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Guía de buenas practicas para el diseño y construcción de vivienda ambientalmente confortable y energéticamente eficiente Zona Conurbada Colima Villa de Álvarez

Facultad de Arquitectura y Diseño de la Universiad de Colima Cuerpo académico Arquitectura y Medio ambiente, Red Arquitectura Bioclimática

Guía de buenas practicas para el diseño y construcción de vivienda

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Armando Alcántara Lomelí Adolfo Gómez Amador José Manuel Ochoa de la Torre Anibal Figueroa Castrejón José Alberto Méndez Gómez Carlos Esparza López Marcos González Trevizo


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Antecedentes

El presente documento dirigido principalmente a arquitectos y desarrolladores de vivienda de la zona conurbada Colima Villa de Álvarez es resultado del proyecto Confort ambiental y desempeño energético de la vivienda urbana de la Red Arquitectura Bioclimática. La Red esta conformada por cuerpos académicos y grupos de investigación mexicanos e internacionales. Forman parte de la RAB el cuerpo académico Estudios integrales en arquitectura de la Universidad de Sonora, el CA Arquitectura bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana, CA Diseño ambiental de la Universidad Autónoma de Baja California y el CA Arquitectura y medio ambiente de la Universidad de Coima, así como los grupos Arquitectura y energía de la Universidad Politecnica de Cataluña, España; Habitat y energía de la Universaid de Buenos Aires, Argentina; Qualidade e sustentabilidade do ambiente construido de la Universiad estatal de Campinas, Brasil; y Susteinable architecture de California State Politechnic University Pomona, estados Unidos.

La Red, en un proyecto previo identificó que la falta de una normatividad especifica para condiciones especificas, determinadas por diferencias naturales y culturales de las distintas regiones del país, ha llevado a una trasplantación de modelos de vivienda que pueden ser adecuados para una determinada condición pero inconvenientes para otra distinta, sin embargo es una práctica común que un diseño o un sistema constructivo se reproduzcan en diferentes condiciones ambientales y sociales.

En el proyecto se pudo establecer que paralelamente a la normatividad o inclusive previamente, debe existir un código de conducta, o esquema de prácticas de adhesión voluntaria, que permita avanzar en el mejoramiento de las condiciones habitabilidad y del


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consumo energético y reducción de impacto ambiental, por la vía del estimulo a las buenas prácticas de diseño, constructivas y de gestión de la vivienda mediante esquemas como la certificación voluntaria y la evaluación del desempeño energético y ambiental de las edificaciones.

Para complementar los resultados de el proyecto “Normatividad y reglamentación para arquitectura bioclimática” y atendiendo a las recomendaciones del evaluador, la red Arquitectura Bioclimática extiende su participación y continúa con el trabajo sobre los temas emanados del proyecto inicial y aborda el tema especifico de la vivienda de dimensiones reducidas que es mayoritario en el sector de la edificación y de la practica profesional de los arquitectos. Para compilar experiencias de los grupos que la conforman y amplían mediante una guía de buenas practicas energéticas en el sector especifico.

El presentre documento se plantea como objetivo general: Fomentar la realización conjunta de proyectos de investigación dirigidos al sector habitacional de ciudades grandes y o conurbadas, para identificar prácticas susceptibles de reproducirse e incluso mejorarse, ya que el déficit de la vivienda y el crecimiento excesivo de las ciudades son dos de los problemas más significativos abordados en la instituciones y dependencias formadoras de arquitectos.

Para afrontar tales problemas el sector de la promoción y la construcción de viviendas ha recurrido a la minimización de sus dimensiones, esto implica nuevas problemáticas de orden social, ambiental y energético, el problema no solo ha crecido en escala sino en complejidad, la urgencia de un problema implica la postergación incluso la emergencia de nuevas problemáticas asociadas a la vida urbana, y la degradación de la calidad de vida de la población, trasladando al estado y la sociedad la respuesta a las nuevas y complejas


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condiciones. Con esta práctica emergen sin control patrones de conducta adicionales por parte de los habitantes y soluciones especificas habilitadas en la practica cotidiana. Es necesario el conocimiento del objeto de estudio inicialmente en cada localidad de las instituciones participantes en le red y posteriormente realizar estudio comparativos y transversales de algunos casos significativos identificados para ello se proponen las siguiente actividades que no necesariamente son extensivas a todos los grupos pero pueden complementarse entre los diferentes enfoques y acercamientos al objeto de estudio.

Consideraciones previas En estudios de campo se identificó que la temperatura preferida es de 26.2ºC con una zona de confort de los 26 a los 30ºC y una zona de tolerancia térmica de los 24.2 a los 31.6ºC. entre el periodo cálido seco y el calido humedo hay una diferencia de hasta dos grados en la temperatura promedio y de significativas diferencias en los porcentajesde humedad de los porcentajes de humedad la temperatura preferida se mantiene.

En Primavera (temporada cálido seca) la mayor velocidad del viento mejora sensación de confort, sin embargo durante el verano (temporada cálido húmeda) se requiere mayor velocidad de viento para mejorar el confort térmico. Teniendo en cuenta el clima tan complejo de la ZCCVA, los criterios de diseño arquitectónico y su aplicación deben tomar en cuenta a las condiciones ambientales con el fin de mejorar la calidad de vida de los ocupantes y al mismo tiempo reducir su consumo de energía.

Con base en el análisis del clima realizado con el programa Climate Consultant V. 5.5, se definieron las necesidades bioclimáticas y los criterios de diseño para cada localidad


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considerando el modelo “ASHRAE Handbook of Fundamentals Comfort Model 2005” (ver informe 1.b).

Se identificó que los meses con mayor porcentaje de confortables, corresponden a las dos temporadas de menor húmeda: Templada y Cálida sub-húmeda con porcentajes de horas de confort por arriba del promedio anual que es de 6.29%. En tanto que los meses de mayor húmeda se mantienen por debajo de dicho porcentaje.

En cuanto a las temperaturas promedio, solo la temporada templada muestra datos mensuales promedio de 23.7 grados, lo que es menor al promedio anual de 24.6; mientras que las temporadas cálidas húmeda y sub-húmeda tienen un promedio mensual de 25.0 25.1 respectivamente, ligeramente por arriba. Si se considera que la temperatura neutra anual es de 25.2°C, con un rango de confort de 22.7 a 27.7, es necesario evitar las ganancia termicas directas, indirectas o internas durante la mayor parte del año.

Por otro lado, la húmeda relativa promedio anual es de 78.3%, con una máxima anual de 94.3 y una mínima de 60.7, la temporada cálida húmeda muestra datos promedio mensuales de 83.8%, lo que es mayor al promedio anual; mientras que las temporadas cálidas sub-húmeda y templada tienen un promedio mensual de 68.7 y 76.8 respectivamente, ligeramente por debajo del promedio anual. Debido a esto, la necesidad de deshumidificar esta presente durante todo el año y de manera acentuada en la temporada cálida húmeda. Esta alta humedad, contribuye a mantener oscilaciones de temperatura promedio anuales de 10.1°K, 11.9 en la temporada cálida sub-húmeda y 8.7 en la cálida húmeda. Esta combinación de condiciones de: temperatura sobre el limite de confort y húmeda relativa por arriba del 60% genera la


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necesidad de mantener la ventilación como uno de los principales requerimientos de climatización.


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Estrategias de Diseño Las estrategias de climatización, tanto para el ámbito urbano como el arquitectónico, estarán enfocadas fundamentalmente a: ventilar, deshumidificar y reducir las ganancias por radiación directas.

ESTRATEGIAS DE DISEÑO TEMPORADA TEMPLADA

TEMPORADA CÁLIDA

SUBHUMEDA

TEMPORADA CALIDO

HUMEDA

ANUAL

ZONA DE CONFORT 9.87% 9.83% 1.72% 6.29% SOMBRA EN VENTANAS 12.26% 14.78% 18.38% 15.66% ALTA MASA TÉRMICA 4.04% 4.13% 1.03% 2.76% MASA TÉRMICA CON VENTILACION NOCTURNA 7.84% 11.58% 2.20% 6.51% ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO DIRECTO 1.02% 2.18% 0.01% 0.92% ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO INDIRECTO 2.96% 4.57% 0.41% 2.32% VENTILACIÓN NATURAL 11.49% 10.96% 9.41% 10.47% VENTILACIÓN FORZADA 12.13% 13.87% 9.50% 11.55% GANANCIA SOLAR CON BAJA MASA 0.40% 0.12% 0.09% 0.18% GANANCIA SOLAR CON ALTA MASA 3.39% 2.21% 1.04% 2.01% PROTECCIÓN DE EDIFICACIÓN POR VIENTOS 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% HUMIDIFICACIÓN 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% DESHUMIDIFICACIÓN 11.21% 8.81% 30.60% 18.92% ENFRIAMIENTO ACTIVO 3.56% 4.81% 15.71% 9.23% CALENTAMIENTO ACTIVO 0.07% 0.02% 0.00% 0.02%

Tabla 1. Estrategias de diseño por temporada para ZCCVA


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La ventilación (natural y forzada) debe considerarse como el primer objetivo de climatización, puesto que representan el mayor porcentaje de horas de estrategias, tanto por temporada como anual: en la temporada templada suma el 23.6%, 11.5 de ventilación natural y 12.1 forzada. En la cálida sub-húmeda 24.8%, 11.0 de ventilación natural y 13.8 forzada, siendo este el periodo de mayor exigencia de ventilación. En la temporada cálida húmeda es un 18.9%, 9.4 de ventilación natural y 9.5 forzada. En los tres casos la estrategia de ventilación forzada es ligeramente mayor que la ventilación natural.

La segunda prioridad de climatización la constituye la estrategia de des-humidificación, que al igual que la ventilación, deberán mantenerse durante las tres temporadas, en la temporada templada representan el 11.2%, en la cálida sub-húmeda el 8.8% y en la cálida húmeda el 30% de los requerimientos de confort.

En cuanto al control de ganancias por radiación directa (protecciones solares), que como se menciono, representa el 15.7% del total de horas de estrategias anuales; debe considerarse también como parte de esta misma estrategia, el porcentaje de horas de confort, debido a que para mantener las condiciones de confort en un clima como el de la ZCCVA, se requiere estar a la sombra; detal manera que los porcentajes finales de este requerimiento son los siguientes: en la temporada templada 22.1%, temperada cálida sub-húmeda 24.6 y temporada cálida húmeda 20.1% con un porcentaje anual de horas de estrategias del 22%

Las horas de estrategias de enfriamiento, constituyen el tercer objetivo de climatización con una suma anual del 21.7%, considerando tanto el 12.5 de enfriamiento pasivo, como el 9.2 de enfriamiento activo, ambos tipos de estrategias deben estar presentes durante los tres periodos en mayor o menor grado: Como parte del enfriamiento pasivo se están considerando


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las estrategias de masa térmica con 11.8% en la templada, 15.7 en la cálida sub-húmeda y 3.2 en la cálida húmeda. Respecto al enfriamiento evaporativo el 4%, 6.8 y 0.42%, respectivamente.

El enfriamiento activo (aire acondicionado), necesario para lograr condiciones de confort hígro-térmico, queda limitado al: 3.6% de las estrategias a implementar en la temporada templada, 4.8% en la cálida sub-húmeda y 15.7% durante la cálida húmeda. Lo que significa solo un 9.23% de las horas de estrategias anuales.

Respecto a las estrategias de calentamientos pasivo y activo, que a lo largo del año solo suman 2.2% y que se concentran en la temporada templada, podrán ser solventadas con 3.8% de ganancias solares directas o 11.9& de inercia térmica. escasamente un 0.07% de esta temporada templada requerirá el uso de calentamiento activo.


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Recomendaciones


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Ventilación: Garantizar el acceso a la ventilación natural y que todos los edificios cuenten con ventilación cruzada, al tiempo que eviten obstaculizar el acceso de la ventilación a otros edificios.


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Traza urbana: El diseño de la deberá atender la orientación de acuerdo al eje eólico (norte-sur) con una desviación máxima de 23°.


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Disposición ideal de lotes y de manzana respecto al eje solar.

Disposición máxima permitida de lotes y de manzana respecto al eje solar.

Orientación de calles y lotes: Con el objetivo de mejorar las condiciones térmicas de los edificios se recomienda potenciar el trazado de las calles paralelas al eje longitudinal de las manzanas en el sentido oriente-poniente a fin de conseguir que una de las dos fachadas principales esté orientada al norte (con un desvío máximo de 23 º) y evitar la orientación oriente y poniente en las fachadas principales.


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Disposición compensada ideal de los lotes cuando la manzana cuenta con una orientación permitida.

Disposición compensada máxima permitida de los lotes cuando la manzana se encuentra por encima del máximo permitido con respecto al eje solar.

Solución compensada: En los casos en que esta solución no sea aplicable por incompatibilidad con la traza urbana preexistente y/o el paisaje urbano, el diseño de la lotificación procurara que el eje longitudinal del lote mantenga una desviación máxima de 67 º respecto al eje norte-sur. Es recomendable utilizar soluciones de lotificación que permitan que el mayor número posible de edificios tengan alguna de las fachadas principales orientadas al eje norte-sur, aun cuando no corresponda al eje perpendicular de la vialidad. En los casos que no cumplan esta indicación, será necesario que en la fase de proyecto ejecutivo se compense adecuada y justificadamente este inconveniente.


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Trazado de las calles


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Vialidades primarias: son parte de un sistema de rutas continuas destinadas a la circulación general, permiten acceder, salir y rodear el área urbanizada nueva, integrándola a la trama urbana existente podrán tener cualquier orientación. Esto permite reducir la contaminación del aire, visual y auditiva dentro del conjunto.


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Vialidades secundarias: estas acogerán la mayoría de los edificios y viviendas deberán estar orientadas siguiendo el eje este-oeste. Estas calles dispondrán de soluciones que desincentiven el tráfico de paso.


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Diseño de la lotificación y sembrado de viviendas: En cuanto a las proporciones del lote se buscará que el frente del mismo este orientado al norte o al sur. En el caso de viviendas con fachadas este y oeste, próximas a la colindancia, deberán estar protegidas del soleamiento por las casas adyacentes. En el caso de viviendas en esquina o separadas del resto de las viviendas, deberán contar con estrategias para evitar las ganancias térmicas; ya sea por medio de aislantes térmicos o protecciones solares.


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Reducción de isla de calor urbana Con el objetivo de reducir el sobrecalentamiento de las zonas urbanas que fomenta el incremento del consumo de energía y la incomodidad térmica, se estudiará la aplicación de medidas en el diseño urbano que amortigüen el efecto de isla de calor sobre las zonas urbanas.

Pavimentos y recubrimientos: Se promoverá el uso de materiales de baja absortancia de la radiación solar, tanto de los edificios como de los pavimentos. El albedo o reflectancia solar de estos materiales será superior al 40% y se emplearán sustitutos del asfalto con mayor reflectancia, o bien se utilizarán aditivos para aumentarlo.


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Elementos artificiales de sombreado: se aplicarán soluciones para fomentar el sombreado de espacios públicos, calles, plazas, zonas de juego, etc., en la temporada cálida, creando espacios protegidos o semi-protegidos de un exceso de soleamiento.


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Vegetación en espacios abiertos: Con el objeto de reducir la temperatura de los espacios públicos abiertos aprovechando el efecto de evapotranspiración de las plantas, los proyectos urbanos deberán incluir proyectos específicos de recuperación, conservación y plantación de las especies vegetales existentes en el sitio así como vegetación propia de la región en las zonas públicas del espacio urbanizado, detallando las especies, cantidad y distribución, requerimientos de agua y sistemas de riego.


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Vegetación en vialidades: Las condiciones de temperatura y humedad del sitio en gran parte del año precisan áreas sombreadas. Adicionalmente a la intención de reducir la temperatura de las superficies para incrementar el uso de transporte no motorizado se considera conveniente el uso de vegetación nativa de follaje denso y de raíces profundas, tales como: Attalea cohune, conocida en la región como “Cayaco”, Sabal Mexicana, identificada con el nombre común de “Palma real”, Brisonima crassifolia, conocida como “Nance o Nanche”, Tabebuia donnell-smithii o “Primavera”, Psidium sartorianum localmente identificada como “guayabillo o arrayán” además de una especie tropical inducida pero ya bien adaptada al medio local, es el caso de la Terminalia catappa o “Almendro malabar.


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Forma


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Edificaciones en bloque: Para este tipo de construcciones la situación óptima es exponer las caras norte y sur, mientras que las caras este y oeste quedan protegidas de la exposición a la radiación solar directa por los edificios contiguos.


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Orientación


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Orientación de fachadas. Es recomendable que al menos una de las fachadas principales sea norte o sur (con una desviación máxima de ± 23º). Sólo se admitirán mayores desviaciones en proyectos de edificios y lotificaciones existentes que impidan la orientación establecida en la presente guía, justificando medidas que permitan reducir los inconvenientes de ventilación y radiación solar provocados por la desviación superior a la señalada en la fracción anterior.


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Protección de vanos: En el caso de proyectos residenciales o de servicios con una sola fachada orientada al este o al oeste, conviene implementar medidas compensatorias en el proyecto ejecutivo privilegiando sistemas pasivos de acondicionamiento ambiental. En el caso de casas o edificios en esquina se recomienda proteger la fachada expuesta mediante sistemas pasivos o vegetación.


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Aislamiento térmico


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Aislamiento en muros: Los proyectos deberán justificar que la solución constructiva de la envolvente del edificio, garantice como máximo la transmisión de calor señalada en la NOM-008-ENER-2001 y la NOM-020-ENER-2011, según corresponda, sin embargo, adicionalmente a la metodología de cálculo propuesta en las citadas normas, se recomienda determinar de la transferencia de calor tomando en cuenta la capacidad calorífica de los materiales de construcción de la envolvente haciendo un calculo dependiente del tiempo mediante un programa de simulación térmica. 1 Ver tablas de valores para el cálculo del flujo de calor a través de la envolvente en las normas referidas.


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Aislamiento en cubiertas: Para garantizar la efectividad del aislamiento térmico de los muros, aumentar la inercia térmica del edificio y eliminar los puentes térmicos, se situará el aislamiento por la cara exterior de los muros. En caso de que sólo sea posible el aislamiento interior se deberán aplicar medidas para eliminar los puentes térmicos en las intersecciones de paredes, estructura u otros.


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Aberturas y protecciones


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Control solar en ventanas: Todas las aberturas acristaladas tendrán protecciones solares exteriores, fijas o móviles que garanticen un factor de sombra (radiación directa admitida con protección/radiación directa admitida sin protección) adecuado según la orientación de la apertura y la zona climática (entre menos será el factor de sombra mayor será la protección solar). El cálculo de este factor de protección solar se realizará según el modelo propuesto en la NOM-008-ENER-2001 y la NOM-020-ENER-20112. La protección solar en las fachadas al sur se hará preferentemente mediante los aleros o voladizos en combinación con protecciones verticales cuando sea necesario, la longitud de las cuales estará calculada para evitar la incidencia de sol directo sobre las aperturas en los meses de más insolación. En las otras fachadas se instalarán preferentemente protecciones verticales ya sean fijas o móviles. 2 Ver tablas para determinar el factor de corrección de sombreado exterior en las normas referidas.


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Dispositivos de control solar: Las protecciones exteriores deberán estar diseñadas para resistir las características del clima local (corrosión, radiación UV, polvo, viento, plagas, entre otros).


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Uso eficiente de sistemas electromecánicos: Evitar vanos exteriores acristalados en espacios climatizados (con calefacción y / o refrigeración), cuya superficie sea mayor a la del edificio de referencia mencionado en la NOM-008-ENER-2001 y la NOM-020-ENER-2011. Estas dimensiones podrán aumentar en el caso de que las ganancias de calor por radiación se compensen aumentando el factor de sombra, mejorando las propiedades térmicas de las ventanas, así como la protección solar utilizando dispositivos de sombra exteriores que eviten la entrada directa de sol durante la primavera y el verano.


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Control solar cenital: En las cubiertas, las aberturas transparentes o translúcidas horizontales no superarán a la del edifico de referencia mencionado en la NOM-008-ENER-2001 y la NOM-020-ENER-2011, excepto en los casos que dispongan de protecciones, filtros u otros dispositivos que reduzcan la aportación de radiación directa, permitiendo la entrada de luz difusa.


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El uso de cristales tintados o ahumados, así como de cristales reflectantes como medio de protección solar, estará condicionado a que se compruebe su eficiencia y que no provoquen reflejos molestos sobre edificios vecinos y vialidades. Se deberá presentar un estudio técnico donde se demuestre lo anterior.


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Iluminación natural


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Dispositivos de iluminación cenital: Además de las ventanas, se considerará la iluminación cenital como una manera de conseguir una distribución más homogénea de luz natural en espacios bajo cubierta, pero siempre cumpliendo las determinaciones del Artículo 10. Por lo menos el 80% de la iluminación en los espacios deberá ser natural, de manera directa o difusa.


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Ventilación


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Ventilación cruzada: Es recomendable que todos los edificios de más de dos niveles tengan al menos dos fachadas exteriores opuestas o dispuestas con un ángulo de 90º para edificios en esquina con la finalidad de permitir la ventilación cruzada. Eventualmente se admitirán proyectos de edificios de uso residencial con una fachada anterior expuesta a la calle y una fachada posterior dentro del propio terreno considerando como servidumbre una distancia mínima, en relación al límite posterior del terreno de un tercio de la altura del edificio. Cuando ninguna de estas dos medidas sea posible, se deberá disponer de cubos de ventilación interiores.


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Espacios abiertos interiores: En edificios habitacionales de dos niveles o menos, se deberá considerar que tengan una fachada posterior hacia una servidumbre dentro del propio terreno a una distancia de 2.5 metros del extremo posterior del terreno, salvo que se justifiquen medidas compensatorias que, sin añadir mayor consumo de energía3, reduzcan los efectos negativos en el confort y la higiene debidas a una deficiente ventilación. 3 Ductos de luz, patios interiores, entre otros.


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Apertura de vanos: Las aberturas de los vanos verticales en muros deberán poderse abrir totalmente o en una proporción suficiente para garantizar una ventilación natural adecuada de los espacios cerrados.


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Mecanismos de extracción pasiva del aire: En los espacios habitables se emplearán dispositivos de ventilación natural que favorezcan la evacuación de aire por extracción pasiva, ya sea por ventana de linternilla, chimenea solar, extractor eólico de turbina, torre de viento, troneras o ventanas corridas hasta la cubierta, en casos en donde resulte imposible aplicar una estrategia de extracción pasiva podrá utilizarse un extractor de energía convencional cuya eficiencia deberá ser acreditada por algún organismo o comité oficial.


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