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 Freixanet Arquitectura Bioclimática CyAD - UAM Atzcapozalco

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

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 Nacional

Normales Climatológicas por

estación

http://smn.cna.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=42&Itemid=75

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

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

TEMPERATURA HUMEDAD

RELATIVA

Más de 27.8 Más de 70

Tn= 25.3 de 22.8 a 27.8 CONFORT de 30 a 70

Menos de 22.8 Menos de 30

Humedad

0.0

10.0

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 mm Nula o muy escasa de febrero a junio Mayor a 100 mm de julio a octubre En septiembre coinciden lluvia intensa, altas temperaturas y humedad

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

900.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

W/m

2

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 700 Radiación 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

Vientos Parámetros 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 m

edia

(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 vientos PROMEDIO 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 m

edia

(m

/s)

Velocidad media por orientación

-1

0

1

2

3

4

5

Porcentaje de Calmas

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

20.0

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

E

SE

S

SO

O

NO

Septiembre

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0N

NE

E

SE

S

SO

O

NO

Octubre

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0N

NE

E

SE

S

SO

O

NO

Noviembre

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0N

NE

E

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

-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

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

Confort humano

Temperatura neutra (S. Szokolay)

donde:

Tn = Temperatura neutra

Tm = Temperatura media (mensual o anual)

Tn = 17.6 + 0.31 Tm TN Culiacán = 25.3º C

ZC = Tn ± 2.5 ºC

ZC Culiacán = 22.83 - 27.83 ºC

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.

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 ZCI

FEBRERO C S / V Ca Mv

MARZO C S / V Ca Mv

ABRIL C S / V Ca Mv

MAYO C S / V Cp Mv

JUNIO V AAC Lím de confort AAC

JULIO V AAC Deshumid AAC / Deshumid

AGOSTO V AAC Deshumid AAC / Deshumid

SEPTIEMBRE V AAC Deshumid AAC / Deshumid

OCTUBRE C S / V Cp V

NOVIEMBRE C S / V Cp V

DICIEMBRE C S / V Ca ZCI

ESTRATEGIAS DE CALENTAMIENTO

calentamiento C ganancias solares Gs C. solar pasivo Cp

ganancias internas Gi C. solar activo Ca

masa de invierno Mi

ESTRATEGIAS DE ENFRIAMIENTO

ventilación V ventilación cruzada Vc ventilación V

humidificación H ventilación selectiva Vs masa de verano Mv

sombreado S Inercia térmica M masa-ventilación noct. Mvn

humidificación dir. Hd

humidificación indir. Hi

CARTA BIOCLIMÁTICA

temperatura temperatura

TRIÁNGULOS DE CONFORT DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

M

Vs

M

RESUMEN DE ESTRATEGIAS

AAC

AAC

AAC

AAC

media

M

M

M

M

Vs

temperatura

Matriz de Estrategias Bioclimáticas

Criterios básicos de diseño bioclimático

Envolvente

• Comportamiento térmico de los materiales

• Variables

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.

Pla

no

de

Pre

exis

ten

cias

Am

bie

nta

les

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!