consideraciones climÁticas, forma y materia en el … · coeficiente de retardo : 8 hs. r = 1 hora...
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DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS
Atender las condiciones
exteriores:
Radiación solar.
Temperatura y humedad.
viento
Forma, modo, manera…
de habitar.
Respuesta humana adaptada
al entorno climático
Definición formal-material del
espacio y la envolvente:
Cerramiento opaco y transp.
Orientaciones.
Compacidad y ot.
CLIMA
Entorno inmediato/mediato
ARQUITECTURA HOMBRE
(Cultura)
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25
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40
35
45
50
+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12 -12
0 +6-6+12+6
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-12-12-6+120 +6-6+12+6
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te
te
DISEÑO ENVOLVENTE
ARQUITECTÓNICA.
OPACO TRANSPARENTE
Ladrillo 30cm vidrio simple
Temperatura exterior: te F= (te – ti) / R
F=(te-ti) * k
Temperatura interior: ti
CLIMA HABITAR: Confort higrotérmico
DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS:Variable térmica.
Cerramiento opaco o tranparente
Transmitancia (k): 1.85 W/m2K 5.8 W/m2K
pared / vidrio es 3 veces más aislante
(sin contemplar el efecto Radiación solar)
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+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12 -12
0 +6-6+12+6
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-12-12-6+120 +6-6+12+6
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te
te
DISEÑO ENVOLVENTE
OPACA ARQUITECTÓNICA.
Variable: TERMICA
Temperatura exterior: te F= (te – ti) / R Temperatura interior: ti
CLIMA HABITAR: Confort higrotérmico
DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS:Variable térmica.
Cerramiento opaco
ENVOLVENTES: GRUESAS+PESADAS+POROSAS O
DELGADAS+LIVIANAS+IMPERMEBLES.
• Decisiones materiales: tecnológico constructivas
MASIVAS (pesadas) / AISLANTES (livianas)
GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
Mampost. Ladrillos y hormigones
comunes.
1500 a 2500 kg/m3
Poliestireno expandido, lana de vidrio, lana
mineral, poliuretano (espuma rígida)
Ejemplo: pol.ex. 30 kg/m3
F= (te – ti) / R
GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
Manifestación pulso de energía
(térmico):
a) Desplazado temporalmente:
“retardo térmico”
b) Atenuado (valores medios):
“amortiguamiento térmico” o
“atenuación térmica”
a) + b) = “inercia térmica”
F= (te – ti) / R
Manifestación pulso de energía
(térmico):
a) No hay desplazo temporal
significativo: “retardo térmico”
b) “amortiguamiento térmico”
a) + b) = “respuesta prácticamente
instantánea” (no hay inercia, no hay
acumulación)
GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
Manifestación interna del pulso externo de energía
(térmico):
a) Desplazamiento temporal: “retardo térmico”
Correlación entre retardo y espesor.
p/ H°A°….aprox. 3cm/h
GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico y amortiguamiento”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
Difusión térmica en un sólido:
Simulación gráfica realizada por Dr. A. Hernandez, INENCO-Salta.
GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico y amortiguamiento”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
En distintos materiales masivos: la velocidad de
propagación en el sólido y la amplitud térmica serán:
Material Conductividad
k (W/m °C)
Densidad
ρ (kg/m3)
Calor específ.
Cp (J/kg °C)
Velocidad de
propag. (cm/h)
Ladrillo 0,72 1.920 835 2,9
Hormigón 1,4 2.300 880 3,6
Piedra bola
(caliza)
2,15 2.320 810 4,6
Granito 2,79 2.630 775 5,1
Cuarciza 5,38 2.640 1.105 5,9
GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo y amortiguamiento”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
Propagación en función del espesor.
¿ para un pulso de energía variable intensidad?
Supongamos: una Te a lo largo del día de 1C a 15C.
Simulación gráfica realizada por Dr. A. Hernandez, INENCO-Salta.
GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico y amortiguamiento”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
En Hormigón para distintos espesores:
la velocidad de propagación en el sólido y la amplitud
térmica serán:
Retardo generado por la acumulación de calor en la masa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9 12 15 18 21 24
Hora
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
0 cm
10 cm
15 cm
20 cm
25 cm
30 cm
40 cm
GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico y amortiguamiento”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
En los sistemas constructivos masivos: acumulación
de calor.
GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico y amortiguamiento”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
En los sistemas constructivos masivos: acumulación
de calor.
Invernaderos
En los sistemas constructivos masivos: acumulación de calor.
Principios: a) asegurar ganancia térmicas (orientación).
b) disponer reservorios de acumulación (masa)
c) minimizar pérdidas.
GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico y amortiguamiento”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
En los sistemas constructivos masivos: acumulación
de calor.
Muros colectores acumuladores.
Mismo principio: ganancia + acumulación + evitar pérdidas.
Opciones: a) acumulación en masa constructiva
(ladrillo, piedra, hormigón…)
b) en agua ( calor específico x5)
c) con ventanillas.
• Decisiones materiales: tecnológico constructivas
INERCIA / AISLACIÓN
GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE
DISEÑO DE ENVOLVENTES: CRITERIO DE ELECCIÓN
(TÉRMICA)
Mampost. y hormigones comunes.
1500 a 2500 kg/m3
Poliestireno expandido, lana de vidrio, lana
mineral, poliuretano (espuma rígida)
Ejemplo: pol.ex. 30 kg/m3
• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]
GRUESA + PESADA + POROSA
“INERCIA TÉRMICA”
(ACUMULACIÓN)
FINA + LIVIANA + IMPERMEABLE
“AISLACIÓN”
DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS
• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]
gruesa + pesada + porosa
fina + liviana + impermeable
OPACAS TRANSPARENTES
DISEÑO DE ENVOLVENTES
INTERCAMBIO TÉRMICO (Particiones Livianas)………………..Tsa
FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ W/m2 ]………………………………… F = ( te – ti )
R
F = 1 ( te + a E Re ) – ti
R R
Tsa = te + aE Re
F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano opaco
F = “ calor aire “ + “ calor del sol “ + “ transmisión calor “ ………..(enunciado gral.)
F = ( te – ti ) + ( a E Re ) + sE
R R
F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re ) + sE
R R
En caso de paneles opacos
F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re )
R R
ENVOLVENTES: OPACAS LIVIANAS
FLUJO TERMICO
Tsa= te +a.E.Re
20
25
30
40
35
45
50
+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12 -12
0 +6-6+12+6
50
45
35
40
30
25
20
-12-12-6+120 +6-6+12+6
25
20
te
te
Evolución temperatura exterior en un dia de diseño (DD)
✓para cielo claro – Modelo JB78a
✓Sin considerar orientación.
Temperatura exterior DD
Tsa para plano vertical OESTE
Tsa= te +a.E.Re
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+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12 -12
0 +6-6+12+6
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-12-12-6+120 +6-6+12+6
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te
te
FLUJO TERMICO
+60 +12 -6-12 -12-12
-6+120 +6-6+12+6
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-12-6+12+6
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-12-6+120 +6
20
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+6 +12 -6-12
te
tsa
Evolución temp. diaria + efecto de la radiación solar
a (absortancia) = 0.50
Temperatura sol aire : Tsa = te + a E Re
FLUJO TERMICO
-12-6+120 +6
-12-12-6+120 +6-6+12+6
50
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20
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+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12
tsa
tsa
Temperatura sol-aire : Tsa
Radiación hora-hora diaria. (BT55V+CSH)
Temperatura sol aire Tsa
INTERCAMBIO TÉRMICO
• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]
en caso de paneles opacos livianos:
F = 1 ( te + a E Re ) – ti
R R
Tsa = te + a E Re
F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano
F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re )
R R
• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]
gruesa + pesada + porosa
fina + liviana + impermeable
OPACAS TRANSPARENTES
DISEÑO DE ENVOLVENTES
FLUJO TERMICO (panel pesado o másico)
50 50
-12-12-6+120 +6-6+12+6
50
45
35
40
30
25
20
te
te -
Evolución temperatura exterior en un dia de diseño (DD)
✓ temperatura exterior media
Temperatura exterior DD
FLUJO TERMICO
50
45
20
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30
40
35
45
50
+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12
tsa
tsa
-tsa
--
-12-12-6+120 +6-6+12+6 +6 +12
-12
Temperatura sol aire Tsa y Temperatura sol-aire media
FLUJO TERMICO (Panel Pesado de 32cm de espesor)
RETARDO DE 8 Hs
--tsa-
-12-12-6+120 +6-6+12+6
50
45
35
40
30
25
20
tsa (retraso en tiempo)
Temperatura sol aire Tsa para panel opaco y macizo con retardo
Coeficiente de Retardo : 8 hs.
r = 1 hora / 4 cm de espesor (JB78)
FLUJO TERMICO
-12-6+12
tsa (retrazo en tiempo)
20
25
30
40
35
45
50
+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12
-tsa
--
AM
OR
TIGU
AM
IEN
TO
RETARDO DE 8 Hs
Temperatura sol aire pesada Tsap para panel opaco y macizo
Coeficiente de Amortiguación: 0.25
a = 2 hs. / retardo
FLUJO TERMICO
20
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30
40
35
45
50
+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12
tsa
--tsa-
tsap
Tsa Tsap y Tsa (media)
Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media) F = ( Tsap –Ti ) / R
INTERCAMBIO TÉRMICO (en caso paneles opacos)
• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]
F = 1 ( te + a E Re ) – ti
R R
Tsa = te + a E Re
F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano
Tsa = te + a E Re
F = ( Tsap - Ti ) / R panel pesado
Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media)
F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re )
R R
sE
INTERCAMBIO TÉRMICO (en caso paneles opacos y TRANSPARENTES)
• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]
F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano
Tsa = te + a E Re
F = ( Tsap - Ti ) / R panel pesado
Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media)
F = 1 ( te – ti ) + 1 ( a E Re ) + s ER R
panel transparente
• Decisiones materiales: tecnológico constructivas
MASIVAS (pesadas) / AISLANTES (livianas)
GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE
DISEÑO DE ENVOLVENTES
Mampost. Ladrillos y hormigones
comunes.
1500 a 2500 kg/m3
Sup. transparentes
Poliestireno expandido, lana de vidrio, lana
mineral, poliuretano (espuma rígida)
Ejemplo: pol.ex. 30 kg/m3
• Decisiones materiales: tecnológico constructivas
MASIVAS (pesadas) / AISLANTES (livianas)
GRUESO-PESADO-POROSO /…………………………/ DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE
SITUACIONES INTERMEDIAS
masa compacta Aire quieto
DISEÑO DE ENVOLVENTES
• Decisiones materiales tecnológico constructivas: LIVIANO (no masivo)
• F = (te – ti) / R
• R = e / l
Taller Di Bernardo
DISEÑO DE ENVOLVENTES
• R total = R1 + R2 + R3.....+ Rsuperficiales interna y externa
• F = (te – ti) / Rtotal
La inversa de la resistencia térmica (R) indica la transmitancia térmica K (W/m2 °C).
GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE
• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]
R : Resistencia [ h m2 c / Kcal ] o [m2 c / w]
R = e / l
l : conductividad [ Kcal . m / h m2 ºc ] [w m / m2 c]
(Norma IRAM 11.601)
Re y Ri : Resistencia superficiales (*)
(*) ver sentido del flujo térmico
R Total = Re + R1 + R2 + R3 + ……. + Rn + Ri
F = ( te – ti )
R
DISEÑO DE ENVOLVENTES: Cubiertas
• Decisiones materiales: tecnológico constructivas: SÓLIDO (masividad)
• F = (te – ti) / R
• R = e / l
DISEÑO DE ENVOLVENTES
Calor por unidad de superficie (Potencia:W/m2) depende de laconductividad térmica l (W/m °C) del material, del espesor y la difusividad.
GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE
DISEÑO DE ENVOLVENTES
Conductividad térmica.
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Conductiv
idad Térm
ica [
W/m
ºK]
Densidad aparente [kg/m3]
hormigones de alta densidad
mampostería de ladrillos y bloquesmacizos
hormigones de baja densidad
mampostería de ladrillos y bloquescerámicos huecos
bloques de hormigón hueco
Datos IRAM N° 11.601/2002
MAS
HOMO
GENEO
S
MENOS
HOMO
GENEO
S
Difusión de un pulso de calor dentro de un sólido
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Distancia desde el borde (cm)
Tem
peratu
ra (
°C
)
Fuente: Dr. A. Hernandez
DISEÑO DE ENVOLVENTES
Difusividad MAT. HOMOGENEOS
Propagación de una onda térmica de frecuencia diaria
en un sólido
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
espesor (m)
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Fuente: Dr. A. Hernandez
DISEÑO DE ENVOLVENTES
Propagación: retardo y amortiguamiento
En régimen no estacionario.
• Decisiones materiales: tecnológico constructivas. SÓLIDO (masividad)
• F = (te – ti) / R
• R = e / l
DISEÑO DE ENVOLVENTES
• Decisiones materiales: tecnológico constructivas. SÓLIDO (masividad)
DISEÑO DE ENVOLVENTES
Amortiguamiento térmico y retardo térmico: INERCIA TÉRMICA.