Adecuación Bioclimática del Instituto de Investigación y Posgrado de la Facultad del Hábitat de la UASLP

M.D.B. Jorge Aguillón Robles

Cuerpo Académico Hábitat Sustentable, Instituto de Investigación y Posgrado,

Facultad del Hábitat, Universidad Autónoma de San Luis Potosí aguillon@fh.uaslp.mx

Introducción Tomando como referencia El Sistema de Manejo Ambiental (SMA) que se desarrolla a través de la Agenda Ambiental y su objetivo general es mejorar el desempeño ambiental de la UASLP como organización para transformarla gradualmente hacia una institución ambiental y socialmente sostenible. El SMA articula el esfuerzo de funcionarios, profesores, estudiantes y personal administrativo en general, de todas las entidades académicas y administrativas, en los cuatro campus regionales. El Cuerpo Académico Hábitat Sustentable plantea proyectos de investigación para la intervención en los módulos de desempeño que plantea el Sistema de Manejo Ambiental en los módulos de: Uso Apropiado y Eficiente de la Energía; Vegetación y Arquitectura del Paisaje; y Bioclimática y Construcciones. El tema de investigación se inserta en la Línea de Generación y Aplicación del Conocimiento Diseño y Edificación Sustentable del Espacio y su Habitabilidad del Cuerpo Académico Hábitat Sustentable (CAHS) en el cual dentro de sus estrategias de desarrollo se plantea como eje temático el Proyecto de Investigación “Adecuación Bioclimática de Espacios Universitarios de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí” con el enfoque de mejorar la habitabilidad de los espacios y plantear el uso racional de la energía con la finalidad de plantear espacios sustentables, y por otra parte plantear la posibilidad de realizar proyectos de investigación conjuntos con otros cuerpos académicos afines. La Arquitectura es el arte de proyectar y construir edificaciones, con la finalidad de proporcionar espacios adecuados para que el ser humano desarrolle sus actividades de vida y de trabajo, al abrigo de las variaciones e inclemencias del tiempo, implicando esto que la arquitectura además de considerar aspectos funcionales, estructurales y estéticos, debe de satisfacer las necesidades de bienestar térmico, mediante el control climático de una estructura sujeta a intercambios de calor, aire y humedad en el entorno. Desgraciadamente el diseñador, arquitecto o constructor actualmente, no considera al clima y al sol en sus proyectos. La formación de alumnos, profesores y especialistas del diseño en general, ha adolecido de conciencia y sensibilización respecto a la vinculación de los espacios interiores, exteriores y elementos que componen al espacio con su entorno físico, así como la consideración y aprendizaje eficaz de nociones y conceptos de geometría solar elemental y métodos de adaptación climática natural de las edificaciones. En la actualidad el desarrollo tecnológico y la disponibilidad de energía con facilidad, han propiciado en los últimos años el desarrollo acelerado de tendencias de diseño modernas desvinculadas por completo de los elementos ambientales circundantes. Estas tendencias se han internacionalizado, imponiendo modas que, desafortunadamente, aísla a las edificaciones de su medio ambiente, como si se tratara de desligar al ser humano de su hábitat natural para confinarlo en locales donde, de no ser por sistemas de climatización e iluminación artificial no resultarían habitables. Es común encontrar es sitios con climas tan benignos como el templado de la ciudad de San Luis Potosí (donde un edificio correctamente diseñado no necesita de climatización artificial) aunado al mobiliario de los espacios interiores donde se llega el extremo de requerir aire acondicionado en época de invierno, debido a la falta total de control solar, en fachadas formadas por cortinas de vidrio y en donde casi siempre se está más confortable afuera que adentro. Es indiscutible, que en innumerables casos el diseñador actual ha sobrestimado la capacidad tecnológica de construcción a su alcance, edificando más por el impacto visual de la envolvente,

que por optimizar las condiciones de habitabilidad y bienestar de los ocupantes; ignorando además factores importantes que conciernen al uso y consumo racional de la electricidad o del agua. De hecho, no existe una conciencia sustentable de conservación o de aprovechamiento sensato de los recursos naturales en el diseño arquitectónico convencional. Hablar de diseño bioclimático nos estamos refiriendo a una serie de elementos que nos encaminan a diseñar de acuerdo a las características del entorno y su relación con el confort térmico de los usuarios del espacio proyectado, bajo un enfoque sustentable que implica el uso y aprovechamiento de los energéticos no convencionales, así como las llamadas ecotecnologías pero debe de entenderse este uso y aprovechamiento no como una panacea que todo lo resuelve como por arte de magia, sino como una alternativa para el diseñador, de lograr el confort y bienestar tratando de utilizar al máximo los medios pasivos de climatización pero sin olvidar usar los energéticos convencionales cuando en realidad son necesarios y tratar de optimizar su uso al máximo. Al hablar de diseño bioclimático no hablamos de casitas de tierra y paja, sino hablamos del conocimiento de las propiedades termofísicas de los materiales, cualquiera que estos sean, considerándolos como satisfactores de los requerimientos de climatización de un proyecto específico y también hablamos de una concordancia muy lógica por cierto, entre la forma arquitectónica y el clima de la localidad en que se encuentra. Estos requerimientos de climatización no son resultado del azar, ni de un análisis a sentimiento del entorno, sino de un estudio serio y objetivo de las condiciones climáticas de la localidad así como de los requerimientos de confort del proyecto mismo. Además el diseño bioclimático no está encaminado exclusivamente para afrontar el género habitacional como muchos piensan, sino que pueden contemplar prácticamente cualquier género arquitectónico, en este caso los espacios educativos. Otro aspecto más, el diseño bioclimático no es encajar indiscriminadamente dispositivos de climatización en un proyecto convencional, no, el diseño bioclimático debe considerar diversos aspectos, desde la concepción misma del proyecto y resolverlo como un elemento integral; desde las orientaciones adecuadas, hasta el análisis de los materiales térmicamente hablando; desde el diseño de protecciones solares o uso de la vegetación, hasta la utilización de dispositivos de ventilación natural, etc. Tampoco se debe pensar que resolviendo el aspecto bioclimático cumplimos nuestro compromiso, dejando de lado factores primordiales de cualquier proyecto, por ejemplo, restringiendo el aspecto espacial de percepción visual sin considerar que está proyectado para seres humanos, u olvidar el factor económico, etc., más bien debemos establecer prioridades y conciliar lo mejor posible los diversos factores que inciden en el diseño. Después de la participación de la Escuela de Arquitectura en Proyectos a nivel nacional en 1977, no se ha seguido desarrollando este tipo de proyectos de manera institucional a la fecha, por lo tanto, es importante plantear objetivos y definir políticas con relación a la adecuación del hábitat con el medio en los espacios educativos de nuestra universidad y apoyar la investigación de los diseñadores en este aspecto. Objetivo General Evaluar, cuantificar y definir las características ambientales del Entorno en función de las características espaciales de los espacios educativos en el Edificio de Investigación y Posgrado que se ajuste a su contexto, clima, confort y materiales con un enfoque de ahorro de energía aprovechando conceptos de la Arquitectura Bioclimática para aspirar a una Construcción Sustentable. Objetivos Específicos Determinar el comportamiento ambiental de los espacios del IIP en respuesta a su contexto, clima, confort y materiales de la envolvente. Diseñar y Caracterizar el sistema de monitoreo ambiental en función de temperatura, humedad relativa e iluminación de los espacios del IIP. Establecer en el Entorno Natural y Artificial las bases para plantear el estudio bioclimático de la radiación y soleamiento optimizando o bloqueando la radiación solar, con el apoyo de elementos constructivos y elementos del paisaje natural (la vegetación), se realizará en conjunto con los

elementos climáticos en relación los rangos de confort establecidos, de acuerdo a la latitud, longitud y altitud; y el clima de la Ciudad de San Luis Potosí. Caracterizar, Diseñar y Evaluar la estrategia de climatización prioritaria para el IIP en base a su entorno, clima, confort y materiales de la envolvente que más se adapte a las necesidades institucionales. Metodología Desarrollo de Diagnóstico del IIP de la Facultad. Visita a la Universidad de Colima para el planteamiento de Monitoreo de Temperatura, Humedad Relativa e Iluminación Natural del IIP. Análisis Bioclimático del Edificio de Investigación y Posgrado. Planteamiento de Estrategias de Climatización. Diseño de Estrategia de Climatización Prioritaria. Evaluación de Estrategia de Climatización Prioritaria. Propuesta de Estrategia de Climatización Prioritaria. Productos

Diagnóstico de comportamiento climático del IIP de la Facultad del Hábitat. Características del Entorno Climático Características del Entorno Natural y Artificial Características del Entorno Bioclimático

Informe del Sistema de Monitoreo Ambiental

Análisis Bioclimático del Edificio de Investigación y Posgrado

Proyecto de Adecuación Bioclimática del IIP de la Facultad del Hábitat.

Estrategia de Climatización.

Planteamiento de Construcción de Adecuación Bioclimática del IIP de la Facultad del Hábitat.

Colaboradores: Viridiana Reyes Escamilla, Carrera de Arquitectura, Servicio Social. José Guadalupe Ortiz Rodríguez, Carrera de Arquitectura, Servicio Social.

Diagnóstico de comportamiento climático del IIP de la Facultad del Hábitat. Características del Entorno Natural y Artificial Se plantea realizar el análisis en base a los entornos Natural y Artificial de la ubicación del Instituto de Investigación y Posgrado de la UASLP en la mancha urbana de la Zona Metropolitana de la Ciudad de San Luis Potosí, específicamente en la Zona Universitaria Poniente en donde se localiza de Facultad del Hábitat.

Características del Entorno Climático En base a la recopilación de información de los elementos climáticos se realizará un análisis del clima, siendo los elementos que componen el clima: temperatura, humedad, precipitación pluvial, radiación, soleamiento y vientos y fenómenos especiales. La caracterización climática se presenta en el Atlas Bioclimático de San Luis Potosí (Aguillón Robles, 2010) y en particular en el municipio de la capital. La información referida a los elementos del Clima ha sido recopilada del Observatorio Meteorológico dependiente del Sistema Meteorológico Nacional en la Ciudad de San Luis Potosí. La información procesada corresponde a mediciones de más de 40 años, la información básica de los elementos del clima, procesada nos da como resultado la obtención completa de los elementos. Caracterización climática Los datos que registran los meteorólogos no coinciden necesariamente con los que interesan al diseñador. Tendrá este último que filtrarlos en función de su práctica, en principio se interesará por:

• Temperaturas: valores medios y máximos, oscilación media. • Humedad • Condiciones de cielo; radiación incidente previsible • Régimen pluviométrico con intensidades máximas horarias previsibles • Régimen local de vientos, frecuencia de intensidad de vientos peligrosos • Niveles de contaminación previsibles • Meteoros especiales, tormentas eléctricas, tolvaneras, granizadas, etc.

Las estaciones (puntos de observación) suelen ubicarse en áreas despejadas (observatorios, aeropuertos) frecuentemente verdes y la ubicación de los aparatos de medida con determinadas características propias para un adecuado funcionamiento. Estas consideraciones bastan para cuestionar todo intento de transcripción literal inmediata de los datos meteorológicos oficiales a los modelos bioclimáticos referidos al confort del ser humano los cuales trataremos más adelante. Temperatura

La temperatura es una condición que determina la transmisión de calor de un cuerpo a otro, del más caliente al más frío. Cuando se proporciona calor a un cuerpo y se observa que aumenta su temperatura, quiere decir que ha aumentado la velocidad de las moléculas que lo forman.

El aire es diatérmano, por lo que su temperatura no es consecuencia de la acción directa de los rayos del sol, sino que se explica por procesos indirectos: la radiación llega a la superficie terrestre donde parte es absorbida y transformada en calor y así eleva su temperatura por convección; por lo que la temperatura del aire es consecuencia de un complejo balance energético en el que interfieren varios factores como la energía incidente, la superficie receptora de la radiación, la transmisión térmica por conducción, etc. La temperatura del aire se mide en grados celsius (º C), frecuentemente con un termómetro de mercurio. Puede resultar útil indicar las temperaturas media mensual, la temperatura más alta y baja registrada. A medida que el Sol se eleva sobre el horizonte la temperatura aumenta y ese aumento sigue hasta que se alcanza el equilibrio entre la energía recibida y la irradiada, después de que el Sol pasa por el meridiano esta es mayor que la recibida, la temperatura no disminuye inmediatamente debido a cierta inercia en el proceso de calentamiento, disminuyendo hasta poco después de la salida del Sol al siguiente día, esto es la marcha diaria de la temperatura.

• Oscilación Térmica Diaria es la amplitud de la variación diaria de la temperatura, es la diferencia entre la temperatura más baja y más alta del día. Temperatura Máxima Absoluta es la temperatura más alta registrada desde que se estableció la estación de observación. • Temperatura Mínima Absoluta es la temperatura más baja registrada desde que se estableció la estación de observación. • Temperatura Mensual es el promedio de las temperaturas medias diarias. • Temperatura Media Mensual es el promedio de temperaturas mensuales en un período largo de años. • Temperatura Anual es el promedio de las temperaturas mensuales. • Isotermas son las líneas que unen puntos de igual temperatura.

Para utilizar los datos de temperatura en estudios climáticos es necesario calcular las temperaturas medias mensuales y anuales. En los observatorios meteorológicos la temperatura mínima generalmente se observa un poco antes de la salida del Sol, y la temperatura máxima, horas después del paso del Sol sobre el cenit del lugar de observación.

Consideraciones de la temperatura en el espacio arquitectónico. Es conveniente considerar que se tendrá que interpretar la información y analizar como este elemento del clima influye en el espacio arquitectónico. La temperatura conjuntamente con la información de soleamientos, orientaciones óptimas y ángulos solares que en otro apartado se complementará ampliamente permiten al diseñador conocer:

• Cuáles son las condiciones extremas de temperatura a las que el proyecto arquitectónico estará sometido (máximos promedios y mínimos promedios), es importante considerar que no debe considerarse el promedio medio anual como condición de diseño. • De acuerdo a las condiciones climáticas de cada región, el arquitecto podrá decidir el tipo de materiales con los cuales se podrá construir el proyecto, en especial cuidado después de analizar la oscilación térmica quién es la que influye principalmente en este punto. • Conociendo los máximos y mínimos promedios de temperatura y por consecuencia considerando la oscilación térmica, el arquitecto podrá determinar los posibles sistemas de climatización que afecten a este elemento climático y controlar el confort interno de los espacios. • Considerar de acuerdo a las características de los espacios las horas de ocupación de los mismos al igual que su posición.

Humedad

Las masas de aire se van desplazando y transformando lentamente. El encuentro de dos masas de aire de diferentes características se denomina "frente" el cual está determinado por una superficie divisoria entre ambas masas (por la interacción de las masas polares y tropicales). Se denomina "estacionario" cuando las masas se mueven paralelamente al mismo, "frío" cuando el aire más frío avanza y "cálido" cuando es el aire mas caliente el que avanza. Las masas de aire incorporan humedad por evaporación sobre tierra firme y por simple evaporación sobre océanos y lagos. La humedad del aire no es en general de origen local: la advención de la humedad constituye un mecanismo climatológico fundamental. Se dice que una porción de aire es estable cuando tiende a mantener su ubicación original; dicha porción serán inestable cuando manifieste la tendencia a separarse cada vez más de su nivel de partida. Como

norma, cuanto mayor sea la temperatura (y la humedad) de una capa de aire, mayor será también su tendencia a la inestabilidad. La humedad es la cantidad máxima de vapor de agua que el aire puede absorber dependiendo de la temperatura, siendo esta cantidad tanto mayor cuanto más elevada sea la temperatura del aire. La humedad relativa se define como la razón (expresada en forma de tantos por ciento) entre el contenido de humedad en el aire y la cantidad que contendría si estuviera saturado a la misma temperatura.

• Humedad Absoluta es la cantidad de vapor de agua contenida en un volumen dado de aire, se expresa en Peso por unidad de Volumen (varía al variar el volumen). La humedad absoluta es el número de gramos de vapor de agua contenido en un metro cúbico de aire natural. Humedad Específica es la masa en gramos del vapor de agua contenido en la unidad de masa del aire (g de vapor de agua por Kg de aire). La humedad específica es el número de gramos de vapor de agua contenidos en cada kilogramo de aire natural. • Humedad Relativa es la relación que existe entre la cantidad de vapor de agua que contiene el aire y el máximo que puede contener a una cierta temperatura; se expresa en porcentaje de saturación, es decir, tomando el aire saturado como contenido 100% de humedad relativa.

Para utilizar los datos de humedad en estudios climáticos es necesario calcular las humedades relativas medias mensuales y anuales; y determinar en lo posible líneas que unan puntos de igual humedad relativa a las cuales se le llama Isohigras.

Consideraciones de humedad en el espacio arquitectónico. Es conveniente considerar que se tendrá que interpretar la información y analizar como este elemento del clima influye en el espacio arquitectónico. La humedad y la temperatura conjuntamente con la información de soleamientos, orientaciones óptimas y ángulos solares que en otro apartado se complementará ampliamente permiten al diseñador conocer: • De acuerdo con la cantidad de humedad en el ambiente es conveniente interpretar estos indicadores ya que con una adecuada orientación permitirá la adecuada renovación de los volúmenes de aire de los espacios arquitectónicos. • Una adecuada interpretación en conjunto con la temperatura apoyará para determinar los posibles sistemas de climatización y adecuar el confort interno de los espacios arquitectónicos.

Precipitación Cuando una porción de aire que contenga vapor de agua se eleva verticalmente, es decir, cuando se produzca una ascendencia, tendrá lugar un enfriamiento por reducción de presión. Por constituir el aire un elemento bastante aislante desde un punto de vista térmico, se verificará un intercambio energético bastante reducido con el resto de la masa en la que dicha porción se encuentra inmersa: por esta razón el mencionado enfriamiento podrá considerarse a efectos prácticos como adiabático. La consiguiente reducción de temperatura proseguirá mientras continúe la ascendencia. A determinada altura, la temperatura alcanzará el nivel del "punto de rocío". En ese momento la porción de aire se encontrara saturada de humedad (la humedad relativa será del 100 %). La condensación produce gotitas de diámetro muy pequeño. Mediante un proceso complejo de aglutinamiento y colisión, aún no aclarado en todos sus extremos, esas gotitas van fusionándose hasta producir gotas que van cayendo hacia el suelo, en forma líquida o sólida, se dice entonces que tiene lugar una precipitación. Las primeras gotas de agua que forman las nubes tienen un diámetro de 1/100 mm y no pueden caer a la superficie terrestre por no poder vencer la resistencia del aire y si tratan de hacerlo se evaporan nuevamente antes de alcanzarla, por lo tanto la condensación se efectúa alrededor de las partículas restantes que son escasas y se forman por lo tanto gotas más grandes de 2/10 mm de diámetro que si pueden vencer las corrientes más fuertes y caen al suelo como: lluvia, nieve o granizo.

• Nieve.- Es la precipitación en forma sólida que se forma a temperaturas menores de 0oC. En el proceso de sublimación el vapor de agua pasa directamente de gas a líquido. La nieve está constituida por cristales de hielo hexagonales, un copo de nieve es una aglomeración de cristales unidos unos a otros. • Granizo.- Es la precipitación en forma sólida, es la unidad más densa, pesada y grande de todas las formas de precipitación, es característica de la estación caliente del año y es el resultado de movimientos convectivos vigorosos del aire. Los granizos están formados por capas concéntricas de hielo transparente que alternan con hielo opaco en parte fundido y recongelado.

Para los usos de información de tipo climático, es necesario utilizar las precipitaciones medias mensuales, es decir promedios de precipitaciones en un período grande de años. En puntos geográficos concretos, la precipitación se mide mediante pluviómetros, que en esencia son simples recipientes graduados. La intensidad de la precipitación se evalúa en milímetros, atendiendo a la altura que el nivel de agua alcanzaría sobre la superficie horizontal del suelo si no produjera escurrimiento, filtración ni evaporación. Consideraciones de la precipitación pluvial en la influencia en el diseño arquitectónico. Es conveniente considerar que se tendrá que interpretar la información y analizar como este elemento del clima influye en el diseño arquitectónico. El diseñador en este elemento deberá de tomar en cuenta para solucionar dos aspectos fundamentales que en concepto parecen un tanto contradictorios que son:

• El concepto forma función, generalmente ocasiona una preocupación de tipo técnico para conducir y desalojar el agua de lluvia que se acumula en los elementos arquitectónicos. Formalmente se genera un problema de proporción en los volúmenes que se tienen que inclinar para desalojar el agua por gravedad sobre todo en localidades donde llueve mucho, ocasionalmente se utilizan otros instrumentos para desalojar el agua como gárgolas o canales de lámina adosados a los muros, etc. • El concepto de reutilización del agua y su uso más racional desprende una serie de refleciones que contradice en cierta manera las soluciones que se describieron en el párrafo anterior, ya que según los ecologistas no solo es un problema de tipo formal o funcional sino que debe incluirse una solución técnica que permita aprovechar el agua de lluvia y reciclarla de un uso previo para evitar el uso desmedido que actualmente se hace de este vital líquido.

Viento

El viento es una consecuencia de la radiación solar. Las diferencias de insolación entre distintos puntos del planeta generan diferentes áreas térmicas, y los desequilibrios de temperatura se traducen en variaciones de presión. El aire como cualquier gas, se mueve desde las zonas de alta presión a las de baja presión. Durante el día, el agua de los océanos permanece relativamente más fría que la superficie terrestre. De la radiación solar que incide sobre la superficie del agua se emplea parte en calentamiento y parte, en evaporación; pero debido a la gran capacidad del agua para absorber

calor, la temperatura en las capas superficiales apenas varía y por lo mismo ocurre con la temperatura del aire que se encuentra en contacto con ellas. Sobre la tierra, en cambio, la radiación solar que se recibe sobre el suelo se traduce en una elevación de la temperatura, tanto de la corteza terrestre como del aire circundante. El aire caliente se dilata, pierde presión y es reemplazado por el aire fresco que viene del mar. Durante la noche, el ciclo se invierte. La corteza terrestre se enfría más rápidamente, mientras que el agua del mar conserva mejor el calor acumulado a lo largo del día. En las montañas ocurre un proceso parecido. Unas laderas reciben más insolación que otras, en función de su orientación y pendiente. El calentamiento del suelo es desigual, y los desplazamientos del aire tienden a compensar las diferencias de presión. La situación de estabilidad o inestabilidad del aire rige su desplazamiento vertical, que resulta determinante a efectos de la condensación del vapor de agua que contenga. El movimiento vertical del aire es cuantitativamente pequeño: su velocidad no suele pasar de 0.1m/s, aunque en las corrientes ascendentes relacionadas con fuertes tormentas puede alcanzar los 30m/s. La componente horizontal del movimiento del aire (viento) es mucho más acusada. El viento constituye un fenómeno físico complejo, en el que intervienen factores como la viscosidad del aire, su fricción con el terreno y el gradiente horizontal de presiones. Se ve afectado también por un factor llamado "Coriolis" (La fuerza de coriolis es una fuerza ficticia que permite explicar la desviación aparente de la trayectoria de un elemento en movimiento respecto a la superficie terrestre, considerada como fija) que da cuenta de la medida en que la superficie de la tierra gira por debajo de la capa de aire en movimiento. La fuerza de coriolis que actúa perpendicularmente a la dirección del movimiento desviándolo aparentemente hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, es máxima en los polos y va disminuyendo hasta anularse en el Ecuador. Se considera como dirección del viento aquella de la cual proviene, no aquella hacia donde se dirige. La rosa de los vientos expresa la dirección, intensidad y/o frecuencia de los vientos promedio en un lugar determinado. En los observatorios meteorológicos la medida de la intensidad y la dirección del viento se efectúa a una altura de 4.00 a 10.00 m en terreno despejado y para fines sinópticos está constituido por valores registrados en un período de 15 min. Consideraciones del viento en el espacio arquitectónico. Es conveniente considerar que se tendrá que interpretar la información y analizar como este elemento del clima influye en el espacio arquitectónico, siendo estos:

• Los vientos dominantes permitirán al diseñador aprovecharlos para renovar los volúmenes de aire internos necesarios de acuerdo a la actividad que en ellos se desarrollen o drenar con corrientes naturales sus conjuntos urbanos. • Es conveniente considerar los vientos dominantes y ver la influencia de la traza urbana sobre éstos, ya que difícilmente estará un terreno adecuadamente orientado para tener una buena ventilación. • Por otro lado la velocidad del viento es un dato importante para el cálculo de las estructuras ya que el viento aportará una carga adicional que el diseñador deberá de considerar. • Desde el punto de vista ecológico el viento es un factor poco utilizado en nuestro país pero en los lugares donde es muy costoso llevar infraestructuras podría pensarse en las estructuras eólicas para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica.

Radiación La radiación que fluye incesantemente del sol hacia el espacio de la cual la tierra intercepta una fracción minúscula, es el combustible para todos los procesos que se desarrollan en la tierra ya sean en seres vivos inanimados. Esta radiación varía de intensidad para cada punto de la superficie terrestre, según la hora del día y la estación. La radiación que emana del sol y llega al espacio, se distribuye en una amplia serie de longitudes de onda, donde la mayor parte de la energía corresponde a las longitudes de onda entre diezmilésimas de milímetro y una céntima de milímetro. La tierra recibe casi toda la energía del sol en forma de radiación, por eso el sol es la influencia dominante en los climas. La radiación se irradia en longitudes de onda, ese espectro se extiende desde 290 a 2300 nm (nanómetros). De acuerdo con los medios humanos de percepción podemos distinguir:

• Banda Ultravioleta.- 290 a 380 nm. que produce efectos fotoquímicos, blanqueamiento, quemaduras solares, etc. existiendo pocas radiaciones. • Banda Visible.- Alrededor de la mitad de la energía solar se irradia con longitudes de onda comprendida entre 380 nm(violeta) a 700 nm(rojo). • Banda Infrarroja.- La energía se irradia con longitudes de onda por arriba de la banda visible de 700 nm a 2300 nm, que contribuyen a la sensación de calor, a pesar de no percibirse visualmente, el calor radiante con algún efecto fotoquímico.

Unos ocho minutos después de abandonar la superficie del sol, su radiación se traslada a una velocidad de 300,000.00 km /s, alcanza la órbita de la tierra, sin embargo no toda la energía que llega a la superficie de la tierra debido a una serie de complejas interacciones de la atmósfera. La distribución de la energía varía con la altitud debido al efecto filtrante de la atmósfera, parte de las longitudes de onda más corta son absorbidas por la atmósfera y vuelven a ser irradiada a longitudes de onda mucho más larga. El sol con un diámetro de 500,000 km al emanar la radiación y al recibirla la tierra, esta la recibe siendo las radiaciones paralelas entre sí. La intensidad de la radiación que alcanza la superficie de la atmósfera se toma como Constante Solar (1395 w/m2.), pero realmente puede variar ± 2 % debido a las variaciones en la energía de salida del propio sol y varía ± 3.5 % a causa de las alteraciones en la distancia tierra-sol. La tierra se mueve alrededor del Sol en una órbita ligeramente elíptica, se completa una revolución en 365 días 5 horas 48 minutos 46 segundos. Esta órbita resulta de la atracción gravitatoria del sol y de la fuerza centrífuga debido a la inercia y a la cantidad de movimiento de la tierra. En el Afelio la distancia del sol es de 152 000 000 km y en el Perihelio es de 147 000 000 km La tierra gira alrededor de su propio eje haciendo una rotación en 24 hrs el eje de este giro está inclinado con relación al plano de la órbita elíptica un ángulo de 66.5o es decir una inclinación de 23.5o de la normal, la dirección de este eje es constante. La máxima intensidad se recibe en un plano normal a la dirección de la radiación. Si el eje de la tierra fuese perpendicular al eje de la órbita, siempre serían las regiones ecuatoriales normales a la dirección de la radiación solar. Sin embargo, debido a la posición inclinada, el área que recibe la máxima intensidad se desplaza de norte a sur entre el Trópico de Cáncer (Latitud 23.5o N) y el Trópico de Capricornio (Latitud 23.5º S). Esta es la causa principal de los cambios de estación.

Un registrador de luz solar dará la duración de dicha luz que puede expresarse en horas por día, como valor medio mensual. Las cantidades medias diarias de radiación solar de cada mes del año es una indicación razonable de las condiciones climáticas incluyendo las variaciones estacionales, con el auxilio de los diagramas solares con el cual se puede estimar los totales de la radiación diaria. Diagramas Solares La gráfica solar es una herramienta muy útil que permite conocer las características geométricas del soleamiento en cualquier sitio sobre la tierra y en cualquier momento del año. Estas características son básicamente dos:

• Altura Solar (h), ángulo formado por el rayo solar y la proyección de este sobre el plano horizontal del sitio. • Azimut Solar (a), ángulo formado por la proyección del rayo solar en la proyección horizontal del sitio y la intersección de este con el plano meridional o línea Norte - Sur, medida a partir de esta última tanto desde el sur como desde el norte.

Constituyen códigos que nos permiten describir gráficamente, las posiciones y trayectorias aparentes del sol en la bóveda celeste sobre un plano. Consideraciones de la Gráfica solar en el espacio arquitectónico. Es conveniente considerar que se tendrá que interpretar la información y analizar como esta herramienta y influye en el espacio arquitectónico, en base al estudio de la radiación y soleamiento se planteará la optimización y/o el bloqueo de la radiación solar de acuerdo a las temporadas de cada localidad, con el apoyo de elementos constructivos y elementos del paisaje natural (la vegetación).

• Considerar sobre el soleamiento de cómo afecta como un factor determinante de confort interno de los espacios que el diseñador deberá de tomar en cuenta. • El conocer como orientar adecuadamente los espacios siguiendo la trayectoria del sol se podría justificar de una forma más científica el cómo perforar la masa y además cuando se diseñen protecciones solares se justifique su dimensión y orientación.

• Una adecuada interpretación en conjunto de las gráficas solares con la temperatura se podrá determinar la temporada en que permita la penetración o no de los rayos solares a un espacio arquitectónico. • Si no se tiene una protección solar adecuada, la cantidad de calor que penetra en los espacios interiores a través de ellas es muy elevada; por lo mismo las ventanas es el elemento de la edificación que permite el paso de la mayor cantidad de carga térmica.

Cuando el sobrecalentamiento por causa de los rayos solares causa problemas se puede reducir el aporte calorífico de los rayos por medio de:

1. Orientación. 2. Dispositivos de sombra interiores. 3. Dispositivos de sombra exteriores.

Fenómenos Especiales Meteoros especiales, tormentas eléctricas, tolvaneras, granizadas, etc., es importante considerarlos ya que estos nos ayudan a determinar las temporadas de acuerdo a la característica física de cada fenómeno.

Control Ambiental en la Arquitectura con respecto al hombre. La Construcción actúa como un filtro selector; es decir, que permite y matiza el paso del ambiente exterior al interior para lograr un control ambiental que permita al hombre bajo las condiciones necesarias de confort. En este punto de la interacción del filtro la cual se convierte en la envolvente arquitectónica, con su contexto natural y artificial, donde el diseñador deberá de conocer y entender cómo se relaciona el elemento arquitectónico con el clima, la orientación con respecto a la ventilación y soleamiento, la iluminación el ruido, etc. El solo considerar las temperaturas extremas para poder determinar la capacidad del aire acondicionado, el nivel exterior de iluminación para el polarizado de los vidrios, el tamaño de la ventana o ducto de ventilación únicamente para evitar la asfixia son síntoma de la ruptura del hombre con su entorno natural al momento de tomar las decisiones de diseño. Esta situación afortunadamente ha cambiado. Las fuentes aparentes inagotables de energía ya no son tan obvias y en general existe un mayor conocimiento de cómo el hombre interactúa con la naturaleza, aunado a un deseo de recuperar el contacto con su entorno natural.

Características del Entorno Bioclimático Se realizará en conjunto con los elementos climáticos en relación los rangos de confort establecidos, de acuerdo a la latitud, longitud y altitud y tipos de climas, considerándose el déficit o superávit acumulado de grados de temperatura por debajo del nivel de confort para las áreas establecidas de acuerdo a los elementos del clima de la ciudad de San Luis Potosí. Obtención de la Zona de Confort, para la localidad de acuerdo a los datos obtenidos sobre el elemento y determinándose el Bioclima Interior y Bioclima Exterior.

Predicción del Confort Térmico y la Sensación de Confort La predicción se basa en los principios reguladores del cuerpo humano y su respuesta de adaptación al clima, incluyendo la influencia que sobre este fenómeno tienen los elementos tecnológicos como ropa, edificaciones y dispositivos de climatización pasiva, activa o híbrida. Un concepto sugerido por Humpreys y Auliciems, llamado Termopreferendum, que varía de lugar a lugar y de estación a estación en función de la media mensual de la temperatura exterior. Esta neutralidad térmica (Tn), es decir, la media de temperaturas preferidas según una larga muestra de individuos puede expresarse como:

tn = 17.6 + 0.31(To) en ºC en donde: To = Media mensual de temperatura externa.

El Bioclima del Exterior con la carta de Olgyay. La carta bioclimática de Olgyay distingue la influencia de cuatro variables importantes del entorno: temperatura y movimiento del aire, radiación y humedad, indicando también su interacción. En ella también se propone el uso de una escala móvil de temperatura a la izquierda para que la temperatura de neutralidad propuesta por Auliciems en la escala de actividad sedentaria sea ajustada. Para actividades diferentes a la sedentaria se puede hacer un ajuste, siendo estas las cuatro escalas.

A. Trabajo Sedentario ........................................................................... 130 W B. Trabajo ligero (p.e. doméstico, op. de máquinas y herram.) ............ 210 W C. Trabajo medio (p.e. taller mecánico, baile) ...................................... 300 W D. Trabajo pesado (p.e. Natación) ........................................................ 400 W

El trabajo que el diseñador debe de realizar al aplicar esta carta es ubicar sobre ella los datos de humedad relativa y temperatura exterior del sitio a considerar y así percatarse de la situación bioclimática del emplazamiento. El diagnóstico como puede imaginarse se puede hacer por un día, un mes, una estación o ciclo anual, son indicaciones útiles para elaborar nuestro programa de estrategias. El Diagrama de Olgyay tiene la ventaja sobre los otros en su flexibilidad en el uso y su facilidad de modificación, sin embargo, solo contempla tres posibilidades tecnológicas para extender la sensación de confort ante situaciones molestas (ventilación, humidificación y calefacción). Szokolay propone una carta bioclimática, en donde los limites superior e inferior del confort son indicados en la línea de 50% de humedad relativa a 5ºC de ancho (la versión de Arens es de solo 3.5ºC de ancho, y la original de Olgyay era de 6.5ºC). En esta también se propone el uso de una escala móvil de temperatura a la izquierda, para que la temperatura de neutralidad (calculada para la localidad con la expresión de Auliciems) en la escala de actividad sedentaria. Para actividades diferentes a la sedentaria, se puede hacer un ajuste: para cada 100W de incremento en la producción de calor metabólico, se reduce en 2.5ºC (con un máximo de 7.5ºC de ajuste). Un ajuste adicional podría hacerse por vestimenta, para cada cambio de una unidad de arropamiento (clo) un cambio de 0.6ºC en la dirección opuesta. Sin embargo este ajuste sería usado solo en el caso de personas que lleven vestimentas anormales, pues la temperatura de neutralidad es válida no para un nivel específico de arropamiento, sino para personas bien aclimatadas en trabajo sedentario, usando el tipo normal de ropa. En el siguiente gráfico se presenta la Carta Bioclimática de Olgyay adaptada para las condiciones climáticas de San Luis Potosí, en donde se determina las condiciones al amanecer y las condiciones después de medio día de cada mes.

El Bioclima del Interior con el diagrama de Givoni. Este es una herramienta tan útil como la anterior, que se utiliza igual colocando sobre ella los datos de temperatura y humedad relativa pero con importantes diferencias, esta se ubica en una carta psicrométrica esto es que muestra los datos de temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo y por lo tanto relaciona las temperaturas del ambiente con la presión de vapor de agua contenida en la atmósfera. En vez de manejar tres posibilidades tecnológicas, como Olgyay, determina la posibilidad de incrementar la zona de confort mediante:

1. Calefacción lograda por medios convencionales. 2. Calefacción lograda por medios solares pasivos. 3. Deshumidificación a través de medios híbridos o convencionales. 4. Ventilación provocada por medios naturales o electromecánicos. 5. Inercia térmica aportada por las masas de la edificación. 6. Enfriamiento evaporativo por medio de fuentes o vegetales. 7. Enfriamiento nocturno y/o construcción subterránea, tanto por la inercia de la construcción enterrada como por la re-irradiación infrarroja nocturna. 8. Humidificación provocada por medios naturales o electromecánicos. 9. Aire acondicionado solar o convencional.

La influencia de cada uno de estos dispositivos determina un polígono en torno a la zona de confort. En el caso de que alguna situación climática se localice dentro de alguno de ellos, la carta nos indica que estrategia podemos emprender para lograr el bienestar térmico en nuestro edificio. Givoni propuso posteriormente un método similar partiendo de la utilización de una carta psicrométrica (es la representación gráfica de la relación entre las propiedades del aire como son: temperatura de bulbo húmedo, temperatura de rocío, temperatura de bulbo seco, humedad relativa y humedad específica; cuando se conocen dos de estas propiedades, las demás se encuentran con facilidad), como base para la representación del confort y del efecto de algunas estrategias de control ambiental como la masa térmica de la edificación, el viento, el enfriamiento evaporativo, el calor radiante, la humidificación, etc., que permiten, el restablecimiento de las condiciones de bienestar térmico en el interior de la edificación en cuestión. El edificio es un intermediario entre las condiciones exteriores e interiores; estas últimas son resultado de la respuesta del edificio ante determinado clima exterior. El principio de la carta bioclimática para edificios consiste en dar para un edificio determinado, las condiciones exteriores en las cuales la respuesta de la envoltura y la estructura llevará a unos ambientes interiores comprendidos dentro de la zona de confort, conocidas determinadas El diagrama psicrométrico de Givoni es una herramienta tan útil como la carta bioclimática que con el auxilio de datos de temperatura y humedad, colocados sobre la carta psicrométrica nos auxilia y nos muestra los datos de temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo y por lo tanto relaciona las del ambiente con la presión de vapor de agua contenida en la atmósfera. Su rasgo más característico es que las líneas de igual humedad relativa son curvas exponenciales, en función precisamente de las dos variables antes mencionadas. El Edificio es un intermediario entre las condiciones exteriores e interiores; estas últimas son resultado de las respuestas del edificio ante determinado clima exterior. El principio de la carta bioclimática para edificios consiste en dar, para un edificio determinado, las condiciones exteriores en las cuales la respuesta de la envoltura y la estructura llevarán a unos ambientes interiores comprendidos dentro de la zona de confort previamente definida. Además de la zona de confort se muestran en la carta bioclimática para edificios:

Zonas de restablecimiento del confort mediante el control de las temperaturas interiores por la masa térmica de la edificación, que usan las paredes como moderadores o reguladores de la temperatura, lo cual puede ser logrado con o sin ventilación nocturna.

Zonas de altas humedades donde es necesario el enfriamiento. En estos lugares se puede lograr el confort mediante una apropiada ventilación. Es importante notar que hay una superposición de las zonas donde se pueda aplicar ya sea ventilación o retardo térmico, siendo mejor la aplicación del segundo efecto en climas cálidos secos, donde las temperaturas nocturnas son bastantes más bajas que las diurnas.

Zonas donde hay altas temperaturas y bajas humedades, donde se pueden lograr condiciones de confort, mediante el uso de enfriamiento evaporativo o humidificación. Más allá de esos límites se hace necesario el uso de enfriamiento mecánico.

Zonas de bajas temperaturas, donde puede lograrse un calentamiento " pasivo " para el restablecimiento del confort necesario.

La influencia de cada uno de estos dispositivos determina un polígono en torno a la zona de confort. En el caso de que alguna situación climática se localice dentro de alguno de ellos, la carta nos indica que estrategia podemos emprender para lograr el bienestar térmico en nuestra edificación. El uso de la carta psicrométrica permite obtener valores cuantitativos de las cantidades de calor o de agua que hay que suministrar al aire o eliminar de él. Podemos resumir que en la carta bioclimática para edificaciones se observan ocho procesos básicos de acondicionamiento climático que pueden resumirse en calentamiento o enfriamiento, con aumento o disminución de la humedad y la humidificación o deshumidificación del aire. En sus últimas investigaciones B. Givoni presento la ponencia " Confort Diagrams and Design Guildelines for Hot Climates"la cual se presento en " I Encuentro Nacional de Diseño y Medio Ambiente" organizado por la Universidad de Colima en 1990. En la cual presenta la ampliación de la zona de confort, al indicar diferencias en el establecimiento de las zonas de confort, estableciendo una zona de confort más amplia en los Países en vías de desarrollo en comparación con los Países desarrollados. En el siguiente gráfico se presenta el Diagrama de Control Bioclimático en Edificaciones (Givoni) adaptada para las condiciones climáticas de San Luis Potosí, en donde se determina las condiciones al amanecer y las condiciones después de medio día de cada mes.

El diagnóstico, como puede imaginarse se puede hacer por un día, un mes, una estación o un ciclo anual, con indicaciones útiles para elaborar nuestro programa de estrategias. En el anexo A se presenta la Carta Bioclimática de Olgyay (1967) Arens (1980) Szokolay (1984) adaptada para las

condiciones climáticas de San Luis Potosí, en donde se localizan cada hora del día y durante todo el año en un día en específico de cada mes.

Ante lo anterior y con el apoyo de este diagrama se puede determinar los Objetivos Primordiales de Climatización

Clima Estacional de la Ciudad de San Luis Potosí. - Semiseca Fría. Mes: Enero, Febrero y Diciembre.

Temperatura: Máxima: 22.3 °C Mínima:6.7 °C Promedio:14.5 °C. Humedad Relativa: Máxima: 98 % Mínima:11 % Promedio:50 %. Temperatura de Confort: Tn = 22.12 °C. Viento: Dirección SW Velocidad 4.6 m / s. Soleamiento: 9 Horas / Día. Altura Máxima del Sol: 47 °. Radiación Solar: 7248.86 w / m2 día. Precipitación: Total:5 mm. Máxima:48 mm. Máxima en 24 Hrs.: 17 mm.

- Seca Cálida. Mes: Marzo y Abril.

Temperatura: Máxima: 28.7 °C Mínima: 10.9 °C Promedio: 19.8 °C. Humedad Relativa: Máxima: 97 % Mínima: 6 % Promedio: 38 %. Temperatura de Confort: Tn = 23.73 °C. Viento: Dirección E Velocidad 4.3 m / s. Soleamiento: 10 Horas / Día. Altura Máxima del Sol: 78°. Radiación Solar: 10160.97 w / m2 día. Precipitación: Total: 8 mm. Máxima: 32 mm. Máxima en 24 Hrs.: 13 mm.

- Semiseca Templada. Mes: Mayo, Junio, Julio, Agosto y Septiembre.

Temperatura: Máxima: 27.4 °C Mínima: 10.9 °C Promedio: 20.4 °C. Humedad Relativa: Máxima: 97 % Mínima : 19 % Promedio : 57 %. Temperatura de Confort: Tn = 23.9 °C. Viento: Dirección NEE Velocidad 4.1 m / s. Soleamiento: 11 Horas / Día. Altura Máxima del Sol : 98°. Radiación Solar: 10851.60 w / m2 día. Precipitación: Total: 49 mm. Máxima: 128 mm. Máximaen24Hrs.:51mm.

- Seca Templada. Mes: Octubre y Noviembre.

Temperatura: Máxima: 23.5 °C Mínima: 9.4 °C Promedio: 16.5 °C. Humedad Relativa: Máxima: 98 % Mínima : 16 % Promedio : 60 %. Temperatura de Confort: Tn = 22.71 °C. Viento: Dirección E Velocidad 3.0 m / s. Soleamiento: 10 Horas / Día. Altura Máxima del Sol : 43°. Radiación Solar: 7624.96 w / m2 día. Precipitación: Total: 18 mm. Máxima: 55 mm. Máx. en 24 Hrs.: 34 mm.

Objetivos primordiales de climatización para San Luis Potosí ♦ Controlar y Optimizar la Ventilación Exterior. ♦ Control y Optimización de los aportes caloríficos del exterior. ♦ Propiciar la Humidificación. ♦ Evitar la disipación nocturna del calor estructural de la edificación. Requerimientos de Climatización por Temporadas para la Ciudad de San Luis Potosí. - Semiseca Fría. Mes: Enero, Febrero y Diciembre.

Aprovechar la producción interna de Calor.

Aprovechamiento de la Ganancia Térmica, optimizando la radiación, prácticamente todo el día.

Bloqueo de la Ventilación exterior.

Control de la Humidificación prácticamente durante las 11:00 Hrs. a las 17:00 Hrs.

Propiciar el uso de materiales con retraso térmico. - Seca Cálida. Mes: Marzo y Abril.

Control de la producción interna del calor.

Provocar la humidificación en el interior de los espacios alrededor del medio día y acentuándolo por las tardes, entre las 11:00 Hrs. y las 16:00 Hrs.

Bloqueo de la radiación para evitar la ganancia térmica principalmente en las horas posteriores del medio día, de las 11:00 Hrs a las 18:00 Hrs.

Control de la ventilación del exterior, teniendo principal cuidado de las ráfagas.

Materiales de alta resistencia térmica. - Semiseca Templada. Mes: Mayo, Junio, Julio, Agosto y Septiembre.

Control de la producción interna del calor.

Bloqueo de la radiación para evitar la ganancia térmica, prácticamente después de las 9:00 Hrs.

Optimización de la humidificación.

Control de la Ventilación.

Control para evitar infiltraciones por la lluvia.

Materiales de alta resistencia térmica. - Seca Templada. Mes: Octubre y Noviembre.

Control y Optimización de la Producción interna de calor.

Provocar la humidificación interna, principalmente de las 11:00 Hrs a las 16:00 Hrs.

Bloqueo y Optimización de la radiación solar para una adecuada ganancia térmica, el bloqueo en especial entre las 11:00 Hrs. y las 16:00 Hrs.

Fomentar y Controlar la ventilación en el interior.

Materiales de alta resistencia térmica. La Construcción actúa como un filtro selector; es decir, que permite y matiza el paso del ambiente exterior al interior para lograr un control ambiental que permita al hombre bajo las condiciones necesarias de confort. En este punto de la interacción del filtro la cual se convierte en la envolvente arquitectónica, con su contexto natural y artificial, donde el diseñador deberá de conocer y entender cómo se relaciona el elemento arquitectónico con el clima, la orientación con respecto a la ventilación y soleamiento, la iluminación el ruido, etc. El solo considerar las temperaturas extremas para poder determinar la capacidad del aire acondicionado, el nivel exterior de iluminación para el polarizado de los vidrios, el tamaño de la ventana o ducto de ventilación únicamente para evitar la asfixia son síntoma de la ruptura del hombre con su entorno natural al momento de tomar las decisiones de diseño. Esta situación afortunadamente ha cambiado. Las fuentes aparentes inagotables de energía ya no son tan obvias y en general existe un mayor conocimiento de cómo el hombre interactúa con la naturaleza, aunado a un deseo de recuperar el contacto con su entorno natural. El trabajo que el diseñador debe de realizar al utilizar esta carta es ubicar sobre ella los datos de humedad relativa y temperatura exterior del sitio a considerar y así percatarse de la situación bioclimática del emplazamiento. El diagnóstico, como puede imaginarse se puede hacer por un día, un mes, una estación o un ciclo anual, con indicaciones útiles para elaborar nuestro programa de estrategias. En la siguiente gráfica se presenta el Diagrama de Control Bioclimático en Edificaciones (Givoni) adaptada para las condiciones climáticas de San Luis Potosí, en donde se localizan cada hora del día y durante todo el año en un día en específico de cada mes.

Análisis Bioclimático del Edificio de Investigación y Posgrado El edificio es un intermediario entre las condiciones exteriores e interiores; estas últimas son resultado de la respuesta del edificio ante determinado clima exterior. Ante este planteamiento se propone plantear a través del índice de Confort y se planteará en función de la base a la energía teórica necesaria para alcanzar el confort al interior de los espacios en los diferentes tipos de cubiertas en estudio. Basándonos en los conceptos de Confort y Conservación de Energía.

Para la determinación de la zona de confort nos apoyaremos en el modelo adaptativo planteado González Licón (2006) en donde establece la corrección de la temperatura media de confort determinado por el modelo de Humphreys, sufre una oscilación, sincronizada con lo que ocurre con la temperatura externa, en la cual se plantea que la oscilación de la temperatura interior queda comprendida en un rango del 40% de la amplitud de la temperatura exterior, con un rango de aceptación de ± 2.0ºC. El diagnóstico, se puede hacer por un día, un mes, una estación o un ciclo anual, con indicaciones útiles para elaborar un programa de estrategias. Ante la propuesta de definición del concepto de conservación de energía en el diseño de Steve V. Szokolay en donde determina si el individuo requiere para su óptimo desempeño una temperatura ambiente de 24ºC, y las condiciones del entorno proporcionan una temperatura de 30ºC, entonces queda una condición residual de 6ºC, es decir una tarea de control que precisa de la intervención tecnológica. Es decir que transformamos nuestro medio para hacerlo confortable mediante controles que nosotros mismos diseñamos y construimos, como cubiertas, muros, ventanas, ropa, calefactores, ventiladores, aire acondicionado, etc.

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Temperatura Neutral Ajustada (Roriz) Anual

Temp. Exterior

TC Eq. Nicol y Humpreys

Temperatura Neutral Ajustada (Roriz)

Límite ZC Ajustada Máxima

Límite ZC Ajustada Mínima

Hora

Temp. Exterior

TC Eq. Nicol

y Humpreys

Temp. Neutral

Ajustada (Roriz)

Límite ZC

Ajustada Máxima

Límite ZC

Ajustada Mínima

Temp. Cubículo

7 IIP

Temp. Pasillo P3 IIP

Temp. Pasillo P4 IIP

Temp. Cubo de Escalera

0:00 HRS. 17.2 25.2 22.0 24.0 20.0 27.81 26.78 27.4 24.6 1:00 HRS. 16.4 25.2 21.7 23.7 19.7 27.96 26.79 27.2 24.9 2:00 HRS. 15.9 25.2 21.5 23.5 19.5 28.01 26.91 27.3 25.5 3:00 HRS. 15.4 25.2 21.3 23.3 19.3 28.02 27.02 27.6 26.6 4:00 HRS. 14.8 25.2 21.1 23.1 19.1 28.05 27.21 27.8 28.2 5:00 HRS. 14.7 25.2 21.0 23.0 19.0 28.10 27.40 28.0 29.4 6:00 HRS. 13.4 25.2 20.5 22.5 18.5 28.24 27.59 28.3 30.4 7:00 HRS. 14.5 25.2 20.9 22.9 18.9 28.40 27.82 28.5 31.3 8:00 HRS. 17.7 25.2 22.2 24.2 20.2 28.54 27.92 28.5 31.7 9:00 HRS. 21.6 25.2 23.8 25.8 21.8 28.65 28.03 28.3 31.9

10:00 HRS. 25.2 25.2 25.2 27.2 23.2 28.65 27.99 28.1 31.4 11:00 HRS. 27.8 25.2 26.3 28.3 24.3 28.65 27.96 28.1 29.8 12:00 HRS. 29.4 25.2 26.9 28.9 24.9 28.61 27.91 28.0 28.6 13:00 HRS. 29.9 25.2 27.1 29.1 25.1 28.57 27.87 27.9 27.6 14:00 HRS. 30.0 25.2 27.1 29.1 25.1 28.53 27.75 27.9 27.0 15:00 HRS. 28.8 25.2 26.7 28.7 24.7 28.49 27.68 27.9 26.5 16:00 HRS. 27.6 25.2 26.2 28.2 24.2 28.43 27.59 27.8 26.1 17:00 HRS. 26.1 25.2 25.6 27.6 23.6 28.34 27.54 27.9 25.8 18:00 HRS. 24.6 25.2 25.0 27.0 23.0 28.25 27.45 27.8 25.6 19:00 HRS. 23.1 25.2 24.4 26.4 22.4 28.14 27.33 27.8 25.3 20:00 HRS. 21.6 25.2 23.8 25.8 21.8 28.02 27.23 27.8 25.2 21:00 HRS. 20.3 25.2 23.2 25.2 21.2 27.85 27.18 27.7 25.0 22:00 HRS. 19.2 25.2 22.8 24.8 20.8 27.69 26.97 27.7 24.9

Para la elaboración del rango de confort se tomaron los datos históricos promedio de las temperaturas de la ciudad de San Luis Potosí, datos históricos del Observatorio Meteorológico de San Luis Potosí de la Comisión Nacional del Agua, se obtuvieron los registros necesarios con este fin y manejados por Aguillón (2005) en el planteamiento de datos a nivel municipal. Se presenta la gráfica con la temperatura neutral ajustada con los datos promedios con los datos históricos.

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Temperatura Neutral Ajustada (Roriz) Mayo

TC Eq. Nicol y Humpreys

Temperatura Neutral Ajustada (Roriz)

Límite ZC Ajustada Máxima

Límite ZC Ajustada Mínima

-

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20.0

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Mayo

Temperatura Exterior

TC Eq. Nicol y Humpreys

Temperatura Neutral Ajustada (Roriz) Límite ZC Ajustada Máxima

Límite ZC Ajustada Mínima

Temperatura Cubículo 7 IIP

Temperatura Pasillo P3 IIP

Temperatura Pasillo P4 IIP

Hora Temp.

Exterior

TC Eq. Nicol

y Humpreys

Temp. Neutral

Ajustada (Roriz)

Límite ZC

Ajustada Máxima

Límite ZC

Ajustada Mínima

Temp. Cubículo

7 IIP

Temp. Pasillo P3 IIP

Temp. Pasillo P4 IIP

Temp. Cubo de Escalera

0:00 HRS. 16.9 24.8 21.7 23.7 19.7 27.33 26.29 26.6 24.0 1:00 HRS. 16.1 24.8 21.4 23.4 19.4 27.45 26.27 26.5 24.3 2:00 HRS. 15.7 24.8 21.2 23.2 19.2 27.56 26.39 26.7 24.8 3:00 HRS. 15.3 24.8 21.0 23.0 19.0 27.60 26.53 27.0 25.9 4:00 HRS. 14.7 24.8 20.8 22.8 18.8 27.60 26.69 27.1 29.2 5:00 HRS. 14.6 24.8 20.7 22.7 18.7 27.64 26.75 27.3 29.9 6:00 HRS. 13.4 24.8 20.3 22.3 18.3 27.71 26.95 27.5 31.1 7:00 HRS. 14.4 24.8 20.7 22.7 18.7 27.88 27.07 27.6 31.0 8:00 HRS. 17.4 24.8 21.9 23.9 19.9 28.09 27.25 27.7 31.5 9:00 HRS. 20.9 24.8 23.3 25.3 21.3 28.12 27.33 27.5 31.9

10:00 HRS. 24.2 24.8 24.6 26.6 22.6 28.14 27.30 27.4 31.0 11:00 HRS. 26.6 24.8 25.5 27.5 23.5 28.04 27.25 27.3 29.2 12:00 HRS. 28.0 24.8 26.1 28.1 24.1 28.02 27.15 27.1 27.8 13:00 HRS. 28.5 24.8 26.3 28.3 24.3 27.97 26.99 27.1 26.8 14:00 HRS. 28.6 24.8 26.3 28.3 24.3 27.96 26.93 27.0 26.1 15:00 HRS. 27.5 24.8 25.9 27.9 23.9 27.92 26.92 27.0 25.7 16:00 HRS. 26.4 24.8 25.5 27.5 23.5 27.77 26.84 27.0 25.3 17:00 HRS. 25.1 24.8 24.9 26.9 22.9 27.72 26.74 27.0 25.1 18:00 HRS. 23.7 24.8 24.4 26.4 22.4 27.62 26.62 27.0 24.7 19:00 HRS. 22.3 24.8 23.8 25.8 21.8 27.47 26.58 26.9 24.5 20:00 HRS. 20.9 24.8 23.3 25.3 21.3 27.33 26.49 26.9 24.3 21:00 HRS. 19.7 24.8 22.8 24.8 20.8 27.23 26.38 26.9 24.3 22:00 HRS. 18.7 24.8 22.4 24.4 20.4 27.06 26.19 26.8 24.1

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TC Eq. Nicol y Humpreys

Temperatura Neutral Ajustada (Roriz)

Límite ZC Ajustada Máxima

Límite ZC Ajustada Mínima

Temp. Exterior

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Junio

Temperatura Exterior

TC Eq. Nicol y Humpreys

Temperatura Neutral Ajustada (Roriz) Límite ZC Ajustada Máxima

Límite ZC Ajustada Mínima

Temperatura Cubículo 7 IIP

Temperatura Pasillo P3 IIP

Temperatura Pasillo P4 IIP

Planteamiento de Estrategias de Climatización La Envolvente Arquitectónica (La Tercera Piel). Este avance "tecnológico" de la envolvente ha llegado actualmente a desarrollar elementos artificiales o con elementos básicos naturales con el mismo fin. En el desarrollo de estos materiales (la envolvente) ha contribuido el medio ambiente, las costumbres, las tradiciones, la economía y la tecnología los cuales en la actualidad deterioran al medio ambiente por su uso excesivo e inadecuado en algunas ocasiones. Este problema a lo cual ha contribuido el elevado crecimiento demográfico y difusión de la tecnología industrial se ha dado cada vez más latente, por lo que se deberán de plantear elementos que ayuden a evitar degradación del medio ambiente sin olvidar la premisa del hombre desde que hizo su aparición en la tierra. Siendo la piel un tejido natural que la naturaleza dotó a los animales y al hombre para equilibrarlo y regularlo con el medio ambiente, el hombre en desarrollo de su cultura ha tomado la vestimenta como otra piel la cual se adecua de acuerdo al medio, por lo mismo a la envolvente arquitectónica se le podríamos llamar la "Tercera Piel" la cual ha por adecuación al medio desde el punto de vista climatice. El bienestar en el interior de las edificaciones, puede depender de acuerdo al clima, como el movimiento del aire logra atravesar el edificio y este en contacto con sus ocupantes, y del control del calor. La Envolvente Arquitectónica se ve afectada por los elementos del clima de diferentes formas, ya que ésta ha sido pensada para la protección del hombre del medio, pero en esta protección de algunos elementos climáticos, no es posible aislarnos de todos estos elementos del clima, ya que como una adecuación del medio el hombre ha tenido que considerar las características climáticas y ha aprovechado para obtener el confort, pero en la selección de los materiales para la envolvente arquitectónica, la influencia de los elementos climáticos es importante, tanto para lo arquitectónico como para lo urbano. La envolvente arquitectónica está expuesta a la acción de los rayos del sol durante todas las horas del día, independientemente de la orientación que tenga la edificación. Esto la convierte en uno de los elementos más críticos de la edificación. El elemento de la edificación que está más expuesto al sol, durante todo el año y la mayor parte del día es el que está en posición horizontal (la cubierta), pero además de la cantidad de horas del día en que recibe el sol, la intensidad de radiación es mayor, ya que los rayos inciden casi perpendicularmente dependiendo de la latitud del sitio. Durante el recorrido diario del sol, al medio día los ángulos de altitud solar son mayores y la intensidad de radiación también. Sin embargo, aunque es el elemento de la edificación que mayor cantidad de calor recibe, es a su vez el que más irradia al espacio durante la noche y ésta característica que le brinda su posición, puede ser aprovechada para perder el calor acumulado durante el día, en las horas más frescas de la noche. Los elementos verticales (muros) son los cerramientos fijos de la edificación que tiene una incidencia menor que los horizontales en las condiciones de bienestar térmico del espacio interno, en relación con la ganancia de calor es inferior en comparación con los horizontales; sin embargo, toda reducción de calor que pasa hacia el interior de una edificación redunda en beneficio del bienestar térmico de sus ocupantes. La selección de los materiales adecuados para la edificación es muy importante principalmente en los de la posición horizontal (la cubierta) que los de posición vertical (muros) ya que la anterior tiene una incidencia mayor en la ganancia del calor hacia el interior del edificio. También es importante considerar los acabados de estos elementos que deberán de tener las mismas características. Control Solar A través de ventanas orientadas o aberturas transparentes mayores que lo que sería necesario para la iluminación natural, la radiación solar penetra en la habitación e incide sobre muros y/o suelo, que consta con materiales con capacidad acumuladora, la superficie de las paredes y los suelos, capaz de absorber la radiación solar, que posteriormente es almacenada en el muro, durante la noche el calor acumulado se reirradia al ambiente. En algunas épocas hay que asegurarse de que la radiación directa del sol no pueda penetrar en el interior de la habitación para evitar el sobrecalentamiento. El Control Solar lo podremos definir como bloquear, optimizar, controlar el acceso de la radiación solar a través de aberturas.

Para cualquier tipo de clima, no se puede concebir una abertura sin pensar en la protección solar que requiere. Toda abertura o ventana debe tener su protección solar en una u otra forma (ambas deben de pensarse simultáneamente), la protección de las ventanas es muy importante por que ésta son los elementos de la edificación que permiten la entrada de la radiación solar directa y difusa. Si no se tiene una protección adecuada, la cantidad de calor que penetra en los espacios interiores a través de ellas es muy elevada; por lo mismo la ventana es el elemento de la edificación que permite el paso de la mayor cantidad de carga térmica. La cantidad de calor que entra por la ventana es tantas veces mayor a la que penetra por las paredes. El efecto de la radiación sobre las superficies se puede combinar con el efecto del aire caliente. La magnitud de la temperatura está influenciada por factores al alcance del diseñador. Sin embargo, es totalmente evidente que, con mucho la mayor parte del aporte calorífico es la radiación solar que entra a través de una ventana, esto podría en efecto aumentar la temperatura interior muy por encima de la temperatura exterior del aire. Los cristales de las ventanas son prácticamente transparentes para la radiación infrarroja de onda corta emitida por el sol, pero casi resultan opacos para la radiación de onda larga emitida por los objetos de la habitación. La consecuencia de esto es que el calor radiante, una vez que ha entrado a través de una ventana, quede retenido dentro del edificio. Protección Solar. Un factor importante que hay que tomar en cuenta, cuando se seleccionan dispositivos pasivos para un edificio en un clima cálido, es que la radiación solar es abundante, y generalmente aparecerá todos los días. Para evitar calentamiento cuando no se desea, existen sistemas que escudan a la edificación de la radiación solar. A la radiación solar directa la escudan los dispositivos sombreadores, aleros y parasoles. La radiación reflejada y emitida por superficies vecinas se puede escudar cuidando que las ventanas para iluminación natural y las áreas de circulación externas al edificio se alojen en un patio interior, o con el auxilio de la jardinería en el exterior del edificio, cuando el recurso del agua lo pueda hacer posible. Por otra parte los techos que son las superficies que más soleamiento recibe, sobre todo para localidades dentro de los trópicos, debe cuidarse que el calor captado por estos no sobrecaliente el interior de los espacios. Una manera de lograrlo con sistemas pasivos consiste en presentar una gran masa de material en la techumbre, capaz de almacenar el calor captado, y que retarde la transmisión de calor al interior, de tal manera que la mayor parte se transmita al medio ambiente. La solución de la arquitectura tradicional consistió en techos de terrado, actualmente donde se emplean grandes losas de concreto; el problema está resuelto. Otra manera de escudar el techo consiste en presentar dos placas que formen el techo, la placa superior será la que reciba el calentamiento por efecto de la radiación solar, entre ambas placas se permitirá que el espacio se ventile, de esta manera el calor captado se evacuará con este flujo de aire del medio ambiente, y la placa inferior, cuyo sobrecalentamiento es el que puede presentar problemas de incomodidad tendrá una temperatura que oscilará alrededor de la del medio ambiente. Otra superficie de la envolvente sensible al aislamiento es la pared poniente. La radiación incide sobre la superficie durante la tarde, cuando también se presenta la máxima temperatura del día. Para no recibir este calentamiento no deseado, se pueden emplear ideas similares a las de la techumbre, almacenamiento térmico que retarde la transmisión de calor, o muros dobles ventilados, o bien si se requiere aprovechar esta situación térmica aprovecharlo al máximo, podría pensarse que se puede prohibir que en climas cálidos se abra ventanas con ventanas con vidrio en fachadas poniente, al menos que cuenten con protecciones solares. Cuando el sobrecalentamiento solar causa problemas se puede reducir el aporte calorífico solar por medio de:

Orientación.

Dispositivos de Sombra Interiores.

Dispositivos de Sombra Exteriores. Orientación. Resulta útil comparar las variaciones de la radiación solar sobre una superficie horizontal y sobre paredes verticales con diferentes orientaciones en forma gráfica. Para una orientación adecuada debe de estudiarse el fin para el cual esté destinado cada espacio según:

Actividad.

Función.

Periodo de ocupación.

Podremos apoyarnos con el Eje Térmico para poder definir una orientación apropiada en término la temperatura existente en una localidad. El Eje Térmico se refiere a un eje imaginario que divide por mitad las líneas de igual temperatura (isotermas) en un lugar determinado. Dispositivos de Sombra Interiores. Son elementos como las persianas y cortinas que no son un sistema muy eficaz de control solar. Es cierto que detienen el paso de la radiación, pero ellas mismas absorben el calor solar y pueden alcanzar una temperatura muy alta, el calor absorbido calentará el aire interior en parte por convección y en parte por reirradiación, la mitad de ésta v hacia el exterior, pero como su longitud de onda es larga, la detiene el cristal de la ventana, así se sobrecalienta sustancialmente el estrecho espacio que usualmente hay entre la ventana y la persiana. Dispositivos de Sombra Exteriores. Estos dispositivos son elementos arquitectónicos que auxilian al control solar en exteriores los cuales pueden ser diseñados y dimensionados con el auxilio de diagramas solares. Estos dispositivos se localizan en el exterior de los espacios y pueden ser básicamente de tres tipos de acuerdo a su posición y composición:

Dispositivos Verticales.

Dispositivos Horizontales.

Dispositivos Mixtos. Dispositivos Verticales Elementos arquitectónicos que constan de hojas en posición vertical que son necesarios solo en algunas orientaciones y son con el fin de evitar la penetración solar en horas en que los dispositivos horizontales ya no protege, hojas estrechas poco separadas pueden ser tan eficientes, que hojas más anchas y más separadas. Se verán que éste dispositivo es más eficaz cuando el sol está a un lado de la fachada, tal como ocurre en las fachadas este y oeste.

Para que fuese eficaz un dispositivo vertical cuando el sol está opuesto a la pared considerada, tendría que cubrir casi por completo todo el vano de una ventana. A estos dispositivos también se les llama quiebrasol y el elemento constructivo en el que nos podemos apoyar es las losas.

Dispositivo Horizontal Elementos arquitectónicos que constan de hojas horizontales necesarias en cualquier orientación, pueden ser toldos o persianas venecianas por el exterior. Serán más eficaces cuando el sol esté opuesto a la fachada considerada y a un ángulo elevado, tal como las paredes norte y sur, para cubrir un sol bajo, este tipo de dispositivos tendría que tapar la ventana casi por completo, permitiendo solo la visión hacia abajo. A estos dispositivos también se les llama alero y el elemento constructivo que nos podemos apoyar son los muros.

Dispositivos Mixtos. Son la combinación de elementos horizontales y verticales, cuando de acuerdo a la orientación de los muros algunos ángulos provocarían quiebrasoles muy grandes por lo que se recomiendan dispositivos mixtos para bloquear los rayos solares, los enrejados, las celosías y las pantallas decorativas caen dentro de ésta categoría. Pueden ser eficaces en cualquier orientación, dependiendo solo de las dimensiones de los elementos.

Sobre la base del estudio bioclimático de la radiación y soleamiento se plantea la optimización y el bloqueo de la radiación solar de acuerdo a las temporadas establecidas para cada localidad, con el apoyo de elementos constructivos y elementos del paisaje natural (la vegetación). Los elementos de control solar interno, los dispositivos mixtos (en concepto, mas no en diseño, por lo que se establece basándose en la generalidad del elemento) podrán ser comunes para todas las localidades del Estado, es importante señalar que los dispositivos de control solar verticales y horizontales se complementan entre sí para un mejor funcionamiento de acuerdo a su diseño y orientación.

Diseño de Dispositivos. Como primera medida habrá que decidir cuando es necesario el diseño de estos dispositivos, en que parte del año y a qué horas del día. La mejor guía consiste en la definición del período de calor excesivo. Esto será fácil si se han recopilado datos climáticos.

Diseño, Evaluación y Propuesta de Estrategia de Climatización del Instituto de Investigación y Posgrado de la Facultad del Hábitat. Los sistemas pasivos de climatización son sistemas que interaccionan con el medio ambiente a través de sus componentes, lo cual no sucede con los sistemas convencionales de climatización artificial caracterizados por operar en un espacio aislado de su entorno. Debido a que los componentes de los sistemas pasivos de climatización están incorporados estructuralmente a la construcción, éstos pasan muchas veces inadvertidas, de tal forma que, el elemento arquitectónico tiene un aspecto convencional. Por este motivo, podría decirse que un sistema pasivo de climatización es solamente producto de un diseño arquitectónico adecuado al clima, sin embargo, éstos pueden no solamente constar del aspecto puro de diseño, sino incluir también dispositivos especiales para la captación, distribución, almacenamiento y/o descarga de energía solar, ampliándose de esta manera un nuevo concepto de diseño arquitectónico. Ganancia Directa. A través de ventanas orientadas o aberturas transparentes mayores que lo que sería necesario para la iluminación natural, la radiación solar penetra en la habitación e incide sobre muros y/o suelo, que consta con materiales con capacidad acumuladora, la superficie de las paredes y los suelos son de color obscuro, capaz de absorber la radiación solar, que posteriormente es almacenada en el muro, durante la noche el calor acumulado sé reirradia al ambiente. En verano hay que asegurarse de que la radiación directa del sol no pueda penetrar en el interior de la habitación para evitar el sobrecalentamiento, también con protecciones solares exteriores pueden protegerse las ventanas. Otra forma de protección solar en verano se logra también con vegetación frondosa. Control Solar. Para el tipo de clima, no se puede concebir una abertura sin pensar en la protección solar que requiere. Toda abertura o ventana debe tener su protección solar en una u otra forma (ambas deben de pensarse simultáneamente), la protección de las ventanas es muy importante por que ésta son los elementos de la edificación que permiten la entrada de la radiación solar directa y difusa. Si no se tiene una protección adecuada, la cantidad de calor que penetra en los espacios interiores a través de ellas es muy elevada; por lo mismo la ventana es el elemento de la edificación que permite el paso de la mayor cantidad de carga térmica. La cantidad de calor que entra por la ventana es tantas veces mayor a la que penetra por las paredes. El efecto de la radiación sobre las superficies se puede combinar con el efecto del aire caliente. La magnitud de la temperatura está influenciada por factores al alcance del diseñador. Sin embargo, es totalmente evidente que, con mucho la mayor parte del aporte calorífico es la radiación solar que entra a través de una ventana, esto podría en efecto aumentar la temperatura interior muy por encima de la temperatura exterior del aire. Los cristales de las ventanas son prácticamente transparentes para la radiación infrarroja de onda corta emitida por el sol, pero casi resultan opacos para la radiación de onda larga emitida por los objetos de la habitación. La consecuencia de esto es que el calor radiante, una vez que ha entrado a través de una ventana, quede retenido dentro del edificio. Condiciones Microclimáticas. El control de las condiciones microclimáticas exteriores de la edificación se logra con la implantación estratégica árboles, arbustos y vegetación en general, en Verano suministra sombra a la construcción y al suelo alrededor de ésta, evitando el incremento de calor por la radiación solar, en invierno provocando el incremento de calor en la edificación, considerándose de acuerdo a su ubicación vegetación caducifolia o perenifolia según sea el caso, los mismos elementos influyen en el microclima del entorno inmediato de la casa, impiden o suplen pérdidas por convección y son por tanto factores de influencia esenciales para toda la economía energética. La forma de la edificación y el tipo de vegetación puede canalizar y concentrar las brisas a través del edificio, estanques de agua, fuentes, o la irrigación de la vegetación ubicada, reducirá la temperatura del aire, incrementando su capacidad de enfriar los ambientes internos, arrastrando el calor hacia afuera. Control Climático de las Plantas. Control de la Radiación Solar. Parte de la radiación solar que se filtra a la superficie de la Tierra es absorbida por el suelo, edificios, plantas y animales, ese calor es absorbido por los objetos y el calor de los objetos es regresados por reirradiaciones como radiación de onda larga, la radiación de onda corta no es

absorbida pero si reflejada, por lo que las superficies tienen diferentes grados de reflectancia; y el grado de reflexión de la radiación del Sol es dado por una superficie (albedo), la cual es expresada por el porcentaje de reflexión de la radiación solar directa y difusa. Árboles, Arbustos, Cubiertas Vegetales y Césped son los mejores controladores de la radiación solar, siendo ésta una de las mejores funciones de las plantas; tanto en climas donde se requiere el control solar durante todo el año y el clima donde la radiación requiere de un control estacional. La planta por unidad o en grupo se puede usar para provocar sombra o interceptando el reflejo de la radiación de alguna superficie. Las plantas usadas para éste fin, pueden bloquear por completo los rayos solares o filtrarlos, la obstrucción se da cuando las plantas son de denso follaje o usadas en varias capas de plantas; la filtración se da cuando se usan plantas de follaje abierto o plantas de follaje caduco. Parte de la radiación solar es absorbida, reflejada y transmitida por las hojas (follaje), los rayos solares son filtrados por las hojas de las plantas. Un enfriamiento se produce en la parte inferior de las plantas que interceptaron la radiación solar, este se da cuando se obstruye completamente la radiación. Las plantas con un follaje frondoso es el mejor recurso para el control de los rayos solares en lugares con climas muy húmedos y templados. Cada planta tiene una característica propia para producir sombra dependiendo del tipo de hoja y su densidad.