ESTRATEGIAS BIOCLIMATICAS PARA EL DISEÑO ARQUITECTÓNICO - ANGEL SANCHEZ INOCENCIO

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Parámetros climáticos que se consideran a la hora de diseñar:

• Temperatura
• Humedad
• Radiación solar
• Viento
• Precipitaciones

Parámetros que rigen las condiciones de confort:

• Higrotérmico
• Salubridad
• Luminoso
• Acústico
• Seguridad

Fundamentos de este tipo de estrategias:

• Aprovechamiento/protección de la radiación solar
• Transformación de la radiación solar en calor
• Sistemas de almacenamiento/liberación de calor
• Orientaciones del edificio
• Ventilación natural y termo-forzada

 

Aislamiento Térmico

El aislamiento térmico es de las primeras estrategias bioclimáticas a adoptar. Es el abrigo de nuestro edificio, y no depende solamente de los cerramientos, sino que también depende en gran medida de los huecos (puertas y ventanas) y los puentes térmicos.

El calor se transfiere del lugar caliente al frío, por donde menor resistencia encuentre. El aislamiento térmico es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor a través suyo. Se caracterizan por su baja conductividad térmica y densidad.

Estas estrategias bioclimáticas son fundamental para el invierno, sobre todo en climas fríos. Calentar nuestra vivienda cuesta dinero (y no poco). Por ello, evitar que el calor que producimos se escape es esencial, de lo contrario, ¡sería como tirar el dinero por la ventana!En verano no conviene tener aislante, porque no podremos disipar el calor que nosotros mismos generamos. Por otro lado, el aislamiento nos protege en cierta medida del calor exterior.

Aportes directos y protección de la radiación solar

El Sol es la principal fuente de energía de nuestro planeta. Se calcula que astro rey arroja sobre la tierra 1.353 W/m² (según la NASA) en forma de radiación UV, infrarroja y luz visible, de las cuales un 75% llega a la superficie por la acción de la atmósfera. Pero, ¿sabías que es el principal factor a tener en cuenta para diseñar estrategias bioclimáticas?

La potencia incidente se denomina irradiancia (W/m²). Los movimientos de traslación y rotación de la tierra influyen en la inclinación de los rayos, así como la latitud. Cuanto más perpendiculares, más energía.

La radiación solar sobre un material se convierte inmediatamente en calor, por ello, trataremos de aprovechar al máximo los aportes directos de radiación durante el invierno a través de los huecos.

En verano, por el contrario, hay que evitar la radiación directa. Esto se puede conseguir por medio de elementos de protección, fijos o móviles, que intercepten la radiación antes de que incida sobre los muros o ventanas.

Inercia térmica

La inercia térmica juega un papel muy importante a la hora de alcanzar y mantener las condiciones de confort en un edificio. Las edificaciones con una gran inercia térmica mantienen la temperatura interior más estable, mejorando la eficiencia energética.

Estas estrategias bioclimáticas funcionan mediante el intercambio energético con el ambiente, como un gran almacén de energía, evitando los picos de temperatura y generando así mayor confort. Esta propiedad depende de la masa, del calor específico de los materiales y del coeficiente de conductividad térmica.

En invierno, el calor que aportemos a la casa quedará almacenado en los muros de gran inercia térmica, por ejemplo; de tierra. Por la noche, éstos cederán la energía absorbida, amortiguando la caída de temperatura.

En verano, el proceso sería inverso. Durante la noche habría que liberar la energía atrapada en estos muros ventilando la vivienda, para que durante el día absorban el calor generado en la casa dando sensación de frescor.

Ventilación nocturna o Free Cooling

La ventilación nocturna trata de obtener provecho a partir del descenso de la temperatura exterior en verano. Aunque no es un concepto nuevo, actualmente es más conocido como; “free cooling” (enfriamiento gratuito). Conozcamos mejor estas estrategias bioclimáticas.

En climas cálidos, esta estrategia supone una gran ventaja a la hora de refrescar el hogar. A través de la inercia térmica de los muros, podemos conseguir mantener la temperatura interior dentro de los límites de confort sin necesidad de otros sistemas activos, es decir, que necesiten energía.

Cuando la temperatura exterior desciende por debajo de la consigna de confort, se puede ventilar la vivienda de manera natural, eliminando gratuitamente el calor producido durante el día y absorbido por los muros.

El ejemplo más claro son las noches de verano, sobre todo en agosto. Generalmente, la temperatura exterior desciende de 26ºC a partir de la medianoche, llegando a bajar hasta los 21ºC, pudiendo ventilar la vivienda durante toda la noche.

Enfriamiento evaporativo

El enfriamiento evaporativo es un método para enfriar el aire través de la evaporación del agua. Estas estrategias bioclimáticas son muy antiguas y podemos encontrarlas fácilmente en la naturaleza; un frondoso bosque o nuestro propio sudor.

Se fundamenta en la entalpía de cambio de estado del agua. Al evaporarse agua en un ambiente cálido y seco, ésta toma la energía del aire disminuyendo, por tanto, su temperatura. Este mismo principio se aplicaría en una torre de refrigeración.

Como es lógico, esta práctica es exclusivamente de verano. En España tenemos ejemplos muy claros de edificios con sistemas de enfriamiento evaporativo, como son los patios andaluces. Sin embargo, se podrían diseñar invernaderos adosados a las edificaciones con ventilación natural y vegetación, que funcionasen en ambas estaciones.

Este concepto también se conoce como “efecto botijo”. El agua recogida en su interior se filtra, formando pequeñas gotas en la superficie, que al evaporarse mantienen fresco el recipiente.

Doble piel

Estas estrategias bioclimáticas consiste en diseñar la envolvente del edificio conformando dos capas continuas y ventiladas. La capa exterior nos servirá como protección solar para la capa interior, que será la que esté aislada.

Para hacernos una idea, es como si nuestra casa fuese una “matrioska” y dentro de la piel exterior se dispusiera otra interior. Al ventilar la cámara de aire formada conseguimos protegernos tanto de la radiación solar como del calor que almacenaría la envolvente, creando un micro-clima en el interior del edificio.

En verano, la radiación solar castiga la envolvente del edificio, especialmente la cubierta. Aunque existen varios métodos de librarnos de esta, como poner colores claros para los acabados de fachada que reflejen la radiación, la llamada “doble piel” es un sistema muy efectivo.

En invierno también sería una estrategia bioclimática de gran utilidad, ya que permite crear colchones térmicos y cámaras parietodinámicas que pre-calienten el aire de ventilación.

Pozos canadienses

Los pozos canadienses, también conocidos como provenzales, son sistemas de climatización geotérmica. Están formados por redes de tuberías dispuestas en el subsuelo que se sirven de la inercia térmica para atemperar el aire que introducimos en la vivienda, reduciendo significativamente el salto térmico y por tanto la demanda energética. Constituyendo unas estrategias bioclimáticas muy efectivas a la hora de mejorar la eficiencia energética en la edificación.

Se parte de que el terreno mantiene su temperatura constante a partir de una profundidad aproximada de 2 metros, en torno a los 15-18ºC durante todo el año. Al introducir el aire exterior y hacerlo discurrir por las canalizaciones se produce un intercambio de energía, de absorción o cesión, entre el aire y la tierra. Así, se aproxima la temperatura del aire a la de la tierra, que siempre será más cercana a la temperatura de confort.

El funcionamiento para el invierno y el verano es idéntico. Sin embargo, en verano se puede llegar a prescindir de otros sistemas adicionales de refrigeración, mientras que en invierno se necesitarían otros métodos de apoyo para alcanzar la temperatura deseada.

Cubiertas ajardinadas

Las cubiertas ajardinadas, también conocidas como vegetales o verdes, son cubiertas a las que se añade un sustrato y vegetación. Son generalmente planas y dependiendo de su espesor se denominan como intensivas (>10 cm) o extensivas (<10 cm). En mi opinión esta estrategia siempre es altamente recomendable ya que es muy completa.

Entre las principales ventajas de estas estrategias bioclimáticas destaca que purifica y refresca el aire de la ciudad, filtrando a su vez el agua de lluvia. Además, guarda la cubierta de la radiación solar, así como del ruido, y es un excelente protector de la capa de impermeabilizante.

Al colocar una capa de vegetación recuperamos la superficie ocupada por el edificio además de crear un espacio natural donde cultivar alimentos o simplemente relajarnos. Si la vegetación es autóctona el mantenimiento es muy escaso.

Estas estrategias bioclimáticas aportan inercia térmica al edificio y mejora el aislamiento térmico, siendo más sostenible que cualquier otro material aislante. Por si esto fuera poco, en verano refresca el edificio gracias al enfriamiento evaporativo.

Cubierta Estanque

Las cubiertas estanque se forman bien inundando este elemento o bien colocando sacos llenos de agua. Tiene un comportamiento parecido al de la cubierta ajardinada, aunque está más enfocado al aprovechamiento de la capacidad para almacenar, transportar y ceder energía del agua y su inercia térmica. Vamos a conocer estas estrategias bioclimáticas más a fondo.

Este sistema se puede utilizar durante todo el año. En invierno, al recibir radiación solar durante el día el agua se calentará, mientras que en la noche, con ayuda de un aislante térmico móvil evitaremos que se pierda y así caliente la vivienda.

En verano el funcionamiento sería el inverso, evitando radiación solar en verano y refrescando la casa mediante el enfriamiento evaporativo.

En el caso de utilizar sacos llenos de agua el funcionamiento en invierno mejora, ya que el agua se evapora y permanece dentro de estos conservando la energía recibida. Sin embargo, en verano será más conveniente dejar que el agua se evapore para aprovechar el enfriamiento evaporativo, aunque esto implique un sistema de tratamiento del agua.

Invernadero adosado

Un invernadero es un espacio cerrado y transparente, que se dispone contiguo a una dependencia para mantener las condiciones de confort higrotérmico, controlando la temperatura y la humedad. Hoy vamos a ver cómo esta estrategia bioclimática puede reducir la demanda energética en nuestro hogar y hacernos más eficientes.

El llamado efecto invernadero se produce cuando la radiación solar pasa a través de la superficie translúcida, que al chocar con el interior cambia a radiación infrarroja y queda atrapada. Este calor comienza a generar un movimiento de convección del aire llamado termo-circulación que se puede aprovechar para introducir aire caliente en la vivienda.

Estas estrategias bioclimáticas tiene un funcionamiento opuesto entre invierno y verano. Durante los días fríos estará cerrado, almacenando calor mediante aportes directos y transmitiéndolo a la estancia colindante a través de trampillas. Por la noche se deberán disponer una cobertura aislante como en la cubierta estanque.

En verano se puede convertir en un espacio sombreado con vegetación que refresque el ambiente a través del enfriamiento evaporativo.

Muro Parietodinámico y Chimenea Solar

Los muros parietodinámicos son unas estrategias bioclimática que aprovecha la radiación solar para calentar una cámara acristalada, generando un movimiento de convección que introduce aire caliente en la estancia contigua a través de una serie de compuertas. Pero éste elemento también se puede utilizar para extraer aire de la vivienda, mejorando la ventilación, pasando a funcionar como una chimenea solar.

En estas estrategias bioclimáticas los principios físicos del efecto invernadero, la convección del aire, también llamada ventilación termo-forzada, y el efecto Venturi.

En invierno funcionaría en modo calefacción. El aire de la cámara acristalada se calentaría, generando un movimiento en el aire que, una vez aire pre-calentado, se introduciría en el hogar. De esta manera se podrían conseguir aumentos de hasta 3º C gratuitamente.

En verano serviría como un extractor de aire, sin más acción que el juego de compuertas y a causa del efecto Venturi, que tendería a extraer aire de la habitación. Si quieres saber más sobre este sistema, el cual tiene su fundamento en el muro Trombe, tengo otro artículo más extenso donde explico sus diferencias.

Muros y suelos acumuladores térmicos

Los muros y suelos acumuladores térmicos son estrategias bioclimáticas que aprovechan los aportes directos de radiación solar para convertirlos en calor, almacenarlo en su interior y liberarlo de manera diferida en el tiempo.

Los principios físicos que lo fundamentan son la inercia térmica y el llamado desfase de onda térmica. Los materiales utilizados tienen que tener gran masa y una excelente capacidad de almacenar y ceder calor al ambiente: granito, tierra e incluso bidones de agua (cubierta estanque).

Estas estrategias bioclimáticas se utilizan en invierno. La radiación solar que incide sobre los paramentos (muros o suelos) hace que se calienten. Estos elementos almacenan energía y la liberan al ambiente de manera gradual hasta 2 horas después de haber cesado la radiación directa.

También se pueden crear cámaras que calienten el aire adyacente y generen una corriente termo-forzada, como vimos en el caso de los muros parietodinámicos. Este sistema se denomina: muro Trombe.