Análisis para el diseño de Estrategias Bioclimáticas en Arquitectura

1. Culiacán
Clima y Confort para la
Aplicación de
Estrategias Bioclimáticas

2. De las Metodologías…
“el procedimiento deseable será trabajar con y no contra las fuerzas naturales y hacer
uso de sus potencialidades para creas mejores condiciones de vida...
El procedimiento para construir un edificio climáticamente balanceado se divide en
cuatro pasos, de los cuales el último es la expresión arquitectónica. La expresión debe
estar precedida por el estudio de las variables climáticas, biológicas y tecnológicas”
Olgyay, Victor. Design With Climate. Princeton University Press. Princeton, USA 1963. pp 10-13

3. 1. Planteamiento del problema.
– Objetivos, alcances y limitaciones
2. Análisis del Sitio y del entorno
– Medio natural
– Medio artificial
– Medio socio-cultural
3. Usuario:
– Bienestar y confort
– Necesidades y requerimientos
4. Estrategias de diseño
– Climatización
– Iluminación
– Acústica
– Control de contaminantes
5. Anteproyecto
Método desarrollado por el
Dr. Víctor Fuentes Freixanet
Arquitectura Bioclimática
CyAD - UAM Atzcapozalco

4. Datos básicos para el diseño bioclimático
• Emplazamiento
• Clima local
• Asoleamiento
• Condiciones de confort
• Comportamiento térmico de la Envolvente

5. El sitio, el lugar, el emplazamiento

6. Factores del clima
• Latitud
• Altitud
• Relieve
• Distribución de tierra y agua
• Corrientes marinas
• Modificaciones al entorno

7. Elementos del clima
• Temperatura
• Humedad
• Precipitación
• Presión atmosférica
• Radiación
• Nubosidad
• Visibilidad
• Días grado e Índice ombrotérmico

8. Factores climáticos
• Temperatura
• Humedad
• Precipitación
• Radiación
solar global
• Vientos
Clasificación
Climatológica

9. Fuente:
Servicio
Meteorológico
Nacional
Normales
Climatológicas por
estación
http://smn.cna.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=42&Itemid=75

10. Procesamiento de Datos

11. Análisis
de datos
climáticos

12. Temperatura
TMax por encima de 40º C
TN = 25.3º C Zona de Confort = 22.83º a 27.83º C.
TMax por encima de la ZC todo el año
TM dentro de los límites de la ZC
Parámetro de Referencia: Límites para evaluar la
temperatura sobre la zona de confort determinada
con base en la temperatura neutra.
• TM anual = 24.9º C
• TM del mes más caluroso = 30º C
• TM mes mas frío =19.2º C.
• TMáx mensual por encima de la ZC todo el año
• De junio a octubre pueden presentarse
temperaturas superiores a los 40º C
Lugar CÁLIDO con necesidades de enfriamiento
durante la mitad de los meses del año

13. Distribución de rangos de confort para cada
hora del día
TEMPERATURA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PRO
14.8 13.3 12.1 11.2 10.6 10.4 10.9 12.5 14.8 17.7 20.7 23.6 25.9 27.5 28.0 27.8 27.2 26.3 25.1 23.6 21.9 20.1 18.3 16.5 19.2
15.3 13.7 12.4 11.4 10.8 10.6 11.2 12.8 15.2 18.3 21.5 24.5 27.0 28.6 29.2 29.0 28.4 27.4 26.1 24.6 22.8 20.9 18.9 17.0 19.9
16.4 14.7 13.4 12.4 11.8 11.6 12.2 13.8 16.4 19.5 22.8 26.0 28.6 30.3 30.9 30.7 30.1 29.0 27.7 26.0 24.1 22.1 20.1 18.2 21.2
18.6 17.0 15.7 14.6 14.0 13.8 14.4 16.1 18.6 21.8 25.1 28.2 30.7 32.3 32.9 32.7 32.1 31.1 29.8 28.2 26.4 24.5 22.5 20.5 23.4
21.7 20.3 19.0 18.1 17.6 17.4 17.9 19.4 21.7 24.5 27.6 30.5 32.8 34.4 34.9 34.7 34.1 33.2 32.0 30.5 28.8 26.9 25.1 23.4 26.1
26.0 24.9 23.9 23.2 22.7 22.6 23.0 24.2 26.0 28.2 30.6 32.8 34.6 35.8 36.2 36.1 35.6 34.9 34.0 32.8 31.5 30.1 28.7 27.3 29.4
27.0 25.9 25.1 24.4 24.0 23.9 24.3 25.3 26.9 28.9 31.1 33.0 34.7 35.7 36.1 36.0 35.6 34.9 34.1 33.1 31.9 30.6 29.4 28.1 30.0
26.6 25.6 24.7 24.1 23.7 23.6 24.0 25.0 26.6 28.6 30.6 32.6 34.2 35.2 35.6 35.5 35.1 34.5 33.6 32.6 31.5 30.2 29.0 27.7 29.6
26.4 25.4 24.6 24.0 23.6 23.5 23.8 24.8 26.4 28.2 30.2 32.2 33.8 34.8 35.2 35.1 34.7 34.1 33.2 32.2 31.1 29.8 28.6 27.4 29.3
24.1 22.9 21.9 21.2 20.8 20.6 21.0 22.2 24.1 26.4 28.9 31.3 33.2 34.5 34.9 34.7 34.3 33.5 32.5 31.3 29.9 28.4 26.9 25.4 27.7
19.1 17.7 16.5 15.6 15.1 14.9 15.4 16.9 19.1 21.9 24.8 27.5 29.7 31.1 31.6 31.4 30.9 30.0 28.9 27.5 25.9 24.2 22.5 20.8 23.3
16.1 14.7 13.6 12.7 12.2 12.0 12.5 13.9 16.1 18.8 21.6 24.3 26.5 27.9 28.4 28.2 27.7 26.8 25.7 24.3 22.7 21.1 19.3 17.7 20.2
21.0 19.7 18.6 17.8 17.2 17.1 17.5 18.9 21.0 23.6 26.3 28.9 31.0 32.3 32.8 32.7 32.1 31.3 30.2 28.9 27.4 25.8 24.1 22.5 24.9
34.72%
27.43%
37.85%
TEMPERATURA
TEMPERATURA
HUMEDAD
RELATIVA
Más de 27.8 Más de 70
Tn= 25.3 de 22.8 a 27.8 CONFORT de 30 a 70
Menos de 22.8 Menos de 30

14. Humedad
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%
meses
Humedad
Máxima Media ZCs ZCi Mínima
HRmáx > Confort
Parámetro de Referencia: Los límites son fijos
para todas las ciudades entre 30 y 70%
Los meses de julio a octubre, que presentan los más altos porcentajes de humedad,
coinciden con las temperaturas más altas, por lo que deberían considerarse las
estrategias de deshumidificación en verano

15. Precipitación
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
mm
meses
Precipitación y Evaporación
Precipitación total Evaporación
precip. > evapo.
Parámetros de Referencia: Se analiza el cruce de las
dos gráficas. Cuándo hay mayor precipitación que
evaporación, se consideran meses húmedos con
lluvia.
Precipitación Media Anual: 690.1 mm
Nula o muy escasa de febrero a junio
Mayor a 100 mm de julio a octubre
En septiembre coinciden lluvia intensa, altas
temperaturas y humedad

16. 0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
W/m2
Radiación Solar
Máxima Directa Difusa Máxima Total Límite Superior Límite inferior
Parámetros de Referencia: Se considera
radiación alta cuando sobrepasa los 700 W/m2
y baja cuando es menor a 500 W/m2
Radiación
solar global
Radiación Máx Directa > 500 W/m2 en mayo y junio, pero nunca por encima de 700
Radiación Máx Total > 700 W/m2 en marzo, mayo y junio

17. 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
m/s
meses
Viento
Media Máxima Límite interior
Vientos
Parámetros de Referencia: Se considera viento fuerte
para interiores cuando la velocidad es mayor a 1.5 m/s.
Para exteriores esta velocidad aumenta a 2 m/s.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
N NE E SE S SO O NO
velocidadmedia(m/s)
Velocidad media por orientación
-1
0
1
2
3
4
5
Porcentaje de Calmas
De julio a octubre la velocidad media del viento rebasa 1.3 m/s aprovechable para
estrategias de ventilación en los meses de más calor

18. 0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Rosa de los vientos
PROMEDIO ANUAL
El promedio anualizado graficado en esta rosa de los vientos demuestra que
la dirección dominante corresponde al Suroeste y en segundo lugar al Oeste.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
N NE E SE S SO O NO
velocidadmedia(m/s)
Velocidad media por orientación
-1
0
1
2
3
4
5
Porcentaje de Calmas

19. Intensidad y dirección por mes
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Enero
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Febrero
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Marzo
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Abril
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Mayo
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Junio
La dirección del viento cambia dentro de un rango predominante entre el Oeste y el
Suroeste, aunque ya en junio tiende a ser unidireccional por el Suroeste.

20. 0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Julio
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Agosto
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Septiembre
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Octubre
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Noviembre
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
Diciembre
Intensidad y dirección por mes
Será de vital importancia estudiar con detalle las estrategias de ventilación en verano,
temporada con los registros más altos de calor y precipitación, para aprovechar al
máximo sus posibilidades de atemperamiento de los espacios interiores.

21. Cálculo de sombra de viento

22. -150.0
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
dg
meses
Días Grado
DG-Enfriamiento DG-Calentamiento
requerimientos de enfriamiento
Parámetros de Referencia: Relaciona TM con ZC. Cuando
el valor es positivo, se requiere enfriamiento y cuando es
negativo se requiere calentamiento. Cuando el valor es
cero las condiciones son confortables.
Días grado

23. -20.0
-10.0
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
°C
meses
Temperatura media Precipitación
época lluviosa
Índice ombrotérmico
Parámetro de Referencia: Marca la época de lluvias (cuando las plantas no requieren
riego). Están graficadas la temperatura media y la precipitación. Cuando la
precipitación es mayor a la temperatura, quiere decir que es la época lluviosa, cuando la
precipitación es menor a la temperatura es una época seca.

24. Geometría solar y asoleamiento

25. Transportador solar o
mascarilla de sombreado
Geometría solar y asoleamiento

26. Para diseñar dispositivos de control
solar requerimos conocer los límites
de protección necesarios, es decir,
debemos saber a qué hora y en qué
meses o época del año es necesaria.
Para ello trasladamos los datos de
temperaturas horarias a la gráfica
solar.
Diseño de dispositivos de control

29. Confort
humano

30. Temperatura neutra
(S. Szokolay)
donde:
Tn = Temperatura neutra
Tm = Temperatura media (mensual o anual)
Tn = 17.6 + 0.31 Tm
TN Culiacán = 25.3º C
ZC = Tn ± 2.5 ºC
ZC Culiacán = 22.83 - 27.83 ºC

31. Diagramas de confort
• Climograma de
Olgyay
• Diagrama
psicrométrico de
Givoni
• Triángulos de confort

32. Climograma de Olgyay
•Zona de Confort de noviembre a mayo, solo para la temperatura media.
•Será necesario aplicar estrategias de ventilación por arriba de 2 m/s en las tardes de
mayo.
•De noviembre a mayo se sugiere calentamiento por radiación en las madrugadas
entre 250 y 400 W/m2
•De junio a septiembre será imposible manejar solo con ventilación las horas del
mediodía.

33. Diagrama psicrométrico de Givoni
•Madrugadas de diciembre a abril requieren calentamiento solar activo.
•Las de mayo, octubre y noviembre requieren de estrategias de calentamiento solar
pasivo o asoleamiento.
•De las tardes, solo las de enero caen dentro de la zona de confort
•De noviembre a mayo por las tardes, se sugiere una estrategia de masividad de
verano, así como ventilación natural.
•A partir de junio y hasta el mes de octubre las temperaturas máximas se encuentran
por encima de cualquier estrategia de control pasivo de calor, por lo que habrá que
utilizar aire acondicionado convencional.
•En el caso de las tardes de julio, agosto y septiembre, también será necesario
considerar la deshumidificación convencional.

34. Triángulos de confort (JM Evans)
En ninguno de los meses del año, a excepción quizá de diciembre existen condiciones
de confort para ninguno de los niveles de actividad propuestos, puesto que la relación
entre la temperatura media y la oscilación térmica se encuentran en la zona más alta
del triángulo.
De noviembre a abril - área 3 de inercia térmica.
Octubre y mayo - zona de ventilación selectiva.
De junio a septiembre - no alcanzan ninguna de las estrategias recomendadas.

35. Tabla Resumen
Estrategias de Diseño Bioclimático
mínima máxima mínima máxima
? 6:00 ? 15:00 ? 10:30 ? 22:30 ? 6:00 ? 15:00
ENERO C ZC Ca ZCI
FEBRERO C S / V Ca Mv
MARZO C S / V Ca Mv
ABRIL C S / V Ca Mv
MAYO C S / V Cp Mv
JUNIO V AAC Lím de confort AAC
JULIO V AAC Deshumid AAC / Deshumid
AGOSTO V AAC Deshumid AAC / Deshumid
SEPTIEMBRE V AAC Deshumid AAC / Deshumid
OCTUBRE C S / V Cp V
NOVIEMBRE C S / V Cp V
DICIEMBRE C S / V Ca ZCI
ESTRATEGIAS DE CALENTAMIENTO
calentamiento C ganancias solares Gs C. solar pasivo Cp
ganancias internas Gi C. solar activo Ca
masa de invierno Mi
ESTRATEGIAS DE ENFRIAMIENTO
ventilación V ventilación cruzada Vc ventilación V
humidificación H ventilación selectiva Vs masa de verano Mv
sombreado S Inercia térmica M masa-ventilación noct. Mvn
humidificación dir. Hd
humidificación indir. Hi
CARTA BIOCLIMÁTICA
temperatura temperatura
TRIÁNGULOS DE CONFORT DIAGRAMA PSICROMÉTRICO
M
Vs
M
RESUMEN DE ESTRATEGIAS
AAC
AAC
AAC
AAC
media
M
M
M
M
Vs
temperatura

37. Matriz de Estrategias Bioclimáticas

38. Criterios básicos de diseño bioclimático

39. Envolvente
• Comportamiento térmico de los materiales
• Variables

41. Un Modelo de Cálculo de
temperaturas interiores

42. Proceso General de Análisis Bioclimático
El objetivo es traducir los datos climáticos en conceptos de diseño en un proceso gradual
donde se transita de datos numéricos a gráficas, después a cartas y diagramas, de ahí a
esquemas, a conceptos de diseño y finalmente al partido. La evaluación de este partido
llevará al proyecto definitivo.

43. PlanodePreexistenciasAmbientales

44. Plano de Preexistencias Ambientales

45. Conclusiones:
• Para reconocer el lenguaje de la Naturaleza, lo primero que
tenemos que entender es el clima, que representa para
cada lugar de la Tierra la esencia de su habitabilidad.
• Calidad de vida es un concepto muy amplio, pero sin duda
comienza por las características físicas de adecuación al
clima que permiten habitar cómodamente los espacios
humanos.
• La arquitectura bioclimática es aquella que diseña y
construye estos espacios habitables utilizando a su favor las
propias herramientas que la naturaleza le proporciona,
viento, asoleamiento, humedad, materiales locales,
vegetación.
• Para empezar a responder creativamente como
diseñadores necesitamos primero entender el CLIMA.
¡Gracias!