Informe Estudio Casa Bourquer-Perez
Ingeniería
Bioclimática es una empresa que presta servicios de consultoría en materia
de climatización natural, eficiencia energética y energías renovables, en esta
línea, puede ejecutar o intervenir obras de arquitectura, ingeniería y otras
actividades con técnicas afines. Apoya la investigación y el desarrollo experimental
en el campo de las ciencias naturales y la ingeniería, siempre desde una visión
ambiental. Reflexiona a partir de la Ingeniería Industrial y Bioclimática -IIB-,
tiene en cuenta la localización y el uso para el cual fue diseñada y pensada la
edificación. Considera prioritario el conocimiento de su materialidad, su
geometría, la incidencia del clima local, su entorno, los vientos, el sol o la
orientación de la edificación a tratar. Sustancialmente busca la mejor relación
posible entre ser humano, edificación y medio ambiente.
Sus
estudios e intervenciones están dirigidos a edificaciones que presentan
padecimientos o molestias a sus ocupantes, situaciones de estrés térmico y
baja calidad del aire: síndrome del edificio o la casa enferma -SEE-. Hoy
en día es relativamente fácil diagnosticar patologías constructivas como
grietas o fisuras en el hormigón y hasta su prevención, mientras que no
ocurre lo mismo con las edificaciones que presentan el SEE, este
diagnóstico, algo más complejo, es una tarea principal de la Ingeniería
Bioclimática.
Los resultados y productos de las visitas técnicas -como insumo
para los estudios- significan economías a futuro y mejoras para el medio
ambiente general. Estas soluciones deberán satisfacer necesidades de confort
térmico laboral y de permanencia. Los beneficios del estudio
se convierten en anteproyectos o esquemas básicos que quedan plasmados
en recomendaciones como producto tangible de la inspección, el diagnóstico
y las recomendaciones de cambio.
Durante el estudio se identifican los aspectos ambientales positivos y
negativos, el microclima local con relación al inmueble comprometido y al confort
humano. En especial, se conceptúa crítica y propositivamente acerca
del buen o mal desempeño de las instalaciones, considerando, entre otros
aspectos, el gasto energético necesario para mantener las condiciones de
confort: se ausculta y ubican las fuentes generadoras de malestar térmico.
Se apoya en instrumentos de última tecnología como termómetros
infrarrojos (temperaturas a distancia), anemómetros (velocidad del viento),
termómetros ambientales (internos y externos), modelación en 3d y estación
meteorológica (si no hay información local) así como la posibilidad de recurrir
a cámara termo-gráfica. Después de las visitas técnicas exploratorias se
puede diagnosticar sobre lo que redundará en beneficios y resultados palpables
para la casa. Conocer el uso de la edificación determina, p. ej.,
el número de renovaciones de aire horas/hombre.
La ciudad tiene un
clima tropical. Hay precipitaciones durante todo el año. Hasta el mes más seco
aún tiene mucha lluvia. La temperatura media anual en Jamundí se encuentra a
23.8 °C. La precipitación es de 1706 mm al año.
DIAGRAMA DE
TEMPERATURA
El mes más caluroso del año con un promedio
de 24.4 °C de marzo. El mes más frío del año es de 23.3 °C en el medio de
noviembre.
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ESTACION
|
TEMPERATURA (oC) MAXIMA ABSOLUTA
|
TEMPERATURA (oC)
MINIMA ABSOLUTA
|
TEMPERATURA
(oC)PROMEDIO MENSUAL
|
||||||
|
90
|
91
|
92
|
90
|
91
|
92
|
90
|
91
|
92
|
|
|
Potrerito
|
34.6
|
36.8
|
34.8
|
13.4
|
14.2
|
14.2
|
24.4
|
24.4
|
24.4
|
Situación o problema que
justifica el trabajo, y resultados y productos del diagnóstico inicial
Los edificios, tanto residenciales como los que no, cargan gran
responsabilidad en el consumo de energía mundial. Se puede sostener que en
promedio demandan el 50% del total y son responsables del 30% de las emisiones
de gases efecto invernadero.
Se encuentran otros tipos de carencias
(pertinencia tropical) tanto en manuales como en los libros con estudios
bioclimáticos traídos del primer mundo o del cono suramericano, pocos hacen
referencias precisas sobre una Bioclimática Tropical; y peor aun
cuando se copian sin mayor reflexión las recomendaciones con respecto a
la orientación de las ventanas o los paneles solares mirando al sur o al
norte, o el concepto de edificio inteligente, entre otros; con la
complicidad de los teóricos puros al no aplicar los debidos filtros tropicales
de latitud y pertinencia, ¡cabe recordar que trabajamos sobre el ecuador
terrestre!
El
estudio se desarrolla como respuesta a nuestra oferta de visita técnica y
posterior respuesta de los interesados.
Iniciamos
recolectando información en visitas así:
Fecha:
finales de mayo de 2016
Ciudad:
Jamundí, Valle del Cauca.
Altitud:
1000 msnm
Percibimos
durante la visita y en medio de las actividades rutinarias una incomodidad
térmica ocasionada por una alta temperatura ambiental de bulbo seco y principalmente
por la ausencia de renovaciones de aire, resaltamos esto último. Observamos bastante cerrada la casa, tanto para la
entrada como para la salida de aire caliente y viciado, situación que debemos abordar
para aumentar la evacuación de aire caliente.
Preocupa bastante la deficiencia de extracción en el techo, no existe un
sistema de claraboyas elevadas, ni buitrones, ni calados superiores, ni
ventilación cruzada.
Sugerimos
desde ahora aprovechar el motor térmico interno, -el aire caliente interno que
asciende-, el efecto chimenea solar no se está aprovechando y puede ser una de
las aplicaciones dependiendo del tipo de cubierta, lo que nos puede aclarar mejor
el maestro.
Extractores solares tipo chimenea solar, por
ahora, al menos tres.
Hay que considerar el tema de extracción localizada en las diferentes
zonas húmedas de la casa: baños y cocina, son las zonas críticas, no son
exactamente las generadoras de altas temperaturas pero sí contribuyen al estrés
térmico con la humedad relativa alta.
Inyección inferior
de aire, principalmente por alas este y oeste (ajustadas).
Extracción cenital en alcobas y zonas húmedas (baños) a
consensar.
Evaluación biológica (basada
en las sensaciones humanas)
Los dos ocupantes de
la casa se quejan por el tema de calor que sienten. La queja recogida es
manifestada como bochorno, situación que se siente principalmente en
horas de medio día y la tarde cerca a la dos o tres, sin olvidar las noches.
Temperaturas de climas
(interno y externo)
Temperaturas máximas externas promedio: 34°C
Temperaturas mínimas de hasta 14°C
Excursiones térmicas diarias de hasta 20°C
Temperatura promedio: 24,4°C, que no es tan crítica considerando que es zona
rural; insistimos en la necesidad de mover el aire interno e incrementar la
extracción de aire.
Vegetación circundante: si bien la casa se ve
rodeada de vegetación que puede contribuir a refrescarla, también es cierto que
impide la acción del viento sobre ella; tema que se deberá considerar en
conjunto.
Por entorno
se puede entender el medio ambiente vecino y afectado, natural
o construido, se tienen en cuenta montañas, ríos, espejos de agua y todos
los accidentes topográficos cercanos y relevantes, se busca que las
construcciones adquieran un comportamiento más orgánico y más natural, que
mantengan el ritmo de la naturaleza y la vida circundante; que sea una zona
residencial obliga más esta intención.
Sería muy importante pensar en un tratamiento para aislar del sol
incidente sobre la cubierta (techos),
este calor ganado es transmitido al interior y peor aún, conservado. Aquí sugerimos aplicar sobre la cubierta
Aislante Térmico, se aplica como pintura y su color final sería blanco.
Definitivamente y según evaluación con
maestro, tratar la cubierta con aislante térmico (sobre los techos). El color
definitivo será blanco a la vista.
Estudio del juego
volumétrico
Altura central: es poca en comparación con las casas rurales tradicionales
del valle del Cauca. Debido a la geometría y a las dimensiones, la altura no
es la suficiente para crear estratos de aire diferenciados, esto hace que el
aire caliente almacenado durante el día en los altos estratos, poco a poco
traslade su temperatura, por convección y por expansión volumétrica, a los
estratos o alturas de ocupación humana.
Para aliviar esto contribuirán los
extractores solares.
Los materiales de acabado
Materialidad interior y exterior principal: mampostería, ladrillo a
la vista… ¡bienvenido el color blanco que ayuda con la reflexión y con la
iluminación interna!
Cobertura térmica
(envolvente térmica)
Materialidad exterior principal: mampostería, ladrillo a la vista.
Este material, que aunque contribuye a un mejor comportamiento
térmico cuando tiene el espesor suficiente (más allá de 60 centímetros), no es
suficiente dado su alto coeficiente de transferencia de calor –TC-. La
TC permite determinar, con respecto al tiempo, la energía transferida y
provocada por un desequilibrio de temperaturas: en esta definición está
quizá la respuesta a muchos problemas con la sensación térmica y en
consecuencia a sus soluciones a través de las mismas transferencias...
Se sugiere cubrir, poco a
poco, la pared generada en la reforma con material vegetal. Esto creará una
doble fachada más fresca y ventilada. Ella deberá quedar algo separada de la
pared. Esto protegerá la pared del sol de la tarde.
Cubierta (techo): teja de
cerámica
Sin mayor aislamiento interno o
externo. Recalcamos
la necesidad de mantener la cubierta de color claro. El aislante térmico sobre
la misma nos garantiza una disminución de aprox. 10°C bajo la cubierta y
alrededor de 3 a 4°C en la temperatura ambiental. Esta
acción contribuye sustancialmente con el tema de temperatura pero no de manera
significativa con la sensación térmica.
Iluminación interior en zonas críticas,
especialmente por ventanas que miran al oeste: que en algo contribuye con
el efecto invernadero en la casa. La retención de la energía emitida por cualquier
objeto al haber sido calentado por la acción del Sol es efecto invernadero.
Cotidianamente se puede comprobar con el aumento gradual en la temperatura
interior de un carro expuesto al sol cuando se han dejado cerradas sus puertas
y ventanas.
Según análisis de sombras nos inclinamos
definitivamente por las protecciones solares sobre las ventanas. Sin alterar la
fachada. Hablamos de repetir los cortasoles externos existentes bajo las
escaleras que comunican primero y segundo piso.
Ventilación Natural:
escasa o nula.
Extracción de aire: decíamos que aquí radica en gran parte el
origen de la inconformidad térmica. La extracción de aire es escasa o nula
y no hay ventilación cruzada.
La instalación de cortasoles aliviará el
tema de la ausencia de ventilación cruzada en la casa.
El Índice de Confort
Climático (IC): ¡una justificación!
De acuerdo con las pautas de la Sociedad Americana de
Aire Acondicionado, Refrigeración y Calefacción; “el confort térmico es conocido como la condición mental que expresa
satisfacción con el ambiente térmico”. Como se puede apreciar, es una
definición cualitativa y no cuantitativa, por tanto no hay consenso sobre las
condiciones (mezclas) ideales de confort térmico.
El Valle Geográfico del río Cauca posee casi en su totalidad un clima que bien se puede situar entre
Incómodamente Caluroso y Caluroso,
hablamos más exactamente de la sensación
térmica percibida dadas sus características de temperatura,
humedad relativa y sistema de vientos.
Para la
medición del confort térmico en el país, y dependiendo de la altura (mayor a
1.000 msnm para el caso), se utiliza la siguiente fórmula:
IC = IC=(34.5-ts)(.05+.06√v+h/180), donde ts es la temperatura en el sitio,
v es la velocidad del
viento y h la humedad
relativa.
|
Un IC de:
0 a 3
|
Incómodamente caluroso
|
|
3 a 5
|
Caluroso
|
|
4 a 7
|
Cálido
|
|
7 a 11
|
Agradable
|
|
11 13
|
Algo frío
|
|
13 15
|
Frío
|
|
Más de 15
|
Muy frío
|
Esto nos dice que el Índice de Confort
Climático en la zona (Jamundí, Valle), internamente, y con Ts de
30°C, suponiendo una velocidad del viento de 0,1 m/s y promediando la Hr en 70%
en la zona medida, el resultado es de 2,06; es decir, el IC o la SENSACIÓN TÉRMICA es Incómodamente CALUROSA.
Ahora bien, la temperatura promedio no varía ni baja en el año de
manera significativa -estamos en el trópico-. La humedad relativa que sí varía,
baja muy pocas veces pero son más los días que aumenta, incluso hasta alcanzar
los 90% o más, por tanto la sensación térmica será más incómoda aún;
entonces sólo nos queda una
variable que podemos afectar para disminuir la incomodidad térmica: la
velocidad del viento, la que podemos aumentar mecánicamente, de manera
natural o artificial hasta dónde queramos, eso sí, cambiando las condiciones
actuales.
Análisis y cálculos de ventilación
Las mínimas Renovaciones de Aire, más que una norma, deben ser
vistas como una necesidad vital. Este tema es desconocido y no bien tratado por
la Norma Técnica Colombiana 5183 de ICONTEC y bajo el título de “Ventilación
para una calidad aceptable del aire en espacios interiores”. Y como las
normas no obligan no se le da la importancia que tiene…
Regularmente sugerimos aprovechar la dominante del viento, así sea
escasa su velocidad promedio, inyectando aire y obligándolo a circular por toda
la casa para sacarlo al otro extremo, caliente y por encima, pero ocurre que el
histórico de vientos en la zona es bastante pobre.
El volumen aproximado de aire contenido (excluyendo divisiones
interiores) es aproximadamente 250 m³ y debe ser renovado al menos una vez por
hora mientras está ocupado, según normas y recomendaciones internacionales. Las
salidas de aire a calcular, áreas y puntos exactos, deben ser salidas cenitales
y/o calados en la parte más alta de los cerramientos: cubierta, fachada principal
y fachada suroeste, confirmando después que estas acciones nos garanticen un
recorrido total de la casa.
Nuestra propuesta es abrir la casa a la
entrada del aire inferior y fresco, de tal manera que dé comienzo al nuevo
esquema de ventilación, puerta de acceso(¿), ventanas de la sala, calados a la
menor altura posible donde no generen molestias y den comienzo a un patrón de
flujo.
En ciertos meses
críticos como alrededor del fin de año, se podría ayudar la extracción natural
de los extractores con extracción mecánica, si se evidencia su
necesidad.
Marco de referencia
Localización de la casa:
Análisis previo de
necesidades
Mejorar las condiciones de confort térmico
existentes en la casa.
Bajar las temperaturas y mejorar la calidad
del aire respirable.
Aumentar la velocidad del viento en su interior.
Objetivos generales
1.
Mejorar, a través de las diferentes
estrategias bioclimáticas.
2.
Crear ambientes de habitabilidad en la casa,
de manera tal que afecten para bien el concepto de sensación térmica…
3.
El objetivo principal es la Climatización Natural, es decir,
encontrar el conjunto de aplicaciones ecológicas que mejoren la sensación térmica interna, entendida
esta como la impresión registrada por el cuerpo humano de acuerdo a la temperatura, velocidad del aire y humedad relativa.
4. Mostrar
que la Climatización Natural no
sólo es más económica sino más saludable, que sí minimiza las enfermedades
respiratorias y que remueve físicamente
agentes patógenos.
Objetivos específicos
Aislar y evitar en lo posible, tanto en
cerramientos como cubiertas, la acción directa del sol.
Generar las condiciones para que entre aire
fresco.
Facilitar técnica y arquitectónicamente la
evacuación de aire caliente.
Evitar el calentamiento por efecto
invernadero.
Buscar todas las posibles causas generadoras
de calor y causantes de altas temperaturas.
Calcular y aprovechar sus caudales de acuerdo a las necesidades.
Metodología y planteamiento
de estrategia
Este tipo de diseño, correctamente aplicado, puede llegar a economizar
más del 50% de la energía a consumir (en plantas industriales y oficinas),
tanto en etapas de construcción como en uso, con tiempos cada vez más cortos
para el retorno de la inversión por mejoramiento de las condiciones
ambientales.
Objetivos en función a la etapa de intervención: aparecerá al final
del informe bajo el título “Cómo o por dónde empezar”.
Definición de la Estrategia de Intervención: se definirán de acuerdo
a las posibilidades técnicas, económicas y culturales de los habitantes.
Cronograma interno propuesto
Las fechas las propondrán los
propietarios contratantes y su ejecución es nuestra responsabilidad.
¿Cómo o por dónde empezar?
Creemos que la intervención
debe ser simultánea: sistema de extracción localizada sobre zonas húmedas (si
es técnicamente posible), sobre lados de las paredes ya mencionados atrás y
definir en consenso los sitios para la inyección de aire fresco. Esto para
implementar el nuevo esquema de ventilación y su patrón de flujo.
1. Instalación
de extractores solares
2. Cortasoles
sobre ventanas, hasta donde sea posible y permisible.
3. Aislante
térmico sobre techos.
Balance energético
Para que haya confort en un espacio cerrado, la ganancia energética
del clima (interior) debe estar en equilibrio. Sabemos que toda la energía
del sistema climático (externo e interno) deriva del Sol, así que el balance
implica que el promedio de la radiación externa y la producida internamente
debe ser igual a la suma de la radicación saliente reflejada.
Está claro que la casa que nos ocupa no cumple la condición de balance
deseado, podemos decir que padece un balance energético positivo (la
ganancia de energía es mayor que su eliminación).
Espacios de gran altura para
maximizar el volumen de aire
No aplica.
Materiales reciclados y
reciclables
Para consulta…
Iluminación natural
En estas latitudes la
iluminación natural libre nunca debe exceder el 8 o el 10% del total de la
cubierta. Si es necesario a las claraboyas se les puede filtrar su incidencia
directa (sin perder la mayoría de su luz) con una técnica llamada repisas
solares.
Tema agua (SCAPT) Sistema de
Captación de Aguas Pluviales en Techos
Recolección de Agua lluvia: si se deja de consumir un metro³ de
agua potable, sea por auto-regulación o porque se hace uso de un metro³ de
agua lluvia para regar plantas, lavar pisos o vaciar inodoros, la cuenta
disminuye en dos metros³, por tanto uno es igual dos (1=2).
El cálculo de un Sistema para la Captación de Aguas Pluviales en
Techos -SCAPT- requiere información técnica pero mínima. Es necesario
conocer el área de recolección, bien sean techos o calles, pues no solamente
se recolecta agua de los techos. Hay que conocer las áreas y superficies que
direccionan el agua, los sistemas para el filtrado y re-uso del agua, la
capacidad de almacenamiento, los sistemas de bombeo (si se requieren) y por
supuesto, el régimen local de lluvias. Con esta información se determinan
las dimensiones más aproximadas para el futuro depósito de aguas.
Conservación
del arbolado existente
No aplica.
Equipos
usados
Nos
apoyamos en instrumentos de última tecnología como termómetros infrarrojos (temperaturas
a distancia), anemómetros (velocidad del viento), termómetros ambientales
(internos y externos), medidores digitales de distancia, modelación en 3D.
Diseño
(definición las características de un sistema final de chimenea solar)
Funcionamiento y características generales: el extractor
incrementa la succión de aire caliente gracias a la acción de la Energía
Solar Térmica incidente sobre el elemento. Cuando el volumen de aire contenido en el sistema de extracción se
calienta y su temperatura se eleva por encima de la del entorno se produce una fuerza de
flotación que tiende a elevar aquella masa de aire.
El sistema no consume energía eléctrica,
no tiene partes móviles, no genera ruido, no tiene hélices, funciona de día y
de noche. Regula la temperatura
interior con la exterior, genera movimiento de aire en interiores, aumenta
las renovaciones de aire hora-hombre, extrae gases contaminados, evita
la condensación, mitiga las consecuencias de un eventual incendio,
complementa la extracción de chimeneas en industrias calientes, controla
la humedad relativa y no almacena grasas. Observaciones Generales: el
sistema debe ser instalado según sea el flujo termo y aerodinámico del espacio
a ventilar. Es muy importante que su ubicación obedezca a un esquema de
ventilación y a un patrón de flujo previamente estudiados. En
general se buscan las mayores alturas en los espacios confinados y como final
del recorrido del aire.
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