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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.

Información de la zona donde se desarrolla el estudio

  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.

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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