Arquitectura bioclimatica en lugares deserticos

RECOMENDACIONES ECOTECNOLOGICAS DE CLIMATIZACION BIOCLIMÁTICA CIUDAD JUÁREZ, CHIH. Material compilado para uso docente

Irradiación global en veranoHernández-Tejeda

675 Cal/cm2-día700 Cal/cm2-día

400 Cal/cm2-día

Irradiación global en inviernoHernández-Tejeda

300 Cal/cm2-día

400 Cal/cm2-día

Localización

Ciudad Juárez, fundada en clima semidesértico y a una altura sobre el nivel del mar de 1135 metros

REQUERIMIENTOS DE CLIMATIZACIÓN B. GIVONI

HRS. ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE0:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

1:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

2:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

3:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

4:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

5:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

6:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV CAL.CONV

7:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

8:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

9:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO

10:00 CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO

11:00 CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO

12:00 CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT INERCIA, VENT. INERCIA, ENFR. INERCIA, ENFR. INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. CONFORT CONFORT CAL.PASIVO

13:00 CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT INERCIA, VENT. INERCIA, ENFR. INERCIA, ENFR. INERCIA, RAD.INF. INERCIA, VENT. CONFORT CONFORT CAL.PASIVO

14:00 CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT INERCIA, VENT. INERCIA, ENFR. INERCIA, ENFR. INERCIA, RAD.INF. INERCIA, VENT. CONFORT CONFORT CAL.PASIVO

15:00 CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT INERCIA, VENT. INERCIA, ENFR. INERCIA, ENFR. INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. CONFORT CONFORT CAL.PASIVO

16:00 CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO

17:00 CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. INERCIA, VENT. CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO

18:00 CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO

19:00 CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

20:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

21:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV

22:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.CONV CAL.CONV

23:00 CAL.CONV CAL.CONV CAL.CONV CAL.PASIVO CAL.PASIVO CONFORT CONFORT CONFORT CAL.PASIVO CAL.PASIVO CAL.CONV CAL.CONV

CONDICIÓN: MUY FRÍO FRÍO CONFORT CÁLIDO SECO CÁLIDO SECO

REQUIERE:CALENTAMIENTO CONVENCIONAL CALENTAMIENTO PASIVO PROTECCION SOLAR VENTILACIÓN INERCIA TÉRMICAINERCIA TÉRMICA RADIACIÓN INFRARROJA

SÍNTESIS YDIAGNÓSTICO

Sistemas pasivos de climatización Sistemas pasivos de climatización y y

EcotecnologíasEcotecnologías

Arq. Cosme F. Espinoza G.

Espectro Electromagnetico Espectro Electromagnetico

Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético

Existen Ondas que se ven….

y ondas que no se ven….

Ondas electromagnéticasElectricidad

Magnetismo

Espectro electromagnético

Luz Visible

¿Calor radiante? Se trasmite con ondas largas infrarrojas en todas las direcciones. Estas, independientes de corrientes de aire, calientan todos los objetos. Por tanto, se calientan los muebles, las paredes y también las personas en la habitación. Todos estos materiales devuelven el calor al espacio y al aire, lo que nos da un bienestar agradable.

El calor es transferencia de energía debido a diferencias de temperatura. En este contexto se introduce la caloría: Una caloría es el calor que se necesita transferir a un gramo de agua, para cambiar su temperatura de 14.5 a 15.5 grados Celsius Se tiene además: 1Cal=1000 cal.

Los sistemas de calefacción calientan directamente el aire en la habitación. Eso se llama convección. El aire calentado sube.Resultado: •  Temperaturas altas en el techo (7ºC de diferencia con el suelo).•  Pies fríos.•  Derroche de energía.•  Aire seco y con polvo lo que pueda irritar las vías respiratorias.

Protección de vientos fríos

Evitar pérdida de calor

Materiales con masa térmica

NORTE

Propiciar ganancia solar todo el día

SUR

Amortiguar diferencias térmicas entre exterior e interior

1. Propiciar la ganancia solar durante todo el día.2. Amortiguar en interiores las diferencias térmicas exteriores entre el día y la noche

(14 horas de retraso térmico).3. Protección de los vientos fríos.4. Almacenar el calor con materiales de masa térmica.

Temperatura de confort preferida en la estación:Tn= 20.4ºC

TEMPORADA FRÍANoviembre, diciembre, enero y febrero

BIOCLIMA ESTACIONAL INVIERNO

ANÁLISIS Y ESTRATEGIAS

Propiciar ganancia solar en la mañana y tarde

Protección de vientos fuertes todo el día

Reducir ganancia de calor a mediodía

Evitar pérdida de calor

Materiales con masa térmica

NORTE

Propiciar humidificación a mediodía

SUR

Amortiguar diferencias térmicas entre exterior e interior

1. Propiciar la ganancia solar en la mañana y tarde.2. Reducir los aportes caloríficos del exterior a medio día.3. Propiciar una humidificación ligera a mediodía.4. Protección de vientos fuertes durante todo el día.5. Amortiguar en interiores las diferencias térmicas exteriores entre el día y la noche (14

horas de retraso térmico).

Temperatura de confort preferida en la estación:Tn= 22.7ºC

TEMPORADA TEMPLADAMarzo, abril y octubre

BIOCLIMA ESTACIONAL TRANSICIÓN 

ANÁLISIS Y ESTRATEGIAS

Protección del soleamiento directo

Propiciar el enfriamiento nocturno estructural Reducir ganancia de

calor todo el día

Materiales con masa térmica

NORTE

Amortiguar diferencias térmicas entre exterior e interior

Propiciar ventilación con humedad

SUR

1. Reducir los aportes caloríficos del exterior todo el día.2. Protección del soleamiento directo.3. Amortiguar en interiores las diferencias térmicas exteriores entre el día y la

noche ( 14 horas de retraso térmico).4. Propiciar el enfriamiento nocturno estructural.5. Propiciar la humidificación todo el día.6. Optimizar la ventilación natural.7. Reducir el calor acumulado en la estructura.8. Propiciar el enfriamiento evaporativo a mediodía.

TEMPORADA CÁLIDO- SECOMayo, junio, julio, agosto y septiembre

Temperatura de confort preferida en la estación:Tn= 25.6ºC

BIOCLIMA ESTACIONAL VERANO

ANÁLISIS Y ESTRATEGIAS

ANÁLISIS Y ESTRATEGIAS

Los objetivos primordiales de climatización durante todo el año pueden reducirse a 4 solamente.

1. Optimizar el control y la ganancia solar.

2. Optimizar el control en el uso de la ventilación.

3. Uso de materiales con inercia térmica.

4. Propiciar la humidificación.

ANÁLISIS Y ESTRATEGIAS

Elementos del control y Ganancia solarElementos del control y Ganancia solar

AleroAlero

Elementos del control solarElementos del control solar

Quiebrasol, PartesolQuiebrasol, Partesol

Aleros y cortinas exterioresAleros y cortinas exteriores

Aleros y juego de volúmenesAleros y juego de volúmenes

Efecto InvernaderoEfecto Invernadero

Muro Trombe Muro Trombe (Calentamiento y Ventilación inducida)(Calentamiento y Ventilación inducida)

RECOLECCION DIRECTA DE ENERGÍA SOLAR

PARA VIVIENDAS

El calor, que se regenera constantemente por los efectos del sol, la lluvia y el viento, es extraído por medio de un captador exterior enterrado a una profundidad que puede oscilar entre 60 cm y 1 m aproximadamente o de una sonda geotérmica vertical.

VENTILACION PASIVAVENTILACION PASIVA

The Indian Teepee is a classic example of structure employing these forces to ensure adequate ventilation by the provision of a doorway to allow entry of fresh air, and a hole at the top to exhaust stale air.

These devices were either holes in the roof with some type of elevated covering to keep the weather out, or new styles of roof systems called Lantern or jack roofs.

Efficient natural ventilation

No ventilationAbsence of roof

ventilators prevents hot and stale air

escaping building.

Minimum ventilationPoorly designed ridge

ventilators do not promote adequate ventilation or air

movement in building.

Good ventilationEfficient turbine

ventilators exhaust hot and stale air and

provide a given number of air changes per hour

for the building.

Esquema del efecto chimenea en la ventilación natural

Ventilación natural debida al efecto del viento

Muro Trombe Muro Trombe (Ventilación inducida)(Ventilación inducida)

Air movement

An acceptable, naturally, ventilated environment can be achieved by exhausting stale air through roof mounted turbine ventilators, such as the market leading Hurricane™ Turbine Ventilator, to provide a given number of air changes per hour.The exhausted air is replaced with fresh air at ambient temperature, which is drawn into the building via low level louvres and doorways, thus providing vertical air movement, which is the most natural, efficient and predictable way to ventilate buildings.

http://www.everbreeze.com.au/services/rooftop/naturalventilation.htm

Natural VentilationProvides an acceptable environment in terms of temperature, humidity and air movement

Sistema de humidificaciónSistema de humidificación

Ventilación directa y Ventilación directa y subterráneasubterránea

Dubai Old-fashioned air-conditioning! The tower catches wind from four directions and channels it down into the house.

Las torres de viento eran construidas provisionalmente en verano y retiradas en invierno. Preferentemente las torres eran ubicadas sobre el área social, montadas sobre postes siguiendo una planta cuadrada.

Este tipo de casas, pese a su relativo bajo costo, ofrecían serios problemas de seguridad y un riesgo inminente frente a incendios o tormentas.

Utilizando un modelo de la casa Bukash, la Dra. Anne Coles y el Arquitecto Peter Jackson efectuaron análisis computarizados del flujo de aire en las torres. En color azul puede verse cómo la brisa exterior es captada y conducida al interior de la casa, aún con las puertas cerradas. En color verde, el aire interior es succionado y extraído fuera de la casa.

En la década de los 70s cuando el petróleo y el desarrollo portuario empezaron a traer desarrollo a Dubái, muchas de estas casas empezaron a ser descuidadas, sus familias se mudaron a casas más modernas y las tradicionales quedaron abandonadas o fueron demolidas por desarrolladores inmobiliarios

Un ab anbar con doble cúpula y captadores de viento en el desierto. Ciudad de Naeen, cercano a Yazd

Badgirs (or Barjeels) in Yazd, Iran)

uso de captadores de viento y qanat para refrescamiento

Borujerdi ha House, built 1857. Iran. Photo taken by user Zereshk, En el centro de Irán. Construido en 1857, es un excelente ejemplo de la antigua y tradicional arquitectura del desierto persa. Los dos altos captadores de viento de la casa andaruni.

El captador de viento de "Dowlat-abad" en Yazd, es uno de los más grandes construidos en pie.

A new wind power machine has been inspired by a centuries-old idea: Persian "wind catchers." Windation Energy Systems, a California start-up, has developed a wind appliance that looks similar to the modern heating and cooling equipment you see on corporate building rooftops.There's a 8-by-8-foot frame around a 10-foot-high cylinder. Wind blows in the top and is directed to the bottom where the wind turns a turbine to make up to 5 kilowatts of electricity. A single unit wouldn't generate enough power for an entire office building but could offset a significant portion, the company says

Read more: http://crave.cnet.co.uk/greentech/ancient-persia-inspires-windation-small-turbine-10001749/#ixzz1Mknz6NHZ

WINDATION ENERGY SYSTEMS AUSTRALIA PTY LTD provides the most effective renewable energy wind turbine suitable for installation to urban buildings in the world. The patented TWM 5000 units by Windation produce up to 5Kw of clean electricity, have no external moving parts and discretely produce electricity. The units are un-obtrusive and comply to International standards IEC 61400-2. Windation units are the premier choice for urban wind farming as the units can be mounted in multiple arrays and operate whisper quietly. Additional power can be produced with solar panel mounting making Windation’s urban wind turbines an unbeatable choice for energy conscious building owners, tenants, investors, or clean power companies. Windation’s TWM mounts like a commercial Air conditioning unit with ease and plans are being been made to position Windation as the number 1 clean energy wind turbine network globally

Wind CatchersWind Catchers and Wind Driven Ventilation Systems offer the best in Natural Ventilation by harnessing the natural movement of the air around us. The design of the Wind Catcher is such that it can capture the air movement and with the use of a controlled damper system, is able to transfer this air directly to through the grille assembly below

The Chilterns Gateway Centre on Dunstable Downs is home to this amazing, surprisingly low-tech air conditioning system. The Wind Catcher, seen above, sits approximately 100m away from the main building and naturally draws air underground to one end of a pipe, the other end of which sits inside the centre’s main building. By the time the air reaches the centre it has been cooled by the earth’s latent temperature. It’s a beautiful modern take on a system which has been used for centuries in Persian architecture

The Kingspan Off-Site’s Lighthouse design is an example of a zero-emissions home design in the UK that was unveiled in 2007.  It utilizes (1) a wind catcher for summer ventilation, (2) photovoltaic panels for hot water and electricity, (3) a high level of wall insulation, and (4) a biomass boiler.  The house would cost about 40% more than an average house of the same size, but will save tremendously in operating costs, which will over-time cancel out the initial pricetag. 

Porche

Porche-Vegetación-Pérgolas

El Porche en Ciudad Juárez

Acequias

Vegetación tipo por fachada para sombreado

Fachada norte

Vivienda solar(Las Cruces N.M.)

Fachada norte;Porche, vegetación y nulas aberturas

Ventilación y humidificación

Fachada sur; Aleros, áreas transparentes y vegetación

PROPUESTASDISEÑO ARQUITECTÓNICO

VEGETACIÓN

ESFERICA

OVOIDAL

COLUMNAR

CONICA

EXTENDIDA

PENDULAR

IRREGULAR

ABANICO

HORIZONTAL

DE PARASOL