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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.
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 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
VARIABLES ENERGÉTICAS
Medio físico y paisaje, matriz naturaleza-ciudad
Entorno
VARIABLES ENERGÉTICAS
Potencial edificio Net CO2
Entorno
VARIABLES ENERGÉTICAS
Potencial fotovoltaico
Potencial energía eólica
Potencial de renovables
Entorno
VARIABLES ENERGÉTICAS
Uso y coste de la energía anual.
Uso/ Coste energía anual Uso de energía: combustible
Uso de energía: electricidad
Entorno
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
Condiciones Microclimáticas
Accesibilidad solar
Entorno
VARIABLES ENERGÉTICAS
Condiciones Microclimáticas
Accesibilidad eólica
Entorno
Vasari, Autodesk Sustainable workshop
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 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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
Compacidad o factor de forma
_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
VARIABLES ENERGÉTICAS
Compacidad o factor de forma
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
Compacidad o factor de forma
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
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 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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
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 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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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
VARIABLES ENERGÉTICAS
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.
_Conviene instalar en esta orientación:
_Dormitorios o espacios de uso matinal, ya que reciben
luz de la mañana sin radiación directa excesiva.
Distribución
VARIABLES ENERGÉTICAS
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.
_Conviene instalar en esta orientación:
_ 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
VARIABLES ENERGÉTICAS
Distribución
Helena Granados, Principios y estrategias bioclimáticas
VARIABLES ENERGÉTICAS
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