ARQUITECTURA BIOAMBIENTAL

CLIMA

Para comenzar con el desarrollo de un proceso de diseño acorde con las características zonales resulta imprescindible conocer las condiciones climáticas imperantes en el lugar.

Aplicando el sentido común y sin conocer a fondo las condiciones climáticas veremos que no resulta igual diseñar un edificio para un clima cálido - húmedo que para un clima frío y ventoso debido a que las condicionantes climáticas resultan totalmente diferentes, y por lo tanto, las estrategias de diseño a aplicar para obtener confort partiendo de estas condiciones, necesariamente deben ser diferentes. Sin embargo algo que parece tan obvio no siempre resulta así y es por eso que se encuentran edificios que, por una mala elección de los materiales o un equivocado proceso de diseño, potencian esas condiciones climáticas que justamente necesitamos modificar para obtener interiores confortables.

Conocido es el caso de un edificio donde, durante el invierno, estudiar arquitectura es "helarte por el arte", siendo el clima interior como el hormigón que constituye su estructura "armado, frío y duro"

Ciertos elementos de la naturaleza y algunos artificiales, poseen gran influencia sobre el clima local. La cercanía a grandes conglomerados urbanos, a grandes masas de agua (mar, lagos, o ríos caudalosos), a cadenas montañosas, o la altitud respecto al nivel del mar, modifican las condiciones locales favoreciendo microclimas que difieren notablemente de lo que sucede a pocos kilómetros de distancia.

Es así como conocer los valores de temperatura ambiente (máximos y mínimos), la amplitud térmica, la dirección y velocidad del viento o el nivel de las precipitaciones resulta necesario para desarrollar pautas que guíen todo el proceso de diseño a partir del conocimiento de la relación existente entre estas variables climáticas y las condiciones fisiológicas  del hombre para obtener confort y bienestar la mayor parte del año.

Este análisis climático se debe realizar a partir del estudio de estadísticas meteorológicas que brindan valores promedio de mediciones realizadas en períodos generalmente de diez años.(En el libro Excel que acompaña esta clase se realiza el análisis climático y se generan en forma automática los diferentes gráficos que se muestran en esta clase)

Naturalmente cuanto más importante es la estación meteorológica que registra los datos más exactos serán estos valores. Por lo tanto el hecho de poder contar con estos datos resultará mejor que actuar intuitivamente.

En estas estadísticas generalmente se registran

1      Temperaturas máximas y mínimas absolutas: representan sólo una medición por mes de las registradas en todo el período de medición. Si bien este dato no es significativo para el diseño, lo puede ser para adoptar materiales que no sufran cambios químicos o físicos a estas temperaturas.

2     Temperatura máxima: indica el valor promedio de todas las temperaturas máximas mensuales registradas en las mediciones realizadas. Representa un valor típico que se obtiene alrededor de las 14 hs.

3      Temperatura mínima: indica el valor promedio de todas las temperaturas mínimas mensuales registradas en las mediciones realizadas. Representa un valor típico que se obtiene antes de la salida del sol

4      Temperatura media: es el valor promedio de todas las mediciones realizadas para el mes

5      Amplitud térmica: es la diferencia entre las temperaturas máximas y mínimas. En climas marítimos y en climas fríos tienen valores promedio bajos de menos de 10°C, en cambio en los climas secos, con baja humedad relativa y poca nubosidad, esta diferencia diaria puede llegar por encima de los 16°C

6      Amplitud térmica absoluta: es la diferencia entre las temperaturas máximas y mínimas absolutas, y si bien no es un dato significativo desde el punto de vista del diseño lo puede ser cuando se tienen en cuenta fenómenos de dilatación de materiales.

7      Humedad relativa: es la cantidad de vapor de agua que contiene el aire como proporción de la máxima cantidad de vapor (saturación) que puede contener con las mismas condiciones de  temperatura y presión

8      Precipitación: representa la cantidad de agua caída en los diferentes estados (lluvia, nieve o granizo) Es un dato importante para determinar las condiciones de crecimiento de plantas (menos de 500 mm anuales resulta insuficiente para el crecimiento natural) y para el diseño morfológico (no estructural) de las cubiertas y desagües

Fig. 1: Representación gráfica de los datos estadísticos de temperatura (Estación Chilecito - La Rioja - Argentina)

Fig. 2: Representación gráfica de la evolución de la humedad relativa (Estación Chilecito - La Rioja - Argentina)

Otros datos complementarios

Adicionalmente a los datos básicos descriptos mas arriba, las estadísticas de las mediciones registradas por la estación meteorológica puede aportar datos sobre: heliofanía, nubosidad, dirección y velocidad del viento, etc.

1      Heliofanía relativa: es el número de horas de sol directo como proporción del máximo número de horas de sol posible para el mes y la latitud.

2      Nubosidad: Se mide en octavos por observación directa, e indica la proporción de la bóveda celeste que se encuentra cubierta por nubes como promedio mensual de todas las mediciones.

3      Días con cielo claro o nublado: indica el número de días del mes con nubosidad por debajo de los 2/8 para cielo claro y superior a los 6/8 para nublado.

Estos últimos tres datos son importantes para el diseño de sistemas solares

5      Velocidad de viento: indicado en km./h como promedio de las mediciones realizadas

En el libro Excel "Análisis Meteorológico" que acompaña esta clase se muestran los datos estadísticos de clima y viento para la localidad del ejemplo.

Fig.  5 Representación gráfica de las frecuencias desde donde sopla el viento (Localidad Chilecito - La Rioja - Argentina

Para efectuar el análisis de los datos de humedad relativa máximos y mínimos resulta necesario realizar un paso intermedio debido a que generalmente se publican los datos de humedad relativa promedio que corresponden a la temperatura promedio del mes.

Para la obtención entonces de los datos buscados será necesario recurrir a un diagrama psicrométrico.

Asumiendo que la cantidad de vapor de agua se mantiene constante a lo largo del día, y conociendo los valores de temperatura y humedad media mensuales y de temperaturas máximas y mínimas podremos obtener los valores buscados.

Fig. 6 Obtención de los valores de humedad relativa máximos y mínimos en función de los valores de humedad relativa media y temperatura máxima y mínima

El procedimiento utilizado en el grafico 6 es el siguiente:

Punto 1: Valores de temperatura media humedad relativa media, en este caso 22 °C, 60% HR

Punto 2: Asumiendo que el valor de la humedad absoluta se mantienen constante se traza una paralela al eje x hasta interceptar el valor de correspondiente a la temperatura máxima, en este caso 26.6 °C, obteniéndose de las curvas un valor de HR mínima de 45.6%

Punto 3: Igual procedimiento que el punto 2 para obtener el valor de HR máxima, en este caso 79.8% que corresponde al valor de temperatura mínima 17.4°C

Contando con los datos estadísticos, también resulta posible obtener los valores de Humedad relativa máximos y mínimos a partir de la ecuación de la curva de presión de vapor aire saturado.

es = 6.11 x exp (17.27 x T / (273.3+T)

Donde:

es = Presión de vapor de aire saturado para la temperatura T
T = Temperatura en °C

Esta ecuación corresponde a la curva que representa el 100% de humedad relativa (curva de saturación) en el diagrama psicrométrico

Los datos de humedad relativa máximos y mínimos que figuran en la planilla “Datos” (solapa color ) del libro Excel adjunto a esta clase, están obtenidos a partir de este método.

Otros datos de importancia a obtener son los relacionados con la ubicación geográfica: latitud, longitud y altitud. Los dos primeros se relacionan con la trayectoria relativa del sol (y su impacto sobre el edificio), en cambio el último tiene gran influencia sobre las temperaturas, que disminuyen con la altura, y la intensidad de la radiación solar que aumenta cuando nos elevamos.

Los datos de las diferentes variables meteorológicas se obtienen a partir de registros efectuados en las estaciones meteorológicas por medio de diferentes instrumentos.

En general las observaciones se realizan en cuatro momentos del día denominados “Horas sinópticas principales” y que son 02, 08,14 y 20 Hs correspondientes a un huso horario determinado por el servicio meteorológico local.

Además del registro en estas cuatro horas principales, existen estaciones automáticas con registro las 24 Hs, estaciones cuyo plan de registro no incluye la observación a la hora 02 y estaciones cuyo registro se realiza una vez por día.

Resulta obvio que a medida que se efectúen mayor cantidad de registros mas exacta será la caracterización del clima local, aunque en general -para los fines que realizaremos este análisis- siempre se obtiene una muy buena aproximación independientemente del numero de registros.

Como se dijo anteriormente ciertas características locales modifican las condiciones climáticas generando microclimas, además, los datos meteorológicos, son tomados generalmente en lugares abiertos como por ejemplo aeropuertos y no reflejan la influencia de los edificios y el transporte en grandes centros urbanos. Por ejemplo la dirección y velocidad del viento se registra a 10 m de altura a campo abierto para evitar la influencia de la rugosidad del terreno.

Por lo tanto se deben efectuar correcciones que afectan a los datos obtenidos para reflejar las condiciones microclimáticas.

Las tablas siguientes muestran la variación de los indicadores climáticos en relación con diversos factores debidos al entorno en el cual se construirá la vivienda.

Tabla 1 Variaciones indicativas de clima en grandes ciudades

Tabla 2 Variaciones indicativas de climas entre localidades ubicadas sobre la costa y a 10 km. de distancia

Tabla 3 Variaciones significativas del clima según altura

Tabla 4 Variación de la velocidad del viento según rugosidad del suelo y altura
Base = 100 registrada en campo abierto a 10 m de altura
Fuente: Diseño Bioambiental y Arquitectura Solar - Evans -de Schiller - Eudeba

Si pretendemos dar una respuesta al clima local a través de la arquitectura, resulta imprescindible conocer cuales son las variables climáticas que influyen directamente sobre el entorno inmediato.

Este conocimiento no se debe limitar al conocimiento subjetivo que nosotros mismos podamos tener de la región en estudio. El hecho de poder contar con datos estadísticos registrados durante una serie amplia de años nos permitirá determinar cuales son los fenómenos climáticos presentes en la región.

Pero tampoco resulta imprescindible contar con los datos para la ciudad en la cual nos encontremos trabajando y a veces estos datos no se encuentran disponibles, de hecho la inversión que significaría contar con instrumental y personal para el registro de variables climáticas en cada ciudad del país resulta inimaginable y muchas veces inalcanzable para la realidad Latinoamericana.

En general las estaciones meteorológicas se distribuyen de forma tal de contar con datos estadísticos para la totalidad de las regiones climáticas en que se encuentra dividido un país. Por eso siempre se encontrarán datos estadísticos para una estación meteorológica cercana donde las condiciones orográficas no varíen significativamente en relación a la zona donde nos encontremos trabajando.

El conocimiento que podamos adquirir a través de una interpretación del análisis meteorológico realizado se debe completar, siempre que sea posible, con las observaciones que puedan aportar los antiguos habitantes de la zona, y el conocimiento que de la misma podamos tener como profesionales, por eso siempre resulta útil una visita a la región. 

También la observación de las construcciones características de la zona pueden aportar datos de utilidad, sobre todo de construcciones vernáculas autóctonas que generalmente son una respuesta al clima local lograda a lo largo de los años.

El conocimiento y evaluación de estas condicionantes climáticas nos permiten entonces caracterizar la región en estudio y realizar una primera aproximación hacia cuales serán los requerimientos de diseño o utilización de materiales en función de dichas variables.

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Evaluación

1.- Complete la planilla de cálculo Análisis Climático (que puede descargar haciendo click aqui) con los datos meteorológicos correspondientes a la región elegida para estudio.
En el anexo 1, encontrará una explicación detallada del uso del libro Excel

En http://VERSION DEMO encontrará una lista de enlaces a los sitios web de los diferentes servicios meteorológicos de hispanoamérica.

2.- Realice una primera aproximación a la caracterización de la región bajo estudio (ejemplo: frío - ventoso; cálido - húmedo)

3.- Evalúe la oferta de sol en la zona elegida a través del análisis de las planillas y gráficos de heliofanía relativa y condiciones de cielo y nubosidad

4.- Trate de identificar si existen fenómenos estacionales tales como precipitaciones importantes, nieve, viento, etc. Cuantifique intuitivamente la importancia de estos fenómenos y evalúe el impacto que los mismos podrían tener sobre el diseño de una vivienda en la zona bajo estudio. Proponga alternativas de diseño que minimicen este impacto.

5.- Evalúe la existencia de fenómenos microclimáticos locales debido a la presencia de grandes conglomerados urbanos o espejos de agua

Una vez terminada la evaluación envíela junto con el archivo Análisis Meteorológico completo con los datos de la localidad de estudio por e-mail indicando en el subject evaluación clase 1