Diseño bioclimático de la vivienda - SMIE · Retraso térmico. Materiales y procedimientos Muros ext: Alta inercia térmica (masivos) Muro int. Y entrepiso: Alta inercia térmica

David MorillDavid Morillóón Gn Gáálvezlvez

Febrero del 2004Febrero del 2004

DiseDiseñño o bioclimbioclimááticotico de la de la viviendavivienda

Puntos a tratarPuntos a tratar

Introducción¿qué es el diseño bioclimático?Como hacer diseño bioclimáticoNormas Oficiales Mexicanas y diseño bioclimáticoProyectos bioclimáticos en MéxicoConclusiones

IntroducciIntroduccióónn

GeneralidadesGeneralidades

En México más de 66 % de la superficie del país presente condiciones de clima cálido (seco en el norte y húmedo en las costas)

Aproximadamente el 23% del total del consumo de energía del país corresponde al sector relacionado con los edificios

Un 80% de la energía que se consume, tiene su origen en la quema de hidrocarburos

Clima vs. consumo de energClima vs. consumo de energíía a

Comportamiento de la Demanda en el Norte del País

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Meses

MW

Noreste

Norte Noroeste

Península de B.C.

Comportamiento tComportamiento téérmico de una rmico de una vivienda en Hermosillovivienda en Hermosillo

20

25

30

35

40

45

15:00

17:00

19:00

21:00

23:00

01:00

03:00

05:00

07:00

09:00

11:00

13:00

15:00

Horas

Tem

pera

tura

(°C

)

Concreto Celular Exterior Block hueco

Firmeza Ingeniería Civil

Deleite Arquitectura

Comodidad

Ganancias de calor en la viviendaGanancias de calor en la vivienda

Aportaciones de calor a travAportaciones de calor a travéés s de la envolventede la envolvente

VENTANAS

INFILTRACION

MUROS

TECHO

CARGA INTERNA

PUERTAS

Techo con material de pocaTecho con material de pocaconductividad tconductividad téérmicarmica

VENTANAS

INFILTRACION

MUROS

TECHO

CARGA INTERNA

PUERTAS

Techo y muros con materiales de poca Techo y muros con materiales de poca conductividad tconductividad téérmicarmica

VENTANAS

INFILTRACION

MUROS

TECHO

CARGA INTERNA

PUERTAS

Arquitectura vernArquitectura vernááculacula

DiseDiseñño o bioclimbioclimááticoticode la viviendade la vivienda

Arquitectura, medio ambiente y uso de las Arquitectura, medio ambiente y uso de las energenergíías renovablesas renovables

Diseño Bioclimático

Arq. Ecológica

Heliodiseño

Arq. Solar

Arq. Autosuficiente

Edificios verdes (Green Building)

Arq. Sustentable

Entre otros

DiseDiseñño bioclimo bioclimáático de la viviendatico de la vivienda

DiseDiseñño bioclimo bioclimáático tico

Acción de proyectar o construir considerando la interacción de los elementos del clima con la construcción, a fin de que sea esta misma la que regule los intercambio de materia y energía con el ambiente y determine la sensación de confort térmico en interiores

CONDICIONESAMBIENTALES

CONDICIONESDE CONFORT

TAREA DECONTROL

TAREA DECONTROL

CONTROLESACTIVOS

DISEÑOBIOCLIMÁTICO

MetodologMetodologíía para el disea para el diseñño adecuado al o adecuado al ambiente energambiente energéético tico

APLICACIAPLICACIÓÓNN

PermanentePermanente

SimultaneaSimultanea

SecuencialSecuencial

IndividualIndividual

NIVELESNIVELES

ConcienciaConciencia

ConocimientoConocimiento

AcciAccióónn

Apoyo

PARADIGMAPARADIGMA

SISTEMASSISTEMAS

FASESFASES

HERRAMIENTASHERRAMIENTASApoyo

InformaciInformacióónnSignificativaSignificativa(Condicionantes)(Condicionantes)

DiagnosticoDiagnostico(Confrontaci(Confrontacióón de n de condicionantes)condicionantes)

EntradasEntradas

SISTEMA SISTEMA HUMANOHUMANO

SISTEMASISTEMADEL DEL

ENTORNOENTORNO

SISTEMA SISTEMA TECNOLOGICOTECNOLOGICO

SINTESISSINTESISPROYECTALPROYECTAL

Formas de llegar al diseFormas de llegar al diseñño o bioclimbioclimáático de la viviendatico de la vivienda

•Retrofit: Programas como ASI, de la Comisión Federal de Electricidad; aislar techos y ventanas, cambio del equipo de aire acondicionado y de iluminación incandescente.

•Nuevos diseños: Capacitación y Normas de Eficiencia Energética (Sobre lineamientos para el diseño térmico de la envolvente arquitectónica)

LocalizaciLocalizacióónn

Confort tConfort téérmicormico

-20.00

-10.00

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

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

mesesº C

MÍNIMA EXTREMA PROM. MÍNIMA MEDIA PROM. MÁXIMA MÁXIMA EXTREMA0

10

20

30

40

50

60

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

meses

%

Temperatura

Humedad relativa

Viento

Radiación solar

ClimaClima

34 °C

33 °C

31 °C

30 °C

30 °C

TEMP. CORAZÓN

36.8 37.8 °C

TEMP. DE LA PIEL

34.8 °C

La ciudad de Puebla, fue fundada en bioclima semifrío y a una altura sobre el nivel del mar de 2166 metros

98°

19°

Diagrama bioclimDiagrama bioclimáático: Givoni tico: Givoni HUMEDAD RELATIVA

PRES

IÓN

DEL

VA

POR

mm

. DE

MER

CU

RIO

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

40%

45

40

30%

35

30

20%25

20

15

10%

10

5

0

100% 90% 80% 70% 60% 50% 50

35

30

25

20

15

10

5

0

EXTENSIÓNPARA ALTITUDES

2300A 3000

TEMP. DE BULBOHUMEDO °C

ZONA DEBIENESTAR

TÉRMICO

CALENTAMIENTOPASIVO

CALENTAMIENTOCONVENCIONAL

ENFRIAMIENTOEVAPORATIVO

INERCIATÉRMICA

RADIACIÓNINFRARROJANOCTURNA

DESHUMIDIFICACIÓN

VENTILACIÓN

HUMIDIFICACIÓN

AIRE ACONDICIONADO

Requerimientos de climatizaciRequerimientos de climatizacióónnPuebla, Pue.

Hr./mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiemb Octubre Noviemb Diciemb6789

10111213141516171819202122232412345

frío

calor confort

Mérida, Yuc.

Hr./mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiemb Octubre Noviemb Diciemb678910111213141516171819202122232412345

frío

calor

confort

Toluca, Mex.

Hr./mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiemb Octubre Noviemb Diciemb6789

10111213141516171819202122232412345

frío

confort

Sistemas pasivosSistemas pasivos

Manejo del sol Manejo del sol

Fachada

poniente

Fachada sur

Control solar Control solar

Comportamiento tComportamiento téérmico del edificiormico del edificio

0=±±±±+ QmQeQvQcQiQs

Agrupamiento: Evitar sombras en N-S, altos al N y bajos al S, espaciamiento 1.7 la altura del edificio

DiseDiseñño urbanoo urbano

Orientación de Fachada: Una crujía al S-SE , doble al NE-SO

Espacios exteriores: Plazas, plazoletas y andadores sombreados en verano y soleados en invierno

Recomendaciones generales Recomendaciones generales de proyecto para Pueblade proyecto para Puebla

Ubicación de vivienda en el lote: Muro a muro

Configuración: Compacta, cubo

Tipo de techo: Plano o inclinado con poca pendiente

Altura de piso a techo: Entre 2.30 m, y 2.40 m

Localización de las actividades: Estar, comer, dormir SE, Cocinar, aseo, circular NO y guardar O

Dispositivos de control solarDispositivos de control solar

Aleros: En aberturas de fachada S

Patios Interiores: Como invernadero con ventilación

Pórticos, balcones y vestíbulos: De transición entre el exterior y el interior

Vegetación: Hoja caduca en O y NE

Parteluces: En ventana O y SO

Tragaluces: En espacios de uso diurno, con control para verano

VentilaciVentilacióónn

Unilateral: La orientación no importa

Cruzada: Mínima, por encima de los ocupantes

Aberturas: ventanasAberturas: ventanas

Formas de abrir: Abatibles de proyección

Protección: Cortinas gruesas, postigos operables, persianas

Ubicación en fachada: Mínimas en el N, NE, NO, O y E, máxima SE a SO, no mayor 80%

Ubicación con el piso: En la parte alta

SelecciSeleccióón de materialesn de materiales•Propiedades ópticas

•Calor especifico

•Conductividad

•Peso volumétrico

•Resistencia térmica

•Transmitancia

•Retraso térmico

•Amortiguamiento

Aislante

Inercia térmica

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Tabique 12cm

Block 12 cm Concretonormal 10

cm

Block hueco15 cm

Concretocelular 10

cm

Adobe 25 cm

R (m

2 °C/W

)

0

2

4

6

8

10

12

Tabique 12 cm Block 12 cm Concretonormal 10 cm

Block hueco15 cm

Concretocelular 10 cm

Adobe 25 cm

Retr

aso

Térm

ico

(Hor

as)

CaracterCaracteríísticas tsticas téérmicas de los materialesrmicas de los materiales

Resistencia térmica

Retraso térmico

Materiales y procedimientosMateriales y procedimientos

Muros ext: Alta inercia térmica (masivos)

Muro int. Y entrepiso: Alta inercia térmica (masivos)

Techumbre: Masivos horizontal y inclinados con aislamiento

Pisos ext: Permeables

Color, textura y acabados ext: Baja reflectancia en muros y techos, color oscuro, textura rugosa

VegetaciVegetacióónn

Arbustos: Hoja caduca en SE a SO

Cubresuelos: En SE a SO

Árboles: Hoja perenne en norte, caduca en O y NO

Vivienda bioclimVivienda bioclimááticatica

Normas Mexicanas de Normas Mexicanas de

Eficiencia EnergEficiencia Energéética (NOM)tica (NOM)

NormasNormas

NOM-008-ENER: Eficiencia energética en edificaciones “Norma para la envolvente de edificios no residenciales”

DOF25/Abr/2001 entra en vigor en agosto

NOM-020-ENER: Eficiencia energética en edificaciones “Norma para la envolvente de edificios residenciales hasta de tres niveles”

Anteproyecto

NOMNOM--020020--ENERENEREficiencia EnergEficiencia Energéética en Edificacionestica en Edificaciones

Envolvente de edificios residenciales hasta cinco Envolvente de edificios residenciales hasta cinco nivelesniveles

Objetivo:Objetivo:

Limitar las ganancias de calor de las edificaciones a través de su envolvente

Racionalizar el uso de energía en los sistemas de enfriamiento

Criterio de aceptaciCriterio de aceptacióón:n:

rp φφ ≤Donde:

((φφ pp)) = Ganancia de calor a través del edificio proyectado

((φφ rr)) = Ganancia de calor a través del edificio de referencia

Los edificios de referencia y el proyectado:

Son idénticos en geometría, orientación, colindancia, dimensiones en planta y elevación

Son diferentes en las características de la envolvente

CaracterCaracteríísticas del edificio de sticas del edificio de referencia y proyectado:referencia y proyectado:

Edificio de referencia Edificio proyectado

TECHOParte opaca 100% La proyectadaParte no opaca 0% “K parte opaca Tabla 1 (norma)

W/m2 K“

PAREDES (MUROS)Fachada libre opaca 90% La proyectadaFachada libre no opaca 10% “K parte opaca Tabla 1 (norma)

W/m2 K“

Experiencia en MExperiencia en Mééxicoxico

Construcciones Construcciones bioclimbioclimááticasticas en en MMééxicoxico

Tlaxcala, colonia semiruralPrototipos de Infonavit (SLP, La Paz, Chih)Fraccionamiento los Guayabos en Guadalajara, residencial; ecológicosFraccionamiento hacienda de las torres en Cd. JuárezFraccionamiento en el DF y Cuernavaca200 viviendas en HermosilloDos fraccionamientos en ColimaVivienda bioclimática de ICAVivienda sustentable URBIVarios ejemplos de viviendas en todo el país

Viviendas en Cd. JuViviendas en Cd. Juáárezrez

Proyecto originalProyecto original

Proyecto alternoProyecto alterno

Enfoque Enfoque bioclimbioclimááticotico

ClimatizaciClimatizacióón natural,n natural,

Muros escudo a la radiaciMuros escudo a la radiacióónn

Sistema de descarga de calorSistema de descarga de calor

Materiales adecuadosMateriales adecuados

OrientaciOrientacióón adecuada y n adecuada y

control solarcontrol solar

Calentamiento solar de aguaCalentamiento solar de agua

Vivienda bioclimVivienda bioclimáática detica de

Aire caliente

Vivienda con diseño bioclimáticoSistemas pasivosMateriales adecuadosUso de energías renovablesEficiencia energéticaCaptación y tratamiento de aguaDiseño urbano sustentableManejo de desechos sólidos

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Gan

anci

as d

e ca

lor (

W)

Ref

eren

cia

F. S

ur

Som

brea

da

Ais

lada

Som

b y

Ais

l

Som

b, A

isl y

Veg

Som

b, A

isl,

Veg

yM

uro

desc

Aislante,

5 cm de poliestireno

Sistemas de ventilación subterránea

Sistemas de descarga de calor

8.65

4.50

planta baja

4.50

B'

6.02

2.49

1.30

1.55

1.55

1.55

1.55

1.551.551.55 1.55 1.551.55

1.55

1.55

1.55

1.55

1.30

1.405 piezas

2.248 piezas

a hueso28 x 28 cm colocadas

piezas precoladas

2.248 piezas

1.405 piezas

28 x 28 cm colocadas piezas precoladas

a hueso

30x60x90 cm

piezas precoladastrapezoidales

28 x 28 cm colocadas piezas precoladas

a hueso

1.124 piezas

1.124 piezas

B

A A'

1.65 1.65

DF y CuernavacaDF y Cuernavaca

Techo con concreto normalTecho con concreto normalFachada Principal al Este

5.- Resumen del Cálculo

5.1.- Presupuesto energético

Ganancia por conducción

(W)

Ganancia por radiación

(W)

Referencia (φcr) -596.38 (φsr) 2,111.50 (φr) 1,515.13

Proyectado (φcp) -544.78 (φsp) 2,177.12 (φp) 1,632.34

5.2.- Cumplimiento

Si (φr) >(φp) FALSO No (φr) < (φp)

Ganancia totalFórmula

φr= φrc + φrs

φp= φpc + φps

(W)

Fachada Principal al Sur

5.- Resumen del Cálculo

5.1.- Presupuesto energético

Ganancia por conducción

(W)

Ganancia por radiación

(W)

Referencia (φcr) -616.46 (φsr) 2,215.39 1,598.93

Proyectado (φcp) -647.23 (φsp) 1,749.36 1,102.13

5.2.- Cumplimiento

Si (φr) >(φp) X No (φr) < (φp)

Ganancia totalFórmula

φr= φrc + φrs

φp= φpc + φps

(W)

CostoCosto--beneficiobeneficio

CostoCosto--beneficio beneficio

Diseños convencionales

Altos requerimientos de

energía

Diseños bioclimáticos

Ahorros reales de energía

Costos totales:Costos totales:gCosto de adquisición de la edificación

nLotenViviendanUrbanizaciónnEquipamiento

gCostos de mantenimientonReposiciónnMisceláneosnDepreciaciónnLimpieza de equipos

gCostos de operaciónnEnergíanDemandanFactor de potencia

InversiInversióón n inicial ( Iinicial ( Ioo))

Diseño convencional

Diseños bioclimáticos

$$

Ambiente(DB+, DC+-)

Medio Social

Usuario(DB+, DC-)

Constructor(DB+,DC++)

Gobierno(DB+,DC+)

ConclusionesConclusiones

ConclusionesConclusiones

Edificios confortables de bajo consumo energético

Los costos de energía eléctrica para los usuarios pueden ser reducidos en forma importante, si el diseño de la edificación es el adecuado.Los usuarios pueden tener ahorro de energíaVivir en mejores condiciones de confort.

Algunas medidas de diseño bioclimáticono tienen costo

La normatividad oficial mexicana motivara a considerar el ambiente energético donde se construida el edificio

Dos principales programas oficiales La Casa Nueva/La Comunidad Nueva de la SENER y Vivienda Sustentable de CONAFOVI

Arquitectura bioclimática acorde con los principios de sustentabilidad