Descripción

La arquitectura bioclimática puede definirse como aquélla que está orientada a satisfacer las necesidades climáticas de sus ocupantes y usuarios, con un máximo aprovechamiento de los recursos naturales disponibles en su entorno y con consumos reducidos de energías convencionales a la vez que se incrementan el uso de las denominadas energías renovables y se minimizan los residuos y emisiones. Se crean así edificios de elevada eficiencia energética (reducción del consumo energético y máximo aprovechamiento del mismo), a través de su adecuada adaptación constructiva a las condiciones del medio en el que se ubica y a su utilización final (proyectada).

La utilización de este tipo de diseño permite economizar entre el 50 % y el 70 % del consumo de combustible fósil y de energía eléctrica.

Los índices de sobrecoste al aplicar lógicas de adecuación bioclimática a la construcción implican, en España, una media de un 15 % más sobre el coste de construcción de un edificio tradicional, compensados sobradamente con los ahorros energéticos que se van a obtener.

Conceptos básicos

Para entender adecuadamente los mecanismos y elementos utilizados en la arquitectura bioclimática es necesario comprender algunos principios físicos y de la naturaleza.

El Sol

Ya que el Sol es la principal fuente energética utilizada en las viviendas bioclimáticas es preciso recordar la relación entre los movimientos de este y de la tierra a los largo de un año.

Debido a que el eje de rotación de la Tierra está inclinado con respecto al plano de su trayectoria alrededor del Sol, la trayectoria solar varía dependiendo de la estación climática.

En los denominados equinoccios de primavera y otoño, 22 de marzo y 21 de septiembre respectivamente, los días cuentan con las mismas horas de sol y de oscuridad. En estos días el sol sale exactamente por el este y se pone por el oeste.

Con el avance de la primavera, los días van creciendo en horas de sol a la vez que el sol al mediodía aumenta de altura. En el solsticio de verano, 21 de junio, el sol sale por el nordeste y se pone por el noroeste alcanzando la máxima altura y el mayor número de horas de radiación. En el solsticio de invierno, 21 de diciembre , sucede todo lo contrario.

Esto influye en la radiación recibida por fachadas verticales: en invierno, la fachada sur recibe la mayoría de la radiación, gracias a que el sol está bajo, mientras que las otras orientaciones apenas reciben radiación.

En verano, cuando el sol está más vertical a mediodía, la fachada sur recibe menos radiación directa, mientras que las mañanas y las tardes castigan especialmente las fachadas este y oeste, respectivamente. También se incrementa la radiación recibida por las cubiertas de las edificaciones.

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Formas de transmisión del calor

El calor se mueve mediante tres mecanismos de traslación distintos:

  • Conducción: es el fenómeno por el cual los edificios pierden calor en invierno a través de los cerramientos. Consiste en la transmisión de energía térmica a través del material.
  • Convección: calor que es “transportado” por el propio movimiento del fluido. El calentamiento del aire hace que éste se eleve y se acumule en la parte alta de los edificios.
  • Radiación: el Sol aporta energía exclusivamente por radiación.

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Capacidad calorífica e inercia térmica

Si a un cuerpo se le aporta calor eleva su temperatura. Si es capaz de almacenar mucho calor se dice que tiene mucha capacidad calorífica.

La “resistencia” de la temperatura a reaccionar inmediatamente a los aportes de calor es lo que llamamos inercia térmica.

La inercia térmica en un edificio lleva aparejado dos fenómenos: el de retardo (de la temperatura interior respecto a la temperatura exterior), y el de amortiguación (la variación interior de temperatura no es tan grande como la variación exterior).

Efecto invernadero

Es el fenómeno por el cual la radiación entra en un espacio y queda atrapada, calentándolo. Se produce en espacios donde al menos uno de los cerramientos es traslúcido, transparente a la radiación visible, pero es opaco a la radiación infrarroja.

Cuando los rayos del sol entran, la radiación es absorbida por los objetos de su interior, que se calientan, emitiendo radiación infrarroja, que no puede escapar pues el vidrio, u otros materiales trasparentes, es opaco a la misma.

Calor de vaporización

El agua, para evaporarse, necesita calor, que adquiere de su entorno inmediato, enfriándolo. Por eso los lugares donde hay agua están más frescos. Las plantas están transpirando continuamente, eliminando agua en forma de vapor. Por eso los lugares donde hay plantas están también más frescos.

Microclima y ubicación

El entorno físico influye directamente en las características climáticas de las edificaciones. Los principales factores son:

Forma

La forma de la edificación influye sobre:

  • La superficie de contacto entre la vivienda y el exterior, lo cual influye en las pérdidas o ganancias caloríficas.
  • La resistencia frente al viento.
  • La altura, por ejemplo, es determinante: un edificio alto siempre ofrece mayor resistencia que uno bajo.

Orientación

Influye en la captación solar. Dependiendo de cómo orientemos los huecos y las fachadas, tendremos una mayor o menor captación solar, que nos influirá en el aporte de calefacción que tengamos que hacer. La capacidad que tenga una casa para ventilarse naturalmente dependerá de la orientación que tenga respecto a la dirección de los vientos dominantes de la zona.

Componentes

Ventilación

  • Natural: es la que tiene lugar cuando el viento crea corrientes de aire en el edificio, al abrir las ventanas o las puertas, o a través de orificios y rendijas.
  • Convectiva: es la que tiene lugar cuando el aire caliente asciende, siendo reemplazado por aire más frío. Durante el día, en una vivienda bioclimática, se pueden crear corrientes de aire aunque no haya viento provocando aperturas en las partes altas de los edificios, por donde pueda salir el aire caliente. aptación solar pasiva.

Captación solar pasiva

Se refiere a los mecanismos de captación de la energía calorífica procedente del sol.

Hay varios tipos de sistemas:

  • Sistemas directos. El sol penetra directamente a través del acristalamiento al interior del recinto. Es importante la existencia de masas térmicas de acumulación de calor en los lugares donde incide la radiación. Sistemas semidirectos. Utilizan un adosado o invernadero como espacio intermedio entre el exterior y el interior. La energía acumulada en este espacio intermedio se hace pasar a voluntad al interior a través de un cerramiento móvil.
  • Sistemas indirectos. La captación la realiza directamente un elemento de almacenamiento dispuesto inmediatamente detrás del vidrio (a unos pocos centímetros). El interior de la vivienda se encuentra anexo al mismo. El calor almacenado pasa al interior por conducción, convección y radiación. El elemento de almacenamiento puede ser un paramento de material de alta capacidad calorífica, bidones de agua, lecho de piedras, etc., y puede ser una de las paredes de la habitación, el techo, o el suelo.

El diseño paisajístico

La ubicación correcta de los árboles y masas vegetales puede representar un ahorro de hasta un 25% en el consumo de energía por el sistema de calefacción y refrigeración. La sombra y la evapotranspiración (proceso en que una planta mueve y libera activamente vapor de agua) de los árboles pueden reducir la temperatura del aire circundante hasta 5ºC. Puesto que el aire frío se asienta cerca de la tierra, la temperatura del aire debajo de los árboles puede ser de hasta 14ºC menos que las temperaturas del aire por encima del pavimento cercano.

Cubiertas ajardinadas

Las cubiertas ajardinadas son aquellas que se encuentran tapizadas por un manto vegetal. Tienen la función de amortiguar las variaciones térmicas y de mantener la temperatura y la humedad constantes bajo el tejado.

Barreras antiviento

Evitan las filtraciones en los edificios, además de disminuir la sensación térmica que se produce con el movimiento del aire.

Factor de forma

Se define el factor de forma como el cociente entre el volumen, del edificio, y la superficie, que encierra dicho volumen. Tienen mejor comportamiento térmico los edificios austeros que en los que existen: salientes, entrantes y voladizos, ya que del mismo modo se consigue encerrar el mismo volumen en una superficie envolvente más pequeña.

Espacios Tapón

Son espacios adosados a los edificios, de baja utilización, que térmicamente actúan de aislantes o “tapones” con el exterior. Los espacios tapones se podrán adosar a cualquier cerramiento.

Medidas de eficiencia

Diseño, forma y orientación

Un edificio alto siempre ofrece mayor resistencia que uno bajo. Es beneficioso en verano, ya que incrementa la ventilación, pero perjudicial en invierno, puesto que incrementa las infiltraciones. La forma ideal de un edificio es compacta y alargada, de planta rectangular, cuyo lado mayor vaya de este a oeste, y en el cual se encuentren la mayor parte de los dispositivos de captación solar pasiva (fachada sur).

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Para climas fríos conviene un factor de forma pequeño entre 0,5 y 0,8; y para climas cálidos conviene uno grande, superior a 1,2.

Aplicar espacios tapones:

  • En la fachada norte que es la más fría, para protegerla en invierno, aquí se situarán espacios de paso o de menor utilización (salas de máquinas, almacenes, lavabos, pasillos, etc.)
  • En la fachada donde incida más la radiación solar, para protegerla en verano.
  • Debajo de la cubierta, el espacio estará dotado de pequeños registros que permitan la ventilación. En invierno los registros estarán cerrados, y el espacio disminuirá de forma importante las pérdidas de calor a través del techo y en verano permanecerán abiertos para poder ventilar y eliminar el calor acumulado.
  • Reducir las ventanas en las fachadas norte, este y oeste, ya que no son muy útiles para la captación solar en invierno y, sin embargo, se producen pérdidas de calor a su través.
  • Cubiertas ajardinadas. Es recomendable para bajar la temperatura de las cubiertas, que son las superficies donde más incide el sol en verano, eliminando los sobrecalentamientos producidos por la radiación solar.
  • Alero fijo en las ventanas situadas en la fachada sur para que impidan la penetración solar en verano y no estorbe en invierno.

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  • Enterrar parcialmente o totalmente la fachada norte para así poder aprovechar la inercia térmica del terreno.

Los edificios con barreras antiviento, colocadas solamente del lado que soplan los vientos dominantes, tienen un consumo promedio de combustible de un 25 % inferior al de los edificios similares pero sin protección.

Diseño paisajístico

Cualquier tipo de árbol, colocado cerca de la zona Sur de la fachada, refrescará el ambiente por evapotranspiración.

Sombrear las paredes este y oeste, ya que son las que reciben mayor cantidad de radiación solar. Los árboles ubicados hacia el Este deben ser de tronco alto para permitir el paso de aire fresco hacia el interior de la edificación.

Sombrear los techos con árboles grandes de copa horizontal. Con esta medida se puede reducir la temperatura interior de 4,5ºC a 5,5ºC.

Ubicar cobertura vegetal alrededor de las edificaciones sustituyendo superficies duras, disminuye la reflexión sobre las paredes y la acumulación de calor.

Los árboles de hoja caduca nos dan mayor flexibilidad, debido a que en verano proyectarán sombra sobre la casa y en invierno se le caerán dichas hojas, por lo que permitirá el paso de la radiación solar.

Las temperaturas del aire durante el día, en verano, son de 2ºC a 3ºC más frescas en los vecindarios arbolados que en las zonas desprovistas de árboles.

También se utilizarán los árboles como barreras antiviento.

Ubicación

Limitar las posibles obstrucciones solares del relieve del terreno (la propia ladera o el horizonte visible) o de construcciones próximas, de manera que no proyecten sombra en los meses de invierno.

Ventilación

En días calurosos de verano, es eficaz ventilar durante la noche y cerrar durante el día.

Para que la ventilación sea lo más eficaz posible, las ventanas deben colocarse en fachadas opuestas, sin obstáculos entre ellas, y en fachadas que sean transversales a la dirección de los vientos dominantes.

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Otros

Colocar estanques y fuentes para producir un refrescamiento en los alrededores, sin dejar de tener en cuenta que un exceso de estos elementos produciría humedad. También se puede regar alrededor de la casa con frecuencia.

Actuando sobre aspectos como el color de los muros o los tejados, podemos ahorrar energía. Las paredes de color claro reducen la ganancia de calor hasta un 35 %. Un tejado color claro comparado con uno oscuro puede reducir la ganancia de calor en un 50 %.

Aprovechar la iluminación natural mediante lucernarios, claraboyas o patios interiores.

Ejemplo de aplicación

El edificio que se describe consiste en una nueva construcción de 120 m2 repartidos en dos plantas situado en Jaca (Huesca), en el cual se ha instalado en la fachada orientada hacia el Sur, un vidrio térmico de 27,96 m2, junto con bloques de termoarcillas de 29 cm de espesor que aumentará la inercia térmica del edificio.

Este vidrio permitirá crear un estudio soleado además de funcionar como calefacción en invierno y en las horas sin sol, debido a la acumulación del calor en la masa pesada de las paredes.

Mejoras tecnológicas

Muro trombe

Es un caso especial de captación solar pasiva. Consta de una construcción de doble piel: la hoja interior está formada por ladrillo tradicional, con una superficie exterior oscura que actúa como absorbedor térmico y acumulador de calor; la piel externa es vidrio que, a través del efecto invernadero produce el calentamiento del aire de la cavidad.

Tiene unos registros ajustables en la parte superior y en la inferior para que se cree una transferencia de calor por conducción a voluntad. Se utilizan para que entre aire caliente en invierno, o para ventilación.

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Termoarcillas

Se utilizan para aumentar la inercia térmica de los edificios, al ser óptimas captadoras, acumuladoras y transmisoras de la energía solar térmica hacia el interior.

El bloque de termoarcilla es un bloque de baja densidad con el que se consigue una uniforme porosidad repartida en toda la masa del bloque. Entre sus principales características está un buen comportamiento mecánico y un grado de aislamiento térmico y acústico adecuado que permite construir muros de una sola hoja sin necesidad de recurrir a las soluciones típicas de muros multicapa.

Fachada ventilada

Es una fachada en la cual existe una delgada cámara de aire abierta en ambos extremos, separada del exterior por una lámina de material. Cuando el sol calienta la lámina exterior, ésta calienta a su vez el aire del interior, provocando un movimiento convectivo ascendente que ventila la fachada previniendo un calentamiento excesivo. En invierno, esta cámara de aire, aunque abierta, también ayuda en el aislamiento térmico del edificio.

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Chimenea solar

Se apoya en la ventilación convectiva, creando corrientes de aire aunque no haya viento mediante aperturas en las partes altas de los edificios, por donde pueda salir el aire caliente. Si en estas partes altas se coloca algún dispositivo que caliente el aire de forma adicional mediante radiación solar (chimenea solar), el aire saldrá aún con más fuerza.

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