Variables climatológicas como elementos del diseño arquitectónico bioclimático

Resumen del
proyecto

La Arquitectura Bioclimática, cuyo principal
objetivo es el de armonizar los espacios y crear óptimas
condiciones de confort y bienestar para sus ocupantes, crear
espacios «habitables» que cumplan con una finalidad
funcional y expresiva lo que significa que propicien el
desarrollo integral del hombre y de sus actividades. Esto puede
lograrse a través de un diseño lógico, a
través de conceptos arquitectónicos claros que
consideren las variables climáticas y ambientales en
relación a las necesidades del hombre.

Los constructores requieren de parámetros para
llevar a cabo los proyectos destinados a dar seguridad y
bienestar a los ocupantes y usuarios, ya sea en la arquitectura
particular o pública. El viento es uno de los
parámetros más importantes a considerar en la
arquitectura, ya sea para captarlo, evitarlo o controlarlo. El
lograr una adecuada ventilación en la arquitectura
requiere comprender como se comporta el viento y de que manera
pueden aprovecharse los patrones que sigue en su recorrido a
través de las edificaciones.

En la actualidad la información de datos
climáticos, donde se incluye la temperatura, humedad,
lluvia, presión, viento y radiación solar a nivel
regional, por lo que se obtiene una gran base de datos, que al
administrarla adecuada y constantemente en forma puntual diaria y
estacional, permitirá proporcionar datos útiles
para el desarrollo de proyectos arquitectónicos
bioclimáticos. En este proyecto se propone el desarrollo
de una base de datos que maneje las variables
metereológicas en forma sencilla y accesible para ser
utilizados por los interesados en construcción e
investigadores. La información se recopilara mediante la
reutilización de estaciones metereológicas
existentes y proporcionara los datos diarios y estacionales de
los cambios climáticos a través de un sitio en
Internet, para ser consultados por los profesionales de la
construcción, desarrollo urbano y proyectos
arquitectónicos.

Protocolo del proyecto

Introducción

La ciencia y la tecnología a través de sus
métodos y filosofía buscan la mejora en la
satisfacción a las necesidades del usuario. Ante las
expectativas de la sociedad actual por satisfacer sus necesidades
dentro de esquemas de desarrollo sustentable, es importante el
conocimiento de la arquitectura bioclimática como una
vía alternativa para la arquitectura contemporánea,
la cual busca cada vez con mayor ahínco responder a la
moda estética, sin considerar los conceptos mas
lógicos y simples que permiten lograr un espacio.
Actualmente en la construcción de casas y edificios se ha
olvidado tomar en cuenta el efecto del sol, iluminación y
ventilación adecuada. El progreso constructivo se ha
vestido de concreto, vidrio y asfalto, en las zonas ricas, lo
cual provoca acabar con la vegetación, consumir
energía de manera indiscriminada y contaminar agua, aire y
tierra.

La luz eléctrica y el aire acondicionado han
servido de remedio para muchas edificaciones deficientemente
diseñadas, sin reparar en el costo de operación,
tanto monetario como ambiental, que esto representa, ni en los
constantes e interminables gastos de mantenimiento que generan
los sistemas electromecánicos.

Ejemplo de este problema son los grandes
acristalamientos tipo invernadero en edificios ubicados en
lugares calidos, que tienen que ser enfriados, en forma
permanente, con aire acondicionado, lo que ocasiona un enorme
consumo energético. Es necesario aprender a ver la
arquitectura no solo como muros, fachadas o la cubierta, sino
también considerar el espacio vital que fluye a
través de ellos y a su alrededor, para habitarla no basta
que sea sólida y económica, debe ser saludable y
agradable, responder al clima y sintetizar la experiencia
constructiva de las generaciones que precedieron a la
actual.

El
viento

La acción del sol y el movimiento de
rotación terrestre dan lugar a la presencia del viento en
la tierra. El viento es aire en movimiento que se genera por las
diferencias de presión y de temperatura
atmosféricas, que son causadas por un calentamiento no
uniforme de la superficie terrestre, ya que mientras el sol
calienta aire, agua y tierra de un lado del planeta, el otro lado
se enfría a causa de la radiación nocturna hacia el
espacio. Este calentamiento desigual de la atmósfera
origina movimientos de aire compensatorios que tienden a reducir
la diferencia horizontal de temperatura.

El confort es el parámetro mas importante dentro
del diseño arquitectónico bioclimático cuyo
objetivo primordial es el lograr bienestar físico y
psicológico es el objetivo primordial al diseñar y
construir cualquier espacio.

Diseño
arquitectónico basado en la ventilación
natural

Par el diseño de un sistema de ventilación
natural son muchas las variables que se deben considerar en el
patrón del flujo de aire dentro de una habitación y
en los efectos que este movimiento del aire causa sobre los
habitantes en términos de confort. Las variables primarias
que se deben considerar para un diseño de
ventilación natural, son inherentes al viento:

* Velocidad

* Dirección

* Frecuencia

* Turbulencia

LA TEMPERAURA

LA HUMEDAD

LA LLUVIA

LA PRESIÓN

LA RADIACION SOLAR

Estas deben de ser obtenidas de una o varias estaciones
metereológicas, cuyas bases de datos deben de estar
disponibles para los profesionistas de la construcción,
llámese Arquitecto, Diseñador Urbano o Ingeniero
Civil.

Las variables mencionadas deben analizarse sobre el
sitio preciso de diseño, tomando en cuenta sus cambios
diarios (horarios) y estaciónales (mensuales) ya que las
variables climatológicas predominantes, generales y
regionales, comúnmente se alteran a causa de las
características locales, de topografía,
vegetación y construcciones cercanas al
terreno.

Así mismo se debe considerar todas las variables
arquitectónicas y constructivas, en referencia a los
movimientos de los vientos, lo que dará como resultado una
adecuada planeación o proyección
arquitectónica para optimizar aspectos como:

*Forma y dimensión del edificio

*Orientación con respecto al viento

*Localización y tamaño de las aberturas de
entrada y salida de aire

*Tipo de ventanas y sus accesorios

*Elementos arquitectónicos exteriores e
interiores.

Cada uno de estos aspectos causa un efecto en el flujo
del aire alrededor del edificio, pero enfocándose a las
características resultantes del movimiento de aire en el
interior del espacio resultará una aclimatación
adecuada.

Antecedentes en la utilización del
viento.

El movimiento continuo del aire es una necesidad vital
para la sobrevivencia del hombre; al mismo tiempo es una
necesidad primaria para el bienestar térmico o confort
ambiental de los usuarios de un espacio. El viento es uno de los
elementos climáticos más importantes, pues la
dispersión del aire contaminado y el confort humano
dependen enormemente de un manejo adecuado.

En la arquitectura el control adecuado del viento tiene
una gran importancia, ya que determina los niveles de bienestar
de los usuarios en su hábitat, y sobre todo la salud de
los mismos. Se puede resumir la acción de la
ventilación en distintas funciones: la primera, de
carácter prioritario, es la de mantener la calidad del
aire sobre niveles aceptables, reemplazando el aire interior,
viciado por aire exterior fresco. La segunda es la de
proporcionar confort natural biotérmico, al incrementar
las perdidas del calor del cuerpo y prevenir la falta de confort
por la acumulación de humedad en la piel.

El Viento como concepto de diseño, algunos
ejemplos

Richard Rogers es uno de los arquitectos que han tratado
de utilizar la ventilación natural y ventilación
forzada de manera importante en sus proyectos. Un ejemplo de ello
es su edificio en Tokio «Torre Turbina». Su
diseño es capaz de generar suficiente energía por
sí mismo. Pruebas en túnel de viento analizan las
condiciones de los vientos urbanos locales. El edificio muestra
flexibilidad para aprovechar la variabilidad de los vientos de
Tokio.

El concepto del edificio es muy similar a los malgafs o
torres eólicas del Medio Oriente. El edificio cuenta con
captadores de viento, los cuales canalizan al aire a
través de ductos subterráneos a un intercambiador
de calor por medio de agua fría. Este aire acondicionado
de manera natural, es inyectado a los distintos espacios y
niveles del edificio. Posteriormente, el aire caliente, generado
en los espacios, es succionado por una gran torre que aprovecha
las diferencias térmicas por efecto Stack, las cuales son
incrementadas por captadores solares en la parte superior.
Además de su diseño aerodinámico, el
edificio cuenta con una doble fachada ventilada que controla las
posibles ganancias solares directas.

Lógicamente para hacer estos proyectos fueron de
gran importancia los datos proporcionados por estaciones
metereológicas, las cuales proporcionaron los datos
necesarios de la velocidad, dirección, frecuencia y
turbulencia de los vientos, así como sus cambios diarios,
estaciónales, los vientos predominantes, generales y
regionales, que registrados y analizados estadísticamente
hicieron posible el desarrollo de los proyectos
arquitectónicos mencionados.

Arquitectura
Bioclimática Contemporánea

En la actualidad la arquitectura bioclimática en
el mundo se está dando de manera amplia tanto en edificios
habitacionales y viviendas, como en edificios públicos.
Dos aspectos son abordados de manera importante: La
climatización natural y la iluminación. En los
proyectos de vivienda son mas marcados los aspectos de
climatización, incluyendo el control solar,
ventilación natural y uso de materiales. Mientras que en
los edificios públicos, adicionalmente, se hace mucho
énfasis en la ventilación e iluminación
naturales.

Uno de los problemas que presentaban los edificios altos
era el de no poder ventilarse naturalmente, sin embargo en la
actualidad se han desarrollado dispositivos que permiten la
ventilación natural en grandes alturas. Esto ha sido un
desarrollo muy importante ya que estos edificios no dependen de
la climatización artificial para su buen
funcionamiento.

Objetivo General;

Desarrollo de una base de datos que maneje las variables
climatológicas, con la reutilización de estaciones
metereológicas existentes y proporcionar los datos diarios
y estaciónales de los cambios a través de un sitio
en Internet.

Objetivos Particulares;

• 1) Elaboración de un diagnóstico
  preliminar, mediante un método simplificado, que
  permita estimar el estado y localización de las
  estaciones metereológicas.

• 2) Establecer el plan de acción para la
  recuperación de las estaciones.

• 3) Determinar los puntos geográficos
  para el emplazamiento funcional de las estaciones.

• 4) Elaboración de la base de datos y su
  protección estrategias de
  protección.

• 5) Elaboración del sitio Web para la
  divulgación de los datos obtenidos.

ANTECEDENTES

La BUAP atraves de la Facultad de Arquitectura tiene un
proyecto llamado "CLIMA Y URBANIZACIÓN EN EL VALLE DE
PUEBLA" que desde el 2008 inicia con la finalidad de estudiar
el efecto que tiene el proceso de urbanización sobre el
clima del Valle de Puebla y para esto se cuenta con 14 estaciones
meteorológias Ventage Pro y una tipo Cambell como
estación central.

Para obtener los datos de las variables
climatólogicas se tienen la infraestructura existente de
14 estaciones con los siguientes problemas : 1 tiene datos de
noviembre del 2008, 5 de enero del 2011, 1 sin datos, 5 que no
presentan la página y solamente 2 con los datos
actualizados, esto en parte porque 5 estaciones se encuentran
localizadas en domicilio particulares, y es obvio el
desinterés o falta de compromiso, como en el caso de las
otras 5 que se encuentran en dependencias públicas, y las
dos únicas que funcionan se sobre entiende que hay
dedicación y conocimiento de causa de que los resultados
que presentan serán utilizados para el proyecto en el que
están involucrados.

Con la rehabilitación de estas 14 estaciones se
puede establecer la re-monitorización con la
concentración de las variables climatológicas,
permitirá proporcionar los datos necesarios para el
desarrollo de proyectos de Arquitectura sustentable, a
través de una página Web.

Metas compromiso:

El presente proyecto es un trabajo de
meteorología aplicada que permitirá:

• Fortalecer el perfil deseable de los participantes,
  ya que con la información generada se podrá
  integrar a La Organización Mundial de la
  Meteorología.

• Avanzar en la consolidación de la
  aplicación de los conceptos climáticos y
  meteorológicos que fortalecerá el trabajo
  interdisciplinario en el desarrollo del diseño
  arquitectónico y urbanístico
  sustentable.

• Capacitar a estudiantes en valoración
  eólica, ya sea por medio de trabajo de campo o a
  posteriori en la aplicación y generación de
  modelos de simulación de la acción del viento
  sobre espacios arquitectónicos, a fin de incorporar
  aspectos de sustentabilidad ambiental a edificaciones, ahorro
  de energía y propiciar una climatización
  natural, estas actividades permitirán la
  inclusión de 3 estudiantes; 1 de geofísica, 1
  de arquitectura y 1 de Ing. Civil.

Metodología:

El trabajo a desarrollar requerirá el recopilar
la información histórica pertinente (estudios y
datos climáticos y meteorológicos de 10 años
a la fecha mínimo). Una vez recopilada la
información histórica se procederá a
reinterpretar y adaptar la información a los objetivos del
proyecto, lo cual permitirá establecer la base de datos
inicial.

La información obtenida de las estaciones
meteorológicas se concentrará en la base de datos,
para ser sistematizada en base al objetivo del proyecto, y
publicada en el sitio Web que permitirá su análisis
y aplicación para los proyectos sustentables de las
áreas de arquitectura, diseño urbano.

Propuesta

En base a los antecedentes mencionados y la necesidad de
datos meteorológicos y en particular de los del viento,
(velocidad, dirección, frecuencia y turbulencia), se
propone las siguientes acciones.

1.- Localización y revisión de las
estaciones meteorológicas.

2.- Recopilación de los datos históricos
para su reelaboración y adaptación en una base de
datos.

3.- Proporcionar resultados del análisis y datos
de las estaciones funcionales y elaborar el plan de acción
para el restablecimiento de los puntos geográficos
idóneos para el emplazamiento de las estaciones
meteorológicas.

4.- Recuperación, en su caso, de los equipos para
su reubicación y firma del convenio correspondiente con
cada uno de los responsables. Si fuera necesario
reparación y ajuste de las estaciones.

5.- Capacitación de los responsables de las
estaciones para mantenerlas en operación, elaborar un
manual de operación y directorio para establecer los
contactos necesarios.

6.- Adaptación del Software necesario para
redireccionar la obtención de los datos
programados.

7.- Elaboración de la base de datos y el Sitio
Web en donde se pondrán a la disposición la
información para su consulta bajo los criterios y normas
que se establezcan.

8.- Trabajar los datos del viento bajo los requisitos de
las variables geofísicas de observación del Ciclo,
Puntualidad y Exactitud.

9.- Subir los datos a la Red Mundial de
Meteorología en acuerdo a las normas y criterios
establecidos.

10.-Aplicación y generación de modelos de
simulación de la acción del viento sobre espacios
arquitectónicos, a fin de incorporar aspectos de
sustentabilidad ambiental a edificaciones, ahorro de
energía y propiciar una climatización natural en
conjunto con el cuerpo académico interesado en
ello.

El trabajo a desarrollarse en la primera etapa
permitirá establecer una metodología que sea
fácilmente reproducible en la administración de la
base de datos e incorporar la información en el modelado
de la arquitectura sustentable.

Bibliografía

Olgyay, Víctor. (1998). Arquitectura y clima.
Manual de diseño bioclimático para arquitectos y
urbanistas. Edit. Gustavo Gili, Barcelona.

Javier Neila González, F. (2004) Arquitectura
bioclimática en un entorno sostenible. Edit.
Munilla-Lería, Madrid.

García Chávez, José R. 1995.
Viento y Arquitectura. Ed. Trillas.

Serra, Rafael. 1999. Arquitectura y Clima.
Gustavo Gili, Barcelona.

Edwards Brian. 2005. Guía básica de la
sostenibilidad. Ed. G.Gili.

Autor:

Lic. Daniel Apolos Flores Salazar

LABORATORIO DE TOPOGRAFÍA Y GEOFÍSICA.
FACULTAD DE INGENIERIA BUAP