Universidad Politècnica de Catalunya Master Oficial Arquitectura Energía y Medio Ambiente Departamento de Constr Construcciones cciones Arq Arquitectónicas itectónicas I Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Autor: Gianfranco De Angelis Tutor: Helena Coch Septiembre 2009 Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Clima Mediterráneo El nombre lo recibe del Mar Mediterráneo, área donde es típico este clima. clima Se sitúa entre las latitudes de 30 30º y 40 40º aproximadamente. Es una variedad del clima subtropical, o del clima templado, se caracteriza por los veranos secos y calurosos y sus inviernos húmedos y templados. En verano no llueve casi nunca, en los meses de invierno puede llegar a helar. LEYENDA Clima templado marítimo Clima mediterraneo Clima templado continental Clima subtropical Mapa con los climas templados del mundo. Clima cálido seco Las temperaturas del día y de la noche en este clima son muy variables. Las estrategias arquitectónicas populares en respuesta al clima cálido-seco son la gran inercia térmica de las paredes, los asentamientos compactos de las casas, las paredes exteriores pintadas de blanco, la recogida de agua pluvial. Esquema de casas adosadas Casas pintadas de blanco en el sur de Italia, Ostuni Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Esquema constructivo de los “sassi” de Matera Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Estrategias arquitectónicas en función del clima cálido-seco Ciudad subterránea en Anatolia (Turquía). Esquema de patio con refrigeración evaporativa Cubierta redondeada en la isla de Procida. Otras estrategias arquitectónicas en respuesta al clima cálido-seco son las construciones enterradas de Anatolia, los patios con fuentes en el interior, las cubiertas redondeadas para diluir la radiación solar cuando está en el punto más alto, dando como resultado una temperatura superficial menor. La forma redonda facilita también su enfriamiento nocturno por el viento. Zona de confort 90 Entalpia (Kcal/Kg. aire seco) 80 70 60 50 Humedad g/Kg. a aire seco 40 Zona Confort Verano Zona Confort Invierno En el confort del ser humano intervienen a la vez parámetros y factores diversos, los primeros pueden valorarse en términos energéticos, los factores dependen de la persona, del usuario del espacio. 30 20 El confort térmico será posible con valores de temperaturas del aire entre 15 y casi 30º C y con humedades entre el 40 y el 80% de la saturación para cada temperatura, dependiendo siempre de los factores de confort. 10 Temperatura (°C) Los elementos principales que afectan al confort humano son: temperatura del aire, radiación solar, movimiento del aire y la humedad. Condiciones de confort térmico en verano y en invierno Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco La arquitectura vernácula en clima cálido-seco : los “trullos” Origen de los trullos La palabra “trullo” deriva del griego tholos, que significa cúpula cónica. “Al buen constructor le importa utilizar de la manera más oportuna y provechosa los que tiene a su disposición” disposición . L.B. Alberti Un “trullo” es una antigua construcción rural propia de la región italiana de Apulia, que se realiza íntegramente con muros de mampostería de piedra en seco sin mortero, rematada con una gran cubierta de forma seudo cónica. La arquitectura vernácula del sur Italia tiene una relación muy fuerte f con la l naturaleza l d l lugar. del l E un tipo Es i d de construcción que utiliza materiales del lugar, que se adapta muy bien a las condiciones ambientales. T ll en ell paisaje Trullo i j natural. t l Tipologías de pináculos. Características: - vivienda-refugio con muros de piedras en seco, - superficie interior de 25 25-30 30 m2, 2 - casi nunca tienen cuarto de baño en el interior, - piedras recogida del campo para fertilizarlo, - muros con un metro de espesor, - cubierta con forma de falsa cúpula cúpula, - cisterna puesta por debajo para recoger el agua pluvial, - pared exterior basamental pintada de blanco. Trullos de Alberobello. Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Signos sobre la cúpula. Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Similitudes en el mundo Los trullos representan un particular “lenguaje arquitectónico” repetido en otros lugares. La prosecución de la forma es evidente en las construcciones de Harrán ((Turquía) q ) y en el Panteón de Roma. La tipología más difusa se compone de dos elementos estructurales principales: el basamento y la falsa cúpula. Trullos de Alberobello. Analogía del trullo sovrano con el panteón de Roma. El basamento, sea de planta cuadrada o circular (en los tipos mas antiguos), ti ) está tá constituido tit id de estratos de piedra superpuestos con un espesor entorno a un metro. La bóveda, con forma de cono invertido, de forma ojival tiene una inclinacion de 15-20° hacia el interior. 0 1m Tipologías constructivas antiguas. Construcciones en Harrán (Turquía) análogas al trullo. Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Tipologías constructivas Fases de construcción del trullo La construcción se compone de una serie de anillos concéntricos superpuestos horizontalmente los unos a los otro, suficientemente rígidos gracias al efecto l t ld lateral de unas piezas i con otras. t Tipo 1 Tipo 2 Fase 1 Tipo 3 Anillos concéntricos superpuestos. Fase 2 La terminación del trullo se completa en el techo con un revestimiento de p piedras y con el pináculo, p , el revestimiento exterior blanqueado de cal. Tipo 4 Tipo 5 Maqueta trullo. Fase 3 Fase 4 Tipo 6 Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Carta solar de Alberobello La relación entre la orientación y la posición de los trullos no tiene mucha importancia, debido al gran espesor de los muros y a las pequeñas aberturas. CARTA DEL SOL Alberobello Latitud 40°47' A B C D E F G Características energéticos - ambientales 21 Junio 21 Julio - Mayo 21 Agosto - Abril 21 Septiembre - Marzo 21 Octubre - Febrero 21 Noviembre - Genero 21 Diciembre N Conjunto de trullos en la ciudad de Alberobello B -150 150 Principales características medioambientales: A -120 A B 120 19 5 A' A C 18 6 17 W 7 16 D 8 B' 15 14 13 12 11 10 Piedras de revestimiento en seco E 9 - 1) - 2) - 3) - 4) - 5) - 6) - 7) - 8) Piedras en seco. Inercia térmica y espacio tampón. Condensación interior de las paredes del aljibe. Recogida de agua pluvial. Refrigeración evaporativa. Efecto chimenea. Cuerpo selectivo frìo. Pérgola de hojas caducas. E -60 F G 60 N -30 0 1m 30 S O E Interior de un complejos de trullos. S Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco 1) Piedras en seco 2) Inercia térmica y espacio tampón Este tipo de construcción de piedras en seco proporciona un alto g grado de aislamiento,, dilatando el impacto p calorífico durante muchas horas y permitiendo, como consecuencia, controlar las puntas de calor. Revestimiento de la cubierta en seco Los muros y el cono de los trullos están construidos en seco, debido a ello entre las láminas de piedra calcárea se forman pequeñas cámaras de aire que actúan como aislante. Diferencia de temperatura en verano interior-exterior. La inercia térmica de las paredes produce un desfase de la onda termica en el tiempo p y una amortiguacion g de esta onda al atraversar la pared que no se aprecian los cambios de temperatura exterior; de esta manera la temperatura se mantiene constante. 0,30 df = 22 horas 0,40 0,30 1,00 0 fa = 0,12 1m Muro macizo del trullo. Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Desfase de la onda térmica. Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco 3) Condensación interior de las paredes del aljibe 4) Recogida agua pluvial 4,20 Los trullos con su piedras calcáreas que se comportan como g en el aljibe. j estructuras de condensación y de conservación de agua Condensación en el interior del aljibe parecido al comportamiento de una cueva. 90 0,97 3,85 80 70 60 1,44 Verano Aire interior del trullo que entra en el aljibe y se enfria 2,19 En verano el aire caliente q que entra en el aljibe, j , como es un ambiente mas frió, se condensa provocando la formación de pequeñas gotas de agua. En cambio, en invierno el vapor de agua contenido en el aljibe, más caliente que el aire externo, se condensa con su contacto. 50 40 Invierno Aire interior del aljibe que a contacto con el aire interior del trullo se enfria 3,65 0 1m 30 Curva de saturación Sección A-A’ 20 Recogida de agua pluvial de la cubierta en la cisterna. La presencia de la cisterna favorece la posibilidad de disponer de agua durante todo el año. 10 Proceso de condensación en el interior del aljibe y formación de gotas de agua. Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco 5) Refrigeración evaporativa 90 Entalpia (Kcal/Kg. aire seco) 6) Efecto chimenea En el interior se genera un movimiento de aire fresco que proviene del aljibe que refresca el ambiente superior y calentándose sube por la chimenea. 80 70 60 50 Hu umedad g/Kg. aire seco 40 Zona Confort Verano 30 20 10 Temperatura (°C) Principio de refrigeración evaporativa evaporativa. Sección A-A’ El agua, al evaporarse, roba energía al aire con el cual está en contacto y lo enfría, aumentando su contenido de vapor de agua agua. Se verifica un enfriamiento evaporativo en el interior del trullo en los meses más cálidos. Esquemas de chimeneas distintas de los trullos. Las chimeneas g garantizan la ventilación higiénica y la calefación en el interior. Sección B-B’ LEYENDA 0,97 4 5 7 6 exterior blanqueado de cal pavimento en piedra calcarea 5 aljibe 6 deposito alimentos 7 chimenea 8 dormitorio 3,85 8 3,85 B A 1,44 4 relleno de tierra y piedras 3,05 4,20 2,19 3 2 3 4,20 6 2 1 5 A' 3,03 3,65 0 1m 2,13 1,44 1 piedras en seco 0 1m B' Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco 7) Cuerpo selectivo frìo 8) Pérgolas de hojas caducas El material del revestimiento exterior de los trullos en la parte baja es lechada de cal que constituye un cuerpo selectivo frío. B A A' B' N 0 1m O E S Paredes exteriores blanqueadas con cal. Planta tipo de una vivienda de trullos Tiene la propiedad de reflejar mucho (a≈0) las longitudes de onda más cortas (visibles y infrarrojo próximo) y absorber mucho (por lo t t emitir tanto iti mucho) h ) las l más á llargas (i (infrarrojo f j llejano). j ) ACABADO ABSORTANCIA REFLECTANCIA para onda corta para onda corta Pintura blanca 0,10 - 0,25 0,90 - 0,75 EMITANCIA en onda larga 0,9 Pérgolas de vid puestas alrededor del trullo trullo. Cuerpo selectivo frio. Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente La vegetación absorbe la radiación solar y sombrea los cerramientos. Al mismo tiempo refresca el aire que circunda la envolvente, mediante la transpiración del vapor de agua. Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Condiciones climáticas medias de Alberobello Temperaturas p medias de Alberobello. Radiación solar Italia Italia. P RO ZONAS DE CONFORT Y DE CORRECCION CON ARQUITECTURA (SEGUN GIVONI) BA BIL IDA D DE IN SOLA CI Ó N Tmax en Agosto A J S J CI ZONA DE CONFORT DE INVIERNO CV ZONA DE CONFORT DE VERANO V ZONA DE CONTROL POSIBLE CON VENTILACION IV ZONA DE CONTROL POSIBLE CON INERCIA EN VERANO II ZONA DE CONTROL POSIBLE CON INERCIA EN INVIERNO E ZONA DE CONTROL POSIBLE CON REFRIGERACION EVAPORATIVA 90 80 70 60 50 40 met 1 Ju lio Ag os Se to tie m br e O ct ub N ov re ie m br D e ic ie m br e G en er Fe o br er o M ar zo Latitud 40° 47’ N Longitud 17°14’ E Altitud 416 m.s.n.m. Ab ril M ay o Ju no Temp. media 30 25 20 15 10 5 0 M MEDIA TEMPERATURAS Y HUMEDADES POR CADA MES O A 30 V N M F D E 90 CV Tmin en Diciembre J EF MD N A S O M IV 20 A J CI 10 II E Condiciones medias del año de Alberobello en la gráfica de Olgyay. En el gráfico de Olgyay se han introducido las líneas que unen las condiciones medias de temperaturas y humedades de Alberobello para todos los meses del año. Siendo la temperatura y la humedad interior de un trullo próxima a la media estacional exterior, en los meses de verano estamos en una condición de confort térmico. Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Gráfico de Givoni referido al caso de Alberobello. Con las condiciones climáticas medias de Alberobello, se permite reconocer para cada mes y para cada época del año cuáles son las constricciones climáticas que deberán ser combatidas con medios arquitectónicos. Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Simulación térmica del trullo con Archisun 3.0 Compacidad: Porosidad: Alargamiento: Orientación: Esbeltez: Ubicación de Alberobello. 0.83 0 0.00 00 0.43 45 0.40 Forma Con el programa Archisun se ha evaluado el gasto energético de una tipología de trullo en clima cálido-seco cálido seco. Se determina por cada estación una serie de valores para verificar se estamos en condición de confort. INVIERNO En la estación de invierno y otoño no hay confort térmico en el interior, pero la calefacción de la chimenea compensa las perdida y contribuye a la l situación it ió d de confort, f t en cambio bi en primavera i y verano h hay confort f t interior sin la ayuda de sistemas activos. La arquitectura de los trullos, con una gran inercia térmica de las paredes y con ell sistema i t pasivo i d de lla refrigeración fi ió evaporativa ti d dell aljibe, ljib es un tipo de arquitectura pasiva en condición de confort térmico. En conclusión resulta ser un diseño eficiente desde el punto de vista energético-ambiental en un contexto con clima cálido-seco como es lo energético-ambiental, de la región de Apulia. VERANO temp. exterior temp. piel temp. interna temp. sensacion confort radiacion indirecta radiacion directa gananacia interna coef.trans.directa coef.ventilacion Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Restauración actual de los trullos Perdida de las propiedades medioambientales: - perdida de recogida de agua pluvial en el aljibe, - perdida did del d l efecto f t de d refrigeración fi ió evaporativa, ti - ampliación de las ventanas, - eliminación del altillo, amortiguador de temperaturas, - eliminación de pérgolas alrededor del trullo, - redución de espacio interior por la creación de cuarto de baño. Propuesta de restauración de los trullos espacio exterior multi-función B cocina Ampliación de las aberturas. Eliminación del altillo interior. Restauración según criterios medioambientales: - posicionamiento del cuarto de baño fuera del trullo, - utilización del agua pluvial para el deposito del baño, - altillo que se puede abrir y cerrar según las estaciones, - sustituir tit i lla puerta t d de madera d con una d de cristal i t l opaco, - muro invernadero en el lado sur del cuarto de baño, - colector solar en la pared vertical móvil al lado del muro invernadero, - paneles fotovoltaicos horizontales en la cubierta del porche. Alzado Sur pérgola é l d de vid id 3,98 8,52 3,98 A p paneles fotovoltaicos semi-trasparentes 1,00 2,07 aislamiento móvil muro invernadero persiana corredera A' 2,07 6,34 paneles fotovoltaicos persiana corredera N 0 1m muro invernadero O B' E S colector solar aislamiento móvil baño exterior 0 Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente 1m muro invernadero Muro invernadero del cuarto del baño en el lado sur Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco espacio exterior multi-función B Propuesta de restauración de los trullos cocina Elemento vidriado pérgola de vid 3,98 8,52 persiana corredera 1,00 2,07 aislamiento móvil muro invernadero Contenedor 3,98 A A' 2,07 Elemento captador paneles fotovoltaicos 6,34 Tubos con agua Paneles fotovoltaicos Aislamiento térmico Colector solar N 0 muro invernadero 1m O B' E Sección B-B’ S baño exterior Sección A-A’ AA 4,20 3,05 4,20 persiana corredera 2,19 persiana corredera 3,85 3,03 3,65 1m 2,13 1,44 3,85 1,44 0,97 0 muro invernadero pérgola de vid pérgola de vid 0 1m Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco Conclusiones La arquitectura vernácula de los trullos de Apulia representa una adaptación perfecta con el clima cálido-seco del lugar. Conocer a fondo el funcionamiento de este tipo de vivienda significa conocer bien sus propiedades energéticos-ambientales intrínsecas, La restauración L t ió d de llos trullos t ll es una operación ió d delicada li d que iimplica li este conocimiento para disfrutar de sus calidades medioambientales. Master en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Tutor: Helena Coch Autor: Gianfranco De Angelis Análisis energético-ambiental de los trullos del sur de Italia en clima cálido-seco