La función de la forma del edificio y la energía
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La función de la forma del edificio y la energía

375271 • 04/02/2019

La forma y la orientación de los edificios no tienen un impacto tan grande en el consumo de energía como a veces se cree, especialmente en los edificios medianos o grandes.

La función de la forma del edificio y la energía - área total y área de cada piso,calefacción en edificios pequeños,métrica premia a los edificios de menor altura de piso a piso,edificio de oficinas,cuanto más compacta sea la forma del edificio,pérdida de calor en un edificio,edificio largo y estrecho,edificio más grande,tamaño del edificio en el área del piso

En todos los edificios, la relación entre área total y área de cada piso es importante, y por lo tanto se prefieren formas simples, son menos costosas de construir y mantener.

La relación de volumen V y la superficie S es una métrica típica, etiquetada como Compacidad C o sea que:

Compacidad C = Volumen / Área de superficie

La calefacción en edificios pequeños, como por ejemplo una casa, puede variar en un 25%, desde los diseños más compactos hasta los más extensos con un bajo C. Así la mayoría de las casas unifamiliares de energía muy baja tienen V/S de alrededor de 1.0 o más.

Otra métrica, es la relación entre el área de piso utilizable F y el área de la envolvente por encima del grado E, o sea que cuanto más compacta es la forma mayor es la relación F/E.

Esta métrica premia a los edificios de menor altura de piso a piso, al maximizar la altura del techo en relación con la altura de piso a piso es deseable desde el uso de recursos y desde la perspectiva del costo.

Un edificio de oficinas, un edificio para educación, un comercio, no requieren un volumen para su función, no se venden ni se alquilan en función del volumen, importa el área de cada piso.

Esta métrica tampoco incluye el área de la planta baja, pero sí incluye el techo. El suelo está siempre a  diferente temperatura  que las paredes o los techos, y no se ve afectado por la radiación solar; por lo tanto, la influencia de la losa y el sótano en las decisiones debe eliminarse.

El techo es diferente, es más fácil aislarlo a un nivel alto, el hecho de contar el área total del techo y no contar el área de la losa tiene como objetivo equilibrar los impactos aproximadamente.

En la figura se muestra el impacto del tamaño y la forma en el piso, la relación de área F/E, para una oficina con una placa de piso de 12000 m2.

Se ve que cuanto más compacta sea la forma del edificio, el cuadrado está cerca del óptimo perfecto, el círculo. Los edificios grandes,  12 pisos, tienen una forma mucho más eficiente que los edificios pequeños, como una casa, o los edificios grandes como los centros comerciales.

De ello se deduce que, para una misma pérdida de calor en un edificio, o sea un mismo valor, en una noche de invierno, la intensidad de energía de calefacción (W/m2 o Btu/hr/ft2) será más alto para una relación F/E baja como el de una casa o un centro comercial, que para relaciones F/E altas.

Esta lógica implica valores R mucho más altos para los cerramientos de casas que para las oficinas grandes.

En la figura se observa un rango de relaciones F/E para dos tamaños de área de oficinas, 900 m2 por piso, así la pequeña oficina de 1800 m2, una forma estrecha de dos pisos, ideal para una ventilación natural y luz natural, tiene un F/E de 0.88, mientras que un plano cuadrado profundo tiene un F/E de 1.02.

Para que el edificio largo y estrecho tenga el mismo coeficiente de pérdida de calor, su valor R promedio tendría que ser 1.02/0.88 = 16% más alto.

En la práctica, esto podría lograrse aumentando el valor R promedio de 7.5 a 9.0, este pequeño aumento en el valor R promedio parece ser bastante fácil, pero requeriría un aumento significativo en el valor R del área de la pared opaca, una reducción en el área de las ventanas o una ventana mucho más costosa. Sin embargo, es relativamente fácil de lograr tecnológicamente.

Un edificio más grande de 5500 m2 tiene una relación F/E mucho más alta, para la misma forma de plano de planta, la reducción de F/E es de alrededor de un tercio 0.88/1.33 y 1.02/1.55. El edificio más grande tendría una reducción notable en la pérdida de calor en relación con el edificio más pequeño, el impacto de la forma es similar, en torno al 15%, al del edificio más pequeño.

El tamaño del edificio en el área del piso es un mejor indicador de la ganancia / pérdida de energía. En la práctica, el tamaño total del piso, está limitado por las necesidades del proyecto mucho más que la forma de la planta.

El impacto de la forma del edificio sobre el consumo de energía total, donde la calefacción es la mitad, para un tamaño de piso del edificio dado es menor para los edificios más grandes que para los edificios pequeños, alrededor del 10% separa el uso de energía de un edificio cuadrado compacto en un edificio largo y estrecho, esto es importante por que:

  • permite libertad de forma
  • aprovechar la luz natural y la ventilación natural para ahorrar energía, lo que requiere que una dimensión del edificio sea relativamente estrecha, del orden de 14 a 18 m2.

Esto permite diseño de edificio con bajo consumo de energía comercial y  elegir una forma simple y compacta con una dimensión corta de alrededor de 14 a 18 m2.

Allí se pueden reducir las cargas de iluminación, producidas principalmente durante horas diurnas, al mínimo, utilizando los controles de luz diurna y la recolección de luz diurna.

El pequeño aumento en la pérdida de calor en que incurre la forma de una placa de piso que no es cuadrada se puede eliminar al aumentar el rendimiento del volumen del edificio, a un bajo costo.

El edificio debe estar orientado hacia el sur (hemisferio norte) para obtener ganancias solares de invierno útiles mientras se rechaza fácilmente las ganancias del calor de verano y minimiza la exposición al sol en el verano del oeste.

Cuanto más alto sea el F/E, menor será la relación entre el área de cerramientos y el área de piso, y por lo tanto, menor será el costo del cerramiento del edificio proporcional al área de piso utilizable o rentable.

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