P r e s e n t a c i ó
El bioclimatismo como tendencia en edificios singulares
Jornadas sobre Municipio y Cambio Climático
www.icerda.es
17 de Junio de 2009
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Introducción
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Índice
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Bioclimatismo en el clima Mediterráneo
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Cuál es el peso del sector de la Edificación en el consumo de energía?
Electricidad Gas
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Estrategias para la mimización del consumo energético
Menor Impacto
Ambiental.
+
Menores costes
energéticos.
Qué se entiende por bioclimatismo?
El bioclimatismo, es el resultado del diseño que tiene como objetivo conseguir el confort del usuario mediante
el control de los flujos energéticos y materiales del edificio, de modo que se minimice la aportación externa de
energía y logrando una adaptación del edificio a las condiciones climáticas del lugar.
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Cuál es el objetivo de la presente exposición?
El objetivo de las siguiente exposición se centra en la aplicación de conceptos bioclimáticos en los edificios
singulares y en como estos pueden actuar como creadores de tendencia.
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Introducción
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Índice
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Bioclimatismo en el clima Mediterráneo
Introducción
Parque de la Ciencia ,Gelsenkirchen. 1995, Kiessler + Partners (Alemania).
El Parque de la Ciencia es un edificio de oficinas, dotado de centros comerciales y restaurantes. •Zona de clima continental. •Incorpora paneles fotovoltaicos en la cubierta. •Incorpora un sistema de gestión global de la energía, encargado de buscar la configuración óptima en cada momento. Este sistema incluye: •Control del sistema de climatización. •Control de la ventilación natural y/o forzada. •Control de la iluminación natural y/o artificial. •El edificio dispone de comportamientos distintos entre la noche y el día, y también a lo largo del año.
•En verano las persianas se activan e impiden la entrada de calor por radiación solar y se refrigera el edifico mediante una instalación de refrigeración por suelo radiante.
•Durante la noche de verano se potencia la ventilación para refrigerar el edificio. (Gestión de la inercia térmica).
•Durante el invierno se potencia la entrada de radiación solar y dispone de un sistema de calefacción por suelo radiante.
•El atrio actúa como un amortiguador térmico, homogeneizando la temperatura interior. 1. Cristal aislante del calor 2. Zona amortiguación 3. Aumento calor solar 4. Calefacción suelo radiante 5. Fotovoltaica 6. Radiador 7. Protección externa del sol 8. Salida del aire 9. Entrada del aire 10. Galería 11. Oficinas
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Introducción
Greenwich Peninsula, Chetwood Associates. 1999 London (UK).
Supermercado de la cadena Salisbury. Especialmente diseñado para lograr una mayor eficiencia energética. Consigue reducir al 50% el consumo de energía respecto a otro supermercado de características similares. •Situado en una zona de clima Oceánico. •Orientación norte de la iluminación natural mediante lucernarios, dotados de un sistema de lamas controlado automáticamente. •Impulsión del aire de aportación pre‐calentado o pre‐enfriado a través del suelo. Potenciando así el efecto de la convección natural. •Edificio semi–enterrado, logrando así un gran aislamiento térmico. •Incorpora un sistema de cogeneración.
•Sistema de refrigeración por pérdida separada, utilizando agua de un acuífero cercano.
•Uso de energías renovables, aunque el porcentaje de la demanda total de energía aportado por fuentes renovables es pequeño. Dispone de las siguientes instalaciones :
•Dos pequeños aerogeneradores, que almacenan la energía en baterías. •Paneles fotovoltaicos.
Introducción
Dolce Vita, RKTL. 2008, Lisboa ( Portugal).
2. Benchmarking
Centro comercial, situado en Lisboa. Edificio de una tipología y uso parecidos al de una terminal y ubicado en un emplazamiento de clima atlántico.
Destaca por la búsqueda de la máxima iluminación natural y una minimización de las cargas de climatización necesarias. •Sistema de refirgereración por suelo radiante, en combinación con difusores de aire situados en el suelo. Potenciando de este modo la circulación del aire por convección natural. •Búsqueda de la ventilación transversal mediante el control de los cerramientos verticales.
•Búsqueda de la máxima iluminación natural, utilizando lucernarios en la cubierta. Los lucernarios se encuentran orientados al norte y realizados con cristales dotados de filtros de radiacion UV.
•Ubicación de zonas verdes para facilitar el control de la humedad y potenciar la refrigeración por pérdida separada .
Se han realizado simulaciones numéricas del comportamiento térmico y lumínico del edifico, teniendo en cuenta estos aspectos des de la fase de diseño. •Simulaciones difusión del aire (CFD): Gambin y Fluent •Simulaciones iluminación natural: Radiance •Simulaciones comportamiento térmico: Trnsys Img. 2.2 Simulación difusion de aire Fuente: Transsolar Thermal Engineering. Img. 2.1 Simulación iluminación natural Fuente: Transsolar Thermal Engineering.
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2. Benchmarking
KO‐LEE Institute of Sustainable Environments. MCA, 2006 Ningbo (China).
•Ubicado en una zona de clima subtropical. •El comportamiento del edificio varia a lo largo del año y en función de las condiciones del entorno. •Potencia la iluminación y la ventilación natural. •Utiliza la energía geotérmica como fuente de calefacción durante el invierno. •Dispone de energía solar fotovoltaica, de energía solar térmica y de aerogeneradores. •Aprovecha el agua de la laguna como fuente de refrigeración en verano. •Se encuentra semi‐enterrado aumentando su inercia térmica. •Diseñado como un gran lucernario que distribuye la iluminación natural a lo largo de las distintas plantas del edificio.Edificio del instituto de investigación y difusión de las energías renovables, situado en el campus universitario de Ningbo. Distrito de Zhijiang (China).
Diseñado con la finalidad de mostrar el estado actual de la tecnología dentro de la construcción bioclimática.
2. Benchmarking
Queen Alia International Airport. Foster & Partners. 2005, Ammán (Jordania).
Aeropuerto internacional, situado en Aman (Jordania). En una zona de clima de transición entre clima mediterráneo y clima desértico. Un ejemplo claro de terminal sometida a grandes requerimientos térmicos, tanto de climatización como de refrigeración. Destaca des del punto de vista energético especialmente por su arquitectura bioclimática. •Búsqueda de la iluminación natural, evitando la radiación directa y la correspondiente carga energética. •Conjunto de elementos de la cubierta de gran inercia térmica. •Incorpora placas fotovoltaicas en la cubierta.
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Introducción
Estación de Ferrocarriles de Melbourne. Ganadora del premio Lubetkin. Situada en Melbourne en una zona con clima Mediterráneo. La geometría de la cubierta buscando grandes lucernarios es similar a la utilizada en la T‐4 del Aeropuerto de Barajas (Madrid). •Cubierta ondulada en búsqueda de la iluminación natural utilizando grandes lucernarios orientados al norte. •Potencia la ventilación natural del edifico, utilizando la geometría de la cubierta para incrementar el efecto chimenea.
•La cubierta esta realizada en aluminio, reflejando gran parte de la radiación solar incidente y reduciendo así las cargas térmicas por radiación solar directa del edificio.
2. Benchmarking
Introducción
2. Benchmarking
CH2, Arata Isozaki. 2006, Melbourne (Australia).
Edificio de oficinas para el Ayuntamiento de Melbourne. Diseñado para actuar como referente dentro del campo de la arquitectura bioclimática.
El edifico se encuentra dentro de una zona de clima Mediterráneo, y a consecuencia de su uso dispone de un elevado número de cargas internas. Por este motivo el principal requerimiento bioclimático es el control del clima, concretamente la refrigeración del edificio. •Control de la iluminación natural i de las zonas sombrías. •Búsqueda de la calidad del aire. •Potenciación de la ventilación natural y minimización necesidades climatización. •Permeabilidad de las fachadas es variable. •Generación de energía mediante co‐generación y celdas fotovoltaicas. •Ubicado en una zona de clima Mediterráneo.
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Introducción
Beijing Airport. Foster & Partners 2008, Beijing (China).
Terminal del Aeropuerto de Beijing. Destaca por ser una de las mayores terminales del mundo, se ha diseñado potenciado la eficiencia energética.
•Situada en entorno de clima continental
•Búsqueda de la iluminación natural mediante lucernarios.
•Utilización de grandes superficies acristaladas protegidas mediante sistemas de lamas y viseras. Búsqueda del control de la permeabilidad de la fachada.
•Incorpora un sistema inteligente e integrado de control ambiental.
•La geometría de la cubierta se ha diseñado buscando la mínima pérdida de calor en invierno y maximizando la difusión de calor en verano.
Introducción
Spaceport America. Foster & Partners /SMPC Architects. 2007, New Mexico (U.S.A).
Puerto de aterrizaje para naves espaciales. Debido a su ubicación en una zona de clima desértico, requiere un especial esfuerzo en el diseño del edificio.
• Búsqueda de la iluminación natural mediante lucernarios, que en función de la radiación incidente varían su permeabilidad.
• Situada en entorno de clima desértico, se ha buscado un gran aislamiento térmico del edificio construyéndolo en su mayor parte semi‐soterrado. • Utilización de grandes superficies acristaladas, protegidas por viseras. • Potenciación de la ventilación natural. • Refrigeración y calefacción por suelo radiante • Incorporación de paneles fotovoltaicos. • Refrigeración del aire de aportación
2. Benchmarking
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The dynamic tower. 2007, David Fischer. Dubai (2010).
Edificio de uso residencial, ubicado en una zona de clima árido.
Primer edificio del mundo que presenta una geometría variable:
•Cada vivienda de planta circular puede girar entorno a un eje vertical a voluntad de cada propietario.
•Permite un seguimiento de la luz solar de la vivienda a lo largo del día y del año.
•Genera electricidad mediante turbinas eólicas horizontales ubicadas entre planta y planta.
•Dispone de paneles fotovoltaicos integrados en su fachada.
•Los costes de tiempo, energía y materiales de su construcción son notablemente inferiores, en comparación con edificios similares.
•Se estima que puede llegar a abastecerse de energía.
Alga Unicelular Ceratium_Hirundinella.
Tendencias actuales en la búsqueda de una Arquitectura bioclimática.
Se observa una tendencia hacia un comportamiento dinámico del edificio, respondiendo al entorno. Se minimiza la demanda de energía exterior buscando un diseño bioclimático de la Arquitectura y se integran sistemas de producción de la energía requerida por el propio metabolismo del edificio . • Potenciación de la Iluminación natural y minimización de las ganancias térmicas. • Capacidad de autoabastecerse parcial o totalmente de la energía requerida.21
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Introducción
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Índice
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Bioclimatismo en el clima Mediterráneo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 - 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 MWh Mes Calefacción Free-Cooling Refrigeración Ganancias internas Ganancias solares • La demanda de calefacción es despreciable respecto a las ganancias solares. Mayoritariamente sólo se requiere calefactar el edificio en invierno y en ausencia de radiación solar. • Las ganancias solares son importantes a lo largo de todo el año. • Es viable la utilización de free‐cooling durante las estaciones temperadas (Primavera‐Otoño). • La mayor demanda de energía se concentra en la refrigeración de la terminal en verano.
Características propias del clima Mediterráneo.
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Introducción
Comportamiento dinámico: Enfriamiento convectivo.
CH2, Arata Isozaki . 2006 Melbourne.
Enfriamiento convectivo
Refrigeración de los elementos con mayor inercia térmica y ubicación de los mismos en las zonas superiores.
Al encontrarse los focos de generación de calor en la zona inferior, se potencian las corrientes convectivas y el aire frío se desplaza hacia la zona del usuario.
Ese efecto se potencia si se complementa con una aportación de aire frío, mediante difusores ubicados en el suelo.
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Introducción
Comportamiento dinámico: Night Purge (Refrigeración nocturna).
Night purge
Gestión de la inercia térmica del edificio: refrigeración del edificio durante la noche, reduciendo así su calentamiento durante el día.
La ubicación de la terminal sud en el Delta del Llobregat, favorece especialmente esta gestión de la inercia. Ya que permite aprovechar las corrientes de aire naturales que genera la propia inercia térmica del mar.
Control automatizado que permite que el edificio se enfríe hasta su punto óptimo, evitando así un enfriamiento excesivo.
De este modo se minimizan las necesidades de climatización durante las primeras horas del día.
Introducción
Envolvente permeable: Potenciación de la ventilación natural.
Ventilación horizontal
Búsqueda de ventilación cruzada entre fachadas opuestas, de este modo se potencia el gradiente térmico entre fachadas.
Control automatizado de la permeabilidad del edificio. Control de la obertura de los cerramientos de la terminal en función de las necesidades de ventilación.
Ventilación vertical
Crear espacios que permitan la circulación vertical del aire interno. (Escaleras, dobles alturas,…).
Impulsión forzada del aire de aportación y extracción por efecto chimenea. Posibilidad de complementar el efecto de la succión del aire con chimeneas solares y/o con pequeñas turbinas accionadas por el viento.
Distribución del aire de aportación por el nivel inferior, mediante difusores. De este modo se potencia la convección natural.
(Ver Imagen 3.6)
CH2, Arata Isozaki . 2006 Melbourne.
Chimenea Solar.
Ventilacion Cruzada. Parque de la Ciencia Gelsenkirchen. 1995, Kiessler + Partners (Alemania). Ventilación natural, homogenización de la temperatura y aumento confort térmico, mediante dobles alturas.
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Introducción
Envolvente permeable: Refrigeración por pérdida separada
Pérdida separada
Generalmente la refrigeración por pérdida separada, consiste en forzar la circulación del aire a través de una zona con una elevada humedad. De modo que el agua absorba el calor del aire ambiente, transformándolo en calor latente. Se puede realizar mediante zonas verdes o laminas de agua.
Es importante controlar la humedad relativa del ambiente, para evitar efectos no deseados.
Es posible alimentar parciamente estas zonas húmedas mediante la recirculación de los condensados que se recojan en los equipos de clima.
La ubicación de la terminal en un delta implica la proximidad de lagunas y un nivel freático elevado, aumentando así las posibilidades de utilizar la refrigeración por pérdida separada.
También se puede realizar la refrigeración por pérdida separada utilizando un volumen de tierra subterráneo, dónde circula el aire de aportación.
Rafael Moneo, 1992. estación Atocha, Madrid.
Alhambra. Granada. S XIV.
• Cristales tratados con filtros para radiación ultraviolada, permiten la entrada de luz natural y reflejan la mayor parte del calor.
• Posibilidad de automatizar la inclinación de las lamas, controlando así la radiación incidente sobre la superficie acristalada.
• Posibilidad de automatizar el grado de obertura de los lucernarios.
• Utilización de viseras en las zonas acristaladas, de este modo se potencia la entrada de radiación directa en invierno y se minimiza su entrada en verano. • Utilización de revestimientos con materiales reflejantes de radiación y/o paneles fotovoltaicos en la cubierta. De este modo se minimizan las ganancias térmicas a través de la cubierta. Posibilidad de utilizar pérgolas en zonas auxiliares de la cubierta.
Introducción
Control de la Radiación solar: Minimización Ganancia Solar
Control de la radiación solar Aeropuerto de Beijing. Integración viseras y lamas. Fuente: Foster & Partners Control grado de obertura de los lucernarios. Spaceport America. Fuente: Foster & Partners29
Búsqueda de una intensidad lumínica i una uniformidad adecuadas, potenciando la entrada de radiación difusa.
• Cristales con tratamientos superficiales que reducen su reflectividad, evitando así el efecto de deslumbramientos.
• Utilización de lucernarios en las cubiertas.
• Potenciar la orientación norte de las superficies verticales que estén acristaladas.
•Uso de sistemas para la conducción de la luz natural :
• Light Shelves horizontales:
•Permite la entrada de radiación directa en invierno e impide su entrada en verano.
•No requiere de espacio en cubierta. •Orientadas en dirección sur.
•Permite iluminar zonas próximas a los cerramientos exteriores. • Light Shelves Verticales : •Gran integración arquitectónica. •Necesidad de espacio en cubierta. •Orientación de 360º. •Permite iluminar zonas alejadas de fachada.
Introducción
Control de la Radiación solar: Potenciación Iluminación natural
Light Shelve horizontal Light Shelve vertical. Fuente: Solatube ®Numància, 185 08034 Barcelona Tel 93 280 23 23 Fax 93 280 11 66 Diego de León, 30 28006 Madrid Tel 91 563 95 72
