Diseño de taller de arquitectura en Cádiz con criterios bioclimáticos

UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DE ANDALUCÍA 2010

MASTER ENERGÍAS RENOVABLES:
ARQUITECTURA Y URBANISMO. CIUDAD SOSTENIBLE

MODULO 7 DISEÑO DE TALLER DE ARQUITECTURA EN CÁDIZ.

Profesores: Juan Antonio Marín y Helena Coch
Alumna: Inma Razola i.razola@gmail.com

PROCESO
1. LOCALIZACIÓN
2. DATOS CLIMÁTICOS
- RADIACIÓN
- TEMPERATURA
- HUMEDAD RELATIVA
- VIENTOS
3. ANALISIS DEL CLIMA Y ESTUDIO DEL CONFORT
- SISTEMAS DE ACONDICIONAMIENTO
- ESTRATEGIAS RECOMENDADAS
4. ANALISIS DE PREEXISTENCIAS
5. MODIFICACIONES DEL ENTORNO
6. ESTRATEGIAS DE UBICACIÓN Y DISEÑO
7. PLANIMETRÍA Y ANÁLISIS: FUNCIONAMIENTO
- PLANTAS Y SECCIONES INVIERNO DIA Y NOCHE
- PLANTAS Y SECCIONES VERANO DIA Y NOCHE
8. ESTUDIO DE SOLEAMIENTO
- EDIFICIO DE INVIERNO
- EDIFICIO DE VERANO
- EDIFICIO NEUTRO
9. ESTUDIO DE COMPORTAMIENTO TÉRMICO
- FACHADAS
- CUBIERTA
- CONCLUSIONES COMPORTAMIENTO DE MATERIALES

UNIA 2010 MODULO 7 DISEÑO DE TALLER DE ARQUITECTURA EN CÁDIZ Inma Razola

LOCALIZACIÓN HEMISFERIO NORTE . Clima Templado
CÁDIZ, ESPAÑA
LATITUD 36°28′N
ALTITUD Máx 8 msnm, Zona costera
HR med 70%
Tverano 20 -33 ºC
Tinvierno 7- 18 ºC
T med 18ºC con amplitud térmica > 10ºC
VIENTOS: Levante con una frecuencia del
45% de los días al año se alcanzan con una
media anual de 6 m/s pudiendo llegar a los
80-100 km/hora en ráfagas contínuas


DATOS CLIMÁTICOS. Climate consultant 5.0
Para la obtención de datos medios mensuales de radiaciones ( directa y difusa), temperaturas, humedad relativa,
velocidad media del viento,etc se ha utilizado la base de datos de Energy plus y el programa gráfico Climate
consultant 5.0 para visualizar los resultados.


RADIACIÓN
Carta Estereografica Latitud 36º 28´N
Radiación
- Media anual : 4,93 kw·h
- Máxima – Julio: 7,53 kw·h
- Mínima – Diciembre : 2,33 kw·h
- Horas aproximadas de sol: 3000 h/año
Ángulo de incidencia solar:
- verano 75º
- invierno 30º


TEMPERATURAS
Exterior Interior
Tmáx 33 ºC Tconfort verano = 17,6 + ( Tmed ext x 0,31) = 23,18ºC
Tmín 7ºC Rango de confort verano 21,18ºC – 25,18ºC
T med 18ºC Tconfort invierno = 17,6 + ( Tmed ext x 0,31) = 21,32ºC
T máx med 24 ºC Rango de confort invierno 18,32ºC – 23,32ºC
T mín med 12 ºC
Amplitud térmica>10ºC


HUMEDAD RELATIVA
HR med 70%
La cercanía al mar ( altitud 8 msnm)
Pluviometría : 600 mm. Mes más lluvioso Noviembre y más seco Julio.


VIENTOS
VIENTO velocidad >6 m/s . Predomina el viento de Levanta, aunque se combina con el poniente ( zona del
estrecho)
Frecuencia 45% de vientos superiores a 6m/s


SITUACIÓN DE CONFORT DE LA ZONA
Situación : Disconfort general en verano y en invierno
Sólo el 17% de las horas del año se consideran de confort.


SISTEMAS DE ACONDICIONAMIENTO
Situación :Confort general.
Con el diseño y sistemas de acondicionamiento pasivo se consiguen valores de 85% confort. El 15% restante en
principio no será posible solucionarlo de forma pasiva y se deben añadir sistemas activos de producción de frío o
calor. Los objetivos que debemos buscar en la fase de proyecto con:
Invierno : captación directa de sol, ganancias de calor interno-ocupación, ganancias solares por masa térmica.
Verano : protección de la radiación solar y deshumidifacación.


ESTRATEGIAS RECOMENDADAS
GENERAL: según Ábaco de Givoni se puede conseguir un 85% de confort sin necesidad de sistemas de
calentamiento o enfriamiento. Se necesita control pasivo relativo a:

- 9. Ganacias internas de calor + 47%
-11. Ganacia solar pasiva por masa térmica grande + 18,7%
- 2. Sol directo por ventanas + 17,9%
- 14. Deshumidificar + 17,5%
Total conseguido ----------- 85% confort

El 15% restante se consigue con:
- 16. Calor Seco convencional + 9.2%
- 15 . Frío húmedo convencional + 5,4%
Total ----------------------------------------------- 100%

CRITERIOS DE DISEÑO
- Elementos de cerramiento de masa térmica que proporcione estabilidad interior y no transmita las
temperaturas límites exteriores. Optimas para situaciones de amplitud térmica alta como es este caso.
- Orientaciones este y oeste estancas frente al molesto azote del viento de levante y poniente.
- Incluir vegetación en los alrededores para conseguir un ambiente próximo más regulado.
Verano
- Elementos de control de la radiación solar móviles o variables y protección de fachada sur y oeste y
protección de cubierta si es posible. Integrados en el diseño.
- Uso de ventilación cruzada y de abajo a arriba y controlada, para generar corriente natural. La entrada
del aire debe procurarse fría para que al calentarse en el interior ascienda y se dirija a la salida
produciendo renovación por convección.
- Uso de vegetación o persianas y toldos para sombrear en medio día y tarde, si conviene vegetación
que sean árboles de hoja caduca, ya que en invierno no se precisará.
Invierno
- Captación solar máxima por fachada sur y cubierta si es posible.
- Elementos con inercia térmica para acumulación de calor en el dia y transmisión durante la noche


ANÁLISIS DE PREEXISTENCIAS Y UBICACIÓN
FAVORABLES
. Topografía suave
. Orientación Sur libre
. Rio cercano
. Vistas Suroeste agradables
. Sonidos agradables Suroeste
. Masa de árboles al Norte
. Captación solar plena(invierno)

DESFAVORABLES
. Ruido por carretera cercana elevada
. Viento de Levante con ráfagas
. Captación solar plena(verano)
. Ausencia de vegetación y
sombras ( verano)

CLIMA
. Templado-mediterráneo
. Inviernos 7ºC y veranos 33ºC
. Amplitud térmica>10ºC
. Humedad relativa media 70%
. 3000 horas de sol/año

UBICACIÓN
. En valle 4ms nivel del rio
. Acceso taller Oeste a misma cota
. Orientación Sur (+-10º)
. Cerca del Rio ( vistas y sonidos)
. Espacios fríos al Norte como barrera
acústica y térmica
. Volumen no compacto
. Estanco al Este ( refugio viento)

MODIFICACIONES DEL ENTORNO
BUSCAN SOLUCIONAR LOS PROBLEMAS QUE PRESENTA EL ENTORNO
. Ruido de carretera cercana desde Noroeste a cota +190m de nivel acústico 85 dBA a 50m del
foco.
0m d1=50m=>N1=85dB d2=806,98m=>N2=??
Carretera------------------punto de referencia---------------------------------------------------------mi ubicación

Calculo:
N2=10 · log I2/Iref
donde: Iref= 10-12
I2= I1·d12/d22= 10-3,5· 502/806,982= 4·10-7 w/m2
Así: N2 = 60 dB
La carretera se encuentra a una cota de+ 50 m de desnivel respecto a mi ubicación (carretera-foco
190m de altitud y mi estudio +a 140 m de altitud), así que aunque tenga entre ella y el taller una masa de
árboles altos de hoja perenne ( supongo 10m de altura de copa), al estar en pendiente no absorberá suficiente.
Si a esto sumamos la influencia del ya comentado viento de Levante ( viento del Este), definitivamente la
cantidad de sonido que llega a mi estudio es más de la que absorbería un cerramiento normal ( 45dB). Debo
plantear aislamiento acústico, además de utilizar cerramiento que aisle se proponde como barrera física las
estancias frías ( instalaciones, baño, archivo) en la cara Norte.

. Viento de Levante ( viento Este) con ráfagas que superan los 80 km/h.
La edificación gira 10º hacia el Oeste respecto al Sur cardinal, intentando esquivar el azote del viento
implantando una barrera al paso del aire mediante un muro filtro.

. Captación solar plena.
En invierno se presenta como un valor aportando calentamiento del edificio e incidiendo en los paneles de
instalaciones solares térmicas y fotovoltaicas y por tanto, la capacidad de agua caliente sanitaria y electricidad.
En verano sin embargo presenta un problema sobretodo en orientaciones Sur y Oeste y en cubierta, que
debemos proteger con voladizos, vegetación caduca , persianas o textiles.

. Ausencia de vegetación y sombras cercanas.
No existen desniveles ni masas de árboles que produzcan sombra en la edificación. Se resolverá modificando
el entorno inmediato plantando árboles de hoja caduca en fachadas Oeste y Sur.

ESTRATEGIA DE DISEÑO

CONDICIONES DEFINITIVAS DE SITUACIÓN

La vegetación perenne crece en el
lado Norte y Este como protección y
en el Oeste y Sur se plantan árboles
de hoja caduca,así como en el paseo
camino de acceso.
El acceso y la edificación a cota +140
m aprovechando zona de escasa
pendiente y gran superficie natural.

ENTORNO INMEDIATO Y RELACION

El taller se abre al Sur, estableciendo 4 zonas
o pastillas diferenciadas en uso, forma,
situación y respuesta al entorno.
Límites:
Norte: barrera y aislamiento
Este: barrera filtro de viento
Sur. Iluminación, vistas y captación solar
Oeste: accesos y transición


ESTRATEGIA DE DISEÑO
Distribución modular- funcional de espacios del taller

Casuarina todo el año

La vegetación perenne
crece en el lado Norte y Este
como protección y barrera
de ruido y viento. Se escoge
al árbol Casuarina,
arraigable en zonas de litoral
y mediterráneas y con
frondosidad. La baja altura
de la copa permite proteger
desde la escala humana.

En el Oeste y Sur se plantan árboles de hoja caduca, así como
en el acceso.
Se elije el Almendro, apto para el suelo y clima en que se
plantan. Además de sombras en verano proporciona vista
agradable y olor a azahar.
Su altura de copa permite mantener las vistas, cuando están
Almendro primavera-verano Almendro otoño- invierno
floridos, del rio .


TALLER. Planimetría y análisis

En los siguientes esquemas se muestran en planta y secciónes las estrategias de iluminación, ventilación y radiación
solar para verano e invierno, de día y de noche.
Se sigue el principio de “arquitectura pasiva y gente activa” de manera que según la estación el edificio necesita
modificaciones para adaptarse al clima, además de las modifcaciones del entorno descritas.


TALLER. Planta general


TALLER. Planta cubierta


TALLER. Planta cubierta: estructura auxiliar


TALLER. Funcionamiento Invierno día


TALLER. Funcionamiento Invierno noche


TALLER. Funcionamiento Verano día


TALLER. Funcionamiento Verano noche


TALLER. Estudio de soleamiento del edificio.

Se muestran las situaciones de soleamiento a lo largo de las horas de ocupación del edificio taller
( horario oficina 9:00h -18:00h) en verano, invierno y un día tipo de entretiempo.


TALLER. Invierno. Estrategia de captación máxima de radiación solar.

sur sur
21 Diciembre 9:00h 21 Diciembre 12:00h

sur sur

21 Diciembre 15:00h 21 Diciembre 18:00h


TALLER. Verano. Estrategia de máxima protección a la radiación solar.

sur sur
21 Julio 9:00h 21 Julio 12:00h

sur
sur

21 Julio 15:00h 21 Julio 18:00h


TALLER. Primavera y Otoño.

sur

En las temporadas intermedias, cuando el ángulo de incidencia solar no es extremo
( 70º en Julio y 30º en Diciembre) las zonas de trabajo se encuentran
perfectamente iluminadas durante la jornada laboral.
En la imagen se representan las 12 h de media.


ESTUDIO DE COMPORTAMIENTO DE CERRAMIENTOS.

A continuación se estudia con el uso del software Antesol 6.0, el comportamiento térmico de los tres tipos de
cerramientos proyectados en el taller:
Fachadas
- Cerramiento 1: Fachadas Norte, Este y Oeste
Ladrillo cerámico 15 cm+ cámara tierra 10cm + Ladrillo cerámico 7cm
Se estudia la capacidad de proteger y aislar del frío al interior en invierno.
- Cerramiento 2: Fachada Sur
Doble fachada de vidrio con cámara de aire 6 + 100 + 6 mm
Se estudia la capacidad de transmisión de temperaturas extremas de verano.
Cubierta
- Forjado de hormigón armado 20 cm + aislante térmico 3 cm+ grava 15 cm + aire variable de media 50
cm y 3 mm de membrana textil.
Se estudia su comportamiento en verano a plena radiación protegido por un textil

El software no incluye en su base de datos de cálculo condiciones de viento ni de sobras producidas por
elementos cercanos por lo que estos cálculos se refieren al estudio “ aislado” del cerramiento frente a las
condiciones climáticas del lugar.


ESTUDIO DE COMPORTAMIENTO DE CERRAMIENTO. Programa Antesol 6.0
CERRAMIENTO FACHADA NORTE. Se estudia el flujo térmico y las temperaturas interiores obtenidas
Ladrillo cerámico 15 cm+ cámara tierra 10cm + Ladrillo cerámico 7cm
Invierno más desfavorable día 21 de Diciembre
Tmín 7ºC
Rango de confort 18,32ºC – 23,32ºC en invierno
Datos obtenidos de temperaturas por capas y
por horas.
Datos del cerramiento Se observa como de madrugada a las 6 am con una
Tex de 7ºC se consiguen en el interior 18,5ºC.( >10ºC)
Durante el dia se superan los 22ºC con una Tex de
17ºC.
La media diaria ronda los 20 ºC en el interior, por lo que
se consigue el rango de confort interior.

Distribución de temperaturas en el cerramiento a las 6 am


CERRAMIENTO FACHADA SUR. Se estudia el flujo térmico y las temperaturas interiores obtenidas
Cerramiento de vidrio con cámara de aire 6 + 100 + 6 mm.
Verano más desfavorable día 21 de Julio
Tmáx 33ºC Datos obtenidos de temperaturas por capas y
Rango de confort 21,18ºC – 25,18ºC en verano por horas.
Se observa como a primera hora de la tarde 16 h con
una Text de 33ºC se consiguen en el interior 27,13ºC.
Datos del cerramiento ( <5ºC).
Durante el dia no se superan los 27ºC y en las nochesse
mantiene una tem media de 22 ºC
La media diaria ronda los 24,7 ºC en el interior, por lo
que se consigue el rango de confort interior.
No se han tenido en cuenta las ventilaciones cruzadasni
el efecto de la vegetación y las sombras producidas.

Distribución de temperaturas en el cerramiento a las 16 h


CUBIERTA CON TEXTIL EN VERANO. Se estudia el flujo térmico y las temperaturas interiores obtenidas
Forjado de hormigón armado 20 cm + aislante térmico 3 cm+ grava 15 cm + aire variable de media 50 cm y 3 mm de
membrana textil.
Verano más desfavorable día 21 de Julio
Tmáx 33ºC
Datos obtenidos de temperaturas por capas y
Rango de confort 21,18ºC – 25,18ºC en verano
por horas.
Datos del cerramiento Se observa como a medio dia 14-15 h con una Text de
33ºC se consiguen en la cara interior( T6) 23,37ºC.
( <9,5ºC)
Durante el dia no se superan los 24ºC y en las nochesse
mantiene una tem media de 23 ºC. La amplitud térmica
es de 1ºC en el interior consiguiendo gran estabilidad.
La media diaria ronda los 23,26 ºC en el interior, por lo
que se consigue el rango de confort interior.
No se han tenido en cuenta las ventilaciones cruzadas.

Distribución de temperaturas en el cerramiento a las 15 h


CONCLUSIONES DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO
Tras estudiar las condiciones climáticas de Cádiz, se comprueba cómo las soluciones de fachada Norte ( aplicable a las
Este y Oeste) , la solución de fachas sur y la cubierta se comportan ante este clima en verano e invierno:
La T de confort estará en el rango de 21,20ºC y 25,20ºC y se debe intentar el menor balance de flujo de calor posible así
como la menor amplitud de temperaturas interior. El estudio mediante el programa informático Antesol 6.0, no contempla las
condiciones de ventilación cruzada, sombras y vegetación que se proponen en el diseño, por lo que las soluciones obtenidas
se encontrarán claramente mejoradas por estos atributos externos. El análisis es solo y exclusivamente suponiendo el
cerramiento de estudio.

CERRAMIENTO NORTE EN INVIERNO ( CERÁMICA + TIERRA)
Consigue establecer una T int media que ronda los 20ºC.
A destacar el buen comportamiento en la madrugada donde se alcanzan los 7ºC Text y en el interior no se baja de los
18,5ºC. Por lo que a primera hora de la mañana mantiene un estado confortable previoa su ocupación.
La amplitud térmica en un tanto alta con 4ºC
En un estudio más exahustivo habría que sumar las ganancias de la fachada sur acristalada, suma importante en invierno ya
que recibe durante el dia radiación solar que almacena y las ganancias por cubierta en modo invierno ( sin tela)
En general se cumplen las condiciones de confort requeridas, T confort invierno 18,32-23,32ºC.

CERRAMIENTO SUR EN VERANO ( VIDRIO+AIRE+VIDRIO)
La Tint media es de 24.7ºC
Se destaca el buen comportamiento de este cerramiento frente a una inicial desconfianza de sus posibilidades en época de
verano. El programa de cálculo no contempla la disminución de calentamiento del vidrio debido a los sistemas de protección
solar (árboles, persiana) por lo que estos resultados se verán mejorados en unos 2ºC.
En general se cumplen las condiciones de confort requeridas, T confort invierno 21,18-25,18ºC

CERRAMIENTO CUBIERTA EN VERANO HORMIGÓN ARMADO +AISLANTE + TEXTIL
Es la mejor de las soluciones planteadas en este estudio.
Consigue una T int media (T6) de 23,26º; en la hora de mayor radiación en cubierta 14h, la Tint es 23,37ºC, casi 10 ºC
menos que la exterior. La amplitud de temperaturas de todo un dia es de 1,2ºC
La distribución de temperaturas en las capas del cerramiento muestra como el aire con el que jugamos debido al despliegue
del textil es la mejor barrera para la temperatura, que cae hasta 7ºC.
El considerar un material textil de color claro, hace que refleje gran cantidad de radiación solar y su calentameinto a lo largo
del día sea más bajo.


FIN


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