Herencia vernácula

APRENDIENDO DE LA HERENCIA VERNÁCULA EN EL TRÓPICO CÁLIDO HÚMEDO. Estudio comparativo de la calidad térmica de tipologías de vivienda para la elaboración de una normativa de ahorro energético en Colombia

Artículo enviado a la Revista “Building and Enviroment” de Elsevier Press para evaluación de futura publicación. 2001.

11 Documento actualizado el 15 de Enero de 2011 …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… Matrícula A0570049534 …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… Teléfonos. 57-(9)4-511 46 56 / 513 17 48 …………………………………………………………………… Fax. 57-(9)4-5719062. Medellín, COLOMBIA. …………………………………………………………………… Email. [email protected] …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… ………………………………………………………5

Arq. Jorge Hernán Salazar Trujillo

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Prefacio

Para fomentar el uso racional de la climatización artificial se está diseñando una normativa que propicie la aplicación de conceptos básicos de arquitectura pasiva en una región Colombiana. Para ello no es necesario partir de cero, pues la arquitectura tradicional responde en muchos casos de manera satisfactoria al clima cálido húmedo característico de la región. Se presenta aquí el estudio comparativo de diferentes viviendas que permitió determinar la efectividad de las estrategias arquitectónicas pasivas habituales en la región, definir las estrategias que la norma deberá fomentar e identificar las malas prácticas a prevenir.

Introducción Altas temperaturas, excesiva humedad y reducida velocidad del viento plantean grandes retos para lograr edificaciones que brinden bienestar a sus ocupantes en el clima tropical

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cálido-húmedo. Las condiciones ambientales propician el uso intensivo de mecanismos artificiales de climatización, razón por la cual muchas ciudades sobre la franja intertropical presentan los mayores índices de consumo energético por refrigeración mecánica. Para lograr una reducción de los consumos energéticos en edificaciones mucho se ha trabajado en el mejoramiento de los equipos de aire acondicionado y demás electrodomésticos de producción industrial. Pero existe un camino complementario por el cual es posible ahorrar energía si se mejora la calidad térmica de la edificación (Jaramillo [1]). Aplicar conceptos de arquitectura pasiva permite brindar bienestar en lugares donde las condiciones sociales y económicas hacen en el presente poco viable la implementación masiva de sistemas de acondicionamiento de aire. En un futuro, cuando el nivel de vida de estas comunidades en desarrollo mejoren, serán estas mejores edificaciones la manera de asegurar un desarrollo urbano que reduzca la demanda energética por climatización artificial.

Antecedentes Este trabajo hace parte de una investigación que asimila los principios de arquitectura pasiva característicos de la arquitectura tradicional de una región cálida y húmeda del territorio Colombiano. La meta es redactar un código urbano que propicie la aplicación de estos mismos principios en las nuevas edificaciones y en el mejoramiento de las existentes. El código, la valoración del encarecimiento previsible de la edificación, y en especial el calculo del potencial de ahorro energético de la normativa, están siendo usados para estimar las tasas de retorno de una posible inversión en mejoramiento de la calidad térmica de la vivienda en Magangué, ciudad capital de la región. Estudios demuestran (Universidad Nacional de Colombia [2]) que en la actualidad existe un conflicto entre el clima y la manera en que se construye en la ciudad. Esto repercute en el bienestar de sus habitantes pero muy especialmente compromete a futuro los asuntos de economía energética, pues se trata de una región con escasos recursos energéticos, gran potencial de crecimiento urbano y un clima riguroso (Tabla 1). El objetivo del proyecto es reglamentar estrategias pasivas de climatización y prevenir algunas prácticas arquitectónicas inapropiadas para que el gobierno local propicie el mejoramiento de la calidad térmica de la vivienda. De esta forma se podrá desestimular la migración hacia técnicas de climatización artificial y reducir el consumo energético en los casos en que estos equipos sean instalados. El reto es demostrar ante el gobierno local lo benéfico, en términos energéticos y ambientales, que resulta aplicar este tipo de medidas ahora que la ciudad apenas comienza a desarrollarse.

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TABLA CLIMÁTICA ANUAL – Media 1183 mm MAGANGUE 1999 PRECIPITACIÓN Máxima 24 hr. 160 mm TEMPERATURA ° C HUMEDAD RELATIVA INSOLACIÓN RADIACIÓN

Número de días Media Máxima media Mínima media Media Máxima Hora media Media diaria

77 días 27.3°C 32.8°C 21.9°C 81% 89% 2245 4.9 Kw-h/m2

Tabla 1. Características climáticas de la región (IDEAM [3])

Objetivos Se presenta aquí el resultado del trabajo de campo, durante el cual se monitorizaron varias viviendas representativas de la arquitectura tradicional y contemporánea de una región con clima tropical cálido-húmedo con el fin de: - Revelar la incidencia de orientación y tipología arquitectónica en la temperatura de los espacios interiores. - Definir estrategias de mejoramiento térmico de las edificaciones existentes y establecer las características arquitectónicas que la normativa debería propiciar.

Clima y Geografía

Figura 1. Aerofotografía de la ciudad de Magangué, el río Magdalena y la región cenagosa circundante.

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La ciudad de Magangué es la capital de un inmenso territorio que permanece inundado varios meses del año (Figura 1). Se encuentra a varios cientos de kilómetros de la costa Caribe y poco mas de 20 metros sobre el nivel medio del mar. Viven en la cabecera municipal cerca de 100.000 habitantes que se dedican al abastecimiento y comercialización de los productos agropecuarios de la región y que por su localización estratégica en términos comerciales, tiene un inmenso potencial de desarrollo urbano y económico. Una insuficiente regulación oficial en el proceso de consolidación urbana propicio que casi la totalidad de las edificaciones contemporáneas fueran construidas sin tener en cuenta conceptos elementales de climatización natural. Esto se hace particularmente notorio durante las épocas en que ingresan a la ciudad personas procedentes de otras regiones y climas del país. Hoy día la mayor parte de la ciudad se compone de viviendas agrupables en cuatro tipologías; las ya mencionadas viviendas contemporáneas, edificaciones vegetales, de madera y tradicionales.

Metodología Se midieron las temperaturas interiores de espacios de similares dimensiones y ocupación en 18 viviendas dispersas por los diferentes barrios, con las diversas orientaciones propias al trazado de las vías y reconocibles como casas típicas de alguna de las cuatro tipologías de vivienda. Para ello se usaron 21 sensores que registraron simultáneamente las temperaturas interiores de las viviendas además de almacenar datos de temperatura exterior y humedad relativa con una frecuencia de 10 minutos. Toda la información recolectada fue recortada en series de 24 horas que fueron superpuestas y promediadas para obtener las curvas de evolución promedio de temperatura que se presentan en el análisis. Las viviendas fueron agrupadas según dos criterios; características tipológicas (Tabla 2) y orientación de su fachada principal (Tabla 3).

CLASIFICACION POR TIPOLOGÍA. Influencia de la orientación en el GRUPO SISTEMAtérmico ESPACIAL interior. PISOS PAREDES TECHOS comportamiento Espacios amplios, altos Baldosa Ladrillo macizo, revoque, Placa maciza de Tradicional

Contempor. Madera Vegetal

y organizados en galería Espacios agrupados con solar posterior Espacios agrupados, abiertos, solar posterior Dos espacios contiguos cuatro fachadas

Baldosa o arena o mortero de cemento Madera o arena o mortero de cemento Arena

calados y amplios vanos Bloque de concreto sin revoque. Calados Tablas traslapadas o con moldura. Postigos Bahareque o palma tejida, postigos

concreto Teja de zinc o asbesto y cielorraso Teja de zinc o asbesto Palma tejida

Tabla 2. Clasificación de las viviendas según su tipología.

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CLASIFICACION POR ORIENTACIÓN. Influencia de la tipología en el comportamiento térmico GRUPO

N(0-45)E S(0-45)E

N(45-90)E

N(0-45)W S(0-45)W N(45-90)W

Casa 2 3 12 17 4 5 8 9 6 18 10 15 13 14 16 7 11

Fachada principal N05E N05E N40E N20E S30W S30W S30W S30W N70E N50E N40W N30W N30W S30E S30E N60W N55W

Tipología Tradicional Tradicional Madera Vegetal Madera Madera Madera Contempor. Contempor. Vegetal Contempor. Contempor Vegetal Contempor. Contempor. Tradicional Contempor.

Materiales Ladrillo macizo, concreto Ladrillo macizo, concreto Teja de zinc, madera Palma, bloque, madera Teja de zinc, bahareque, madera Teja de zinc, palma, madera Teja de zinc, madera Asbesto, bloque, hierro, madera Asbesto, bloque, hierro, madera Palma, bahareque, madera Asbesto, bloque, hierro, madera Teja de zinc, placas de concreto Palma, bahareque, caña, madera Asbesto, bloque, hierro, madera Teja de zinc, bloque Ladrillo macizo, madera teja barro Asbesto, bloque, revoque

Exterior Cerámica Pintura verde-azul Pintura verde Concreto natural Pintura amarilla Pintura amarilla Pintura azul Pintura rosada Pintura rosada Cal Pintura verde Concreto Cal Concreto natural Concreto natural Verde y amarillo Pintura roja

Tabla 3. Clasificación de las viviendas según su orientación.

Resultados Las curvas promedio de temperatura interior de cada vivienda fueron agrupadas y superpuestas dos veces según los dos criterios arriba mencionados: tipología (Tabla 4) y orientación (Tabla 5). En cada caso se analizaron varios aspectos, se resaltan aquellos que aparecen en las tablas. (Melguizo [4]) Temperaturas interiores media diurna y media nocturna. Tmax. Temperatura media máxima alcanzada por la vivienda en grados centígrados. Tmin. Temperatura media mínima alcanzada por la vivienda en grados centígrados. Osc. Oscilación térmica, diferencia en grados centígrados entre las dos magnitudes anteriores. - Tcal. Tiempo en calentamiento, período medio en horas durante el cual aumenta la temperatura de la vivienda. - Vcal. Pendiente de la curva, velocidad media de calentamiento de la vivienda. - Vref. Pendiente de la curva, velocidad media de refrigeración de la vivienda. -

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TIPOLOGÍAS CUADRO DE RESULTADOS Temperatura media exterior Casa GRUPO Fachada # 2 N05E 3 N05E Tradicional 7 N60W PROMEDIO 4 S30W 5 S30W Madera 8 S30W 12 N40E PROMEDIO 6 N70E 9 S30W 10 N40W 11 N55W Contempor. 14 S30E 15 N30W 16 S30E PROMEDIO 13 N30W 17 N20E Vegetal 18 N50E PROMEDIO

Tmax.

Tmin.

°C 33.5

time 14:00

°C 26.6

time 5:30

32.7 31.9 30.9 31.8 32.8 31.3 36.1 36.9 34.3 35.5 37.4 33.8 32.7 33.8 38.9 37.0 35.6 33.0 34.4 34.0 33.8

16:24 17:18 15:20

28.9 29.0 28.3 28.7 27.2 27.7 26.5 26.6 27.0 28.5 27.8 28.4 27.4 25.6 26.2 26.9 27.3 25.7 25.3 26.0 25.7

5:33 6:15 7:18

14:20 15:48 13:27 14:12 16:06 14:15 16:30 16:00 15:15 15:00 14:05 15:30 15:00 15:06

7:20 7:06 5:30 6:10 6:30 6:30 7:30 7:25 7:00 6:24 6:30 6:30 6:40 7:00

Osc. °C 6.9

Tcal Hrs. 8.5

3.8 2.9 2.6 3.1 5.6 3.6 9.6 10.3 7.3 7.0 9.6 5.4 5.3 8.2 12.7 10.0 8.3 7.3 9.1 8.0 8.1

11.2 11.1 10.2 10.8 7.0 8.2 7.0 8.0 7.6 9.6 7.7 9.0 8.5 8.2 8.6 7.6 8.5 9.0 8.1 8.1 8.4

Osc. °C 6.9

Tcal Hrs. 8.5

3.8 2.9 10.3 9.1 5.6 3.6 9.6 9.6 6.8 7.0 8.0 7.5 5.4 12.7 7.3 8.2 10.0 8.7 2.6 5.3 4.0

11.2 11.1 8.0 8.1 7.0 8.2 7.0 7.7 8.5 9.6 8.1 8.9 9.0 8.6 9.0 8.2 7.6 8.5 10.2 8.5 9.4

Tabla 4. Tipologías, cuadro de resultados ORIENTACIÓN CUADRO DE RESULTADOS Temperatura media exterior GRUPO Casa Tipología # 2 Tradicional 3 Tradicional 12 Madera 17 Vegetal N(0-45)E 4 Madera S(0-45)E 5 Madera 8 Madera 9 Contempor PROMEDIO . 6 Contempor N(45-90)E . 18 Vegetal PROMEDIO 10 Contempor . 15 Contempor N(0-45)w . 13 Vegetal S(0-45)w 14 Contempor . 16 Contempor PROMEDIO . 7 Tradicional N(45-90)W 11 Contempor PROMEDIO .

Tmax.

Tmin.

°C 33.5

time 14:00

°C 26.6

time 5:30

32.7 31.9 36.9 34.4 32.8 31.3 36.1 37.4 34.2 35.5 34.0 34.8 33.8 38.9 33.0 33.8 37.0 35.3 30.9 32.7 31.8

16:24 17:18 14:12 15:00 14:20 15:48 13:27 14:15

28.9 29.0 26.6 25.3 27.2 27.7 26.5 27.8 27.4 28.5 26.0 27.2 28.4 26.2 25.7 25.6 26.9 26.6 28.3 27.4 27.9

5:33 6:15 6:10 6:40 7:20 7:06 5:30 6:30

16:06 15:06 16:30 15:00 15:30 15:15 14:05 15:20 16:00

6:30 7:00 7:30 6:24 6:30 7:00 6:30 7:18 7:25

Tabla 5. Orientación, cuadro de resultados

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Análisis por tipologías Casas tradicionales

Figura 2. Aspecto interior, casa 3.

Figura 3. Aspecto interior, casa 7.

Figura 4. Evolución promedio de las temperaturas de ambas viviendas en grados centígrados.

Se pudo comprobar que las viviendas de igual orientación (Figura 2) tienen un comportamiento casi idéntico y que la tercera, con una orientación completamente diferente (Figura 3), se desvía poco del comportamiento de las otras dos. Esto se explica por la gran inercia térmica de las fachadas, el techo plano y los vanos relativamente pequeños para el volumen de aire contenido, características arquitectónicas que hacen que esta tipología de vivienda sea poco sensible a los cambios de orientación. En la noche las viviendas permanecen más calientes que el exterior, consecuencia de la gran estabilidad térmica que las hace tan cómodas durante las horas diurnas (Figura 4). En todos los casos se presentan condiciones que los habitantes de la región consideran como confortables durante la mayor parte del día, a pesar de ser temperaturas muy superiores a los estándares internacionales.

Casas de madera

Figura 5. Aspecto exterior, casa 4.

Figura 6. Detalle exterior, casa 12.

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Figura 7. Evolución promedio de las temperaturas de ambas viviendas en grados centígrados.

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Se compararon tres viviendas de idéntica orientación con una cuarta orientada en la dirección contraria. Por el menor espesor de sus paredes esta tipología es más sensible a los cambios de orientación, sin embargo el factor determinante del comportamiento térmico es la presencia de una cubierta ventilada o un cielo raso. Las viviendas que tienen cielorraso (Figura 5) presentan comportamientos muy similares; no se recalientan en las horas de la tarde y se mantienen por debajo de la temperatura máxima exterior, lo que no sucede con las viviendas de cubierta sencilla (Figura 6). Se comprobó que las cámaras de aire en la cubierta atenúan significativamente el flujo calórico y reducen la máxima temperatura alcanzada en el interior, pero se concluyó que su efecto sobre los períodos de calentamiento no es notorio y que el tiempo que una vivienda permanece en estado de calentamiento está más condicionado por la pendiente y orientación de los planos que componen la cubierta que por la presencia o no de cielorrasos. (Figura 7)

Casas contemporáneas

Figura 8. Aspecto exterior de la casa 15.

Figura 9. Aspecto exterior de la Casa 10.

Figura 10. Evolución promedio de las temperaturas de ambas viviendas en grados centígrados.

Se analizan siete viviendas con diferentes orientaciones y algunas variaciones en cubierta, pero con una distribución espacial que en todos los casos impide la adecuada circulación del aire. Por esta razón todas estas viviendas presentan sobrecalentamientos. Se detectaron dos subgrupos no en función de la orientación sino del tipo de cubierta. En el primer subgrupo (Figura 8) se presentan sobrecalentamientos de tres y más grados centígrados por encima de la temperatura exterior. En el segundo subgrupo (Figura 9) las temperaturas máximas y mínimas se acercan más a las del exterior (Figura 10). La característica común de estas ultimas es la presencia de cielorrasos con cámaras de aire y porches que sombrean la fachada. Como caso especial, una de estas casas no tiene cielorraso pero en cambio cuenta con un árbol que sombrea la cubierta, el efecto es prácticamente el mismo.

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Casas vegetales

Figura 11. Detalle de la casa 13, con muro en bahareque y cubierta de palma.

Figura 12. Aspecto exterior de la casa 18.

Figura 13. Evolución promedio de las temperaturas de ambas viviendas en grados centígrados.

Las viviendas analizadas tienen un comportamiento similar y el más aproximado a la temperatura exterior. Se trata de viviendas con cerramientos muy permeables al viento y que poseen una cubierta de paja que impide notoriamente el ingreso del calor al interior (Figura 11). La gran cantidad de sombras que arroja el techo sobre las paredes, y el que se trate de viviendas separadas unas de otras (Figura 12), hacen que la orientación no tenga prácticamente ninguna incidencia en el comportamiento térmico interior (Figura 13) (Olgyay [5]). De la comparación de las viviendas de madera, las vegetales y las tradicionales con las contemporáneas se verifica que efectivamente las viviendas nuevas son térmicamente mucho menos confortables que la arquitectura tradicional de la región.

Análisis por orientación Grupo N(0-45)E y S(0-45)E

Figura 14. Aspecto exterior de la casa 17.

Figura 15. Detalle de fachada casa 2.

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Figura 16. Evolución promedio de las temperaturas de ambas viviendas en grados centígrados.

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Se agrupan aquí las viviendas que reciben radiación directa en la fachada principal durante la mañana; se verifica el gran contraste entre viviendas con igual orientación de acuerdo a su tipología arquitectónica. Las viviendas de madera y vegetales (Figura 14) se comportan similar al ambiente exterior. Las temperaturas diurnas son incluso un poco más altas, pero esta velocidad para responder a los cambios exteriores es lo que las hace cómodas durante la noche. Por el contrario las viviendas tradicionales (Figura 15) tienen ventanas pequeñas en relación con el volumen de aire contenido, no facilitan la evacuación nocturna del calor acumulado en el interior, están construidas con materiales masivos y tienen un mayor desfase térmico. Por lo tanto tienen en promedio un período de calentamiento no de ocho sino de once horas, son 2.3ºC más calientes que las viviendas de madera y hasta 4ºC durante las horas más calurosas. El resultado son temperaturas diurnas adecuadas pero temperaturas nocturnas superiores a las de las casas de menor masa térmica (Figura 16). La ventilación nocturna no parece hacer parte de las tradiciones de la zona.

Grupo N(45-90)W

Figura 17. Fachada casa 11.

Figura 18. Evolución promedio de las temperaturas de las casas 11 y 7 en grados centígrados.

Se compara aquí una vivienda tradicional (Figura 3) con una contemporánea bastante singular (Figura 17). Se escogió esta segunda porque tiene un balcón que proyecta sombra sobre su fachada y porque sus ocupantes mantienen abiertas las dos ventanas y la puerta durante todo el día. A pesar de estas características, la casa tradicional sigue comportándose mejor térmicamente; la temperatura máxima de la vivienda tradicional alcanza a estar 2.6ºC por debajo de la máxima exterior y en el caso de la vivienda contemporánea esta diferencia es de solo 0.8ºC (Figura 18). Visto desde otro punto de vista, esta diferencia de 0.8ºC es muy notoria, pues gracias a la gran ventilación por fachada esta es una de las pocas viviendas contemporáneas que no supera la temperatura máxima exterior.

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Grupo N(45-90)E

Figura 19. Fachada y balcón de la casa 6

Figura 20. Evolución promedio de las temperaturas de las casas 6 y 18 en grados centígrados.

Las fachadas de las viviendas aquí agrupadas reciben radiación solar desde temprano en la

mañana hasta pasado el medio día. La insuficiente ventilación, una cubierta en teja de zinc y una cámara de aire muy estrecha hacen que la vivienda contemporánea (Figura 19) oscile con la misma amplitud y periodo que la temperatura exterior, pero 2ºC por encima, siendo este un comportamiento inadmisible para el clima cálido-húmedo. Se nota un leve desfase en el calentamiento matutino, pero ante una vivienda tan hermética, ni siquiera las horas de la mañana resultan tolerables al interior de la vivienda. Por contraste la vivienda vegetal (Figura 12), a pesar de tener tan inadecuada orientación, mantiene temperaturas equivalentes a la exterior (Figura 20) aunque su menor masa térmica propicia un calentamiento más acelerado durante las primeras horas del día, en las cuales recibe radiación directa a través de las aberturas de la fachada.

Conclusiones Las trayectorias solares propias a la franja tropical afectan principalmente a las cubiertas, quienes reciben mayor aporte energético y más horas de sol que el resto de las fachadas (Salazar [6, 7]). Siendo pues la cubierta la fachada más vulnerable, el resultado es que el comportamiento térmico de una vivienda en clima cálido-húmedo está más ligado a las propiedades térmicas de la cubierta que a la orientación o composición de sus cerramientos. Mediante la monitorización simultanea se logro demostrar que en un clima tropical cálidohúmedo basta un mejoramiento de la cubierta y un adecuado sombreamiento y ventilación natural para disminuir la temperatura al interior de una vivienda varios grados centígrados. Las estadísticas para la región reportan leves variaciones mensuales de los elementos climáticos, lo que sugiere hacer más mediciones en diferentes épocas del año. Como se concluyo que el factor determinante en el comportamiento de las viviendas es la

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radiación solar que incide sobre las cubiertas, el criterio adecuado para identificar estas fechas y cuantificar el efecto de estas variaciones climáticas es hacer mediciones durante los periodos de máximo y mínimo brillo solar.

Agradecimientos A Colciencias, sin cuyo apoyo económico no hubiera sido posible la realización de este proyecto. Muy especialmente a la arquitecta Verónica Henriques Ardila, que colaboro intensamente durante todo el proceso y al estudiante Alexander González, que proceso impecablemente el gran volumen de datos.

Bibliografía Jaramillo, Simón. Buena Energía, Normativas de Eficiencia Energética Alrededor del Mundo. Grupo EMAT, Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín, 2000. Universidad Nacional de Colombia Medellín. Prediagnóstico para el Ordenamiento Urbano de Magangué, el manejo del espacio público y la protección del patrimonio. Documento Nº 3, Alcaldía de Magangué, 1997. p. 5-16. IDEAM. Calendario Meteorológico de Colombia 1994, Santa Fé de Bogotá, Colombia, 228 Págs. Melguizo Bermúdez, Samuel y Octavio Uribe Toro. Asoleamiento, Teoría General y Diagramas. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Facultad de Arquitectura, 1987, Medellín. 54 p. Olgyay, Víctor. Clima y Arquitectura en Colombia. Universidad de Valle, Carvajal y Compañía, Cali, 1968. p. 41-48, 51-53, 76-83, 131-154. Salazar, Jorge Hernán. Sunlightning Evaluation in Buildings. Building Research and Information, May/June 1995, Volume 23, Number 3, p. 182-187. Salazar, Jorge Hernán. Solar Performance and Shadow Behaviour in Buildings. Case Study with Computer Modelling of a Building in Loranca, Spain. Building and Environment, London, 1998, Vol 33, Nos 2-3 p. 117-130.

Fin del documento.

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