CAPITULO IV

1.- ESTRATEGIAS Y CRITERIOS DE DISEÑO ARQUITECTÓNICOEn el presente capitulo hemos de plantear una serie de consideraciones para el diseño de “Viviendas con energía solar pasiva”, tomando como referencia principal, las recomendaciones del estudio del Arqº Josué Llanque Chana sobre Arquitectura bioclimática para la ciudad de Arequipa.

1.1.- CONCEPCION DEL PROTOTIPO DE VIVIENDA CON ENERGIA SOLAR PASIVA.

Exponemos a continuación, algunos aspectos básicos a tener en cuenta en el diseño solar pasivo, puntualizando que las consideraciones previas a tomar en cuenta son:a) El problema de una arquitectura solar pasivas no estriba solamente en el

ahorro de energía, sino que se trata sobre todo de conseguir el confort térmico. Para ello es importante la estabilización de temperaturas, dentro de la zona de confort.

b) Los climas más adecuados para obtener sustanciales ventajas de los sistemas pasivos son aquellos, como es el caso de Huancayo, donde hay oscilaciones importantes de temperatura y alto nivel de radiación solar que permite estabilizarlas haciendo un uso adecuado e integrado de las tres funciones térmicas básicas: Captación solar, acumulación y aislamiento térmico.

OBJETIVOS DE DISEÑO:El objetivo de diseño para invierno es utilizar el sol y la masa térmica para mantener el confort térmico con un uso mínimo de sistemas auxiliares de calentamiento. El diseño también minimizará el intercambio térmico con el exterior gracias a su volumen compacto y con un buen aislamiento.

El objetivo de diseño para el verano es evitar el sobrecalentamiento diurno mediante protecciones solares, masa térmica y aislamiento de cerramiento exterior combinado con la ventilación al atardecer y por la noche.

Por lo tanto, el prototipo de una “Vivienda con energía solar pasiva para Huancayo” será concebido como, el elemento generador de habitabilidad, de confort ambiental y sobre todo aprovechando sus ventajas bioclimáticas, será el de adaptarse al clima del lugar, teniendo en consideración todos los elementos y factores del medio ambiente y bajo los criterios contextuales, arquitectónicos, tecnológicos y materiales (adobe prensado) propios del lugar y utilizar energía solar por vías pasivas, para que pueda satisfacer por sí mismo las necesidades de calefacción y adaptarse también a las necesidades del usuario.

1.2.- UBICACIÓN DEL EDIFICIO: MEDIO AMBIENTE.

LA INTEGRACION ARQUITECTONICA AL MEDIO AMBIENTE:La integración de la arquitectura al medio ambiente es importante, para no alterar el medio donde se va a intervenir, por ello se deberán considerar los aspectos del clima para lograr una verdadera integración del medio físico natural. Solo de esta forma el ser humano podrá disfrutar sin mayor costo un bienestar en términos de comodidad.

Según los análisis anteriores, podemos establecer que cualquier edificio crea un microclima interno que proporciona un cierto nivel de bienestar doméstico. Cuando se usan sistemas solares pasivos, existe una relación directa entre clima exterior y el interior. El diseño de éstos sistemas permite mantener un nivel de bienestar interior aceptable basándose en las condiciones exteriores (sol, temperatura, viento, humedad, étc).

En ese sentido, en la era de las construcciones energéticamente consientes, el clima deviene del contexto alrededor del cual se mueven todos los sistemas solares y de conservación. De manera que, esto nos indica que la concepción de viviendas será diferente para diferentes lugares. La necesidad primordial de la vivienda para Huancayo será hacerla confortable durante los meses fríos de invierno y mantener el calor externo durante los meses de verano.

UBICACIÓN DE LA VIVIENDA CON ENERGIA SOLAR PASIVALa mejor solución para emplazar una vivienda consiste en amortiguar los extremos del clima local. La situación incluye muchos factores que afectan a una vivienda solar pasiva. Estos factores son la topografía (la conformación del terreno), el suelo, el drenaje y la vegetación. El más importante es el “acceso al sol” o la incidencia solar.

La situación ideal para una vivienda con energía solar pasiva, que capte y conserve la energía será orientada al norte, con árboles de hoja perenne separados de la construcción. Esta situación hace que la vivienda tenga un buen acceso de la radiación solar.

Queda también la opción de construirla semienterrada en la pendiente, para que quede protegida contra los vientos dominantes en invierno, Si la vivienda se deja completamente expuesta a éstos vientos, las pérdidas de calor aumentan.

Es muy importante plantear el tamaño, el número de árboles. Una gran extensión de vegetación de hoja perenne al sur. Este sería una barrera contra los vientos dominantes, tanto de día como de noche.

REQUERIMIENTOS DE CONFORT.Huancayo, necesita calor durante todos los meses de invierno (mayo, junio, julio y parte de agosto), de tal manera que la óptima orientación sería la que reciba mayor radiación solar durante esos meses invernales. La superficie horizontal recibe la máxima intensidad anual. La intensidad solar de la superficie horizontal permanece casi constante durante todo el año. Entre las superficies verticales las que reciben mayor radiación son las orientaciones Este

y Oeste, con una eficiencia igual a la mitad de la horizontal; la Noreste y Noroeste reciben casi la misma radiación todo el año.

Las siguientes estrategias fueron identificadas para producir confort térmico:a) Maximizar las ganancias solares durante todos los meses de invierno.b) Minimizar las pérdidas de calor (aislamiento).c) Protección contra los vientos (aislamiento).d) Nivelar las variaciones nocturnales de temperatura interior (masa térmica).

1.3.- ORIENTACIÓN DEL EDIFICIO: ACCESO DEL SOL.

LA FORMA Y ORIENTACION DEL EDIFICIO:Los principios básicos de conservación de energía para una vivienda solar pasiva son la forma y la orientación del edificio, así como la distribución de los espacios interiores. La forma del edificio afecta a la relación entre pérdidas de calor y ganancias solares, y el objetivo que debe perseguirse es mantener una baja relación de la superficie exterior de piel con el volumen interior, construyendo una vivienda compacta que no debe desparramarse por el terreno.

La captación del edificio debe elegirse, obviamente para captar la radiación solar, lo que representa que debe orientarse al Norte verdadero (no magnético) +/- 15º de variación aceptable. El eje mayor de la vivienda debe orientarse de este a oeste, permitiendo una gran superficie orientada al norte, fachada en la que se coloca la mayor parte o todas las zonas de estar principales, porque en invierno se puede aprovechar que reciba el máximo horas de sol de 9 a 3 p.m. (hora solar invierno).

La distribución de las zonas habitables debe favorecer la función conservadora de energía del edificio, mientras esto no perjudique las ventajas directas de los aportes solares y la circulación natural.

Un importante logro en la distribución consiste en colocar todas las zonas de poco uso y los locales no calefactados a lo largo de la fachada sur, donde puedan servir como barrera entre la fachada y los principales espacios habitables. Estos locales incluyen zonas de almacenamiento, despensas, armarios, vestíbulos y cuartos de servicio. Cuando se proyecta un garaje también debe colocarse como pantalla.

En invierno cuando el sol se pone hacia el norte, con un ángulo de altura de 54º 30”, es cuando el calor del sol se capta a través de grandes superficies orientadas hacia el norte y se absorbe y se almacena en gruesas paredes o suelos de albañilería o en depósitos llenos de agua.

Entonces el calor se distribuye por todo el edificio mediante la convección natural, siguiendo las leyes propias de circulación del aire.

Mientras que, en verano , el sol se pone hacia el sur de 11º 30´respecto con la vertical, es cuando el diseño de la vivienda reduce la entrada de la luz y calor del sol y favorece la ventilación de los espacios habitables y así brindar al usuario el confort necesario para el desarrollo físico y psicológico.

ACCESO DEL SOL:Idealmente una casa debería orientarse hacía el norte geográfico +/- 15º. El 21 de junio, el día más corto del año, el sol alcanza su nivel más bajo en el cielo (altura angular de 54º30´) y las sombras tienen su máxima longitud. La vivienda debería recibir toda la radiación entre las 9 y 15 horas. La superficie captadora no deberá quedar sombreada por árboles y accidentes topográficos ni por otros edificios durante esas horas, que constituye el periodo de máxima captación de la radiación solar.

La radiación captada antes de las 9 de la mañana o después de la 3 de la tarde también tiene cierto valor y el acceso del sol estará condicionado según existan o no ventanas al este o al oeste para captarlo. . Una ventaja del sol de la mañana es que puede proporcionar un rápido calentamiento de una zona de desayunos orientada al Este. Se asegura también que las zonas externas y jardines reciban un adecuado solar en invierno. Se distribuirán los riesgos de obstrucción para futuras edificaciones vecinas.

LA FORMA Y ORIENTACION DE LA FACHADA SUR:La fachada al sur, es la más fría, sombreada y menos utilizada, debido a que no recibe la radiación solar directa en la mayor parte del año y sobre todo en invierno, para tal efecto se plantea aquí aberturas en la parte superior (farola) que lo conformará el “patio solar” para que de tal forma puedan ingresar los rayos solares, para equilibrar las temperatura invernales. Mientras que al lado sur en los meses de verano si tendrán la incidencia directa de los rayos solares con un ángulo de 11º 30´de la vertical. Para tal efecto las aberturas deben conformarse de manera que su cara sur contenga menor proporción y de mayor proporción orientado hacia el Norte.

1.4.- ESTRATEGIAS DE ORGANIZACIÓN DE LA VIVIENDA SOLAR PASIVA.

CRITERIOS DE DITRIBUCIÓN:El diseño arquitectónico de la casa prototipo, será diseñada como vivienda permanente para una familia trabajadora de clase media (6 integrantes). La intención es concebir una casa integrada con el entorno natural de Huancayo (Nor – Este), una zona paisajista por tradición y con edificaciones típicamente residenciales.

Se tratará de una vivienda de dos plantas con fachada de aprovechamiento solar al norte, generadora de una serie defunciones, con el patio solar “solarium” y los tres dormitorios en la parte norte de la casa y los servicios hacia el sur. La cocina y el patio de servicios hacia el oeste (generalmente lo utilizan en las tardes).

Las estrategias que se plantean aquí, responden a criterios bioclimáticos ya establecidos en este documento, donde los espacios deben estar ubicados según su función, para generar y crear bienestar y confort para el usuario. Para tal efecto, las distribución interior, la mayor parte de las necesidades de calefacción y alumbrado deberán ubicarse a lo largo de la fachada Norte del edificio.

Para recoger el máximo de radiación solar durante el invierno se elige un emplazamiento que reciba el sol entre las 9 y 15 horas (así se asegurará que las zonas exteriores y jardines reciban un adecuado aporte solar en invierno).

Estructura compactas con el mínimo de superficie expuestos y máximo volumen contenido, ofrece la ventaja de la reducción de las pérdidas de calor, considerando la penetración solar dentro del edificio.

La zonificación se hacen considerando tres criterios básicos de orientacióna) La iluminación de los diferentes ambientes (en su totalidad).b) El balance térmico de ganancia y pérdida de calor (controlados por juntas de

cerramientos).c) Los efectos de vientos predominantes, que determinan los flujos de aire para

ventilación o renovación del aire. (Lado Sur y Sur Oeste).

PATIO SOLAR:Es así que se propone un segundo patrón arquitectónico: el patio cubierto, como el que mejor responde a estas condiciones ofreciendo un mayor potencial y flexibilidad para maximizar las ganancias solares combinando las superficies horizontales y los patrones arquitectónicos existentes.

Los patios solares son diseñados para ser usados básicamente para la calefacción solar pasiva, El patio solar es insertado en el centro de la casa debido a que la calefacción es siempre requerida y el sol permanece muy alto durante todo el año. Por lo tanto la superficie horizontal (que puede ser un techo de vidrio u otro material transparente) es el mejor colector durante todo el año.

La casa es diseñada alrededor del patio cubierto, o mejor dicho la casa se organiza alrededor de este espacio solar. Esta configuración ofrece las siguientes ventajas:a) Reduce las pérdidas de calor debido a la poca área expuesta al exterior.b) Transfiere calor rápidamente a una gran área de la casa circundante, y;c) Permite la inclusión de una gran cantidad de masa para almacenamiento

térmico.

El patio solar seguirá teniendo la misma función que tenía, en el corazón de la casa y se convertirá en un agradable espacio interior - exterior que no solo proveerá calor solar a la casa durante todo el día, sino que aumentará la cantidad de iluminación natural a los ambientes adyacentes a él. Puede servir para más de una función, inclusive puede ser una expansión del estar y a su vez permitirá cultivar plantas.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

A) Al término del proceso de investigación podemos establecer que un edificio debe ser diseñado fuertemente relacionado con el clima del lugar. Lo cual determina la estrategia que debe usarse en el diseño de los edificios, adaptándose a los materiales locales y los métodos de construcción. Además un recurso importante que debe tomarse muy en cuenta cuando se diseña una vivienda, es el sol, especialmente en climas fríos y con variaciones en invierno.

B) El clima de Huancayo es muy variado, destacándose por ser muy frío y con gran sequedad, cuya temperatura promedio máxima es de 19.63º, la temperatura media es de 10.39º y la temperatura mínima es de 4.15º. , donde los meses más cálidos corresponde a octubre, noviembre, diciembre, enero y febrero y los más fríos junio y julio. Y que la diferencia literal es máxima para los meses más fríos. La humedad relativa alcanza un promedio del 65%, las precipitaciones 55.96 mm. Y la presión atmosférica de 688.34 mm.

C) En lo que respecta a la radiación solar, esta alcanza un promedio anual de 546 cal/gr/día/cm2., lo que la convierte como un potencial importante para el principio de la adecuación térmica de las viviendas en Huancayo. Su aprovechamiento adecuado y de manera pasiva no solo permitirá darle confort al usuario, sino que permitirá la utilización racional de la energía.

D) La carta bioclimática, ha determinado las condiciones exteriores en los cuales la respuesta de la envoltura y la estructura a unos ambientes interiores comprendidos dentro de “la zona de bienestar térmico”, definida entre los límites de 18º 02´ a 22º40´ , respecto a la temperatura y con una humedad relativa entre 30% y 70%, ampliándose hasta los 20% y 80% por aclimatación. Esto conlleva a tomar consideraciones para el diseño del interior de la vivienda por cuanto los meses de invierno son críticos para el confort.

E) La aplicación de la geometría solar ha demostrado el grado de asoleamiento que tiene la vivienda orientada adecuadamente en el eje este – oeste con fachadas de la zona de dormitorios hacia el norte.

F) Del mismo modo el análisis demostró la gran mejora que en el comportamiento térmico el patio solar brinda a las casa de Huancayo o en áreas con climas y latitudes similares. La casa con patio solar (casa patio tradicional) ofrece ventajas en comparación con la casa compacta actual.

G) La propuesta del prototipo de “Vivienda con energía solar para Huancayo”, parametrada en los conceptos de emplazamiento y uso del adobe, integración al medio, orientación al norte, buen acceso del sol, ventilación adecuada , humidificación por fuentes y vegetación para contrarrestar el clima seco, elección de los sistemas de calefacción solar (muro trombe, solarium, etc.) y finalmente demostrado mediante los cálculos de aportes y pérdidas de calor para invierno. su concepción toma los criterios de la casa con patio tradicional, sobre todo la articulación del espacio interior y exterior – exterior con buena iluminación natural y de la casa compacta toma la forma concentrada con poca área expuesta, lo que representa una baja pérdida de calor . Es decir que con el patio cubierto pequeño se logra conseguir temperaturas confortables, aún durante los meses más fríos,

convirtiendo a este espacio en apropiado para las actividades familiares e inclusive para hacer crecer plantas.

H) El patio solar “solarium” es el diseño solar pasivo que ofrece el mejor comportamiento térmico. Ya que según los cálculos de ganancia y pérdida de calor demostrados en el análisis, se tiene que para la estación de invierno nos genera una temperatura de 18º C, sin considerar los aportes internos de los habitantes y objetos que incrementan dicha temperatura, con lo cual estaríamos dentro de la zona de confort térmico.

I) Finalmente debemos expresar, que debido a algunas limitaciones de recursos y disponibilidad de información, la investigación no ha podido ser desarrollada de la forma en que hubiésemos querido, como por ejemplo estudiando el verdadero comportamiento térmico del adobe prensado y que hemos solamente asumido en función a alguna bibliografía existente, estudiando el comportamiento térmico de algunas viviendas de la zona rural de Huancayo en los que prima el patio central, como patrón formal, por lo que nos comprometemos en seguir trabajando sobre el tema y a la vez recomendando a los profesionales de la arquitectura a retomar estos principios.