Climatología y Conceptos Térmicos

Para comprender mejor los principales fundamentos de la arquitectura bioclimática, se debe tener claro el papel principal que tiene el Sol, concibiéndolo en todo momento como el centro sobre el que giran todos los sistemas bioclimáticos. Ésta es la razón por la que a la arquitectura bioclimática se le puede denominar también, como arquitectura solar pasiva. Partiendo de esta base, tal y como veremos en el amplio recorrido que se va a realizar en los próximos post, todos y cada uno de los sistemas, tanto activos como pasivos, están íntimamente ligados al sol, de manera más específica con la radiación que es producida por el mismo y es captada por nuestro planeta, transformada en energía por el ser humano.

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Si hablamos de radiación, hablamos pues de calor, de modo que en el tema que nos ocupa, el conocimiento de los materiales de construcción y su correcta selección, desde el punto de vista térmico, resulta de vital importancia cuando se busca reducir el consumo de energía en las edificaciones. Su conocimiento resulta indispensable cuando se trata de obtener condiciones de confort térmico por medios pasivos o sistemas naturales en el interior de las edificaciones.

La necesidad de crear un microclima es propia de cualquier ser vivo, lo que se traduce en la necesidad de adaptarse al entorno y construir edificaciones en las cuales se proteja a los usuarios de las condiciones externas. Estas condiciones pueden suponer variaciones en nuestra edificación, ya sea por condiciones extremas de frío o por la abundante radiación solar, lo que da como resultado una temperatura sofocante y alejada del confort que se pretende alcanzar.

Entre las diferentes patologías que pueden derivarse de la acción ambiental cabe destacar las humedades y grietas producidas por el cambio de temperatura, dilatación-contracción. Cuanto más bruscos sean estos cambios más palpables serán las patologías. Por ejemplo, una fachada orientada al norte en la que ha penetrado humedad, puede mantener dicha humedad durante todo el año.

En los siguientes artículos, se desarrollaran aspectos relacionados con la climatología, así como conceptos necesarios para comprender mejor las posibles soluciones que se nos plantean, para lograr una mayor adaptación y eficiencia energética.

Todos estos condicionantes y conceptos se deben tener en cuenta a la hora de diseñar una edificación en la que se apliquen los principios bioclimáticos:

1.- LA TRAYECTORIA SOLAR

solmovimientos

2.- UBICACIÓN Y MICROCLIMA

Isla de calor

3.-ORIENTACIÓN Y FORMA

Orientación y forma

4.-LA TRANSMISIÓN DEL CALOR

Transmision del calor

5.-RADIACIÓN DIRECTA, DIFUSA Y REFLEJADA

Tipos de radiacion

6.-EFECTO INVERNADERO

Efecto invernadero

7.-CONFORT TÉRMICO

confort termico

8.-CONVECCIÓN NATURAL

conveccion natural

9.-CALOR DE VAPORIZACIÓN

Calor de vaporización

10.-CAPACIDAD CALORÍFICA E INERCIA TÉRMICA

Capacidad calorifica e inercia termica

Diagrama Bioclimático de Givoni

Givoni en su diagrama bioclimático para edificios “Building Bioclimatic Chart” introduce como variable el efecto de la propia edificación sobre el ambiente interno, el edificio se interpone entre las condiciones exteriores e  interiores y el objetivo fundamental de la carta bioclimática consiste en utilizar unos materiales y una estructura constructiva, cuya respuesta ante unas determinadas condiciones exteriores permita crear un ambiente interior comprendido dentro de la zona de bienestar térmico.

El diagrama de Givoni es una carta que permite determinar la estrategia bio­climática a adoptar en función de las condiciones higrotérmicas del edificio en una determinada época del año. En el diagrama se distinguen unas zonas asociadas a sus respectivas técnicas bioclimáticas que permiten alcanzar la zona de bienestar.

La carta se construye sobre un diagrama psicrométrico y en ella se distinguen una serie de zonas características:

  • Una zona de bienestar térmico delimitada a partir de la temperatura del termómetro seco y la humedad relativa, sin tener en cuenta otros factores.
  • Zona de bienestar ampliada por la acción de otros factores adicionales:

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a)     Hacia la derecha la zona de bienestar puede ampliar en función de la masa térmica del edificio, representada por los tipos de materiales de la construcción; el enfriamiento evaporativo, que se produce cuando una corriente de aire seco y cálido pasa sobre una superficie de agua, parte de la cual se evapora produciendo un doble efecto positivo: descenso de la temperatura por la energía utilizada en el proceso de evaporación y aumento de la humedad ambiental. Fuera de estos límites y hacia la derecha del gráfico, solo se pueden conseguir las condiciones adecuadas con sistemas mecánicos de ventilación y deshumificación.

b)     Hacia la izquierda del gráfico la zona de confort se extiende siempre que se produzca calentamiento, que puede ser calentamiento pasivo, es decir, utilizando la radiación solar directa, durante el día, o el calor almacenado en acumuladores, durante la noche y calentamiento mecánico, mediante el uso de sistemas convencionales de calefacción.

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Como ocurre con la carta de Olgyay, la utilidad del diagrama es indiscutible, sin embargo el problema consiste, primero en determinar los límites de confort, bastante diferentes según autores y zonas y, en segundo lugar, utilizar los datos adecuados de temperatura y humedad, que deberían ser horarios o, al menos representativos de los distintos ambientes que se producen a lo largo del día, sobre todo en climas tan contrastados como los del interior de la Península.

Un ejemplo de aplicación lo podemos encontrar en la realización del Museo Ydañez en Puente de Genave:

Image(Click en la imagen para saber mas sobre el proyecto)

Diagrama Bioclimático de Olgyay

Los hermanos Olgyay desarrollaron en una de sus obras “The Bioclimatic Chart”, una carta bioclimática en la que se integran dos variables fundamentales para el bienestar, la humedad y la temperatura. Además se añaden otras como la velocidad del viento, la radiación y la evaporación que son medidas correctoras.

El procedimiento deseable será trabajar con y no contra las fuerzas naturales y hacer uso de sus potencialidades para crear mejores condiciones de vida…El procedimiento para construir una casa climáticamente balanceada se divide en cuatro pasos, de los cuales el último es la expresión arquitectónica. La expresión debe estar precedida por el estudio de las variables climáticas, biológicas y tecnológicas…” (Olgyay, 1963).

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Dentro de este diagrama se pueden distinguir:

a)     Una zona de bienestar o confort de referencia para una persona en reposo y a la sombra, con una temperatura ambiente entre 22ºC y 27ºC, y una humedad relativa entre el 20% y el 80%, unos límites que corresponden a una sensación térmica aceptable.

b)     En el eje de ordenadas se representa la temperatura seca del aire, es decir, la que indica un termómetro normal.

c)     En el eje de abscisas se representa la humedad relativa del aire.

d)     También aparecen una serie de líneas, que representan las medidas correctoras que es preciso realizar en el caso de que las condiciones de temperatura y humedad salgan fuera de la zona de confort.

Estas líneas son:

  • La radiación expresada en Kcal/hora se sitúa en el límite inferior de la zona de confort y con ella se dibuja la línea de sombra o límite a partir del cual el confort se pierde como consecuencia del frío.
  • El viento en m/s. se representa por una líneas crecientes con la temperatura y decrecientes con la humedad.
  • La línea de congelación, aparece en el borde inferior del gráfico e indica la temperatura mínima soportable antes de que aparezcan problemas de congelación en los miembros.
  • La línea de insolación, en la parte superior, indica posibles desmayos por la combinación de altas temperaturas y elevada humedad.

Los puntos situados por debajo de la zona de confort indican periodos con defecto de calor,  por lo que es necesaria la radiación solar para alcanzar la confortabilidad. Los puntos situados por encima indican periodos sobrecalentados y el bienestar requiere del concurso de la ventilación o enfriamiento evaporativo para regresar a la zona de confort. En la utilización del gráfico pueden tomarse temperaturas mensuales, medias o extremas o los valores diarios.

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Cada zona geográfica dispone de una carta bioclimática específica en función de las condiciones ambientales correspondientes a su clima. Sobre una de estas cartas pueden estudiarse las actuaciones a realizar entre el punto de partida de una estancia y aquél que garantizaría el confort térmico.

Diagrama Psicrométrico

Los diagramas psicrométricos permiten determinar de forma gráfica el conteni­do de vapor de agua en el ambiente en función de dos parámetros. Esto es importante porque facilita la adopción de estrategias que permitan alcanzar unos límites razonables de confort térmico desde la posición inicial hasta la deseada. El aire que respiramos contiene una importante cantidad de agua en forma de vapor. En función de la cantidad de agua presente en el aire ambiente, se facilitará o impedirá la evaporación del sudor del cuerpo humano condicionando el principal procedimiento fisiológico utilizado por el cuerpo para regular la temperatura interna.

En las normativas españolas aparece reseñado como un punto de referencia para el cálculo del confort térmico de edificaciones en nuestro país.

En la siguiente figura se puede observar un diagrama psicrométrico (El diagrama no es constante, ya que es variable con la altura sobre el nivel del mar, aunque es usual en la bibliografía encontrarlo para la altura a nivel del mar) con sus parámetros significativos:

  • El eje horizontal representa en grados centígrados, °C, la temperatura seca, que corresponde a la que se obtiene con la lectura directa de un termómetro normal.
  • El eje vertical refleja la humedad absoluta. Se representa con el símbolo w y en el diagrama viene indicada en gramos de agua por kilogramo de aire seco (gw/kga).
  • La línea verde representa la línea de humedad relativa del 100%, que es indica­tiva del estado de saturación. Las líneas pintadas de azul son las líneas de humedades relativas inferiores a 100%. El valor de la humedad relativa está es­crito sobre la línea correspondiente. Por ejemplo, la representada de azul en esta figura representa una humedad relativa (HR) del 60%.
  • La línea naranja es la de la entalpía (cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno), representada con el símbolo h, siendo sus unidades kJ/kg aire seco.
  • La línea (100% de saturación) verde es el límite del diagrama del aire real.

La utilización del diagrama permite determinar el estado del aire conociendo sólo dos parámetros, siendo los más utilizados la temperatura seca y la hume­dad relativa. Tanto la temperatura seca como la humedad relativa son fáciles de obtener con un termohigrómetro.