Variables climatológicas como elementos del diseño arquitectónico bioclimático

Resumen del proyecto

La Arquitectura Bioclimática, cuyo principal objetivo es el de armonizar los espacios y crear óptimas condiciones de confort y bienestar para sus ocupantes, crear espacios «habitables» que cumplan con una finalidad funcional y expresiva lo que significa que propicien el desarrollo integral del hombre y de sus actividades. Esto puede lograrse a través de un diseño lógico, a través de conceptos arquitectónicos claros que consideren las variables climáticas y ambientales en relación a las necesidades del hombre.

Los constructores requieren de parámetros para llevar a cabo los proyectos destinados a dar seguridad y bienestar a los ocupantes y usuarios, ya sea en la arquitectura particular o pública. El viento es uno de los parámetros más importantes a considerar en la arquitectura, ya sea para captarlo, evitarlo o controlarlo. El lograr una adecuada ventilación en la arquitectura requiere comprender como se comporta el viento y de que manera pueden aprovecharse los patrones que sigue en su recorrido a través de las edificaciones.

En la actualidad la información de datos climáticos, donde se incluye la temperatura, humedad, lluvia, presión, viento y radiación solar a nivel regional, por lo que se obtiene una gran base de datos, que al administrarla adecuada y constantemente en forma puntual diaria y estacional, permitirá proporcionar datos útiles para el desarrollo de proyectos arquitectónicos bioclimáticos. En este proyecto se propone el desarrollo de una base de datos que maneje las variables metereológicas en forma sencilla y accesible para ser utilizados por los interesados en construcción e investigadores. La información se recopilara mediante la reutilización de estaciones metereológicas existentes y proporcionara los datos diarios y estacionales de los cambios climáticos a través de un sitio en Internet, para ser consultados por los profesionales de la construcción, desarrollo urbano y proyectos arquitectónicos.

Protocolo del proyecto

Introducción

La ciencia y la tecnología a través de sus métodos y filosofía buscan la mejora en la satisfacción a las necesidades del usuario. Ante las expectativas de la sociedad actual por satisfacer sus necesidades dentro de esquemas de desarrollo sustentable, es importante el conocimiento de la arquitectura bioclimática como una vía alternativa para la arquitectura contemporánea, la cual busca cada vez con mayor ahínco responder a la moda estética, sin considerar los conceptos mas lógicos y simples que permiten lograr un espacio. Actualmente en la construcción de casas y edificios se ha olvidado tomar en cuenta el efecto del sol, iluminación y ventilación adecuada. El progreso constructivo se ha vestido de concreto, vidrio y asfalto, en las zonas ricas, lo cual provoca acabar con la vegetación, consumir energía de manera indiscriminada y contaminar agua, aire y tierra.

La luz eléctrica y el aire acondicionado han servido de remedio para muchas edificaciones deficientemente diseñadas, sin reparar en el costo de operación, tanto monetario como ambiental, que esto representa, ni en los constantes e interminables gastos de mantenimiento que generan los sistemas electromecánicos.

Ejemplo de este problema son los grandes acristalamientos tipo invernadero en edificios ubicados en lugares calidos, que tienen que ser enfriados, en forma permanente, con aire acondicionado, lo que ocasiona un enorme consumo energético. Es necesario aprender a ver la arquitectura no solo como muros, fachadas o la cubierta, sino también considerar el espacio vital que fluye a través de ellos y a su alrededor, para habitarla no basta que sea sólida y económica, debe ser saludable y agradable, responder al clima y sintetizar la experiencia constructiva de las generaciones que precedieron a la actual.

El viento

La acción del sol y el movimiento de rotación terrestre dan lugar a la presencia del viento en la tierra. El viento es aire en movimiento que se genera por las diferencias de presión y de temperatura atmosféricas, que son causadas por un calentamiento no uniforme de la superficie terrestre, ya que mientras el sol calienta aire, agua y tierra de un lado del planeta, el otro lado se enfría a causa de la radiación nocturna hacia el espacio. Este calentamiento desigual de la atmósfera origina movimientos de aire compensatorios que tienden a reducir la diferencia horizontal de temperatura.

El confort es el parámetro mas importante dentro del diseño arquitectónico bioclimático cuyo objetivo primordial es el lograr bienestar físico y psicológico es el objetivo primordial al diseñar y construir cualquier espacio.

Diseño arquitectónico basado en la ventilación natural

Par el diseño de un sistema de ventilación natural son muchas las variables que se deben considerar en el patrón del flujo de aire dentro de una habitación y en los efectos que este movimiento del aire causa sobre los habitantes en términos de confort. Las variables primarias que se deben considerar para un diseño de ventilación natural, son inherentes al viento:

* Velocidad

* Dirección

* Frecuencia

* Turbulencia

LA TEMPERAURA

LA HUMEDAD

LA LLUVIA

LA PRESIÓN

LA RADIACION SOLAR

Estas deben de ser obtenidas de una o varias estaciones metereológicas, cuyas bases de datos deben de estar disponibles para los profesionistas de la construcción, llámese Arquitecto, Diseñador Urbano o Ingeniero Civil.

Las variables mencionadas deben analizarse sobre el sitio preciso de diseño, tomando en cuenta sus cambios diarios (horarios) y estaciónales (mensuales) ya que las variables climatológicas predominantes, generales y regionales, comúnmente se alteran a causa de las características locales, de topografía, vegetación y construcciones cercanas al terreno.

Así mismo se debe considerar todas las variables arquitectónicas y constructivas, en referencia a los movimientos de los vientos, lo que dará como resultado una adecuada planeación o proyección arquitectónica para optimizar aspectos como:

*Forma y dimensión del edificio

*Orientación con respecto al viento

*Localización y tamaño de las aberturas de entrada y salida de aire

*Tipo de ventanas y sus accesorios

*Elementos arquitectónicos exteriores e interiores.

Cada uno de estos aspectos causa un efecto en el flujo del aire alrededor del edificio, pero enfocándose a las características resultantes del movimiento de aire en el interior del espacio resultará una aclimatación adecuada.

Antecedentes en la utilización del viento.

El movimiento continuo del aire es una necesidad vital para la sobrevivencia del hombre; al mismo tiempo es una necesidad primaria para el bienestar térmico o confort ambiental de los usuarios de un espacio. El viento es uno de los elementos climáticos más importantes, pues la dispersión del aire contaminado y el confort humano dependen enormemente de un manejo adecuado.

En la arquitectura el control adecuado del viento tiene una gran importancia, ya que determina los niveles de bienestar de los usuarios en su hábitat, y sobre todo la salud de los mismos. Se puede resumir la acción de la ventilación en distintas funciones: la primera, de carácter prioritario, es la de mantener la calidad del aire sobre niveles aceptables, reemplazando el aire interior, viciado por aire exterior fresco. La segunda es la de proporcionar confort natural biotérmico, al incrementar las perdidas del calor del cuerpo y prevenir la falta de confort por la acumulación de humedad en la piel.

El Viento como concepto de diseño, algunos ejemplos

Richard Rogers es uno de los arquitectos que han tratado de utilizar la ventilación natural y ventilación forzada de manera importante en sus proyectos. Un ejemplo de ello es su edificio en Tokio «Torre Turbina». Su diseño es capaz de generar suficiente energía por sí mismo. Pruebas en túnel de viento analizan las condiciones de los vientos urbanos locales. El edificio muestra flexibilidad para aprovechar la variabilidad de los vientos de Tokio.

El concepto del edificio es muy similar a los malgafs o torres eólicas del Medio Oriente. El edificio cuenta con captadores de viento, los cuales canalizan al aire a través de ductos subterráneos a un intercambiador de calor por medio de agua fría. Este aire acondicionado de manera natural, es inyectado a los distintos espacios y niveles del edificio. Posteriormente, el aire caliente, generado en los espacios, es succionado por una gran torre que aprovecha las diferencias térmicas por efecto Stack, las cuales son incrementadas por captadores solares en la parte superior. Además de su diseño aerodinámico, el edificio cuenta con una doble fachada ventilada que controla las posibles ganancias solares directas.

Lógicamente para hacer estos proyectos fueron de gran importancia los datos proporcionados por estaciones metereológicas, las cuales proporcionaron los datos necesarios de la velocidad, dirección, frecuencia y turbulencia de los vientos, así como sus cambios diarios, estaciónales, los vientos predominantes, generales y regionales, que registrados y analizados estadísticamente hicieron posible el desarrollo de los proyectos arquitectónicos mencionados.

Arquitectura Bioclimática Contemporánea

En la actualidad la arquitectura bioclimática en el mundo se está dando de manera amplia tanto en edificios habitacionales y viviendas, como en edificios públicos. Dos aspectos son abordados de manera importante: La climatización natural y la iluminación. En los proyectos de vivienda son mas marcados los aspectos de climatización, incluyendo el control solar, ventilación natural y uso de materiales. Mientras que en los edificios públicos, adicionalmente, se hace mucho énfasis en la ventilación e iluminación naturales.

Uno de los problemas que presentaban los edificios altos era el de no poder ventilarse naturalmente, sin embargo en la actualidad se han desarrollado dispositivos que permiten la ventilación natural en grandes alturas. Esto ha sido un desarrollo muy importante ya que estos edificios no dependen de la climatización artificial para su buen funcionamiento.

Objetivo General;

Desarrollo de una base de datos que maneje las variables climatológicas, con la reutilización de estaciones metereológicas existentes y proporcionar los datos diarios y estaciónales de los cambios a través de un sitio en Internet.

Objetivos Particulares;

• 1) Elaboración de un diagnóstico preliminar, mediante un método simplificado, que permita estimar el estado y localización de las estaciones metereológicas.

• 2) Establecer el plan de acción para la recuperación de las estaciones.

• 3) Determinar los puntos geográficos para el emplazamiento funcional de las estaciones.

• 4) Elaboración de la base de datos y su protección estrategias de protección.

• 5) Elaboración del sitio Web para la divulgación de los datos obtenidos.

ANTECEDENTES

La BUAP atraves de la Facultad de Arquitectura tiene un proyecto llamado "CLIMA Y URBANIZACIÓN EN EL VALLE DE PUEBLA" que desde el 2008 inicia con la finalidad de estudiar el efecto que tiene el proceso de urbanización sobre el clima del Valle de Puebla y para esto se cuenta con 14 estaciones meteorológias Ventage Pro y una tipo Cambell como estación central.

Para obtener los datos de las variables climatólogicas se tienen la infraestructura existente de 14 estaciones con los siguientes problemas : 1 tiene datos de noviembre del 2008, 5 de enero del 2011, 1 sin datos, 5 que no presentan la página y solamente 2 con los datos actualizados, esto en parte porque 5 estaciones se encuentran localizadas en domicilio particulares, y es obvio el desinterés o falta de compromiso, como en el caso de las otras 5 que se encuentran en dependencias públicas, y las dos únicas que funcionan se sobre entiende que hay dedicación y conocimiento de causa de que los resultados que presentan serán utilizados para el proyecto en el que están involucrados.

Con la rehabilitación de estas 14 estaciones se puede establecer la re-monitorización con la concentración de las variables climatológicas, permitirá proporcionar los datos necesarios para el desarrollo de proyectos de Arquitectura sustentable, a través de una página Web.

Metas compromiso:

El presente proyecto es un trabajo de meteorología aplicada que permitirá:

• Fortalecer el perfil deseable de los participantes, ya que con la información generada se podrá integrar a La Organización Mundial de la Meteorología.

• Avanzar en la consolidación de la aplicación de los conceptos climáticos y meteorológicos que fortalecerá el trabajo interdisciplinario en el desarrollo del diseño arquitectónico y urbanístico sustentable.

• Capacitar a estudiantes en valoración eólica, ya sea por medio de trabajo de campo o a posteriori en la aplicación y generación de modelos de simulación de la acción del viento sobre espacios arquitectónicos, a fin de incorporar aspectos de sustentabilidad ambiental a edificaciones, ahorro de energía y propiciar una climatización natural, estas actividades permitirán la inclusión de 3 estudiantes; 1 de geofísica, 1 de arquitectura y 1 de Ing. Civil.

Metodología:

El trabajo a desarrollar requerirá el recopilar la información histórica pertinente (estudios y datos climáticos y meteorológicos de 10 años a la fecha mínimo). Una vez recopilada la información histórica se procederá a reinterpretar y adaptar la información a los objetivos del proyecto, lo cual permitirá establecer la base de datos inicial.

La información obtenida de las estaciones meteorológicas se concentrará en la base de datos, para ser sistematizada en base al objetivo del proyecto, y publicada en el sitio Web que permitirá su análisis y aplicación para los proyectos sustentables de las áreas de arquitectura, diseño urbano.

Propuesta

En base a los antecedentes mencionados y la necesidad de datos meteorológicos y en particular de los del viento, (velocidad, dirección, frecuencia y turbulencia), se propone las siguientes acciones.

1.- Localización y revisión de las estaciones meteorológicas.

2.- Recopilación de los datos históricos para su reelaboración y adaptación en una base de datos.

3.- Proporcionar resultados del análisis y datos de las estaciones funcionales y elaborar el plan de acción para el restablecimiento de los puntos geográficos idóneos para el emplazamiento de las estaciones meteorológicas.

4.- Recuperación, en su caso, de los equipos para su reubicación y firma del convenio correspondiente con cada uno de los responsables. Si fuera necesario reparación y ajuste de las estaciones.

5.- Capacitación de los responsables de las estaciones para mantenerlas en operación, elaborar un manual de operación y directorio para establecer los contactos necesarios.

6.- Adaptación del Software necesario para redireccionar la obtención de los datos programados.

7.- Elaboración de la base de datos y el Sitio Web en donde se pondrán a la disposición la información para su consulta bajo los criterios y normas que se establezcan.

8.- Trabajar los datos del viento bajo los requisitos de las variables geofísicas de observación del Ciclo, Puntualidad y Exactitud.

9.- Subir los datos a la Red Mundial de Meteorología en acuerdo a las normas y criterios establecidos.

10.-Aplicación y generación de modelos de simulación de la acción del viento sobre espacios arquitectónicos, a fin de incorporar aspectos de sustentabilidad ambiental a edificaciones, ahorro de energía y propiciar una climatización natural en conjunto con el cuerpo académico interesado en ello.

El trabajo a desarrollarse en la primera etapa permitirá establecer una metodología que sea fácilmente reproducible en la administración de la base de datos e incorporar la información en el modelado de la arquitectura sustentable.

Bibliografía

Olgyay, Víctor. (1998). Arquitectura y clima. Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. Edit. Gustavo Gili, Barcelona.

Javier Neila González, F. (2004) Arquitectura bioclimática en un entorno sostenible. Edit. Munilla-Lería, Madrid.

García Chávez, José R. 1995. Viento y Arquitectura. Ed. Trillas.

Serra, Rafael. 1999. Arquitectura y Clima. Gustavo Gili, Barcelona.

Edwards Brian. 2005. Guía básica de la sostenibilidad. Ed. G.Gili.

Autor:

Lic. Daniel Apolos Flores Salazar

LABORATORIO DE TOPOGRAFÍA Y GEOFÍSICA. FACULTAD DE INGENIERIA BUAP