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EDIFICIO SISTEMA ENERGÉTICO

Orientación, forma y distribución.

Boris Véliz Gómez. Arquitectura Véliz

01_FORMA, ORIENTACIÓN Y DISTRIBUCIÓN

Variables energéticas, su influencia en el diseño.

VARIABLES ENERGÉTICAS

Su influencia en el diseño

Entorno

_Medio físico y paisaje.

_Potencial de renovables, Net CO2, Leed agua y luz

_Demanda energética, consumos y costes.

_Potencial de estrategias pasivas.

_Condiciones microclimáticas.

Forma

_Compacidad (ajuste a temperaturas exteriores)

_Confort visual (accesibilidad a la luz natural)

_Grado de exposición climática (soleamiento y viento)

_Organización interna (Usos y cargas térmicas)

Orientación

_Orientación y confort térmico.

_Orientación y ventilación natural.

_Orientación óptima.

Distribución

_Usos, cargas térmicas y patrones de ocupación

_Zonificación térmica

_Organización espacial y ventilación

Vistas

_Visibilidad y vistas.



Entorno


_Potencial de renovables, Net CO2, Leed agua y luz.




Forma

_Compacidad (Ajuste a temperaturas exteriores)




Orientación

_Orientación confort térmico.


_Orientación óptima

Distribución



_Organización espacial y ventilación.

Vistas

_ Visibilidad y vistas


Medio físico y paisaje, matriz naturaleza-ciudad

Entorno


Potencial edificio Net CO2

Entorno


Potencial fotovoltaico

Potencial energía eólica

Potencial de renovables

Entorno


Uso y coste de la energía anual.

Uso/ Coste energía anual Uso de energía: combustible

Uso de energía: electricidad

Entorno


Demanda energética, perdidas.

Carga de calefacción mensual

Carga de refrigeración mensual

Ganancia de calor que

compensa cargas de calefacción.

Perdidas de calor

que deben añadirse para

conservar el confort térmico

Ganancia de calor

que debe ser eliminada para

conservar el confort térmico

Perdidas de calor compensan

las cargas de refrigeración

G. Int.

GyP. Ext. Conducción

Convección

Radiación

Envolvente

Entorno


Potencial de estrategias pasivas GBS

_ Potencial de balance de agua Zero y estimación de

ahorros (función superficie de captación y de riego)

.

_Potencial acreditación LEED de iluminación natural

(Factor de vidrio por orientación, superficie, m2)

Entorno


Potencial de estrategias pasivas Weather Tool

January

February

March

April

May

June

July

August

September

October

November

December

DBT(°C) -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

AH

5

10

15

20

25

30

Comfort

Psychrometric ChartLocation: Denia, Comunitat Valenciana

Data Points: 1st January to 31st December

Weekday Times: 00:00-24:00 Hrs

Weekend Times: 00:00-24:00 Hrs

Barometric Pressure: 101.36 kPa

© Weather Tool

SELECT ED DESIGN T ECHNIQUES:

1. passive solar heating

2. thermal mass effects

3. exposed mass + night-purge ventilation

4. natural ventilation

5. direct evaporative cooling

6. indirect evaporative cooling

_Hasta donde puedo extender la

zona de confort con estrategias

pasivas.

_Cuales son las estrategias

recomendadas por rango de

temperatura y humedad.

Entorno


Condiciones Microclimáticas

Accesibilidad solar

Entorno


Condiciones Microclimáticas

Accesibilidad eólica

Entorno

Vasari, Autodesk Sustainable workshop



Entorno


_Potencial de renovables, Net CO2, Leed agua y luz.




Forma





Orientación




Distribución



_Organización espacial y ventilación..

Vistas



Compacidad o factor de forma

Forma óptima del edificio:

_Menor índice de perdidas

térmicas durante el invierno.

_Menor índice de ganancias

térmicas durante el verano.

_La arquitectura popular, reflejo

de configuraciones formales

adecuadas a diferentes climas.

_Climas extremos cálidos y fríos

formas compactas adecuadas,

para un mismo volumen a

acondicionar, menor superficie de

intercambio con el exterior.

Forma

% de energía

Intercambio con el exterior

Imagen, Autodesk Sustainable workshop



_Compacidad C, expresada en

metros es la relación entre el

volumen V delimitado por la

envolvente térmica y la suma S de

las superficies de la misma:

C=V/S

El CTE en su opción simplificada

para obtención de Clase D en

vivienda unifamiliar, determina la

exigencia a los sistemas térmico

en función de la compacidad

Forma

Autodesk Sustainable workshop



Climas templado continental

_Edificio compacto limita las

perdidas de calor de la

envolvente.

_Maximizar el acceso a la

radiación en invierno.

_Protecciones solares en el

diseño para el verano (cámara

bufa con fachada vegetal).

_Patio interior cubierto,

mecanismo de calefacción pasivo

de espacios comunes.

Forma

ZiehenSchule, frankfurt, Arquitecto, Marcus Schmitt



Climas cálidos y húmedos

_Formas alargadas y estrechas

en la que predomina el eje Este-

Oeste, el Sur es más fácil de

proteger.

_Edificación abierta y elevada del

terreno.

_Ventilación cruzada, para

favorecer la renovación del aire.

_Edificios en altura favorece la

ventilación por el aumento de la

velocidad del viento, y la

disminución de la superficie de

ganancia térmica de cubierta.

Forma

Edifico 17y malecón, La Habana, Arquitecto, F. Salina


Confort visual

Estrategias generales

_En las orientaciones Este y

Oeste, es más difícil conseguir el

confort visual y evitar el

deslumbramiento.

_Norte-Sur alargado, forma

optima para iluminación,

_La menor profundidad del

volumen, factor clave.

Forma

Imagen, Autodesk Sustainable workshop


Grado de exposición climática

Radiación solar y ganancia

térmica:

_Análisis de las posibilidades de

aprovechamiento de las

condiciones ambientales

exteriores.

_ Potenciando flujos térmicos

acordes a las necesidades de

confort.

_Elevada capacidad de evaluar y

simular alternativas, de exposición

al soleamiento. (Picos, promedios

y acumulada).

Forma

Imagen, Ecotect, Autodesk Sustainable workshop


Grado de exposición climática

Radiación solar y limitación de

la ganancia térmica:

_Gran impacto de la forma en la

accesibilidad a la radiación y en

las estrategias pasivas.

_Las curvas aerodinámicas

pueden reducir las perdidas o

ganancias de calor por infiltración.

Forma

Autodesk education community, shading & natural ventilation strategies


Grado de exposición climática (eólica)

Modelos de movimiento del

viento entorno a la forma:

_Determina el confort térmico de

los espacios abiertos colindantes.

_Incide en el intercambio

convectivo de la envolvente

Estrategias de invierno:

_Protección de los vientos fríos

_Elementos deflectores, con

vientos de dirección clara.

Estrategias de verano:

_Permeabilidad de la forma y los

huecos

_Permeabilidad de la envolvente.

Forma


Organización interna (Usos y cargas térmicas )

Espacios con cargas internas

bajas

_En climas fríos se benefician de

formas más compactas se limita

las perdidas.

_Residenciales por lo general

Espacios con cargas internas

Altas

_Hace poco eficiente la

refrigeración en verano, incluso

en climas fríos.

_Plantas poco profundas pueden

ofrecer ventajas en el balance

global.

Forma



Entorno






Forma





Orientación




Distribución



_Organización espacial y ventilación..

Vistas



Orientación y ganancia térmica

_Este, oeste la radiación cambia

rápidamente

_Norte sur radiación mas consistente,

(permite aprovechar la ganancia

térmica o evitarla)

Orientación ganancia térmica ≠

orientación para luz natural:

_Cantidad de luz óptima para

iluminación, no lo es para la

ganancia térmica.

_La radiación solar = trayectoria

solar.

_Luz natural proviene de todas

direcciones.

_El calor se puede almacenar en

masa térmica (ej. Paredes Oeste

para ceder en la noche )

Cuantificar la cantidad de

radiación que afecta a cada cara

del edificio

Orientación

Imagen, Autodesk Sustainable workshop h

ora

s

Año


Orientación y ventilación natural

_Maximizar los beneficios de las

brisas frescas en verano en

climas cálidos.

_Protegerse de los vientos fríos

en climas fríos.

_Orientar el eje corto en la

dirección de los vientos

dominantes para la ventilación

natural cruzada.

Orientación

Imagen, Ecotect, Autodesk Sustainable workshop

Gráfica de vientos, de velocidad y dirección anual


Orientación óptima, Ecotect

Radiación 3 meses + fríos

Radiación 3 meses + cálidos

Radiación anual

_Orientación más favorable se

produce cuando la radiación

incidente en invierno es mayor

que en verano. (Azul mayor que

rojo)

_Deseable mayor protección de

la radiación máxima en verano.

Orientación óptima, equilibra

los extremos de radiación.

Orientación



Entorno






Forma





Orientación




Distribución



_Organización espacial y ventilación.

Vistas



Organización espacial y zonificación térmica

Distribución

Cargas térmicas del edificio diferentes según:

_Ganancias Internas por actividad y equipos

_Tipo de edificio, actividad metabólica de los

ocupantes y grado de arropamiento.

_Grado de ocupación, nº de personas x m2.

_Instalaciones de iluminación.

_Equipamiento asociado al uso del espacio.

_Periodos de ocupación.

_Ganancias o perdidas externas a través de la envolvente

_Orientación de los distintos espacios.

_Estrategias de diseño previstas para la

envolvente.

Aportación térmica en invierno, Carga térmica verano.

ASHRAE standards, promedio de demanda

de energía


Datos de ocupación y horarios, análisis de cargas.

_ El CTE establece dos categoría de espacios, espacios

habitables, con cargas internas altas o espacios no

habitables con cargas internas bajas.

_Entre los espacios con cargas internas bajas, considera

edificios de viviendas, habt. de hotel, hospitales, así como

zonas de circulación.

Distribución

Grados de ocupación, escuela primaria y secundaria Horarios de ocupación, escuela primaria y secundaria


Criterios de diseño según patrones de ocupación

en climas templados (Helena Granados).

_Optimizar ganancias para las condiciones del solsticio de

invierno.

_Estrategias de protección de huecos durante el verano

que no penalicen la ganancia en invierno.

_Optimizar ganancias equinoccios o solsticios

correspondiente.

_Protección de huecos en verano y/o ganancia en invierno

en función del periodo estacional previsto.

_Optimizar ganancia para el periodo de uso previsto.

_Estrategias de protección de huecos durante el verano

que no penalicen la ganancia en invierno.

.

Distribución

Ocupación total

Ocupación estacional

Ocupación diurna/discontinua


Zonificación de la edificación

Distribución de los espacios en función de:

_Forma y volumetría del edificio

_Adecuación para minimizar el consumo energético en los

diferentes espacios.

_Parámetros de uso de carácter funcional.

Área mediterránea (Helena Granados)

_Espacios de uso diurnos en orientaciones de ganancia

solar.

_Espacios de uso nocturno en orientaciones sin ganancia

solar.

_Agrupación de espacios con necesidades térmicas

semejantes.

_Valoración de cargas internas y periodos de ocupación.

Distribución

Concurso, Casa de la Juventud Toledo 2009,

Arquitectura Véliz


Zonificación térmica _ NORTE

_Las fachadas no reciben radiación directa escasas

ganancias térmicas debidas a la radiación difusa y

reflejada:

_En invierno las pérdidas térmicas generadas por los

elementos de la envolvente no se compensan con

ganancia solar.

_Durante el verano son las estancias más frescas.

_Iluminación natural muy uniforme y sin

deslumbramientos

_ Adecuada para actividades de gran precisión visual.

_Conviene instalar en esta orientación:

_Espacios de poco uso que actúen como amortiguador

térmico.

_Espacios de uso nocturno, como dormitorios.

_Los espacios con grado de actividad y ganancias

térmicas suficientes para garantizar el confort térmico

sin recurrir a las ganancias solares.

_Espacios con necesidades de iluminación difusa, tales

como bibliotecas o galerías de exposición.

Distribución

Concurso, Casa de la Juventud Toledo,

Arquitectura Véliz


Zonificación térmica _ SUR

_Mejor orientación de ganancia térmica debido al

soleamiento, recibe mayor número de horas de sol en

invierno y permite aplicar estrategias de protección solar en

verano.

_Iluminación natural poco uniforme; condiciona el tipo de

actividad en las áreas expuestas a radiación solar directa.

_En verano no hay deslumbramientos, es adecuada para

actividades de gran precisión visual.

_Conviene instalar en esta orientación, con protección

frente al sol de verano:

_Espacios de uso diurno como habitaciones vivideras en

viviendas.

_Espacios de uso continuo en los que se aproveche la

acción germicida del sol, como (Habt. Hospitalarias)

_Espacios de uso continuado en edificios de uso

intensivo diurno, (edificios administrativos o docentes)

Necesario proteger frente al deslumbramientos o

contrastes excesivos por radiación solar directa.

_Espacios de uso diurno que no requieran un nivel de

iluminación homogéneo en edificios culturales.

Distribución


Zonificación térmica _ ESTE

_Reciben más horas de sol en verano que en invierno,

debido a las diferentes trayectorias solares.

_Los espacios resultan poco cálidos en verano, sólo

reciben sol por la mañana, período en el que las

temperaturas exteriores no son superiores a las de

confort.

_A lo largo del invierno, debido a la temperatura (sol-aire)

sumado a la menor trayectoria e incidencia solar (el ángulo

de incidencia en invierno es oblicuo, generando escasa radiación

directa) resultan bastante menos cálidos que los orientados

a Sur.

_Dado el bajo ángulo de incidencia solar existe riesgo de

deslumbramiento.


_Dormitorios o espacios de uso matinal, ya que reciben

luz de la mañana sin radiación directa excesiva.

Distribución


Zonificación térmica _ OESTE

_Al igual que en la orientación Este, y debido al recorrido

solar, la radiación directa incide en ésta orientación

durante un largo período en verano y un corto período en

invierno.

_Durante el verano, la radiación directa, que se produce

pasado el mediodía, suma su carga energética a la

producida por las temperaturas exteriores, que se

corresponden con las máximas del ciclo diario, se

convierte así la temperatura (sol-aire) en esta orientación

en las más desfavorable.

_ Existe riesgo de deslumbramiento.


_ Espacios de poca habitabilidad (estancias muy

cortas), tales como lugares de paso, escaleras, baños y

trasteros.

Distribución

Organización espacial y ventilación natural

_El flujo de aire se dividirá entre los distintos espacios sin

reducir su velocidad ni su dirección.

_Quedarán zonas interiores residuales en las que no se

produce movimiento de aire.

_Se producirán junto con la reducción de la velocidad

pequeñas áreas de turbulencia que facilitarán el

movimiento del aire debido a las diferencias de presión.

Divisiones interiores paralelas

al flujo de entrada del aire

Divisiones interiores

perpendiculares al flujo de

entrada del aire


Distribución

Helena Granados, Principios y estrategias bioclimáticas


Impacto visual

_Reconocer las barreras visuales y las zonas de mayor

visibilidad en el entorno de implantación a partir del

volumen de partida, herramienta útil en las primeras

etapas.

_La acreditación LEED, asigna puntos si se puede

mostrar que al menos el 90% de las habitaciones

disponen de vistas al exterior.

_A partir de una malla base y asignando las ventanas se

puede obtener el resultado de la visibilidad desde el

interior.

Vistas

Ecotect, Autodesk help files

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