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CONSIDERACIONES CLIMÁTICAS, FORMA Y MATERIA EN EL DISEÑO.

MATERIALIDAD II – TALLER DI BERNARDO

DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS

Atender las condiciones exteriores: Radiación solar.Temperatura y humedad.viento

Forma, modo, manera…de habitar.Respuesta humana adaptada al entorno climático

Definición formal-material del espacio y la envolvente:Cerramiento opaco y transp.Orientaciones.Compacidad y ot.

CLIMA

Entorno inmediato/mediatoARQUITECTURA HOMBRE

(Cultura)

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20253040354550 +6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12teDISEÑO ENVOLVENTE ARQUITECTÓNICA.

OPACO TRANSPARENTE

Ladrillo 30cm vidrio simple

Temperatura exterior: te F= (te – ti) / R

F=(te-ti) * k

Temperatura interior: ti

CLIMA HABITAR: Confort higrotérmico

DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS:Variable térmica.

Cerramiento opaco o tranparente

Transmitancia (k): 1.85 W/m2K 5.8 W/m2Kpared / vidrio es 3 veces más aislante(sin contemplar el efecto Radiación solar)

20253040354550 +6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12teDISEÑO ENVOLVENTE OPACA ARQUITECTÓNICA.

Variable: TERMICA

Temperatura exterior: te F= (te – ti) / R Temperatura interior: ti

CLIMA HABITAR: Confort higrotérmico

DISEÑO DE ENVOLVENTES ARQUITECTÓNICAS:Variable térmica.

Cerramiento opaco

ENVOLVENTES: GRUESAS+PESADAS+POROSAS O DELGADAS+LIVIANAS+IMPERMEBLES.

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• Decisiones materiales: tecnológico constructivas MASIVAS (pesadas) / AISLANTES (livianas)

GRUESO-PESADO-POROSO / DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE

DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS

Mampost. Ladrillos y hormigones comunes.

1500 a 2500 kg/m3

Poliestireno expandido, lana de vidrio, lana mineral, poliuretano (espuma rígida)

Ejemplo: pol.ex. 30 kg/m3

F= (te – ti) / R



Manifestación pulso de energía (térmico):

a) Desplazado temporalmente: “retardo térmico”

b) Atenuado (valores medios): “amortiguamiento térmico” o “atenuación térmica”

a) + b) = “inercia térmica”

F= (te – ti) / R

Manifestación pulso de energía (térmico):

a) No hay desplazo temporal significativo: “retardo térmico”

b) “amortiguamiento térmico”

a) + b) = “respuesta prácticamente instantánea” (no hay inercia, no hay acumulación)

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GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico”DISEÑO DE ENVOLVENTES OPACAS

Manifestación interna del pulso externo de energía (térmico):

a) Desplazamiento temporal: “retardo térmico”

Correlación entre retardo y espesor.p/ H°A°….aprox. 3cm/h

GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo térmico y amortiguamiento”


Difusión térmica en un sólido:

Simulación gráfica realizada por Dr. A. Hernandez, INENCO-Salta.

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Velocidad de propagación en el sólido correspondiente a distintos materiales masivos:

Material Conductivida

d k (W/m

°C)

Densidad

ρ (kg/m3)

Calor específ.

Cp (J/kg °C)

Velocidad de

propag.

(cm/h)

Ladrillo 0,72 1.920 835 2,9

Hormigón 1,4 2.300 880 3,6

Piedra bola

(caliza)

2,15 2.320 810 4,6

Granito 2,79 2.630 775 5,1

Cuarciza 5,38 2.640 1.105 5,9

GRUESO-PESADO-POROSO…. “retardo y amortiguamiento”


Propagación en función del espesor.¿ para un pulso de energía variable intensidad?

Supongamos que la Te a lo largo del día va de 1C a 15C.

Simulación gráfica gentileza del Dr. A. Hernandez, INENCO-Salta.

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En Hormigón para distintos espesores:la velocidad de propagación en el sólido y la amplitud térmica serán:

Retardo generado por la acumulación de calor en la masa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Hora

Te

mp

era

tura

(°C

)

0 cm

10 cm

15 cm

20 cm

25 cm

30 cm

40 cm



En los sistemas constructivos masivos: acumulación de calor en ciclo diario. GRANITO

H°ALBÑILERIACALIZALADRILLOADOBEARENAMADERA DURA/ LIVIANA

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En los sistemas constructivos masivos: acumulación de calor.

Ejemplo: Invernaderos


Principios: a) asegurar ganancia térmicas (orientación).b) disponer reservorios de acumulación (masa)c) minimizar pérdidas.




Ejemplo: Muros colectores acumuladores.

Mismo principio: ganancia + acumulación + evitar pérdidas.

Opciones: a) acumulación en masa constructiva (ladrillo, piedra, hormigón…)

b) en agua ( calor específico x5)c) con ventanillas.d) masa interior en general.

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• Decisiones materiales: tecnológico constructivas

INERCIA / AISLACIÓN


DISEÑO DE ENVOLVENTES: CRITERIO DE ELECCIÓN (TÉRMICA)

Mampost. y hormigones comunes.

1500 a 2500 kg/m3



• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]

GRUESA + PESADA + POROSA

“INERCIA TÉRMICA” (ACUMULACIÓN)

FINA + LIVIANA + IMPERMEABLE

“AISLACIÓN”


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gruesa + pesada + porosafina + liviana + impermeable

OPACAS TRANSPARENTES

DISEÑO DE ENVOLVENTES

INTERCAMBIO TÉRMICO (Particiones Livianas)………………..Tsa

FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ W/m2 ]……………………………… F = ( te – ti )R

F = 1 ( te + α E Re ) – tiR R

Tsa = te + αααα E Re

F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano opaco

F = “ calor aire “ + “ calor del sol “ + “ transmisión calor “ ………..(enunciado gral.)

F = ( te – ti ) + ( α E Re ) + σER RF = 1 ( te – ti ) + 1 ( α E Re ) + σER REn caso de paneles opacos

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( α E Re ) R R

ENVOLVENTES: OPACAS LIVIANAS

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FLUJO TERMICO

Tsa= te +a.E.Re

20253040354550 +6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12te

Evolución temperatura exterior en un dia de diseño (DD)

�para cielo claro – Modelo JB78a

�Sin considerar orientación.

Temperatura exterior DD

Tsa para plano vertical OESTE

Tsa= te +a.E.Re

20253040354550

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12te

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FLUJO TERMICO

-12-12 -6+120 +6-6+12+650453540302520 te tsa

Evolución temp. diaria + efecto de la radiación solar

a (absortancia) = 0.50

Temperatura sol aire : Tsa = te + a E Re

FLUJO TERMICO

-12-12 -6+120 +6-6+12+650453540302520

tsaTemperatura sol-aire : Tsa

Radiación hora-hora diaria. (BT55V+CSH)

Temperatura sol aire Tsa

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INTERCAMBIO TÉRMICO

• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]en caso de paneles opacos livianos:F = 1 ( te + α E Re ) – tiR R


F = ( Tsa - Ti ) / R panel liviano

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( α E Re ) R R


gruesa + pesada + porosafina + liviana + impermeable

OPACAS TRANSPARENTES


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FLUJO TERMICO (panel pesado o másico)

-12-12 -6+120 +6-6+12+650453540302520 te te -

Evolución temperatura exterior en un dia de diseño (DD)

� temperatura exterior media

Temperatura exterior DD

FLUJO TERMICO

20253040354550

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12tsa-tsa--

Temperatura sol aire Tsa y Temperatura sol-aire media

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FLUJO TERMICO (Panel Pesado de 32cm de espesor)

R E T A R D O D E 8 H s --t s a- - 1 2- 1 2 - 6+ 1 20 + 6- 6+ 1 2+ 65 04 53 54 03 02 52 0 t s a ( r e t r a s o e n t i e m p o )

Temperatura sol aire Tsa para panel opaco y macizo con retardo

Coeficiente de Retardo : 8 hs.r = 1 hora / 4 cm de espesor (JB78)

FLUJO TERMICO

20253040354550+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12-tsa-- AMORTIGUAMIENTO

RETARDO DE 8 Hs

Temperatura sol aire pesada Tsap para panel opaco y macizo

Coeficiente de Amortiguación: 0.25a = 2 hs. / retardo

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FLUJO TERMICO

20253040354550

+6 +12 -6 +60 +12 -6-12 -12tsa--tsa-tsap

Tsa Tsap y Tsa (media)

Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media) F = ( Tsap –Ti ) / R

INTERCAMBIO TÉRMICO (en caso paneles opacos)

• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]F = 1 ( te + α E Re ) – tiR R



Tsa = te + a E Re

F = ( Tsap - Ti ) / R panel pesado

Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media)

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( α E Re )R RσE

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INTERCAMBIO TÉRMICO (en caso paneles opacos y TRANSPARENTES)



Tsa = te + a E Re

F = ( Tsap - Ti ) / R panel pesado

Tsap = ( Tsa – Tsa (media) ) . a + Tsa (media)

F = 1 ( te – ti ) + 1 ( α E Re ) + s s s s ER Rpanel transparente





1500 a 2500 kg/m3

Sup. transparentes



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1500 a 2500 kg/m3



F= (te – ti) / R


GRUESO-PESADO-POROSO /…………………………/ DELGADO-LIVIANO-IMPERMEABLE

SITUACIONES INTERMEDIAS

masa compacta Aire quieto


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Conductividad térmica.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Con

duct

ivid

ad T

érm

ica

[W/m

ºK]

Densidad aparente [kg/m3]

hormigones de alta densidad

mampostería de ladrillos y bloques macizos

hormigones de baja densidad

mampostería de ladrillos y bloques cerámicos huecos

bloques de hormigón hueco

Datos IRAM N°11.601/2002

MAS HOMO GENEOS

MENOS HOMO GENEOS

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• Decisiones materiales tecnológico constructivas: LIVIANO (no masivo)

• F = (te – ti) / R

• R = e / l

Taller Di Bernardo


• R total = R1 + R2 + R3.....+ Rsuperficiales interna y externa

• F = (te – ti) / Rtotal

La inversa de la resistencia térmica (R) indica la transmitancia térmica K (W/m2 °C).


• FLUJO TÉRMICO : `[ Kcal/h m2 ] o [ w/m2 ]R : Resistencia [ h m2 c / Kcal ] o [m2 c / w] R = e / llllllll : conductividad [ Kcal . m / h m2 ºc ] [w m / m2 c](Norma IRAM 11.601)Re y Ri : Resistencia superficiales (*)(*) ver sentido del flujo térmicoR Total = Re + R1 + R2 + R3 + ……. + Rn + Ri

F = ( te – ti )R DISEÑO DE ENVOLVENTES: Cubiertas

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• Decisiones materiales: tecnológico constructivas: SÓLIDO (masividad)

• F = (te – ti) / R

• R = e / l


Calor por unidad de superficie (Potencia:W/m2) depende de laconductividad térmica l (W/m °C) del material, del espesor y ladifusividad.


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