Ventanas en Arquitectura Ecológica o Bioclimática

Las Ventanas son un elemento fundamental para la Arquitectura Bioclimatica, que sirve para ocultar la radiación solar y de los vientos fuertes, a la vez que permiten un aporte luminoso mínimo, una vista hacia el exterior y la ventaja del aire que circula a poca velocidad para enfriar por evaporación de agua o para evaporar la transpiración del cuerpo.

Entiéndase por arquitectura Bioclimatica aquella que hace de ella un intercambio entre el clima exterior y el ambiente interior. Es aquella que nos permite integrar la forma, la materia y la energía en una sola respuesta arquitectónica. 


En la arquitectura islámica nos muestran claros ejemplos de como intergra todos estos elementos. En esta cultura son pocas las ventanas dirigidas hacia el exterior y se hallan provistas muchas veces de elementos fijos o móviles. Estos dispositivos sirven para regular los flujos del aire y son dispositivos muy interesantes para poder aplicar en nuestros diseños bioclimaticos.

Un ejemplo de esos dispositivos son las celosías, una especie de enrejado de listones hábilmente trensados con pequeños orificios que permiten filtrar la radiación solar, a la vez que reciben una luz suficiente asegurando la vista  a la vez que permiten la ventilación.

En algunos casos para mejorar la ventilación captada y la convección natural, suele complejizarse este dispositivo formando un cajón de celosías que ofrecen tres fachadas, aumentando así la superficie en contacto con el viento y agregándole un cántaro con agua para provocar el enfriamiento evaporativo para favorecer la ventilación interior y provocar una climatización por humedecimiento del aire, para mantener el confort de dentro de las viviendas.

Y siempre recordemos:
La primera receta de una buena ventilación reside en la disposición de las ventanas, unas respecto de otras, de acuerdo con los vientos dominantes y el principio de la convección natural ( el aire sube, " aspirando" así el aire fresco)

Casas Ecológicas

No es una nueva arquitectura, pero se trata de venderla como si lo fuera, pero no. 

Son conceptos ya resueltos de antaño, ejemplo es la Arquitectura Islámica, 

la cual escribiré un poquito en la parte de abajo de este post.

Nosotros, los arquitectos, tomamos prestados y  adaptamos esos conceptos a las nuevas construcciones, optando por materiales vernáculos y tradicionales, que nos han dejado en el tiempo, testimonios de que realmente funcionan.

• Arquitectura Vernácula 

Para entender más sobre ese termino de casas ecológicas, hay que estudiar como surgió nuestra arquitectura o espacios de residencia tal como lo conocemos hoy en día

 

Arquitectura Islámica Tradicional

Ejemplos  muy actuales a nuestro tiempo, por la correspondencia en  los climas cuyas temperaturas son incómodamente altas durante el día e incómodamente frías por la noche. Podemos observar que tales culturas crearon edificios de gruesos muros de ladrillo o piedra, y  actualmente en la Bioconstruccion se utiliza el muro trombe, que fue inventado para ese mismo fin, de generar masa térmica

El clima donde se desarrolló se caracteriza por una fuerte sequedad, una importante variación térmica cotidiana, una media de temperatura anual bastante elevada, una fuerte intensidad de radiación solar, vientos importantes, a veces variables y cargados de polvo. La fusión de los elementos de la cultura y el clima han creado la cultura de no mostrar, cerrada hacia afuera y abierta en el interior.

Muros masa térmica 

Las casas islámicas se caracterizan por la búsqueda de una masa térmica importante y el control de las radiaciones.

Esta capacidad térmica se consigue mediante la elección de materiales de construcción que sean macizo y disponible in situ, como el barro para el adobe o para los ladrillos secados al sol o piedras.

El espesor de las muros hace aumentar también las ventajas térmicas del material y las soluciones dependen de las posibilidades propias de los materiales y de su técnica de empleo.

• Como hacer Bloques de Tierra Comprimida

Los muros 

Construidos con estos materiales son a la vez aislantes y acumuladores térmicos de modo tal que durante las horas más cálidas del día, el flujo de calor desde el aire exterior al interior se retarda, y durante las horas más frías de la noche, el ambiente interior recibe parte del calor acumulado en los muros y el resto se disipa hacia el exterior. El resultado es un aplanamiento de la curva de temperatura interior del edificio.

Los enlucidos a base de cal 

Se encalan los muros, sirven para reflejar la radiación solar y evitar un calentamiento excesivo a la vez que conservan una gran capacidad de enfriamiento por radiación infrarroja

Diagráma Sicométrico e Higrometría | Arquitectura Bioclimatica

Diagráma Sicométrico e Higrometría

Con  los datos de climáticos para construir una casa y analizados los posibles efectos locales y la influencia de las situaciones microclimaticas, ubicaremos nuestra casa dentro del mapa de clasificación bio-ambiental.
Esto es para tener una evaluación y conocimiento mas afinado de donde queremos edificar. Y es básico conocer siempre nuestro entorno para tener un punto de partida para armar nuestra base de datos.

El conocimiento de la zona climática a la cual pertenece una ciudad o pueblo no elimina la necesidad de una investigación cuidadosa de las condiciones climáticas locales. La labor del proyectista es diseñar el edificio de tal modo que saque partido de las características favorables y mitigue las adversas tanto en extensión horizontal como en altura.

El proyectista debe estar interesado específicamente en aquellos aspectos del clima que afectan el confort humano y al uso de los edificios. Esto comprende a los valores medios, variaciones estacionales y valores extremos de temperatura, diferencias térmicas entre el día y la noche, humedad, condiciones del cielo, radiación, incidente y transmitancia, lluvia y su distribución, movimiento del aire y aspectos especiales como son vientos alisios, tormentas, vendavales de polvo, etc. 

Estos aspectos especiales afectan el confort humano y ponen en peligro la seguridad de los edificios afectando las instalaciones como pueden ser los colectores de los sistemas solares pasivos.

Higrométria, esto que és

La higrométria son los cambios de humedad de la atmósfera.Todos los materiales incluidos nosotros absorbemos la humedad del ambiente haciendo nuestra zona del confort un cielo o un infierno. Hablamos de los intercambiadores de calor y cómo funcionan los materiales en ese sentido.

El Diagrama Sicometrico

Este diagrama es utilizado para determinar condiciones higrométricas dentro de espacios, obviamente tiene mas aplicaciones en otros campos técnicos.
En arquitectura bioclimatica este diagrama define condiciones de bienestar termo físico con dos parámetros: es una dupla de 2 termometros

-Temperatura de bulbo seco o Temperatura seca : es un valor que se toma a la sombra con el termómetro montado dentro de una caja con persianas de madera conocida como pantalla de Stevenson a una altura del suelo de 1,20 a 1,80 m. Las lecturas se hacen en determinados momentos del día, sin considerar factores medioambientales como la radiación, vientos, etc. Porque afectan significativamente la sensación térmica. En pocas palabras es el calor sensible.

- Bulbo Humedo: Contenido de vapor de agua dentro de la masa de aire osea la humedad absoluta del aire. El que me permite sacar la humedad.
Nota: Cuando la humedad relativa esta en 100% no hay posibilidad de evaporación.
 ( Humedad relativa es la relación entre:
1-Humedad absoluta: la cantidad de gr. de agua que hay en ele ambienta que cambia según estacione, continentalidad, etc.
2- Humedad de saturación: la mayor cantidad de vapor de agua en el aire. Ni una gotita más )

Estrategias de acondicionamiento térmico

Recomendaciones:

Zona 1- 2 : Reducir perdidas por trasferencia ( por envolvente = piel)

-reducir perdida por infiltración " VIENTOS"

-reducir resistencia al viento

-Favorecer a portes solares

Zona 3-11: Controlar los aportes solares

5-6-7-8 : favorece la ventilación natural

6-7-9 : altas temperaturas, promover enfriamiento evaporativo

7-10 : promover enfriamiento radiante

7-8-9 : masa térmica, inercia,

5 : producir deshuminificación convencional y favorecer la ventilación convectiva natural

11-12 : Reducir transferencia por conducción. Aislar y utilizar medios mecanicos para el enfriamiento

Datos Climáticos para Construir una Casa Ecológica

En un lugar determinado del planeta definido por sus coordenadas de posición relativa ( latitud y longitud, clima local) será la superposición espacio-temporal de las características del clima regional, de las condiciones microclimaticas y de las variables específicamente locales.
Conocer las características y utilizar esa información en la definición que se haga del diseño de un nuevo edificio o para la adecuación o construcción del mismo. Esto significa reunir una importante cantidad de datos y evaluarlo con una metodología apropiada.


Primero son los datos fijos ( para un lugar determinado en el planeta) :

- Latitud : es el ángulo medio sobre el meridiano como arco de circunferencia, que se forma entre el plano que une el lugar de referencia con el centro de la tierra y el plano que contiene al Ecuador. La latitud positiva en el hemisferio Norte y negativas en el hemisferio Sur.
Y nos especifica la clasificación del clima regional.

Clima tropicales: Ecuador como centro y son las regiones del planeta localizadas en ambos trópicos.
Clima Templados: clima ubicado en los trópicos y latitudes 38/40º
Climas fríos: latitudes mayores a los 40º

- Longitud : husos horario. Se indica con la aclaración E ú O (W) en relación con el meridiano cero.

- Altura sobre el nivel del mar : A mayor altura, habrá menor temperatura.

- Relieve : Es la causa principal de todos los fenómenos microclimaticos, en donde también influyen las cercanías con costas, la cubierta vegetal o la densidad urbana. Una zona montañosa ofrecerá diferencias entre los valles y laderas, zonas boscosas o desérticas etc.

- Continentalidad o cercanía a costas oceánicas : a mayor cercanía a la costa mayor amplitud térmica, que quiere decir, que las temperaturas del día y noche tienen gran desfasa-je.

- Cercanías a núcleos urbanos y su diferencia de densidad : Las ciudades ofrecen una modificación sustancial a las condiciones meteorológicas regionales. Por eso se les denomina islas calientes y su influencia se extiende por algunos kilómetros al rededor de las mismas



Los datos variables son las condiciones superficiales como son los datos meteorológicos y las consecuencias que los mismos tienen :

- Temperatura : es la variable más común y utilizada de las variables meteorológicas. Los servicios meteorológicos indican los promedios mensuales de temperaturas medias de bulbo seco (Tmed) y también las temperaturas Máximas (Tmax) y temperaturas mínimas (Tmin)

- Humedad absoluta o relativa del aire : es de uso cotidiano aunque pocas veces se la comprende bien. Las estadisticas muestran los promedios de un período definido bajo las formas:

1-temperatura de bulbo húmedo (TBH)
2-temperatura punto de rocío (TPR)
3-Tensión de Vapor (TV)
4- Humedad relativa en % (HumR)

- Radiación solar : 
1-heliofanía absoluta (HA)
2- heliofanía relativa (HeIR)

- Vientos : 
1- velocidad promedio
2-velocidad máxima en el período
3-orientación y frecuencias para cada orientación

- Precipitaciones : es una variable en donde las estadísticas indican los promedios mensuales y el total medio anual del período. A mayor cantidad de precipitaciones habrá mas vegetación y cielos mas nublados.

Casas Cuevas Subterráneas

Los pueblos subterráneo, casas construidas a tres metros bajo de tierra o en las montañas, gran ejemplo es China

Pueblos que no se ven si no se mira hacia el suelo. Infinidades de casas prolijamente alineadas en terrazas de piedra pardo amarillentas, ocre y mostaza. En la amplia meseta de Loes a unos 600 kilómetros al suroeste de Beijing, comunidades de campesinos chinos viven aún en cavernas cavadas por ellos mismo, en las laderas de barrancos o en cuevas subterraneas. Esta forma de vivienda fue utilizada durante miles de años por sus ancestros y aún hoy sirve de morada a millones de personas en la zona norte de China, donde está ubicada Beijing

El Yan´an, llamada " ciudad de cavernas" y ubicada también en la meseta de Loes, a pocos kilómetros del río Amarillo, Mao Tse Tuung habitó en esta clase de construcción y fue ésta ciudad la cuna de la revolución de MAO , elegida en 1935 cuartel general del PC chino.


Las costumbres de vivir en cavernas, arquitectura troglodita, para la familias de campesinos no impide que ademas de tener los diferentes ambientes cuente con deposito para granos y establos para los animales. Estas construcciones permiten soportar el calor y el frío con bastante comodidad e incluso se ven favorecidas por las escasas precipitaciones en la región. La única desventaja que tienen es la gran humedad interior.

Cuentan que esta singulares construcciones quedaron alguna vez registradas en fotografías de satélites y preocuparon a países enemigos de China al creer que podría tratarse de silos con misiles.Pero luego de que el exsecretario de Estados norteamericano Henry Kissinger viajón a Beijing en la decada del 60, La Cia comprobó que se trataba efectivamente de viviendas.

Qué es el Estrés Térmico en la Arquitectura

Arquitectura Bioclimatica Que es el estrés térmico?

 En un ambiente determinado una persona podrá ganar o perder calor por los mecanismos ya mencionados en INTERCAMBIO TÉRMICO Del Cuerpo Humano .El confort térmico es en pocas palabras es el equilibrio termofísico. Si nuestro cuerpo no esta en ese equilibrio termofísico se produce el famosos estrés térmico. Sino disipamos el calor corporal lo suficiente la temperatura del cuerpo comenzara a elevarse o si nos estamos enfriando más de lo necesario deberemos corregir esta situación de inmediato.

Los mecanismos fisiológicos que defienden al organismo del estrés térmico:

Para los que no saben: El gran regulador térmico de nuestro organismo es el flujo sanguíneo.
Cuando sentimos frío el organismos reduce inmediatamente la velocidad de circulación sanguínea, contrayéndose las venas y las arterias más superficiales. La impresión es de lividez o palidez que indica que la persona está sometida al estrés de frío. Y si es el estrés es mas intenso, el color de la piel se torna azulado y el ritmo cardíaco disminuye.
Y al contrario, si es excesivo el calor produce mayor flujo sanguíneo y aumenta la actividad cardio-vascular, la sensación que produce es de no querer hacer nada, de sopor o aturdimiento.

Para que el proceso de disipación del calor excedente en el proceso metabólico pueda disiparse sin inconvenientes y la persona sienta una sensación de bienestar termofísica, las temperaturas tanto del aire como de los elementos próximos que lo rodean deberán estar entre 20/22ºC y 34ºC.

Considerada zona de confort

Si el organismo no puede disipar ese calor o esta recibiendo calor en forma excesiva y su temperatura interna supera los 41ºC, el riesgo de vida por shok térmico es muy alto.

En pocas palabras : Si algunas de las temperaturas están por debajo del valor mínimo sentiremos frío o si alguna de las superficies tiene una temperatura mayor de los 34ºC, tendremos la sensación de calor, aunque nos encontremos en un ambiente refrigerado.

El papel del arquitecto a la hora de diseñar tiene que tener muy en cuenta la zona de confort a diseñar en cada recinto, llámese cuarto, salón, cocina etc ;  generando un análisis de balances térmicos instantáneos. 

Una leve corriente de aire nos aumentara la sensación de frío en invierno pero en verano nos dará una sensación de frescor; estos fenómenos de transferencia convectiva tiene tanta importancia en las temperaturas y de los medios que se transfieren. Es por eso que hay edificios que en lugar de cumplir con las condiciones básicas de proteger a sus ocupantes de los rigores climáticos no lo hacen en la forma debida y que hay ocasiones en que amplifican las condiciones de intemperie dentro de los recintos a un nivel muy alto de estrés termófísico. 

EXIJA A SU ARQUITECTO O A LA PERSONA QUE ESTE DISEÑANDO SU CASA EN ESTE ASPECTO!!!

Arquitectura Comestible tiene una analogía entre una casa y un zapato. Si usted va una tienda y compra un zapato muy caro, de marca, etc. Llega a su casa, se lo calza, siente que le queda pequeño o le talla al caminar , lo tira a un lado y nunca lo vuelve a mirar. Y dice ¡HE PERDIDO DINERO!  Bueno, eso mismo pasa a la hora de construir una casa, invierte mucho dinero, energía, etc.  y queda inconforme.

Intercambio Térmico en Arquitectura

Arquitectura Bioclimatica

Los intercambios térmicos entre el ser humano y el ambiente que lo rodea: En una sociedad que tiene asimiladas las pautas de vida de la sociedad industrial y cuyos niveles de vida son mayoritariamente aceptables considerando los estándares de alimentación, estado de salud, educación y vivienda, se puede verificar que la alimentación diaria de la mayoría de sus integrantes adultos significa la ingestión de 2500 a 3000 calorías.

Tasa de Desprendimiento Calorífico del Cuerpo Humano

-Dormir mínimo = 70 vatios

-Sentado, movimiento moderado = 130-160 vatios

-Sentado, con brazos y piernas en movimiento = 190-230 vatios

-De pie, paseo = 220-290 vatios

-Andando, levantamiento o empujes moderados =290-410 vatios

-Levantamiento y excavaciones pesadas pero intermitentes = 440-580 vatios

-Trabajo duro, sostenido = 580-700 vatios

-Trabajo pesado, máximo 30 minutos de duración = 1100 vatios.

El cuerpo humano disipa este calor excedente trasfiriendolo al entorno que lo rodea, sea dentro de un recinto ( generación por parte de los arquitectos confort térmico) o a un entorno al aire libre.

Los mecanismos de transmisión de calor en el cuerpo humano 

Transferencia por Convección: transfiriendo el calor del cuerpo hacia el aire en movimiento que lo rodea.

Transferencia por Conducción: transfiriendo el calor hacia todo aquello que esté en contacto directo con el cuerpo.

Transferencia por radiación: transfiriendo calor bajo la forma de energía radiante hacia otros objetos

Transferencia por evapotranspiración: transfiriendo calor latente por cambio de fase por evaporación del sudor o por la respiración hacia el aire que rodea el cuerpo.

Para NUNCA OLVIDAR A LA HORA DE PROYECTAR Y ESCOGER LOS MATERIALES: 

( en otros post lo especificamos)

Todo proceso de transferencia de calor se dirige del cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura.

La piel está a una temperatura variable según la zona del cuerpo pero por promedio podemos considerar un valor de 34ºC. En el interior del cuerpo el promedio es de 37ºC. esto significa que para el cuerpo humano pueda disipar su exceso de calor, los elementos que lo rodea deben estar a una temperatura menor de 34ºC.

Si algunos elementos externos que rodea o próximos al cuerpo presentan una temperatura mayor de 34ºC la transferencia del calor será desde el elemento al cuerpo.

En resumen: las posibilidades de disipar el calor excedente, dependerá de las temperaturas del aire o superficiales de todos los elementos que rodean a la persona y del balance instantáneo que exista entre pérdidas y ganancias.

Vientos en el Diseño Arquitectónico

BARRERAS CONTRA VIENTOS
Arquitectura Bioclimatica

Las barreras de viento parcialmente permeables, como hileras de árboles, crean zonas protegidas de aproximadamente 15 veces la altura de aquellos y zonas semiprotegidas en sus proximidades. Las barreras opacas, tales como muros, etc. desvían el aire con mayor ímpetu hacia arriba pero, a diferencia de las barreras permeables, el flujo de aire desciende a nivel del terreno a distancias menores y con mayor fuerza, creando zonas más reducidas de protección.

En los extremos de las barreras y en los espacios donde estas se interrumpen, se forman zonas de aceleración de viento.

La protección que proyecta una barrera depende de su altura y de su permeabilidad. Las barreras muy densas u opacas logran una excelente protección en las zonas inmediatamente adyacentes a las mismas, pero son menos eficaces a distancias mayores, ya que los desvíos de aire ascendente que producen llegan nuevamente al suelo en forma descendente con mayor brusquedad.

El comportamiento opuesto está dado por barreras más permeables que actúan como resistencia reductora de la velocidad del aire en forma tamizada y menos violenta.

A distancia superior a 20 veces la altura de la barrera, la velocidad del viento alcanza valores similares a las zonas desprotegidas. Así mismo, las barreras disminuyen la velocidad del viento en las zonas inmediatamente a sotavento. (vientos dominantes)

La distancia entre barreras es consecuentemente, otro factor esencial para que la protección de vientos resulta eficaz. Con distancias entre barreras de hasta 20 veces su altura, la disminución de la velocidad a barlovento ( sentido contrario al sotavento) de una barreras se combina con la disminución a sotavento de las barreras siguiente, produciendo protección continúa.

El uso de barreras sucesivas produce un cambio en la rugosidad del suelo y en el perfil de velocidad del viento, logrando una disminución general de la velocidad a nivel peatonal.

La sombra de Viento

Constituye una ventaja en climas fríos, por la protección que proporciona. Los edificios ubicados en la zona de menor velocidad tendrán menores pérdidas de energía y los espacios serán aptos para actividades tales como juegos para niños, expasiones privadas y circulaciones peatonales.

Ref: Módulo I, Arq.Solar II