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Modelo de ECO Diseño de un Edificio Habitacional parael área Metropolitana de Monterrey-Edición Única

Title Modelo de ECO Diseño de un Edificio Habitacional para el áreaMetropolitana de Monterrey-Edición Única

Issue Date 2007-12-01

Publisher Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Item Type Tesis de maestría

Downloaded 10/06/2018 11:24:04

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i

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY

DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA

MODELO DE ECO DISENO DE UN EDIFICIO HABITACIONAL PARA EL

AREA METROPOLITANA DE MONTERREY

TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE

MAESTRO EN CIENCIAS DE ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN CON ESPECIALIDAD EN ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS

MARC LAURENT COLON

MONTERREY, N. L., MÉXICO DICIEMBRE 2007

ii

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY

DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA

Los miembros del comité de tesis recomendamos que el presente proyecto de tesis

presentado por Marc LAURENT COLON sea aceptado como requisito parcial para

obtener el grado académico de:

Maestro en Ciencias de Administración de la Construcción con

Especialidad en Administración de Proyectos

Comité de Tesis:

_______________________________

Dr. Salvador García Rodríguez.

Asesor

_____________________________ _____________________________

M.C. Francisco Carlos Matienzo Cruz Dr. Enrique Aranda H.

Co-Asesor Sinodal Aprobado

___________________________

Dr. Francisco Ángel Bello Acosta

Director del Programa de Graduados en Ingeniería

MONTERREY, N. L., MÉXICO DICIEMBRE 2007

iii

Dédicaces et remerciements Dedicatoria y agradecimiento

A Suzanne et Jean Luc

Mes parents, pour m’avoir appuyé dans tout ce que j’ai entrepris, et particulièrement pour cette

expérience unique au Mexique. Merci.

A mes frères et sœurs,

Et tout particulièrement Lucie pour tous ses conseils de réussite.

A tous mes amis en France.

A Sébastien

Collègue ESTPien, avec qui j’ai partagé ces 3 semestres.

A mis amigos aquí en Monterrey.

Je voudrai remercier l’ESTP, ses professeurs et toute la direction, pour m’avoir permis

d’effectuer cette année et demi ici à Monterrey, et tout particulièrement Marie-Jo GOEDERT

directrice des relations internationales et Catherine LEBON pour son aide précieuse.

Quiero agradecer muy especialmente a todos los profesores que me brindaran su conocimiento

para poder realizar con éxito esta maestría.

Más especialmente:

Al ing. Carlos Matienzo para la realización de este proyecto.

iv

Índice

Introducción 1 A. Introducción 1

B. Pasos de la construcción de alta calidad ambiental 4

C. Metodología del trabajo 7

Capítulo I Diseño pasivo del edificio 11 A. Introducción 11

B. Reglas generales relativas al diseño de un edificio 12

C. Diseño integrado 13

D. Diseño verde 14

E. Conclusión y planteamiento de solución al caso del edificio estudiado en el área metropolitana de

Monterrey 17

Capítulo II La fachada del edificio: la frontera climática con el exterior 19 A. Definición del espacio acondicionado 19

B. Transmisión de calor: Fundamentos físicos 22

1) Transmisión por convección 22

2) Transmisión por conducción 22

3) Simulación de la transmisión de calor por convección y conducción 23

4) Efecto de masa térmica 25

5) Pérdidas por puentes térmicos 28

C. Nivel de aislamiento global de un edifico según norma NBN B 62 301 29

D. Impacto de las radiaciones solares en la frontera climática 32

1) Latitud y longitud 32

2) Posición del sol y declinación 33

3) Parámetros de tiempo 33

4) Diagramas solares 35

Capítulo III La fachada del edificio: la frontera visual con el exterior 39 A. Introducción 39

B. Daylight factor 40

a. Definición del “daylight factor” según IESSNA (Illuminating Engineering Society of North

America) 40

v

b. Daylight factor average 41

c. “Daylight factor” método de los flujos. 42

d. Necesidades en daylight factor 43

e. Método del 2,5 A 44

C. Iluminación artificial 44

a. Introducción y origen de la luz artificial 44

b. Factores indicando la eficiencia de los sistemas de iluminación 46

c. El método de Lumen 46

Capítulo IV Aplicación al ejemplo de la ciudad de Monterrey 49 A. Datos del proyecto 49

B. Forma geométrica del edificio 50

1) Generalidades 50

2) Estudio del aislamiento térmico del edificio. 53

3) Iluminación del edificio 58

4) Estudio de las protecciones solares 61

5) Elección de las ventanas. 76

6) Promedio “Daylight factor” 80

Capítulo V Enfriamiento del edificio, diferentes estrategias de ventilación 83 A. Introducción 83

B. Ventilación cruzada 84

C. Ventilación por chimenea 85

D. Tubos enterrados de enfriamiento 86

E. Equipos eficientes de enfriamiento 87

Capítulo VI Agua y desechos del edificio 89 A. Introducción 89

B. Tratamiento de las aguas usadas, conceptos generales 89

1) Principios generales 90

2) Colecta de agua residual 90

3) Tratamiento mecánico de las aguas residuales 90

4) Tratamiento biológico y físico químico 91

a. Caracterización de las aguas residuales 91

b. Normatividad de las aguas residuales 93

c. Tratamiento biológico 93

vi

C. Aplicación al caso del edificio habitacional 93

1) Reutilización del agua en el sitio 93

2) Tratamiento local del agua 95

3) Dimensiones de las instalaciones 96

Capítulo VII Producción de energía 99 A. Introducción 99

B. Disminución de la demanda general 100

C. Energía solar fotovoltaica 101

1) Introducción 101

D. Energía solar térmica 103

Capítulo VIII Resultados generales del edificio habitacional 105 A. Comparativo de nivel de aislamiento 106

B. Comparativo del consumo global de agua 108

C. Verificación del promedio de “daylight factor” 110

Capítulo IX Conclusiones y recomendaciones 111 A. Conclusión 111

B. Recomendaciones y planteamiento de estrategias 112

ANEXOS

vii

Índice de figuras Fig 0.1 Combinación de conceptos para llevar a cabo un diseño ecológico 8

Fig I.1 Reglas generales relativas al diseño de un edificio 12

Fig I.2 Diseño integrado, estrategias pasivas y activas 16

Fig. II.1: Representación de las partes de un edificio cualquier en las cuales pueden ocurrir pérdidas de

calor 21

Fig II.2 Tabla con valores de conductividad térmica de algunos materiales 23

Fig II.3 Modelación de una pared en estado permanente 25

Fig II.4 Modelación de la oscilación de la temperatura de un edificio 25

Fig II.5 Modelación del gradiente térmico 26

Fig II.6 Dos tipos de pérdidas por puentes térmicos 29

Fig II.7 Encabezado de hoja de cálculo del nivel de aislamiento global 30

Fig II.8 Cuerpo principal de la hoja de cálculo del aislamiento global 30

Fig II.9 Cálculo de las pérdidas por puentes térmicos en el aislamiento global 31

Fig II.10 Resumen de la hoja de cálculo del aislamiento global 31

Fig II.11 Conclusión de la hoja de cálculo del aislamiento global 32

Fig II.12 Esquema del planeta con conceptos de latitud y longitud 32

Fig II.13 Latitud y longitud de la ciudad de Monterrey, Nuevo León, México. 32

Fig II.14 Método de cálculo del número del día en el año 33

Fig II.15 Diagrama de flujo para calcular las posiciones del sol 36

Fig II.16 Coordenadas del sol en Monterrey para las fechas de 1er y 15 de enero 37

Fig II.17 Diagrama solar de la ciudad de Monterrey 38

Fig III.1 Cálculo del ángulo vertical de vista al cielo 42

Fig III.2 Coeficiente de limpieza de las ventanas 42

Fig III.3 Diferentes componentes de la iluminación de día 43

Fig III.4 Recomendaciones en promedio de daylight factor 43

Fig III.5 Esquema representando el método del 2,5 A 44

Fig III.6 Eficiencia energética de diferentes luminarias 46

Fig IV.1 Parámetros Años, Máxima, Oscilación, Insolación, Precipitación, fenómenos para la ciudad de

Monterrey 50

Fig IV.2 Vista esquemática de la planta de un piso típico 52

Fig IV.3 Corte longitudinal en la parte más ancha 53

Fig IV.4 Geometría del aislante AISLAKOR 54

Fig IV.5 Características técnicas del AISLAKOR 55

Fig IV.6 Tabla comparativa de los aislantes térmicos más comunes 55

viii

Fig IV.7 Corte esquemático de una pared constituyendo el edificio 55

Fig IV.8 Esquema de una pared con las 4 capas componiéndolas 56

Fig IV.9 Cálculo de las características térmicas de una pared del edificio 57

Fig IV.10 Plan detallado de un piso típico 59

Fig IV.11 Representación de los flujos de iluminación adentro de un piso típico 60

Fig IV.12 Geometría protecciones solares fachada sur del departamento 5 61

Fig IV.13 Diagrama solar fachada sur departamento 5 62

Fig IV.14 Geometría protecciones solares fachada Este, departamento 5 63

Fig IV.15 Diagrama solar fachada Este, departamento 5 64

Fig IV.16 Geometría de las protecciones solares de la fachada Este del departamento 4 (Ventana de

arriba) 65

Fig IV.17 Geometría de las protecciones solares de la fachada Este del departamento 4 (Ventana de

abajo) 65

Fig IV.18 Diagrama solar de la fachada Este del departamento 4, ventanas de arriba 66

Fig IV.19 Diagrama solar de la fachada Este del departamento 4, ventanas de abajo 67

Fig IV.20 Diagrama solar de la fachada sur del departamento 4 (Ventana del medio) 68

Fig IV.21 Diagrama solar fachada Este del departamento 4, ventana lateral 69

Fig IV.22 Diagrama solar de la fachada sur del departamento 2, para las ventanas del cuarto 70

Fig IV.23 Diagrama solar de la fachada Este del departamento 2 71

Fig IV. 24 Diagrama solar de la fachada oeste del departamento 1 72

Fig IV.25 Diagrama solar de la fachada Sur del departamento 1 73

Fig IV.26 Diagrama solar de la Fachada oeste del departamento 3 ventana más arriba 74 Fig IV.27 Diagrama solar de la Fachada oeste del departamento 3 ventana más abajo 75

Fig IV.28 Diagrama solar de la Fachada oeste del departamento 5 76

Fig IV.29 Características y geometría de las ventanas Rivieria del Grupo Royal line Windows 78

Fig IV.30 Componentes de las radiaciones solares cruzando una ventana 79

Fig IV.31 Cálculo de las propiedades térmicas de las ventanas Rivieria del grupo Royal line

Windows 79

Fig IV.32 Ejemplo de cálculo de daylight factor average para el comedor del departamento 5 80

Fig IV.33 Ejemplo de cálculo de daylight factor average para la cocina del departamento 5 80

Fig IV.34 Ejemplo de cálculo de daylight factor average para el cuarto 1 del departamento 5 81

Fig V.1 Diseño esquemático de un sistema de ventilación cruzada 84

Fig V.2 Ventilación por chimenea 85

Fig V.3 Ejemplo de ventilación por chimenea en el BRE 85

Fig V.4 Sistema de tubos enterrados 86

Fig V.5 Sistema Breezair 87

Fig V.6 Características de enfriamiento del sistema Breezair 88

ix

Fig VI.1 Funcionamiento de un desarenador 90

Fig VI.2 Cantidades de diferentes componentes en una agua residual habitacional 91

Fig VI.3 Explicación de las demandas de oxigeno 92

Fig VI.3 Normatividad de las aguas residuales 93

Fig VI.4 Diseño esquemático del reciclaje del agua gris 94

Fig VI.5 Diseño esquemático del tratamiento local de las aguas negras 96

Fig VI.6 Diseño esquemático de la red de agua en el edificio 96

Fig VI.7 Consumo promedio en litros por día de una persona en edificio habitacional 97

Fig VI.8 Consumo global por día del edificio estudiado 97

Fig VII.1 Repartición del consumo eléctrico en un edificio habitacional 100

Fig VII.2 Funcionamiento de una instalación de producción de energía solar fotovoltaica 102

Fig VII.3 Ejemplos de integración arquitectural de paneles solares 103

Fig VII.4 Funcionamiento básico de una instalación de producción de energía solar térmica 104

Fig VIII.1 Cálculo del nivel de aislamiento térmico total del edificio estudiado. 106

Fig VIII.2 Cálculo del nivel de aislamiento térmico total del mismo edificio sin protecciones

térmicas. 107

Fig VIII.3 Consumo general de agua del edificio 108

Fig VIII.4 Diferenciación de las diferentes aguas 108

Fig VIII.5 tabla recapitulativa del consumo de agua, utilizando las tecnologías de ahorro. 109

Fig VIII.6 Tabla recapitulativa de los calculos de los promedios de daylight factor 110

MODELO DE ECO DISENO DE UN EDIFICIO HABITACIONAL PARA EL AREA METROPOLITANA DE MONTERREY

1

MAESTRIA EN ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN CON ESPECIALIDAD EN ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS MARC LAURENT

Introducción

“There are two kinds of people in life: people who see the world as it is and wonder why. People

who imagine the world as it should be and wonder: Why not?”

« Dans la vie, il y a deux catégories d’individus : ceux qui regardent le monde tel qu’il est et se

demandent pourquoi. Ceux qui imaginent le monde tel qu’il devrait être et se disent : pourquoi

pas ? »

Georges Bernard Shaw, Literature Nobel price 1925

A. Introducción

A partir de fines de la década de los años 60, el siglo XX atestiguó el inicio de un crecimiento

explosivo de la población humana prácticamente en todo el planeta. A la par de este

crecimiento, los problemas derivados del impacto de esta explosión demográfica sobre los

recursos naturales, por una parte, y la generación de múltiples contaminantes ambientales, por

otra, se han incrementado exponencialmente. Al grado de que hoy en día existe una seria

preocupación en la mayoría de los gobiernos de los países por la sustentabilidad futura del

sistema social global.

Actualmente se calcula que más de la mitad de la población mundial vive en ciudades que se

consideran “de mediano tamaño”, hasta aquellas que son verdaderas megalópolis y ciudades

gigantes. Durante los próximos 25 años se pronostica que la mayoría del crecimiento


2


demográfico va a ocurrir en las aéreas urbanas de los países en desarrollo. Las consecuencias

del impacto del crecimiento urbano en el medio ambiente y sus recursos, serán muy

importantes en el futuro inmediato.

En Europa, y en particular en los países del norte, cada día se promueven y expiden más y más

normas y reglamentaciones que toman en cuenta el impacto de los edificios sobre el entorno y

los recursos energéticos. Dado que existen métodos para calcular este impacto, las compañías

de construcción tienen ahora como objetivo primordial la reducción del impacto ambiental global

de su actividad. De esta manera se considera el impacto de un edificio durante toda su vida.

Esto es, desde el proceso de edificación hasta el reciclaje de los materiales que lo componen.

En México, un país cuya economía depende en mayor parte del petróleo y en menor medida de

gas y carbón, las construcciones recientes no tratan de salvar energía de manera eficiente (aire

acondicionado, protección del sol, no reciclaje de los materiales, etc…), ni consideran el destino

final de los materiales de construcción una vez que las edificaciones se vuelven obsoletas.

Proyectos de eco eficiencia en la construcción de edificios como los que se realizan en países

europeos pueden emprenderse en la ciudad de Monterrey tercera ciudad más poblada de

México. En la que existen planes conjuntos estado-municipio para construir edificios altos en el

llamado “primer cuadro de la ciudad”. Esto es, un área de casas y edificaciones viejas y con

frecuencia abandonadas, delimitada al norte por la Avenida Colón, al sur por la Avenida

Constitución, al oriente por la avenida Miguel Angel Conchillo, y al poniente por la calle

Venustiano Carranza.

Por el tamaño que muchas ciudades alcanzan actualmente, las ciudades, se convierten en

grandes consumidoras de recursos naturales, y generan múltiples desechos, tanto cualitativa

como cuantitativamente hablando. Producen la mayoría de los gases de efecto de invernadero,

también degradan la calidad del agua a nivel local e incluso regional, empobrecen el nivel de

agua en los acuíferos, contaminan el medio ambiente degradando la atmósfera y utilizan

espacios de terreno libre. Los edificios cuya construcción no ha sido planeada en la mayoría de

los casos utilizando criterios ecológicos, no conducen al ahorro de energía eléctrica y agua, por

ejemplo, y adicionalmente generan al final de su ciclo de vida importantes volúmenes de

materiales de construcción residuales. Estos por regla general no tienen uso alguno, e incluso

en ocasiones pueden ser peligrosos para el ambiente de las substancias y elementos que

muchas veces contienen. El empleo de criterios ecológicos en el diseño y construcción de


3


edificios puede contribuir a mejorar ambos problemas: el uso ineficiente de recursos energéticos

y del agua, y la presencia de materiales de construcción residuales que se convierten en

basura.

El objetivo de este trabajo es básicamente implementar un modelo de edificio habitacional, que

respetaría más el medio ambiente comparando a todo lo que se construye en el área

metropolitana de Monterrey. No se va a desarrollar un modelo de edificio auto suficiente, pero

proponer uno que seria factible para la industria de la construcción mexicana. Hoy en día no se

puede pedir a una constructora, edificar un edificio totalmente ecológico, si no tiene los

conocimientos básicos de tal tecnología. Aquí es todo el propósito de esta tesis. No es de

proponer un modelo único de edificio responsable, pero proponer una referencia, un patrón de

diseño con el cual cada ingeniero cada arquitecto deseando implementar una parte de “green

design” podría sacar unas ideas. La idea es de proporcionar las herramientas básicas que le

serviría a un equipo de diseño ecológico. Se precisa que el estudio de la factibilidad económica

de tal proyecto no será abordado en este trabajo. Es decir en todos los resultados, no se

comparara el costo de las soluciones presentadas con unas tradicionales.

Muchas personas pueden pensar que tal trabajo no es totalmente factible dada la cantidad de

información que hay que proporcionar.

De hecho, el problema actual con la construcción sostenible es la falta de coordinación entre

cada área de trabajo. Definitivamente no se puede imaginar un edificio habitacional auto

suficiente solo utilizando unos paneles solares térmicos. La comprensión del diseño verde es la

comprensión de la necesidad de juntar toda la información proporcionada por cada parte de las

áreas de trabajo. El diseño verde es una ciencia de síntesis y no una de alta tecnología. Este

trabajo proporciona una base de trabajo para desarrollar proyectos verdes. Entonces se trata de

juntar toda la información que existe e implementar una síntesis de estos datos.

El propósito final es de proponer un diseño esquemático de lo que podría ser el principio de un

proyecto verde en el área metropolitana de Monterrey.

Los beneficios esperados de los resultados son los siguientes:

Reducción eficiente del impacto sobre el ambiente


4


Economía en el consumo de energía eléctrica, agua y otros recursos

Reducción en la generación de desechos, tanto en el proceso de construcción como

en eliminación de los mismos al final del ciclo de vida de la edificación

Asegurar un ambiente sin riesgos para la salud (higiene)

Asegurar mayor confort en términos generales

B. Pasos de la construcción de alta calidad ambiental

El trabajo de esta tesis será basado en la norma francesa HQE (Alta calidad ambiental), la cual

incluye 14 pasos, cada uno detallado en conceptos. Aquí se presentan unos extractos de esta

norma. El objetivo de tal trabajo no es de obtener la certificación de esta norma, pero mas de

utilizarla como trama de trabajo sin enfocarse especialmente en cada paso.

1 Relación del edificio con su entorno

Utilización de las oportunidades ofrecidas por el sitio

Organización de las ventajas e inconvenientes del sitio

Reducción de las interacciones negativas entre el edificio y su entorno

2 Elección inteligente de los productos, sistemas y procesos de construcción

Elección de los procesos de construcción

Elección de los productos de construcción

Ahorrar energía a través de los procesos y productos Estudiar las posibilidades de reciclaje de los desechos de la construcción y demolición del edificio

3 Obras con impacto ambiental reducido

Diferenciación de la gestión de los desechos de la obra

Reducción de los ruidos de la obra

Reducción de la contaminación del terreno


5


Integrar medidas de reducción de ruido y desechos en la planeacion estratégica de la obra Reducir consumo de energía y la contaminación del aire Reducir consumo de agua durante la fase de ejecución

4 Administración, gestión de la energía

Energías renovables

Aumentar la eficiencia energética de los proyectos Utilizar generador a combustión limpia

5 Administración, gestión del agua potable

Gestión del agua potable

Recurrir a agua no potable

Verificar el saneamiento del agua usada

Gestión del agua de lluvia en el terreno

Limitar el consumo de agua potable a través de equipos más eficiente Verificar el estado de las redes para evitar fugas inútiles Colectar agua de lluvia para el baño y el jardín

6 Gestión, administración de los desechos de actividad

Concepción de locales para la basura destinados al reciclaje

Tomar en cuenta las colectividades locales Diseñar cocinas y locales técnicos para clasificar la basura Diseñar el transporte de los desechos 7 Mantenimiento de las prestaciones ambientales

Optimización de las necesidades de mantenimiento

Diseño eficiente de la gestión técnica

8 Comodidades higrotérmicas

Zonas higrotérmicas

9 Comodidades acústicas

Aislamiento


6


Corrección acústica

Disminución de los ruidos de impacto

10 Comodidades visuales

Iluminación de día máxima

Iluminación artificial para completar

Realizar estudio de sitio

Respetar las exigencias relativas a las instalaciones eléctricas

11 Comodidades olfativas

Reducción de los olores desagradables

Ventilación

12 Calidad sanitaria de los espacios

Higiene

Arquitectura ayudando la limpieza, los sistemas de salud, las personas a movilidades

reducidas…

13 Calidad sanitaria del aire

Gestión de los riesgos de contaminación por la construcción, los equipos, el

mantenimiento…

Ventilación adecuada para mejorar la calidad del aire

14 Calidad sanitaria del agua

Protección de red de agua potable

Mantenimiento de agua potable en los edificios

Mejorar la calidad del agua potable

Tratamiento de las aguas usadas no potables

No usar plomo en las canalizaciones Mantenimiento del agua caliente a 60°C y distribuirla a 50°C


7


C. Metodología del trabajo

Basados en la mayoría de los pasos de la norma francesa de alta calidad ambiental, se va a

proponer un esquema general del estudio de un edificio ecológico. Como ya precisado, no se

trata de obtener la certificación de esta norma HQE, pero de utilizarla como la base del

planteamiento de solución.

Según toda la investigación, se implementan las áreas generales siguientes:

- Arquitectura bioclimatica, consiste en diseñar un edificio tomando en cuenta los datos

del clima local, permitiendo altos rendimientos. Los beneficios de tal arquitectura son

múltiples. En este estudio se consideran dos aspectos de la arquitectura bioclimatica, la

iluminación natural, y las protecciones contra el sol.

- Materiales y sistemas constructivos: Básicamente consiste en escoger los materiales

que se van a usar en la construcción. En este trabajo se estudiará la cuestión del

aislamiento, base de la eficiencia energética de un edificio. No se puede en el alcance

de este trabajo estudiar el impacto de los materiales utilizados en el ambiente (ciclo de

vida)

- Soluciones tecnológicas eficientes: Se podría considerar como la reingeniería de los

aparatos utilizados en el edificio. Concierna las áreas de iluminación artificial, la

ventilación, la climatización, y la calefacción.

- Integración, producción de energía renovable: Se hará en este estudio una breve

presentación de las ventajas de los sistemas de energías renovables, principalmente de

la energía solar dados la posibilidad de proveerse en Monterrey. Pero no se hará estudio

muy detallado dado la complicidad de tal tecnología.

- Gestión inteligente del agua: Básicamente se preocupa de ahorrar el agua, y de reducir

el impacto de las aguas usadas en el medio ambiente. Se presentarán diferentes

soluciones sencillas y más complicadas para aplicarlo en el caso del edificio en

Monterrey.

- Estrategia de competencia: Se presentarán ideas y estrategias para convencer a las

empresas constructoras y a los inversionistas las ventajas de la construcción sostenible.

La técnica de diseño puede ser una de las mejores, pero si no existe argumentos para

convencer la gente, no serviría para nada. Son ideas propias e ideas de consejeros

trabajando en Francia y en Alemania.


8


Estos 6 conceptos son la base del éxito de un proyecto de diseño sostenible de un edificio, y

cada uno participa al nivel de “verde” que tiene el edificio. Y la estrategia es la clave para llevar

a cabo los 5 otros pasos. Básicamente se puede resumir según el diagrama siguiente en el cual

se ve la importancia de la estrategia pero también la importancia de cada concepto. Se ve

también la necesidad de combinar todos los conceptos para tener un diseño de calidad.

Fig 0.1 Combinación de conceptos para llevar a cabo un diseño ecológico

Este diagrama significa que cada concepto aporta una parte al diseño verde global, y el circulo

rojo representa la estrategia empleada para cada concepto. Si la estrategia es nula se puede

desarrollar todos los conceptos pero el resultado final no será viable. Pero se entiende que

existe un nivel mínimo común a cada concepto pero que se puede desarrollar nivel de

estrategias diferentes según cada área. Lo ideal es de tener un círculo rojo lleno a 100% y que

cada concepto exista. Así seria un diseño totalmente verde.

El edificio desarrollado en este estudio no será construido pero serán estudiadas todas las fases

del proyecto hasta el diseño esquemático. Este edificio comportara 6 departamentos de

tamaños diferentes, y una altura entre 5 y 10 pisos. El total máximo de habitantes será de 115


9


personas. El terreno estudiado es totalmente ficticio, pero es considerado como ubicado en la

ciudad de Monterrey.


10



11


Capítulo I

Diseño pasivo del edificio

A. Introducción

En términos físicos, un sistema pasivo es un sistema que utiliza solo los recursos locales, las

fuentes de energía disponibles en el sitio. De otra manera, es un sistema que no utiliza otros

componentes tecnológicos para producir trabajo o energía. En el área de la arquitectura, las

necesidades son generalmente, la calefacción, la climatización, y la iluminación de los espacios

cerrados.

Las fuentes de energía de un sitio son múltiples, incluyen las radiaciones solares, el

movimiento de aire debido a las diferencias de temperatura, la energía biomasa, la energía

subterránea, el viento… Pero esto no significa que tenemos que llenar el techo de paneles

solares, o instalar una central geotérmica en el jardín. En el sentido moderno del diseño pasivo,

no se usa sistemas de producción de energía.

Como se ha mencionado anteriormente, básicamente, la idea es de permitir la iluminación de

día, la calefacción y la ventilación solamente en los lugares que lo necesitan. Esto incluye el

almacenamiento de energía, para una distribución diferida por ejemplo. Las posibilidades de un

diseño pasivo exitoso son las siguientes:

- Buena orientación del edificio


12


- Cantidad suficiente de ventanas, aperturas.

- Sombreado suficiente

- Un “envelope” eficiente

- Utilización máxima de la iluminación de día

- Nivel de masa térmica suficiente

- Utilización de energía sustentable

También se puede utilizar sistema de bajo consumo de energía que ayudan mucho a la

sostenibilidad del edificio (ventilación artificial, movimiento de sistema de sombreado)

En una primera parte se va a dar un esquema de diseño clásico de un edificio, y mostrar las

áreas en cuales tenemos que implementar estrategias de diseño pasivo y verde (Green design).

Luego seguiría una parte en la cual se definirá el concepto de diseño integrado, y en una

tercera parte se presentara con mas exactitud los pasos de un diseño verde. Esto con el

propósito de presentar una solución concreta de un edificio habitacional en el área de

Monterrey.

B. Reglas generales relativas al diseño de un edificio


13


Fig I.1 Reglas generales relativas al diseño de un edificio

Los puntos en gris, representan conceptos que se debe agregar en el caso de un diseño

ecológico, propósito de este trabajo.

C. Diseño integrado

A partir de este esquema, vamos a definir las etapas de un diseño integrado. El propósito del

diseño integrado es de mezclar los conocimientos de cada materia y estudiar las interacciones

entre ellas mismas. La diferencia con un esquema tradicional de diseño, es el estudio de las

relaciones entre cada elemento del edificio, las cuales no estaban relacionados hasta hoy. No

es diseño “high tech”, porque ese tipo se podría definir como una alta especialización de cada

área, y no relacionada entre ellas mismas. El diseño convencional puede ser entendido como

conocimientos aplicados en serie, y el integrado como conocimientos aplicados en paralela. El

diseño integrado es una clave del éxito de un diseño ecológico.


14


Las etapas del diseño integrado serian las siguientes:

1/ Establecer responsabilidades y obligaciones

2/ Formar un equipo que va a enunciar los objetivos. Este equipo de trabajo debe reunir todas

las capacidades.

3/ Junta de información, con objetivo de la mezcla de las informaciones, el intercambio de

conocimientos de cada grupo de trabajo.

4/ Diseño conceptual y esquemático como precedente.

5/ Prueba: Verificar la viabilidad técnica del diseño esquemático por medio de simulaciones.

Análisis de costo y modelos financieros. Esta etapa puede ser confundida con la del diseño

esquemático.

6/ Desempeño del diseño

7/ Documentos de construcción

8/ Construcción: En caso de un diseño integrado, un representante de la empresa constructora

debe ser parte del equipo de diseño para orientar las viabilidades técnicas de ejecución.

Las etapas de diseño son similares a las de un diseño clásico, pero para concluir, es muy

importante tener un equipo de diseñadores que trabajen juntos, que se comunicen, a cada

etapa del proyecto.

D. Diseño verde

Aplicando estas nociones vamos a desarrollar un esquema de diseño general a un edificio

ecológico o verde. Vamos a relacionar cada etapa del diseño verde a los pasos de la norma

francesa HQE planteada en la introducción. Ligando estos conceptos, nos permitirá distinguir

las etapas de diseño pasivo de las otras formas.

El diseñador verde no es un especialista sino una persona capaz de hacer una síntesis de los

datos técnicos, arquitectónicos, energéticos, proporcionados por su equipo de trabajo. Lo

podríamos definir como el medico general de los resultados de un edificio.

El equipo de diseño verde tiene que seguir estos pasos:

Esquema: Implementación de un plan de acción, definición de los objetivos y del

alcance para fijar los criterios.


15


Intención: Definir las expectativas para los resultados del edificio, decidir lo mínimo a

cumplir, y un nivel de diseño verde.

Criterios: Que significa un edificio verde? Quien decide? Al lado de que normas

vamos a calificar nuestro edificio. Deben existir criterios realistas normativos para poder

cumplirlos, pero no demasiado para que exista un reto.

Validación: Ocurren problemas debidos a la interacción de las áreas de trabajo. El

diseño integrado exige la existencia de una relación entre cada concepto, pero eso hace ocurrir

imprevistos. Por eso existe la etapa de validación en la cual se verifica y se analiza con la

experiencia de proyectos anteriores, el diseño. Y se implementa una retroalimentación en el

diseño para actualizarlo.

Priorización: Al momento de la actualización, unas alternativas tienen que ser

canceladas. Entonces hay que tomar en cuenta las prioridades de cada objetivo planteado al

inicio del proyecto.

Para resumir con todas esas etapas, ligándolas con los pasos de la norma HQE, tomando en

cuenta el concepto de diseño integrado, y con objetivo de proponer soluciones viables de

diseño pasivo, se propone el esquema siguiente.


16


Fig I.2 Diseño integrado, estrategias pasivas y activas

En la columna de izquierda aparecen las etapas de un diseño verde, y en la derecha los pasos

de la norma HQE. Las flechas relacionan cada concepto de la norma a una etapa del diseño.

Pero seguramente, indica el momento en el cual tiene la mayor importancia, pero hay que

recordar a cada paso del proyecto, como resolver un problema con una idea “verde”. El

concepto ecológico sigue todo el proyecto, y nunca hay que olvidarlo.

Las rayas derechas indican en cual concepto interviene el diseño pasivo y a la izquierda en cual

el diseño que se podría llamar activo interviene.

Las flechas del lado izquierdo representan la retroalimentación después del control.


17


Con esta gráfica podemos ver toda la complejidad de llevar a cabo un diseño verde, dadas las

interrelaciones entre cada etapa, concepto…

E. Conclusión y planteamiento de solución al caso del edificio en el área metropolitana de Monterrey

Después toda este análisis por parte del diseñador, se plantean los pasos a seguir para el caso

particular de un edificio habitacional en el área metropolitana de Monterrey. En la siguiente

parte se proponen soluciones técnicas viables en la ciudad de Monterrey, midiendo su eficiencia

dadas las herramientas que desarrollamos en los capítulos I y II.

Se hará una parte del diseño pasivo por ejemplo sin tomar en cuenta el tratamiento de los

desechos, el reciclaje de agua, es decir solo se consideraran las partes estudiadas

anteriormente. Solamente se va a desarrollar un modelo conceptual de un edificio que

respetaría a lo máximo las normas franceses y americanas (LEED Construction).

Para resumir así se desarrolla el análisis.

1. Datos del proyecto

Hacer un análisis del sitio, exposición al sol, tipo de terreno, proximidad de selva, de carretera,

datos higrotérmicos…

2. Forma del edificio

Esta es la parte más importante del diseño pasivo. En esta etapa se analizan los niveles de

iluminación natural (capítulo II) los niveles de sombreado, la exposición a las radiaciones

solares… Aquí se usara el diagrama solar desarrollado precedentemente.

3. Organización del edificio

Es la manera de organizar los espacios internos, dependiendo de las necesidades de cada uno.

En esta etapa se toma también en cuenta los espacios de transición que se definiría como un

espacio que permite la conexión entre 2 ambientes diferentes, el patio de entrada de los

edificios altos es un buen ejemplo.


18


4. Envelope y aislamiento

En esta parte se incluye todo lo estudiado en la parte I en el cual se consideran los materiales

no aislados y considerando las relaciones entre ellos.

5. Puntos del diseño pasivo estudiado en otras partes

Para simplificar el estudio y presentar de manera más clara no se tomarán en cuenta los puntos

de tratamiento de agua y de desechos, también considerados como diseño pasivo, se pueden

desarrollar de manera independiente.

6. Feed back loop o retroalimentación

Los resultados ambientales de un sistema son mucho más complicados a evaluar, como se

haría en el caso de cálculos de estructura. Por eso una vez el diseño pasivo ejecutado se va a

calificar la eficiencia de nuestro edificio y verificar las relaciones entre cada concepto y arreglar

los detalles priorizando unos conceptos.

Los conceptos de estructura no van a ser estudiados en este trabajo de tesis, solo se hará

referencia el impacto de la estructura en términos de masa térmica. Este caso seria

necesario desarrollarlo a parte.


19


Capítulo II

La fachada del edificio: la frontera climática con el

exterior

A. Definición del espacio acondicionado

Un edificio constituye un ambiente en el cual el hombre busca más y más confort. El confort se

puede definir en tres grandes áreas. Primero el confort climático (Temperatura, humedad

relativa…), la calidad del aire interior, y las comodidades (domótica, robótica…). En esta parte

vamos a tratar el problema del confort climático. Para eso, hay que comprender la importancia

del aislamiento del edificio. De hecho, antes de diseñar tecnologías de climatización o

calefacción, hay que protegerse del medio ambiente y de sus temperaturas extremas. Pero

diseñar un edificio totalmente aislado no es una solución para permitir una calidad del aire

interior. Entonces hay que definir niveles de aislamiento térmico, y niveles de ventilación del

edificio.


20


El objetivo de esa parte es proponer un modelo que permitiría cumplir con los objetivos de las

normas norteamericanas LEED CONSTRUCTION.

Extracto de las normas

EQ Credit 7.1 Thermal Comfort Design

Intent

Provide a comfortable thermal environment that supports the productivity and well being

of building occupants.

Requirements

Design HVAC systems and the buildings envelope to meet the requirements of ASHRAE

standard 55-2004, Thermal Comfort conditions for human occupancy. Demonstrate

design compliance in accordance with the section 6.1.1 documentation.

El aislamiento térmico es una parte crucial de un proyecto de construcción verde. Utilizar

materiales más eficientes para el aislamiento permite reducir la cantidad de éstos, entonces

permite conservar los recursos, reducir los desechos y también reduce el costo de la

construcción. Los materiales de aislamiento siempre han tenido un papel importante en la

historia de la edificación, porque antes de las soluciones tecnológicas de control de temperatura

era la única solución de protegerse del la agresividad del ambiente.

Las transmisiones de calor se pueden tratar en diferentes partes del edificio:

• Ventanas

• Techo

• Pared

• Pared de superestructura

• Pared de infraestructura

• Losas


21


Fig. II.1: Representación de las partes de un edificio en las cuales pueden ocurrir pérdidas de

calor.

Entonces, las fuentes de transmisión de calor en edificios son:

- Conducción de calor a traves de las paredes opacas y ventanas

- Transmisión de la radiación a través de las ventanas

- Transferencia de calor por conveccion desde las paredes al aire

- Infiltración / ventilación controlada

- Radiación de onda larga entre los elementos internos

- Radiación de onda larga del edificio hacia sus alrededores

En la siguiente parte, se presentan las explicaciones fisicas de cada fenómeno de transmisión

de calor.

Espacio acondicionado


22


B. Transmisión de calor: Fundamentos físicos

Existen físicamente tres tipos de transferencias de calor. Se va a dar más importancia a los que

representan las pérdidas más importantes en las construcciones. El objetivo es proveer el

conocimiento suficiente para controlar el aislamiento térmico en una gran variedad de edificios.

Primero hay que recordar que el flujo de calor siempre se hace del lado caliente al lado frio. El

flujo evalúa la energía térmica transmitida en la unidad de tiempo a través de la unidad de

superficie del material dispuesta en la dirección normal al flujo térmico.

Existen tres tipos de transmisión de calor que son la convección, la conducción, y la radiación.

1) Transmisión por convección

La convección se produce únicamente en materiales fluidos. Éstos al calentarse disminuyen su

densidad y ascienden al ser desplazados por las porciones de menor temperatura que, a su

vez, descienden y se calientan repitiendo el ciclo. El resultado es el transporte de calor por

medio de las parcelas del fluido ascendente y descendente.

En el caso de un edificio las transmisiones por convección ocurren en la capa de aire cerca de

una pared o una ventana.

La transferencia de calor por convección se modela con la Ley del Enfriamiento de Newton:

Donde h es el coeficiente de convección (ó coeficiente de película), As es el área del cuerpo en

contacto con el fluido, Ts es la temperatura en la superficie del cuerpo y Tinf es la temperatura

del fluido lejos del cuerpo. En la modelación que vamos a desarrollar, solo vamos a tener en

cuenta el coeficiente h que depende de los dos materiales en contacto. Existen dos tipos de

convección, la forzada y la natural. En el caso de la edificación solo nos interesa la natural.

2) Transmisión por conducción

Es la forma de transmitir el calor en cuerpos sólidos; se calienta un cuerpo, las moléculas que

reciben directamente el calor aumentan su vibración y chocan con las que las rodean; estas a

su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, por

esta razón, si el extremo de una varilla metálica se calienta con una flama, transcurre cierto


23


tiempo para el calor llegue a otro extremo. El calor no se transmite con la misma facilidad por

todos los cuerpos. Existen los denominados "buenos conductores del calor", que son aquellos

materiales que permiten el paso del calor a través de ellos. Los "malos conductores o aislantes"

son los que oponen mucha resistencia al paso del calor, esta propiedad se aprovecha en

recipientes para calentar líquidos, que se hacen aluminio.

La ley básica de la conducción establecida por Fourrier es la siguiente:

Qx = -k dt/dx

Donde k representa la conductividad térmica, una propiedad física de los materiales que mide la

capacidad de conducción de calor.

Material k Material k Material k

Acero 47-58 Corcho 0,04-0,30 Mercurio 83,7

Agua 0,58 Estaño 64,0 Mica 0,35

Aire 0,02 Fibra de vidrio 0,03-0,07 Níquel 52,3

Alcohol 0,16 Glicerina 0,29 Oro 308,2

Alpaca 29,1 Hierro 1,7 Parafina 0,21

Aluminio 209,3 Ladrillo 0,80 Plata 406,1-418,7

Amianto 0,04 Ladrillo refractario

0,47-1,05 Plomo 35,0

Bronce 116-186 Latón 81-116 Vidrio 0,6-1,0

Cinc 106-140 Litio 301,2

Cobre 372,1-385,2 Madera 0,13

Fig II.2 Tabla con valores de conductividad térmica de algunos materiales

3) Simulación de la transmisión de calor por conveccion y conducción

Utilizando la ecuación general de conducción e integrando los coeficientes respectivos de

convección, se ha desarrollado un modelo de cálculo para determinar el valor de la


24


transferencia de calor (U), la resistencia térmica de la pared, el flujo de calor, y las temperaturas

en cada capa de la pared.

A continuaron se presenta un ejemplo desarrollado en Excel para una pared de tres capas.

Composite wall with three sections

DATA Enter data

heat transfer coefficient, h1 [W/m2K] 1000 heat transfer coefficient, h4 [W/m2K] 200 contact resistance A-B, Rt,cont,AB [m2K/W] 0.001 contact resistance B-C, Rt,cont,BC [m2K/W] 0.002 length of section A, LA [m] 0.2 length of section B, LB [m] 0.2 length of section C, LC [m] 0.4 thermal conductivity of section A, kA [W/mK] 20 thermal conductivity of section B, kB [W/mK] 80 thermal conductivity of section C, kC [W/mK] 100 free stream fluid temperature Too,1 [K] 700 free stream fluid temperature Too,4 [K] 300 RESULTS

total thermal resistance, Rt,T [m2K/W] 0.0255 U = 39.216 overall heat flux qx [W/m2] 15686.27 free stream fluid temperature Too,1 [K] 700.00 temperature T1 [K] 684.31 temperature T2A [K] 527.45 temperature T2B [K] 511.76 temperature T3B [K] 472.55 temperature T3C [K] 441.18


25


temperature T4 [K] 378.43 free stream fluid temperature Too,4 [K] 300.00

Fig II.3 Modelación de una pared en estado permanente

Proceso de cálculo

Rt,T [m2K/W] = 1/h1 + 1/h4 + Rt,cont,AB + Rt,cont,BC + Lb/kb + La/ka +

Lc/kc

U = 1/ Rt,T

Qx = (Too,1 - Too,4) * U

4) Efecto de masa térmica

El valor de U, representa la cantidad de flujo de calor transmitida por una diferencia de un grado

Kelvin entre ambas caras del material. Pero otro fenómeno perturba el aislamiento térmico: la

masa térmica.

Dado el hecho que cada fenómeno climatico es periódico, es importante tomar en cuenta la

inercia térmica. Las condiciones de cálculo en régimen dinamico son mucho más complicadas

que en regimen permanente. Para simplificar y entender bien el papel de la masa térmica y sus

consecuencias vamos a aplicar el principio de superposición en nuestro estudio.

La evolucion de la temperatura al interior de un edificio sigue un modelo de oscilación, con un

promedio Tip, un valor máximo Timax, y un valor mínimo Timin.

Fig II.4 Modelación de la oscilación de

la temperatura de un edificio


26


Si no hay ningún aporte de energia la temperatura promedio interior seria igual a la del exterior

(Tep). Pero inevitablemente existen aportes debidos a la ocupación, al sol, etc. Entonces

siempre tenemos Tip > Tep

Esa diferencia de temperatura se llama “gradiente térmico”

Fig II.5 Modelación del gradiente térmico

A continuación se define la temperatura interior

Ti = Tep + DT + Ai cos (wt) Ti = Temperatura interior a un momento t

Tep = Temperatura promedia exterior de las últimas 24 horas

DT = Gradiente térmico

Ai = Amplitud interior

Ai cos (wt) = Función sinusoidal de la amplitud, w es la pulsación igual a 2π/P, p

es el periodo considerado, o sea 24 horas.

De manera muy sencilla se establece en régimen permanente que el gradiente térmico se

define de la manera siguiente.

DT = Potencia entrando / Potencia perdida por grados DT = (Pi + Psv + Psp) / (Ue + 0.34q) Pi = Potencia interna debida a la ocupación


27


Psv = Potencia solar transmitida por las ventanas

Psp = Potencia solar transmitida por las paredes

Ue = Conductancia promedio del edificio

q = Debito de renovación de aire

Existen dos configuraciones diferentes, conforte de invierno y conforte de verano. En invierno

queremos aumentar el gradiente térmico y en verano, hay que disminuir el gradiente térmico. A

continuación se presentan las alternativas técnicas.

En verano En invierno

Disminuir Pi (disminuir la ocupación) Aumentar Pi (aumentar la ocupación)

Disminuir Psv con el control solar de las ventanas Aumentar Psv exponiendo las aperturas al sol

Disminuir Psp con el control solar de las paredes Aumentar Psp exponiendo las paredes al sol

Aumentar Ue reduciendo el aislamiento del edificio Disminuir Ue aumentando el aislamiento

Esto no seria una solucion dado el hecho de Disminuir q ventilando menos el volumen sin

que se necesitaría climatizar el edificio ventilar de manera insuficiente

Aumentar q ventilando más el volumen

Cálculo de la amplitud Ai: La amplitud Ai depende de la amplitud Ae y de la inercia térmica del

edificio. Ai puede ser ligado a Ae con la función Ai/Ae, la cual puede ser calculada con la

difusividad, efusividad y el espesor de las paredes.

La difusividad térmica se define como la capacidad de un material a transmitir (rapidamente)

una variación de temperatura.

a = λ / ρC (m2/s o m2 /h) λ = conductividad (W/m.°C)

ρ = Peso volumétrica (kg/m3)

C = Calor masico (KJ/Kg.°C)

Aumentar la difusividad, facilita la difusión de la temperatura adentro de un material.


28


La efusividad térmica b se define como la capacidad de un material a absorber (o restituir) una

potencia térmica.

B = ( λ.ρ.C )ˆ(1/2) (J.m-2.°C-1) λ = conductividad (W/m.°C)

ρ = Peso volumétrico (kg/m3)

C = Calor masica (KJ/Kg.°C)

Para concluir, disminuir la amplitud interna consiste en:

- Aumentar el espesor de las paredes

- Disminuir la difusividad de las paredes

- Aumentar la efusividad de las paredes

- Disminuir la conductividad de las paredes

- La superficie de intercambio de las paredes internas efusivas de espesores

suficientes aumentan

Para reducir de manera significante la amplitud interna

- Hacer fachadas en doble capas

- Poner la capa efusiva al interior y la capa aislante al exterior

La accion prioritaria consiste en reducir el gradiente térmico, o sea proteger el edificio de los

rayos del sol. La otra opción consiste en reducir la amplitud interna, esto usando las

propiedades efusivas de los materiales de construccion.

5) Pérdidas por puentes térmicos

El mejoramiento del aislamiento térmico de las paredes necesita tomar en cuenta el papel muy

importante de los puentes térmicos. De hecho, en el caso de un edificio de departamentos los

puentes térmicos pueden representar 30 a 40% del valor de Uedif, es decir del cálculo de las

perdidas en estado permanente. Soluciones técnicas ya existen, lo más difícil es asegurarse de

la buena continuidad de la capa aislante del edificio.

Definición de un puente térmico: Es una parte de la estructura del edificio donde la

resistencia térmica, en otros lados uniforme, es muy diferente.


29


Fig II.6 Dos tipos de pérdidas por puentes térmicos

C. Nivel de aislamiento global de un edifico según norma NBN B 62 301

Ya definimos todos los valores necesarios para fijar objetivos de nuestra edificación. Basado en

normas europeas (HQE) primero por ejemplo se puede fijar valores máximos del valor U.

Elementos de la superficie de transmisión del flujo Umax (W/m2.K)

Ventanas y otras paredes translucidas 3,5

Paredes verticales

Entre el volumen protegido y el aire exterior 0,6

Entre el volumen y un local no protegido 0,6

Entre el volumen y un local protegido 0,9

Entre el volumen y el suelo 0,9

Techo que separa el volumen del aire exterior 0,4

Losas

Entre el volumen protegido y el aire exterior 0,6

Entre el volumen y un local no protegido 0,6

Entre el volumen y un local protegido 0,9

Entre el volumen y el suelo 1,2

Paredes separando dos departamentos 1

Exterior

Interior Puente térmico

ψ

Interior Exterior

Aislamiento

Puentes térmicos ψ

ψ1

ψ2


30


En la siguiente tabla se da un ejemplo de un edificio ficticio. El objetivo de tal cálculo es de

definir una característica esencial del proyecto de construcción, el nivel de aislamiento global.

Esto permite dar una base de comparación para diferentes proyectos, y así mejorar las técnicas

empleadas entre dos construcciones. Esa tabla se divide en 5 partes como se presentan a

continuación.

A Referencias del edificio Architecto Dueño Empresa File Number

B Monterrey Nuevo Leon (Mexico) LAURENT Tec de Monterrey Laurent SA de CV MONT/001

Calculo del nivel de aislamiento termico total de un edificio según NBN B 62-301Fecha

Diciembre 2007 Fig II.7 Encabezado de hoja de cálculo del nivel de aislamiento global

Luego seguiría la parte principal de la tabla, en la cual se hace un inventario de todas las

diferentes fuentes de pérdidas posibles. A cada una de esas fuentes, se da un U-Value, la

superficie, y se multiplican los dos. Se suma toda la última columna, y se obtiene un resultado

de todas las pérdidas posibles.

C Superficie de perdidas termicas Kj [W/(m2.K) Aj (m2) Kj.Aj (W/K) ? Kj.Aj (W/K) ai ? ai.Kj.Aj (W/K)3,3 2 6,63,3 4,5 14,85

3 2,5 7,53,5 2 7

2 4 80

0,52 200 1040,68 200 136

00,26 200 520,39 20 7,8

03 200 600

00000

0,25 260 6500

0,25 20 500

2 50 10000000000

0,00

12 Total (superficie de perdidas) 1165 [1] ? ai.Kj.Aj (W/K)= 1055,42

11 Paredes interiores en contactocon espacios protegidos del gel 0 0,67

66,67

10Paredes interiores en contactocon espacios no protegidos delgel

0 1,00 0,00

9 Paredes exteriores en contactocon tierra 100 0,67

43,33

8 Losas sobre suelo 5 0,33 1,67

7 Losas arriba de espaciosprotegidos del gel 65 0,67

600,00

6 Losas arriba de espacios noprotegidos del gel 0 1,00 0,00

5 Losas arriba de un ambienteexterior 600 1,00

240,00

4Techos (inclinados, horizontal)ou Placa superiores a bajo deespacios no protegidos

59,8 1,00 59,80

3 Paredes exteriores, Fachadas 240 1,00

28,95

2 Puertas exteriores 15 1,00 15,00

1 Ventanas, cupulas y otrastesteras translucidas 28,95 1,00

Fig II.8 Cuerpo principal de la hoja de cálculo del aislamiento global


31


Aquí en este ejemplo, se tiene un total de 1055,42 W/K de pérdidas debidas a la fachada en

contacto con el ambiente exterior.

Pero de esa manera no se toma en cuenta todas las pérdidas posibles del edificio considerado.

De hecho, como se ha presentado antes, las pérdidas por puentes térmicos pueden ser

importantes. Así que en la tercera parte de esa tabla, se calcula de manera lineal esa perdidas.

D Puentes térmicos Uij [W/(m.K)] Lj (m) Uij.Lj (W/K) ? Uij.Lj (W/K)

1 2 23 17 51

000

Según definiciones de la normaNBN B 62-00213 53

Fig II.9 Cálculo de las pérdidas por puentes térmicos en el aislamiento global

Es muy importante para lo que sigue, de trabajar siempre con las mismas unidades, en este

caso son W/K. Aquí se tienen 53W/K de perdidas por puentes térmicos.

En la cuarta parte, se presenta un resumen de todos los cálculos precedentes. Primero se

suman todas las pérdidas, debidas a las fachadas, y después a los puentes térmicos. Sigue un

cálculo sencillo que se le denomina compacidad volumétrica del edificio.

[4](W/K)[5]W/(m2.K)[6]m3[7]m

Perdidas térmicas totales de lasuperficieE.14 [2] + [3] = 1108,42

15 Coefficiente promedio detransmission térmicas Ks = [4] / [1] = 0,95

Volumen protegido del edificio V = 308,8516

17 Compacidad volumetrica del edificio

V/At = [6] / [1] = 0,27

Fig II.10 Resumen de la hoja de cálculo del aislamiento global

La compacidad volumétrica del edificio permite ajustar el valor K y dar una base de

comparación de diferentes edificios. En efecto, conocer únicamente las pérdidas térmicas no

nos permitiría comparar dos edificios, porque también el nivel de aislamiento global toma en

cuenta esa compacidad. Para los factores dados, se obtiene un valor K que representa ese

nivel. Como se presenta en el siguiente fragmento de la tabla, el nivel global es de 95,14.


32


F. 18

Si V/At = 1: Ks x 100 = [5] x 100 = K =

Si 1 =V/At< 4:Ksx300/(V/At + 2) = [5]x300/([7]+2) =K=

Si V/At = 4: Ks x 50 = [5] x 50 = K =

95,14

126,01

47,57

Nivel de aislamiento térmicoglobal del edificio

Fig II.11 Conclusión de la hoja de cálculo del aislamiento global

D. Impacto de las radiaciones solares en la frontera climática

1) Latitud y longitud

Con objetivo final de los diagramas solares, se va a desarrollar en esta parte los métodos de

cálculo de la posición del sol según la fecha, y según la latitud y longitud. Una vez desarrollados

estos métodos de cálculo, se aplicarán a la ciudad de Monterrey. Se llamará φ la latitud y L la

longitud del lugar considerado. Para entender estos conceptos se presenta un esquema del

planeta con las posiciones de cada concepto.

Fig II.12 Esquema del planeta con conceptos de latitud y longitud

Para la ciudad de Monterrey, situada en el hemisferio norte, sus datos son los que siguen.

Φ = 25,4 L = 100,20 Fig II.13 Latitud y longitud de la ciudad de Monterrey, Nuevo León, México.


33


2) Cálculo del número del día

La posición del sol, depende también de la fecha. Por eso hay que calcular lo que se define

como el número del día en el año. Existe un método de cálculo muy sencillo que es el siguiente.

Por ejemplo para el día 18 de abril, jj = 18 y mm = 04. (Int define la función parte entera).

Fig II.14 Método de cálculo del número del día en el año

Después del cálculo por ejemplo para la fecha del 18 de abril, corresponde al día No 108 del

año.

3) Posición del sol y declinación

La posición del sol se define en el espacio con sus coordenadas horizontales en la esfera

celeste, es decir:

- Su altura h, que es el ángulo entre el plano horizontal y la dirección del sol.

- Su azimut a, que corresponde al ángulo que hace el plano del meridiano local con el

plano vertical pasando por el sol. Se cuenta negativo en el Este y positivo en el

Oeste.


34


Se llamará declinación al ángulo entre el plano del ecuador y el eje tierra-sol. Ese varia durante

todo el año entre -23°26’ y +23°26’. Se calcula el valor de la declinación de manera bastante

precisa con la siguiente fórmula.

Δ = 23,45 Sin (0,9863*( n – 81 ))

4) Parámetros de tiempo

La posición del sol en el cielo nos da informaciones sobre el tiempo solar real (TSR), solar time

en inglés (ST), es el tiempo que se lee en las relojes solares.

El ángulo horario es el ángulo entre el plano del circulo horario del sol con el plano conteniendo

el meridiano celeste. Se denota por ω. Entonces se puede escribir la siguiente formula.

Ω = (ST – 12) *15

Con ST en horas y ω en grados.

La trayectoria de la tierra alrededor del sol es elíptica (Primera ley de Kepler). Además la raya

tierra-sol describe unas áreas iguales en tiempos iguales (Segunda ley de Kepler.) Dado el

hecho que el eje de la tierra es inclinado indica que la duración del día solar real varía según el

momento en el año. Por eso introducimos el tiempo solar promedio (TSM)

TSM = ST – ET

Con:

ET = -0,0002 + 0,4197 cos (β) – 7,3509 sin (β) – 3,2265 cos (2β) – 9,3912 sin (2β) – 0,0903 cos (3β) – 0,3361 sin (3β)

Con:

β = (360/366) * n ( en grados)

El tiempo universal TU es igual al TSM del meridiano Greenwich. Se puede escribir entonces,

con L la longitud en grados y todos los tiempos en horas con la siguiente formula:

TU = TSM + L/15


35


Finalmente el horario que leemos en las relojes públicos es el tiempo legal TL, que es igual al

tiempo universal corregido por los coeficientes de horarios (depende del lugar en la tierra) C1 y

de una corrección de invierno-verano C2.

TL = TU + C1 + C2

Aquí en Monterrey C1 = - 6 y C2 = 0 en invierno y + 1 en verano.

• Ejemplo:

Si el tiempo legal es 12h00

TL = 12

TU = 18 en invierno y 17 en verano.

TSM = 11,32 en invierno y 10,32 en verano.

β = 248,85

ET = 2,54 = 0,042 horas

ST = 11,36 en invierno y 10,36 en verano.

5) Diagramas solares

Una vez establecidos estos diferentes datos, se va a desarrollar los diagramas solares. Se

presenta bajo la forma de un círculo en el cual representamos las coordenadas del sol según el

azimut a y la altura del sol h. Una red de curvas nos da la trayectoria del sol según la fecha y el

ST. El interés mayor en nuestro estudio es de dar informaciones muy rápidamente sobre los

efectos de un obstáculo a la trayectoria del sol (árbol, otro edifico etc.…)

El organigrama siguiente nos da el proceso que se implementa para dibujar estos diagrames

solares para la ciudad de Monterrey. Pero eso se podría generalizar a cualquier parte del

mundo. Este método de cálculo se aplica a diferentes fechas del año y así se puede dibujar la

trayectoria del sol según el momento. Cada curva indica la posición del sol por una declinación

dada δ, es decir por dos días en al año, solo por las fechas del 21 de junio y del 21 de diciembre

que son días únicos.

Para nuestro caso se divide el año con esas fechas. Se divide cada fecha en 24 intervalos de

tiempo.

- 1er de enero / 15 de enero / 30 de enero

- 15 de febrero / 28 de febrero

- 15 de marzo / 21 de marzo / 31 de marzo


36


- 15 de abril / 30 de abril

- 15 de mayo / 31 de mayo

- 15 de junio / 21 de junio / 30 de Junio

- 15 de Julio / 31 de Julio

- 15 de agosto / 31 de agosto

- 15 de septiembre / 21 de septiembre / 30 de septiembre

- 15 de octubre / 31 de octubre

- 15 de noviembre / 30 de noviembre

- 15 de diciembre / 21 de diciembre / 31 de diciembre

A continuación se presenta el diagrama de flujo para calcular las posiciones del sol.

Fig II.15 Diagrama de flujo para calcular las posiciones del sol

Para calcular a y h gracias al ángulo horario se usará las fórmulas de Gauss que siguen.

Cos h . Sin a = Cos Δ . Sin ω

Cos h . Cos a = Cos Δ . Cos ω . Sin φ – Sin Δ . Cos φ Sin h = Cos Δ . Cos ω . Cos φ + Sin Δ . Sin φ


37


Estas formulas se demuestran de manera geométrica, y no dan información útil para el objeto

del estudio.

Un ejemplo de cálculo para los días 1er y 15 de enero se presenta a continuación.

Fecha n δ TSV ω h aJJ MM

1 1 1 -23,01 1 -165 -76,12 -83,242 -150 -62,59 -88,603 -135 -49,08 -83,524 -120 -35,69 -78,955 -105 -22,51 -74,246 -90 -9,65 -69,017 -75 2,72 -62,888 -60 14,36 -55,379 -45 24,85 -45,83

10 -30 33,53 -33,5111 -15 39,45 -17,9712 0 41,59 0,0013 15 39,45 17,9714 30 33,53 33,5115 45 24,85 45,8316 60 14,36 55,3717 75 2,72 62,8818 90 -9,65 69,0119 105 -22,51 74,2420 120 -35,69 78,9521 135 -49,08 83,5222 150 -62,59 88,6023 165 -76,12 83,2424 180 -87,61 0,00

15 1 15 -21,27 1 -165 -75,63 -76,392 -150 -62,21 -87,733 -135 -48,66 -86,094 -120 -35,20 -81,005 -105 -21,93 -76,016 -90 -8,95 -70,637 -75 3,57 -64,418 -60 15,39 -56,839 -45 26,08 -47,19

10 -30 34,99 -34,6611 -15 41,11 -18,6712 0 43,33 0,0013 15 41,11 18,6714 30 34,99 34,6615 45 26,08 47,1916 60 15,39 56,8317 75 3,57 64,4118 90 -8,95 70,6319 105 -21,93 76,0120 120 -35,20 81,0021 135 -48,66 86,0922 150 -62,21 87,7323 165 -75,63 76,3924 180 -85,87 0,00

Fig II.16 Coordenadas del sol en Monterrey para las fechas de 1er y 15 de enero


38


Fig II.17 Diagrama solar de la ciudad de Monterrey

N15°

30°

45°

60°

75°

90°

105°

120°

135°

150°

165°180°

195°

210°

225°

240°

255°

270°

285°

300°

315°

330°

345°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

7

8

9

1011121314

1516

17

18

19

1st Jan

1st Feb

1st Mar

1st Apr

1st May

1st Jun1st Jul

1st Aug

1st Sep

1st Oct

1st Nov

1st Dec

Equidistant Projection Location: 24.6°, -100.2°

BRE VSC: 14.4%Overcast Sky: 11.4%Uniform Sky: 16.4%


39


Capítulo III

La fachada del edificio: la frontera visual con el

exterior

A. Introducción

“Daylight is a gift of Nature. As civilised man learns to use artificial light sources which free him

total dependence on daylight, he also learns to appreciate the value of daylight and become

aware of its special advantages.”

Hopkinson 1966

El control de la iluminación de día en un edificio es parte integrante del concepto de edificación

sostenible. Llamado “daylighting” en inglés, este concepto es la clave de la eficiencia energética

del edificio, pero también de la satisfacción de los habitantes, de la productividad de los

empleados en caso de un edificio de oficinas, y del bienestar. Son consecuencias directas de

las condiciones de iluminación de día. La iluminación del edificio debe ser tomada en cuenta al

principio de las etapas de diseño, porque tiene implicaciones directas con la geometría del

edificio, su implementación y los materiales escogidos.

Podríamos resumir las ventajas y objetivos de una iluminación natural como sigue:

- Aumentar la capacidad visual


40


- Dar valor al diseño arquitectónico del edificio

- Permitir un contacto directo de los habitantes con el medio ambiente exterior

- Reducir el consumo energético global del edificio

- Mejorar las condiciones de salud y bienestar de los habitantes.

Es importante distinguir la iluminación del día y la iluminación directa del sol. Como se ha

detallado en la primera parte, las radiaciones solares que entran directamente en el edificio

traen calor de manera desproporcionada. Aparte en un área como la de Monterrey, hay que,

más que todo estudiar los conceptos de iluminación protegiendo al edificio de las radiaciones

del sol.

Por eso se va a presentar más adelante en la parte del diseño del edificio, que no podemos

estudiar de manera independiente la fachada como frontera climática, y la fachada como

frontera visual. Las dos partes están ligadas, y también con las otras partes, lo que se llamará el

diseño integrado. Este es el propósito general de este estudio.

B. Daylight factor

a. Definición del “daylight factor” según IESSNA (Illuminating Engineering Society of

North America)

El “daylight factor” es una metodología de baja precisión para determinar la iluminación en

cualquier punto del edificio, conociendo la iluminación exterior. Es un radio numérico entre las

iluminaciones interior y exterior. Como el ambiente exterior siempre cambia (sol, cielo nublado,

tormenta…) ese factor presenta las ventajas de ser estable en el tiempo. Entonces su valor

tiene mucho más sentido que un cálculo directo de la iluminación interior en ciertios días del

año.

DF = IID / IED

En la cual:

IID es la iluminación interna de día, IED la iluminación externa de día y DF el daylight factor.

Ese factor es sin dimensión matemática, y se expresa generalmente como un porcentaje.

Depende de muchos factores de diseño, de tamaño, de espacio… A continuación se presenta

una lista de unos criterios de definición del DF:


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- Tamaño de las ventanas

- Disposición de las aperturas

- Ambiente del edificio

- Geometría de las salas

- Transmítancia del vidrio utilizado

- Calidad de reflexión de las superficies de la sala

El DF generalmente se determina gracias a unas modelaciones del edificio (maquetas…) y unos

captores de luz puestos a dentro y a fuera del edifico. Pero en la mayoría de los casos estas

maquetas dan resultados que no corresponden a la realidad. Se necesita tomar medidas de

muchos puntos adentro de la maqueta, para tener una idea de la repartición de la iluminación

del día y del sol. Por eso en este estudio, se va a trabajar con un cálculo que se llama “average

daylight factor” es decir, calcular un promedio del “daylight factor” con los datos del edificio.

b. Daylight factor average

La cantidad de luz de día que entra en una sala especifica, depende del tamaño de cada

ventana, la superficie de cielo que se ve por las aperturas, y de los coeficientes de reflexión de

cada superficie interna.

La ecuación para estimar el promedio del “daylight factor” seria:

DFprom = Σ (W T Φ M) / (A*(1-R²))

En la cual:

W es la superficie de cada ventana

T es la transmisión de cada vidrio utilizado para las ventanas. Si no es conocido, se toma 0,8

para un vidrio simple y 0,7 para un doble vidrio.

Φ es el ángulo vertical del cielo viendo del centro de cada ventana

M es el coeficiente tomando en cuenta la limpieza y la inclinación de cada ventana

A es el área total de todas las superficies internas al espacio

R es el coeficiente representando el promedio de las capacidades reflectantes de cada

superficie


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Para calcular el ángulo vertical del cielo, se puede estimar una altura promedia de los edificios

alrededor de la ventana. Y a partir de esos datos, se mide el ángulo de manera muy sencilla. Se

puede también calcular este valor de manera precisa, utilizando los factores de sombra y los

diagramas del sol.

En la figura siguiente corresponde al ángulo entre la línea “mid height of window” y la línea C1.

Fig III.1 Cálculo del ángulo vertical de vista al cielo

El coeficiente tomando en cuenta la limpieza de las ventanas puede ser generalizado de la

siguiente manera. Ubicacion Tipo de trabajo Inclinacion Factor de limpieza

Vertical 0,9Inclinado 0,8Horizontal 0,7Vertical 0,8Inclinado 0,7Horizontal 0,6Vertical 0,8Inclinado 0,7Horizontal 0,6Vertical 0,7Inclinado 0,6Horizontal 0,5

No industrial

Industrial

No industrial

Industrial sucio

No industrial

Industrial sucio

Fig III.2 Coeficiente de limpieza de las ventanas

c. “Daylight factor” método de los flujos.

El procedimiento mas utilizado para calcular el “DF” es el método de los flujos. Se considera, sin

tomar en cuenta la luz entrando directamente por los rayos del sol, que entra la luz de tres

maneras diferentes:


43


- (SC) Sky component, directamente del cielo, entrando por una apertura tipo una

ventana.

- (ERC) Externally Reflected Component, que corresponde a la luz reflectada por el

suelo, árboles u otros edificios.

- (IRC) Internal Reflected Component, que corresponde a la luz reflectada por las

superficies internas al edificio.

Se considera entonces el “daylight factor” como la suma de estas tres valores, cada una

representando una posible fuente de luz en el edificio.

Entonces se escribe:

DF = SC + ERC + IRC

A continuación un esquema representando estas tres fuentes de luz.

Fig III.3 Diferentes componentes de la iluminación de día

d. Necesidades en daylight factor

Espacio DF Promedio Valor minimoComercial / Institucional

Pasillo 2 0,6Oficina 5 2Salon de clase 5 2Biblioteca 5 1,5Gymnasio 5 3,5

ResidencialComedor / Studio 5 2,5Cocina 2 0,6Sala 1,5 0,5Cuarto 1 0,3 Fig III.4 Recomendaciones en promedio de daylight factor


44


e. Método del 2,5 A

De manera práctica para determinar una primera aproximación de las necesidades en ventanas,

se utiliza la regla de las 2,5 A. Considerando A la distancia entre el piso y el punto mas alto de

la ventana. Se considera entonces que una buena iluminación natural llega hasta 2,5*A en el

cuarto.

Fig III.5 Esquema representando el método del 2,5 A

C. Iluminación artificial

a. Introducción y origen de la luz artificial

La principal fuente de luz natural como ya lo hemos visto es el sol. Aunque se diseña el edificio

de tal manera que utilizara 100% de la luz natural, esto funcionaría solo durante 12 horas a lo

máximo. Existe muchas otras fuentes de luz en la naturaleza diferentes de la del día. Nuestros

ancestros utilizaban mucho las luces de combustión (gas, madera…), las de noche (luna,

estrellas…). Con el desarrollo de la electricidad en la segunda mitad del siglo 19, empezaron a

desarrollarse otras fuentes de luz artificiales. La primera tentativa de iluminación eléctrica fue en

1820 por Warren de la Rue, pero la primera instalación eléctrica comercial fue en 1880.

Finalmente debemos la tecnología actual a Edison que inventó en 1879 la primera bombilla

eléctrica a base de un filamento de bambú.

Para simplificar, solo existen dos tipos de luces artificiales: incandescencia y luminiscencia. En

ambos casos la causa fundamental de la radiación es la misma, es decir la excitación de los

electrones y la energía emitida para regresar a sus posiciones originales.

En el caso de una bombilla incandescente, se refiere a la

radiación electromagnética debida al aumento de la

temperatura de un material. A mayor temperatura del


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material, más alta es la frecuencia de la radiación electromagnética. Por ejemplo el material

utilizado en unas bombillas emite una radiación roja a una temperatura de 873K, después

amarillo y arriba de 2500K es la luz blanca que normalmente se utiliza. Cada material tiene una

resistencia propia, y según la fórmula de Ohm, la temperatura de ese material sube según la

resistencia. Eso es el funcionamiento básico de una bombilla incandescente.

En el caso de la luminiscencia, cuando un sólido recibe energía procedente de una radiación

incidente, ésta es absorbida por su estructura electrónica y posteriormente es de nuevo emitida

cuando los electrones vuelven a su estado fundamental. En función de la radiación que estimula

esta emisión, tendremos diferentes procesos luminiscentes, pero el único que interesa es el

siguiente.

- Fotoluminiscencia: luminiscencia inducida por una radiación

del espectro visible o ultravioleta.

Los sistemas eléctricos de iluminación, son uno de los más

consumidores de electricidad en edificios modernos. Según un reporte

de la “Internacional Energy Agency” de 2006, la iluminación artificial de

un edificio corresponde al 19% del consumo global de electricidad y, corresponde al equivalente

de 70% de emisión de CO2 que causaría la utilización de un carro en el mismo intervalo de

tiempo.

Un sistema de iluminación “verde” debe tener el objetivo de disminuir el consumo de energía, y

aumentar el confort visual de un edificio. En la parte III se detallarán los métodos de diseño para

establecer un sistema verde, pero la clave del éxito de tal sistema es considerar la luz artificial

como complemento a la de día y no usarla para reemplazar una deficiencia del diseño en

término de iluminación. El fracaso de un diseño de iluminación es pensarlo de manera muy

unilateral, es decir, de día se utiliza la iluminación del día con ventanas, y de noche se prenden

los focos. Eso no puede funcionar y se analizará a través diversos ejemplos en la siguiente

parte, las desventajas de tal manera de diseñar.


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b. Factores indicando la eficiencia de los sistemas de iluminación

Se detallará el método de Lumen en el siguiente párrafo, pero primero se darán esos factores,

que dan una idea de la eficiencia de las luminarias, de sus disposiciones, y de sus geometrías

respetivas.

- La eficiencia de una luminaria: Es una medida que se obtiene en Lumen/watt de la

luz emitida por una lámpara entre los watt de electricidad que consume. Las que

existen hoy en día son en el rango 20-120 L/W.

Standard IncandescentTungsten HalogenHalogen Infrared reflectingMercury vaporCompact Fluorescent (5-26W)Compact Fluorescent (27-40W)FluorescentMetal HalideCompact metal halideHigh pressure sodiumWhite sodium

Lumens/Watt Lamp Plus ballast 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fig III.6 Eficiencia energética de diferentes luminarias

- La eficiencia de la lámpara: Corresponde a la cantidad de lumen que se recibe en la sala

por la lámpara entre la cantidad emitida por la bombilla. Ese factor depende básicamente de

la geometría de la lámpara.

c. El método de Lumen

La luz puede ser considerada como un material de construcción, como el concreto el acero o el

vidrio. No se podría construir un edificio sin estudios de estructura, no se podría edificar sin un

estudio detallado de las condiciones de iluminación.

Los últimos años han enseñado que solo la intuición del arquitecto en cargo del proyecto no es

suficiente para determinar las necesidades en término de iluminación, y también dar soluciones

concretas a las exigencias del dueño del proyecto.

Los primeros estudios de iluminación artificial querían llevar a una solución donde se

maximizaba la cantidad de luz para menos energía, eso debido a la mentalidad de los


47


ingenieros, de maximizar todo los elementos de un edificio. Pero se observó que esto no era

siempre exitoso, y aparece ahora más como un elemento de arquitectura, que tiene que ser

medido y medible. La iluminación máxima no es siempre la solución. Por eso se desarrolló ese

método de Lumen. Este método tiene sus límites y solo se puede aplicar en salas donde la

repartición de la iluminación es bastante regular y en donde el mínimo de iluminación no puede

ser menor del 70% del máximo. Es bastante sencillo, preciso y permite resolver la mayoría de

los problemas en los cuales se quiere determinar la cantidad de luminarias necesarias para una

área dada.

La fórmula por aplicar es la siguiente

E = F / A

En la cual:

E es el promedio (o mínima) de nivel de iluminación

F es la cantidad de lumen emitida por las luces

A es el área del lugar considerado

De manera práctica se tratará de conocer F, lo que va a determinar la cantidad de instalaciones

de sistemas de iluminación necesarios. Entonces se usa la fórmula de la manera siguiente:

F = AE

Hay que tomar en cuenta que ese valor F no depende solo de la cantidad de luz, sino también

pueden afectar la recepción de la luz otros factores como los siguientes:

- El tamaño y la geometría de la sala

- La altura de las iluminaciones al lado del área estudiada

- La reflectancia de las paredes y techos

- La calidad de la distribución de la iluminación

- Pérdidas de eficiencia debidas al clima (polvo paredes sucias…)

- Partículas de humo en la sala

Las etapas para utilizar ese método son las siguientes.

a. Determinar la cantidad de iluminación necesaria, tomando en cuenta las exigencias del

dueño, y de las recomendaciones de los ingenieros y arquitectos.


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b. Calcular el flujo efectivamente recibido en el área con la fórmula F = AE

c. Prediseñar una selección de luces, dadas las condiciones económicas y la arquitectura

de la sala.

d. Determinar la distancia Hm entre la luz y el área de estudio.

e. Determinar el “Room Index” con la formula que sigue

RI = Hm* (L w) / (L + w)

En la cual:

L es el largo del cuarto, w su ancho y Hm la distancia ya calculada.

f. Determinar el coeficiente de utilización (UF) obtenido de las tablas de los proveedores,

arquitectos e ingenieros, y conociendo el coeficiente RI, y las reflectancias. g. Determinar el factor de mantenimiento dado por la tabla siguiente

Bueno = 0,7

Medio = 0,65

Malo = 0,55

h. Determinar el flujo necesario para esa instalación con la formula que sigue:

Fi = F / (UF*MF)

i. Una vez conocido el Fi se determina la cantidad de luminarias necesarias conociendo el

flujo de cada una. Hay que repartirles de manera lógica respetando espacios iguales en

todas las dimensiones del cuarto.


49


Capítulo IV

Aplicación al ejemplo de la ciudad de Monterrey

A. Datos del proyecto

Como se ha planteado, el propósito de este estudio es proponer una solución de edifico

habitacional en el área metropolitana de Monterrey. Se va a considerar que el edificio esta

situado en la ciudad de Monterrey (lo que significa ni presencia de selva, de zonas naturales

susceptibles de proporcionar frescura…).

Los datos del clima promediados para la ciudad de Monterrey proporcionados por CNA

(Comisión nacional del agua) son los siguientes:


50


Parametros Anos ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ANUAL

TEMPERATURASMAXIMA EXTREMA 30 34,7 37 40,8 43,5 43,1 42,1 41,2 39,6 38,7 36 36,5 35,2 43,5PROMEDIO DE MAXIMA 30 20,3 22,6 26,3 29,8 31,3 33,1 34,1 33,7 30,7 26,9 22,7 20,6 27,7MEDIA 30 14,9 16,7 20,3 23,9 25,9 27,5 28,1 27,8 25,7 22,2 17,8 15,3 22,2PROMEDIO DE MINIMA 30 8,9 10,7 13,9 17,8 20,3 22 22,3 22,3 20,9 17,3 12,7 9,9 16,6MINIMA EXTREMA 30 -6 -2,5 0,2 7 11,7 13,5 16 18 10,2 7,4 -0,5 -2,5 -6OSCILACION 30 11,4 11,9 12,4 12 11 11,1 11,8 11,4 9,8 9,6 10 10,7 11,1TOTAL HORAS INSOLACION 28 120,6 130 147,8 137,6 155,7 186,8 203,3 183,8 150,4 125,4 127,8 110,3 1779,5

PRECIPITACIONMEDIA 29 10,1 17,7 13,9 21,1 35,6 65,5 49,5 94,6 164,6 82,2 24,8 10,9 590,5MAXIMA 29 42,1 108,4 48,8 74,6 146,3 440,8 321,3 578,9 425,1 363,5 103,6 60,7 578,9MAXIMA EN 24 HORAS 29 13 63,8 45,7 43,3 56 134,4 92,1 110,8 169,8 112,9 40,4 27,8 169,8MAXIMA EN 1 HORA 18 8,5 12,9 38 26 42,3 46,9 28,1 100 55,4 77 23 7,5 100

FENOMENOS ESPECIALESNUM DIAS CON LLUVIA APRE 29 5,34 4,48 3,56 5,1 6,26 5,9 4,7 8,06 9,43 7,51 5,42 4,1 69,86NUM DIAS CON LLUVIA INAP 29 1,58 1,41 2,36 2,93 3,16 2 2,2 2,23 2,36 2,34 1,75 2,6 26,92NUM DIAS DSPEJADOS 29 10,2 10,72 9,2 7,6 6,03 5,76 6,63 7,16 5,93 8,41 10,5 10,5 98,64NUM DIAS MEDIO NUBLADO 29 10,24 8,06 12,13 11,7 12,36 14,83 17,16 14,63 11,83 10,93 9 9 141,87NUM DIAS NUBLADO 29 10,51 9,48 9,66 10,7 12,6 9,4 7,1 9,2 12,23 11,65 10,5 11,39 124,42NUM DIAS CON ROCIO 6 3,93 3,51 4,1 2,73 1,43 1,43 1,4 1,73 3,6 7,62 7,82 5,5 44,8NUM DIAS CON GRANIZO 29 0 0 0,16 0,26 0,26 0,06 0 0 0,03 0,03 0,03 0 0,83NUM DIAS CON HELADA 29 2 1,37 0,37 0 0 0 0 0 0 0 0,78 1,64 6,16NUM DIAS CON TORM ELEC 29 0,1 0,1 0,36 0,63 1,2 0,86 0,93 1,2 0,96 0,96 0,07 0,03 6,85NUM DIAS CON NIEBLA 29 7,65 6,27 6,06 7,1 9,34 6,56 7,31 4,34 8,56 8,56 8,42 6,71 87NUM DIAS CON NEVADA 29 0,03 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,03

Las unidades son: la temperatura en °C y las precipitaciones en mm

Fig IV.1 Parámetros Años, Máxima, Oscilación, Insolación, Precipitación, fenómenos para la

ciudad de Monterrey

Se considera que el terreno utilizado para esta construcción esta cerca de una carretera

principal de Monterrey. El terreno no presenta edificios altos a sus alrededores, esto para

permitir una simplificación del estudio de las sombras. También lo anterior permite estudiar este

caso sin tomar en cuenta las interferencias de otros edificios. Los resultados proporcionados por

este estudio serán propios al edificio solo.

B. Forma geométrica del edificio

1) Generalidades

En esta parte se va a proporcionar una idea de la geometría general del edificio. Esta geometría

va a tomar en cuenta básicamente las exposiciones al sol, y la repartición de los diferentes

departamentos adentro de la estructura.

La idea general, para un clima extremo tipo tropical, es de orientar la fachada principal (que va a

contener muchas aperturas, ventanas…) al norte. De esta manera se puede permitir poner una


51


gran cantidad de ventanas que van a proporcionar la mayor parte de la iluminación de día. El

otro objetivo del proyecto es de proporcionar a cada departamento habitacional a lo menos dos

orientaciones diferentes. Esto permite una variación de las necesidades en términos de

iluminación y de soleamiento. Por eso se decide escoger una disposición “en escalera”, lo cual

permite cumplir con ese objetivo. Se plantea también desarrollar un edificio en el cual existe

todo tipo de departamentos, de un tamaño de más de 200 metros cuadrados hasta un Studio de

menos de 50 metros cuadrados. Esto es parte de la idea del desarrollo sostenible también.

Desde la perspectiva de desarrollo sostenible se tienen 3 componentes, una ecológica, una

social, y una económica. Estos tres conceptos deben aplicarse a este estudio. El edificio va a

ser ecológico, tiene que ser factible económicamente hablando, pero la edificación “verde” debe

ser accesible a todas las clases sociales. Por eso se proponen diferentes tamaños de

departamentos.

Utilizando la influencia de la arquitectura árabe-español se utilizará un patio sombreado como

medio de refrigeración. El centro del edificio debe ser cubierto para los días de soleamiento, y

debe permitir una ventilación natural a través de los diferentes pisos. Se puede considerar como

una pérdida de espacio muy importante dado el costo inmobiliario del metro cuadrado en

Monterrey, pero este patio es necesario.

Se decidió una altura de entrepiso constante de 2,60 metros. La razón de ser de esta altura es

que el volumen de aire caliente se almacena en la parte superior provocando corriente

ascendente y refrescando la parte baja. Las viviendas llamadas “de interés social” en México,

se construyen con los techos a 2,30 metros de altura y el material de la cubierta es una losa de

concreto armado sin aislamiento térmico, por lo que almacenan mucho calor en los días

soleados. Pero se entiende que mayor altura significa mayor cantidad de muro, entonces mayor

cantidad de aislamiento, y más protecciones para el sol. Eso va a tener consecuencias directas

en el costo de tal edificio.

Así que se propone el modelo geométrico siguiente, con el cual se desarrollarán las medidas

necesarias para la protección del sol.


52


Fig IV.2 Vista esquemática de la planta de un piso típico


53


Fig IV.3 Corte longitudinal en la parte más ancha

Se va a seguir el procedimiento que se desarrollo en este estudio. Primero se va a estudiar la

fachada como “frontera climática” para proponer un esquema de aislamiento. Después se va a

estudiar las iluminaciones por zona, es decir descomponiendo el problema en diferentes

departamentos.

Se recuerda que el objetivo de esta parte es dar una geometría general que satisfaga lo que se

estudio hasta aquí.

2) Estudio del aislamiento térmico del edificio.

Se van a estudiar las fachadas “típicas” del edificio, es decir que se desarrollarán soluciones

para la fachada principal de vidrio mas adelante.


54


La estructura del edificio será de muros de concreto hecho en sitio, los cuales pueden ser de

bloque, por cuestiones económicas o prácticas, pero para cuestiones de aislamiento, mejor se

escoge muros llenos de concreto armado. Todas las fachadas principales y las separaciones

entre departamentos son necesarias a la carga del edificio. Así que todos son paredes de 20

cm. de concreto coladas en sitio.

Aislamiento térmico

MULTYPANEL, SA de CV empresa 100% mexicana fundada en 1972 en Monterrey N.L México

en donde opera su planta y oficinas generales, forma parte de la división IMSATEC de GRUPO

IMSA con una capacidad instalada de 7 millones de metros cuadrados, con plantas en Santiago

de Chile y Estados Unidos de América exportando actualmente a más de 15 países (ref.

www.multypanel.com). Propone soluciones constructivas prefabricadas y entre otros, y

aislamientos térmicos eficientes. Produce productos bajo normas y exigencias de calidad como

ISO-9002. El producto que se va a utilizar en este estudio es el AISLAKOR. Su principal

característica es de trabajar como una barrera térmica para el frió y el calor, presentando una

solución para el aislamiento térmico.

Es un panel fabricado en línea continua, dispuesto a manera de sándwich, formado por un

núcleo o centro de espuma rígida de polisocianurato y dos caras de papel de diversos

acabados.

Fig IV.4 Geometría del aislante AISLAKOR


55


Fig IV.5 Características técnicas del AISLAKOR

La conductividad térmica de la espuma rígida es K = 0,14 BTU Pulg. / (HR.) (Pie²) (°F) a una

temperatura de 75 °F (24°C), conforme a la norma ASTM-C-518.

No se tomará en cuenta el peso de este material y su resistencia a los esfuerzos laterales. Para

convertirlo en W/m. K, se multiplicará por un factor de conversión 144,2197.10^-3, lo que da un

valor de conductividad térmica, de 0,02019 W/mK.

Se puede dar como información una tabla comparativa de diferentes materiales aislantes,

proporcionada por el boletín técnico de MULTYPANEL.

Fig IV.6 Tabla comparativa de los aislantes térmicos más

comunes

Fig IV.7 Corte esquemático de una pared constituyendo el

edificio

En las diferentes capas de la fachada viene una capa de aire entre el aislamiento térmico y la

fachada decorativa. A parte de ser un muy buen aislamiento térmico, esa capa de aire permite

mantener el aislamiento a una temperatura más baja por ventilación natural, y de esa manera

evitar la condensación de agua en las capas de la pared, eso debido a una grande diferencia de

temperatura interior/exterior. El principio es muy sencillo y detallado en la figura de a lado.


56


Y la fachada decorativa será constituida de ladrillos, los cuales presentan también muy buenas

características aislantes. A continuación se presenta la pared de cuatro capas. Los diferentes

espesores son las siguientes:

Concreto armado: e = 0,20m / K = 20 W/mK

Aislador: e = 0,0254m / K = 0,02019 W/mK

Aire: e = 0,04m / K = 0,02 W/mK

Ladrillos: e = 0,07m / K = 0,8 W/mK

En la fachada interior se aplicará una capa de yeso de 0,0146m de espesor, de tal forma que el

espesor total de la pared sea de 0,35 m. Esta capa de yeso recibirá los acabados interiores. No

se toma en cuenta esta capa de yeso en los cálculos de eficiencia térmica por cuestión de

simplificación. De todas formas una capa más solo puede agregar más resistencia térmica.

Fig IV.8 Esquema de una pared con las 4 capas componiéndolas

A continuación se desarrolla el estudio de las características térmicas de una pared tipo

constituyendo el edificio. Utilizando los cálculos ya desarrollados, se obtiene los resultados

siguientes.

Se emplean los datos de la primera tabla (Boletín técnico Aislakor). Se consideran los

coeficientes de convección h entre el aire y el concreto de un lado y entre el ladrillo y el aire

igual a 10 W/m²K. Las resistencias de contacto en la capa de aire son tomadas iguales a 0,1

considerando también los coeficientes de convección igual a 10. 1/10 = 0,1. Se proporciona en

la tabla los espesores de cada capa y sus conductividades térmicas respetivas. Y para el

estudio de transmisión de temperatura se ponen valores estándares en grados Kelvin.


57


Se obtiene los resultados siguientes. RESULTStotal thermal resistance, Rt,T [m2K/W] 3,85765965 U = 0,2592overall heat flux qx [W/m2] 11,67free stream fluid temperature Too,1 [K] 350,00temperature T1 [K] 348,83temperature T2A [K] 347,54temperature T2B [K] 347,53temperature T3B [K] 332,85temperature T3C [K] 331,68temperature T4C [K] 308,35temperature T4D [K] 307,19temperature T5 [K] 306,17free stream fluid temperature Too,5 [K] 305,00 Fig IV.9 Cálculo de las características térmicas de una pared del edificio

El resultado más significativo es el valor de U igual a 0,2592. Como planeado antes las normas

europeas exigen para una pared vertical separando el volumen protegido del ambiente exterior,

un valor máximo de U de 0,6. Las características aislantes de este edificio son muy buenas.

DATA Enter dataheat transfer coefficient, h1 [W/m2K] 10heat transfer coefficient, h5 [W/m2K] 10contact resistance A-B, Rt,cont,AB [m2K/W] 0,001contact resistance B-C, Rt,cont,BC [m2K/W] 0,1contact resistance C-D, Rt,cont,CD [m2K/W] 0,1length of section A, LA [m] 0,2length of section B, LB [m] 0,0254length of section C, LC [m] 0,04length of section D, LD [m] 0,07thermal conductivity of section A, kA [W/mK] 1,8thermal conductivity of section B, kB [W/mK] 0,02019thermal conductivity of section C, kC [W/mK] 0,02thermal conductivity of section D, kD [W/mK] 0,8free stream fluid temperature Too,1 [K] 350free stream fluid temperature Too,5 [K] 305

Composite wall with four sections


58


3) Iluminación del edificio

Una vez establecida las características generales de las fachadas, se va a estudiar las

posiciones y cantidades de ventanas proporcionando iluminación natural. Por eso se va a

estudiar por zonas, y se utiliza las divisiones de departamento como diferentes zonas. Para el

estudio de la fachada sur, empezamos con el departamento número 5, el más grande.

De esa manera se desarrolla un primer plan arquitectónico de un piso tipo del edificio. Para

disponer las ventanas se toman en cuenta diversos criterios. Primero se aplica la regla de las

2,5A la cual consiste en considerar una buena iluminación de día en un cuarto hasta 2,5 veces

la distancia del piso al punto más alto de la ventana considerada. Se considera también que la

iluminación se distribuye según líneas inclinadas a 45°.

Segundo, se divisa en zonas necesitando los mismos criterios de iluminación. Es decir que se

reagrupan los cuartos, se trata de hacer solo un cuarto para el comedor. Si no se puede poner

ventanas en todos los cuartos, se consideran los baños como secundarios.

Y finalmente se toma en cuenta los problemas de vista de un departamento a otro. Se tiene que

evitar a lo máximo las posibilidades de ver de un departamento a otro.

Se toman en cuenta también las orientaciones de las fachadas. Una fachada al sur debe tener

mucho menos aperturas que la misma fachada orientada al norte.

Todos estos criterios son primeras aproximaciones que se van a verificar una vez desarrollado

el diseño esquemático de las posiciones de las aperturas.

A continuación se presenta la primera propuesta de un plan arquitectónico de un piso típico.

El plan siguiente presenta las zonas que tienen un buen nivel de iluminación natural dando las

reglas explicadas. En amarillo aparecen estas zonas, las cuales según esta aproximación tienen

nivel de iluminación suficiente.


59


Fig IV.10 plan detallado de un piso típico


60


Fig IV.11 Representación de los flujos de iluminación adentro de un piso típico


61


4) Estudio de las protecciones solares

Una vez establecidas las posiciones de cada ventana, el punto siguiente es de protegerlas de

las radiaciones solares. En efecto, las ventanas orientadas frente a los rayos solares pueden

elevar la temperatura del edificio de manera significante. Por eso se utiliza los diagramas

solares de la ciudad de Monterrey.

Se toma la línea más baja de la ventana, la más baja de cada fachada, y se estudian diferentes

puntos de esta misma línea. Generalmente se toma el punto que tiene el azimut más

desfavorable para asegurarse que los otros puntos de la misma línea son correctamente

sombreados.

Se toma primero el ejemplo de la fachada sur del departamento numero 5.

La línea más baja de esta fachada es la altura del piso. Según el diagrama solar, al medio día

solar en la orientación sur, la altura mínima del sol es de 41 grados. Si queremos proteger las

ventanas durante el verano y permitir entrar una cantidad mínima de sol durante los meses de

diciembre y de enero, se escoge un ángulo de vista al cielo de 44 grados. Así que se obtiene

protecciones solares dispuestas como sigue. Se asegura también que estas protecciones no

impiden la buena vista por las ventanas, aquí son de 1,80m de altura de vista.

Fig IV.12 Geometría de las protecciones solares fachada sur del

departamento 5

Sigue una vista de arriba de la misma ventana en la cual se

calcula el azimut de las protecciones solares. El ángulo es de 12

grados, entonces se calcula la altura correspondiente cuando el

sol esta al este u oeste con la formula siguiente.

H extrema = Arctan [tan (h) * sin (a)]


62


En el caso de la fachada sur de departamento número 5 los datos son los que se reportan en la

gráfica siguiente. Se obtienen en verde las zonas sombreadas de la ventana.

a = 12°

H a medio día = 44° lo que da una altura a los extremos igual a 11,75°

Fig IV.13 Diagrama solar de la fachada sur del departamento 5

De esa manera se puede ver que una parte menor de las ventanas de esta fachada recibe

iluminación directa del sol. Por ejemplo recibe radiaciones solares el 1 de enero durante todo el

día. (Eso para el punto mas bajo de la ventana, no significa que toda la ventana recibe

radiaciones solares.)


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Así se estudia cada fachada, cada vez tomando en cuenta el punto mas desfavorable

(generalmente el más bajo).

Fachada Este departamento 5 Todas las ventanas.

Para la fachada este del departamento número 5 se implementa una solución con balcones

dada la altura bastante baja del sol al momento del amanecer. Se decidió tomar una protección

solar a partir de una altura de 38°, lo que representa más o menos las 9 de la mañana. Aparte

el barandal permite una protección parcial temprano en la mañana.

Fig IV.14 Geometría de las protecciones solares de la

fachada Este del departamento 5

Con este esquema se ve que el sol ilumina la parte la más baja de la ventana entre una altura

de 20 y 38 grados. Arriba de 38° ya no entra el sol.

Los datos son:

a = 13° (igual que antes debido al espesor de la pared)

H = 20° H extrema = 4,68°

H = 38° H Extrema = 9,96°


64


Fig IV.15 Diagrama solar de la fachada Este del departamento 5

Se obtiene resultados bastante interesantes, con una exposición al sol reducida a más o menos

2 horas en la mañana. Como siempre esto representa el punto más desfavorable de la fachada,

lo que significa que las otras ventanas más altas son totalmente sombreadas bajo estas

condiciones geométricas.

Fachada Este departamento 4 todas las ventanas.

El problema de esta fachada es que contiene ventanas muy altas pero muy finas. Tratar de

proteger del sol con sistemas iguales a las que se utilizaron hasta ahora quitaría el aspecto

estético de esta fachada. Por eso se decide dejar entrar una parte de la luz del sol. A parte son

ventanas de un departamento pequeño que no tiene muchas. Por otro lado esta orientada al


65


Este, lo que significa que la cantidad del calor aportada por estas ventanas chicas no es

demasiada alta. De todas formas se verificará mas adelante. Se decide implementar un techo

verde tipo pérgola (green roof) el cual permite también disminuir los efectos de las islas de calor

(heat island) en las ciudades. Esta pérgola permite sombrear parcialmente las ventanas. De

hecho las ventanas de arriba van a ser casi todas sombreadas, y las de abajo mucho menos.

Estudiamos los dos puntos extremos de la fachada. El más alto, y el más bajo para tener una

idea de la repartición de las radiaciones solares en toda la fachada.

Para el punto más arriba (el cual corresponde al punto mas bajo de la última ventana)

Fig IV.16 Geometría de las protecciones solares de la fachada Este del departamento 4

(Ventana de arriba)

a = 59°

h = 15° lo que corresponde a un h extrema = 12,95°

Para el punto más bajo de la fachada

Fig IV.17 Geometría de las protecciones solares de la fachada Este del departamento 4

(Ventana de abajo)

a = 59°

h = 71° lo que corresponde a un h extrema = 68,11°


66


Se obtienen los dos diagramas extremos siguientes:

Fig IV.18 Diagrama solar de la fachada Este del departamento 4, ventanas de arriba

Se ve en esta primera gráfica que el efecto sombreado de la pérgola es casi total menos una

parte durante temprano en la mañana. A continuación se presenta la gráfica en el caso más

desfavorable para fines de comparación.


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Fig IV.19 Diagrama solar de la fachada Este del departamento 4, ventanas de abajo

El problema que se puede deducir de este estudio aparece para los días de verano durante los

cuales las temperaturas en la ciudad de Monterrey son las más altas. Aquí aparecen unos

límites de este estudio. Se tendría que estudiar de nuevo la arquitectura de esta fachada para

disminuir las entradas de las radiaciones solares en las ventanas más abajo de la fachada. Pero

como se planteo antes, dado el tamaño muy chico de estas ventanas el problema puede ser

ignorado y se continúa calculando la cantidad de calor que entra por estas ventanas.


68


Fachada sur del departamento 4

Esta fachada ya dispone de un sistema de sombreado el cual consiste en los balcones de la

fachada Este. Primero se estudia el diagrama correspondiente a la situación actual y se decidirá

si se necesitan más protecciones solares. Hay que dividir esta fachada en diferentes problemas.

Primero se considera la ventana de en medio con los datos siguientes.

Por el Este

a = 13°

h = 3° lo que da un h extrema de 0,67°

Por el Oeste

a = 81°

h = 3° lo que da un h extrema 2,96°

Fig IV.20 Diagrama solar de la fachada sur del departamento 4 (Ventana del medio)

Segundo se considera el punto extremo de la ventana lateral.


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Al oeste existen dos sombreados diferentes, el balcón primero y después el edificio

h = 90°

Cuando a1 = 86° tenemos h1 = 3,99°

Cuando a2 = 73° tenemos h2 = 3,82°

Y por el oeste

h = 90°

a = 13° lo que da un h extrema de 90°

Fig IV.21 Diagrama solar de la fachada Este del departamento 4, ventana lateral

Para concluir con estas ventanas no se va a poner ningún otro sistema de protección solar. En

efecto hay puntos en la ventana en el cual las radiaciones son altas, pero dado el tamaño de

estas ventanas, no se implementan otras soluciones.


70


Fachada sur departamento 2 ventana del cuarto.

Para las ventanas de esta fachada se escogen unas protecciones solares tipo horizontal de tal

forma que sombrean totalmente la ventana al medio día (altura más alta). Se toman los datos

siguientes

h = 40° (con un panel de 1,01m)

Al este a = 19° lo que da un h = 15,27°

Al oeste a = 56° que da un h extrema de 34,82°

Se obtiene el diagrama siguiente el cual corresponde a una zona sombreada bastante amplia.

Fig IV.22 Diagrama solar de la fachada sur del departamento 2, para las ventanas del cuarto


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Fachada este del departamento 2

Para esta fachada se implementan protecciones solares en dirección Sur, pero se escoge un

sistema de protección vertical tipo cortinas interiores para las radiaciones del Este. También

este sistema presenta una protección horizontal no eficiente para las radiaciones del este como

se ve en el diagrama siguiente.

a = 13° al norte y a = 34° al sur

h = 50° lo que da un h corregido al sur de 33,68°

Se obtiene el diagrama siguiente.

Fig IV.23 Diagrama solar de la fachada Este del departamento 2


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Fachada Oeste departamento 1

Este caso es casi igual al anterior, solo cambia la orientación general. La fachada esta orientada

al oeste.

h = 50°

a = 13° al norte

a = 34° al sur

Fig IV. 24 Diagrama solar de la fachada oeste del departamento 1


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Fachada Sur departamento 1

Igual que el caso del departamento 2 se usaran protecciones solares de 1.01m orientadas al sur

para proteger las ventanas de manera integral al medio día (altura máxima del sol a 40 °).

Así que se obtiene el diagrama solar siguiente

h = 40°

Al oeste a = 19° lo que da un h = 15,27°

Al este a = 56° que da un h extrema de 34,82°

Fig IV.25 Diagrama solar de la fachada Sur del departamento 1


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Fachada oeste departamento 3 ventana más arriba

En este caso se implementa protecciones para toda la fachada, igual a las del departamento

numero 4. Igual se considera que solo pueden entrar un poco de las radiaciones solares dado el

tamaño chico de las ventanas, y también porque son orientadas al oeste.

Para la ventana de más arriba se tiene los datos siguientes

h = 7° lo que da un h extrema con un azimut de 84° de 6,96°

al sur a = 19° u 84°.

Se obtiene el diagrama siguiente

Fig IV.26 Diagrama solar de la fachada oeste del departamento 3, ventana más arriba

Igual se trata el caso de la ventana más abajo de la fachada. Así que se puede estimar un

promedio de las radiaciones en todas las ventanas.


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La diferencia es el h aquí igual a 62°

Fig IV.27 Diagrama solar de la fachada oeste del departamento 3, ventana más abajo

Fachada Oeste departamento 5

Para estas ventanas el diagrama es igual al del departamento numero 1 porque se utilizan las

mismas protecciones solares.

Así que se obtiene el diagrama siguiente


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Fig IV.28 Diagrama solar de la fachada oeste del departamento 5

5) Elección de las ventanas.

Básicamente para tener un mejor aislamiento general del edificio se tiene que escoger ventanas

de doble vidrio. Las ventanas de tamaño regular serán de una solo pieza hecha en una

manufactura.

Por esto se escoge el proveedor Royal Group Mexico SA de CV. Royal Group Technologies™

es el extrusor más grande de productos de PVC para el mercado de la construcción en

América, cuenta con maquinaría, equipo y materias primas propias. Opera más de 80 plantas

industriales, localizadas en Canadá, Estados Unidos, México, Colombia, Argentina, Polonia y

China. Es una empresa certificada ISO 9001-2000.


77


Es un grupo que está basado en la innovación y desarrollo tecnológico de punta, con una

perspectiva de mercado global. Fabrica y comercializa un innovador sistema para la

construcción de viviendas, edificios, oficinas, escuelas y aulas, hospitales y clínicas, plantas

industriales, almacenes, hoteles, módulos turísticos, cámaras frigoríficas, contenedores,

shelters, etc. Además es el líder en diseño y fabricación de perfiles para sistemas de ventanaje.

Esta compañía opera y produce en el estado de Tamaulipas. La compañía Royal Line Windows

propone ventanas de la gama Riviera que son de doble vidrio. La ventana Riviera es el modelo

de Royal Line, diseñado específicamente para aquellos clientes que buscan la más alta calidad

de producto en México. Diseñadas para alcanzar las necesidades más especializadas, están

disponibles en configuraciones de apertura como corrediza y guillotina en cristal doble o

sencillo. El modelo Riviera será del interés de los arquitectos y contratistas a cargo del

desarrollo de proyectos residenciales ambiciosos.

Estas ventanas presentan las características siguientes (datos proporcionados por la compañía)

• Marcos termo sellados.

• Una profunda cavidad de riel (1.16”) significa un sistema eficaz de dren.

• Hoja más ancha, para una mayor rigidez.

• Cámara con vacío, para el mejor aislamiento.

• Fácil de operar y de limpiar.

• Cristal con aislamiento (doble cristal) para una mejor conductividad térmica y acústica.

• Amplia cavidad de refuerzo en el poste, con opción de refuerzos metálicos.

• Manija integrada para fácil operación.

• Diseñadas para la mejor apariencia y máxima resistencia a la intemperie.

• Rodachinas duales, para una operación suave.

• Seguros anti levantamientos en la hoja, que previenen la remoción de la ventana desde

el exterior.

• Cerradura de zinc, para una mayor fuerza y seguridad.

• Tela de mosquitero (opcional).

• Retícula decorativa (opcional).


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Fig IV.29 Características y geometría de las ventanas Rivieria del Grupo Royal line windows

Las capas de doble vidrio se componen de dos vidrios de 6mm cada uno y una capa de aire de

7 Mm. lo que da un espesor total de 19mm de ventanas.

Para los modelos grandes de ventanas (como las del comedor del departamento número 5) se

solicita a la empresa hacerlas según las exigencias del proyecto. Igual se utilizaría doble vidrio y

estructura de PVC para asegurar que no haya ni un puente térmico debido a las ventanas. Así

que para el cálculo del aislamiento general del edificio no se tomará en cuenta las pérdidas por

puentes térmicos debido a las instalaciones de las ventanas.

Estas ventanas seguramente tienen un costo superior a las clásicas de aluminio y de vidrio

sencillo. Pero se acuerda que el aluminio es uno de los mejores conductores de calor, y no tiene

sentido instalar ventanas que provocarían puentes térmicos muy importantes en la estructura

general del aislamiento.

En el caso de radiaciones solares directas en una ventana, se considera que hay tres

componentes distintas. La parte reflejada, la parte absorbida por la ventana propia y la parte

integralmente transmitida la cual aporta la luz la más fuerte, y también el calor. Se puede

resumir básicamente con el esquema siguiente.


79


Fig IV.30 Componentes de las radiaciones solares

cruzando una ventana

En el caso de un doble vidrio sin protecciones solares integradas se considera el factor de

transmisión igual a 76%.

Se hace un estudio del valor U igual al de la pared de la fachada. Se consideran los datos

siguientes de la ventana (conteniendo 3 capas, 2 de vidrio y una de aire).

RESULTStotal thermal resistance, Rt,T [m2K/W] 0,447142857 U = 2,2364overall heat flux qx [W/m2] 100,64 Fig IV.31 Cálculo de las propiedades térmicas de las ventanas Rivieria del grupo Royal line

windows

DATA Enter dataheat transfer coefficient, h1 [W/m2K] 50heat transfer coefficient, h4 [W/m2K] 50contact resistance A-B, Rt,cont,AB [m2K/W] 0,02contact resistance B-C, Rt,cont,BC [m2K/W] 0,02length of section A, LA [m] 0,006length of section B, LB [m] 0,007length of section C, LC [m] 0,006thermal conductivity of section A, kA [W/mK] 0,7thermal conductivity of section B, kB [W/mK] 0,02thermal conductivity of section C, kC [W/mK] 0,7free stream fluid temperature Too,1 [K] 350free stream fluid temperature Too,4 [K] 305


80


Se obtiene un valor de U bastante baja correspondiendo a lo que da unos proveedores de

ventanas doble vidrio.

6) Promedio “Daylight factor”

Ahora se hace la verificación para unos cuartos del valor promedio del daylight factor. Para eso

se utiliza el método explicado antes.

DFprom = Σ (W T Φ M) / (A*(1-R²))

Para simplificar el estudio general de esta tesis, se decide solo estudiar unos cuartos de

algunos departamentos, suponiendo que se pueda generalizar después.

Se presume que los colores escogidos para los acabados interiores son dominantemente

blancos así que se tiene un factor de reflectancia entre 0,8 y 0,9. Se considera en primer lugar

igual a 0,9 en el comedor del departamento número 5. Se obtiene los resultados siguientes.

W (m²) T Phi M Suma A (m²) R DF

Departamento 5 Comedor Sur 10,368 0,76 10 0,9 70,91712Este 10,368 0,76 30 0,9 212,7514

283,6685

4,432953336,79 0,90

Fig IV.32 Ejemplo de cálculo de daylight factor average para el comedor del departamento 5

Se considera después la cocina del departamento número 5. Para esto se considera la barra

como una ventana, aprovechando la iluminación aportada por el comedor. Pero se utilizan

coeficientes bajos para considerar que no toda la luz de las ventanas del comedor entra en la

cocina. Se obtiene los resultados siguientes:

Fig IV.33 Ejemplo de cálculo de daylight factor average para la cocina del departamento 5

W (m²) T Phi M Suma A (m²) R DFDepartamento 5 Cocina Sur 1,472 0,76 3 0,9 3,020544

Bar 9,275 1 1 1 9,27512,29554

0,556105116,37 0,90


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Ahora se analizara el cuarto número 1. Se obtienen los resultados siguientes:

Fig IV.34 Ejemplo de cálculo de daylight factor average para el cuarto 1 del departamento 5

Este procedimiento se continúa para cado cuarto del edificio y se presentarán los resultados

globales en la última parte de este proyecto.

W (m²) T Phi M Suma A (m²) R DFDepartamento 5 Cuarto 1 Sur 1,472 0,76 45 0,9 45,30816

045,30816

4,83405649,33 0,90


82



83


Capítulo V

Enfriamiento del edificio, diferentes estrategias de

ventilación

A. Introducción

La manera más eficiente de ahorrar energía en los sistemas de enfriamiento de edificios

situados en zonas como la de Monterrey, en las cuales las necesidades de enfriamiento son

altas, es de disminuir estas necesidades estudiando sistemas de ventilación. Para diseñar

sistemas de enfriamiento eficientes hay que entender tres datos de un proyecto. Primero el

clima de la zona, es decir, se necesita realmente enfriar este edificio? Hasta que nivel de

enfriamiento se necesita desarrollar las estrategias? Segundo hay que estudiar que tipo de

edificio es. Por ejemplo un edificio habitacional como el de este estudio, no tiene muchas

fuentes de calefacción dadas por los ocupantes del edificio. A diferencia de un edificio de

oficina, que contiene muchos empleados, muchos aparatos como las computadoras que traen

mucha energía de calefacción adentro del edificio mismo. Y finalmente hay que verificar si dada

la utilización del edificio, cuales son las temporadas durante las cuales se necesita realmente

enfriar. En el caso de una escuela por ejemplo, no se necesitaría enfriar durante la temporada

del verano, la más caliente en un clima como Monterrey.


84


Se desarrollará en esta parte diferentes estrategias de ventilación natural o forzada, y se

estudiará la factibilidad de aplicarlas al caso del edificio estudiado.

B. Ventilación cruzada

Este tipo de ventilación establece un flujo de

ventilación lateral dejando entrar aire fresco del

exterior y expulsando el aire sucio y caliente del

interior por otro lado del edificio. Es una alternativa

eficiente a un sistema mecánico dependiendo de las

condiciones climáticas exteriores.

Fig V.1 Diseño esquemático de un sistema de

ventilación cruzada

La capacidad de un sistema de ventilación cruzada depende básicamente de la diferencia de

temperatura entre el ambiente exterior y el interior. Tal sistema es factible y viable si la

temperatura exterior es más fría a lo menos de 1,7°C que la del interior. Diferencia de

temperaturas inferiores solo aportarán efectos mínimos. Otro aspecto que aumenta la eficiencia

de tal ventilación es la velocidad del flujo de aire. Más alta es esta velocidad mas eficiente es el

sistema. Por eso hay que orientar estas aperturas frente a los vientos dominantes.

En el caso del edificio estudiado, esta solución podría ser aplicada por ejemplo entre el aire del

patio interior y el aire de los departamentos. La condición es de poder bajar la temperatura del

patio de manera significativa. A parte, en este caso la ventilación entre el patio y los

departamentos debería ser apoyada por un sistema mecánico dado el hecho de que no hay

vientos en el patio.

Considerando el clima extremo de Monterrey este sistema instalado directamente entre el

ambiente exterior y el interior no seria viable durante las temporadas más calientes.


85


C. Ventilación por chimenea

Es un sistema pasivo de ventilación que utiliza

la estratificación de las temperaturas. Se basa

sobre 2 principios:

1) Cuando el aire se calienta su densidad

disminuya y sube.

2) El aire del ambiente interior remplaza el

aire caliente que sale.

Fig V.2 Ventilación por chimenea

Igual que el sistema precedente, la ventilación por chimenea necesita diferencias de

temperaturas mínimas de 1,7 ° C. Entonces existen estrategias para aumentar esta diferencia

de temperatura.

Primero para aumentar esta diferencia se puede incrementar la altura de la chimenea. En

efecto, entre más alta es la chimenea más grande es la diferencia

debida a la estratificación de las capas de aire.

Otra manera de aumentar esta diferencia es utilizar la energía solar para calentar el aire arriba

de la torre. Por ejemplo orientar las

chimeneas al sur, utilizando ventanas arriba

de la chimenea, el aire se calienta mucho más

y el nivel de ventilación es mucho más alto. A

continuación se presenta por ejemplo el caso

del proyecto Building Research

Establishement (BRE) en el Reino Unido.

Fig V.3 Ejemplo de ventilación por chimenea en el BRE


86


Para tener una idea de las dimensiones de la chimenea, se puede implementar en primer lugar

una altura igual a lo menos a la mitad de la parte más alta del edificio.

En el caso del edificio estudiado, se podría implementar una chimenea así en el patio. Enfriando

el aire del patio, se podría después utilizar para enfriar cada departamento con sistemas

mecánicos de ventilación.

D. Tubos enterrados de enfriamiento

Este sistema se utiliza llevando aire del exterior hacia adentro del edificio con tubos enterrados.

El aire se enfría durante el viaje dentro de los tubos. La idea de tal proceso es de asociarlo a un

sistema de chimenea solar. Así que por abajo del edificio se lleva aire frió, y se expulsa el aire

sucio y caliente por arriba del edificio.

Un tubo es directamente introducido adentro del edificio, y ayudado por un ventilador, atrae el

aire del exterior para inyectarlo correctamente. Se utiliza básicamente para disminuir de manera

eficiente la temperatura del ambiente interior. Climatizar todo el edificio con este sistema no

seria factible desde un punto de vista económico. Pero en este estudio se combinará con el

sistema de chimenea solar, como se muestra en el diseño esquemático siguiente.

Fig V.4 Sistema de tubos

enterrados

La idea básicamente en este estudio es tener un nivel de ventilación por el sistema de tubos

enterrados igual a lo que escapa por la chimenea solar.


87


E. Equipos eficientes de enfriamiento

Una vez establecidos todos los sistemas de ventilación, hay que implementar un sistema activo

de enfriamiento tipo aire acondicionado. No se va a desarrollar un estudio completo de los

sistemas existentes, pero se da a título de ejemplo una maquinaria eficiente que ya existe en el

mercado. El sistema que ahorra más energía hoy, es el de refrigeración evaporativa. Una

compañía australiana propone en todos lados del mundo el sistema Brezzair Icon 06.

Fig V.5 Sistema Breezair

Un sistema de este tipo permite ahorrar hasta 80% de energía comparándolo a un sistema

clásico de aire acondicionado. Las ventanas y puertas del edificio pueden quedarse abiertas sin

pérdida de eficiencia de la climatización, lo que asegura una calidad de aire interior óptima, y lo

que permite seguir ventilando el espacio acondicionado.

El principio de este sistema es muy sencillo. Se trata de un proceso que se ha utilizado desde

muchos siglos… Los árabes por ejemplo colgaban sabanas blancas a la entrada de sus casas y

los griegos ponían ánforas de agua en los pasillos.

Este proceso se produce naturalmente cuando el aire y el agua se encuentran. La evaporación

natural se hace, absorbe el calor y refresca el aire caliente unos grados.

En el caso de los sistemas Breezair, el aire caliente propulsado por un ventilador potente pasa a

través de diferentes capas de filtro conteniendo agua. Este absorbe una parte del calor y sale

un flujo de aire refrescante.


88


°C 10 20 30 40 50 60 70 80 9010 3.3 4 4.8 5.6 6.4 7.2 8 8.6 9.415 6.6 7.6 8.8 9.6 10.8 11.7 12.6 13.4 14.320 10.1 11.4 12.8 13.9 15.2 16.2 17.2 18.2 19.225 13.4 15 16.6 18 19.4 20.6 21.8 22.9 2430 16.6 16.6 20.4 22 23.6 25 26.4 27.7 28.935 19.6 22.2 24.2 26.2 26 29.6 31 32.4 33.740 23 25.6 26.1 30.4 32.3 33.9 N.C N.C N.C45 25.9 29.2 32 34.4 N.C N.C N.C N.C N.C50 29 32.7 35.8 N.C N.C N.C N.C N.C N.C

Temperatura interior (bulbo

seco)Humedad relativa del medio ambiente %

Fig V.6 Características de enfriamiento del sistema Breezair

Como se nota en esta tabla, el rendimiento es mayor cuando mayor es la temperatura y menor

la humedad relativa consiguiéndose diferenciales de temperatura de más de 20 grados. Es

posible climatizar una vivienda de 200m² con un consumo máximo de 1100W.

El sistema Breezair es muy adaptable al edificio estudiado que considera la climatización de

partes pequeñas.


89


Capítulo VI

Agua y desechos del edificio

A. Introducción

En un contexto global de crisis de agua en el mundo, no se imagina un diseño sostenible o

verde, sin tomar en cuenta la gestión inteligente del agua. Actualmente la mayoría de las

construcciones no toman en cuenta el efecto del agua residual. Generalmente existen centrales

de tratamiento de agua que necesitan tratar toda una zona geográfica. La idea de esta parte es

dar una idea para mejorar la calidad del agua residual a la salida de la casa, y por otro lado

disminuir la demanda en agua potable.

La reducción del consumo de agua requiere la implementación de estrategias en el edificio pero

también en el sitio. La mayoría de los sistemas ahorradores de agua incrementan muy poco el

costo total de la construcción y tiene un retorno de inversión muy rápida. Las otras medidas

como el tratamiento local del agua tienen impacto de costo muy alto.

Hasta la fecha el plomo ha sido prohibido en la mayoría de las construcciones para obtener un

agua potable libre de riesgo para el saturnismo. Ahora el objetivo es disminuir el consumo

general del edificio. Para eso, reservar el agua potable para solo el consumo humano y

diferenciar el agua no potable para todas las otras actividades internas al edificio.

B. Tratamiento de las aguas usadas, conceptos generales

1) Principios generales

Las aguas residuales pueden provenir de los edificios habitacionales, de las plantas

industriales, de los restaurantes, de los hospitales, de las escuelas… Esta agua contiene


90


generalmente en cantidades variables según sus origines materias orgánicas, materias en

suspensión, nitrógeno, fosforo, y grasas…

En un país como México, el volumen producido por habitantes es más o menos de

200l/d/habitantes.(www.imacmexico.org)

2) Colecta de agua residual

Las tuberías de drenaje pueden ser constituidas de diferentes materiales como el fiero vaciado,

el PVC, y el polietileno. El concreto no puede ser utilizado dado su permeabilidad. El acero

tampoco no puede ser utilizado por los riesgos de oxidación. Por cuestión de seguridad y de

control de la red de agua residual el diámetro mínimo adoptado para la recolección de las aguas

usadas será de 200mm. Las tuberías se ponen en un corte de mínimo 1m de profundidad. Una

inclinación de 3mm/m es respetada para limitar los riesgos de depósitos en las tuberías.

3) Tratamiento mecánico de las aguas residuales

La primera etapa del tratamiento de las aguas residuales consiste en eliminar los elementos

más grandes que pueden ser detenidos de manera muy sencilla. Entonces se utiliza una malla

para eliminar los cuerpos flotantes.

La segunda etapa tiene 2 funciones:

El desengrase: un dispositivo (air-lift) ayuda a la flotación de las grasas, las cuales son

recuperadas en la parte alta del agua.

Desarenador: El dispositivo es constituido de tal forma que la velocidad de tránsito del agua

usada sea bastante reducida para que los materiales más pesados puedan decantarse antes de

la salida del dispositivo. La arena puede ser después limpiada y reutilizada en otros lugares.

Fig VI.1 Funcionamiento de un desarenador


91


Con V la velocidad de transito del agua, U la velocidad de caída de las partículas en el agua, L

la longitud del sistema, y H la altura de agua a la salida del proceso.

La condición tiene que ser:

L/V > H/U

Se puede considerar una velocidad promedia de caída entre 0,02 hasta 20 cm. /seg.

4) Tratamiento biológico y físico químico

a. Caracterización de las aguas residuales

Se caracteriza las aguas residuales básicamente con los parámetros siguientes:

Gasto diario Qp (m3/d)

Gasto máximo Qm (m3/d)

Carga en DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxigeno a 5 días) en Kg/d

Carga en DQO (Demanda Química de Oxigeno) en Kg/d

Carga en materiales en suspensión (MES) en Kg/d

Carga en NTK (Nitrógeno total) en Kg/d

Carga en fósforo (PT)

Por habitante (EH) se tienen los datos siguientes:

Gasto diario

(l/d) DBO5 (g/d) DQO (g/d) MES (g/d) NTK (g/d) PT (g/d) 1 EH 150 60 90 90 15 4

Fig VI.2 Cantidades de diferentes componentes en una agua residual habitacional

El debito máximo es generalmente calculado con la formula siguiente:

Qm = (1,5 + 2,5/√Qp) Qp

La materia orgánica se compone de materias vivas o no, o componentes que tienen carbono.

Esta materia orgánica es contaminante cuando se encuentra en cantidades excesivas en el

medio ambiente. Se diferencia:


92


La materia orgánica biodegradable, que se descompone en el medio natural (residuos de

actividades agrícolas…)

La materia orgánica no biodegradable como los hidrocarburos.

La materia orgánica (MO) biodegradable, en contacto con el oxigeno y en presencia de

bacterias aerobias se transforma de la manera siguiente.

MO + O2 ------------- CO2 + H20 + Bact. Aerobias

Entonces se caracteriza la materia orgánica según dos principales parámetros:

DQO

Fig VI.3 Explicación de las demandas de oxigeno

La demanda bioquímica de oxigeno a 5 días (DBO5) corresponde a la cantidad de oxigeno

consumido durante 5 días, y la demanda química en oxigeno (DQO) es la cantidad que

necesaria para oxidar las substancias orgánicas en suspensión.

Las materias en suspensión son las insolubles, muy finas, minerales u orgánicas,

biodegradables o no. Son las causas de la turbidiad del agua y pueden provocar la

fermentación.

Los nutrimientos presentes en el agua son el nitrógeno y el fósforo. Estos elementos si son en

exceso en el medio natural pueden provocar una proliferación vegetal lo que puede ocasionar

una eutrofización del agua.


93


b. Normatividad de las aguas residuales

Según las normas referidas a la calidad ambiental de un edificio en Europa, se caracteriza la

calidad sanitaria de un agua de la manera siguiente:

Calidad Excellente Buena Correcta Mala Inusable DBO5 (mg/l) < 3 3 a 5 5 a 10 10 a 25 DQO (mg/l) < 20 20 a 25 25 a 40 40 a 80 MES (mg/l) < 30 < 30 < 30 30 a 70

Fig VI.3 Normatividad de las aguas residuales

Las categorías Excelente y Buena son disponibles para cualquier uso. La categoría correcta es

suficiente para la irrigación, el uso industrial (enfriamiento..), puede ser tolerado el uso para dar

agua a los animales, y se puede usar para deportes en agua si no hay contacto de largo tiempo.

La categoría Mala solo permite la irrigación el enfriamiento y la navegación. La categoría Nula

constituye una amenaza para el medio ambiente y el ser humano.

c. Tratamiento biológico

El tratamiento biológico a cargas bajas es el proceso más empleado para tratar las aguas

residuales. Este tratamiento se puede adaptar bien para la mayoría de las aguas residuales de

los edificios habitacionales.

Tiene dos principales etapas:

La ventilación: El agua es dirigida hacia un estanque de ventilación en el cual en contacto con

bacterias y oxigeno, las materias orgánicas se transforman en una especie de lodo.

La decantación: El agua es dirigida hasta otro tanque en el cual el lodo se va a decantar.

En unos casos se necesita un tratamiento especial del nitrógeno y del fósforo. Pero eso

concierne solo las aguas residuales de la industria. En el caso de las instalaciones

habitacionales, este proceso es suficiente para tener una calidad del agua alta para desecharla.

C. Aplicación al caso del edificio habitacional

1) Reutilización del agua en el sitio

Esta primera propuesta es muy factible porque la manera de implementarla es muy sencilla. En

un edificio habitacional y de manera general se puede dividir las aguas en 3 categorías. El agua


94


potable, el agua gris la cual corresponde al agua desechada de la ducha, del lavabo, de manera

mas general que no incluye desechos humanos o alimentarios, y por fin el agua negra la cual

contiene desechos orgánicos humanos… El reciclaje del agua gris es generalmente fácil, solo

necesita un sistema de filtración y a veces un sistema de bacterias pero muy simplificadas

porque esta agua no tiene muchos desechos.

La idea es de utilizar esta agua para un uso no potable como la irrigación del jardín o los baños.

Esto reduce de manera significativa el consumo general de agua potable del edificio. Para ser

muy eficiente un sistema como este, se necesita una demanda en agua potable bastante

grande para tener agua gris en grandes cantidades y de esta manera utilizarla sin problema.

Básicamente en el caso de una casa no seria tan factible dado el flujo bajo de agua durante el

día. En el caso de este edificio que contiene muchos departamentos, puede ser factible.

Este sistema se puede complementar con la utilización de la recuperación del agua de lluvia

para un uso en la ducha o el lavabo. Gráficamente, se podría desempeñar el diseño

esquemático siguiente para el edificio considerado.

Fig VI.4 Diseño esquemático del reciclaje del agua gris


95


La colecta del agua de lluvia se hace en los techos con un impermeabilizante neutro para no

ensuciar el agua. El tratamiento básicamente consiste en un filtro de arena que necesita ser

controlado de manera seguida. La letra A representa los puntos de control. Por ejemplo podría

ser un control de presión, cuando la presión en el tanque 1 es demasiado baja (es decir que el

nivel de agua es bajo), la red de agua municipal ayuda para que siempre haya agua en la

ducha.

2) Tratamiento local del agua

Se trata de equipos “vivos” que harían el tratamiento mecánico y biológico del agua

directamente en el jardín del edificio. Se presenta esta solución, pero hay que entender que

tales sistemas tienen muchas desventajas.

Primero estos sistemas necesitan espacio libre bastante cerca del edificio. Este espacio desde

un punto de vista económico es espacio perdido, no puede servir para implementar una zona de

jardín u otros edificios los cuales permiten ingresos de dinero.

Segundo, este proceso necesita ser conservado en un ambiente entre 19 y 30 grados lo cual

significa un control de la calefacción durante el invierno por ejemplo con el sol.

Tercero es un sistema bastante complicado desde un punto de vista técnico, y aquí en

Monterrey, la gente no estaría dispuesta a estudiar tales sistemas. Son puras pérdidas de

espacio sin retorno de inversión. En efecto, este tratamiento solo mejora la calidad del agua

descargada en el rió. El dueño del edificio tiene que tener una gran conciencia ecológica para

tomar la decisión de usar este sistema.

Pero el diseño verde no debe reducirse a dejar las cosas como ya existen, entonces presentaré

esta solución en este trabajo.

El tipo mas común de estos sistemas es el hydroponic el cual contiene un filtro, 2 tanques

anaeróbicos, un tanque aeróbico cerrado, un clarificador, un terreno artificial saturado de agua

para limpiarla, y un filtro Ultravioleta. Dos soluciones existen. Esta agua limpiada puede ser

controlada por un organismo independiente y al caso que sea propia al consumo humano

descargada en la red de agua. La segunda opción es de considerar esta agua impropia al

consumo humano, entonces almacenarla y utilizarla como la de la lluvia. Y la parte que sobre

descargarla en el medio ambiente (después de un control). A continuación se presenta un

diseño esquemático de esta solución.


96


Fig VI.5 Diseño esquemático del tratamiento local de las aguas negras

3) Dimensiones de las instalaciones

Fig VI.6 Diseño esquemático de la red de agua en el edificio


97


Para tener una idea de las instalaciones del tamaño necesario en el edificio, se hacen las

consideraciones siguientes.

El consumo por persona (promedio) de un departamento son los siguientes.

Consumo (Lpd)

Cocina 20 Ducha 100 Lavabo 20 Lavadora 6 Lava platos 9 Baños 32 Carro 1

Fig VI.7 Consumo promedio en litros por día de una persona en edificio habitacional

El edificio considerado tiene más o menos la capacidad de 118 personas, considerando 5

personas en el departamento 5, 4 en los departamentos 1 y 2, 2 en el departamento 3, y 1 en el

Studio.

Entonces el consumo total del edificio seria:

Consumo / PersonaEdificio completo

Cocina 20 2360Ducha 100 11800Lavabo 20 2360Lava ropa 6 708Lava platos 9 1062Banos 32 3776Carro 1 118

Fig VI.8 Consumo global por día del edificio estudiado

Primero se diseña el sistema de tratamiento de las aguas usadas. El agua negra a tratar por día

es básicamente la del baño, del lava ropa, del lava platos y de la cocina.

Entonces se considera un volumen total de agua promedio de 7906 litros por día. Las tablas de

referencia de tal sistema de tratamiento de agua proponen un sistema tratando 9460L/d.

Se utilizan 3 tanques de diámetro de 1,6m, de una altura de 0,9m y de una capacidad de 5680

litros. El tamaño del clarificador tendrá un diámetro de 2,4m, 0,9m de altura de una capacidad


98


de 2650L. El tamaño del terreno artificial será de 4,6m * 9,1m de una profundidad total de 0,9m.

De manera global todo el sistema cabría en un cuadro de 10 * 10 metros.

Dimensión del tanque 1

El tanque 1 es de recepción de agua de lluvia. Por eso se considera según los datos del clima

de Monterrey, una precipitación máxima de 169,8mm en 24 horas. La superficie de recolección

de agua es todo el techo del edificio es decir 830,356 m². Entonces la cantidad máxima de agua

de lluvia que puede recibir el tanque en un día es 141m3, como 141000 litros. Por lo que el

tanque 1 va a tener las dimensiones siguientes: 6*6*4 de profundidad y puede ser situado a

bajo del patio.

Dimensión del tanque 2

El tanque 2 es el de recepción de agua gris. Por eso se considera la cantidad diaria de agua

gris producida por el edificio. Esta cantidad corresponde a la suma de la ducha, del lavabo y del

carro, lo que da 14278 litros equivalentes a 15 m3. Entonces se considera un tanque de 3*3*2

metros de profundidad.

Se presentará en la parte de los resultados del edificio, los cálculos del consumo general de

cada red (gris, potable, negra) de agua. Así que se comparará el impacto general del consumo

de agua con un edificio que no utilizaría estos sistemas.


99


Capítulo VII

Producción de energía

A. Introducción

Como planteado en la introducción de este trabajo, se presentará en esta parte una breve

introducción a los sistemas de producción de energía en un edificio. Dado el clima de

Monterrey, se presentan dos soluciones solares, la energía solar fotovoltaica, y la energía solar

térmica.

Considerando la producción de energía directamente en el sitio del edificio, se tiene que

empezar con la verificación de las estrategias de eficiencia energética. Primero hay que

disminuir la demanda general de electricidad. Reduciéndola, eso permite tener sistemas de

producción de tamaño más chico, y así una mayor cantidad disponible de energía.

La gran ventaja de la energía solar, es la facilidad de integrar a la arquitectura del edificio los

paneles solares, ya sean térmicos o fotovoltaicos. Es una manera de producir energía de

manera silenciosa, discreta, y aquí en el caso de Monterrey existen proveedores en la ciudad

de Apodaca.


100


Como solo se produce energía durante horas del día, en el caso de la energía fotovoltaica se

utilizan baterías para almacenamiento.

B. Disminución de la demanda general

En el consumo general de electricidad de un edificio habitacional se puede considerar la

repartición siguiente.

Fig VII.1 Repartición del consumo eléctrico en un edificio habitacional

Para cada concepto existen soluciones ya presentadas en esta tesis y algunas se van a

presentar a continuación. Para la iluminación se trata de utilizar los focos de baja consumo de

energía. Para la calefacción y climatización se trata de utilizar aparatos eficientes como el

Breezair por ejemplo o la calefacción a temperaturas bajas por el piso. Para la refrigeración hay

que utilizar refrigeradores más eficientes. Por ejemplo en Europa estos son calificados por clase

de energía de la letra A a F. Para la ventilación hay que aprovechar los sistemas de ventilación

natural. Para la calefacción de agua, a continuación se presentaran los sistemas de calefacción

por energía solar.

Aquí se trata del problema de los “Plug load” (aparatos domésticos). Representa el consumo de

energía debido a todos los aparatos secundarios del edificio, y representan 18% de la carga

total de energía. Los “Plug load” son algo que hay que tomar en consideración durante la fase

de diseño verde de un edificio por diferentes razones. Primero tienen un impacto fuerte en el

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Iluminacion Calefaccion yclimatizacion

Diverso Refrigeracion Ventilacion Calefaccion de agua Plug loads


101


consumo general, segundo impactan sobre la carga necesaria de energía para climatizar el

edificio, y tercero se puede utilizar fuentes de energía de bajo voltaje para estos.

Generalmente, como estos aparatos son portátiles, son escogidos por el dueño y no por el

equipo de diseño. Dimensionar la carga total debida a estos aparatos es esencial en el diseño

verde y a continuación se da como información el consumo de algunos aparatos.

Aparatos Consumo en Watt

Aquarium 50-1210

Despertador 10

Cafetera 900-1200

Lavadora 350-500

Secadora 1800-5000

Ordenador 30-120

Laptop 50

Lava platos 1200-2400

Fuente de agua 500-800

Fax 60

Ventiladores 65-175

Micro-onda 1000-1800

Impresora 10-20

C. Energía solar fotovoltaica

1) Introducción

Son sistemas que producen electricidad a través de un proceso de conversión de las

radiaciones solares. Una celda fotovoltaica produce corriente continua. Esta corriente puede ser

almacenada en una batería, o convertida en corriente alterna. Generalmente, cuando no se

usan baterías, el sistema esta conectado a la red municipal para vender el exceso, y recuperar

una parte cuando se le necesita, a la compañía encargada de las redes, aquí la comisión

federal de electricidad CFE.


102


Fig VII.2 Funcionamiento de una instalación de producción de energía solar fotovoltaica

Los paneles solares constituidos de celdas de silicio generalmente pueden producir de 5W

hasta 200W. Los voltajes van de 12 a 24 V, pero la manera más segura de conocer todos los

datos de estos paneles es comunicarse con el proveedor.

Los sistemas fotovoltaicos pueden ser instalados como elementos de arquitectura o servir

también de techo. A continuación de presentarán unos ejemplos de integración de paneles

solares. El tamaño y la orientación de los paneles solares son los dos factores que modifican el

rendimiento de una instalación. Se instalan al sur (por ejemplo en el caso del edificio estudiado

en el techo de los departamentos 5) para optimizar la duración de exposición al sol durante el

día. Se pueden instalar los paneles en otra orientación, pero generalmente modifican de manera

significativa los rendimientos.

Solamente 10-20% de las radiaciones solares cruzando unas celdas se transforman en

electricidad. La mayor parte de estas se convierten en calor, el cual disminuya el rendimiento de

las celdas. Por eso se deben implementar soluciones que enfrían los paneles, como ventilación

natural, o combinarlos con un sistema paneles solares térmicos.


103


Fig VII.3 Ejemplos de integración arquitectural de paneles solares

Considerando unos paneles solares de rendimiento de 4% (muy bajo) la superficie necesaria de

instalaciones puede ser calculada aproximadamente de la manera siguiente.

A = C / 33,3

En la cual:

A es el área necesaria de panel en m².

C es la cantidad de energía deseada en W.

Así que en el caso del edificio estudiado la superficie disponible en el techo del departamento 5

seria de 250m², la cual podría producir bajo estas condiciones

C = 250 * 33,3 = 8325 W

D. Energía solar térmica

Los sistemas de energía solar térmica utilizan la energía del sol para el agua doméstica, las

piscinas, y precalentar el aire de sistemas de calefacción. La aplicación la más común de estos

sistemas es la calefacción del agua. Los principales componentes incluyen un colector, un

sistema de circulación que mueve el flujo, y un sistema de control.


104


Fig VII.4 Funcionamiento básico de una instalación de producción de energía solar térmica

Igual que para un sistema fotovoltaico la orientación de los paneles es primordial para un alto

rendimiento de los paneles. Como ya se ha planteado, se puede instalar una combinación de

los dos paneles. Los fotovoltaicos captan la “luz” del sol y los térmicos el calor. Entonces se

pueden poner los fotovoltaicos encima de los térmicos, constituyendo el vidrio de protección de

estos.


105


Capítulo VIII

Resultados generales del edificio habitacional

En la parte que viene se presentara los comparativos de 3 conceptos en el edificio diseñado y

en el mismo edificio que no tendría estas soluciones verdes. Primero un comparativo del nivel

de aislamiento, segundo el consumo de agua por año y por fin el cálculo para cada cuarto.


106


A. Comparativo de nivel de aislamiento



C Superficie de perdidas termicas Kj [W/(m2.K) Aj (m2) Kj.Aj (W/K) ? Kj.Aj (W/K) ai ? ai.Kj.Aj (W/K)2,2364 412,36 922,202,2364 19,2 42,942,2364 172,8 386,452,2364 27,456 61,402,2364 9,72 21,742,2364 525,408 1175,02

2 Puertas exteriores 1,71 12,5 21,38 21,375 0,67 14,320,2592 485,834 125,930,2592 388,176 100,620,2592 43,1 11,170,2592 126 32,660,2592 55,216 14,310,2592 309,15 80,130,2592 280,116 72,610,2592 168,132 43,580,2592 250 64,800,6369 830,356 528,8537364

0 0 00 0 0

0,6369 830,356 528,85373640

0,2592 348 90,20160,2592 338,72 87,7962240,2592 580 150,336

D Puentes térmicos Uij [W/(m.K)] Lj (m) Uij.Lj (W/K) ? Uij.Lj (W/K)0,2485 554,6 137,81810,2485 1297,4 322,40390,2485 48 11,928 [3]0,2485 120 29,820,2485 248,16 61,667760,2485 1381,2 343,2282

[4](W/K)[5]W/(m2.K)[6]m3[7]m

83,33

51,06

41,67


Compacidad volumica del edificio V/At = [6] / [1] = 2,90

F. 18

Si V/At = 1: Ks x 100 = [5] x 100 = K =

Si 1 =V/At< 4:Ksx300/(V/At + 2) = [5]x300/([7]+2) =K=

Si V/At = 4: Ks x 50 = [5] x 50 = K =



17


1,00

1,00

545,80

528,85

545,8036608

528,8537364

11

12

3

4

7

6212,6

328,333824

[1]

Calculo del nivel de aislamiento termico total del edificio estudiado según NBN B 62-301Fecha

Diciembre 2007

2609,753562 1,00 2609,751 Ventanas, cupulas y otrastesteras translucidas

Paredes exteriores, Fachadas

Techos (inclinados, horizontal)ou Placa superiores a bajo deespacios no protegidosLosas arriba de espaciosprotegidos

Según definiciones de la normaNBN B 62-002

Paredes interiores en contactocon espacios protegidos

Total (superficie de perdidas)

13 906,86596

528,8537364 0,67 352,57

218,89

4270,19? ai.Kj.Aj (W/K)=

0,67

Fig VIII.1 Cálculo del nivel de aislamiento térmico total del edificio estudiado.

Se obtiene un total de perdidas térmicas de 5177,06 W/K, y un nivel de aislamiento térmico

global K igual a 51,06.


107




C Superficie de perdidas termicas Kj [W/(m2.K) Aj (m2) Kj.Aj (W/K) ? Kj.Aj (W/K) ai ? ai.Kj.Aj (W/K)4,7244 412,36 1948,154,7244 19,2 90,714,7244 172,8 816,384,7244 27,456 129,714,7244 9,72 45,924,7244 525,408 2482,24

2 Puertas exteriores 1,71 12,5 21,38 21,375 0,67 14,323,5294 485,834 1714,703,5294 388,176 1370,033,5294 43,1 152,123,5294 126 444,703,5294 55,216 194,883,5294 309,15 1091,113,5294 280,116 988,643,5294 168,132 593,413,5294 250 882,353,5294 830,356 2930,658466

0 0 00 0 0

3,2143 830,356 2669,0132910

3,5294 348 1228,23123,5294 338,72 1195,4783683,5294 580 2047,052

D Puentes térmicos Uij [W/(m.K)] Lj (m) Uij.Lj (W/K) ? Uij.Lj (W/K)0,2485 554,6 137,81810,2485 1297,4 322,40390,2485 48 11,928 [3]0,2485 120 29,820,2485 248,16 61,667760,2485 1381,2 343,2282

[4](W/K)[5]W/(m2.K)[6]m3[7]m

346,98

212,62

173,49


Compacidad volumica del edificio V/At = [6] / [1] = 2,90

F. 18

Si V/At = 1: Ks x 100 = [5] x 100 = K =

Si 1 =V/At< 4:Ksx300/(V/At + 2) = [5]x300/([7]+2) =K=

Si V/At = 4: Ks x 50 = [5] x 50 = K =



17


1,00

1,00

7431,94

2930,66

7431,942286

2930,658466

11

12

3

4

7

6212,6

4470,761568

[1]

Calculo del nivel de aislamiento termico total de un edificio sin aislamiento NBN B 62-301Fecha

Diciembre 2007

5513,110234 1,00 5513,111 Ventanas, cupulas y otrastesteras translucidas

Paredes exteriores, Fachadas

Techos (inclinados, horizontal)ou Placa superiores a bajo deespacios no protegidosLosas arriba de espaciosprotegidos

Según definiciones de la normaNBN B 62-002

Paredes interiores en contactocon espacios protegidos

Total (superficie de perdidas)

13 906,86596

2669,013291 0,67 1779,34

2980,51

20649,88? ai.Kj.Aj (W/K)=

0,67

Fig VIII.2 Cálculo del nivel de aislamiento térmico total del mismo edificio sin protecciones

térmicas.

Para el mismo edificio sin soluciones protegiendo el espacio acondicionado, se obtiene un total

de perdidas térmicas de 21556,75 W/K, y un nivel de aislamiento térmico global K del edificio de

212,62.


108


B. Comparativo del consumo global de agua

A continuación se presenta la tabla recapitulativa del consumo de agua del edificio y de las

aguas usadas producidas.

Consumo / Persona Edificio completo Por mes consumo Por mes desechoCocina 20 2360 70800 70800Ducha 100 11800 354000 354000Lavabo 20 2360 70800 70800Lava ropa 6 708 21240 21240Lava platos 9 1062 31860 31860Banos 32 3776 113280 113280Carro 1 118 3540 3540

Consumo total 481440 Fig VIII.3 Consumo general de agua del edificio

Se obtienen los valores globales siguientes:

Total agua gris 428340Consumo agua gris 113280Diferencia 315060

Total agua negra 237180 Fig VIII.4 Diferenciación de las diferentes aguas

Se considera después los datos del clima de Monterrey, más especialmente las precipitaciones

promedio para cada mes, y tomando en cuenta las superficies de colecta de agua del edificio

(836 metros cuadrados), se obtiene la cantidad de agua de lluvia que se puede inyectar en la

red del edificio. Se considera también el reciclaje de las aguas grises, y se obtiene la tabla

siguiente dando el consumo acumulativo de agua durante el año.


109


Precipitacion (mm) Precipitacion (Litros) Consumo Diferencia Diferencia cumulativa Agua gris recyclada Diferencia Diferencia cumulada

Enero 10,1 8386,60 481440 -473053,40 -473053,40 200000 -273053,40 -273053,40Febrero 17,7 14697,30 481440 -466742,70 -939796,10 200000 -266742,70 -539796,10Marzo 13,9 11541,95 481440 -469898,05 -1409694,15 200000 -269898,05 -809694,15Abril 21,1 17520,51 481440 -463919,49 -1873613,64 200000 -263919,49 -1073613,64Mayo 35,6 29560,67 481440 -451879,33 -2325492,97 200000 -251879,33 -1325492,97Junio 65,5 54388,32 481440 -427051,68 -2752544,65 200000 -227051,68 -1552544,65Julio 49,5 41102,62 481440 -440337,38 -3192882,03 200000 -240337,38 -1792882,03Agosto 94,6 78551,68 481440 -402888,32 -3595770,35 200000 -202888,32 -1995770,35Septiembre 164,6 136676,60 481440 -344763,40 -3940533,75 200000 -144763,40 -2140533,75Octubre 82,2 68255,26 481440 -413184,74 -4353718,49 200000 -213184,74 -2353718,49Noviembre 24,8 20592,83 481440 -460847,17 -4814565,66 200000 -260847,17 -2614565,66Diciembre 10,9 9050,88 481440 -472389,12 -5286954,78 200000 -272389,12 -2886954,78 Fig VIII.5 tabla recapitulativa del consumo de agua, utilizando las tecnologías de ahorro.

Se obtiene un consumo total de agua al año de 2 886 954 litros de agua. Sin considerar las tecnologías de ahorro de agua, el

mismo edificio consumiría 481 440 litros por mes, es decir, 5 777 280 litros de agua al año. Entonces utilizando estas tecnologías

se ahorra 2 890 326 litros de agua al año, como 50% del consumo total. El impacto ambiental es considerablemente alto.


110


C. Verificación del promedio de “daylight factor”

A continuación se presentara el cálculo del promedio del daylight factor por cada cuarto de un

piso típico del edificio. Eso permite verificar los valores mínimos.

Departamento Cuarto DF (R = 0,9) DF (R = 0,65) Promedio Minimo

Comedor 4,43 1,46 5 2,5Cocina 0,55 0,18 2 0,6Cuarto 1 4,83 1,59 1 0,3Cuarto 2 12,17 4,00 1 0,3Cuarto 3 8,72 2,87 1 0,3Cuarto servicio 29,6 9,74 1 0,3

4 Studio 1,8 0,59 5 2,5

Comedor 47,46 15,61 5 2,5Cuarto 11,71 3,85 1 0,3

Comedor 8,83 2,91 5 2,5Cocina 104,82 34,49 2 0,6Cuarto 1 8,3 2,73 1 0,3Cuarto 2 8,3 2,73 1 0,3Cuarto 3 8,3 2,73 1 0,3

Comedor 8,83 2,91 5 2,5Cocina 104,82 34,49 2 0,6Cuarto 1 8,3 2,73 1 0,3Cuarto 2 8,3 2,73 1 0,3Cuarto 3 8,3 2,73 1 0,3

5

3

2

1

Fig VIII.5 Tabla recapitulativa de los cálculos de los promedios de daylight factor por cada

cuarto.

La primera columna corresponde a un factor de reflectancia de las paredes interiores igual a

0,9, lo cual corresponde a tonos muy blancos de acabados interiores. La segunda columna

corresponde a diferentes colores con un coeficiente de reflectancia mas bajo igual a 0,65. Las

celdas en amarillas corresponden a unos valores que no corresponden a las exigencias de las

normas norte americana. Por estos cuartos hubiera que estudiar de nuevo la geometría del

edificio. Por ejemplo el Studio tiene niveles de iluminación no suficientes.


111


Capitulo IX

Conclusiones y recomendaciones

A. Conclusión

Los resultados obtenidos son muy interesantes. Desarrollando métodos de cálculo para algunos

conceptos de la construcción sostenible, se obtiene un nivel de aislamiento global superior de 4

veces al de cualquier edificio. Esto significa que implementando soluciones aislantes en los

edificios en Monterrey se podría dividir entre 4 el consumo energético necesario al enfriamiento

y a la calefacción del edificio. Segundo, utilizando aparatos eficientes, este consumo de energía

podría ser reducido más y más.

Se obtiene un ahorro de agua de 50%, utilizando sistemas de recolección de agua de lluvia y de

diferenciación de las redes de aguas gris. El impacto ambiental de tal ahora es significativo,

dados los problemas de distribución de agua potable hoy en día.

Por el cálculo de los factores de iluminación de día, se verificó en todos los cuartos del edificio

los valores. Se concluye que en casi todo el edificio la iluminación de día es suficiente. Pero se

tendría que estudiar mas el caso del Studio por ejemplo que presenta un coeficiente a bajo de


112


las exigencias. Complementando esta iluminación con sistemas artificiales de focos de bajo

consumo se obtendrían resultados interesantes, por un consumo total muy bajo.

Entonces con soluciones básicas se han obtenido resultados de rendimiento ambiental muy

altos. Se probó que con medidas accesibles a la industria constructora mexicana, se pueden

obtener resultados altamente efectivos.

B. Recomendaciones y planteamiento de estrategias

Este trabajo no tiene la pretensión de solucionar todos los problemas de sostenibilidad en el

ambiente de la construcción. Como ya se ha planteado, esta tesis constituye la base de un

trabajo con la cual se pueden desarrollar soluciones sencillas efectivas y rentables.

Este trabajo podría ser complementado por un estudio de factibilidad económica, en efecto para

desarrollar un proyecto de construcción seria necesario estudiar esta factibilidad. Pero según la

mayoría de las construcciones de este tipo a través del mundo, la construcción no tiene un

sobre costo mucho arriba de 10%. A parte los ahorros a largo plazo son muy altos, y se tendría

que tomar en cuenta este aspecto en el estudio de factibilidad económica.

Otro aspecto no estudiado aquí, es la medición del impacto de cada material utilizado, tomando

en cuenta su ciclo de vida, desde su producción hasta su reciclaje. Y es muy importante saber

que importar materiales de alta calidad ambiental del otro lado del mundo no tiene sentido

cuando sepa el impacto ambiental de los transportes de materiales para a industria de la

construcción.

Básicamente se plantearon los cincos ejes principales necesarios para llevar a cabo un

proyecto de construcción ecológico. Adentro de cada concepto se dieron ejemplos de aplicación

factibles para la industria de la construcción mexicana. Pero existen otras soluciones, y cada

día se desarrollan en el mundo soluciones tecnológicas e ideas ingeniosas para mejorar la

eficiencia de un edificio moderno. El objetivo es de desarrollar un modelo mejorando el confort

del habitante, preservando las capacidades de las generaciones futuras de tener este mismo

nivel de confort. Hay que combatir el fenómeno del edificio enfermo, lo que los norte americanos

llaman comúnmente “sick building”, el cual concepto significa que la habitación constituye un

amenaza para la salud del habitante.

Los cincos ejes, claves del éxito de tal proyecto son los siguientes:


113


- Desarrollar un proyecto de arquitectura bioclimatica

- Utilizar materiales y sistemas constructivos específicos

- Desarrollar soluciones tecnológicas eficientes

- Integrar energías renovables

- Administrar de manera inteligente el agua.

Estos cinco ejes de la construcción sostenible se desarrollan en todas la fases del proyecto, y

durante el diseño se aplican los conceptos del diseño integrado. Este diseño trata de ligar cada

eje para desarrollar de manera coherente el proyecto, organizando equipos de trabajo, los

cuales trabajan juntos para implementar estrategias técnicas y financieras eficientes.

Por otro lado, de manera mas global, hay que implementar en la industria constructora

estrategias, y responsabilizar a cada persona involucrada en la construcción, ya sean los

inversionistas, las constructoras, los productores de materiales y equipos, los que utilizan el

edifico, los proveedores de servicio, las compañías de seguro, y las autoridades locales.

Para resumir y concluir se puede dar las ideas siguientes como planteamiento de estrategias en

el ambiente de la construcción.

A continuación se presenta las responsabilidades de cada actor de la construcción, y las áreas

en las cuales pueden trabajar para implementar estos conceptos de diseño verde.

Actores Lo que controlan

Inversionistas Integrar a los criterios de inversión los

factores sociales, ecológicos de los

proyectos de construcción (gestión de los

riesgos…)

Desarrollar herramientas de financiamiento

tomando en cuanta el valor ambiental

(Préstamo de dinero con tasa de interés

baja…)

Lobbying para presionar y para que se

reconozca la calidad ambiental (fiscalidad,

normas, certificaciones…)


114


Constructoras Reducir impacto ambiental de la obra, agua

energía, desechos…

Integrar criterios de desarrollo sostenible en

la elección de los proveedores.

Respetar normas de seguridad

Limitar las molestias debidas a la ejecución

de la obra.

Productores de materiales y equipos Eco concepción de los materiales (Utilizar

productos locales, disminuir toxicidad,

facilidad de reciclaje…)

Desarrollar nuevos productos para mejorar

los ahorros de energía y de agua en el

edificio.

Etiquetar los productos con escalas de

calidad ambiental para una mejor

transparencia.

Lobbying para reconocer el valor de un

producto ecológico.

Utilizadores del edificio Observación, análisis, y clasificación de los

impactos para reducirlos.

Limitación de la contaminación debida a la

utilización del edificio (Productos de limpieza

más sano…)

Elección por parte del dueño de los aparatos

los más adaptables al edificio.

Proveedores de servicio Solución de financiamiento ayudando la

elección de equipos inteligentes (leasing,

contrato de performancia global)


115


Compañía de seguros Integración de las características

ambientales en las cotizaciones de seguro

(análisis de riesgo etc.…)

Lobbying para reconocer y remunerar la

calidad ambiental

Colectividades locales (ciudades) Dar el ejemplo con edificios públicos de alta

calidad ambiental.

Reglamentaciones, Normas

Ayudar con financiamiento específico para

proyectos privados.

El conservatismo del ambiente de la construcción no ayuda a la implementación de nuevos

modelos. Cada actor piensa en sus propios intereses, pensando que tales procedimientos

deben empezar por los otros. Lo que los británicos llaman “circle of blame” necesita ser

destruido con una cooperación entre todos los actores.

I

Anexos

II

Piso típico

III

Fachada Este

IV

Fachada Sur

Bibliografía

La energia solar en la edificación

Cremat / Miner

Ashrae green guide

Davide L Gruman

Simulación del consumo energetico en edificios (Tesis)

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Heat transfer a problem solving approach

Tarik Minner / Jorge Kubie / Thomas Grassie

Building for energy conservation

PW O Callaghan

Economie d’energie dans l’habitat PPT CSTB

Emmanuel Fleury / Ahmad Hussundee

Design Form and Fabric

Nick Nelly

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Energie solaire calculs et optimisation

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Ecotec archiecture of the In between

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Eco design : the sourcebook / Alastair Fuad-Luke.

Fuad-Luke, Alastair.

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Paginas internet

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MODELO DE ECO DISENO DE UN EDIFICIO … DE ECO DISENO DE UN EDIFICIO HABITACIONAL PARA EL ... Fig IV.34 Ejemplo de cálculo de daylight factor average para el cuarto 1 del ... de la