Guimaraes mercon mariana - confort termico y tipologia en clima calido-humedo tc

Universidad Politècnica de Catalunya

Master Oficial Arquitectura Energía y Medio Ambiente

Departamento de Construcciones Arquitectónicas I

Confort Térmico y Tipología Arquitectónica en Clima Cálido-Húmedo

Análisis térmico de la cubierta ventilada

Mariana Guimarães Merçon

2008

Universidad Politècnica de Catalunya

Master Oficial Arquitectura Energía y Medio Ambiente

Departamento de Construcciones Arquitectónicas I

Confort Térmico y Tipología Arquitectónica en

Clima Cálido-Húmedo Análisis térmico de la cubierta ventilada

Mariana Guimarães Merçon

Tesina presentada al Master Oficial Arquitectura, Energía

y Medio Ambiente de la Universidad Politècnica de

Catalunya, Barcelona, España.

Tutor: Rafael Serra Florensa

Barcelona, Septiembre 2008

Confort Térmico y Tipología Arquitectónica en Clima Cálido-Húmedo: Análisis térmico de la cubierta ventilada

i

Resumen

El clima es factor determinante en las decisiones tomadas a cerca de la

vivienda, traduciendo la relación existente entre clima y arquitectura en la

búsqueda de las condiciones óptimas de confort térmico. La tipología

constructiva se encuentra definida más por las zonas climáticas que por las

fronteras territoriales. En zonas cálido-húmedas, la arquitectura característica

es ligera, muy ventilada, protegida en todas las direcciones de la radiación

solar y sin inercia térmica de ningún tipo. Como parte de esta arquitectura, la

cubierta ventilada presentase como el elemento constructivo más significativo,

ya que por si sola define el espacio e indica que el edificio es habitable,

ofreciendo protección contra la lluvia y el sol y creando un cobijo con un

microclima particular. Este trabajo estudia los efectos térmicos en el espacio

interior del edificio como consecuencia de las tipologías de cubiertas y sus

diferentes materiales.

Palabras-clave: clima cálido-húmedo, arquitectura bioclimática, confort

térmico, cubierta ventilada.


ii

Índice

Introducción ............................................................................................. 1

Parte I. El clima cálido-húmedo y su relación con el hombre .................................................................................... 5

I.1. El clima considerado...................................................................... 6

I.1.1 El clima Cálido-Húmedo en el planeta................................... 7

I.1.2 Las características del clima Cálido-Húmedo........................ 8

I.2. Elementos del clima y los efectos sobre el ser humano .......... 10

I.2.1 Zona de Confort................................................................... 10

I.2.2 Elementos del Clima............................................................ 11

I.1.1.1. Temperatura del Aire ......................................................... 12 I.1.1.2. Humedad Relativa ............................................................. 12 I.1.1.3. Movimiento del Aire ........................................................... 13 I.1.1.4. Radiación Solar.................................................................. 14 I.1.1.5. Precipitación ...................................................................... 16

I.2.3 La Gráfica Bioclimática ........................................................ 16

I.2.4 Efectos Microclimáticos ....................................................... 19

I.1.1.6. Altitud ................................................................................. 19 I.1.1.7. Orientación del Relieve...................................................... 20 I.1.1.8. Masas de agua .................................................................. 21 I.1.1.9. Entorno construido............................................................. 22 I.1.1.10. Vegetación ....................................................................... 23

Parte II. Soluciones de diseño ambiental adoptadas en respuesta al clima......................................................................... 25

II.1. La arquitectura vernácula del clima Cálido-Húmedo ................ 26

II.2. Orientación y forma de la arquitectura....................................... 30

II.2.1 La orientación ...................................................................... 30

I.1.1.11. Los efectos del sol ........................................................... 30 I.1.1.12. El impacto de la radiación solar ....................................... 30

II.2.2 La forma............................................................................... 31

I.1.1.13. En la naturaleza ............................................................... 31 I.1.1.14. Orientación sol-aire.......................................................... 33


iii

I.1.1.15. Distribución interna .......................................................... 34 I.1.1.16. Factor viento .................................................................... 34

II.3. Ventilación .................................................................................... 36

II.3.1 Ventilación cruzada ............................................................. 36

II.3.2 Barreras de viento ............................................................... 39

II.3.3 La arquitectura..................................................................... 43

I.1.1.17. Cubierta ventilada ............................................................ 43 I.1.1.18. Cerramientos permeables................................................ 44 I.1.1.19. Elevación del suelo .......................................................... 46 I.1.1.20. Otros sistemas de ventilación .......................................... 46

II.4. Control solar ................................................................................. 48

II.4.1 La transmisión de calor........................................................ 48

II.4.2 La arquitectura..................................................................... 50

I.1.1.21. Aleros o voladizos............................................................ 50 I.1.1.22. Lamas, pantallas y celosías............................................. 51 I.1.1.23. Vegetación ....................................................................... 54

II.5. El efecto térmico de los materiales............................................. 56

Parte III. Análisis térmico de la cubierta ventilada ............. 58

III.1. La cubierta ventilada en los trópicos ......................................... 59

III.1.1 De la cubierta ventilada vernácula a la contemporánea ..... 59

III.1.2 Las tipologías y los materiales ............................................ 60

III.2. El análisis...................................................................................... 65

III.2.1 Hipótesis ............................................................................. 65

III.2.2 Descripción del estudio....................................................... 65

I.1.1.24. Definición del tipo y materiales de la cubierta.................. 65 I.1.1.25. Los parámetros fijos......................................................... 67

III.2.3 Método................................................................................ 71

III.2.4 Resultados .......................................................................... 75

I.1.1.26. Cubierta no ventilada ....................................................... 76 I.1.1.27. Cubierta ventilada ............................................................ 77 I.1.1.28. Cubierta por materiales.................................................... 78

Consideraciones finales .............................................................. 83

Referencias Bibliográficas.................................................................... 87


iv

Índice de Figuras

Figuras 1 y 2 – Casa rural en Australia y en Costa Rica. Los elementos y el lenguaje

arquitectónicos son los mismos aunque en regiones geográficas distintas. ................................ 2

Figura 3 – Los Climas del Mundo.................................................................................................. 6

Figura 4 – Posición de la ZCIT en julio (rojo) y en enero (azul).................................................... 7

Figura 5 – Temperaturas medias en la zona tropical del planeta. ................................................ 8

Figura 6 – Vegetación típica de la zona tropical. .......................................................................... 8

Figura 7 – Precipitaciones en la zona tropical. ............................................................................. 9

Figura 8 - El hombre y la interacción con el medio ambiente. .................................................... 10

Figura 9 - Cambios térmicas entre el hombre y el medioambiente. ........................................... 11

Figura 10 – El gráfico psicométrico. La relación de la temperatura del aire y la humedad relativa

influencian conjuntamente en la sensación de calor y frío. ........................................................ 13

Figura 11 – Gradientes de velocidad del viento en diferentes alturas y diferentes ambientes. (a)

Área urbana, (b) campo con vegetación y (c) campo abierto. .................................................... 14

Figura 12 – Intercambio calorífico al mediodía de un día de verano. ......................................... 15

Figura 13 – Gráfico de Olgyay para la latitud 40º norte. ............................................................. 17

Figura 14 – Gráfica de Olgyay aplicada para la ciudad de Miami, Florida. Las curvas de

temperatura diaria tienen una clara tendencia horizontal. La distribución de la temperatura

anual está comprendida entre dos límites muy cercanos, así como la humedad. ..................... 18

Figura 15 – Comportamiento del aire durante la noche y durante el día en montes y vales. .... 20

Figura 16 – Comportamiento del viento en torno de una colina. ................................................ 21

Figura 17 – Direccionalidad de la lluvia y de los vientos en montañas....................................... 21

Figura 18 – Movimiento del aire junto al mar. (a) Desde el agua hacia le tierra durante el día y

(b) desde la tierra hacia el mar durante la noche........................................................................ 22

Figura 19 – Absorción del calor en los diferentes materiales. (a) Pavimento, (b) hierba y (c)

suelo. ........................................................................................................................................... 23

Figura 20 – Las temperaturas alrededor de los edificios son temperadas o agravadas por la

naturaleza de los materiales del entorno. ................................................................................... 23

Figura 21 – Efecto térmico producido por la sombra de un árbol. .............................................. 23

Figura 22 – Esquema de la vivienda tropical. ............................................................................. 27


v

Figura 23 – Esquema de protección en las aberturas para evitar el deslumbramiento a través de

lamas fijas y móviles. .................................................................................................................. 28

Figuras 24, 25, 26, 27, 28, 29 y 30 – Casas venarculares en diversas regiones de clima

tropical: Asia, África, América Central y del Sur. ........................................................................ 29

Figura 31 – La orientación del edificio con formato este-oeste, con sus principales huecos

orientados en el eje norte-sur y el mínimo posible de huecos orientados para este y oeste. .... 31

Figura 32 – Las hojas de los árboles en cada tipo de clima: frío, templado, cálido-árido y cálido-

húmedo........................................................................................................................................ 32

Figura 33 – La forma de la arquitectura cambia de acuerdo con la latitud en que está ubicada.

Más a norte suele a ser compacta priorizando la radiación solar, mientras que más cerca del

Ecuador suele ser más estrecha y alargada en el eje este-oeste priorizando los vientos

dominantes. ................................................................................................................................. 33

Figura 34 – Orientaciones sugeridas para las distintas estancias en el hemisferio norte. ......... 34

Figura 35 – Esquema de las áreas de presión proporcionada por la incidencia del viento en las

diferentes caras del edificio......................................................................................................... 36

Figura 36 – flujo de aire en el interior de la edificación. (a) Grande abertura de entrada y

pequeña abertura de salida no interfiere en la velocidad del aire, mientras que (b) pequeña

abertura de entrada garantizan velocidades máximas en el interior de la construcción. (c) y (d)

El movimiento del aire en el interior de la edificación hace siempre por el camino que sea más

fácil, o sea aquello en que exista una diferencia de presión más alta y una resistencia a su paso

más baja. ..................................................................................................................................... 37

Figura 37 - La situación de entrada determina el modelo de flujo que puede variar no solo por

el posicionamiento de las aberturas como también por el diseño de las mismas. ..................... 38

Figura 38 – Esquema de ventilación con entradas de aire posicionadas en la parte más baja y

salidas de aire posicionadas en la parte más alta del edificio para facilitar la renovación del aire

por diferencia de temperatura. .................................................................................................... 39

Figura 39 – La sombra de viento causada por el arbolado......................................................... 40

Figura 40 - La protección proporcionada por el viento depende del ancho y de la altura de la

barrera. ........................................................................................................................................ 40

Figura 41 - El movimiento del aire en áreas densas de vegetación y en áreas de escasa

vegetación. .................................................................................................................................. 41

Figura 42 – Implantación del edificio de forma aislada para permitir la ventilación cruzada...... 42

Figura 43 – La protección del viento con una ordenación lineal de edificios y de forma a

aprovechar al máximo las brisas................................................................................................. 42

Figura 44 – Modificación del movimiento del aire por medio de paisajismo............................... 43


vi

Figura 45 – Esquema de la cubierta ventilada, utilizándose de un colchón de aire como aislante

y ventilación de la cubierta por efecto chimenea. ....................................................................... 44

Figura 46 – Separación entre espacio interno y externo con diferentes soluciones de

cerramientos móviles dispuestos de acuerdo con la necesidad del momento........................... 45

Figura 47 – La elevación del edificio en el terreno permite el cruce del aire por debajo del

edificio y, al mismo tiempo, protección de las humedades e inundaciones. .............................. 46

Figura 48 – Sistemas pasivos de ventilación: efecto chimenea, chimenea solar, aspiración

estática y torre de viento, respectivamente................................................................................. 47

Figura 49 – la energía radiante en las superficies transparentes. .............................................. 48

Figura 50 – La radiación solar proveniente de todas las direcciones. (a) Luz cenital, (b) luz

reflejada del exterior y (c) luz reflejada del interior. .................................................................... 49

Figura 51 – Utilización de elementos físicos para proporcionar sombra y no permitir la

penetración de la radiación solar directa. ................................................................................... 49

Figura 52 – Los porches y las galerías abiertas protegidos del sol y de la lluvia se convierten

locales abrigados y ventilados en la edificación tropical............................................................. 51

Figura 53 – Lamas horizontales, verticales y combinación de las dos con sus respectivos perfis

de sombra.................................................................................................................................... 52

Figura 54 – Reducción del deslumbramiento a través del oscurecimiento de las aberturas,

reduciendo la cantidad de luz y también la cantidad de calor. La luz que entra es filtrada por las

lamas y reflejada por el techo. .................................................................................................... 54

Figura 55 – Proyección de la sombra de los árboles en el edificio a las 9 horas de la mañana, al

mediodía y a las cuatro horas de la tarde. .................................................................................. 55

Figura 56 – En la pared las fuerzas térmicas actúan en el exterior en una combinación de los

impactos por convección y por radiación que son transmitidas para el interior del edificio según

sus propiedades. ......................................................................................................................... 56

Figura 57 –Estructura de ramas y cubierta de hojas de las árboles. En el detalle la paja de

coco. ............................................................................................................................................ 60

Figura 58 – La concepción de la cubierta cónica permite la ventilación cruzada en todas las

direcciones, independiente de la dirección del viento................................................................. 61

Figura 59 – Estructura de la cubierta piramidal en Indonesia..................................................... 61

Figura 60 – Cubiertas dobles en Camerún y en India, respectivamente.................................... 62

Figura 61 – Esquema de micro ventilación en la cubierta. ......................................................... 63

Figura 62 – Esquema de ventilación bajo el revestimiento en la cubierta.................................. 63

Figura 63 – Esquema de ventilación bajo techo en la cubierta. ................................................. 64


vii

Figura 64 – Plano, sección del edificio en estudio. ..................................................................... 68

Figura 65 – Vista aérea de la ciudad de Vitória, Espírito Santo, Brasil. ..................................... 69

Figura 66 – La cubierta no ventilada y sus posibilites. 1 – fibra natural (TF), 2 – teja de madera

(TM), 3 – teja de barro cocida (BR), 4 – teja de amianto (AM) y 5 – teja metálica de acero (MT).

..................................................................................................................................................... 75

Figura 67 – La cubierta ventilada y sus posibilites. 1 – fibra natural (TF), 2 – teja de madera

(TM), 3 – teja de barro cocida (BR), 4 – teja de amianto (AM) y 5 – teja metálica de acero (MT).

A – fibra natural (FN), B – madera (MD), C – forjado de hormigón (HM), D – plástico PVC (PL) y

E – placas de yeso acartonado (YS)........................................................................................... 76

Figura 68 – Temperatura media interior (Ti) para los diferentes materiales constructivos y

diferentes incrementos de aire en cubierta no ventilada. ........................................................... 77


diferentes incrementos de aire en cubierta ventilada. ................................................................ 78

Figura 70 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de fibra natural (paja de coco) sin y

con forjado de fibra natural o madera. ........................................................................................ 78

Figura 71 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de madera sin y con forjado de fibra

natural o madera. ........................................................................................................................ 79

Figura 72 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de teja de barro cocida sin y con

forjado de madera, hormigón, plástico PVC o placas de yeso acartonado. ............................... 80

Figura 73 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de teja de amianto sin y con forjado

de madera, hormigón, plástico PVC o placas de yeso acartonado. ........................................... 80

Figura 74 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de teja metálica de acero sin y con

forjado de madera, hormigón, plástico PVC o placas de yeso acartonado. ............................... 81


viii

Índice de Tablas

Tabla 1 - Temperaturas por hora a lo largo de un año para la ciudad de Vitória, Brasil, latitud

20º sur. La mayor parte de las horas las temperaturas sobrepasan las de la zona de confort

indicando la necesidad de protección solar para la mayor parte del año................................... 53

Tabla 2 – Definiciones de los casos de estudio a partir de la selección de los materiales de

capa exterior y forjado y de la tipología de la cubierta................................................................ 67

Tabla 3 – Las características de los materiales constructivos de la cubierta ventilada.............. 67

Tabla 4 – Materiales de los cerramientos del edificio. ................................................................ 69

Tabla 5 - Las características de los materiales constructivos..................................................... 69

Tabla 6 - Medias mensuales de temperatura media, media máxima y media mínima, humedad

relativa y precipitación para la ciudad de Vitória, Espírito Santo, Brasil. Además la frecuencia y

velocidad del viento por dirección. .............................................................................................. 70

Tabla 7 – La radiación solar en las superficies captadoras para la ciudad de Vitória, Espírito

Santo, Brasil. ............................................................................................................................... 71


1

Introducción

El control del entorno y la creación de condiciones

adecuadas a sus necesidades y al desarrollo de sus

actividades son cuestiones que el hombre se ha

planteado desde sus orígenes. A lo largo del tiempo, los

hombres han buscado, en la construcción de sus

refugios, satisfacer las necesidades humanas básicas: la

protección ante los elementos y la provisión de un

espacio dotado de una atmósfera favorable para el

recogimiento espiritual.1

El hombre siempre buscó en la arquitectura una manera de protegerse,

sea del sol o de la lluvia, sea del calor o del frío. Además, la creación de un

local donde sea capaz de satisfacer sus necesidades, en la busca de confort

térmico y desarrollo de sus actividades.

El clima es factor determinante en las decisiones tomadas a cerca de la

vivienda, visto que los parámetros que actúan en cada situación hacen con que

cada región tenga condiciones distintas de temperatura del aire, de radiación,

de humedad relativa y de movimiento del aire.

Estos parámetros en combinaciones únicas definen las zonas climáticas,

que poseen clasificaciones distintas de acuerdo con cada autor, siendo los más

utilizados el de W. Köppen. Adoptando como criterio la relación entre clima y

vegetación, determina cinco zonas climáticas básicas: tropical-lluviosa, seca,

templada, boscosa-fría y polar.

Dentro de la clasificación de W. Köppen, este trabajo se especifica en

estudiar el clima tropical-lluvioso, o cálido-húmedo, y su relación con la

arquitectura.

Esta relación existente entre clima y arquitectura está explicada por

Jean Dollfus en su muestrario de viviendas de todo el mundo en que afirma que

el principal objetivo de las construcciones ha sido siempre la búsqueda de las

condiciones óptimas de confort térmico. Según sus análisis, concluye que la

1 Olgyay (1963).


2

tipología constructiva se encuentra definida más por las zonas climáticas que

por las fronteras territoriales. Aunque existan variaciones, producto de

particularidades de cada cultura o de disponibilidad de material, la forma de la

vivienda autóctona nace de su relación con el entorno.

La proporción entre macizo y aberturas al exterior

depende tanto de la psicología popular como del clima y

de los materiales empleados.2

Figuras 1 y 2 – Casa rural en Australia y en Costa Rica. Los elementos y el lenguaje arquitectónicos son los mismos aunque en regiones geográficas distintas.

Desde la antigüedad el hombre reconocía que la adaptación era un

principio esencial en la arquitectura con el objetivo de alcanzar el confort

térmico.

En las zonas cálido-húmedas, donde las temperaturas son altas, la

radiación siempre intensa, las nubes y lluvias son frecuentes, y la humedad es

constantemente alta: la arquitectura popular característica es ligera, muy

ventilada, protegida en todas las direcciones de la radiación y sin inercia

térmica de ningún tipo.

En las regiones cálido-secas, las temperaturas son muy altas durante el

día pero bajan bastante durante la noche. La radiación solar es directa y los

vientos cargados de polvo son molestos, que hacen con que la arquitectura de

2 Dollfus por Olgyay (1963).


3

este clima sea compacta, con escasas aberturas, muchas veces con gruesas

paredes o subterráneas para obtener la máxima inercia térmica. Además

utilizan el recurso del patio, protegido del sol, humedecido y refrescado con la

presencia de agua.

En las regiones frías, con las temperaturas bajas durante todo el año,

escasa radiación y precipitaciones frecuentes, la arquitectura autóctona es

compacta, aislada y con pequeñas aberturas, con el objetivo de conservación

de calor en su interior.

En climas templados, donde presentan acusados cambios de

condiciones a lo largo del año, la arquitectura se hace más compleja, al tener

que ser adaptable. La arquitectura popular siempre se ha visto obligada a

incorporar soluciones y sistemas flexibles, que facilitan resolver los problemas

de frío en invierno y de calor en verano, como sistemas de sombreamiento para

días cálidos y aislamiento móviles para días fríos, aberturas practicables para

permitir la ventilación, espacios intermedios entre interior y exterior para

generar microclimas favorables, etc.

La arquitectura se modifica a fin de proporcionar al hombre las

condiciones necesarias de confort.

La consecuencia final de todas las consideraciones que pueden hacerse

sobre el bienestar es que, en cualquier espacio arquitectónico se puede actuar,

desde el inicio del diseño, sobre los parámetros ambientales que resultarán en

el edificio. Es decir, la “arquitectura del ambiente”, en cual la persona receptora

del mismo pasa a ser el primer factor a considerar.

La tesina tiene por objetivo estudiar los efectos del clima sobre el

hombre y relaciónalo con las tipologías de arquitectura para climas cálidos-

húmedos, a través de soluciones de diseño ambiental que sean capaces de

responder a las necesidades de confort térmico del hombre.

El trabajo se desarrolla en tres partes:

Parte I. El clima cálido-húmedo y su relación con el hombre

Parte II. Soluciones de diseño ambiental adoptadas en respuesta al

clima


4

Parte III. Análisis térmico de la cubierta ventilada

La primera parte trata de describir las características del clima cálido-

húmedo y sus efectos en el confort térmico del hombre. La influencia de los

parámetros de temperatura del aire, radiación, humedad relativa y movimiento

del aire en tales condiciones climáticas.

La segunda parte trata de relacionar las tipologías arquitectónicas

(soluciones de diseño) capaces de responder a las necesidades de confort

térmico del hombre para el clima en cuestión.

El trabajo se completa con la tercera parte que trata de hacer un análisis

térmico de la cubierta doble ventilada tradicional y contemporánea, con sus

diferentes materiales, a fin de verificar su respuesta térmica en el espacio

interior de la edificación.

Parte I. El clima cálido-húmedo y su relación con el hombre


6

I.1. El clima considerado

Se comprende por clima el conjunto de los valores promedios de las

condiciones atmosféricas que caracterizan una región. Estos valores promedio

se obtienen con la recopilación de la información meteorológica durante un

periodo de tiempo suficientemente largo. Según se refiera al mundo, a una

zona o región, o a una localidad concreta se habla de clima global, zonal,

regional o local (microclima), respectivamente.3

Figura 3 – Los Climas del Mundo

Para el estudio del clima local hay que analizar los elementos del tiempo:

la temperatura del aire, la humedad relativa, la radiación solar, los movimiento

de aire y las precipitaciones.

Hay una serie de factores que pueden influir sobre estos elementos: la

latitud geográfica, la altitud del lugar, la orientación del relieve con respecto a la

incidencia de los rayos solares o a la de los vientos predominantes, las

corrientes oceánicas y la continentalidad, distancia al océano o al mar.

3 Wikipedia


7

I.1.1 El clima Cálido-Húmedo en el planeta

El clima cálido-húmedo es propio de las regiones tropicales, entre lo 0º

latitud (Ecuador) y los 23º latitud Norte y Sur, es decir, entre los trópicos de

Cáncer y Capricornio, respectivamente.

Dicho clima es consecuencia de la Zona de Convergencia Intertropical

(ZCIT), un cinturón de baja presión que ciñe el globo terrestre el la región

ecuatorial. Está formado, como su nombre indica, por la convergencia de aire

cálido y húmedo de latitudes por encima y por debajo del ecuador.

En estas áreas la lluvia simplemente se intensifica con el aumento de la

insolación solar y disminuye a medida que el sol ilumina otras latitudes. Las

variaciones de posición de la ZCIT afecta las precipitaciones en los países

ecuatoriales produciendo estaciones secas y húmedas en lugar de frías y

cálidas como en las latitudes superiores. Además, modifica la dirección del

viento, de norte a sur y viceversa.

Figura 4 – Posición de la ZCIT en julio (rojo) y en enero (azul).

Estas condiciones climáticas se encuentran en los siguientes países:

México Colombia Costa Dorada Mozambique Malasia

Islas del Caribe Venezuela Nigeria Madagascar Indonesia

Guatemala Guianas África Ecuatorial India Indo-China

Honduras Brasil Congo Pakistán Filipinas

Nicaragua África Occidental Kenya Ceylon Australia

Costa Rica Sierra Leona Tanganyika Burma

Panamá Liberia Uganda Tailandia


8

I.1.2 Las características del clima Cálido-Húmedo

En el clima de las zonas intertropical las temperaturas medias son altas,

con variaciones poco acusadas entre día-noche y estacionales. La humedad es

muy alta, frecuente nebulosidad y fuertes precipitaciones irregulares. Es decir,

las temperaturas medias mensuales son elevadas y bastante uniformes a lo

largo del año, siendo la media anual superior a los 20 ºC. El régimen térmico

varía entre 3 y 10 ºC, mayor en el interior y menor en las áreas costeras. Las

precipitaciones oscilan entre los 400 y los 1.000 mm anuales, aunque la

variedad de clima monzónico alcanza valores muy superiores. Alternan las

estaciones secas cuya duración varía según la proximidad al Ecuador terrestre,

y una estación húmeda con un gran número de precipitaciones.

Figura 5 – Temperaturas medias en la zona tropical del planeta.

Figura 6 – Vegetación típica de la zona tropical.


9

Figura 7 – Precipitaciones en la zona tropical.


10

I.2. Elementos del clima y los efectos sobre el ser humano

I.2.1 Zona de Confort

Los efectos del medio ambiente inciden directamente sobre el hombre a

través de los parámetros térmicos, acústicos y lumínicos. Sumado a estos, los

factores de confort físico, biológico-fisiológico, sociológico y psicológico. El

cuerpo humano puede absorberlos o percibir sus efectos, esforzándose para

llegar a un punto de equilibrio, adaptándose a su entorno a punto que

solamente requiera un mínimo de energía. Las condiciones bajo las cuales

consigue este objetivo se definen como zona de confort.

Dentro de los elementos físicos del entorno que tienen influencia sobre

las personas, este trabajo se limita analizar uno de los elementos – la

sensación térmica –, sin el cual no es posible satisfacer el confort.

Figura 8 - El hombre y la interacción con el medio ambiente.


11

El aire reúne tres de los cuatros parámetros que

condicionan la sensación térmica: su temperatura, humedad

(contenido de vapor de agua) y movimiento (velocidad).

Sumado a estos, la radiación solar, que juntos forman los

elementos principales que afectan la comodidad.

Los medios por los que el ser humano intercambia

calor con el ambiente físico pueden clasificarse en cuatro

procesos principales. A través de la radiación se estima que

el cuerpo humano pierde 40% de su calor. Pierde otros

40% por convección y conducción y, los 20% restantes por

la evaporación. Sin embargo, estas proporciones poden

cambiar si ocurren variaciones en las condiciones térmicas.

Por ejemplo, en climas con alta humedad la evaporación a

través de la piel tornase perjudicada debido al alto índice de

vapor de agua presente en el ambiente.

Hay que tener en cuenta para definir la zona de confort la variabilidad de

la sensación térmica de los individuos: el tipo de vestimenta, naturaleza de

actividad que se realiza, sexo, edad y la aclimatación, que de acuerdo con la

localización geográfica afecta la sensación de confort.

El límite superior de temperatura a que puede resistir el hombre es el

unto de insolación debido a la radiación solar, y el límite mínimo es el punto de

congelación. Entonces, la temperatura ideal de aire debe encontrarse en la

media de los dos extremos.

En estos límites, se mueven las condiciones de comodidad térmica, que

dependerá de los factores de los usuarios. Hay que hablar de temperaturas del

aire entre 15 y casi 30º C, con humedades entre el 40 y el 80% de la saturación

para cada temperatura.

La vivienda es el principal instrumento que nos permite satisfacer las

exigencias de confort adecuadas. Modifica el entorno natural y nos aproxima a

las condiciones óptimas de habitabilidad.

I.2.2 Elementos del Clima

Figura 9 - Cambios térmicas entre el

hombre y el medioambiente.

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado


12

A los arquitectos interesan aquellos aspectos del clima que afectan al

confort humano y al empleo de los edificios. Comprenden valores medios,

variaciones y valores extremos de temperatura, diferencias térmicas entre día y

noche, humedad, condiciones del cielo, radiación directa y difusa, lluvias y

movimiento del aire. No obstante, deben tenerse en cuenta los efectos

modificados de las condiciones microclimáticas.

I.1.1.1. Temperatura del Aire

La temperatura del aire, tomada al instante, puede variar dependiendo

del local donde es leída, si a sombra o en el sol, si el suelo del local es hierva o

pavimentado, etc.

En una lectura general, medida por las estaciones meteorológicas y

sobre condiciones predeterminadas, la variación de la temperatura diurna

depende del estado del cielo. En días despejados, la grande cantidad de

radiación solar recibida y la libre expansión de la misma originan amplia

margen de variación térmica, mientras que en días nublados, dicho margen es

inferior. Veranos con días abiertos son más calientes, mientras que inviernos

con días en las mismas condiciones, generalmente son más fríos que con días

nublados.

En clima cálido-húmedo, como mencionado anteriormente, las

temperaturas durante todo el año están por encima de los 20 ºC, con veranos

con temperatura extremas que pueden sobrepasar los 40 ºC e inviernos,

normalmente, las temperaturas se encuentran dentro de una zona de confort

aceptable.

Para el proyecto, cuanto a temperatura, son importantes los valores

medios, las temperaturas extremas, máximas y mínimas, diferencias térmicas

entre día y noche y las condiciones del cielo.

I.1.1.2. Humedad Relativa

La Humedad relativa del aire es una indicación directa del potencial de

evaporación, la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Hay que

estudiarse conjunta con la temperatura del aire. Es decir, mayor temperatura y

mayor humedad del aire producen más sensación de calor.

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Figura 10 – El gráfico psicométrico. La relación de la temperatura del aire y la humedad

relativa influencian conjuntamente en la sensación de calor y frío.

En condiciones de altas humedades, caso de los climas tropicales, la

comodidad térmica resulta más difícil, produciendo desde la sensación de

bochorno a la incomodidad del frío, sin puntos confortables intermedios.

También en condiciones muy bajas de humedad, se llega a un punto de

molestia fisiológica, la sequedad del aire dificulta la respiración.

En busca del confort térmico, en climas húmedos, tanto en invierno

cuanto en verano, la solución arquitectónica es utilizar estrategias de

ventilación, que hablaremos en seguida.

Para el proyecto, es importante para el arquitecto conocer la humedad

relativa del aire para cada un de los valores de temperatura (media, máxima y

mínima).

I.1.1.3. Movimiento del Aire

El movimiento del aire no modifica la temperatura pero provoca una

sensación de frescor debida a la pérdida de calor por convección y aumento de

la evaporación del cuerpo. Resulta que para cada 0,3 m/s de velocidad del aire

viene a equivaler al descenso de 1º C en la sensación térmica de una persona.

En verano cálido, es capaz de reducir la sensación de calor al

incrementar las pérdidas por convección y la evaporación de la transpiración

del cuerpo. Y en inverno, la adecuada ventilación, aunque enfríe el aire interior,

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se produce un acentuado descenso de humedad, se secan las ropas y

aumenta la sensación de bienestar.

Para el cálculo del viento debe tenerse en cuenta la disminución de la

velocidad del viento en niveles cercanos al suelo, ya que las mediciones

hechas por la estaciones meteorológicas son normalmente tomadas a nivel de

cubierta y a nivel del suelo, el aire se encuentra prácticamente en reposo; la

modificación de los flujos de viento operativos debido a la topografía local y al

entorno inmediato; y la evaluación del confort, es decir la velocidad de viento,

desde de brisas agradables hasta vientos indeseados.

Figura 11 – Gradientes de velocidad del viento en diferentes alturas y diferentes ambientes. (a)

Área urbana, (b) campo con vegetación y (c) campo abierto.

Para el proyecto, son importantes los valores de velocidad y dirección

del viento para cada mes o estación. Y hay que comprobar si se producen

cambios diarios o estacionales previsibles.

I.1.1.4. Radiación Solar

La importancia de la radiación para el confort térmico es mucho mayor

de lo que pensamos. Las sensaciones térmicas, en realidad, provienen de

efectos radiantes y afectan el hombre, visto que, case la mitad de los

intercambios de energía del cuerpo humano con el ambiente se realizan por

radiación.

Puede ser utilizado en cierta forma para equilibrar temperaturas

extremas del aire. A bajas temperatura, por ejemplo, una caída de 1 ºC en la

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15

temperatura del aire puede ser compensada elevando la temperatura de

radiación en 0,8 ºC.4

Parte de la radiación incidente se refleja en las superficies de las nubes,

y parte es absorbida por los componentes atmosféricos. Una cierta cantidad es

dispersada por moléculas en la atmósfera, pero parte de la misma se recupera

como radiación difusa. Parte de la radiación que incide sobre el solo es

reflejada por la superficie terrestre, pero la mayor parte de dicha energía es

absorbida, se transforma en calor y eleva la temperatura del aire, del suelo y de

los objetos que se encuentran a su alrededor.5 Es decir, aunque el sol no incida

de forma directa en los edificios, pueden penetrar importantes cantidades de

energías radiantes, y hay que estar atento a sus efectos para evitar problemas

de sobrecalentamiento en interiores, principalmente en climas cálidos.

Figura 12 – Intercambio calorífico al mediodía de un día de verano.

Para evitar los efectos de la radiación, cuando no deseables, debe

evitarse al máximo la incidencia de la radiación solar directa en los edificios, a

través de barreras vegetales, la orientación del edificio y sus aberturas, y

4 Moon por Olgyay (1963).

5 Olgyay (1963).

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16

protegiendo con aleros, persianas o voladizos la cara en que la incidencia de

sol es más fuerte; debe evitarse la entrada de radiación reflejada proveniente

de cualquier dirección, previendo sistemas de oscurecimiento en las aberturas

con entrada de luz controlable y permitiendo el paso del aire; debe reducirse al

máximo la penetración al interior de radiaciones reemitidas de cualquier tipo, a

través de la creación de cámara de aire y acabados exteriores claros.

Además, surge más efecto se la radiación es detenida lo antes posible.

Cuanto más exterior es la barrera a la radiación mejor son los resultados de

comodidad térmica sentidas por el hombre en los interiores.

Para el proyecto, es importante el arquitecto conocer los valores de la

cantidad medias diarias de radiación solar de cada mes del año.

I.1.1.5. Precipitación

Precipitación es el termo colectivo que se utiliza para lluvia, nieve,

granizo, rocío y escarcha, esto es para todo tipo de agua que se precipita de la

atmósfera.

La precipitación se produce por la condensación del vapor de agua

contenido en las masas de aire, cuando dichas masas de aire son forzadas a

elevarse y a enfriarse. Cuando el agua condensada alcanza una masa crítica,

se hace más pesado que el aire que la circunda y precipita.

Para el proyecto, son importantes los valores de intensidad, la cuantidad

en milímetros por unidad de tiempo (hora, mes, año), y direccionalidad.

Además saber si las lluvias están relacionadas con los fuertes vientos, es decir,

si son lluvias torrenciales, común en zonas tropicales, aunque sean por un

corto período de tiempo.

I.2.3 La Gráfica Bioclimática

Los efectos de los elementos climáticos pueden ser agrupados en una

única gráfica dibujada por Olgyay, facilitando comprender el entendimiento de

cada uno de ellos. Dicha gráfica muestra la zona de confort en el centro, con la

zona de confort para invierno que se grafía un poco más abajo. Los elementos

climáticos de alrededor están representados por curvas, lo cual indica la

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17

naturaleza de las medidas correctivas necesarias para recuperar la sensación

de confort en cualquier punto situado fuera de la zona.

Aunque la franja de confort no tiene limites reales, vale recordar que, la

gráfica propuesta por Olgyay fue diseñada para la latitud de 40º norte y, como

las zonas tropicales del planeta se encuentran en latitudes inferiores,

normalmente entre 0º y 23º norte y sur, es necesario elevarse la línea del

perímetro de confort de verano aproximadamente 2/5 ºC para cada 5º de

latitud, pero sin sobrepasar los 29,4 ºC.

Figura 13 – Gráfico de Olgyay para la latitud 40º norte.

En situaciones cuya temperatura seca y humedad relativa conocidas se

encuentran dentro de los límites de la zona de confort no es necesario aplicar

ninguna medida correctora para el pensar proyectual. Para otras situaciones,

serán necesarios introducción de viento, humidificación, radiación solar o

protección de la misma con la finalidad de corregir el entorno para satisfacer la

comodidad térmica.

En climas cálidos y húmedos la temperatura elevada combinada con

humedad relativa también elevada, los puntos de cruce siempre se encuentran

arriba de dicha zona, más a derecha de la gráfica, necesitando como medidas

correctoras introducción de vientos y protección de la radiación solar. No

obstante, en situaciones extremas, cuando las medidas de diseño ambiental no

son suficientes para resolver los problemas de comodidad, deberá ser


18

remediado con soluciones mecánicas, como por ejemplo, aire acondicionado,

deshumidificador, etc.

Figura 14 – Gráfica de Olgyay aplicada para la ciudad de Miami, Florida. Las curvas de

temperatura diaria tienen una clara tendencia horizontal. La distribución de la temperatura anual está comprendida entre dos límites muy cercanos, así como la humedad.

La evaluación bioclimática es el punto de partida para

cualquier proyecto arquitectónico que aspire a

proporcionar un entorno climático equilibrado.6

Conociendo profundamente los elementos climáticos y las necesidades

bioclimáticas de un local específico es posible determinar un balance de las

fuerzas naturales en el edificio, haciendo uso de los aspectos positivos y

alejando los aspectos negativos de la edificación. Radiación solar en períodos

fríos, sombra en épocas calurosas, ventilación en locales húmedos deben ser

considerados para cada necesidad específica con el objetivo que se

6 Olgyay (1963).


19

produzcan, en el interior de la habitación, sensaciones físicas dentro de la

franja de confort.

I.2.4 Efectos Microclimáticos

En general concebimos el clima como una condición uniforme distribuida

sobre una gran área. Sin embargo, en esta gran área existe una infinidad de

factores que influencian en los paramentos meteorológicos haciendo que

dentro de dicho clima ocurra mucho climas particulares, lo que llamamos de

microclimas.

Normalmente los datos climáticos son obtenidos para una macroregión,

macroclima. Es necesario analizar los efectos microclimáticos que pueden

influenciar el clima de emplazamiento de la vivienda ayudando a escoger lo

mejor local de acuerdo con las condiciones climáticas generadas a partir de

factores como altitud, masas de agua, orientación del relieve, vegetación,

entorno construido, etc.

I.1.1.6. Altitud

En la atmósfera, la temperatura disminuye con la altura, en una

proporción de más o menos 0,5 ºC al ascender 100 m en verano y 122 m en

invierno. Este efecto es especialmente importante en zonas tropicales donde

las temperaturas se vuelven más benévolas a medida que aumenta la altitud.

De la misma forma, pequeñas diferencias de en el terreno pueden alterar

las condiciones climáticas. El aire frío es más pesado que el caliente, así que

por las noches la disminución de la radiación hace con que se produzca una

capa de aire frío cerca de la superficie del suelo. El aire frío, más pesado,

circula hacia los puntos más bajos, produciendo “islas frías”, ya que la

existencia de elevaciones impide la distribución de las temperaturas nocturnas

por todo el relieve.


20

Figura 15 – Comportamiento del aire durante la noche y durante el día en montes y vales.

I.1.1.7. Orientación del Relieve

La falda de una montaña recibe el impacto de la radiación solar en

función de la inclinación y de la dirección de sus laderas. Dicha radiación varía,

por presupuesto, dependiendo de la estación del año y del nivel de nubosidad.

En la zona intertropical, las consecuencias de la orientación del relieve

con respecto a la incidencia de los rayos solares no resultan tan marcadas, ya

que una parte del año el sol se encuentra incidiendo de norte a sur y el resto

del año en sentido inverso. Sin, embargo, en esta zona, donde la radiación

solar es elevada a lo largo de todo el año es importante tener en cuenta el

emplazamiento del edificio, priorizando las caras de la montaña más protegidas

del sol.

Una colina también afecta tanto la distribución de los vientos como la de

las precipitaciones. Una montaña desvía el flujo de viento tanto horizontal como

verticalmente, originando mayor aceleración en la cresta de la ladera

enfrentada al viento, y menos turbulencias en la zona baja de la misma, es

decir, zonas de alta velocidad en la parte más alta y flujos más lentos cerca de

la base de la montaña, en la “zona de sombra” de vientos.


21

La precipitación va en la misma dirección del viento hacia la falda de la

montaña, cayendo de forma más vertical hacia la base, donde prevalecen

movimientos de aire más débiles. Sin embargo, en montañas muy altas

producen distribuciones de precipitaciones exactamente opuestas. Cuando el

aire, en la cara ventosa, es forzado a ascender, se producen condensaciones y

precipitaciones adiabáticas.

Figura 17 – Direccionalidad de la lluvia y de los vientos en montañas.

I.1.1.8. Masas de agua

La proximidad del mar modera las temperaturas extremas y suele

proporcionar más humedad en los casos en que los vientos procedan del mar

hacia el continente.

El agua del mar por tener un calor específico mayor que el de la tierra,

se encuentra normalmente más templado que ésta en invierno y más frío en

verano, y generalmente, su temperatura respecto a la tierra es más fría durante

el día y más caliente durante la noche. Esto hace con que durante el día, las

brisas soplen del mar para la tierra y, durante la noche, las brisas hacen el

Figura 16 – Comportamiento del viento en torno de una colina.


22

movimiento opuesto. Las brisas marinas atenúan el calor durante el día y las

terrestres limitan la irradiación nocturna.

Figura 18 – Movimiento del aire junto al mar. (a) Desde el agua hacia le tierra durante el día y

(b) desde la tierra hacia el mar durante la noche.

En la zona intertropical, este mecanismo de las brisas atempera el calor

en las zonas costeras ya que son más fuertes y refrescantes, precisamente,

cuanto más calor hace (en las primeras horas de la tarde).

I.1.1.9. Entorno construido

El clima urbano refiere a las condiciones del clima en áreas urbanas

diferentes del entorno rural, y es atribuido al desarrollo urbano. El área urbana

desarrolla un significativo calentamiento frente a su entorno rural (y

posiblemente suburbano), particularmente de noche y en calma. Cuanto más

grande una población se produce un incremento más o menos proporcional en

las temperaturas, llegando a tener temperaturas entre 1 a 6 ºC más caliente

que las áreas suburbanas y rurales en días calurosos de verano, según la

Agencia de Protección Ambiental (EPA).

El "Efecto de Isla de Calor Urbano" es causado por la tendencia que

tienen el concreto, caminos y edificios para calentarse a elevadas temperaturas

durante el día, ya que la mayoría de los materiales son absorbentes;

acumulando calor y liberándolo lentamente durante la noche, dando por

resultado mayores temperaturas diurnas y nocturnas, de las existentes en el

área rural cercana.

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23

Figura 19 – Absorción del calor en los diferentes materiales. (a) Pavimento, (b) hierba y (c) suelo.

Figura 20 – Las temperaturas alrededor de los edificios son temperadas o agravadas por la naturaleza de los materiales del entorno.

Por otro lado, en las zonas rurales, las características naturales del

terreno tienden a moderar las temperaturas extremas y a estabilizar las

condiciones, debido principalmente a las cualidades reflectoras de las

diferentes superficies. La capa de hierbas y plantas que cubre el suelo reduce

las temperaturas absorbiendo parte de la insolación y enfriándose a través de

la evaporación.

I.1.1.10. Vegetación

La vegetación funciona como elemento de control térmico,

proporcionando sombra y minimizando los efectos del calor. En la sombra de

mediodía de los árboles la temperatura puede ser casi 3 ºC más baja que en el

sol en las mismas condiciones.

Figura 21 – Efecto térmico producido por la sombra de un árbol.

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24

Además, la vegetación en cuantidad reduce con gran eficacia los

sonidos ambientales. Las hojas captan el polvo y filtran el aire. Asimismo, la

vegetación asegura la privacidad visual y disminuye los efectos del

deslumbramiento.

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Parte II. Soluciones de diseño ambiental adoptadas en respuesta al clima


26

II.1. La arquitectura vernácula del clima Cálido-Húmedo

Desde la antigüedad el ser humano reconoció que la adaptación es un

principio esencial en la arquitectura con el objetivo de alcanzar el confort

térmico. Esta siempre estuvo limitada por una serie de factores: climáticos,

socio-culturales, económicos, de defensa, religiosos, de disponibilidad de

materiales, de recursos técnicos-constructivos, etc.

El clima toma papel principal en las diferentes fuerzas que generan la

forma de la arquitectura. En locales de baja tecnología y al ser más críticas las

condiciones climáticas, más limitadas y fijas son las soluciones. La tipología

constructiva se encuentra definida más por las zonas climáticas que por las

fronteras territoriales. Aunque existan variaciones, producto de particularidades

de cada cultura o de disponibilidad de material, la forma de la vivienda

autóctona nace de su relación con el entorno.

En climas cálidos donde las temperaturas son altas, con reducidas

variaciones entre día-noche y entre estaciones, no hay ninguna ventaja la

inercia térmica. La radiación siempre intensa, las nubes y lluvias frecuentes

resulta importante tener el máximo de protección posible. Hay que se

preocupar no solo en detener la radiación directa como también la difusa.

Además la humedad es constantemente alta haciendo muy importante la

ventilación que más allá de reducir la humedad también disipa el calor.

En las regiones cálidas y húmedas […] la arquitectura no

precisa de inercia térmica, aunque debe protegerse de la

radiación solar y procurar la máxima ventilación con

objetivo de eliminar en lo posible la humedad.7

7 Serra, 1993.

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27

Figura 22 – Esquema de la vivienda tropical.

Los edificios tienen grandes aberturas, formas alargadas y estrechas en

el eje este-oeste y implantación independientes y alejadas entre sí para permitir

el paso del aire si crear barreras. Las paredes desaparecen cuando posible o

tienen aberturas totales de los paramentos para permitir la ventilación.

Frecuentemente son usados como elementos constructivos persianas y

celosías que proporcionan la protección de la radiación y permiten la libre

circulación del aire.

La cubierta es un elemento de grande importancia, ya que debe

protegerse tanto de la radiación como de la lluvia. Esta si, normalmente

compuesta de, por lo menos, dos capas y cámara de aire ventilada entre ellas,

tiene poco peso para evitar el almacenamiento del calor de la radiación.

También acostumbran tener grandes inclinaciones para evacuar el agua de las

lluvias. Los grandes voladizos se convierten muchas veces en porches y

galerías abiertas, protegidos del sol y de la lluvia y son ventilados, un local

abrigado para descansar o dormir.

Por otra parte, los suelos se elevan para obtener una mejor exposición a

las brisas, protegerse de las inundaciones y defenderse de los insectos.

Para disminuir el deslumbramiento, debido al cielo producir un gran

resplandor en todas las orientaciones, las ventanas se cubren de celosías,

persianas y rejas y el techo se pinta de blanco. Esto provoca un oscurecimiento

de las aberturas sin crear una barrera para el viento, reduciendo al mínimo

imprescindible la cantidad de luz que penetra por la ventana y, por lo tanto,

también la cantidad de calor.

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Figura 23 – Esquema de protección en las aberturas para evitar el deslumbramiento a través

de lamas fijas y móviles.

La arquitectura popular tornase un manual de cómo construir en cada

clima debido a la necesidad de adaptación a las limitaciones impuestas por la

naturaleza, por las técnicas y disponibilidad de recursos de cada región.


29

Figuras 24, 25, 26, 27, 28, 29 y 30 – Casas venarculares en diversas regiones de clima tropical: Asia, África, América Central y del Sur.


30

II.2. Orientación y forma de la arquitectura

II.2.1 La orientación

I.1.1.11. Los efectos del sol

El hombre primitivo estaba sujeto al ciclo solar y muchos grupos rendían

honores al sol, orientando sus edificios más importantes hacia sus rayos.

Posteriormente, dejó de actuar respecto al sol como símbolo, atribuyendo a él

más sus efectos terapéuticos y psicológicos.

La orientación del edificio abarca numerosos factores: topografía local,

privacidad, vistas, reducción del ruido, vientos y radiación solar. Entre ellos la

radiación solar se sobresale determinando la orientación del edificio para el

aprovechamiento máximo de los beneficios térmicos, higiénicos y psicológicos

que otrora fue defendido por Vitrubio en su tratado De Arquitectura:

[…] si se orientan hacia el mediodía o hacia el occidente

no serán salubres porque durante el verano la sección

meridional del cielo se calienta al amanecer y arde al

mediodía; de la misma forma, aquellas que miran hacia

occidente se calientan al mediodía y arden por la tarde.

I.1.1.12. El impacto de la radiación solar

La orientación de un edificio es determinante en la cantidad de radiación

solar que recibe en los distintos lados en diferentes momentos. Durante el

invierno, un área expuesta hacia el sol, norte para el hemisferio sur y sur para

el hemisferio norte, recibe mucho más energía que las expuestas a este y

oeste, mientras que en verano, la radiación que incide en los lados hacia en sol

y posterior a él, es menor las que incide en las fachadas este y oeste.

Asimismo en latitudes más baja, próximas al ecuador, los valores son aún más

acentuados. Sin embargo, es importante orientarse paralelamente al sol para

reducir el impacto de la radiación.

No obstante, en climas cálidos la orientación hacia el sol de la mañana

es preferible que hacia el sol de la tarde porque cuando el sol incide en las

primeras horas de la mañana sobre la fachada este, el aire es más fresco.

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31

Es consenso entre los estudiosos de la arquitectura bioclimática de que

el ideal es la implantación del edificio con formato este-oeste, con sus

principales huecos orientados en el eje norte-sur y el mínimo posible de huecos

orientados para este y oeste. Estas condiciones minimizan la ganancia térmica,

debido al ángulo de incidencia solar en las regiones tropicales, además

favorecen la ventilación natural dentro del edificio.

Figura 31 – La orientación del edificio con formato este-oeste, con sus principales huecos orientados en el eje norte-sur y el mínimo posible de huecos orientados para este y oeste.

Esta orientación, sin lugar a dudas, proporciona mayor cantidad de

radiación durante el invierno y la menor durante el verano.

II.2.2 La forma

I.1.1.13. En la naturaleza

En la naturaleza la forma es consecuencia de la necesidad de

adaptación de la especie en el entorno que ella esta inserida.

En las teorías de la evolución vale la ley del más fuerte, más resistente.

Es decir, la forma se modifica para adaptarse a las condicionantes exportas,

buscando el equilibrio con el medio.

El mismo gen sometido a las distintas circunstancias se

deforma proporcionalmente a una magnitud relativa

diferente, tanto en exceso como en defecto.8

8 Lodge por Olgyay, 1963.

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32

Un ejemplo claro de que la naturaleza se adapta para sobrevivir es

observado en la vegetación. Esta adapta su forma y tamaño de acuerdo con las

condiciones climáticas.

En zonas frías la forma es compacta, para resistir al frío, la sequía, los

vientos y todas las otras condiciones desfavorables. En zonas templadas, las

hojas tienen forma abierta y considerable tamaño para permitir captar el

máximo de la luz. Ya en zonas cálidas-áridas, como el entorno no es favorable,

las plantas se adaptan mediante la reducción de su superficie, de hojas y

ramas y presentan desarrolladas una cantidad de celdillas protectoras. Por fin,

en zonas cálidas-húmedas, donde las condiciones climáticas son más

favorables para la vida vegetal, las plantas se desarrollan de forma y tamaño

totalmente libres.

Figura 32 – Las hojas de los árboles en cada tipo de clima: frío, templado, cálido-árido y cálido-húmedo.

En ser humano respectando estos principios también tiene su desarrollo

impuestos por los condicionantes del entorno en que esta inserido, buscando

siempre el equilibrio con el medio ambiente. La construcción de su refugio

sigue las limitaciones de la naturaleza. Es decir, la edificación es de forma

compacta cuando el clima no es favorable, cerrándose sensiblemente sus

superficies y manteniendo en equilibrio mediante la vida en el interior. Mientras

que, cuando el clima es más favorable, la forma permite una comunicación

fluida con el entorno natural y el edificio intenta equilibrarse con el medio

ambiente.

En climas cálidos y húmedos, en la busca del equilibrio con la

naturaleza, la edificación en el intento de disminuir sus impactos, utilizase de la

combinación de los factores térmicos: temperatura del aire y radiación solar,

para alcanzar una forma y una orientación óptimas.

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33

I.1.1.14. Orientación sol-aire

La orientación de edificio partiendo de la premisa sol-aire, implica

reconocer que la temperatura del aire y la radiación solar actúan conjuntamente

para producir la sensación de calor en el cuerpo humano.

La importancia del calor del sol variará, entonces, según las regiones y

estaciones. Una orientación óptima en un emplazamiento dado, será aquella

que proporcione la máxima radiación durante el período frío y la mínima

durante el cálido.

Figura 33 – La forma de la arquitectura cambia de acuerdo con la latitud en que está ubicada. Más a norte suele a ser compacta priorizando la radiación solar, mientras que más cerca del

Ecuador suele ser más estrecha y alargada en el eje este-oeste priorizando los vientos dominantes.

En las latitudes más septentrionales generalmente el aire es frío y existe

una gran necesidad de calor procedente del sol. Como consecuencia, las

edificaciones deben orientarse para recibir una máxima cantidad de radiación

durante todo el año. La forma del edificio es compacta, con orientación

preferente perpendicular al eje norte-sur. No obstante, el mismo edificio,

situado más al sur, donde el aire es más caliente, deberá girar su eje para

evitar la radiación solar directa, más desfavorable, y acoger en su lugar, las

brisas refrescantes.

Los edificios suelen ser estrechos y alargados,

transversales al viento dominante y separados entre si

para no obstruir el paso del aire entre ellos.9

9 Serra, 1993.


34

I.1.1.15. Distribución interna

Vale recordar que para asegurar unas condiciones apropiadas de bien

estar en el interior de la edificación hay que tener en cuenta la distribución de

las estancias y el tiempo de utilización de las mismas.

Figura 34 – Orientaciones sugeridas para las distintas estancias en el hemisferio norte.

Recomendase planear las estancias de mayor utilización, como

comedor, estar, habitación, en las fachadas más favorables y las estancias

secundarias, de menor utilización, como baños, garajes, trasteros, etc, en las

fachadas menos favorables.

I.1.1.16. Factor viento

En regiones cálidas-húmedas el movimiento del aire constituye el

elemento principal para alcanzar el confort. Como consecuencia, los

emplazamientos adecuados son aquellos que, aunque se encuentre fuera de la

dirección del viento predominante, estés situada en áreas expuestas a las

corrientes de aire, cerca de las cimas de las colinas o en zonas elevadas de la

cara ventosa de la montaña, cerca de alguna arista, en pendientes en dirección

a norte o sur que son más apropiadas que a este y oeste, donde los rayos

inciden más oblicuamente y por esto reciben mayor radiación solar.

Cuando la dirección de los vientos no es coincidente con la mejor

orientación solar, debedse priorizar la ventilación, debido a mayor facilidad de

se utilizar elementos para sombrear que para direccionar los vientos. Con todo,


35

el posicionamiento del edificio no precisa ser, necesariamente, perpendicular a

la dirección de los vientos. Machado, Ribas y Oliveira afirman que rotaciones

de 20º a 30º en relación a los vientos predominantes de verano también son

bien recomendadas, utilizándose recursos que faciliten la ventilación cruzada.10

10 Machado, Ribas y Oliveira, 1986.

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36

II.3. Ventilación

La acción del viento sobre los edificios tiene repercusiones directa e

indirecta acerca de las condiciones del ambiente interior. El viento influye en el

microclima que envuelve las construcciones, actúa en sus cerramientos

incrementando las pérdidas de calor hacia el exterior de las superficies sobre

las que incide y penetrando por las aberturas generando movimiento y

renovación del aire interior.

Los movimientos favorables del aire deben ser utilizados para refrescar

durante las épocas calurosas y como alivio en aquellos períodos en que los

valores de humedad absoluta son muy altos.

II.3.1 Ventilación cruzada

La ventilación natural en la edificación ocurre por la diferencia de presión

y por la diferencia de temperatura.

Cuando el viento incide sobre el edificio disminuye su velocidad y lo

acumula en su lado más expuesto, originando un área de presión relativamente

alta. Es decir, el viento al incidir en una de las caras del edificio genera una

acentuada sobrepresión en dicha cara, una presión de menor cuantía en la

cara opuesta y una ligera depresión en las caras laterales, en la zona más

próxima a la cara sobrepresionada.

Figura 35 – Esquema de las áreas de presión proporcionada por la incidencia del viento en las

diferentes caras del edificio.

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37

Las diferencias de presión entre el lado expuesto al viento y el contrario

contribuyen al movimiento del aire en el interior del edificio.

La ventilación cruzada ocurre cuando se crea un espacio mediante

aberturas situadas en fachadas opuestas. Las aberturas han de situarse en

fachadas que comuniquen con espacios exteriores de diferentes condiciones

de radiación y/o de exposición al viento. Lo más útil, en cualquier caso,

orientadas en el sentido de un viento dominante de características favorables.

Resulta evidente que grandes aberturas situadas en caras apuestas y

con zonas de alta y baja presión generan el máximo intercambio de aire en el

interior del edificio. Sin embargo en zonas calurosas, la velocidad del aire es

más importante que la cantidad de aire intercambiado, ya que minimiza los

efectos de la humedad en una proporción de 0,3 m/s de velocidad del aire

equivalente al descenso de 1º C en la sensación térmica de una persona.

Pequeñas aberturas de entrada garantizan velocidades máximas en el interior

de la construcción.

Entonces, el flujo interior del aire depende de las aberturas: del tamaño

de las mismas en la cara que enfrenta el viento y en la cara opuesta, de la

localización y del diseño de los diferentes elementos en las aberturas, capaces

de conducir el viento en el interior de la edificación.

Figura 36 – flujo de aire en el interior de la edificación. (a) Grande abertura de entrada y pequeña abertura de salida no interfiere en la velocidad del aire, mientras que (b) pequeña

abertura de entrada garantizan velocidades máximas en el interior de la construcción. (c) y (d) El movimiento del aire en el interior de la edificación hace siempre por el camino que sea más

fácil, o sea aquello en que exista una diferencia de presión más alta y una resistencia a su paso más baja.

Como regla general, el flujo de aire seguirá siempre el camino que sea

más fácil, o sea aquello en que exista una diferencia de presión más alta y una

resistencia a su paso más baja. Un flujo directo asegura la rapidez del

movimiento del aire, y cualquier cambio en su dirección reducirá dicho efecto.

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38

La relación entre el tamaño de las aberturas, de entrada y salida del aire,

asegura una velocidad adecuada del viento, y, por lo tanto mayor flujo de aire.

Sin embargo, el posicionamiento de las aberturas de salida es irrelevante y la

velocidad solamente disminuirá si los cambios de dirección del aire originan

alguno consumo de energía.

Por otra parte, en los locales que la posición de salida del aire se

mantiene constante y la posición de la entrada varia, situándose en la parte

inferior, media o superior, el flujo de aire es desviado un poco más abajo del

techo o hacia el suelo. La situación de entrada determina el modelo de flujo que

puede variar no solo por el posicionamiento de las aberturas como también por

el diseño de las mismas. Dichas aberturas pueden direccionar el viento a través

de lamas o voladizos, conduciéndolo hacia donde sea más eficaz en el interior

del edificio, la zona de actividad.

Figura 37 - La situación de entrada determina el modelo de flujo que puede variar no solo por

el posicionamiento de las aberturas como también por el diseño de las mismas.


39

De manera general, siempre será conveniente situar las salidas en

posición más alta las entradas en posición más baja, debido que el aire caliente

es más leve que el aire frío y sube hacia la parte más alta del local, tiende a

salir por las aberturas y es sustituido por el aire más fresco que penetra por las

aberturas inferiores.

Figura 38 – Esquema de ventilación con entradas de aire posicionadas en la parte más baja y salidas de aire posicionadas en la parte más alta del edificio para facilitar la renovación del aire por diferencia de temperatura.

No obstante, la lentitud del aire en un ascenso normal, no es adecuada

para aliviar el efecto de las altas temperaturas o mejorar a sensación térmica.

Para esto, es necesario introducir la fuerza del viento.

II.3.2 Barreras de viento

Aunque no sea posible alterar e movimiento de las grandes masas de

aire si está producido por diferencias en la presión del aire, es posible controlar,

hasta cierto punto, la velocidad del aire cuando se mueve al nivel del suelo.

Edificios vecinos, paredes, vegetación, etc, pueden influenciar el movimiento

del aire o su distancia de sombra de viento más de lo que imaginamos. La

diferencia de protección ofrecida por vegetación, elementos sólidos o edificio

depende no solo de su altura como también del grado de permeabilidad. La

masa verde cuando permite un cierto grado del paso de aire causa menos

turbulencia que un elemento sólido e, como resultado, un área de protección

total del viento buena.

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40

Figura 39 – La sombra de viento causada por el arbolado.

Un elemento protector del viento desvía las correnties de aire hacia

arriba, mientras vuelve para barrer de nuevo el suelo, crea una superficie cerca

del mismo que permanece en cama relativa. La parte más protegida de esta

área se encuentra situada a sotavento y bastante próxima al cortaviento, es

decir, el área de mayor calmaría es la luego después del elemento protector y

la inmediatamente antes del mismo, especialmente si la barrera de viento es

muy densa. A medida que nos alejamos del mismo aumenta la exposición

hasta el punto en el cual las corrientes de aire alcanzan su velocidad máxima.

Figura 40 - La protección proporcionada por el viento depende del ancho y de la altura de la barrera.


41

El tipo de elemento empleado ejerce un efecto determinante en el

modelo de movimiento del aire resultante y en el área protegida. Las barreras

sólidas contra el viento originan remolinos en la parte superior la cual reduce su

eficacia.

Figura 41 - El movimiento del aire en áreas densas de vegetación y en áreas de escasa

vegetación.

En clima cálido-húmedo donde la ventilación es esencial para ayudar en

la disminución de la humedad y mejorar la sensación de comodidad del usuario

del edificio, se hace importante tener en cuenta los efectos causados por las

barreras de viento.

Es más aconsejable la implantación del edificio aislado, de forma no

lineal. Los edificios que se ordenan de forma lineal y perpendicular a la

dirección de los vientos reciben en su fachada de mayor exposición el impacto

total de la velocidad, mientras que las fachadas consiguientes la velocidad de

viendo disminuí considerablemente. Los que se ordenan a 45º la velocidad del

viento se reduce unos 50% y la sombra de viento presentase mucho más

ancha. Asimismo, para asegurar un nivel de ventilación satisfactorio es

necesario que las construcciones estén espaciadas entre si una distancia de

siete veces su altura.

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42

Figura 42 – Implantación del edificio de forma aislada para permitir la ventilación cruzada.

Figura 43 – La protección del viento con una ordenación lineal de edificios y de forma a

aprovechar al máximo las brisas.

También es determinante el entorno inmediato que rodea las

construcciones de baja altura. El paisanismo que incluye materiales vegetales

como árboles y arbustos, o muros y vallas, pueden crear zonas de baja presión

alrededor de la vivienda. Debe tenerse especial cuidado en la distribución de

estos elementos, de forma a no crear barreras a las brisas refrescantes en

períodos calurosos, siendo dibujados para dirigir y acelerar los movimientos

favorables del aire hacia el edificio. Sin embargo, se debe tener precauciones

para que el viento no alcance superficies calentadas, aumentando la

temperatura interna.

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43

Figura 44 – Modificación del movimiento del aire por medio de paisajismo.

II.3.3 La arquitectura

I.1.1.17. Cubierta ventilada

La cubierta es prácticamente el único elemento que tiene verdadera

importancia. Aunque no pueda mejorar las condiciones internas, en el sentido

de enfriar la temperatura interna, si está bien diseñado, puede evitar que la

temperatura interior no se haga superior a la del aire exterior.

La cubierta es un elemento de gran importancia. Se

caracteriza por cumplir la función de sombrilla y de

paraguas y, en algunos casos, llega a descomponerse

en multitud de cubiertas sobrepuestas, que se protegen

mutuamente de la radiación, a la vez que disipan por

ventilación la energía absorbida.11

11 Serra (1993).

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44

La doble cubierta ventilada permite formase entre sus camadas un

colchón de aire que funciona como aislante para el calor y, además se tuviera

añadido en su parte superior aberturas para salida de aire caliente tiene, aún,

el efecto chimenea auxiliando en este sistema.

Figura 45 – Esquema de la cubierta ventilada, utilizándose de un colchón de aire como

aislante y ventilación de la cubierta por efecto chimenea.

El efecto chimenea funciona por la extracción del aire caliente de

espacio al situar aberturas en la parte superior para este fin y situar aberturas

inferiores en el espacio para la entrada de aire fresco. La diferencia de

densidad del aire, en función de su temperatura hace con que el aire caliente

tienda a salir por estas aberturas y ser renovado por el aire fresco que entra por

las aberturas inferiores.

El facto de la cubierta ventilada desarrollar un papel tan importante en la

arquitectura tropical nos lleva a estudiar mejor el comportamiento térmico de

este elemento de la edificación, teniendo en cuenta los materiales tradicionales

y los utilizados recientemente.

La análisis térmica de la cubierta ventilada presentase el la Parte III de

este trabajo.

I.1.1.18. Cerramientos permeables

Para garantizar la ventilación, las paredes desaparecen cuando posible

o tienen aberturas totales de los paramentos. Los espacios interiores deben ser

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45

fluidos y flexibles para favorecer la circulación del aire entre estos y los otros

espacios internos, y el exterior.

Son muy comunes los espacios exteriores, desproveídos de

cerramientos o con cerramientos ligeros que permiten el paso del aire. Los

grandes voladizos se convierten muchas veces en porches y galerías abiertas,

protegidos del sol y de la lluvia y son ventilados, un local abrigado para

descansar o dormir.

La separación entre los espacios internos y espacios externos deben ser

con paineles móviles, paredes bajas o dispositivos tales como elementos

perforados, celosías, venecianas y otros, que proporcionan la protección de la

radiación y permiten la libre circulación del aire.

Figura 46 – Separación entre espacio interno y externo con diferentes soluciones de

cerramientos móviles dispuestos de acuerdo con la necesidad del momento.

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46

I.1.1.19. Elevación del suelo

Otra alternativa, es elevar la edificación del suelo para que el aire pueda

cruzar por de bajo de la vivienda, haciendo con que el edificio sea desproveído

de inercia térmica.

En muchas ocasiones, el suelo se levanta sobre pilares

para ofrecer mejor exposición a las brisas […]. Este

suelo a menudo es permeable al paso del aire, y su

ligereza, unida a la de los otros elementos constructivos,

da como resultado una construcción desproveída de

inercia térmica.12

Figura 47 – La elevación del edificio en el terreno permite el cruce del aire por debajo del

edificio y, al mismo tiempo, protección de las humedades e inundaciones.

Además, con el suelo elevado es posible defenderse de las humedades,

inundaciones y de los insectos.

I.1.1.20. Otros sistemas de ventilación

El sistema ideal de ventilación para el clima tropical, como dicho

anteriormente, es el sistema de ventilación cruzada, pero este puede esta

añadido a otros sistemas de ventilación que tienen como función primordial

facilitar la circulación del aire, y en algunas veces tratar el aire, para mejorar

sus condiciones de temperatura y humedad.

El efecto chimenea además de utilizado en la cubierta doble ventilada

puede ser utilizado como sistema independiente. Es un sistema que genera

12 Serra (1993).

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47

una extracción del aire al situar aberturas en la parte superior de un espacio y

aberturas inferiores para entrada de aire. La diferencia de densidad del aire, en

función de su temperatura hace con que el aire caliente tienda a salir por estas

aberturas.

Chimenea solar es un dispositivo que utiliza la energía de la radiación

solar para extracción del aire. Su misión consiste en calentar el aire dentro de

una cámara, mediante un captador de superficie oscura protegido con una

cubierta de vidrio. Funciona como el sistema de efecto chimenea. En climas

cálidos para la utilización de este sistema es necesario crear inercia térmica

entre la cámara de aire caliente y el interior de la edificación para que el calor

no sea radiado hacia en interior de la arquitectura.

Aspiración estática es un sistema que produce una depresión en el

interior del edificio, mediante la aspiración por efecto Ventura, generada por el

viento sobre un dispositivo adecuado, situada en la cubierta del edificio. La

extracción se debe completar con una entrada de aire por la parte interior.

Y, por fin, la torre de viento que es sistema de introducción de aire en un

edificio, a través de una torre que recoge el viento a cierta altura sobre la

cubierta. Sistema válido para zonas de climas cálidos con vientos frecuentes e

intensos.

Figura 48 – Sistemas pasivos de ventilación: efecto chimenea, chimenea solar, aspiración estática y torre de viento, respectivamente.

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48

II.4. Control solar

II.4.1 La transmisión de calor

En general se acepta que la piel del edificio actúa como filtro entre las

condiciones externas e internas para controlar la entrada del aire, el calor, el

frío, la luz, los ruidos y los olores. El uso excesivo de vidrio en la arquitectura

en lugar del muro, produce considerables cambios, principalmente térmicos, en

la relación entre el interior y exterior del edificio, ya que una de las propiedades

de los materiales transparentes como el vidrio es trasmitir la energía radiante

directamente. Esto influye sobre el bienestar de los ocupantes del espacio.

La energía radiante que atraviesa las superficies transparentes se divide

en tres componentes: una parte es reflejada, no teniendo efecto térmico sobre

el material; otra parte es absorbida por el material que consecuentemente es

disipada por convección y por radiación de ondas largas y; la última parte es

directamente transmitida a través del material.

Figura 49 – la energía radiante en las superficies transparentes.

Aunque el sol no incida de forma directa, en los edificios poden penetrar

importantes cantidades de energía radiante. El sol reflejado en el exterior, en

otras superficies, es un importante aporte de energía cuando penetra por

aberturas, mismo sin incidencia de la radiación solar directa.

En zonas calurosas es de suma importancia tener todas las entradas de

luz, con o sin cerramiento en vidrio, protegidas de la incidencia solar directa e

indirecta, ya que luz es también calor. Tanto en verano cuanto en invierno, la

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49

radiación solar es siempre alta, y viene de todas las direcciones, reflejada por

el suelo y otras superficies.

Figura 50 – La radiación solar proveniente de todas las direcciones. (a) Luz cenital, (b) luz

reflejada del exterior y (c) luz reflejada del interior.

Debe evitarse al máximo la incidencia de la radiación solar directa en los

edificios, a través de barreras vegetales, la orientación del edificio y sus

aberturas, y protegiendo con aleros, persianas o voladizos la cara en que la

incidencia de sol es más fuerte; debe evitarse la entrada de radiación reflejada

proveniente de cualquier dirección, previendo sistemas de oscurecimiento en

las aberturas con entrada de luz controlable y permitiendo el paso del aire;

debe reducirse al máximo la penetración al interior de radiaciones reemitidas

de cualquier tipo, a través de la creación de cámara de aire y acabados

exteriores claros.

La solución más acertada para control de la radiación es la utilización de

elementos físicos para proporcionar sombra, ya que este método intercepta la

radiación solar antes de penetrar en la arquitectura. De esta forma, la radiación

se refleja y se disipa hacia el aire exterior proporcionando mejores resultados

en la comodidad térmica sentidas por el hombre en los interiores.

Figura 51 – Utilización de elementos físicos para proporcionar sombra y no permitir la

penetración de la radiación solar directa.

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50

Los sistemas de protección a la radiación están constituidos por aquellos

elementos que tienen como misión proteger de radiaciones no deseadas y

proporcionar sombra a los edificios. Pueden ser utilizados aislados o en

conjunto, pero la utilización de una suma de ellos es más eficaz para reducción

de la radiación solar, principalmente en las zonas de clima cálido-húmedo

donde las temperaturas diarias normalmente están por arriba de la zona de

confort, y la protección de las aberturas se hace esencial para no transmitir

más calor hacia el interior del edificio.

Tanto la localización, como la latitud y la orientación contribuyen a la

definición de un mecanismo efectivo. El recorrido que el sol hace en una

determinada latitud y la orientación de la abertura influyen en el dibujo de la

protección solar.

II.4.2 La arquitectura

I.1.1.21. Aleros o voladizos

Son elementos construidos fijos, muchas veces son extensiones de las

cubiertas que se prologan, o son elementos a parte de los tejados y están

situados en las partes altas de las fachadas, se proyectando en horizontal.

Protegen las fachadas y especialmente las aberturas, de la radiación y de la

lluvia. Normalmente son opacos y sus dimensiones dependerán del ángulo de

incidencia del sol a que se quiera proteger.

Los aleros presentan mayor resultado en las fachadas norte y sur. En

estas fachadas el recorrido del sol presentase más vertical y paralelo, que hace

con que las sombras proyectadas en las superficies a proteger sean más

efectivas, mientras que en las fachadas este y oeste las bajas trayectorias

solares los hace poco útiles.

Sin embargo, cuando la radiación es muy elevada, caso del clima

tropical, tener aleros en todas las orientaciones es importante porque no solo

protegen el edificio del sol, como también de la lluvia que generalmente incide

formando un ángulo de 45º. La utilización de otros sistemas de protección

solar, sumado a los aleros, será más eficiente.

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51

Muchas veces, los grandes voladizos se convierten en porches y

galerías abiertas, protegidos del sol y de la lluvia, creando un espacio ventilado

en la arquitectura con condiciones térmicas más equilibradas que el espacio

interior, encerrado entre muros.

Figura 52 – Los porches y las galerías abiertas protegidos del sol y de la lluvia se convierten

locales abrigados y ventilados en la edificación tropical.

I.1.1.22. Lamas, pantallas y celosías

Las lamas son elementos exteriores que detienen parte de la radiación,

permitiendo el paso de aire y la luz difusa. Pueden ser de los tipos verticales y

horizontales, fijos o móviles, posibilitando una regulación voluntaria de las

condiciones de protección. Además pueden ser de una combinación de ellas.

Cada uno de estos elementos presentan un perfil de sombra geométrico

específico e independiente de la latitud, de la orientación y del horario de sol,

pudendo ser utilizado para cualquier situación. Las horizontales así como los

aleros y voladizos son más efectivas en las fachadas norte y sur debido al

recorrido del sol. Mientras que las lamas verticales responden mejor en las

orientaciones este y oeste, cuando el sol esta más oblicuo a estas fachadas.

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52

Figura 53 – Lamas horizontales, verticales y combinación de las dos con sus respectivos

perfis de sombra.

El perfil de sombra generado por un elemento de protección solar será

independiente de la escala o tamaño del mismo. La relación está determinada

por su profundidad y su tamaño en la superficie del muro. Es decir, un

elemento de protección solar horizontal puede ser tanto un balcón como una

persiana exterior al edificio.

Para una escoja eficaz del tipo de lama a ser utilizado, de manera que

proporcione sombra en las horas deseadas, es necesario tener en cuenta las

horas de sol, las estaciones, la orientación y la latitud en la cual se necesita la

sombra. Las horas a lo largo del año en que la temperatura del aire se

encuentra por encima de la zona de confort definirán el período de

sobrecalentamiento y, por lo tanto, las horas necesarias de sombra para

minimizar las ganancias térmicas en el interior de la edificación. Con el objetivo

de solucionar un determinado perfil de sombra es posible la utilización de un o

más elementos agrupados.

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53

Tabla 1 - Temperaturas por hora a lo largo de un año para la ciudad de Vitória, Brasil, latitud 20º sur. La mayor parte de las horas las temperaturas sobrepasan las de la zona de confort

indicando la necesidad de protección solar para la mayor parte del año.

Las pantallas, son como las lamas, situadas en la fachada de forma que

sombrean una determinada superficie vidriada para determinadas situaciones

del sol. Normalmente son elementos opacos, rígidos y fijos. Asimismo, en

ciertas ocasiones, pueden favorecer la reflexión difusa hacia el interior.

Las celosías son las combinaciones de las lamas horizontales y

verticales que muchas veces se presentan diseñadas de forma geométricas de

las más variadas posibles a fin de conferir un carácter estético al elemento de

protección solar, y con esto, proporcionar en el interior claridades y oscuridades

de forma inusitadas. Pueden ser eficaces en cualquier orientación,

dependiendo solo de las dimensiones de los elementos. Sin embargo, hay que

tener en cuenta que dependiendo del diseño y cuantidad de abertura de una

celosía, ella interfiere en el paso de aire al interior del edificio.

Los elementos de protección solar citados también son importantes para

disminuir el deslumbramiento provocado por la luz que viene del cielo en todas

las orientaciones. La utilización de celosías, persianas y rejas provoca un

oscurecimiento de las aberturas sin crear una barrera para el viento,

reduciendo al mínimo imprescindible la cantidad de luz que penetra por la

ventana y, por lo tanto, también la cantidad de calor. La claridad es proveniente

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de la luz que entra filtrada por las lamas y es reflejada por el techo pintado de

blanco.

Figura 54 – Reducción del deslumbramiento a través del oscurecimiento de las aberturas,

reduciendo la cantidad de luz y también la cantidad de calor. La luz que entra es filtrada por las lamas y reflejada por el techo.

I.1.1.23. Vegetación

La vegetación esta constituida por aquellos elementos vegetales que

pueden sombrear una fachada o parte de ella, permitiendo la convección

natural del aire entre la fachada y las hojas. Además, pueden estar soportados

por una pérgola, creando un espacio intermedio con circulación de aire e la vez

que una zona sombreada. También pueden estar pegadas al muro,

refrescando el aire a través de la evaporación y proporcionando sombra. Las

parras al crecer apoyada en una pared donde hay la incidencia del sol

presentan una protección muy valiosa en climas cálidos.

Elegir bien que tipo de vegetación para el entorno de la edificación es

importante no solo por sus características estéticas, como también por ser

elemento de sombra, control térmico y barrera de vientos. En climas con

inviernos fríos y veranos calurosos se debe elegir árboles caducas para

proporcionar sombra cuando hace calor y permitir la radiación solar en tiempo

frío. En climas calientes durante todo el año, la elección de árboles de hojas

permanentes es más acertada, ya que la radiación solar es siempre elevada y

la sombra es conveniente. La forma de la copa del arbole, sus características

de hojas y su tamaño deben ser considerados en la elección de la vegetación

de sombra.

La localización de los árboles y de la vegetación debe ser determinada

según su sombra. La sombra proyectada de los árboles debe cubrir el contorno

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más expuesto en el período cálido. Los árboles cumplen mejor estos objetivos

cuando posicionados en los lados este y oeste de la edificación, más a norte os

más a sur dependiendo de la latitud de implantación de la construcción, ya que

por la mañana y al atardecer el sol pasa muy bajo. Cuando el sol pasa en una

posición baja, sus rayos producen sombras muy alargadas que protegen de

forma eficaz los lados del edificio que, de otra madera, seria muy difícil de

salvaguardar. Al mediodía la sombra proyectada de los árboles es muy cerca

de ellos mismos, siendo más eficaz en estos periodos de tiempo otros tipos de

protección solar.

Figura 55 – Proyección de la sombra de los árboles en el edificio a las 9 horas de la mañana, al mediodía y a las cuatro horas de la tarde.


56

II.5. El efecto térmico de los materiales

La piel del edificio funciona como barrera a los impactos caloríficos

externos, es decir, antes de estos impactos afectaren las condiciones de

temperatura interna deben traspasar los muros de la edificación.

Las fuerzas térmicas que actúan en el exterior de una edificación son

una combinación de los impactos por convección y por radiación. La radiación

actúa a través de la radiación solar directa y el intercambio de calor con la

temperatura del aire del entorno y con el cielo. La convección actúa en función

del intercambio con la temperatura circundante y puede acelerarse a través del

movimiento del aire. Consecuentemente, la capa externa del muro presenta

temperatura superficial mayor que la del aire a su alrededor debido a estar

expuesta directamente al asoleo. El movimiento del aire a su alrededor reducen

los impactos caloríficos externos y son especialmente beneficiosos en

condiciones de calor extremo.

Figura 56 – En la pared las fuerzas térmicas actúan en el exterior en una combinación de los

impactos por convección y por radiación que son transmitidas para el interior del edificio según sus propiedades.

Los materiales de absorción y emisión selectivas constituyen una

defensa eficaz contra los impactos de la radiación. Los materiales selectivos

fríos al reflejar más radiación de la que absorben y expeler rápidamente la

cantidad absorbida en forma de radiación térmica producen temperaturas más

bajas dentro de la edificación. Siempre que un superficie este expuesta

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57

directamente a la radiación solar, la elección de superficies reflectoras ayuda

en este sentido.

Los materiales blancos pueden reflejar el 90% o más de radiación

recibida, mientras que los negros solamente 15% o menos. Por esto la

importancia de elegir colores claras para edificaciones en climas calurosos.

Por otra parte, la elección de materiales con inercia térmica es

dispensable en zonas tropicales. Las pequeñas variaciones de temperatura

diaria, inferiores a 8 ºC, no garantizan un efecto de inercia térmica.

Debido a que la temperatura permanece prácticamente constante

durante noche y día, los edificios no pueden enfriarse significativamente

durante la noche, perdiendo el calor almacenado durante el día. Las

temperaturas superficiales de las paredes y cubiertas tienden a estabilizarse al

mismo valor que la del aire. En consecuencia, la perdida de calor del cuerpo

por radiación es despreciable, siendo preferibles las construcciones ligeras con

materiales de baja capacidad térmica.

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Parte III. Análisis térmico de la cubierta ventilada


59

III.1. La cubierta ventilada en los trópicos

III.1.1 De la cubierta ventilada vernácula a la contemporánea

La cubierta en el clima tropical por si sola define el espacio e indica que

el edificio es habitable, ofreciendo protección contra la lluvia y el sol y creando

un cobijo con un microclima particular. Sin duda, el techo es el elemento que

más caracteriza la arquitectura tropical.

El techo en la arquitectura vernácula tenia la forma a partir de los

materiales disponibles y de las técnicas conocidas, presentando como

soluciones los techos cónicos y piramidales, y piramidales ventilados con

aberturas para mejorar la ventilación y lograr un mayor confort en el espacio

abrigado.

El hecho de levantar la cubierta ampliando el volumen de aire cubierto

ayuda al confort. Las aberturas estratégicamente ubicadas que permitan el

movimiento del aire es un recurso de diseño usual, sumado al aceleramiento

del movimiento de aire que, juntos, ayudan a bajar la temperatura y la

humedad.

La cubierta cónica apoyada sobre vigas y pilares es una evolución del

techo cónico apoyado directamente en el suelo y con una estructura que

apunta hacia arriba hasta un vértice. Esta solución presenta un microclima

interior muy fresco, en parte por la gran masa de aire y en parte por la cubierta

vegetal que permite una ventilación cruzada en todas las direcciones,

independiente de la dirección del viento. Asimismo, la inclinación de la cubierta

hace que esté más protegido de la lluvia ya que la cubierta es bastante vertical

favoreciendo la evacuación de la lluvia.

La cubierta piramidal de cuatro aguas aunque con menos altura que los

techos cónicos presentase como una solución apropiada porque los cuatros

aleros bajan suficiente para proteger las paredes y las aberturas de todos los

costados del edificio.

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60

Ambas las soluciones estructurales de cubierta, antes de la influencia

europea eran construidas con hojas de árboles locales para la cubierta y ramas

para la estructura.

Figura 57 –Estructura de ramas y cubierta de hojas de las árboles. En el detalle la paja de

coco.

Con la colonización europea en diversas zonas tropicales del planeta el

techo se modificó, pasó a ser un elemento pesado, construido de tejas y vigas

macizas de madera apoyadas en los muros y formando una cubierta de dos

aguas, pobre en ventilación ya que las tejas no respiran y los muros de adobe

no permiten grandes aberturas.13

III.1.2 Las tipologías y los materiales

En los trópicos, la cubierta es la superficie más expuesta del edificio,

transmitiendo al interior los cambios del clima, algo que se puede controlar con

un diseño apropiado de sus elementos.

La cubierta vernácula tropical tenía la forma a partir de los materiales

disponibles y de las técnicas conocidas, presentando como soluciones los

techos cónicos y piramidales. Normalmente eran construidas con hojas y ramas

de árboles locales.

En la cubierta cónica la gran masa de aire y la cubierta vegetal que

permite una ventilación cruzada en todas las direcciones, independiente de la

dirección del viento. Además, la inclinación de la cubierta favorece la

evacuación de las lluvias frecuentes en este clima. Estos elementos

proporcionas un microclima interior muy fresco.

13 Stagno, 2007.


61

Figura 58 – La concepción de la cubierta cónica permite la ventilación cruzada en todas las

direcciones, independiente de la dirección del viento.

La cubierta piramidal aunque con menos altura que los techos cónicos

presentase como una solución apropiada porque los cuatros aleros bajan

suficiente para proteger las paredes y las aberturas de todos los costados del

edificio, muchas veces constituyéndose en más de una cubierta que se

sobrepone y se extienden creando verandas alrededor de toda la construcción.

La ventilación de la cubierta es proveniente del movimiento de aire a través de

aberturas entre la cubierta superior e inferior.

Figura 59 – Estructura de la cubierta piramidal en Indonesia.

Otra solución son las dobles cubiertas de paja con dos o cuatro aguas.

Esta compuesta por varias capas de paja, similar a la cubierta cónica que

permite la ventilación cruzada entre sus fibras. En el interior, muchas veces

existe un falso techo con una estructura ligera recubierta con esteras que, en


62

tiempo seco, se contraen permitiendo el paso del aire entre las fibras y que,

cuando llueve, se dilatan tornándose mallas compactas y casi impermeables.

Además hay las dobles cubiertas de paja y arcilla o barro. La capa de

paja protege del agua en los tiempos de lluvias a la de arcilla o barro, y la

protege también del sol directo evitando el almacenamiento de calor y la

radiación reemitida en el interior del edificio. La cámara de aire entre las dos

capas ofrece aislamiento adicional en días calurosos y la capa de arcilla con su

inercia térmica regula la repercusión interior de las oscilaciones térmicas

exteriores.

Figura 60 – Cubiertas dobles en Camerún y en India, respectivamente.

La cubierta ventilada de la actualidad puede ser compuesta de diferentes

tipos y materiales, con una cámara de aire de diferentes dimensiones según

solución adoptada.

En la arquitectura popular normalmente la cubierta es de una o dos

aguas debido a la mayor facilidad de ejecución, pero también es posible de tres

y cuatro aguas y, hasta mismo, composiciones de varias aguas. Además de las

cubiertas curvas.

Las cámaras ventiladas de la cubierta también pueden ser ejecutadas de

maneras distintas, pudendo ser por micro ventilación, ventilación bajo

revestimiento y ventilación bajo techo.

Las cubiertas ventiladas con micro ventilación son aquellas en que la

cámara de aire esta situada entre la teja y la capa inferior de la cubierta, es

decir, entre los elementos de soporte de la teja, con espesor de paso de aire

bastante restricto, de 3 a 4 cm.

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Figura 61 – Esquema de micro ventilación en la cubierta.

Las con ventilación bajo el revestimiento poseen la cámara ventilada

bajo los elementos de soporte de la teja y cerrada por la parte de abajo por el

forjado manteniendo la misma pendiente. La capa de aire en este caso es

continua, con un grueso mayor que la micro ventilada. Además esta cámara de

aire puede estar o no conectada con la capa micro ventilada de la cubierta.

Figura 62 – Esquema de ventilación bajo el revestimiento en la cubierta.

En las cubiertas con ventilación bajo techo la cámara ventilada está

comprendida bajo las pendientes de la cubierta y el forjado horizontal inferior.

La capa de aire en este caso varia de espesor y el paso de aire es muy amplio.

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Figura 63 – Esquema de ventilación bajo techo en la cubierta.

Además de las tipologías es posible la utilización de diversos materiales

en estas cubiertas ventiladas, tanto para la composición de los tejados –

metálicos, pétreos, cerámicos, plásticos, etc –, como para la composición de

los falsos techos – plásticos, cerámicos, metálicos, textiles, minerales,

naturales, etc.

En la arquitectura popular tropical los materiales más usuales para los

tejados son las tejas de barro cocido, las de amianto y las metálicas, que tienen

precios más accesibles para la población en general. Para los techos interiores

normalmente se utiliza el forjado de hormigón, la madera, los plásticos como el

PVC y las placas de yeso acartonado.

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Resaltado


65

III.2. El análisis

III.2.1 Hipótesis

Es sabido que en la cubierta ventilada el aire actúa como un “aislante

térmico” y que aunque no pueda mejorar las condiciones internas, en el sentido

de enfriar la temperatura interna, puede evitar el sobrecalentamiento de la

temperatura interior, es decir, que la temperatura interior no se haga superior a

la del aire exterior.

Se supone que la cámara de aire ventilada de las cubiertas sumadas a

los diferentes materiales hace con que la temperatura interior tenga diferentes

valores para cada combinación de caso.

En el estudio pretendemos hacer la comparación de diferentes casos de

la cubierta ventilada y de la cubierta sin la cámara de aire a fin de calificarlas

cuanto su eficiencia térmica en el clima cálido-húmedo.

III.2.2 Descripción del estudio

I.1.1.24. Definición del tipo y materiales de la cubierta

Para los cálculos de eficiencia energética de la cubierta ventilada

definimos como tipología la cubierta con ventilación bajo techo, es decir,

cuando la cámara ventilada está comprendida bajo las pendientes de la

cubierta y el forjado horizontal inferior.

Para podernos hacer las comparaciones de temperatura interior

definimos también modelos de cubierta sin cámara de aire, ambas con

diferentes materiales en los diferentes casos posibles.

Para los materiales definimos dos grupos, un de materiales tradicionales

y otro de materiales contemporáneos.

A los materiales tradicionales atribuimos las fibras naturales (paja de

coco) y la madera, tanto utilizadas en la capa exterior de la cubierta como en

forjado.

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado


66

A los materiales contemporáneos atribuimos las tejas de barro, de

amianto y metálica de acero con los forjados de madera, hormigón, plástico

(PVC) y placas de yeso acartonado, y todas sus composiciones posibles. Estos

materiales fueron escogidos porque son los más usuales en la arquitectura

popular contemporánea tropical.

La composición de casos estudiados está definida en la tabla 2. En esta

tabla aún definimos si la cubierta se clasifica como tradicional o

contemporánea, señaladas con colores distintos. Las características de cada

material vienen definidas por la tabla 3.

Composición Casos Leyenda

TF Caso 1 TF Teja de fibra natural (1)

TM Caso 2 TM Teja de madera (2)

BR Caso 3 BR Teja de barro (3)

AM Caso 4 AM Teja de amianto (4)

MT Caso 5 MT Teja metálica (5)

TF / FN Caso 1.A FN Forjado de fibra natural (A)

TF / MD Caso 1.B MD Forjado de madera (B)

TM / FN Caso 2.A HM Forjado de hormigón (C)

TM / MD Caso 2.B PL Forjado de plástico (D)

BR / MD Caso 3.B YS Forjado de yeso acartonado (E)

BR / HM Caso 3.C

BR / PL Caso 3.D Sin cámara de aire

BR / YS Caso 3.E Ventilación bajo techo

AM / MD Caso 4.B

AM / HM Caso 4.C Tradicional

AM / PL Caso 4.D Contemporánea

AM / YS Caso 4.E

MT / MD Caso 5.B

MT / HM Caso 5.C

MT / PL Caso 5.D

MT / YS Caso 5.E


67

Tabla 2 – Definiciones de los casos de estudio a partir de la selección de los materiales de capa exterior y forjado y de la tipología de la cubierta.

Material constructivo

λ (W / m K)

K (W / ºC m2)

Espesor (m)

ρ (Kg / m2)

Absortancia α

Fibra natural 0,045 1,50 0,03 200 0,50

Madera 0,13 4,33 0,03 430 0,70

Teja de barro cocida 1,00 50,00 0,02 2000 0,65

Teja de amianto 0,22 36,67 0,006 1200 0,60

Teja metálica acero 50,00 8333,33 0,006 7800 0,65

Forjado de hormigón 1,316 8,77 0,15 1330 0,60

Plástico (PVC) 0,17 8,50 0,02 1390 0,05

Yeso acartonado 0,25 12,50 0,02 825 0,08

Tabla 3 – Las características de los materiales constructivos de la cubierta ventilada..

I.1.1.25. Los parámetros fijos

El estudio tiene como foco la influencia de los diferentes materiales de la

cubierta para la simulación de la eficiencia térmica de las cubiertas ventiladas

en clima cálido-húmedo.

Como el objetivo del estudio se basa en estudiar la cubierta se hace

necesario definir algunos parámetros para que reduzcamos el cálculo a un

mínimo de variables y consecuentemente alcanzarnos resultados los más

satisfactorios posibles. Para esto, definimos algunos parámetros, tales como:

• Tipología de edificio: dimensiones y volumen;

• Materiales constructivos de las paredes, suelo y aberturas;

• Localización del edificio: latitud, longitud y altitud;

• Orientación del edificio: eje de implantación;

• Datos climáticos: temperatura, humedad, dirección y velocidad de

viento, radiación solar, etc.

TIPOLOGÍA Y ORIENTACIÓN DEL EDIFÍCIO

El edificio de estudio esta definido en un único volumen de forma

rectangular con dimensiones de 4,00m y 7,00m, dimensión del menor lado y

del mayor lado respectivamente, y altura de 2,50m en la base de la cubierta.

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

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Resaltado


68

El edificio posee cuatro ventanas, dos en la fachada norte y dos en la

sur, con dimensiones de 1,20m x 1,20m y superficie de 1,44m2 cada una.

También posee una puerta, de dimensión de 0,80m x 2,10m y superficie de

1,68m2.

La cubierta del edificio es de dos aguas, con la orientación de la cumbre

en el eje más ancho. Posee inclinación de 30º, con una altura de cumbre de

1,30m. Además abertura en la base de la cubierta con 10cm de altura y acho

igual a toda la extensión de la cubierta, es decir, 7,00m, comprendiendo un

área de ventilación de cubierta de 2 x 0,70m2.

Su área es de 28,00m2 y su volumen bajo techo es de 70,00m3 y

volumen de cubierta de 36,40m3, sumando un total de 106,40m3.

Figura 64 – Plano, sección del edificio en estudio.

Su orientación es en el eje este-oeste con las fachadas más anchas a

norte y a sur. De esta manera favorece la orientación solar y la ventilación.

MATERIALES CONSTRUCTIVOS

Los materiales de las paredes y aberturas fueran definidos con el

objetivo de ser un dato constante para que los resultados presentados para la

cubierta sean comparables, tanto en lo que si refiere a tipología cuanto a

materiales.

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

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Roxana Coronel

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Roxana Coronel

Resaltado

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69

Para las paredes, suelo y aberturas fueran definidos los siguientes

materiales presentados en la tabla 4. La tabla 5 trae las características de estos

materiales.

Tipo de cerramiento Espesor (m)

Mortero de cimiento 0,015

Ladrillo de barro 0,12 Paredes

Mortero de cimiento 0,015

Hormigón en masa 0,05 Suelo

Tierra 0,50

Puerta de madera 0,03 Aberturas

Ventanas de aluminio + vidrio sencillo --

Tabla 4 – Materiales de los cerramientos del edificio.

Material constructivo

λ (W / m K)

K (W / ºC m2)

Espesor (m)

ρ (Kg / m2)

Mortero de cimiento 0,80 53,33 0,015 1525

Ladrillo de barro 0,595 4,96 0,12 1020

Hormigón en masa 2,00 40,00 0,05 2450

Tierra 1,10 2,20 0,50 1885

Puerta madera 0,15 5,00 0,03 500

Ventana sencilla 5,60

Tabla 5 - Las características de los materiales constructivos.

LOCALIZACIÓN Y ORIENTACIÓN DE EDIFICIO

Figura 65 – Vista aérea de la ciudad de Vitória, Espírito Santo, Brasil.


70

El edificio de estudio esta ubicado en la ciudad de Vitória que esta

ubicada en el estado de Espírito Santo, en Brasil. Es una isla y por lo tanto esta

al nivel del mar. Su latitud es 20,6º sur y su longitud es 40º oeste.

DATOS CLIMÁTICOS

Los dados meteorológicos presentados para Vitória fueran colectados en

la página web www.tutiempo.net y de los softwares Meteonorm y Sol-Ar.

Presentan una media de los cinco anos, comprendidos entre los años de 2002

y 2006.

Tabla 6 - Medias mensuales de temperatura media, media máxima y media mínima, humedad relativa y precipitación para la ciudad de Vitória, Espírito Santo, Brasil. Además la frecuencia y

velocidad del viento por dirección.

De acuerdo con la tabla, la temperatura media para Vitória queda

alrededor de 25,21º C, con temperatura media mínima 22,06º C y como

temperatura media máxima 30,10º C. La tasa de humedad media es de case

80% y precipitación anual de 41mm.

La amplitud térmica mensual esta alrededor de 8º C, es decir, no posee

una variación muy larga de temperatura entre el día y la noche.

La humedad para la ciudad es bastante elevada, con humedad relativa

media de 79,59% y humedad absoluta mínima superior a 50%.

Por tener una ubicación en el litoral, Vitória es favorecida por la

presencia de las brisas de verano necesarias para amenizar la temperatura en

los días más calientes. El viento predominante en este período es lo de la

dirección nordeste, también el más indicado para ser utilizado en la ventilación

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado


71

natural. Cuando hay una incidencia más pequeña de este viento, el viento sur

predomina, aún que este debe ser utilizado con más cautela, pues es más frío

y veloz, y ocurre con más intensidad en el invierno, pudendo causar

incómodos. El viento nordeste posee frecuencia de 22,3%, seguido de

predominancia del viento sur, 12,8%.

La radiación solar es bastante elevada a lo largo de todo año. A partir

de cálculos hechos con el software ISOL llegamos a los valores de la radiación

solar para los meses y superficies captadoras.

Tabla 7 – La radiación solar en las superficies captadoras para la ciudad de Vitória, Espírito

Santo, Brasil.

III.2.3 Método

El método consiste en calcular el valor medio de la temperatura interior

del edificio para unas condiciones determinadas de clima exterior y del edificio,

suponiendo que todas las acciones son constantes en el tiempo, y con esto

verificar la eficiencia de las diferentes tipologías y materiales de la cubierta

ventilada.


72

Para la simulación fue determinada un mes para el análisis, común a

todos los resultados presentados en este estudio. El mes de análisis es enero,

escogido para representar las condiciones climáticas del local. Asimismo, vale

recordar que en climas cálidos-húmedos las condiciones climáticas son

prácticamente constantes a lo largo de todo el año.

Para el cálculo de la temperatura media interior (Ti) utilizamos la

expresión:

G . ∆T= I +D

Donde:

∆T = diferencia entre temperaturas exterior (Te) e interior (Ti), en ºC.

I = ganancia media por radiación solar, en W / m3.

D = aportes medios internos, en W / m3.

G = coeficiente de intercambio térmico, en W / (ºC m3).

En este estudio adoptamos en el cálculo de intercambio térmico (G) de

la cubierta la temperatura sol-aire Tsa en lugar de la temperatura media exterior

Te, visto que la temperatura en el entorno inmediato de la cubierta es más

elevada que la temperatura media exterior, debido a una combinación de la

radiación solar y las propiedades del material constructivo. Te = Tsa.

La temperatura sol-aire Tsa se define como el impacto combinado de la

temperatura ambiente y la influencia de la radiación solar combinado con la

coloración superficial y la rugosidad de la superficie. El resultado de esta

ecuación determina temperaturas superficiales exteriores muy superiores a la

temperatura ambiente en un dado momento.

La fórmula de la temperatura sol-aire (Tsa) es:

Tsa = Te + (I . α . Rse)

Donde:

Te = temperatura media exterior para el mes considerado, en ºC.

I = intensidad de la radiación solar, en W / m2.

α = absortancia de la superficie respecto a la radiación solar.


73

Rse = resistencia superficial exterior, en m2 ºC / W. Este valor es 0,05 m2 ºC /

W.

Para los valores de ganancia medias por radiación solar (I), aportes

medio internos (D) y coeficiente de intercambio térmico (G), utilizamos las

siguientes fórmulas a seguir:

• Las ganancias medias por radiación solar (I) se calculan por la fórmula:

I = Svn . Rv

Donde:

Rv = radiación media en el plano vertical al norte, en W / m2.

Sv = superficie equivalente de la ventana a norte, en m2 / m3.

La radiación media en el plano vertical al norte para la ciudad de Vitória

en verano es 108,78 W / m2.

La superficie equivalente de la ventana a norte (Sv) es:

Sv = (Σ Si . γi . CRi) / Vh

Donde:

Si = superficie captadora en m2.

γi = coeficiente de captación. Para sistemas directos vale 0,4 a 0,7.

CRi = coeficiente según la orientación y las obstrucciones. Para enero:

Sur Norte

0,00 1,00

Vh = volumen habitable, en m3.

• Los aportes medios internos (D) se pueden calcular como:

D = (Σ ni . ei . nhi) / (Vh . 24)

Donde:

ni = número de elementos que desprenden calor.

ei = energía que desprende cada elemento, en W.

nhi = número de horas diarias de funcionamiento.


74


Los aportes medios internos no fueron considerados en este estudio, ya

que como estamos analizando la cubierta estos valores son indiferentes desde

que sea el mismo para todos los cálculos, por lo tanto, igual a cero. D = 0 W /

m3.

El coeficiente de intercambio térmico (G) es dado por la fórmula:

G = Gt + Gv

Donde:

Gt = coeficiente de intercambio por transmisión, en W / (ºC m3).

Gv = coeficiente de intercambio por ventilación, en W / (ºC m3).

El coeficiente de intercambio por transmisión (Gt) viene dado por la

fórmula:

Gt = (Σ Si . Ki . ∆T) / Vh

Donde:

Si = superficie de la piel, en m2.

Ki = coeficiente de transmisión del calor, en W / (ºC m2).



En el cálculo del coeficiente de transmisión de calor Ki adoptamos como

resistencia exterior el valor de 0,05 m2 ºC / W y como resistencia interior el

valor de 0,13 m2 ºC / W.

Y el coeficiente de intercambio por ventilación (Gv) viene dado por la

fórmula:

Gv = 0,29 . rh . ∆T / Vh

Donde:

rh = volumen horario de intercambio de aire, en m3 / (m3 h).




75

En los cálculos adoptamos valores diferentes de volumen horario de

intercambio de aire para poder analizarnos si el incremento de la renovación

del aire en el espacio interior es capaz de modificar la temperatura encontrada

Ti. Fueron adoptados los siguientes valores: 1 m3 / (m3 h), 5 m3 / (m3 h), 10 m3 /

(m3 h), 15 m3 / (m3 h) y 20 m3 / (m3 h).

En los cálculos de los casos que la cubierta es sencilla, es decir, sin la

cámara de aire, utilizamos las fórmulas presentada de forma directa. En los

casos que la cubierta es ventilada, los cálculos fueron hechos de forma doble.

Primero encontramos valores de temperatura interior para el espacio entre

cubierta y forjado y, después, valores de temperatura interior para el espacio

habitable.

III.2.4 Resultados

Primeramente hicimos la comparación de los diferentes materiales

constructivos en la cubierta sencilla, es decir, no ventilada, a fin de verificarnos

la eficiencia térmica de cada material para el clima estudiado.

Figura 66 – La cubierta no ventilada y sus posibilites. 1 – fibra natural (TF), 2 – teja de madera (TM), 3 – teja de barro cocida (BR), 4 – teja de amianto (AM) y 5 – teja metálica de acero (MT).

Después fue hecha la comparación entre cubierta no ventilada y cubierta

ventilada, con todas la posibilidades posibles para analizarnos el rendimiento

de cada caso.


76

Figura 67 – La cubierta ventilada y sus posibilites. 1 – fibra natural (TF), 2 – teja de madera (TM), 3 – teja de barro cocida (BR), 4 – teja de amianto (AM) y 5 – teja metálica de acero (MT). A – fibra natural (FN), B – madera (MD), C – forjado de hormigón (HM), D – plástico PVC (PL) y

E – placas de yeso acartonado (YS).

Por último comparamos la cubierta no ventilada y la cubierta ventilada,

las dos con mismo material constructivo, y con forjado en diferentes

composiciones para la cubierta ventilada, para podernos analizar si el hecho de

utilizar diferentes materiales en la capa interior del tejado (forjado) interfiere en

el rendimiento térmico general de la cubierta.

Vale recordar que en todos los casos estudiados hicimos la comparación

de un mismo caso con diferentes incrementos de aire a fin de verificarnos si la

cantidad de renovaciones de aire en metros cúbicos por metros cúbicos horas

es capaz de minimizar los efectos térmicos en la cubierta y consecuentemente

en el espacio interior del edificio.

I.1.1.26. Cubierta no ventilada

En los gráficos podemos ver que la temperatura interior en un edificio

con una cubierta no ventilada, la temperatura media interior (Ti) puede alcanzar

casi los 37 ºC, como es el caso de la cubierta metálica (MT), aunque la

utilización de determinados materiales hace con que la temperatura del interior

sea más amena, como es el caso de la cubierta de paja de coco (TF), en que

temperatura alcanza una media interior alrededor de 31ºC. La diferencia de

casi 6ºC es debido a las propiedades de cada material con relación a la

conductividad y la absortancia. Dependiendo de que valores presenten estos


77

índices hace con que la temperatura sol-aire se eleve bastante y

consecuentemente la temperatura interior.

El hecho de introducir aire en el edificio, sea a través de ventilación

cruzada de la zona habitable o a través de esta ventilación en la cubierta, como

veremos más adelante, hace con que la temperatura media interior decrezca a

la medida en que incrementamos aire.


diferentes incrementos de aire en cubierta no ventilada.

Cuando simulamos la temperatura media interior (Ti) en cubiertas

ventiladas percibimos que esta, aunque no sea más baja que la temperatura

exterior (Te), presentase más baja con relación a la temperaturas medias

interiores encontradas para la cubierta no ventilada considerando las mismas

condiciones del local y los mismos materiales constructivos.

I.1.1.27. Cubierta ventilada

El hecho de introducir aire en la cubierta formando una cámara de aire

ventilada ayuda mucho para que la temperatura media interior (Ti) no suba

demasiado con relación a la temperatura media exterior (Te) del local.

Aunque el incremento de cantidad de renovaciones de aire en metros

cúbicos por metros cúbicos horas haga con que disminuya un poco la

temperatura media interior (Ti), este incremento no presenta resultados


78

significativos. La diferencia de la cubierta ventilada con 1 renovación hora y 20

renovaciones horas presenta cono temperatura interior un máximo de 0,5 ºC en

las composiciones de cubierta que presentan mejor rendimiento.

Figura 69 – Temperatura media interior (Ti) para los diferentes materiales constructivos y diferentes incrementos de aire en cubierta ventilada.

Determinados casos presentan rendimientos bastantes considerables si

compararnos la cubierta no ventilada (Figura 68) y la ventilada (Figura 69). La

diferencia de temperatura entre las dos tipologías puede alcanzar más los 3ºC,

como es el caso de la cubierta metálica sin y con forjado de madera.

I.1.1.28. Cubierta por materiales

CUBIERTA DE FIBRA NATURAL

Figura 70 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de fibra natural (paja de coco) sin

y con forjado de fibra natural o madera.


79

En la cubierta de paja de coco el hecho de tener un forjado interior no

significa una mejora de la temperatura media interior (Ti). El material en si

presenta un coeficiente de conducción de calor (Ki) muy bajo, haciendo que la

temperatura media interior (Ti) no se eleve demasiado, mismo para una

cubierta sin cámara de aire.

El caso 1.B, composición techo en fibra natural y forjado de madera hace

con que la temperatura interior sea más elevada que la misma cubierta con

forjado de fibra natural o, hasta mismo, la cubierta sin la cámara de aire.

Aunque, en una comparación general (Figuras 68 y 69), la cubierta de fibra

natural en todas sus composiciones presenta buenos rendimientos térmicos.

CUBIERTA DE MADERA

Figura 71 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de madera sin y con forjado de

fibra natural o madera.

En la cubierta de madera la temperatura media interior (Ti) queda más

baja cuando esta presentase con forjado interior en las dos composiciones de

cubierta tradicional.

El caso 2.A, cubierta de madera con forjado de fibra natural, presenta la

temperatura media interior (Ti) resultante más baja, debido a las propiedades

de la fibra natural, con un coeficiente de conducción de calor (Ki) más pequeño

que la madera.


80

CUBIERTA DE TEJA DE BARRO COCIDA

Figura 72 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de teja de barro cocida sin y con

forjado de madera, hormigón, plástico PVC o placas de yeso acartonado.

En la cubierta de teja de barro cocida también es verdad que la

temperatura media interior (Ti) queda más baja cuando esta presentase con

forjado interior en las cuatro composiciones posibles.

Los materiales constructivos que presentan el coeficiente de transmisión

de calor (Ki) más bajo presentan mejor resultado.

CUBIERTA DE TEJA DE AMIANTO

Figura 73 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de teja de amianto sin y con



81

La cubierta de teja de amianto presenta los mejores resultados térmicos

de las cubierta contemporáneas, en todas las suyas composiciones. Esto es

debido al coeficiente de transmisión de calor (Ki) que es más bajo que el de la

teja de barro y la teja metálica de acero.

El caso 3.B, composición teja de amianto con forjado de madera, posee

la temperatura media interior (Ti) más baja por el mismo motivo. El coeficiente

de transmisión de calor (Ki) es más bajo que los demás forjados, de hormigón,

de plástico PVC y de placas de yeso acartonado.

CUBIERTA DE TEJA METÁLICA DE ACERO

Figura 74 – Temperatura media interior (Ti) para la cubierta de teja metálica de acero sin y con


Lo mismo que ocurre con las demás cubiertas, también ocurre con la

cubierta metálica.

La cubierta metálica presenta coeficiente de transmisión de calor (Ki)

mucho más alto que las otras soluciones de cubierta, haciendo que la

temperatura media interior (Ti) en la cámara de aire, en los casos de cubierta

ventilada, sea la más alta.

Con todo, las soluciones con forjado interior hace con que la temperatura

media interior (Ti) del espacio habitable sea más amena. Asimismo, los

resultados de temperatura media interior (Ti) para todas las composiciones con

teja metálica de acero presentan los peores resultados (Figuras 68 y 69) si


82

comparados con las otras soluciones de cubierta ventilada con composiciones

de forjados iguales.

Resumiendo:

La selección de materiales para la cubierta con bajo coeficiente de

transmisión de calor (Ki), y de forjado, también con bajo coeficiente de

transmisión de calor (Ki), presentan siempre mejores resultados (Figuras 68 y

69) que las soluciones en que los coeficientes de transmisión de calor (Ki) son

altos, tanto para la cubierta como para el forjado.

También es importante la selección de materiales para la cubierta con

coeficiente de absortancia (α) bajo para que esta pueda reflejar el máximo

posible la radiación solar.

La introducción de una cámara de aire ventilada ayuda para que la

temperatura media interior (Ti) no suba demasiado con relación a la

temperatura media exterior (Te) del local. Aunque el incremento de cantidad de

renovaciones de aire en metros cúbicos por metros cúbicos horas haga con

que disminuya un poco la temperatura media interior (Ti), este incremento no

presenta resultados significativos.

Consideraciones finales


84

El ser humano en la busca de protegerse, sea del sol o de la lluvia, sea

del calor o del frío, tiene en la concepción de la arquitectura una adaptación a

las condicionantes climáticas, además de otros condicionantes, tales como

disponibilidad de materiales, técnicas constructivas, costumbres locales, etc.

A lo largo de la historia, la suma de todos estos condicionantes fueran

responsables por el desarrollo de una arquitectura en armonía con el entorno,

posible a través de las observaciones del medio ambiente. Mirando el

funcionamiento de la naturaleza y respectando sus preceptos – las

temperaturas, las humedades, la cantidad de radiación solar, los vientos y las

precipitaciones –, el hombre ha desarrollado su vivienda en acuerdo con el

medio en que vive, buscando siempre interferir lo mínimo posible para

beneficiarse lo máximo posible.

En consecuencia a este proceso ocurrió el surgimiento de una

arquitectura popular específica para cada clima: tropical-lluvioso, seco,

templado, boscoso-frío y polar. En estas definiciones climáticas, este trabajo se

limitó en estudiar el clima tropical-lluvioso, o cálido-húmedo, y su relación con

la arquitectura.

A partir de la análisis de los elementos del clima cálido-húmedo, las

particularidades de los efectos microclimáticos y sus efectos en el ser humano,

fue posible seleccionar una serie de soluciones de diseño ambiental que van al

encuentro con las limitaciones impuestas por el medio ambiente. El resultado

es una arquitectura, tanto popular como contemporánea a nosotros, que utiliza

soluciones, muchas veces simples, con el objetivo de contornear las

condicionantes impuestas por la naturaleza.

En el clima cálido-húmedo los condicionantes a la arquitectura se

traducen en la reducción de la sensación de calor por parte del usuario a través

de la creación de soluciones capaces de reducir la producción de calor, tanto a

través de la reducción de los aumentos de radiación solar como la potenciación

de las pérdidas de calor por la evaporación, posibles con un control solar

adecuado, un incremento de la ventilación cruzada y la utilización de materiales

con poca inercia térmica y con grande capacidad de reflexión del calor.


85

Las soluciones adoptadas para el clima se resumen en la tabla siguiente,

inspirada en la propuesta por Olgyay en su libro Arquitectura y Clima:

El diseño de la casa

EMPLAZAMIENTO Emplazamientos situados un poco altos y enfrentados a la dirección del viento son

lo más conveniente, en especial aquellos situados cerca de las crestas donde

reciben la mayor cantidad del movimiento del aire. Las pendientes norte y sur son

mejores que las este y oeste debido a principalmente a que reciben menor

radiación. Las casas deben estar separadas para aprovechar los movimientos del

aire.

TIPOLOGÍA La tipología más apropiada es la individual, aislada y situada preferentemente en un

emplazamiento un poco elevado.

DISTRIBUCIÓN Las edificaciones deben ser estructuras sombreadas que estimulen los

movimientos de aire refrescante; la protección solar debe estar presente en todas

las superficies expuestas al asoleo, especialmente en el techo y en las fachadas

este y oeste.

FORMA Y

VOLUMEN

Los fuertes efectos de la radiación en la fachada este y oeste determinan la

tendencia de la edificación hacia una forma ligeramente alargada en el eje este-

oeste.

ORIENTACIÓN La mejor orientación se encuentra en el eje norte-sur. Aquellas orientaciones en las

que el lado más largo se encuentra en una situación diferente a procedencia del

viento, son aceptables solamente si se encuentran protegidas bajo la sombra.

EL INTERIOR Los espacios interiores deberán estar sombreados y bien ventilados. Son

adecuados espacios flexibles, multiusos divididos con paneles móviles o muros

bajos.

VEGETACIÓN Los árboles plantados para proporcionar sombra deberán ser altos para no interferir

con las brisas. La vegetación baja debe estar lejos de la casa para no interrumpir el

movimiento del aire. El aire que incide en una estructura procedente de un

estanque a la sombra es muy beneficioso.

EL COLOR Los colores reflectantes que se encuentran en la gama de los tonos pastel son los

más apropiados, ya que ayudan a evitar los resplandores tanto en el interior como

en el exterior.

Elementos Constructivos

ABERTURAS Y

VENTANAS

Las diferenciaciones existentes entre muros y ventanas desaparecen. La

ventilación es necesaria en 85% del año, la ventilación cruzada según el eje este-

oeste es esencial. Elementos de protección solar que permiten el flujo de aire son

aconsejables. La edificación deberá estar protegida del sol, de la lluvia, de la

radiación celeste y del deslumbramiento.

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado


86

CERRAMIENTOS Las paredes tienen menor importancia mientras que los espacios techados

adquieren mayor importancia. Los muros no actúan como barreras térmicas debido

a las altas temperaturas. Los sótanos son impracticables debido a la humedad. Una

construcción tipo paladita proporciona una ventilación más adecuada en las zonas

de actividades diarias y crea un área protegida de bajo de ella. Debe tenerse

cuidado especial con la humedad y hongos

PROTECCIÓN

SOLAR

Los elementos de protección solar son muy importantes debido a la poderosa

radiación que procede principalmente de los lados este-oeste.

En el estudio de las soluciones adoptadas para el clima tropical pudimos

observar que la cubierta ventilada tiene papel bastante importante tanto para la

función de protección del sol y de la lluvia como para la protección de la

penetración del calor por radiación.

En la parte III de este trabajo comprobamos que la introducción de una

cámara de aire ventilada ayuda para que la temperatura media interior (Ti) no

suba demasiado con relación a la temperatura media exterior (Te) del local.

Aunque el incremento de cantidad de renovaciones de aire en metros cúbicos

por metros cúbicos horas haga con que disminuya un poco la temperatura

media interior (Ti), este incremento no presenta resultados significativos.

La selección de materiales para la cubierta con bajo coeficiente de

transmisión de calor (Ki), y de forjado, también con bajo coeficiente de

transmisión de calor (Ki), presentan siempre mejores resultados (Figuras 68 y

69) que las soluciones en que los coeficientes de transmisión de calor (Ki) son

altos, tanto para la cubierta como para el forjado.

También es importante la selección de materiales para la cubierta con

coeficiente de absortancia (α) bajo para que esta pueda reflejar el máximo

posible la radiación solar.

Un buen diseño de la cubierta ventilada, elemento más significativo de la

edificación tropical, sumado a los demás elementos constructivos

recomendables para este clima y a los condicionantes locales, se traducen en

la reducción de la sensación de calor por parte del usuario. Es decir, en

cualquier espacio arquitectónico se puede actuar desde el inicio del diseño

sobre los parámetros ambientales que resultará el edificio a fin de proporcionar

al usuario las condiciones necesarias de confort.

Roxana Coronel

Resaltado

Roxana Coronel

Resaltado

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