática es aquella que diseña y construye estos espacios habitables utilizando a su favor las propias herramientas que la naturaleza le proporciona, viento, asoleamiento, humedad, materiales locales, vegetación.
• Para empezar a responder creativamente como diseñadores necesitamos primero entender el CLIMA.
¡Gracias!