Arquitectura bioclimática
De
acuerdo con la legislación vigente debo hacer constar que este trabajo
fue realizado durante una licencia de estudios cuatrimestral concedida
por la Consellería de educación e Ordenación Universitaria, habiendo sido autorizada su divulgación
Introducción
La
arquitectura bioclimática puede definirse como la arquitectura diseñada
sabiamente para lograr un máximo confort dentro del edificio con el
mínimo gasto energético. Para ello aprovecha las condiciones climáticas
de su entorno, transformando los elementos climáticos externos en
confort interno gracias a un diseño inteligente. Si en algunas épocas
del año fuese necesario un aporte energético extra, se recurriría si
fuese posible a las fuentes de energía renovables.
A
igualdad de confort la mejor solución es la más simple y si además es
sana para el planeta, mucho mejor. A esta simplicidad se llega a través
del conocimiento y la buena utilización de los elementos reguladores del
clima y de las energías renovables.
Durante
la fase de diseño del edificio es importante contemplar todos los
elementos en su conjunto: estructuras, cerramientos, instalaciones,
revestimientos, etc., dado que carece de sentido conseguir un ahorro
energético en determinada zona y tener pérdidas de calor en otra.
La
gran mayoría de los edificios construidos actualmente suplen su pésimo
diseño bioclimático con enormes consumos energéticos de calefacción y
acondicionamiento de aire.
Cuando mi hija comenzó su último curso en la Facultad
de Matemáticas de Santiago de Compostela llegó a casa feliz. “¡Tengo
ventanas!” nos dijo. Después de haber pasado cuatro años en aulas
cerradas, los alumnos de 5º curso tenían el privilegio de poder ver la
luz del sol. ¿Cómo se puede tener a nuestros jóvenes sin recibir la
claridad del día durante años mientras están en clase? Y, ¿Como se puede
desperdiciar así la captación de la radiación solar?
Según
cuentan, el diseño del edificio se basó en una facultad andaluza
ubicada en un lugar seco y soleado. El diseño original tenía una serie
de tragaluces orientados al norte que recibían luz del sol indirecta,
más fresca, y permitían ser abiertos para dejar salir el aire interior
en los días cálidos.
Trasladado
a Galicia el edificio se convirtió muy pronto en “la casa de las
goteras”. Optaron por cubrir todo el tejado para evitar las filtraciones
de agua y con ello condenaron a los matemáticos a permanecer bajo una
perpetua luz de neón.
Podría
continuar la lista de aberraciones climáticas pero el objetivo de este
trabajo es otro y sin duda cada uno de Vds. conoce sus propios casos
particulares de edificaciones mal concebidas, incómodas para sus
ocupantes y que son un despilfarro energético.
Como
contrapartida podemos mencionar el aula laboratorio del Centro
Educativo del Medio Ambiente en Crevillente (Alicante), que mantiene una
temperatura constante de 23º C. a lo largo de todo el año sin aporte
energético externo.
El
diseño de un edificio debe hacerse globalmente de modo que sus
diferentes elementos compongan un todo armónico: estructuras,
instalaciones, cerramientos, captación solar,
caldeo, protección y acondicionamiento acústico, lumínico, cerramientos,
orientación, diseño del entorno, etc. de modo que cada elemento cumpla
una misión bioclimática a la par que funcional.
Por
la brevedad de tiempo en que este trabajo ha de ser realizado, se
insistirá especialmente en los aspectos de control climático directo.
Esto no debe interpretarse como un divorcio entre ellos y el resto de la
construcción.
No
es rentable ni va a funcionar adecuadamente un edificio construido del
modo convencional al que se le adhieren unos paneles de captación solar.
No va a funcionar adecuadamente un edificio que no se conciba como un
todo global. Por ejemplo, los elementos estructurales o de cerramiento
pueden ser a la vez acumuladores de calor o reguladores de la radiación
solar.
* Estudio del emplazamiento
- Análisis del lugar
- Integración de la casa con el lugar
- Protección frente al medio
* Climatología de la construcción
- Modos de transmisión del calor
- Reacciones fisiológicas del cuerpo humano frente al clima
- Clima interior de la vivienda: factores que determinan el clima.
- Relación de la humedad, temperatura y velocidad del aire
- Aislamiento
* Control del clima por medios constructivos
- Modos de evitar las pérdidas de calor
- Modos de refrigerar los edificios
- Captación y almacenamiento de energía del entorno
* Control del clima con ayudas artificiales
- Colector de placa plana
- Bombas de calor
- Sistemas de termosifón
- Sistemas de aire
- Calefacción solar
- Captación de energías renovables.
* Ventilación natural y enfriamiento en verano
- Acondicionamiento natural de aire
- Ventilación con el aire de la noche
- Respiraderos de techo y ático
- Patios de control climático
- Flujos de aire a través de ventanas
* Diseño del paisaje para control climático
- Paredes Rudofsky
- Elección y localización de la vegetación
- Construcción con cobertura de tierra.
Estudio del emplazamiento
Introducción:
“Inspección
antes de proyecto antes de construcción”. Esta era la frase favorita de
Patrick Geddes, considerado el primer planificador del entorno de la
cultura occidental.
Las
culturas vernáculas siempre han observado los espacios naturales para
ubicar las viviendas en lugares que permitiesen el máximo
aprovechamiento de las condiciones climáticas del lugar. A lo largo de
la historia los pueblos indígenas han practicado la integración de sus
construcciones tradicionales con la naturaleza.
En
la antigua cultura griega se consideraba un derecho legal el acceso a
la luz del Sol y se planificaron ciudades como Olinto en el siglo V a.
de C. cuyas calles se orientaron de tal modo que todas las casas
recibían la misma radiación solar.
Mientras
muchos pueblos del mundo siguieron viviendo en armonía con su entorno
natural, en la cultura europea esta sabiduría se fue perdiendo
paulatinamente sobre todo en las ciudades, a causa de la descoordinación
y falta de regulación de las actuaciones públicas y privadas llegando a
convertirse este olvido en un problema sanitario de primera magnitud.
Owen
presentó al gobierno inglés en 1.817 un informe proponiendo una
“comunidad de armonía y cooperación”, proyecto que fue desestimado. (Ver
croquis en el apartado de material). En 1.825 proyectó una comunidad en
la que 1.200 personas vivirían en un terreno agrícola de 500 hectáreas. En
1830 el cólera se extiende por Europa. La opinión pública reacciona y
solicita una intervención, pero la primera ley sanitaria no sería
publicada hasta 1.848.
A
mediados del siglo XlX Sir Edwin Chadwick investigó las condiciones de
habitabilidad de los barrios obreros británicos y a la vista de las
miserables condiciones de salubridad en que vivían sus habitantes se
inició un movimiento para construir viviendas sanas y soleadas.
Comenzaron a construirse las primeras ciudades-jardín. Recordemos por
ejemplo el proyecto de Letchworth.
Ya en el siglo XX hubo varios arquitectos preocupados por la buena integración del edificio en el entorno, lo lograsen o no.
Le
Corbusier hizo unos bocetos para la ponencia que presentó en el
Congreso Internacional de Estudio sobre el problema de las zonas
subdesarrolladas celebrado en Milán en 1.954. Uno de ellos titulado:
“Las 24 horas solares” hace relación a la necesidad de satisfacer unas
buenas condiciones de habitabilidad. En uno de sus proyectos, las
“Unités d´habitation” expresa su concepto de integración del hombre
urbano en el entorno (ver copias en el apartado de material).
Sin
duda fué Frank Lloyd Wright el arquitecto que mejor supo comprender el
entorno e integrar las construcciones en el lugar. Según sus palabras,
sus viviendas deberían ser parte de la naturaleza y crecer “desde el
suelo hacia la luz”. En su libro “The Natural House” escribió cómo la
casa debe construirse “integrada en el lugar, integrada en el entorno e
integrada en la vida de sus habitantes”. (Imagen de uno de sus
proyectos, ejemplo de integración con el entorno en el apartado de
material).
A
partir de 1.960 comenzó en occidente un movimiento ciudadano de
protección del medioambiente y una vuelta a la naturaleza. Con la
publicación del libro de James Lovelock: “Gaia: una nueva visión de la Vida sobre la Tierra”
se despierta la conciencia planetaria y nace el concepto de “casa
ecológica” que concibe la casa como un micro ecosistema en profunda
interrelación con el ecosistema más amplio que es Gaia: la Tierra. En
este concepto actual de vivienda, la unidad de la casa y su entorno
debe ser profunda y ambos complementarse mutuamente. Por ello se hace
necesario comenzar por el estudio del lugar con el fin de lograr esta
integración lo mejor posible.
Contenido
Análisis del lugar
Para
elegir y planificar un solar debemos observar varios elementos que
tienen gran importancia a la hora de construir un edificio aliado con el
entorno. Esto nos proporcionará como mínimo más
confort, mejores vistas, mejor aprovechamiento de los espacios y un
considerable ahorro energético. Unas observaciones son sencillas de
realizar, otras más complejas o técnicas. Las clasificamos de este modo:
- Límites:
Observaremos
los contornos, límites de la propiedad, construcciones vecinas,
caminos, vías de comunicación adyacentes, dimensiones y forma del solar,
lugares de acopio de materiales de construcción, acometida de
instalaciones (agua potable, electricidad, saneamiento...), vertederos
próximos de escombros (si fuese preciso) y haremos un croquis anotando
todo ello.
- Orientación:
Este
punto es fundamental ya que determinará la orientación de la vivienda a
fin de conseguir un buen ahorro energético. En el hemisferio Norte la
orientación de la zona de estar conviene dirigirla hacia el Sur. El
Norte magnético se puede localizar con brújula, el geográfico observando
la estrella Polar y el Sur observando la posición del sol observando la
sombra en el momento del mediodía. (Ver actividades).
- El Sol:
La
radiación solar puede ser aprovechada de varias formas: para
calentamiento pasivo, calentamiento activo y obtención de electricidad
fotovoltaica. Localizaremos el Sur para conocer la mejor orientación de
los elementos captadores de energía. Seleccionaremos los lugares donde
no haya árboles ni obstáculos que den sombra y los anotaremos en el
croquis. En cuanto a la posible ubicación de la
vivienda hay que tener en cuenta que el Sol es deseable en invierno,
pero no en verano y prever el modo de atenuar la potencia de los rayos
del Sol en dicha estación. (Este apartado se analizará más adelante en
otro tema). Debemos anotar en el croquis la trayectoria del sol, punto
de amanecer y de ocaso, con la fecha del día que se hace la observación
para facilitar la tarea de elaborar el esquema de análisis del lugar.
- El viento:
En
nuestras latitudes se hace necesario proteger la vivienda de los
vientos dominantes en invierno y evitar las turbulencias. En verano
conviene aprovechar las brisas naturales para favorecer la ventilación.
Se
anotará en el croquis la dirección de dichos vientos para diseñar
pantallas o elementos cortavientos así como prever aberturas en el
edificio para producir ventilación cruzada natural durante los días
cálidos.
- La topografía:
Se
hace aconsejable anotar las pendientes del terreno y la dirección de
sus inclinaciones ya que pueden afectar directamente al curso de los
vientos que incidirán sobre la edificación. También influyen sobre el
curso de las aguas de lluvia y nos indicarán las zonas en que puede ser
necesario realizar drenajes.
En
estas latitudes suele ser más deseable edificar en una ladera orientada
al Sur, pero si no se dispone de ella se puede construir un microclima
por medio de un pequeño movimiento de tierras y el uso de vegetación.
- Las vistas:
En
el caso de encontrarnos con una vista indeseable, esta puede ocultarse
con árboles u otro tipo de pantallas. Si no es posible por falta de
espacio, siempre puede diseñarse una vivienda con patio o pequeña
huerta.
Solemos
tender a colocar la mayor parte de las ventanas hacia la vista que más
nos gusta, olvidándonos de que con ello nos podemos estar limitando a
contemplar un único panorama durante el resto de nuestra vida.
Los
constructores japoneses diseñan las aberturas de modo que el mismo
paisaje nunca sea visto desde más de un punto. Por medio del uso de la
vegetación y de otros elementos de jardín como cercas, estanques,
pequeñas construcciones auxiliares, etc. ocultan los paisajes
repetitivos. Además, para evitar la sensación de “cuadro” compensan el punto central de interés de la vista principal colocando alrededor de las esquinas otros puntos de interés.
- Vegetación:
Es
la gran aliada de la arquitectura bioclimática. Las plantas nos
permiten protegernos de los vientos fríos, disponer de sombra en verano,
aislarnos de los ruidos, controlar la erosión y proporcionarnos belleza
paisajística que cambia con el curso de las estaciones. En nuestro
esquema anotaremos la ubicación de los árboles de la finca y sus
proximidades así como el tipo de vegetación autóctona de la parcela y
los alrededores.
- El agua:
El
agua de lluvia puede ser almacenada y empleada para el riego. Conviene
conocer la cantidad de precipitaciones y la época del año en que suelen
producirse. Conviene realizar algún estudio para conocer la presencia de
agua subterránea que pueda sernos de utilidad, así como la existencia
de capas freáticas que puedan afectar al diseño estructural. Un alto
contenido de agua puede llegar a suponer un costo elevado añadido en el
capítulo de drenajes e impermeabilización.
La
presencia cercana de masas de agua: océano, lagos, ríos, etc. influye
sobre el clima. Los lagos y ríos atraen masas de aire frío. El océano
puede traernos brisas y temporales.
- El hielo:
Si
se va a construir en un lugar donde se producen heladas invernales
necesitamos conocer la temperatura mínima que alcanzan para calcular la
profundidad adecuada de la cimentación y que no se vea afectada por
ellas.
- Las construcciones adyacentes:
Anotaremos
su altura, posición relativa, su grado de agrupación y la organización
del entramado urbano que nos rodea. Observaremos si nos protegen de los
vientos o nos dan sombra.
Puntos de abastecimiento:
Ubicación
de redes de abastecimiento de agua, gas, electricidad, saneamiento,
telefonía, etc., así como puntos de acopio de materiales de
construcción, invernaderos para adquisición de plantas, obtención de
materiales reciclados, etc.
- La geología del terreno:
Antes
de edificar conviene que una empresa especializada realice un estudio
geotécnico del terreno y nos aconseje sobre las capas y la profundidad
adecuada a la que se debe cimentar. También necesitaremos ayuda para
localizar venas de agua, localización de la capa freática, presencia del
peligroso gas radón y zonas geopáticas (zonas de magnetismo alterado).
- Las radiaciones electromagnéticas:
Cada
vez hay más estudios que relacionan la presencia de cables de alta
tensión, transformadores de electricidad y antenas de telefonía con la
mayor incidencia de ciertas enfermedades. Por ello es necesario observar
si en las proximidades de la parcela existen este tipo de instalaciones
para tomar las debidas precauciones.
Integración de la casa con el lugar
Debemos
considerar el conjunto casa-lugar como un todo indivisible. La
planificación de la casa y su entorno debe hacerse simultáneamente, cada
metro cuadrado de terreno es tan importante como el metro cuadrado
edificado. En realidad debería considerarse el espacio al aire libre
como una estancia más de la vivienda y crear espacios de transición
intermedios como patios y verandas.
- El asentamiento:
Es
frecuente colocar la vivienda en lugar que nos parece más hermoso de la
parcela, sin darnos cuenta de que una vez hayamos ocupado el sitio con
ladrillos y hormigón es muy probable que ese espacio haya perdido su
encanto. El lugar debe ser escuchado, sentido, percibido en todos sus
aspectos antes de comenzar el diseño de la edificación. Solo así
podremos darnos cuenta de cuál es el lugar adecuado para desarrollar
cada una de nuestras actividades: lugares para pasear, para estar, para
dormir, para cocinar...
- La forma:
Solamente
cuando se hayan “trazado” los diferentes espacios sobre el croquis del
lugar empezará a tomar forma la futura edificación. Si hemos “escuchado”
el sitio, el diseño se adaptará al terreno como un guante en la mano.
La armonía con el paisaje será mayor si se utilizan los materiales
propios del lugar. La forma resultante debe permitir hacer un buen
acopio de la radiación solar en verano, eludir los vientos de invierno y
proporcionar la adecuada ventilación y frescura en verano.
- La relación con la superficie:
Será
fruto del paisaje y el clima. En un solar inclinado se puede llevar
acabo un diseño en dos niveles colocado en la ladera. En lugares áridos y
de clima continental puede ser muy útil desde el punto de vista
climático plantearse una construcción semienterrada.
Protección frente al medio:
El
control climático del interior de la vivienda necesita ser apoyado y
propiciado por el adecuado diseño y utilización del terreno circundante.
El espacio al aire libre nos puede proporcionar un microclima
confortable y una relación necesaria y gratificante con la naturaleza.
- La radiación solar:
En
invierno se necesita hacer acopio de la misma y en verano aislarnos de
ella. Por ello se deben buscar mecanismos para permitir su entrada en
los días fríos y evitarla en tiempo de calor. Además de los elementos
puramente constructivos como voladizos podemos utilizar árboles y
plantas trepadoras de hoja caduca que en invierno dejan pasar los rayos
del Sol y en verano proporcionan sombra.
- Los vientos:
Los
fríos vientos de invierno pueden frenarse con pantallas de setos y
árboles de hoja caduca. Si el terreno es irregular pueden aprovecharse
los desniveles del mismo para construir la casa en un espacio abrigado
orientado al Sur. La forma de la cubierta puede diseñarse más baja por
el lado de incidencia de los vientos, de modo que “resbalen” sobre ella
sin dejar pared expuesta a los vientos. En zonas secas y frías se puede
construir una vivienda semienterrada.
- Los ruidos:
Las
calles, carreteras o vecinos poco cuidadosos pueden hacer necesario la
construcción de pantallas acústicas. Existen elementos prefabricados que
no quedará más remedio que colocar cuando no se dispone de espacio,
pero es mucho más agradable e incluso da mejores resultados la ubicación
de una barrera vegetal formada por árboles y setos de hoja caduca,
plantados de modo que ofrezcan una curva ascendente.
- Las zonas geopáticas:
Se
evitará construir sobre fallas o venas de agua y se distribuirá el
espacio interior de la vivienda de modo que las camas no coincidan sobre
los cruces de las redes de Curry o de Hartmann que producen
alteraciones del magnetismo terrestre.
- La contaminación electromagnética:
La
presencia de transformadores de electricidad produce campos
electromagnéticos indeseables que pueden apantallarse y derivarse a
tierra. Si la empresa suministradora de electricidad se niega a hacerlo
pueden reducirse considerablemente tales campos con la colocación de
fuentes que proyecten agua pulverizada y elementos hincados en el
terreno que deriven a tierra los iones del aire.
- El gas radón:
Las
zonas graníticas suelen ser grandes emisoras del gas radioactivo radón
que se acumula en el interior de la vivienda y puede resultar peligroso
para la salud de sus ocupantes. La mejor forma de librarse de él es la
ventilación. Se puede ventilar la solera del edificio para que salga al
exterior. También resulta eficaz ventilar la casa. Para ello se pueden
abrir las ventanas dos veces al día durante al
menos 15 minutos. Para evitar perder calor durante los meses fríos,
además de ventilar la solera puede diseñarse la vivienda con conductos
de ventilación que precalienten el aire, como veremos en un tema
posterior.
Aplicaciones a la construcción bioclimática en Galicia
Galicia
es una zona en la que hay que cuidar de modo especial el estudio
geológico del terreno a causa de la frecuente existencia de venas de
agua subterránea y de terrenos emisores del gas radón que es
radioactivo. Por ello debería pedirse siempre la ayuda de profesionales
que elaboren dicho estudio y solamente después de conocer los resultados
elegir el lugar donde se edificará la vivienda.
Atendiendo al clima, Galicia se sitúa entre los 43º 45´ de latitud Norte y los 41º 45´ de latitud Sur.
Los
vientos predominantes en invierno son del suroeste y vienen del
Atlántico cargados de humedad. Durante el verano suelen situarse
anticiclones en las islas Azores que impiden su entrada y favorecen la
subida de temperaturas.
Galicia
se puede considerar dividida en cinco zonas. Existen estudios
publicados que la dividen en siete, pero las similitudes existentes
entre algunas de ellas justifican esta simplificación.
He realizado un mapa de las zonas climáticas gallegas que está incluido en el apartado de actividades. Las zonas son estas:
Zona del Atlántico Norte:
Se extiende desde la ría de Noia hasta la ría del Eo.
Media de las temperaturas máximas: 18,5º C
Media de las temperaturas mínimas: 8,5º C.
Pluviometría: unos 1.400 l/m2/año
Temperatura de cálculo para calefacción: 2º C
Zona del Atlántico Sur:
Se extiende desde la ría de Noia hasta Bayona.
Media de las temperaturas máximas: 20º C.
Media de las temperaturas mínimas: 9º C.
Pluviometría: 2.000 l/m2/año
Temperatura de cálculo para calefacción: 2º C.
Zona interior Oeste:
Zona situada a unos 25 km. de la costa.
Media de las temperaturas máximas: 18º C.
Media de las temperaturas mínimas: 6º C.
Pluviometría: 1.800 l/m2/año
Temperatura de cálculo para calefacción: 0º C.
Zona interior:
Zona interior al Este
Media de las temperaturas máximas: 16º C.
Media de las temperaturas mínimas: 4º C. Presenta heladas frecuentes.
Pluviometría: 1.400 l/m2/año
Temperatura de cálculo para calefacción: -2º C.
Zona de montaña:
Ocupa los alrededores de la Sierra
de Manzaneda, San Mamede, Do Burgo, Queixa, la zona de Baltar,
Cualedro, Serra do Larouco y la frontera oriental con Asturias, León y
Zamora.
Media de las temperaturas máximas: 15º C.
Media de las temperaturas mínimas: 0º C
Pluviometría: 1.850 l/m2/ año, la mayoría de la cual cae en invierno, ya que la pluviosidad es reducida en verano.
Temperatura de cálculo para calefacción: -4º C.
Datos, curiosidades y anécdotas
Los antiguos griegos hacían un ritual para sentar los cimientos de los edificios que construían. En él pedían permiso a la Madre Tierra para construir sobre ella y solicitaban su protección para los habitantes que iban a vivir ahí.
Cuando
los romanos debían elegir un lugar para edificar una ciudad, dejaban
pastando un rebaño de ovejas durante un año al cabo del cual observaban
si las ovejas estaban sanas o enfermas. Sólo construían asentamientos en
los lugares donde el ganado crecía fuerte y vigoroso.
En
los países escandinavos de la antigüedad construían sus asentamientos
alrededor de un árbol vivo porque sus raíces simbolizaban su unión con la Madre Tierra.
Se
dice que los antiguos reyes chinos vivían durante el invierno en cuevas
que habilitaban como viviendas y en verano residían en pequeñas
construcciones hechas sobre los árboles.
Los
tuaregs de hoy en día, cuando llega la noche en el desierto del Sahara y
necesitan un lugar donde acampar, dejan sueltos a los perros y esperan
que se tumben en el suelo. Colocan siempre sus tiendas en el lugar
elegido por los perros para acostarse.
Cuenta
la leyenda del Rey Arturo que el mago Merlín el Encantador vivía en un
viejo árbol y tenía un lobo como animal de compañía.
Los indios del río Orinoco también construyen sus viviendas sobre los árboles por encima de las nubes de mosquitos.
A
principios del siglo XX se pusieron de moda en la zona de París varios
restaurantes edificados sobre árboles y a los que acudía gente
acaudalada.
En
el desierto de Kalahari hay muchas cuevas que pueden servir de
vivienda, pero los bosquimanos prefieren construirlas con ramas y
hierba.
Para
ello buscan un gran árbol y se acomodan cerca de él. Las mujeres
construyen las cabañas y algunas veces dejan a los hombres ancianos o
solteros sin refugio. Entonces ellos para resaltar su lugar propio
clavan en el suelo una rama y colocan al lado sus pertenencias. De este
modo conservan su sensación de poseer un lugar.
En
ocasiones los seres humanos han elegido lugares para construir
viviendas algo especiales. En las ciudades medievales europeas era
frecuente la construcción de casas de dos o tres pisos encima de los
puentes. Se colocaban tiendas y talleres hasta dejar casi impracticable
el paso sobre el puente. Esta costumbre se mantuvo durante siglos.
Con
la llegada del deshielo en la primavera, los puentes sufrían la
avalancha de las aguas además de tener que soportar el peso de las
edificaciones. Por este motivo se derrumbó el puente de Saint Michel de
Paris en dos ocasiones diferentes: en 1.407 y en 1616. En el deshielo de
1658 se derrumbaron 22 viviendas de madera situadas sobre el puente
Marie. El 7 de septiembre de 1.785 Luis XVl ordenó la demolición de
todas las casas construidas sobre los puentes de Paris para dejar
espacio libre a la circulación.
Actualmente
puede ser complicado el encontrar un lugar adecuado para situar la
vivienda debido a la proliferación de líneas de alta tensión, antenas de
telefonía y transformadores de electricidad. Los campos
electromagnéticos en el hogar no deberían tener una intensidad superior a
los 2 mG (miligauss).
Según
investigaciones realizadas por el Instituto Karolinska de Estocolmo,
las personas expuestas a intensidades superiores a 4 mG tienen un riesgo
4 veces mayor de padecer leucemia y/o tumores cerebrales. El gobierno
sueco reconoce la vinculación entre el cáncer y los campos
electromagnéticos estableciendo normas de seguridad al respecto y ha
trasladado a las familias con niños lejos de los tendidos de líneas de
alta tensión.
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Climatología de la construcción
Introducción:
Este
es uno de los temas que incluyen algunos apartados que pueden
considerarse propios de los ciclos constructivos de la rama de
edificación, como el estudio de las zonas de confort climático, pero
otros como los modos de transmisión de calor pueden impartirse en los
bachilleratos. Es el profesor quien a la vista del nivel de
conocimientos del grupo con el que trabaje ha de decidir hasta qué
apartado de este tema incluye en su programación.
La necesidad de un microclima no es exclusiva de los seres humanos.
La
gran mayoría de los animales buscan un cobijo en alguna etapa de su
vida donde guarecerse. Las larvas de las mariposas fabrican un capullo
dentro del cual existe un microclima propicio para transformarse en
adulto. Los pájaros hacen nidos, los mamíferos madrigueras. El ser
humano construye su casa dentro de la cual las condiciones climáticas
son muy diferentes a las del medio ambiente exterior.
Durante
milenios la adaptación de las viviendas a la climatología exterior ha
sido tan variada como culturas han existido. Con los materiales más
simples y convirtiendo los problemas en soluciones los diferentes
pueblos han conseguido viviendas cómodas en cualquier punto del planeta.
Por ejemplo, el iglú es una maravilla tecnológica. Es una semiesfera de
hielo revestida interiormente con pieles para crear una cámara de aire,
de modo que una simple lámpara de grasa de ballena proporciona el
suficiente calor para hacerlo confortable. El frío hielo puede
proporcionar el microclima adecuado. Una de las láminas de este tema se
representa algunos ejemplos significativos.
En nuestra cultura olvidamos con demasiada frecuencia armonizar el edificio con el lugar.
La
vivienda es un cobijo que ha de soportar las condiciones
medioambientales sin deteriorarse por lo que debe diseñarse en armonía
con el lugar donde se ubica, pues de lo contrario se verá aquejado por
diferentes patologías como humedades o grietas que le causarán una vejez
prematura. En verano la radiación solar dilata los muros y en invierno
el frío los contrae.
Estos
movimientos de dilatación-contracción van produciendo grietas, muchas
veces inapreciables a simple vista, que abren camino a la entrada de la
humedad en cuanto llegan las lluvias. Si el muro está orientado al
Norte, esta humedad que ha penetrado en su interior puede mantenerse
todo el año.
Se
deben tener en cuenta la orientación, la altitud sobre el nivel del
mar, las precipitaciones, riesgo de heladas, su ubicación según sea zona
rural o urbana, presencia de edificaciones vecinas que le den sombra,
etc. Los edificios no deberían diseñarse “en serie” y los elementos de
confort climático que alberga tampoco.
Hay
edificios que pueden considerarse “calientes”, como viviendas,
escuelas, hospitales, oficinas, centros comerciales, piscinas
climatizadas y hoteles. Templados los pabellones de deporte, cines,
teatros, templos, mercados cubiertos y buen número de industrias.
Edificios fríos serían los almacenes y ciertas industrias.
La
vivienda debe proporcionar a sus ocupantes una sensación de comodidad y
agrado que les ayude a desarrollar plenamente sus capacidades. Estas
pueden ser tan variadas como personas hay. Deben conocerse las
actividades que desarrollarán dentro del edificio para adecuar los
elementos de regulación del clima a las mismas. Una sala destinada a la
lectura tendrá diferentes exigencias que un taller.
Finalmente
analizaremos en este tema el aislamiento térmico y acústico que se
tendrá en cuenta sobre todo en el diseño de volúmenes, muros, suelos y
cubierta. La necesidad de aporte calorífico de un edificio dependerá de
su situación, diseño y del poder aislante de su envoltura externa.
Contenido
Modos de transmisión del calor:
El calor es
una energía que sale de los cuerpos calientes y se transmite a los
fríos. En un edificio nunca entra el frío sino que sale el calor del
interior hacia el exterior. El calor se transmite de varias formas:
Por conducción:
El
calor se transmite de molécula a molécula sin que éstas se desplacen.
Es el modo en que se calienta una cucharilla fría que metemos en el café
caliente o una barra de metal o una sartén que ponemos en contacto con
la llama. Los seres humanos transmitimos calor de este modo a la ropa y
al aire que están en contacto con nuestra piel.
Por convección:
El
calor se transmite desde las moléculas de un cuerpo caliente a las
moléculas de un fluido en movimiento. Es el modo en que un radiador
calienta el aire de una habitación, puesto que el aire al calentarse se
dilata, baja su densidad, se eleva y otro aire frío más denso pasa a
ocupar su lugar tocando al radiador. También sucede al calentar agua en
una cacerola con la llama debajo de ella. Podemos ver las corrientes de
convección muy fácilmente.
El
aire que rodea a las personas también se eleva al calentarse. Nosotros
también producimos corrientes de convección. En bioclimatismo se habla
de convección forzada cuando aceleramos esta circulación de fluidos para
mejorar los intercambios térmicos.
Por cambio de estado:
- Por evaporación (o vaporización):
Un
líquido para evaporarse necesita una cantidad de calor que capta del
ambiente. Todos hemos experimentado en días calurosos cómo podemos
refrescarnos mojándonos la piel. El agua al evaporarse nos roba calor y
nos sentimos más frescos.
El
calor se transmite desde un cuerpo caliente al líquido que se evapora.
La arquitectura tradicional de los países de Oriente Medio siempre ha
utilizado este sistema de enfriamiento por evaporación para refrescar
sus viviendas.
- Por condensación (o licuefacción):
Un
gas posee una cantidad de calor que obtuvo al convertirse de líquido en
gas. Este calor lo devuelve cuando se enfría y se convierte de nuevo en
líquido. Todos hemos observado en las mañanas frías cómo el vapor de
agua que contenía el aire de nuestra habitación se ha condensado en el
cristal de la ventana.
Por radiación:
Es
una transmisión de calor a través de ondas electromagnéticas. No
necesita un soporte material ya que las radiaciones electromagnéticas se
transmiten en el vacío. Es el modo por el que llega hasta nosotros el
calor del Sol. Nosotros también transmitimos calor por radiación.
En
climatización se utilizan las superficies radiantes desde hace siglos.
Los romanos utilizaban un sistema de calefacción por suelo radiante.
Ahora, además de los suelos se emplean cada vez con más frecuencia los
muros radiantes.

En el apartado de actividades se sugiere una actividad para comprobar el calor cedido por radiación por el cuerpo humano.
En
el apartado de láminas hay varias que ilustran los diferentes modos de
transmisión de calor en los seres humanos, en la naturaleza y en los
edificios.
Reacciones fisiológicas del cuerpo humano frente al clima
Un
ser humano es un ser vivo que necesita interaccionar continuamente con
el entorno que le rodea para poder subsistir y tener una existencia
confortable.
La
temperatura interna de un organismo humano es de 37º C. que debe
mantenerse en todo momento. Si la temperatura interior se altera, por
ejemplo cuando hay fiebre, indica que existe algún tipo de enfermedad.
Los esquimales que viven en el Ártico y los tuaregs del Sahara mantienen
la misma temperatura interna de 37º C aunque su vida se desarrolle en
medios muy diferentes.
Para
poder mantener esa temperatura interna constante el cuerpo humano
realiza continuamente intercambios energéticos con el medio ambiente que
le rodea y dispone de un órgano de contacto: la piel, que juega un
importante papel en el mecanismo de regulación térmica. Los capilares de
la piel representan el mayor depósito de sangre del organismo.
La fisiología humana pone en marcha, según las situaciones, los siguientes mecanismos de regulación térmica:
Regulación química de la temperatura interior del cuerpo:
En ambiente frío:
Se
genera calor interno por medio de reacciones de oxidación en el
interior de las células para compensar las pérdidas que pueda ocasionar
el frío ambiental.
En ambiente cálido:
Se
dan pocas reacciones de oxidación para no generar calor, se produce una
relajación para que la actividad muscular sea menor y no se queme
glucosa en las células.
Regulación física de la temperatura interior del cuerpo:
En ambiente frío:
Los
capilares de la piel se contraen, se produce una vasoconstricción. Al
restringir el paso de la sangre por la piel, la piel se enfría y se
pierde muy poco calor a través de ella.
En ambiente cálido:
Se
produce una vasodilatación de los capilares de la piel, la sangre fluye
por ellos pudiendo incluso apreciarse un enrojecimiento por el gran
aporte sanguíneo. Simultáneamente se produce sudoración y la piel
caliente evapora el agua del sudor refrigerando la sangre que circula
por los capilares. Al enfriarse la sangre a su paso por la piel se
refrigera todo el organismo.
Los
capilares funcionan bien entre unos límites bastante amplios. Pasados
estos pueden producirse congelaciones ante un ambiente excesivamente
frío o un colapso (golpe de calor) en situaciones de excesivo calor,
especialmente si se trata de aire caliente cargado de humedad.
Vemos
pues que no puede considerarse a un ser humano como un ente
independiente de su entorno, puesto que, se sea consciente o no, en
realidad formamos un conjunto “ser vivo-medio ambiente” en íntima y
permanente interrelación.
Por
último hay que destacar que aunque se han realizado muchos estudios no
se ha encontrado un “clima” ideal en el cual todo el mundo se encuentre
cómodo. Esto es debido a varios factores. La edad es uno de ellos. La
respuesta al ambiente no es la misma en un joven de veinte años que en
un anciano. Una persona que ha crecido en el trópico no responderá igual
que un escandinavo. Influye el tipo de actividad que se esté
desarrollando: una persona adulta de tamaño medio en reposo absoluto
puede tener un metabolismo energético de tan solo 70 kcal./hora y esa
misma persona puede desarrollar 500 kcal./h. corriendo. También influyen
factores culturales, genéticos y las patologías que cada persona
pudiera padecer.
Clima interior de la vivienda
Factores que determinan el clima:
Hemos visto que el interior del cuerpo humano debe estar a 37º C. y
que para mantener dicha temperatura ajusta sus procesos metabólicos
generadores de calor interno y regula las pérdidas de calor a través de
los capilares de la piel. De este modo puede adaptarse a condiciones
climáticas muy variables sin que ello signifique que se encuentre
cómodo.
El
clima es una magnitud compleja en la que intervienen diversos factores
que se relacionan entre sí. De la integración de todos ellos se puede
lograr un entorno climático confortable. Aunque cada persona es
diferente se han estudiado los márgenes de los factores climáticos en
los cuales la gran mayoría de las personas se encuentran cómodas. Son
éstos:
Temperatura del local:
Se
suele decir que las personas se sienten confortables en hogares cuya
temperatura esté entre los 18 y los 24º C. dependiendo del vestuario y
la actividad que desarrollen en ella. También depende de la edad, los
bebés y ancianos necesitan temperaturas más elevadas. Sin embargo se ha
comprobado que la temperatura de las paredes debería ser más elevada que la del aire y el techo.
Una
habitación cuya temperatura del aire sea de 20º C. y la temperatura de
las paredes esté a 16º C. da una sensación de confort equivalente a otra
cuya temperatura del aire sea de 12º C. y las paredes estén a 24º C.
Velocidad del aire:
El
aire en movimiento aumenta la sensación de frío. Cuando estamos en
reposo a temperatura media, por lo general cualquier corriente de aire
es molesta. 

Si además el aire viene a ráfagas resulta aún más incómodo.
La velocidad del aire en el interior de una vivienda debería ser en invierno de 0.1 metros
por segundo. En primavera y otoño algo más elevada, hasta 0.3 m/seg. En
verano la velocidad puede elevarse para favorecer la refrigeración. No
solamente influye la velocidad del aire, sino también su dirección y
zona del cuerpo en la que incide: se tolera mejor una corriente de aire
lateral que desde el suelo o el techo.
Humedad relativa:
La
humedad relativa del aire debe estar entre el 30 y el 70%. No debe
superar el 70%. Teniendo en cuenta que en nuestras latitudes es
frecuente que en invierno la atmósfera exterior supere esta cifra, hemos
incluido en el apartado: “Aplicación a la construcción bioclimática en
Galicia” de esta unidad didáctica, un estudio de los métodos para
combatir la humedad en los edificios.
Tipo de actividad que se desarrolla en el local:
Una
persona que esté sentada leyendo quema unas 90 kcal/hora. Esa misma
persona caminando por la casa gasta 250 kcal/hora y trabajando en el
taller 400. También influye el vestuario, todos hemos tenido la
experiencia en el verano de sentir frío al entrar en un local
excesivamente refrigerado. Por ello, cuando se habla de clima ideal en
un local hay que tener en cuenta estos datos. Deberán estar a menor
temperatura los espacios en los que se desarrolla algún tipo de
actividad física y aquellos ocupados por personas con ropa abrigada.
Densidad de personas en el local:
Los
seres humanos tenemos sangre caliente, cada uno de nosotros somos una
fuente de calor. Si un local va a estar ocupado por muchas personas sus
necesidades de caldeo serán menores.
Variaciones atmosféricas que producen efectos sensoriales:
La
sensación de confort también depende de otros factores como son los
ruidos, vapores, olores, presencia de humos y el grado de polución
atmosférica.
Los humos más frecuentes provienen del tabaco y los combustibles, como la leña de una chimenea.
Existen
otros contaminantes que emiten objetos domésticos, como pinturas,
barnices, líquidos limpiadores, madera aglomerada, algunos aislantes
como la urea-formaldehído, etc.
Si
el ambiente está contaminado de humos habrá que incluir un factor
descontaminante, por ejemplo: ventilación. Si la contaminación se debe a
vapores emanados por productos más o menos tóxicos, el mejor método es
no meter tales sustancias en el edificio. Si el daño ya está hecho puede
combatirse con la ubicación de plantas que “digieren” este tipo de
sustancias, como el ágave, el clorophytum elatum, la sansevieria
trifasciata, las hiedras, la gervera y otras.
Estos factores climáticos son funciones interdependientes, se relacionan entre ellas de una forma compleja.
Los compararemos:
Temperatura y velocidad del aire:
A igualdad de temperatura, la sensación de frío es mayor si aumenta la velocidad del aire.
Temperatura del aire y humedad relativa:
El
frío con el aire cargado de humedad se percibe más “frío” y el calor
húmedo resulta bochornoso. Si el aire está saturado de humedad el sudor
no se evapora, el cuerpo no se refresca y se produce una sensación de
sofoco.
Temperatura del aire, humedad relativa y velocidad del aire:
La
sensación de bochorno que se produce con temperatura elevada y humedad
relativa alta se hace soportable al aumentar la velocidad del viento.
Temperatura y número de personas en el local:
Las
personas somos seres de sangre caliente y todas estamos a la misma
temperatura. Nuestro organismo está diseñado de modo que el calor que
desprenden las reacciones químicas de oxidación que ocurren en el
interior de nuestras células se disipa en el aire que nos rodea.
En
los locales en los que la gente está muy aglomerada, no hay apenas
corrientes de aire entre las personas y el calor que cada cuerpo debería
ceder no lo pierde, con lo que se sufre un acaloramiento.
Temperatura y humos:
El humo en ambiente frío molesta más a los ojos y garganta que el humo en un aire cálido.
Humedad relativa y polvo en suspensión:
El
polvo en suspensión es más molesto si la humedad relativa es alta. Es
importante que los radiadores no recojan polvo, que sean de superficies
planas. En general todas las calefacciones de tipo convectivo (el típico
radiador), generan un movimiento de aire que transporta polvo. 

Para
analizar algunas de estas relaciones entre los factores que determinan
el clima de un local y los parámetros de las zonas de confort, observar
los gráficos de la lámina:”Zonas de confort climático” y las dos láminas tituladas: “Confort climático”.
Aislamiento
Hemos
visto que, gracias a la piel, el organismo humano se comporta de modo
que la pérdida de energía con el medio que le rodea tiende a cero.
La
tecnología de la construcción aún no ha avanzado lo suficiente para
conseguir una envoltura a los edificios que funcione tan eficazmente,
pero sí disponemos de mecanismos que utilizados conjuntamente nos
permiten regular de modo bastante satisfactorio los intercambios de
energía con el ambiente exterior. Otra necesidad que podemos tener,
sobre todo en las ciudades, es impedir la entrada en la vivienda de
ruidos molestos. Uno de estos medios eficaces que podemos emplear es el
aislamiento.
Como
su nombre indica el aislamiento es una barrera que aísla, que dificulta
el paso a través de ella de calorías cuando se trata de aislamiento
térmico y de sonidos cuando hablamos de aislamiento acústico.
A
partir de este momento trataré ambos tipos de aislamiento por separado
para facilitar su análisis, sin olvidar que en el diseño del edificio se
deben contemplar conjuntamente.
Aislamiento térmico:
La
mayor dificultad con la que me he encontrado al hacer este trabajo es
seleccionar qué información incluyo en él. En este apartado del
aislamiento voy a limitarme a dar una visión del aislamiento térmico
desde el punto de vista de la arquitectura bioclimática exclusivamente y
diferenciar los aislantes dañinos para el medio ambiente de los sanos.
Un
buen aislamiento debe evitar los puentes térmicos y aún así no asegura
por sí solo el confort ni el ahorro energético si no va acompañado de
otra serie de medidas como es tener un buen diseño, que permita la
captación de energía solar, su almacenamiento en invierno y su
disipación en verano.
Para
que un aislamiento térmico funcione bien hay que tener en cuenta dónde
se coloca y cómo funciona. Cuando hablábamos de los tipos de transmisión
del calor, observábamos que existen cuatro modos: conducción,
convección, cambio de estado y radiación.
Los
aislantes térmicos suelen ser materiales con valores de conductividad
térmica muy bajos. La velocidad de propagación del flujo térmico en los
gases en reposo suele ser bajísima. Este hecho se aprovecha en
aislamiento y muchos materiales aislantes están formados por pequeñas
células que contienen en su interior algún tipo de gas, generalmente
aire.
Hemos
de añadir que no sirve de nada la colocación de un buen aislante si se
dejan puentes térmicos que permitan la fuga de calorías a través de
ellos.
La
transmisión de calor por convección necesita de un fluido en
movimiento. En un cerramiento esto solamente ocurre en el caso de
cámaras de aire ventiladas.
Las
cámaras de aire ventiladas tienen la ventaja de eliminar los problemas
de humedades que con tanta frecuencia se dan en Galicia, pero es preciso
asegurarse de que el material aislante no deje espacios sin cubrir que
actúen como puentes térmicos.
A
este respecto hay autores que defienden que en el caso de climas
excesivamente húmedos y fríos existan dos cámaras, una ventilada para
evaporar la humedad y otra más interior con el aislamiento. Otros
desaconsejan en este clima grandes masas térmicas. (Rafael Serra y Elena
Coch)
La
transmisión de calor por cambio de estado se puede dar en el interior
de los cerramientos cuando existen humedades en ellos y el agua se
evapora enfriándolos. Estas humedades pueden tener varias causas que
habría que prever en el diseño del edificio:
punto
de rocío: deberá calcularse para que coincida por la parte exterior del
aislamiento y su evaporación no enfríe el interior.
humedades
ascendentes por capilaridad provenientes del subsuelo: debería hacerse
una barrera continua de impermeabilizante, por ejemplo de polietileno.
agua
de lluvia: empleo de materiales que “respiren” para permitir la
evaporación, como los revestimientos de morteros de cal. En casos
desesperados puede hacerse una cámara de aire ventilada como mencionamos
antes.
edificaciones
a media ladera: en este tipo de edificios siempre debe hacerse un
drenaje que recoja el agua que baja ladera abajo y la aleje del
edificio.
La
transmisión de calor por radiación no necesita soporte material, se
puede transmitir en el vacío, pero sí precisaría que dicha radiación
pudiese penetrar en el material. La radiación solar calienta únicamente
la superficie de los cerramientos, no tiene mayor poder de penetración.
La superficie de los materiales expuestos al sol se calienta y por
conducción, de molécula a molécula se va transmitiendo el calor hacia el
interior.
Un
planteamiento que se hace la arquitectura bioclimática en cuanto al
aislamiento térmico es su ubicación, es decir, si debe colocarse hacia
el interior del edificio o cerca del exterior.
Esto
equivale a decidir si se aprovecha la masa térmica de los muros como
almacén de calor y elemento modulador térmico o no. Vamos a analizarlo:
Aislamiento térmico colocado hacia el interior:
No
aprovecha la masa térmica de los materiales de construcción que forman
la envoltura del edificio. Éste se calienta muy rápidamente si se
dispone un foco de calor en el interior, porque el aislante impide que
se caliente la cáscara exterior, con lo que todo el calor queda dentro.
Del mismo modo se enfriará rápidamente al apagarse porque no dispone de
calor acumulado.
Pueden
emplearse materiales de cerramiento ligeros y puede haber un
aprovechamiento de la radiación solar por medio de colectores solares.
También pueden colocarse masas sólidas (Ej. pared Trombe-Tema 3) o un
depósito acumulador lleno de líquido en el interior que se calientan con
el sol y se convierten en sistemas radiantes cuando baja la
temperatura.
Un
edificio de masa térmica baja que no cuente con un sistema de
regulación térmica puede resultar incómodo. La energía contenida en la
radiación solar que entre por las ventanas orientadas al sur, calentará
rápidamente esa zona pudiéndose alcanzar temperaturas excesivas. Puede
hacerse imprescindible proyectar algún sistema de ventilación.
A
su vez, en las noches de invierno la baja inercia térmica hará bajar
rápidamente las temperaturas y será necesario algún sistema de
calefacción. Algunos autores como Ken Kern defienden que en climas con
veranos calurosos los dormitorios no debieran tener aislamiento o
tenerlo interior para permitir un enfriamiento rápido por la noche y
facilitar el descanso. Asimismo las zonas de estar, comedor y cocina
deberían contar con un aislamiento exterior y una gran masa térmica para
retrasar el aumento rápido de las temperaturas diurnas.
En
general este sistema de aislamiento en el interior es adecuado en
edificios de uso intermitente como teatros o viviendas de fin de semana,
en los que no resulta rentable calentar para dos días la gran masa
térmica de la envoltura que va a ir enfriándose lentamente el resto de
la semana.
Aislamiento térmico colocado hacia el exterior:
Está
indicado en edificios de uso habitual. Pueden emplearse en el interior
materiales de construcción con una gran inercia térmica, por ejemplo cerámicos
de cierto espesor que se calientan lentamente y a su vez se enfrían
también con lentitud irradiando al ambiente el calor que albergan, por
lo que pueden actuar como acumuladores de calor que van cediendo
lentamente cuando cesa la fuente de calor. Son excelentes
acondicionadores térmicos.
Disponer
de una gran masa térmica dentro del aislamiento permite almacenar
durante el día una gran cantidad de energía procedente de la radiación
solar que entra por las ventanas orientadas al sur. A su vez esta gran
cantidad de calor acumulado se irá cediendo al ambiente cuando llega la
noche y en los días nublados. Un sistema bien diseñado y aislado puede
acumular calor suficiente para que a lo largo de cinco días nublados
sucesivos solamente baje la temperatura interior en 2º C.
Mucho
mejores resultados, en cuanto a mantenimiento de una temperatura
constante en el interior, dan las viviendas enterradas o semienterradas
de las que hablaremos en el tema 8.
Además
la enorme masa térmica que proporciona la tierra que rodea al edificio,
lo protege de las heladas y de las dilataciones y contracciones
térmicas producidas por las variaciones bruscas de temperatura del
exterior.
Queda
añadir que no podemos olvidar que debe aislarse la solera del edificio,
en especial en zonas húmedas en las que el terreno está frecuentemente
empapado y el agua del terreno atrapa el calor del edificio.
Aislamiento acústico:
Somos
el segundo país más ruidoso del mundo después de Japón. Nos guste o no,
esto es así. Por ello, cuando se habla de aislamiento acústico en una
vivienda de ciudad hay que entender que podemos gastarnos un dineral en
aislamiento y aún así no tendremos garantías de éxito si los vecinos no
ayudan.
En una vivienda los ruidos pueden llegar por tres vías:
- Procedentes
del exterior: los más habituales son los ruidos de tráfico, maquinaria
de construcción y voces de personas que salen de juerga por la noche los
fines de semana (a partir de 4.000 Hz).
- Ruidos
transmitidos a través de los materiales de construcción: pueden abarcar
todo el espectro auditivo: ruidos de impacto por caídas de objetos,
tuberías, voces, música, motor del ascensor, electrodomésticos...
- Ruidos
aéreos: Los sonidos se transmiten por el aire, alcanzan un elemento
constructivo (tabique, estructura, etc.), se transmiten por él y desde
él al aire de otra vivienda. Los “bajos” de una cadena de música que
suena en el primer piso pueden percibirse en el octavo transmitiéndose a
través de los pilares de hormigón armado.
Los
ruidos aéreos que llegan a la vivienda también pueden abarcar todo el
espectro auditivo y pueden llegar a nosotros directamente o por
reflexión.
Cuando
una onda sonora llega a un objeto sólido, una parte de la onda se
transmite a través del sólido y otra parte se refleja y transmite por el
aire.
El
mejor sistema para librarse de los ruidos es no producirlos. Si se
producen lo mejor es bloquearlos en el origen. Si a una persona le gusta
oír la música a gran volumen puede usar unos auriculares eliminando el
ruido en origen. Siempre será mucho más eficaz y barato que obligar al
resto de vecinos a aislar todas sus habitaciones. Los motores, por
ejemplo el del ascensor, deben aislarse in situ. Aquí debe aclararse que
las recomendaciones de la normativa en vigor sobre el grado de
absorción acústica de los elementos constructivos que deben rodear la
sala de máquinas y caja de ascensor son totalmente insuficientes.
Las estrategias seguidas en acústica son siete:
Un
buen diseño del local que evite reverberaciones, etc. Este tema es muy
amplio y se sale del objetivo de este trabajo. Los interesados pueden
consultar el excelente trabajo de Fernando Calderón.
Absorber
el ruido aéreo con materiales porosos. Se utilizan la fibra mineral,
fibra de vidrio, vidrio celular, lana de roca, moquetas y aglomerados
flexibles de poliuretano, vermiculita, perlita, arcillas expandidas.
Muchos de ellos son nocivos para el medio ambiente. (Ver lista de
materiales aislantes)
Aislar
el ruido transmitido por los sólidos con materiales densos. Se utilizan
las placas de yeso, cartón-yeso, ladrillo y hormigón. No los hemos
incluido en la lista de materiales aislantes.
Amortiguar
las vibraciones producidas generalmente por máquinas. Se utilizan
láminas de caucho, neopreno, espumas de poliuretano, aglomerado flexible
de poliuretano, losetas antivibratorias, corcho, losetas flotantes de
lana de roca, muelles con control de oscilamiento y cojines y esterillas
antivibratorias. No los hemos incluido en la lista de materiales aislantes.
Acondicionar el sonido. Se utilizan paneles de madera perforada y paneles metálicos perforados con un velo detrás.
Evitar
la entrada de ruidos procedentes del exterior a través de las ventanas.
El mejor sistema es colocar dobles ventanas separadas al menos 15 cm. y provistas de vidrios gruesos.
Utilizar
la vegetación. Las pantallas acústicas hechas con arbolado y setos
funcionan muy bien como pantalla acústica. Además son mucho más
agradables que las hechas de hormigón u otros materiales, purifican el
ambiente y dan cobijo a las aves. La unidad didáctica 7 amplía este
apartado.
Materiales empleados en aislamiento:
Corcho
natural: puede utilizarse en paneles de corcho expandido o suelto y
triturado en las cámaras de aire, incluso dentro de bloques cerámicos.
Excelente aislante térmico. En aislamiento acústico deben ponerse
espesores considerables, a partir de 10 cm.
Fibras
de celulosa: provienen en su mayoría de papel reciclado. Llevan un
tratamiento de mineralización con sales de bórax para resistir el fuego y
el ataque de los insectos. Puede proyectarse. Aislamiento térmico.
Vidrio
celular: forma barrera de vapor, combina aislamiento térmico y acústico
con impermeabilización. Para ser empleado en acústica se precisan
densidades altas o un gran espesor.
Vermiculita:
proviene de micas calentadas y expandidas por vaporización del agua
contenida en sus moléculas. Aislamiento térmico y acústico. Se precisa
un espesor a partir de 10 cm.
Lana,
virutas o fibra de madera: pueden ignifugarse con boro o aglomerarse
con cemento, con magnesita o con cemento y yeso. Debe vigilarse que no
lleven formaldehido. Aislamiento térmico.
Fibras de cáñamo: se protege del fuego por mineralización. Puede aglomerarse con cal y cemento. Aislamiento térmico.
Perlita: proviene de rocas volcánicas calentadas y expandidas. Aislamiento térmico y acústico. Precisa espesor superior a 10 cm. para ser realmente eficaz.
Arcilla
expandida: proviene de cerámica llevada al punto de fusión y expandida.
Aislamiento térmico y acústico. Espesor mayor de 10 cm.
Lana de oveja: es atacada por polillas y hay que tratarla con tetraborato de sodio. Aislamiento térmico y acústico.
Otras fibras vegetales: como paja, coco, fibras de ágave, juncos, espadañas, etc. Aislamiento térmico.
Fieltro
de madera: paneles hechos a partir de maderas resinosas. Son buenos
acondicionadores acústicos por su capacidad de absorción acústica.
Tienen muy poco espesor, no son útiles como aislamiento térmico.
Lana de roca: obtenida a partir de rocas volcánicas fundidas. Se
debe utilizar mascarilla en su colocación para no aspirar las fibras.
Aislamiento térmico y acústico. No es de los más aconsejables, pero es
un buen absorbente del sonido y apenas hay en esta lista materiales de
este tipo.
Materiales aislantes dañinos para el medio ambiente:
Espumas de poliuretano: emiten sustancias tóxicas durante largo tiempo. Hacen barrera de vapor
Poliestireno expandido: catalogado como uno de los cinco plásticos más dañinos para el medio ambiente.
Lanas minerales de vidrio y roca: dispersan en el aire microfibras que pueden inhalarse y causar enfermedades pulmonares.
Aplicaciones a la construcción bioclimática en Galicia
En
lo relativo a este tema de confort climático recordemos que en Galicia
hay varias zonas climáticas. En todas se hace necesario el empleo de
materiales aislantes y de mayor espesor en las zonas de montaña. Es
conveniente la orientación sur para aprovechamiento de la radiación
solar.
La construcción tradicional gallega ha utilizado los muros de piedra de gran espesor, entre 60 y 80 cm.,
como elementos de cerramiento y sustentación de los pisos y cubiertas
de madera. Es por lo tanto una edificación con una gran masa térmica.
Varios estudios, como “Arquitectura y energía natural” de la Universidad Politécnica de Cataluña desaconseja para climas fríos y húmedos las grandes masas térmicas (pág. 138) en uso discontinuo.
Esta
construcción tradicional en ocasiones no tenía un buen aislamiento de
cubierta, con lo que gran parte del calor se perdía por ella. También se
perdía calor a través de las pequeñas ventanas que hasta la llegada del
vidrio se cerraban con postigos de madera. Estas pérdidas de calor se
suplían aprovechando el calor del ganado y de las lareiras que
funcionaban como elementos calefactores.
Las
antiguas pallozas tenían mucho mejor diseño bioclimático. El empleo de
paja de centeno como material de cubrición en vez de las lajas de
pizarra usadas con posterioridad las hacía más cálidas y confortables.
El tener planta circular, dejaba mucha menor superficie de contacto con
el exterior con lo que las pérdidas de calor eran menores.
A
la hora de rehabilitar una construcción tradicional en Galicia hay que
plantearse un buen aislamiento, sobre todo de solera y cubierta. El
aislamiento de los gruesos muros de piedra puede no ser tan necesario si
los muros se encuentran en buen estado. Bastaría con restaurar las
juntas y en el caso de usar calefacción por paneles radiantes en las
paredes, colocar entre el muro y el elemento calefactor un aislamiento,
por ejemplo de vidrio celular.
Si
la piedra sufre patologías y humedades hay que averiguar la causa. Un
muro empapado de humedad es un puente térmico de primera. Si la causa
son las humedades ascendentes por capilaridad conviene hacer un drenaje
en torno a la vivienda y practicar sifones atmosféricos en línea, a 10 ó
15 cm. de altura sobre el suelo, cada 30 cm. de longitud del muro y de 30 cm. de profundidad. Aquí el aislamiento interior sería conveniente.
Si
la piedra se descascarilla conviene hacer un cepillado enérgico, una
limpieza y revestir con un mortero que permita “respirar” a la piedra.
Como un mortero de cal. El revestimiento debe hacerse sobre junta limpia
y rehundida.
Si hay humedades por infiltración se deben cerrar las grietas y hacer goterones en los salientes.
La
arquitectura tradicional gallega en muchas ocasiones colocaba láminas
de piedra sobre las ventanas para evitar la entrada de humedad por
ellas. En ocasiones esto no es suficiente y el agua sigue avanzando por
la parte inferior de la losa hasta la ventana. En este caso bastaría
poner un cordón de silicona en el borde de la losa, por la parte
inferior, para que el agua sea incapaz de avanzar, ya que actúa como un
goterón.
Si
se ha de poner un material aislante en los cerramientos hay que elegir
entre colocar un aislamiento en el interior perdiendo la gran masa
térmica del mismo o colocarlo en el exterior perdiendo la belleza de la
mampostería. El estado de la piedra y el uso que se dará a la vivienda
nos dará la respuesta.
Quedan
otras consideraciones a hacer en cuanto a la arquitectura tradicional
en Galicia, pero entrarían dentro de los temas sucesivos.
En
Galicia suele llover mucho y el aire con frecuencia tiene porcentajes
de humedad relativa muy altos. Por ello me ha parecido necesario incluir
un apartado sobre cómo evitar humedades en la edificación. Se expone a
continuación:
Protección frente a la humedad:
La humedad en los edificios se produce por:
Infiltración del agua procedente del exterior: agua de lluvia o filtraciones de la humedad del terreno.
Agua
generada en el interior de la vivienda: ropa tendida, cocinas, baños y
vapor de agua expelido por las personas a través del sudor y la
respiración.
Para evitar humedades en los edificios atajaremos las causas que la producen. Se puede hacer lo siguiente:
Para frenar la entrada de agua procedente del exterior:

Diseñar
en el proyecto un forjado sanitario (a medio metro sobre el suelo). Si
no se desea esta solución, hacer una solera con piedras o piezas
plásticas tipo “iglú” para que el agua que pueda filtrarse, circule a
través de ella y salga ladera abajo. Sobre la solera impermeabilizar y
aislar de manera concienzuda.
Asegurarse de que no habrá humedades ascendentes por capilaridad, haciendo una barrera en los muros a unos 35 cm. sobre el suelo para evitar humedades por salpicaduras de la lluvia.
Diseñar
adecuadamente las cubiertas evitando grietas o fisuras por donde pueda
entrar el agua. No dejar espacios de cubierta cerrados para permitir la
dilatación, salida y ventilación del aire interior colocando algunas
tejas de ventilación. Si fuese necesario se harán juntas de dilatación
para evitar fisuras al permitir los movimientos naturales de contracción
y dilatación de la cubierta que se producen con los cambios de
temperatura. Instalar canalones.
Diseñar
cornisas y voladizos en la fachada donde suelen incidir las lluvias
para evitar el choque directo de la lluvia en los muros.
Colocar goterones en voladizos, cornisas, vierteaguas, y en cualquier superficie horizontal por la que pueda deslizarse el agua de lluvia.
Vigilar la hermeticidad de la carpintería de puertas y ventanas para que no pueda filtrarse agua de lluvia a través de ella.
Para eliminar el vapor de agua del interior:
Ventilar bien la casa para dejar salir el vapor de agua que respiramos las personas y el que se produce en cocinas, baños, etc.
Utilizar
materiales de construcción que “respiren”, es decir, que dejen salir el
vapor de agua que se genera en el interior de la vivienda. Esto implica
la utilización de enfoscados, aislantes y pinturas de poro abierto.
Emplear deshumidificadores. Hay que vigilar su mantenimiento ya que las bacterias se desarrollan muy fácilmente en
los espacios húmedos y cerrados. También puede captarse la humedad
mediante sales como el cloruro de calcio y evaporarse en el exterior en
evaporadores solares, pero es necesario que luzca el sol.
No generar vapor: no poner la ropa a secar en los radiadores.
Datos, curiosidades y anécdotas
El
concepto de confort climático es muy variable de unas culturas a otras.
Los “aruntas”, aborígenes australianos que viven en zonas desérticas
donde son frecuentes las noches muy frías, no usan vestidos ni mantas
para cubrirse mientras duermen, acurrucándose con sus perros para
compartir su calor. A falta de termómetro, miden el grado de frialdad de
las noches según el número de perros que necesita cada persona para
dormir sintiéndose cómoda. Una noche extremadamente fría es una noche de
tres perros.
Los
japoneses siempre han llevado a la práctica el aportar calor únicamente
donde es necesario, consiguiendo consumos energéticos mínimos que
pueden considerarse record en comparación con otras culturas. Al ser
Japón una tierra de fuertes y muy frecuentes terremotos no podían
construir viviendas con materiales masivos como ladrillo o piedras por
ocasionar muchas víctimas en caso de seísmo. Su vivienda tradicional
solamente tiene una planta, su estructura es muy ligera hecha con madera
y los tabiques de papel de arroz. Para
calentarse en invierno les bastaba el “horigotatsu”, un hueco en el
suelo colocado debajo de la mesa donde ponían carbón encendido para
calentarse. Uno o varios kimonos superpuestos sobre el cuerpo hacían el
resto.
Debido a la humedad las normas constructivas japonesas obligan a construir el suelo de la vivienda 45 cm.
sobre el terreno. Al estar ventilado, tiende a enfriarse. Los japoneses
se quitan el calzado a la entrada de la casa y necesitan disponer de un
suelo cálido. Lo logran colocando esteras de paja de arroz (de 5 cm.) llamadas “tatami” que resultan ser un excelente aislante.
En
las regiones de Xicun y Tungwan al norte de China se construyen
viviendas con patio excavadas en roca blanda que resultan ser una quinta
parte más baratas que las de ladrillo y madera. Al aprovechar la gran
masa térmica del terreno disfrutan en su interior de temperaturas diez
grados más altas que el exterior en invierno y de ocho a quince grados
menos en verano.
Podemos ver algunos de estos ejemplos en la lámina 7 de esta u. d.
Los
esquimales construyen con hielo sus iglús. El hielo revestido con
pieles demuestra ser un buen aislante. A temperatura exterior de – 45º
C. consiguen en su interior + 5º C. Es decir, 45º C. de diferencia.
Hemos
visto cómo el cuerpo humano se adapta al clima exterior para mantener
su temperatura interna constante a 37º C. valiéndose de la sudoración y
de la regulación de la dilatación de los capilares de la piel. A
temperatura ambiente de 35º C. sólo las manos y pies pueden bajar a 35º
C. Si bajamos a 20º C. se mantienen a 37º C.
solamente el cerebro, corazón, pulmones y vísceras abdominales. Si
permanecemos a 0º C. largo tiempo sólo estarán a 37º C. los órganos más
vitales: cerebro, corazón y parte de los pulmones. Las manos y pies
correrán riesgo de congelación.
En
diciembre de 1.940 se publicó un estudio realizado por el Comité
Lumière et Conditionnement, del “Joint A.S.H.V.E.Illuminating Engin
Soc.” asistido por fisiólogos y sicólogos de la “John B. Pierce
Laboratory of Hygiène”. El experimento se realizó en una sala a
temperatura de 22º C. y al 50 % de humedad
relativa constantes. Se demostró que aunque la temperatura corporal de
los individuos no sufría alteraciones, ellos tenían sensación de calor o
frío según el color de las pantallas coloreadas que les mostraban.
También hay datos concretos de edificios industriales en los que los
obreros se quejaban de frío en salas de colores blanco, azul o verde y
se sintieron cómodos al pintarlas de amarillo, rosa o naranja,
manteniéndose la misma temperatura.
El
camello sube su temperatura corporal durante el día para no perder agua
por el sudor. Por la noche su temperatura corporal baja para no perder
calorías. Es un modelo de ahorro energético.
El
pelo del oso polar es blanco y permeable a la luz. Bajo él, una gruesa
piel de color negro atrapa la radiación solar y se calienta. El pelo
además actúa como aislante para que el calor acumulado no se pierda.
Las
aves acuáticas poseen una glándula cerca de la cloaca para impregnarse
de grasa el plumaje. De este modo el agua no empapa sus plumas y no se
mojan aunque se sumerjan. Así no pierden calor por evaporación.
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Control del clima por medios constructivos
Introducción:
Para
lograr un clima confortable en el interior de los edificios es
necesario lograr un equilibrio entre las pérdidas de energía y los
aportes energéticos. Para comprender mejor los
modos en que un edificio pierde su energía, conviene recordar los modos
de transmisión de calor que vimos en el tema 2. Si hay alumnos de
bachillerato que no lo han dado pueden ver las láminas números 1 y 3 del
tema 2, eso les proporcionará suficiente base para entender esta unidad
didáctica.
Este
tema puede plantearse exponiendo de entrada los métodos que existen
para que los edificios puedan perder o no calor según la época del año,
dando a entender que estos hallazgos son descubrimientos actuales. Con
ello estaríamos engañando a nuestros alumnos.
La
historia de los distintos pueblos nos da ejemplos de cómo nuestros
antepasados han sabido combinar el diseño de sus viviendas con los
materiales de construcción de que disponían para captar la radiación
solar en invierno, ventilar y refrescar los edificios en verano y crear
microclimas húmedos en los lugares áridos.
Es
muy conveniente observar las ingeniosas viviendas del pasado y aprender
de ellas. A partir de ahí podremos armonizar nuestra tecnología con la
sabiduría antigua.
Ya
hemos citado la maravilla tecnológica que es un iglú, una vivienda que
se derrite al llegar el verano. No puede existir material de
construcción más ecológico. En el verano sus moradores habitan en
tiendas transportables de piel de foca y armazón cónico de madera,
adecuadas para su etapa de vida nómada. Para evitar pérdidas de calor a
través de la puerta superponen sobre ella varias pieles.
En
Mongolia y Kirghizistán los pastores nómadas viven en ingeniosas
viviendas transportables, los yurt que recubren con más o menos capas de
fieltro según la temperatura exterior para lograr mejor aislamiento.
En
Noruega se utilizan desde antaño los tejados de hierba. El mantillo de
turba vegetal y hierba poseen un gran poder aislante. Actualmente se ha
construido con tejado de hierba un precioso auditorio en honor a Edvard
Grieg, al lado de la que fue su casa.
En Japón todavía se usa el “sutomi” persiana opaca de madera aislante que se cierra por la noche para no perder calor.
Los
indios anasazi vivían en los acantilados de Mesa Verde (Colorado)
orientados al sur para captar toda la radiación solar y estar al abrigo
de los fríos vientos. De este modo aprovechaban la masa térmica de la
roca.
En
Capadocia se vivía en cuevas laberínticas de hasta 6 pisos de
profundidad que disponían de ingeniosas chimeneas de ventilación.
En
Perú ya existían chimeneas de ventilación en el año 700 de nuestra era.
Actualmente en los países árabes es corriente su empleo: Afganistán,
Irak, Irán, Egipto, etc.
Los
habitantes de las selvas tropicales necesitan edificios con buena
ventilación, sombra y poca capacidad de retener calor. Sus paredes dejan
pasar el aire. En Nueva Guinea las viviendas se construyen muy elevadas
sobre el suelo y abiertas para dejar correr el aire. En Indonesia las
paredes son de paja muy permeables a las brisas.
En
el Amazonas los yanomamo de la cuenca del Orinoco viven en grandes
chozas comunitarias. No hay tabiques para permitir circular a las brisas
y disponen de un gran patio interior.
Vale lo dicho como ejemplo de los hallazgos de la arquitectura popular. No
me extenderé más en los logros de esta arquitectura anónima puesto que
continuaremos viendo ejemplos de ello en temas sucesivos. (Ver lámina
1).
Ya
en el los comienzos del siglo XX, los dos grandes precursores del
bioclimatismo que hemos mencionado en el tema l, Le Corbusier y Frank
Lloyd Wright, basaron buena parte de sus aportaciones de control
climático en los apuntes que tomaron en sus viajes por los pueblos de
Oriente, donde las viejas tradiciones arquitectónicas seguían vigentes.
Le
Corbusier distancia el edificio del suelo por medio de “pilotis”, al
modo de palafitos, para los climas cálidos y húmedos. En climas
templados cubre en parte la planta baja para evitar excesivas pérdidas
de calor, como hizo en la Casa Savoya en 1.929 ( lámina 2 ). Coloca solariums en las azoteas, por ejemplo en la Casa Savoie
en Poissy y l´Unité d´Habitation en Marsella (1.958). Sin embargo su
manejo de la ventilación y las masas térmicas no estaban logrados y
cometió fallos. Uno de los más notables fue su proyecto en Chandigarh
cuya climatización natural no dio los resultados esperados.
Frank
Lloyd Wright utilizó la masa térmica del terreno en sus proyectos de
casas alpinas. Uno de sus proyectos más conocidos desde el punto de
vista bioclimático es la casa H. Jacobs-2 construida en Middleton
(Wisconsin) en 1.943. Es una vivienda situada en un paraje frío en donde
el viento sopla con gran fuerza. En la parte cara al viento hizo una
cobertura de tierra ocultando la planta baja y haciendo que la parte
vista ofrezca al viento un muro curvo para ofrecerle menos resistencia y
disminuir la superficie de contacto. La fachada opuesta es un
semicírculo abierto al sur, un gran ventanal que abarca las dos plantas y
capta toda la radiación solar. (Ver lámina 3)
Otros arquitectos también han apuntado en algunos de sus proyectos elementos de control del clima, por ejemplo, Adolf Loos en la Villa Karma
construida en Clarens Bei, Montreux (Suiza) en 1.904, diseñó una
fachada posterior cara al jardín en la que colocó rejas para que las
plantas trepasen por ella. Otro arquitecto, L. Kahn diseñó para la
embajada en Angola en 1.959 unos elementos que dan sombra a la fachada y
ventiló y dio sombra a la cubierta con unos originales quitasoles.
Vistos los antecedentes históricos de la arquitectura bioclimática, pasaremos a exponer el resto del tema.
Contenido
Aunque
la brevedad de este trabajo que debe ser elaborado en su totalidad en 4
meses no permite profundizar en la distribución de la vivienda
bioclimática, un tema que sería fundamental tratar, he querido al menos
incluir un esquema que representa la distribución ideal de los espacios
en los climas templados atendiendo al recorrido del sol en el firmamento
y a las actividades que se desarrollan en las distintas estancias. (Ver
lámina 4).
En
bioclimatismo se tiende a mantener un clima confortable en el interior
de un edificio sin recurrir al empleo de energías no renovables. En
invierno querremos mantener la vivienda más cálida que el entorno y en
verano más fresca. Esto se consigue manteniendo un buen equilibrio entre
las ganancias y pérdidas de calor. Debemos conocer cómo captar calor y
cómo podemos perderlo.
Las pérdidas de calor de un edificio se producen:
-
A través de los cerramientos: las pérdidas de calor se incrementan
notablemente con la existencia de vientos fríos que incrementan las
transmisiones de calor desde los cerramientos al medio ambiente.
- Por un diseño que ofrezca una gran superficie de contacto con el exterior favoreciendo de este modo los intercambios de calor.
- Por ventilación al salir al exterior aire caliente procedente del interior del edificio y entrar aire frío.
Las ganancias de calor en un edificio se producen por:
-
Captación solar pasiva de la radiación solar a través de los vidrios de
las ventanas y de elementos constructivos creados para tal fin, como
invernaderos, muros Trombe y elementos de diseño que veremos a lo largo
de este tema. Generalmente en climatización se desprecia la captación de
radiación solar por los cerramientos opacos
- Captación activa de energía solar utilizando mecanismos artificiales como colectores solares, etc. que veremos en el tema 4.
-
Captación de otros tipos de energías renovables como energía eólica,
geotérmica, etc. que puedan utilizarse para calentar el edificio.
- Aportes de calor debidos a la quema de combustibles o al empleo de energías no renovables.
-
Aportes de calor debido a las personas que se encuentran en el
interior. En el caso de edificios a los que acude un gran número de
personas, como por ejemplo institutos o centros comerciales este dato
puede ser importante. Cada persona es un foco de calor a 37º de
temperatura interna.
A
la vista de estos datos podemos hacer un resumen que nos sirva de
índice para averiguar cuáles son los métodos de que disponemos para
conseguir un clima confortable dentro del edificio cualesquiera que sean
las condiciones climáticas externas.
Se expone a continuación. Este resumen se expresa en la lámina 5.
En climas fríos podemos evitar pérdidas de calor:
- Aislando bien los cerramientos
- Evitando la ventilación no deseada
- Calentando previamente el aire que usemos para ventilación
-
Con un diseño adecuado, ofreciendo menos superficie de contacto con el
exterior, en especial las superficies expuestas a vientos fríos
En climas cálidos podemos refrigerar los edificios:
-
Por medio de sistemas de ventilación natural, proporcionando una buena
ventilación y humidificación del aire. Aquí veremos los principios
básicos que expondremos más ampliamente en la u. d. 5.
- Diseñando adecuadamente los elementos constructivos para lograr espacios más frescos
- Obstaculizar la entrada de la radiación solar en el edificio evitando su calentamiento.
Podemos captar energía del entorno por estos sistemas:
- Captación solar pasiva: Son sistemas que funcionan sin precisar un aporte energético externo. Los veremos en este tema.
- Captación solar activa: Precisan para su funcionamiento de un aporte energético extra. Se verá en el tema 4.
-
Captación de energías renovables del entorno. Al final del tema 4 se
trata del empleo de este tipo de energías en viviendas bioclimáticas.
A continuación analizamos cada uno de los apartados de este guión que hemos presentado.
Modos de evitar las pérdidas de calor
Evitar pérdidas de calor a través de los cerramientos:
Se
han realizado termografías para observar por dónde se pierde más calor
en los edificios y se ha visto que las mayores pérdidas a través de los
cerramientos se producen en ventanas, cubiertas y los llamados puentes
térmicos. La primera definición oficial de puente térmico la dio la NBE-CT.
en 1.979 sobre condiciones térmicas en los edificios en su anexo 2,
apartado 2.6.1. Considero que tal definición será excesiva para los
alumnos de bachillerato, por lo que daremos una explicación en lenguaje
más coloquial
Estos
puentes térmicos son zonas en las que un material buen conductor del
calor deja escapar calorías. Son puentes térmicos los elementos
estructurales (pilares, vigas, forjados...) en contacto con el exterior,
las carpinterías metálicas y cualquier otro elemento buen conductor del
calor (marquesinas, vierteaguas, etc.) que conecte el interior cálido
con el exterior frío.
A la vista de esto se comprende que las estrategias para evitar pérdidas de calor a través de los cerramientos son:
- Aislar adecuadamente los muros, solera y cubierta (Ver apartado de aislamiento en tema 2, página 69 y siguientes)
-
Evitar los puentes térmicos dando continuidad al aislamiento de los
cerramientos por el exterior de los elementos estructurales. También se
deben utilizar carpinterías con rotura
de puente térmico que separan la parte exterior e interior de la misma
mediante barras o piezas de material aislante. (Ver lámina 6)
-
Reducir la superficie de cerramientos en contacto con el exterior y la
de ventanas en los paramentos que no reciban radiación solar.
- Emplear lunas que garanticen un buen aislamiento térmico. Generalmente son lunas que también aíslan acústicamente.
- Utilizar doble acristalamiento. El pequeño espacio entre las lunas está relleno de aire seco o un gas inerte (argón).
-
Empleo de doble ventana. Tanto desde el punto de vista térmico como
acústico da mejor resultado la doble ventana que el doble
acristalamiento. Solamente será necesario que tenga rotura de puente
térmico la carpintería exterior.
Evitar pérdidas de calor por ventilación no deseada:
La
mayoría de los materiales de construcción son permeables y permiten el
paso del aire en mayor o menor grado. También suele salir aire cálido
del interior y entrar aire frío del exterior a través de las rendijas de
las puertas y ventanas por falta de estanqueidad. Es necesario que
exista una renovación del aire para disponer siempre de suficiente
oxígeno para respirar, pero se ha de evitar que esto suponga una pérdida
de calorías.
En
el tema 5 trataremos ampliamente el tema de la ventilación. Aquí
solamente damos indicaciones de cómo evitar ventilaciones no deseadas:
-
A través de la cubierta, muros, etc.: este problema se presenta en
edificios antiguos que no han sido debidamente restaurados. Debe hacerse
una limpieza y restauración de las juntas y rehabilitar las cubiertas.
El aire caliente tiene menor densidad y asciende. Si hay fugas en la
cubierta escapará el aire caliente por ella y su lugar en las
habitaciones será ocupado por aire frío ocasionándose una situación de
disconfort.
-
A través de la carpintería: un modo sencillo para evitar filtraciones
de aire por puertas y ventanas es instalar carpinterías que garanticen
un buen grado de hermeticidad. Esto no solamente protege de las
filtraciones de aire sino también del agua de lluvia.
-
Evitar puentes térmicos y fugas alrededor de la carpintería: La
colocación de la carpintería debe ser cuidadosa para evitar que queden
grietas y/o puentes térmicos, poniéndose aislamiento en jambas,
vierteaguas y dintel.
-
El punto por donde mayores pérdidas de calor suelen producirse son las
cajas de las persianas, por ellas se pierde aire caliente que ha
ascendido (Ver lámina 6 )
-
Taponar rendijas: en construcciones ya hechas no quedará más remedio
que poner burletes para taponar las rendijas, pero existen pocos
burletes en el mercado que garanticen durabilidad, la mayoría se
estropean al cabo de uno o dos años y es necesario reponerlos. Si se
dispone de ventanas de una sola carpintería, puede ser el momento
adecuado para poner una doble ventana añadida, preferiblemente colocada
hacia el exterior para garantizar una mejor hermeticidad.
-
Puerta de entrada: Para evitar la excesiva ventilación a través de la
puerta de entrada a la vivienda, se debe hacer una entrada doble de modo
que las dos puertas no se encuentren una frente a otra.
-
Hacer la entrada al edificio a través de un vestíbulo, invernadero o un
porche cubierto que generen un pequeño microclima a una temperatura
intermedia entre el exterior y el interior.
En
los edificios públicos también debe hacerse este vestíbulo de entrada.
Habitualmente este tipo de edificios están dotados de puertas
automáticas de cristal que solamente se abren para dejar paso a las
personas, cerrándose automáticamente. Este sistema no evita que al
abrirse la puerta entre una ráfaga de aire frío procedente del exterior.
En algunos casos se recurre a la colocación de dos puertas sucesivas
para evitar corrientes de aire, duplicando el consumo energético. Una
buena alternativa son las antiguas puertas giratorias, eliminan las
corrientes de aire, limitan el intercambio de aire con el exterior al
mínimo imprescindible y no consumen energía eléctrica. ( Ver lámina7)
Calentar el aire empleado para ventilación:
Es
necesario que exista ventilación para disponer continuamente de aire
fresco procedente del exterior porque somos seres que respiramos
oxígeno. La ventilación es necesaria no solamente para aportar oxígeno.
Se
precisa la ventilación para disipar el exceso de humedad y los olores.
Al respirar exhalamos vapor de agua que va saturando el aire. A esto hay
que añadir el vapor desprendido en cocinas y cuartos de baño. Vemos que
es saludable disponer de una renovación del aire, se trata de
conseguirlo sin que suponga una fuga ruinosa de calorías.
En
climatización tradicional se calcula que el aire de un edificio se
renueva completamente cada hora. Estimaciones expuestas por el Centro de
Espacio Subterráneo de la Universidad de Minnesota consideran
que pueden bastar con dos renovaciones completas por día si no se
encienden llamas. Por debajo de esta cifra no se eliminan los olores
persistentes.
Es
muy importante que en el caso de existir en la vivienda cocinas o
estufas con llama (de gas, leña u otro combustible), se les suministre
suficiente aire fresco para abastecer las necesidades de la combustión.
En el caso de las estufas de leña o carbón puede suministrarse el aire
por medio de una alimentación propia.
El
aire fresco puede llegar a la estufa a través de una conducción que la
enlace con un orificio practicado en el exterior. Esta conexión directa
de aire fresco evita pérdidas de calor y corrientes indeseadas o
molestas para las personas que puedan permanecer sentadas al lado de la
estufa. Para aprovechar mejor las calorías que se perderían con la
expulsión de los gases de combustión debería disponer de un
intercambiador de calor. (U. Didáctica nº 4)
En cuanto al calentamiento del aire necesario para ventilación los procedimientos son éstos:
Aprovechar
el calor de un elemento calefactor (almacén de calor, chimenea, etc.)
para calentar el aire. En el caso de disponer de suelos o muros
radiantes resulta muy sencillo hacer pasar el aire de ventilación por
dichas superficies para calentarlo. La ventaja de ventilar con aire
caliente se compensa con el inconveniente de que nos supone un coste
energético. El siguiente procedimiento no supone gasto energético
alguno.
Aprovechar
el calor del subsuelo: calentando el aire de ventilación haciéndolo
pasar por tubos enterrados en el terreno, colocando los tubos de modo
que el aire caliente, menos denso, pueda subir. Los tubos deben ser de
plástico para que la humedad del terreno no haga descender la
temperatura del aire. En terreno llano hay que colocar un pequeño
ventilador para favorecer la circulación del aire. Evitar la entrada de
insectos con malla metálica fina (Ver lámina 8).
Diseñar adecuadamente las superficies en contacto con el exterior, en especial las expuestas al viento:
Las
pérdidas de calor a través de superficies en contacto con el exterior
se reducen si se suprimen los metros cuadrados de superficie en
contacto. Seguramente resulta más fácil de comprender esto viendo un dibujo (Lámina 9) que con la explicación que expongo a continuación:
-
Enterrar o semienterrar el edificio: Este sistema aprovecha la gran
masa térmica del terreno para reducir los intercambios de calorías con
el exterior. La inercia térmica de la tierra es tan grande que durante
el invierno va radiando el calor absorbido en el verano, calentando la
casa. Cuando ya se ha enfriado el terreno al comienzo del verano, va
refrescando la casa captando su calor que acumulará mientras dure el
buen tiempo. Una casa semienterrada, en invierno, está aprovechando el
calor que radia el terreno en las superficies en contacto con él.
Veremos casas enterradas en el tema de diseño del paisaje para control
climático.
-
Suprimir en lo posible la fachada orientada hacia los vientos fríos,
especialmente los del norte. Puede hacerse inclinando la cubierta hacia
ese lado para que los vientos se desplacen por encima de ésta.
-
Curvar los paramentos expuestos al exterior, especialmente los
orientados al norte para reducir la superficie de contacto y reducir el
rozamiento. La mínima superficie en contacto con el aire exterior a
igualdad de volumen interior la proporciona una semiesfera.
Modos de refrigerar los edificios
Proporcionar buena ventilación y humidificación del aire:
El
tema de la ventilación se trata más extensamente en la unidad didáctica
5. En esta veremos los fundamentos básicos de la misma que se expresan
en la lámina 10.
La refrigeración por medio de la ventilación se basa en poner en práctica estas estrategias que se resumen en la lámina 11:
Dejar
salir el aire caliente: para ello se practican aberturas en los puntos
en los que el aire caliente tiende a acumularse para evacuarlo. Como el
aire caliente es menos denso y tiende a ascender se acumula en las zonas
altas, por lo que se practican aberturas en cubiertas y techos.
Introducir
aire fresco: El aire puede enfriarse haciéndolo pasar por el subsuelo o
captarse del interior de cuevas naturales, como hacen desde hace siglos
cerca de Vicenza, Italia. En zonas áridas y sobre las ciudades circulan
corrientes de aire más fresco a determinada altura y es necesario
captarlo mediante torres captadoras. Esto lo veremos en la unidad
didáctica 5 correspondiente a ventilación.
Enfriar
el aire destinado a ventilación: si no se puede captar aire fresco al
menos puede enfriarse recurriendo a la construcción de microclimas como
patios interiores y con la ayuda de la vegetación. En zonas de clima
seco puede aumentarse el enfriamiento por medio de la evaporación del
agua, colocando fuentes o superficies húmedas expuestas a las corrientes
de aire. En zonas tropicales muy húmedas este sistema es menos eficaz.
Generar
corrientes de aire: se facilita la entrada de aire fresco y la salida
de aire caliente generando corrientes que circulen refrescando el
interior del edificio. También son muy útiles los sistemas de doble
cubierta en medio de la cual circula el aire enfriándola.
Diseñar el edificio creando microclimas frescos:
Ver resumen gráfico en lámina nº 12. Se expone a continuación:
- Diseñar plantas diáfanas para favorecer las corrientes de aire.
-
Estancias con techos altos para que el aire caliente ascendente no
afecte a las personas y para favorecer la circulación de aire.
-
Disponer en sótanos y semisótanos estancias habitables para la época
calurosa. Las viviendas islámicas tradicionales disponen de una o más
estancias de este tipo.
-
Diseñar una distribución flexible, de modo que dependiendo de la época
del año puedan habilitarse como zonas de estar o dormitorios diferentes
espacios de la vivienda para adaptarse a las condiciones climatológicas
cambiantes.
-
Proyectar umbráculos, espacios sombreados entre el exterior y el
interior del edificio, como porches, pérgolas, etc. para crear espacios
intermedios que incluso pueden ser habitables en determinados momentos
del día.
-
Proyectar uno o más patios interiores con vegetación y fuentes para
crear microclimas frescos y a la sombra. La mayor parte de las
habitaciones pueden agruparse alrededor de los patios y disfrutar de las
corrientes de aire fresco que generan.
-
Diseñar una cubierta de hierba asociada a un sistema de riego por
pulverización lo que producirá una refrigeración por evaporación en la
zona que más se calienta en verano: la cubierta.
-
Hacer un diseño urbano con calles estrechas: los cascos antiguos de las
ciudades son un ejemplo de cómo crear microclimas con sombra y
temperaturas estables. Además, los cruces de calles facilitan la
ventilación sin que las brisas alcancen velocidad excesiva.
Obstaculizar la entrada de la radiación solar:
La
reducción de la incidencia de la radiación solar sobre el edificio
cuenta con un gran aliado en el empleo de la vegetación, tema que
trataremos ampliamente en la unidad didáctica nº 6. Aquí haremos una
enumeración de los elementos que regulan la captación solar según
necesidades o según la época del año. Están representados en las láminas 13 y 14. Son estos:
Diseñar
voladizos o pantallas que proyecten sombra. En climas templados como el
nuestro los voladizos deben dar sombra en verano y permitir la entrada
de la luz solar en invierno, para ello se dimensionan según el recorrido
solar anual. (láminas 2 y 3 tema 1).
Dotar a los elementos de carpintería de lamas direccionales, toldos y postigos que regulen la entrada de la luz solar
Colocar en las ventanas vidrios aislantes, reflectantes y/o tintados que reduzcan la captación de la radiación solar
Plantar
frente a la fachada sur del edificio plantas de hoja caduca, trepadoras
para pérgolas o árboles que darán sombra en verano y dejarán pasar la
luz en invierno.
Tamizar
la entrada de luz solar directa por medio de celosías. Es un método
usado habitualmente en países del Mediterráneo y Oriente.
Diseñar
el perfil de las jambas de puertas y ventanas a 90º en relación al
plano de fachada de modo que permitan la entrada de menor radiación
solar.
Favorecer
la luz solar indirecta o reflejada. Este sistema mantiene el interior
del edificio mucho más fresco. Puede conseguirse por medio de pantallas
translúcidas que dejen pasar luz atenuada o diseñando superficies con el
ángulo adecuado para que llegue al interior luz reflejada y no luz
directa.
Modos de captar energía del entorno:
A
nuestro alrededor disponemos de enormes cantidades de energía que
habitualmente despreciamos. La fuente de energía fundamental de que
disponemos en el planeta Tierra es la energía que nos llega de nuestra
estrella: el Sol. Esta energía se genera por las reacciones
termonucleares que ocurren en su centro, sobre todo por la fusión de
grupos de dos átomos de hidrógeno que se unen para formar uno de helio.
Se estima que el Sol pierde 5 millones de toneladas de materia por
segundo en esta fabulosa reacción. Esta potente energía se expulsa al
espacio en forma de ondas electromagnéticas.
La radiación solar que llega a la Tierra
en parte se refleja de nuevo al espacio. El porcentaje absorbido por la
atmósfera origina, entre otros, los fenómenos de evaporación y
condensación del agua causando los fenómenos climáticos: lluvia, vientos
y demás fenómenos meteorológicos. También es utilizada por las plantas
para realizar la fotosíntesis dando origen a la
cadena de alimentación de todos los seres vivos. Otra parte la absorbe
el terreno. La energía eólica, hidráulica, biomasa, de las mareas y las
olas, etc. son transformaciones de la energía solar.
La
energía sobrante vuelve a ser devuelta al espacio manteniendo un
equilibrio energético en el planeta. Por esto es tan peligroso el efecto
invernadero causado por la quema de combustibles. La capa de CO2 que se
forma en la atmósfera impide que la energía sobrante se disipe en el
espacio exterior ocasionando el recalentamiento del planeta.
El
petróleo que quemamos ahora y que tuvo su origen en los seres vivos de
hace millones de años, fue una energía que vino del Sol, se elaboró
lentamente en el interior de la tierra y ahora estamos malgastando. Por
ello es fundamental que utilicemos la radiación solar directa y las
energías renovables.
Los
sistemas de captación de energía del entorno para su aprovechamiento en
arquitectura bioclimática están resumidos en la lámina 15 de este tema y
los hemos repartido para su estudio en tres apartados: captación solar
pasiva (la veremos a continuación), captación solar activa y mecanismos
para obtener energías renovables del entorno (U. Didáctica 4).
Captación solar pasiva:
Se
denomina así al método de captación de la radiación solar que funciona
sin necesitar aporte energético externo. También se denomina pasivo al
sistema que ocasionalmente pueda utilizar un pequeño equipo para
acelerar los intercambios térmicos aunque no sea imprescindible para su
funcionamiento, como por ejemplo, un ventilador.
Los
sistemas captadores pasivos precisan combinarse con mecanismos de
ocultación para proteger al edificio de la entrada indiscriminada de
radiación solar en los días calurosos de verano. En este mismo tema
vimos ya el apartado de cómo obstaculizar la entrada de la radiación
solar. (Láminas 13 y 14).
Otra
posibilidad es acumular dicha radiación solar para ser utilizada en la
noche o incluso emplear sistemas que acumulen el calor para el invierno.
Vemos que la captación solar pasiva abarca dos tipos de elementos:
Elementos
captadores: recogen la radiación solar. Para su estudio los
clasificaremos en sistemas captadores directos, indirectos y añadidos.
Se analizan en la página siguiente.
Elementos
acumuladores: son sistemas que tienen la propiedad de almacenar en su
interior la energía calorífica de modo que puede ser utilizada con
posterioridad. Unos sistemas permiten acumular el calor del día para
cederlo durante la noche. Otros son capaces de almacenar el calor
durante muchos días, incluso meses. Para su estudio podemos
clasificarlos en sistemas puramente constructivos y depósitos de
acumulación.
Un
sistema completo de aprovechamiento de la energía calorífica del sol no
se limita a la instalación de elementos captadores o de elementos
acumuladores. Lo ideal es emplear ambos sistemas conjuntamente. Se debe
hacer un estudio de las necesidades caloríficas del edificio, en función
del cual se diseñarán los elementos captadores y acumuladores
necesarios. También se verá la necesidad de incluir sistemas de
captación activa u otros.
Elementos captadores directos:
Se
denominan sistemas de captación directa a aquellos en los que la
radiación solar entra directamente en el espacio que se desea caldear.
Esto se consigue haciendo que los rayos solares atraviesen un vidrio y
calienten el aire, los suelos y los paramentos interiores. (Ver lámina
16)
Una
simple ventana orientada hacia el Sol es el primer sistema de captación
solar pasiva. Todos sentimos más confort un día de invierno en el que
los rayos del sol entran por la ventana que un día nublado, aunque el
termómetro marque la misma temperatura. Nuestra piel capta la radiación
solar y eso nos hace sentir más confortables.
La
captación solar se puede hacer a través de un invernadero, galería o
terraza cubierta con vidrio. Es un espacio acristalado creado con la
finalidad de captar el máximo de radiación solar. Las habitaciones a
caldear se prolongan, sobresalen de la fachada, disponen de un espacio
donde se pueden cultivar plantas, usarse como zona de estar, de recreo, o
simplemente tomar el sol.
Durante
el día, el aire que se calienta en el invernadero se distribuye por
toda la casa gracias a las corrientes de convección. Después veremos
mejoras a este sistema. Por la noche deben evitarse las pérdidas de
calor colocando persianas o contraventanas. También puede ser útil el
empleo de vidrios aislantes, pero debe consultarse al fabricante en qué
grado permiten la absorción de la radiación solar. No sólo querremos
conservar el calor de dentro, también necesitaremos captar el calor del
sol.
Si
se cultivan plantas en el invernadero, la propia vegetación hace de
acondicionador térmico suavizando las temperaturas para que no haya
tanta diferencia entre el día y la noche y regulando la humedad
ambiental.
En
verano se debe impedir la entrada de la radiación solar con los
elementos de cierre que ya hemos visto y facilitar una buena ventilación
para evitar la captación de energía solar y favorecer la refrigeración.
Un invernadero siempre debe tener respiraderos o aberturas en la parte
superior para dejar salir el calor en verano.
Elementos captadores indirectos:
Son
modos de captar la radiación solar por medio de elementos constructivos
que actúan de intermediarios. Captan y almacenan la energía solar que
cederán posteriormente a las habitaciones. (Ver láminas 17 y 18).
Hemos
visto que los sistemas captadores directos consisten en exponer a la
radiación solar el espacio constructivo que se desea caldear. Para
lograrlo se interpone el vidrio de una ventana o galería acristalada
entre la radiación solar y el espacio a calentar. Veamos el por qué:
Una
vez que los materiales de construcción han absorbido la energía solar,
van cediendo lentamente la energía sobrante en forma de radiación
infrarroja. La radiación infrarroja no es capaz de atravesar el vidrio,
acumulándose dentro del espacio constructivo. Es el llamado efecto
invernadero.
Los
suelos, muros y cubierta pueden ser muy útiles para captar y almacenar
la energía procedente del Sol, sobre todo si son porosos ya que tienen
más superficie de intercambio. En invierno los materiales de
construcción acumulan energía solar durante el día que van cediendo
lentamente durante la noche. El agua es también un excelente material
para captar y almacenar calor.
Si
se dispone de suficiente superficie acristalada y masa térmica, es
decir, muros y suelo gruesos y de materiales densos como ladrillo,
piedra u hormigón, éstos pueden acumular energía para ir cediendo
durante varios días nublados consecutivos. De este modo se mantendrá una
buena temperatura en el interior. Puede ser necesaria la ayuda de
alguna estufa o radiador en invierno, pero las necesidades de
calefacción van a ser mucho menores.
Puede
construirse un grueso y masivo muro de fachada orientado al sur y poner
sobre él un vidrio para que capte y acumule la radiación solar. Para
facilitar los intercambios de calor con el resto de la vivienda se
pueden hacer unos orificios en la parte superior e inferior del muro
para facilitar las corrientes de convección. Este sistema fue
popularizado por el ingeniero francés Félix Trombe y se denomina muro o
pared Trombe.
Además del citado existen otros sistemas de captación indirecta de la radiación solar, haremos un resumen de ellos:
-
Muro Trombe: Muro de gran masa térmica construido de piedra, hormigón,
bloques de tierra, adobes o ladrillo sin pulir orientado al sur y
precedido de un vidrio o elemento translúcido para favorecer el efecto
invernadero. Lleva aberturas en su parte superior e inferior para
favorecer los intercambios térmicos entre la cámara de aire que calienta
el sol y el interior del edificio. Es necesario aislar el vidrio en las
noches de invierno para no perder calorías y sombrear en verano para
evitar la acumulación de calor. (Ver lámina).
-
Cubierta de inercia térmica: es una cubierta realizada con materiales
de construcción de elevado peso específico. Su gran masa amortigua las
oscilaciones térmicas.
-
Inercia térmica interior: consiste en situar en las paredes y suelos
del interior del edificio grandes masas térmicas que capten y acumulen
la radiación solar. Deben situarse en lugares donde puedan captar la
energía, cerca de ventanales, invernaderos, etc. Deben repartirse lo más
posible por todo el edificio, no concentrar las masas térmicas
solamente en una zona para amortiguar mejor los ciclos noche-día. El
aislamiento del edificio debe ir por el exterior, para proteger el calor
acumulado en muros y suelos. (Ver lámina).
-
Solera de grava: consiste en disponer una solera de grava muy bien
aislada que actuará de depósito acumulador. Hay que asegurarse de que la
humedad del terreno no llegará a la grava. La captación se realiza a
través de un vidrio como en la pared Trombe. La energía almacenada se
conduce al interior del edificio, bien por radiación o bien haciendo
circular aire por el interior de la solera.
-
Inercia subterránea: Este sistema aprovecha la gran masa térmica del
terreno para amortiguar las oscilaciones climáticas del exterior. Da muy
buenos resultados en climas extremados y de montaña.
Elementos captadores añadidos:
La
captación y acumulación de la energía solar se realiza por medio de
elementos que no pertenecen al edificio propiamente dicho. (Ver lámina).
-
Muro de agua: Muro similar al Trombe, formado por depósitos de agua
entre los que se dejan huecos para favorecer las corrientes de
convección y facilitar los intercambios de calor con el interior del
edificio. Suelen colocarse 200 litros de agua por metro cuadrado de superficie de captación.
-
Cubierta de agua: Sobre una azotea pintada de color muy oscuro o negro
se colocan bidones o sacos de plástico que se llenan de agua. Su
eficacia aumenta si se cubren con vidrio o un material translúcido. En
nuestras latitudes, por la inclinación de los rayos solares en invierno,
deben ir sobre una superficie inclinada y cubrirse durante la noche
invernal. En verano puede utilizarse este sistema para refrigerar,
dejando destapados los depósitos de agua para que se enfríen durante la
noche. Dan mejor resultado en refrigeración en clima continental con
noches de verano frescas y días calurosos.
-
Sistema de captación independiente: consta de un elemento captador
adosado al edificio que aprovecha el efecto invernadero y mediante
corrientes de convección de aire o agua transmite el calor a un depósito
acumulador desde donde se transferirá al edificio. Estos elementos
captadores pueden construirse in situ con materiales de construcción,
por ejemplo ladrillos o cantos rodados y un recubrimiento de vidrio.
También
pueden instalarse colectores prefabricados para la captación pasiva de
la radiación solar, pero en esta unidad didáctica nos estamos centrando
exclusivamente en el control climático por medios constructivos. El
apartado correspondiente a paneles solares se verá en la unidad
didáctica nº 4.
Elementos acumuladores:
Son
dispositivos que almacenan calor para ser cedido al edificio cuando
desciende la temperatura exterior. Alguno de estos sistemas ya los hemos
citado. No es necesario emplear un único sistema de acumulación. La
experiencia indica que da mejores resultados la combinación de varios
tipos de masas térmicas, ya que cada estación o circunstancia climática
se adapta mejor a uno u otro sistema. Se representan en la lámina 20. En
resumen son estos:
-
Elementos acumuladores puramente constructivos: son elementos
constructivos que realizan una doble función constructiva y de almacén
de calor. Son los sistemas constructivos de inercia térmica ya citados:
muros, soleras, etc.
-
Depósitos de acumulación: su misión es exclusivamente la de
almacenamiento del calor. Son depósitos de cualquier material utilizable
como almacén de calor: grava, ladrillos, recipientes llenos de agua,
sales eutécticas en disolución, etc. En las regiones frías el depósito
acumulador del calor es un elemento fundamental de cualquier sistema de
bioclimatización. Estudios realizados a mediados del siglo XX por la
profesora María Telkes del Institute of Technology de Massachussets en
Boston y la arquitecta Eleanor Raymond, sobre acumuladores de calor
latente, analizaron el comportamiento de diversas sales eutécticas en
disolución que podían almacenar o ceder calor al fundirse o
solidificarse según la temperatura. Tuvieron éxito almacenando calor en
sal de Glauber disuelta en agua, sulfadecahidrato, (Na2 SO4 . 10 H20) y
con la adición de pequeñas cantidades de anticorrosivos y acelerantes de
la cristalización. Esta sal funde a 32º C. Calentada a 50º C. acumula
seis veces más calor que el mismo volumen de agua y once veces más calor
que el mismo volumen de piedras. Desde 1.963 se investigaron los
acumuladores de calor latente en el Laing-Energie-Institut en Remseck,
Alemania. También el Dr. Johannes Schröder de la Philips trabajó con mezclas eutécticas de fluoruros de litio. Pueden ser cargados y descargados más de 12.000 veces sin perder su capacidad acumulativa.
-
La acumulación del calor también adquiere gran importancia en los
sistemas de captación solar activa, en la obtención de agua caliente
sanitaria (para duchas, lavado de ropa, etc.) y en los sistemas de
calefacción por colectores solares ( unidad didáctica 4 ). Los
acumuladores de calor latente pueden absorber de los colectores de
captación solar la energía procedente del sol y almacenarla aunque su
aporte sea intermitente. Así pueden ir cediendo lentamente el calor
acumulado al interior del edificio.
- Lagunas de termo-acumulación: Los investigadores Dr. Günter Scholl, Wolfschlugen, Lorcano y Stuttgart plantearon
en 1.971 la posibilidad de utilizar el calor acumulado en lagos y
lagunas. Permitirían utilizar el calor que pierden las grandes centrales
eléctricas. En 1.975 publicaron los datos técnicos, costes y
rentabilidad de tales instalaciones. Una laguna de superficie 300 x 500 metros cuadrados
puede abastecer de calefacción a una población de 3.000 habitantes. Es
necesario cubrirla con bolas flotantes de material aislante para que no
pierdan calor.
-
Lagunas solares: son muy utilizadas en Japón para calentar el agua de
los arrozales, lo que produce un aumento de la cosecha de arroz del 8 al
20 %, pero nada impide utilizar este sistema en edificación y se han
hecho estudios sobre ello. Estas lagunas tienen una superficie de 3.000 metros cuadrados y 2 metros
de profundidad. Sobre ellas esparcen copos de hollín o poliestireno
para evitar pérdidas de calor y alcanzan temperaturas de unos 35º C.
- Acumuladores de calor subterráneos: fueron propuestos por el Dr. Bertrand Weissenbach de la Messerschmitt-Bölkow-Blohm.
El calor se acumula en depósitos de grava subterráneos. Puede
utilizarse agua como material de transferencia de calor, aunque el uso
del agua como elemento acumulador puede plantear problemas de
proliferación de bacterias. Los acumuladores subterráneos de piedras han
sido muy utilizados en viviendas unifamiliares.
Aplicación a la construcción bioclimática en Galicia
En
la primera unidad didáctica hemos hablado de las regiones climáticas en
Galicia. Podemos decir que Galicia disfruta de un clima templado y
húmedo en la mayor parte de su territorio.
En
climatización hablar de un clima templado significa tener que calentar
en invierno y refrescar en verano. La humedad excesiva hay que tratarla y proteger los edificios de los fuertes temporales de las zonas costeras.
Una
construcción tradicional muy bien adaptada a este clima eran los
castros celtas construidos con pallozas o citanias de planta circular y
situadas muy próximas, de modo que ofrecían menor superficie a los
vientos y se protegían unas viviendas a otras frente a los cambios de
temperatura.
El
tipo de construcción rural posterior de viviendas aisladas con gruesos
muros de piedra tenía buenos aciertos y otros elementos mejorables.
Habitualmente
faltaba un elemento vital, sobre todo en construcciones a media ladera:
una solera de grava que permitiese circular al agua del terreno por
debajo del edificio sin llegar a encharcar la vivienda. En ocasiones se
suplía este defecto dejando canalillos por donde circulaba el agua (los
dormitorios se situaban en la planta alta). En estos casos debe hacerse
un drenaje ladera arriba. Si no se tiene garantizada la
impermeabilización puede ser muy conveniente hacer un forjado sanitario,
es decir, elevar el suelo de la vivienda medio metro sobre el terreno
para permitir que se evapore la humedad.
Un
buen acierto eran los adosados: pajar, leñera y demás espacios pegados
al edificio principal y que hacían las veces de espacios de
amortiguación climática, protegían de los fríos vientos y creaban
microclimas cálidos alrededor de la casa. El porche abierto de la planta
superior cumplía también esta misión y se logró un éxito climático
cuando se transformó en galería acristalada, una perfecta cámara de
regulación térmica que convirtió el muro de fachada orientado al sur en
acumulador térmico.
Haremos
ahora un resumen esquemático de los elementos que puede adoptar una
vivienda en Galicia que a la vez respete los criterios bioclimáticos y
los logros de su arquitectura tradicional. Este esquema lo separaremos
en apartados atendiendo a la protección frente al viento, al
calentamiento en invierno, refrigeración en verano y protección frente a
la humedad:
Protección frente a la humedad:
En la Unidad Didáctica
nº 2, en el apartado correspondiente a aplicación a la construcción
bioclimática en Galicia se hizo un resumen de las medidas que pueden
tomarse relativas a diseño y a adecuación de los diversos elementos
constructivos para evitar humedades en la edificación. Allí mencionamos
que los materiales de construcción empapados de humedad se convertían en
puentes térmicos a través de los cuales se pierden las calorías
almacenadas en el interior. Por ello, si se pretende disfrutar de una
vivienda confortable es muy importante evitar este problema. Nos
remitimos pues a dicho apartado que comienza en la página 79. En la
página 80 se menciona cómo subsanar humedades en edificios antiguos. En
la página 81 figura el resumen de medidas a tomar para vivir en
edificios sin humedades.
Protección frente al viento:
La lámina nº 21 ofrece un resumen de estos apartados:
Colocar
una barrera vegetal de protección frente al viento según veremos en la
unidad didáctica 6, donde se explica cómo hacerla, se dan datos sobre
especies arbóreas y arbustivas, dimensiones, etc.
Hacer
un pequeño terraplenado que defienda la edificación de los vientos y no
deje paramentos expuestos al mismo. El pequeño espacio que quede entre
el edificio y la pared puede convertirse en un agradable y sombreado
patio trasero en verano y puede utilizarse como taller al aire libre en
los días templados.
Diseñar la cubierta de modo que los vientos resbalen por encima de ella y abra una gran fachada al sur.
Ofrecer al viento la mínima superficie y curvarla para hacerla “aerodinámica” y los vientos resbalen.
Calentamiento en invierno:
Las láminas nº 22 y 23 ofrecen un resumen de estos apartados:
Aislar adecuadamente el edificio para evitar fugas de calor y evitar los puentes térmicos.
Abrir
una gran fachada acristalada al sur para captar la radiación solar.
Añadir en la fachada sur espacios captadores adosados, como invernadero,
galería o porche acristalado.
Dotar a las ventanas de contraventanas de madera para aislarlas por la noche y evitar pérdidas de calor.
Disponer
detrás de las superficies acristaladas orientadas al sur elementos
acumuladores de calor: muros Trombe, gruesos muros o soleras de gran
inercia térmica o depósitos acumuladores con grava o disoluciones de
sales eutécticas y diseñando aberturas como puertas o ventanas
interiores que garanticen el reparto del calor acumulado al resto de la
vivienda.
Poner
un vestíbulo de entrada o entrar a través de una galería o invernadero
para evitar corrientes frías de aire al abrir la puerta.
En zonas frías y de montaña calentar el aire que se use para ventilación como vimos en el apartado correspondiente.
Emplear sistemas de captación activa de la energía del entorno, como los que veremos en la próxima unidad didáctica.
Si se desea poner una chimenea, asegurarse de que funciona por efecto Venturi.
La
chimenea, cocina o estufa calefactora, si la hay, debe situarse en una
zona central de la vivienda para que el calor suyo y de las paredes de
la chimenea irradie al mayor número posible de estancias. Asegurarse de
que la madera procede de explotaciones sostenibles.
Refrigeración en verano:
La lámina ofrece un resumen de estos apartados:
Disponer
aberturas en la parte superior de galerías e invernadero para dejar
salir el aire caliente. Favorecer la ventilación de modo que el aire
entre desde las zonas frescas (ejemplo, patio trasero situado al norte
de la casa) y salga por las cálidas (aberturas superiores de las
galerías o invernadero).
Evitar
la entrada de la radiación solar en verano diseñando voladizos y/o
disponiendo elementos de protección, como toldos, sobre todo en el
invernadero y galerías.
Dotar
de persianas o estores sobre todo a las ventanas orientadas al sur y al
oeste. En general evitar la luz directa y favorecer la luz indirecta o
reflejada.
Plantar árboles y trepadoras de hoja caduca en la fachada sur, como veremos en la unidad didáctica nº 6.
Distribuir plantas y diseñar como zona de estar agradable y sombreada el pequeño patio situado al norte.
Diseñar
una ventilación por tuberías subterráneas para refrescar el aire.
Aprovechar el trazado de la zanja de drenaje y colocar la tubería de
ventilación sobre la de drenaje, la humedad de la misma le dará un
frescor añadido.
Datos, curiosidades y anécdotas
Un adulto respira al día unos 15 kg. de aire. Teniendo en cuenta que solamente comemos 1,5 kg. de comida y bebemos 2 l.
de agua al día, esto nos indica la importancia que tiene respirar un
aire sano. No podríamos vivir en edificios herméticamente cerrados
porque en muy pocas horas tendríamos síntomas de malestar.
Es
de todos conocido el frío que hace en invierno en Suecia y Noruega.
Para evitar pérdidas de calor han construido muchos de sus edificios
públicos subterráneos: edificios administrativos, centros de salud y
hasta un polideportivo con capacidad para 8.000 espectadores. Tienen la
ventaja añadida de que podrían servir como refugio nuclear.
El invernadero es un adosado que consideramos bastante actual, sin
embargo ya existía en el Siglo XVlll. El famoso muro popularizado por
Trombe, tan empleado en climatización, fue construido por Morse en
1.881.
Cerca
de la ciudad italiana de Vicenza se encuentran las Villas Costozza que
fueron construidas hace siglos encima de cuevas naturales. Disfrutan de
un excelente sistema de refrigeración natural ya que introducen el aire
fresco de las cuevas a través de celosías de mármol situadas en el
suelo. El famoso arquitecto del siglo XVl, Palladio, se inspiró en este
sistema para refrescar la Villa Rotonda
que se ventila través del aire que circula por el sótano. El sistema lo
completan unas aberturas situadas en la cúpula que dejan escapar el
aire caliente que se acumula en ella.
La
arquitectura tradicional japonesa disponía en las ventanas dos tipos de
cerramiento. El exterior consistía en una gruesa plancha de madera
decorada que se cerraba durante la noche para mantener el calor del
interior. De día se abría hacia arriba quedando sujeta en la cornisa del
tejado. El cerramiento interior consistía en una persiana translúcida
de papel de arroz enmarcada en madera, que permitía el paso de luz y
protegía de las vistas. Si se deseaba abrir dicha persiana se abría
hacia el interior quedando sujeta de ganchos en el techo.
Otro
sistema empleado por la arquitectura tradicional japonesa consistía en
diseñar voladizos que bloqueaban la luz solar directa. Del borde de
ellos colgaban persianas translúcidas que dejaban pasar luz indirecta,
de modo que al interior de la vivienda llegaba solamente luz indirecta o
reflejada. Esto permitía abrir los muros exteriores corredizos
favoreciendo la ventilación.
Sabemos que la Tierra
orbita alrededor del Sol y es continuamente bañada por las ondas de
energía procedentes del Sol. Nuestros ojos pueden ver el 44% de esta
energía, pero la mayoría no podemos verla porque el 56 % de las ondas no
están en el espectro visible. De ellas el 53 % son infrarrojos,
longitudes de onda larga. La atmósfera nos protege de las radiaciones de
onda corta, las ultravioleta que son más peligrosas (el 3 %).
La
energía que llega a nuestra atmósfera procedente del Sol alcanza una
potencia de 0,14 W/cm2. A este valor se le conoce como constante solar.
El 32% es devuelto al espacio, el 15 % lo absorbe la atmósfera, el 6 %
se refleja en el suelo y el 47 % restante es absorbido por la tierra.
No
siempre se ha sabido de la existencia del horno solar generador de la
inmensa cantidad de energía que conocemos ahora. Hace poco más de dos
siglos en 1795, Sir William Herschel, prestigioso científico y
descubridor de Urano describía el Sol como un cuerpo sólido y oscuro. Su
brillo se debería a nubes luminosas que lo
rodeaban y tendría zonas frías habitadas por “seres adaptados a las
circunstancias peculiares de ese inmenso globo”.
Los
descubrimientos científicos a veces ocasionan malestar cuando chocan
con las ideas preconcebidas de la sociedad. Esto sucedió con el
descubrimiento de las manchas solares en el Sol, símbolo de perfección.
Uno de los descubridores de las manchas solares fue Christoph Scheiner,
jesuíta y matemático, alemán a quien sus superiores prohibieron publicar
el hallazgo con su nombre. Galileo, temeroso de la reacción de Iglesia,
aplazó el anuncio del descubrimiento, sin embargo estudio del
movimiento y evolución de dichas manchas le permitieron descubrir que
giraba sobre sí mismo.
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Sistemas activos. Calefacción
Introducción:
Se
llaman sistemas activos a los artefactos mecánicos que complementan la
construcción bioclimática y permiten captar las energías del entorno con
un mayor aprovechamiento y un mínimo consumo energético.
Los
sistemas activos son una mejora de los sistemas pasivos de
aprovechamiento de la radiación solar que se han venido utilizando desde
hace algunos siglos en invernaderos que facilitasen el crecimiento de
las plantas.
A
finales del siglo XVIII se descubrió en Inglaterra el modo de fabricar
vidrio moldeado, método más rápido que el soplado y que permitió la
fabricación industrial del mismo. En este tiempo mejoraron los sistemas
de transporte que hicieron accesibles los productos elaborados a un gran
número de personas. Ya se fabricaban perfiles de acero y surgió la
construcción de invernaderos para disponer de alimentos vegetales
frescos durante el invierno.
Los
jardineros y horticultores analizaron la eficacia de distintos diseños
de invernaderos para conseguir en su interior los mejores microclimas
que favoreciesen el desarrollo de las especies vegetales. Esto les llevó
a conocer el ángulo óptimo que debe adoptar el vidrio para aprovechar
al máximo la radiación solar minimizando el porcentaje de luz reflejada.
Tomas Wilkinson, en 1.817 llegó a la conclusión de que el vidrio debía
situarse perpendicularmente a la dirección de los rayos solares.
Los
primeros ensayos realizados sobre aprovechamiento de la radiación solar
en sistemas de calefacción los realizó el profesor F.W. Hutchinson en la Pardue University
de Lafayette (Indiana) a partir de 1.930. Sus estudios impulsaron a
otros investigadores a ensayar la utilización de la energía solar en
sistemas de calefacción y agua caliente.
La primera vivienda que se construyó empleando sistemas activos de calentamiento de agua fue la “Casa solar M.I.T. nº 1”,
construida en el Massachussetts Institute of Technology en el año
1.939. Disponía de colectores en el tejado y un acumulador de agua
caliente. Otras casas solares M.I.T., las nº 2, 3 y 4 se hicieron en
Lexington y Cambridge en 1.947, 1.949 y 1.958.
En
1.968 el profesor Félix Trombe y el arquitecto Jacques Michel
edificaron en Chauvency-le-Chateau (Lorena, Francia) un prototipo de
casa solar. Tenía una superficie habitable de 106 metros cuadrados y una superficie de captación solar de 45 metros cuadrados. En los dos años que duró el experimento se mantuvo una temperatura en el interior de la vivienda de 18 a 20º C., si bien en los días nublados se consumía energía auxiliar.
Se
dice que suelen transcurrir 30 años desde que una innovación técnica
recién descubierta queda establecida y probado su buen funcionamiento,
hasta que se logra una explotación eficaz de la misma. Esto ha sucedido
con el ferrocarril, el avión, el automóvil, los cohetes espaciales y
otros inventos.
La
eficacia de los sistemas activos de captación solar quedó demostrada en
1.939. Hubo que esperar hasta 1.977 para que se introdujesen en el
mercado sistemas de calefacción solar para viviendas, en concreto las
firmas alemanas Süddeutshe Metallwerke en Walldorf y la Messerschmitt-Bölkow-Blohm de Munich-Ottobrunn, pertenecientes ambas al consorcio BBC.
Los
sistemas de captación activa de la energía solar son tan eficaces que
se han construido casas solares incluso en países escandinavos. En 1.975
Carl Hugo Olsson, arquitecto de la Ciudad Universitaria de Lund proyectó una colonia de casas de 115 m2 de superficie cada una. Debido al rigor de los inviernos suecos se prestó especial atención al aislamiento, llegando a 120 cm.
de espesor en las paredes orientadas al norte. Toda la superficie de
los tejados son colectores solares y el aire entrante lo hace a través
de un invernadero. La sauna y lavandería son comunes e instaladas en un
edificio aparte.
Vistos ya los antecedentes históricos del tema, pasamos a exponerlo:
Contenido
En
la unidad didáctica 3 vimos cómo podía utilizarse la radiación solar
para el calentamiento del agua y del aire. También se explicaba el
efecto invernadero y cómo éste se utilizaba para captar el calor del
sol. El funcionamiento de la gran mayoría de colectores solares se basa
en el efecto invernadero.
De
una manera esquemática puede decirse que un colector solar es una caja
cerrada, tapada en su parte superior por un vidrio transparente,
atravesado por los rayos del sol que calientan un fluido que circula por
su interior.
Los
sistemas activos incorporan una bomba de circulación para impulsar el
movimiento del fluido y un intercambiador de calor para poder ceder la
energía captada a los locales o elementos que se desea caldear.
Como
el sol no brilla siempre, se hace necesario incorporar sistemas de
almacenar el calor solar, como son materiales de gran masa térmica o
depósitos que contengan agua o disoluciones de sales eutécticas. De este
modo puede disponerse del calor absorbido por el día para utilizarlo
por la noche o en días que no luzca el sol.
Comenzaremos
la exposición de los contenidos de este tema elaborando un esquema de
los sistemas de captación solar por medio de colectores. Así podemos
enlazar la captación solar pasiva que vimos en la unidad didáctica 3 con
los sistemas activos en los que nos detendremos con más detalle.
Haremos
hincapié en los sistemas para obtención de agua caliente sanitaria y
calefacción, tanto en instalaciones que emplean aire como agua y
completando con los apoyos de otros sistemas de calefacción que pueden
incorporarse para complementar la falta de captación solar en los días
nublados y muy fríos. Por último haremos mención de otros sistemas de
captación de la energía del entorno: energía eólica, solar fotovoltaica y
el complemento de ambas con energía hidráulica.
Captación solar por medio de colectores solares:
Los
sistemas de captación solar por medio de colectores se pueden utilizar
para abastecer la vivienda de agua caliente sanitaria, dotarla de
calefacción y también de refrigeración.
En
la unidad didáctica 3 vimos un sistema de captación solar pasiva muy
sencillo, y por lo tanto con muy escaso riesgo de averías, que funciona
por termosifón. Este sistema consiste en poner colectores solares a un
nivel más bajo que la vivienda. El fluido, aire o agua, al calentarse en
el captador solar o en un colector baja su densidad y asciende por los
conductos hasta el edificio. Allí cede su calor, se enfría y regresa por
la tubería de retorno al colector. Es pues un sistema de circulación
por gravedad. Los sistemas de aire son más simples y precisan menos
mantenimiento. Los sistemas de agua deben llevar anticongelante,
necesitan un mantenimiento y emplear tuberías gruesas para favorecer la
circulación por gravedad.
Colocando
los captadores a un nivel más bajo que la vivienda se puede disponer de
aire o agua caliente que ascenderá hasta los puntos de consumo sin
necesidad de ayuda externa.
Los
sistemas activos de captación solar añaden a esta instalación algunos
elementos para poder colocar los colectores en el tejado en vez de a ras
de suelo, para instalar refrigeración y para mejorar su rendimiento.
Un
sistema pasivo de captación solar consta de muy pocos elementos que
vamos a resumir a continuación. A este tipo de instalación se le
denomina de tres maneras: sistema de captación solar pasivo, sistema
natural directo o sistema termosifónico. Utilizaremos este último:
Elementos de un sistema termosifónico de captación solar:
- Colector (o colectores)
- Fluido que conduce el calor desde los colectores al acumulador de calor o a los puntos de consumo
- Tuberías que transportan el fluido
- Almacén o acumulador de calor en caso de que lo hubiere
Estos
sistemas pasivos de captación pueden llevar incorporado algún elemento
simple de bajo consumo, por ejemplo un pequeño ventilador que impulse el
aire. Los sistemas activos constan de más elementos para mejorar su
rendimiento. Lo veremos a continuación.
Elementos de que puede constar un sistema activo de captación solar:
- Colectores
- Un fluido que transmita el calor desde el colector al acumulador
- Tuberías por las que circula este fluido
- Una bomba que haga circular el fluido
- Un acumulador que almacena el calor
- Un intercambiador de calor que suele alojarse en el acumulador
- Otro fluido que transmita el calor del acumulador al punto de uso
- Tuberías por las que circule este fluido
- Otra bomba que hagan circular el fluido
- Una bomba de calor (en instalaciones de refrigeración)
A la parte de la instalación por la que circula el primer fluido se le denomina circuito primario.
Al conjunto de elementos que abarcan la circulación del segundo fluido se le denomina circuito secundario.
En las instalaciones de agua caliente sanitaria el segundo fluido mencionado es el agua que se va a utilizar.
En
las instalaciones de calefacción habrá que distinguir entre
instalaciones que utilicen aire caliente, en cuyo caso este segundo
fluido será aire que se impulsará dentro de las habitaciones a caldear o
sistemas de calefacción por agua, en cuyo caso el agua funciona en
circuito cerrado y cede el calor a las habitaciones a través de paneles
radiantes. Este es un caso bastante habitual.
Los sistemas que llevan una bomba de circulación para impulsar el movimiento del fluido también se llaman sistemas forzados.
En
la unidad didáctica nº 5, al hablar de ventilación veremos como se
puede emplear un sistema pasivo de captación solar para generar
ventilación en la vivienda, pero si se quiere un sistema de
refrigeración más eficaz hay que recurrir a los sistemas activos y habrá
que instalar una bomba de calor también llamada bomba térmica, que
funciona de un modo similar a un frigorífico ya que ambos se basan en el
mismo principio.
Los
sistemas activos de captación solar son más complejos y tienen más
posibilidades de padecer averías. A los elementos citados hay que añadir
el vaso de expansión, termostatos, válvulas de retención, purgadores,
etc.
A
continuación vamos a explicar uno a uno los elementos fundamentales de
estas instalaciones: el colector, intercambiador de calor, depósito
acumulador y bomba de calor.
Después veremos instalaciones de agua caliente sanitaria y sistemas de calefacción.
Finalizaremos
los contenidos de esta unidad didáctica con otros elementos de
captación de la energía del entorno: captación solar fotovoltaica,
máquinas eólicas y sistemas híbridos.
Colector solar
Funciona por efecto invernadero. (Ver lámina)
El
colector solar plano consiste en una caja cerrada por su parte superior
con un vidrio para producir el efecto invernadero. Se trata de un
vidrio solar de seguridad resistente al granizo y muy bajo grado de
reflexión para evitar que los rayos del sol se reflejen en él. Este
vidrio asegura la entrada dentro del colector del máximo de rayos
solares. También se han obtenido muy buenos resultados con cierres
superiores de láminas de teflón, material muy resistente a la rotura y a
la intemperie.
En
el fondo del colector hay un absorbedor de calor, generalmente una
lámina de cobre o aluminio con un recubrimiento selectivo que facilita
la absorción de las ondas cortas y evita la emisión de ondas largas. Así
se consigue un máximo aprovechamiento de la radiación solar. El
absorbedor cede su calor a un fluido, aire, agua que o a una mezcla de
agua y anticongelante si existe riesgo de heladas. El fluido puede
circular por tuberías o sobre el absorbedor. Las paredes y el fondo del
colector plano llevan un revestimiento aislante para evitar pérdidas de
calor.
Algunos
fabricantes succionan el aire del interior del colector para reducir la
irradiación térmica y evitar corrientes de convección. Estos colectores
llevan un indicador para comprobar el vacío interior y en caso
necesario poder restaurarlo con una bomba de vacío.
Existe otro tipo de colectores de vacío formados por tubos de cristal con vacío en su interior y que contienen un absorbedor.
Otra
modalidad son los colectores de depósito. Como su nombre indica son a
un tiempo colectores y depósito de acumulación ya que el absorbedor
forma las paredes del depósito. En el interior del colector hay un
elemento reflector que dirige los rayos del sol a las paredes del
depósito-absorbedor. Como en los colectores planos lleva una cubierta de
vidrio solar.
Intercambiador de calor
En
los colectores se capta la radiación solar para calentar un fluido.
Este fluido se transporta a través de conductos, pero en algún punto de
su recorrido debe ceder este calor. Esta cesión se realiza en los
sistemas activos por medio de un intercambiador.
Un
intercambiador de calor es un aparato en el que circulan dos fluidos
que no entran en contacto físico, pero que permite la transmisión de
calor de un fluido al otro a través de las paredes de los conductos por
los que circulan.
El
fundamento de un intercambiador de calor es la barrera de separación
entre los dos fluidos que debe estar constituida por un material muy
buen conductor de calor.
Un
tipo de intercambiador sencillo consiste en un espacio ocupado por uno
de los fluidos en cuyo interior se disponen haces tubulares o un
serpentín por el que circula el otro fluido. Los tubos pueden llevar
aletas para aumentar la superficie de contacto.
Otro
tipo de intercambiador aún más sencillo y de menor eficiencia consiste
en un aparato que separa ambos fluidos por una pared metálica.
En
los sistemas de captación solar activa es frecuente que los
intercambiadores de calor estén incorporados en el depósito acumulador.
Si el depósito acumulador tiene gran capacidad es conveniente colocar el
intercambiador de calor independiente del mismo y se sitúa entre los
colectores y el depósito.
Para
compensar la dilatación de los fluidos que circulen en circuito
cerrado, como suele suceder en los circuitos primarios es necesario
colocar un vaso de expansión.
En la lámina 2 de este tema se representan esquemáticamente algunos intercambiadores.
Depósito acumulador
En
el colector se capta la radiación solar y por medio de un fluido se
lleva a un depósito para acumular el calor absorbido. Esto es necesario
para poder disponer de agua caliente o calefacción cuando el sol ya no
brilla por la noche y si el depósito acumulador es suficientemente
grande, incluso en días nublados. Es fundamental que esté muy bien
aislado para no perder calor.
Normalmente
se le da al depósito la capacidad suficiente para abastecer las
necesidades caloríficas de la vivienda a lo largo de un día entero y en
la época más fría del año.
Dentro
del depósito se dispone un intercambiador de calor para posibilitar la
transmisión de calor del fluido del circuito primario al fluido del
circuito secundario. (Ver lámina)
Existen depósitos con y sin presión.
Los
depósitos sin presión suelen ser de plástico y son usuales en las
instalaciones de captación solar pasiva que funcionan por termosifón.
También en instalaciones mixtas que combinan captación solar con otros
aportes energéticos en los días más fríos, como por ejemplo calderas de
gas.
Los
depósitos a presión suelen ser de acero inoxidable. En este tipo de
depósitos el agua fría entra en el depósito, capta calor del
intercambiador y sale una vez caliente por la parte superior del
depósito para ser utilizada. A la vez, entra por la parte inferior la
misma cantidad de agua fría para ser calentada. En estos depósitos el
agua más fría está en la parte inferior y la más caliente en la parte
superior.
En
sistemas de calefacción por aire se usan con frecuencia depósitos de
piedra o ladrillos para almacenar calor. Durante el día, el aire que
llega del colector cede su calor a un material de gran masa térmica que
se va calentando. Por la noche se tapona el circuito del colector y se
hace circular a través del depósito el aire del interior de la vivienda
para calentarla.
Bomba de calor o termobomba
La
bomba de calor es un mecanismo que extrae calor de un cuerpo y se lo
cede a otro. Si se extrae calor del ambiente que la rodea, una gran masa
de aire, agua o tierra, la variación de temperatura de este ambiente va
a ser muy pequeña, menos de un grado, porque se trata de toneladas de
masa. Sin embargo, si ese calor extraído se transfiere a una masa
pequeña, por ejemplo, el agua que vamos a usar en la calefacción de una
casa, esta pequeña masa de agua va a experimentar una subida de
temperatura apreciable.
La
gran masa de tierra, aire o agua ambiente de la que hemos captado el
calor recupera su temperatura rápidamente porque el sol va a seguir
calentándola.
Las
bombas de calor también pueden funcionar a la inversa, es decir, se
puede captar calorías de una pequeña masa, por ejemplo, el aire del
interior de una vivienda y cederlas a la gran masa ambiente, por ejemplo
al aire exterior, con lo que refrigeraremos la casa. De hecho todos
tenemos en nuestras casas al menos una bomba de calor: la del
frigorífico, que extrae calor de su interior y lo cede al ambiente. Así
se refrigeran los alimentos, extrayéndoles su calor.
¿Cómo
se hacen estas transferencias de calor? Se hacen introduciendo trabajo
en el sistema: trabajo, calor y temperatura están relacionados. Las tres
leyes de la termodinámica establecen los principios de esta relación.
Es
fácil producir calor frotando dos varillas. Al frotarlas ente sí se
calientan. Añadiendo trabajo a una masa que está a baja temperatura se
puede producir calor y subir su temperatura.
Un
modo de introducir trabajo en un sistema es comprimir un fluido. Las
bombas de calor que funcionan mediante compresión comprimen un gas con
lo que disminuye su volumen y su temperatura aumenta sin que cambie su
contenido calórico. Si se desea calentar puede aprovecharse este aumento
de temperatura para calentar el agua de los paneles o radiadores de
calefacción.
Si
se desea refrigerar pueden disiparse calorías en el ambiente. Resultará
sencillo ya que al comprimir el gas hemos elevado su temperatura por
encima de la temperatura ambiente. Así es como funcionan los
frigoríficos. Poseen un compresor que comprime un gas y eleva su
temperatura. A través de la rejilla que tiene por detrás el aparato se
ceden calorías al aire de la habitación. Un descompresor completa el
ciclo. (Ver lámina)
Una
bomba térmica puede emplearse en arquitectura tanto para refrigerar en
verano como para caldear en invierno. Las masas de acumulación empleadas
para los intercambios de calor pueden ser el aire ambiente que rodea la
casa, el propio terreno o las masas de agua, por ejemplo, aguas
subterráneas.
No
siempre está permitida la utilización de las aguas subterráneas para
estos fines. Una excelente solución es el empleo de los colectores
solares en combinación con la bomba térmica. La bomba térmica aumenta la
eficacia del colector en invierno, cuando las temperaturas son más
bajas y el sol luce menos.
También
puede emplearse el subsuelo para almacenar en él los excesos de
producción de calor de los colectores y ser empleado dicho calor para el
funcionamiento de la bomba térmica. Otro procedimiento sería la
instalación de un gran depósito-almacén de agua de unos 10 metros cúbicos
o más de capacidad colocado en posición vertical. Dicho depósito está
separado en dos compartimentos: el de la parte superior contiene agua
caliente y en la parte inferior agua más fría. Convenientemente aislado y
enterrado permitiría aprovechar el calor acumulado durante el verano
para el funcionamiento de la bomba térmica en otoño y hasta bien entrado
el invierno.
En
invierno el calor captado por los colectores calienta la parte baja del
depósito. La bomba de calor transfiere las calorías de la parte baja a
la de arriba de donde sale el circuito para la calefacción. En verano la
bomba conduce las calorías de la casa a la parte superior del depósito
que es enfriada durante la noche por los colectores.
Instalaciones de agua caliente:
Las
instalaciones de agua caliente realizadas con colectores solares deben
contar con un sistema que garantice el caldeo del agua en los días sin
sol. Pueden ser de captación pasiva y pueden construirse con sistemas
activos que mejoren su rendimiento.
Instalación de agua caliente de captación pasiva o por termosifón:
También se llaman de gravedad. Las instalaciones de este tipo pueden llegar a ser de una gran simplicidad. Constan de:
- Colector o colectores
- Depósito acumulador
- Intercambiador de calor que suele ir dentro del depósito
El
colector se sitúa a un nivel más bajo que el depósito acumulador del
agua caliente. Al calentarse el fluido en el colector, baja su densidad y
se eleva, llegando al intercambiador de calor del depósito. Ahí
transfiere su calor al agua del depósito y una vez enfriado vuelve a
bajar por gravedad al colector.
Estos sistemas pasivos tienen la ventaja de padecer menos averías, pero hacen necesario observar algunas precauciones:
Los
conductos deben ser de mayor diámetro para favorecer la circulación del
fluido y siempre deben tener cierta inclinación. No puede haber tramos
horizontales, estrechamientos ni sifones.
El
fluido que sale caliente del colector debe tener una pendiente
ascendente hacia el intercambiador. El intercambiador se sitúa en la
parte baja del depósito. Una vez enfriado el fluido debe llevar una
pendiente descendente de vuelta al colector.
Las distancias a recorrer por el fluido deben ser las mínimas posible, en especial si las pendientes son pequeñas.
El
riesgo de heladas puede hacer conveniente colocar los colectores a
resguardo tras un cristal o utilizar como fluido preparados comerciales
con anticongelante.
Conviene
tener previsto un sistema de caldeo del agua alternativo para días
nublados. Algunas marcas comerciales incluyen un termostato y una
resistencia eléctrica que calienta el agua si baja de determinada temperatura.
También
pueden disponerse otros sistemas de caldeo, como chimeneas, estufas o
calderas que proporcionan agua caliente en días nublados.
Un
inconveniente de estos sistemas es que proporcionan agua caliente a
partir del mediodía, cuando el sol ha calentado el fluido del colector.
Para subsanar este problema conviene tener el depósito acumulador muy
bien aislado y protegido bajo cubierta para evitar pérdidas de calor.
Además de este modo se protege de las heladas.
Hemos
estado mencionando todo el tiempo los sistemas de calentamiento de agua
a través de un intercambiador de calor, denominados sistemas de caldeo
indirecto, puesto que en el colector se calienta un fluido y no el agua
que se va a utilizar.
Se
pueden instalar también sistemas de caldeo directo que calientan
directamente en el colector solar el agua que se va a utilizar. Este
sistema ahorra el intercambiador. El agua que viene de la red general
entra directamente en el colector.
Los
sistemas de caldeo directo pueden construirse de forma artesanal y
funcionan bien por ser de una gran simplicidad. Presentan algunos
inconvenientes serios, por lo que no son muy utilizados. Al no usar
anticongelante puede helarse el agua en las noches frías de invierno y
destrozar el colector. Otro problema es el de la corrosión. El agua
fresca que entra continuamente en el colector trae aire disuelto y
favorece la corrosión de los colectores, el depósito y las tuberías que
no sean de materiales plásticos, incluso los de cobre.
Instalación de agua caliente, sistemas activos
Los
sistemas activos disponen de una bomba de circulación que impulsa el
fluido que se calienta en el colector. Esto permite situar el colector
por encima del depósito ya que el fluido no circula por gravedad. La
potencia de bombeo puede ser muy reducida,
solamente la suficiente para vencer la resistencia por fricción. La
bomba puede accionarse por medio de un termostato diferencial que la
pone en circulación cuando la temperatura en el colector está unos 6º C.
por encima que el agua de la parte inferior del depósito.
Como
en los sistemas pasivos, la energía solar captada se transmite al agua
caliente de consumo por medio de un intercambiador de calor.
Si
se quieren mejorar los rendimientos y/o poder utilizar los colectores
para refrigerar la vivienda en verano se puede instalar una bomba de
calor y poder aumentar el calor disponible. En este caso la potencia del
compresor deberá ser superior a la de la bomba de circulación para
conseguir un mejor rendimiento.
Las
primeras bombas de calor que se comercializaron para sistemas de agua
caliente datan de aproximadamente 1.953. Se instalaban en la despensa de
la casa de donde extraían el calor para calentar el agua. De este modo
se obtenía a un tiempo agua caliente sanitaria y se mantenían frescos
los alimentos contenidos en la despensa. Uno de los modelos
comercializados podía proporcionar 546 litros de agua a 60º C. por día.
La
ventaja del empleo de bombas de calor estriba en que los colectores
solares pueden funcionar a baja temperatura. Como inconveniente puede
señalarse que el compresor de la bomba necesita para su funcionamiento
un suministro de energía eléctrica. No obstante el empleo de bombas de
calor resulta rentable ya que con el gasto de 1 Kwh. de electricidad
empleado en hacer funcionar la bomba pueden obtenerse 3 Kwh de calor.
Sistemas de calefacción solar por agua
Existen sistemas solares de calefacción por agua y por aire.
Todo
lo expuesto anteriormente en las instalaciones de agua caliente se
puede aplicar a los sistemas de calefacción por agua y en muchos casos
una misma instalación de colectores calienta el agua caliente sanitaria y
la del circuito de calefacción. Un ejemplo que veremos aquí es de este
tipo.
Una
instalación de calefacción por agua necesita una mayor superficie de
captación solar y va a ser casi siempre un sistema activo. Llevará al
menos dos bombas de circulación, una en el circuito primario y otra en
el secundario para asegurar el buen reparto de calorías a todos los
paneles o radiadores de la casa.
Un
sistema de este tipo necesitará en la mayoría de los casos una caldera
auxiliar, por ejemplo de gas o leña, para caldear la vivienda los días
fríos y nublados. La conexión de ambos sistemas puede hacerse de varias
maneras. Veremos una de ellas que produce agua caliente y precalienta el
agua de calefacción y cuyo esquema se representa en la lámina de este
tema.
Este
sistema tiene un depósito combinado, separado en dos compartimentos.
Uno de ellos aloja el agua caliente sanitaria, ocupa la zona central del
depósito y está rodeado por el agua del sistema de calefacción.
El
compartimento del agua sanitaria se estrecha en su parte inferior para
caldear mejor el agua fría que entra en él. El intercambiador de calor
rodea este estrechamiento para poder caldear a un tiempo el agua de
calefacción y el agua sanitaria.
En los días nublados la caldera puede calentar a la vez los dos circuitos de calefacción y agua caliente.
En la lámina 7 también se representa un sencillo sistema de calefacción por agua que incorpora una bomba de calor.
Sistemas de calefacción solar por aire
Los
sistemas de calefacción solar por aire utilizan éste fluido como
vehículo para transmitir el calor captado en los colectores.
Existen
sistemas pasivos de calefacción por aire que funcionan por termosifón.
También hay sistemas activos que impulsan el aire mecánicamente. Ambos
se representan en la lámina.
Las ventajas de los sistemas de calefacción por aire son los siguientes:
No tienen riesgo de congelación, no necesitan anticongelantes
No
precisan intercambiadores de calor, el mismo aire que se calienta en el
colector, puede emplearse para calentar la vivienda directamente.
No necesitan válvulas de drenaje ni automatismos causa de averías.
En el caso de producirse alguna fuga, el único problema será que baja el rendimiento del sistema.
El
sistema de almacenamiento de calor en un sistema por aire puede ser muy
diverso: en depósitos de piedras, ladrillos o cualquier material de
elevada masa térmica, incluidos bidones o columnas de agua. Los sistemas
por agua emplean solamente depósitos de agua.
Los inconvenientes de los sistemas de calefacción por aire son:
Necesitan depósitos de almacenamiento de calor de mayor volumen
La
potencia del ventilador que mantiene la circulación del aire será mayor
que la de la bomba de circulación equivalente en un sistema de
calefacción por agua.
Los conductos por los que circula el aire son de mayor sección que los de agua y por lo tanto más caros y laboriosos de aislar.
Paneles solares fotovoltaicos
Se
basan en el efecto fotovoltaico, un fenómeno que se produce cuando dos
materiales semiconductores distintos, prensados para conseguir un máximo
contacto, se exponen a la radiación de ciertos tipos de luz. En esta
situación los materiales se comportan como una célula eléctrica,
liberando electrones.
El
material semiconductor que suele emplearse con más frecuencia es el
silicio porque es muy barato y fácil de conseguir. Se adultera con
determinadas sustancias que implantan iones positivos en un lado de la
célula (por ejemplo boro) y negativos en la otra (por ejemplo fósforo),
para favorecer la aparición del efecto fotovoltaico.
Las
células de silicio se fabrican con dos capas de silicio, una sobre
otra. La parte superior constituye el contacto negativo y la inferior el
positivo. Cuando la luz solar incide sobre la célula de silicio le
transfiere la energía suficiente para liberar algunos electrones que
atraviesan la separación entre los dos cristales. También existen
células solares de arseniuro de galio que pueden funcionar a
temperaturas superiores a 100º C.
Entre
los contactos positivo y negativo de la célula fotovoltaica se forma un
circuito hecho con cables para poder conducir la electricidad que se
seguirá produciendo mientras la luz incida en la célula solar.
Las
células individuales generan una cantidad de energía eléctrica muy
pequeña. Para producir electricidad en cantidades aprovechables las
células se agrupan en paneles. Los paneles solares fotovoltaicos están
constituidos por un conjunto de células fotovoltaicas conectadas unas a
otras de manera que generan un determinado voltaje. La instalación se
complementa con una batería y un regulador de carga. (Ver lámina).
La
gran ventaja de la utilización de paneles fotovoltaicos es que no
precisan ningún mantenimiento una vez montado el sistema, por ello se
emplean siempre en los ingenios espaciales, ya que siguen funcionando
durante muchos años por sí solos.
Actualmente
existe en nuestro país una normativa que permite la conexión de los
generadores domésticos de electricidad, fotovoltaicos o eólicos a la red
eléctrica general. Esto permite vender a la compañía eléctrica el
excedente de electricidad producida en los días soleados y comprarla por
las noches o en días nublados.
Es
un modo de aprovechar toda la energía producida sin necesidad de
instalar baterías de acumulación de electricidad. También se tiene
asegurado el suministro aunque se presenten varios días seguidos con
nubes.
La
instalación de paneles fotovoltaicos debería ser habitual en nuestras
latitudes. No se comprende que países con mucho menos sol que el nuestro
tengan políticas de fomento de instalación de casas solares mucho
mejores que nosotros, por ejemplo Holanda o Austria.
Alemania
lanzó en 1.999 un programa al que denominó: “Cien mil tejados solares”
con el fin de instalar una potencia de 300 Mw. de energía solar
fotovoltaica. Ha sido tal el éxito que se consiguió mucho antes del
plazo previsto. Alemania no solo fomenta el aprovechamiento de la e.
solar, también produce el 38% de la energía eólica mundial y aspiran a que cubra un 25% del sector energético del país.
Hoy
en día existe una gran variedad de paneles fotovoltaicos, incluso
enrollables. Hay paneles que pueden emplearse como revestimiento de
fachadas o en sustitución de las tejas. La variedad de modelos
existentes en el mercado permiten satisfacer cualquier demanda y
permiten dar soluciones perfectamente integradas en el diseño
arquitectónico.
Por
último se debe recordar la condición imprescindible que tiene toda
instalación de captación de la energía solar es que nada obstaculice la
incidencia de la radiación solar en los paneles, como árboles,
edificaciones cercanas o cualquier otro objeto que proyecte sombra.
Máquinas eólicas de producción de electricidad
Son
artefactos que aprovechan la energía del viento para transformarla en
electricidad. Nacen al incorporar un generador eléctrico a un molino de
viento. La tecnología de los molinos de viento se ha ido desarrollando
durante siglos porque la humanidad los ha empleado durante milenios. Se
conocían en la civilización persa en el siglo XVIII a. de C. y hay
constancia de su amplia utilización en la Grecia
clásica y todo el imperio romano. Además de producir electricidad las
máquinas eólicas pueden emplearse para otros fines, como bombear agua o
moler.
Una máquina eólica para generar electricidad consta de estos elementos:
- El molino o rotor que es movido por el viento
- El eje que transmite el movimiento del rotor al generador
- El generador que transforma el movimiento del rotor en electricidad
- La torre que soporta el rotor
- Baterías y elementos de regulación, orientación y frenado
Existen
varias modalidades de máquinas eólicas que se representan en la lámina
nº 10 de esta U.D. Las hay de eje vertical que son:
- Rotor Savonius
- Panémona
- Rotor Darrieus: es el de mayor rendimiento de eje vertical
Y la mayoría de las máquinas eólicas que se comercializan son de eje horizontal:
- Molinos multipala
- Molino cretense
- Eólicas rápidas, también llamadas aerogeneradores.
Sistemas híbridos:
La
captación de la energía del entorno plantea siempre el problema de la
impermanencia de la fuente energética. El sol no brilla por la noche,
hay días nublados y días de calma en los que no sopla el viento lo
suficiente como para poder obtener de él suficiente electricidad.
Por ello, cada vez cobran más fuerza los llamados sistemas híbridos. Los más adecuados en la actualidad son los siguientes:
Sistemas eólico-solares:
Generalmente
cuando hay nubes no brilla el sol y hace viento. Puede decirse que son
dos energías que se complementan mutuamente. Con las modernas
microturbinas incluso con viento débil puede obtenerse una cantidad de
electricidad significativa que incremente la cantidad de energía total
disponible.
Sistemas eólico-hidráulicos:
En
la actualidad muchas centrales hidroeléctricas aprovechan los momentos
de baja demanda de electricidad, como son las noches, para emplear el
excedente de energía eléctrica en bombear agua de nuevo a la presa, así
al día siguiente se dispondrá de nuevo caudal de agua del que obtener
electricidad. Este sistema puede aplicarse a las instalaciones eólicas.
La
energía eólica presenta el gran inconveniente de su impredecibilidad.
Una parte de la energía eléctrica obtenida puede guardarse en baterías,
pero ¿qué hacer tras varios días de calma? Una posibilidad sería poder
disponer de dos pequeños embalses de agua.
En
los días de viento, el excedente de energía eléctrica se puede utilizar
para bombear agua del embalse inferior al superior. Cuando el viento
está en calma, el aporte energético lo proporcionará una pequeña central
hidráulica colocada al pié del embalse superior.
Aplicación a la construcción bioclimática en Galicia
El
empleo de colectores solares para calentamiento de agua y calefacción
en Galicia se encuentra con la dificultad de que durante la época más
fría del año el cielo está nublado con frecuencia. Incluso hay muchos
días en los que luce el sol, pero el cielo es atravesado de manera
aleatoria por nubes. El colector que se estaba calentando con el sol, al
pasar una nube vuelve a enfriarse, con lo que el rendimiento es menor.
La
utilización de paneles solares fotovoltaicos también se encuentra con
el problema de la falta de sol. En muchas zonas de Galicia no es extraño
que los cielos se presenten nubosos durante semanas o incluso meses.
El
empleo de aerogeneradores está dando buenos resultados. En invierno son
frecuentes los vientos y de hecho se instalan cada vez más parques
eólicos.
Los
aerogeneradores tienen dos inconvenientes que deben tenerse en cuenta.
Uno de ellos es el ruido, son muchas las personas que no lo soportan. En
este caso será necesario tener la posibilidad de instalarlo
suficientemente lejos de la vivienda o decidirse por otro sistema.
Otro
inconveniente es que pueden dañar a las aves que no vean las aspas. En
este caso se puede optar por molinos de movimiento lento como los
cretenses que las aves puedan ver. No obstante si existen en los
alrededores especies protegidas de aves se debe optar por otro sistema
de obtención de energía eléctrica.
En
Galicia también existen muchos cursos de agua superficial, pequeños
ríos y manantiales susceptibles de ser aprovechados para la instalación
de una minicentral hidroeléctrica.
Si
se quiere disponer de una vivienda autónoma que se autoabastezca de
electricidad, será bueno disponer de un buen aerogenerador o de una
minicentral hidroeléctrica que asegure el abastecimiento en invierno.
Si
se desea aprovechar al máximo las posibilidades de obtención de energía
del entorno para la climatización y abastecimiento de energía eléctrica
de la vivienda bioclimática en Galicia puede elegirse entre estas
opciones:
-
Instalación de colectores solares para agua caliente y calefacción
auxiliados por una caldera convencional que asegure el suministro en
días que no luzca el sol. El ahorro energético que proporcionarán los
colectores hará la instalación muy rentable al cabo de pocos años.
-
Instalación de colectores solares y un gran depósito acumulador
enterrado y bien aislado que permita almacenar calor suficiente para al
menos el consumo de dos meses de agua caliente y calefacción durante la
época más fría del año en previsión de los días que no luzca el sol en
invierno. De este modo el almacén irá supliendo las necesidades
caloríficas de los días nublados ya que los días con sol el almacén
podrá cargar algo de energía sobrante.
- Instalación de paneles solares fotovoltaicos para obtención de energía eléctrica auxiliado por un aerogenerador.
-
Instalación de un sistema híbrido eólico-solar. El aerogenerador debe
tener potencia suficiente para suministrar suficiente energía eléctrica
para calentar agua caliente y calefacción en días nublados.
-
Instalación de un sistema híbrido eólico-hidráulico que garantice el
suministro de la energía eléctrica suficiente para consumo doméstico
incluido calefacción y agua caliente.
Datos, curiosidades y anécdotas
Los
mini colectores-acumuladores tipo almohada son muy populares en Japón.
Cada colector es una bolsa de plástico parecida a una almohada, con una
capacidad de 200 litros. Mide 1 x 2 m.
Se colocan sobre el tejado y se llenan de agua por la mañana. Por la
noche hay suficiente agua caliente para bañarse toda la familia. Suelen
durar unos dos años.
Un
solo metro cuadrado de la superficie solar emite la misma cantidad de
luz que 600.000 bombillas de 100 w. El diámetro del sol es de 1.392.000 km. Esto nos puede dar una idea de la magnitud de la cantidad de energía que emite nuestro Sol.
Arabia
Saudita recibe en un día la energía solar equivalente a una producción
de petróleo de tres años. Fue el primer país que abasteció algunas
poblaciones exclusivamente con energía solar. En la actualidad incluso
en España hay pequeños pueblos solares.
El
efecto fotovoltaico depende exclusivamente de la luz, no del calor. Es
más, las bajas temperaturas aumentan el rendimiento de las células
solares. Por ello se ha comprobado que los paneles solares instalados en
las bases científicas del polo sur producen más energía que sus
equivalentes instaladas en climas templados o cálidos.
Una
buena parte de la radiación solar que alcanza la atmósfera terrestre no
llega hasta el suelo dependiendo de la latitud, la altitud sobre el
nivel del mar y la capa de nubes. Se ha calculado el promedio que llega a
la superficie y cuánta energía nos correspondería a cada ser humano
según la población actual y es de unos 40.000 KW.
Los
primeros datos que tenemos del aprovechamiento de la radiación solar
datan de hace unos 2.700 años. Plutarco escribió que en tiempos de Numa
Pompilio las vestales encendían el fuego sagrado con copas metálicas
orientadas al sol.
Arquímedes,
en el siglo III a. de C. incendió las naves enemigas durante el asedio
de Siracusa con un espejo ustorio. Los incas también utilizaban un
reflector para preparar la comida sagrada. Los italianos Targioni y
Averani en 1.694 ensayaron con espejos ustorios el modo de volatilizar
diamantes.
En el siglo XVIII, Lavoisier construyo, con la ayuda de la fábrica de vidrio St. Gobain, una lente cóncava llena de alcohol de 1,3 metros de diámetro. Le incorporó delante otra lente de 15 cm.
para reducir el foco. Expuesto el conjunto a la luz del sol consiguió
fundir platino, a 1.773º C. Gran defensor de la energía solar por
considerarla la más limpia y no contaminante, la revolución francesa lo
guillotinó alegando que: “la república no necesita científicos”
En
la actualidad es muy frecuente la utilización de paneles solares
fotovoltaicos para el funcionamiento de faros ubicados en lugares de
difícil acceso o deshabitados. Uno de los primeros faros solares se
instaló en una isla deshabitada en el Mar de China en Japón. Lo instaló
la firma japonesa Hayakawa y la superficie de paneles es de diez metros
cuadrados. En el caso de que las nubes no dejen brillar el sol, las
baterías con que cuenta aseguran el funcionamiento del faro durante todo
un mes.
El
clima terrestre está muy relacionado con la actividad solar. Desde
tiempos de Galileo los astrónomos han observado la evolución de las
manchas solares. Entre 1.645 y 1.715 casi desaparecieron de la
superficie del sol y las temperaturas bajaron 1 º C en relación a las de
épocas anteriores y posteriores.
Las
primeras bombas de calor que se comercializaron a mediados del siglo XX
fueron un auténtico fracaso de ventas. Eran equipos con 70 litros
de capacidad que podían ser utilizados como nevera a la par que
funcionar como bombas de calor. Casi podrían compararse a uno de
nuestros frigoríficos en los que el calor producido por la rejilla
posterior se utilizaba para calentar el agua sanitaria. El calor lo
extraían del interior del frigorífico y del aire de la habitación en la
que se encontraba la bomba. La razón del fracaso comercial se debió a
que fueron consideradas como neveras desde el punto de vista legal y
gravadas con impuestos que las hicieron no competitivas.
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Ventilación natural. Enfriamiento en verano
Introducción:
La
necesidad de ventilar los espacios habitables es casi tan antigua como
la vida misma. Desde hace millones de años las termitas construyen
sistemas de purificación del aire de sus termiteros valiéndose de las
corrientes térmicas que elevan el aire caliente y hacen descender al
aire que se refresca al ceder calor al exterior. (Ver lámina 1 de esta
unidad didáctica).
Las
casas tradicionales de los climas cálidos y húmedos se construyen
elevadas sobre el suelo para facilitar la captación de brisas. Las
paredes, cuando existen, están constituidas por enrejados de bambú o
juncos separados para dejar circular el aire libremente.
La
casa tradicional japonesa posee paredes corredizas, incluso las que
separan del exterior, con lo que la ventilación está asegurada. Además
disponen de persianas de bambú que protegen la intimidad y dejan
circular el aire. Este excelente sistema de ventilación se complementa
con rejillas decoradas situadas encima de las paredes corredizas y que
pueden ser abiertas o cerradas a voluntad.
En
los climas cálidos y secos se utiliza con frecuencia la ventilación a
través de conductos subterráneos para refrescar el aire. Este sistema
era empleado en las Kivas rituales de Mesa Verde (Colorado), algunas
datan del siglo XIII. (Ver lámina)
En
Oriente Medio se aprovecha la tendencia a ascender del aire caliente
para succionar aire a través de conductos subterráneos y de este modo
refrescar las casas. Para evitar el calentamiento por soleamiento, las
ventanas y algunas paredes exteriores están hechas con celosías de
madera o piedra tallada para permitir la ventilación e impedir el paso
de la radiación solar.
También
se aprovecha la captación de brisas frescas a través de chimeneas
captadoras que dirigen el viento hacia el interior. Se han encontrado
chimeneas de ventilación en Perú que datan del siglo VII. En Afganistán y
Pakistán ya se empleaban en el siglo XVI.
En
Sudán occidental se construyen viviendas subterráneas que aprovechan la
masa térmica del terreno para disfrutar de una temperatura agradable y
se ventilan por convección natural.
En
los asentamientos trogloditas de Capadocia estaban talladas en la roca
chimeneas de ventilación que atravesaban varias plantas y ventilaban las
sucesivas estancias.
Hace
siglos, cerca de la ciudad italiana de Vizenza se construyeron
viviendas situadas sobre cuevas naturales. El aire fresco se enfría al
atravesar las cuevas y accede a las viviendas a través de unas celosías
de mármol situadas en el suelo. Este sistema inspiró a Palladio en 1.556
para diseñar la ventilación de la Villa Rotonda.
El aire se enfría en el sótano y accede a la vivienda a través de
celosías dispuestas en el centro del edificio. El aire caliente sube
hacia arriba y sale a través de unas aberturas de la cúpula.
Como
hemos comprobado, desde los albores de la civilización se han
construido viviendas con sistemas de ventilación muy elaborados. En la
arquitectura bioclimática actual el diseño de una buena ventilación es
un punto clave del mismo y hoy en día nadie discute la conveniencia de
construir edificios menos dependientes de la climatización artificial.
Arquitectos
como Norman Foster investigan el comportamiento del viento y la luz
para aprovechar al máximo la ventilación e iluminación naturales, como
ha llevado a la práctica en la nueva sede central del Commerzbank en
Frankfort. Pero quizás el sistema de ventilación tecnológicamente más
avanzado sea el empleado en la fachada climática de la RWE
en Essen diseñado por Ingenhoven, Overdiek y Partner, que posee un
sofisticado sistema de entrada y salida de aire en todas las plantas.
Contenido
Los
sistemas de ventilación son los elementos constructivos que se encargan
de la renovación del aire contenido en el edificio. Para ello extraen
el aire viciado e introducen aire fresco.
Rara
vez la temperatura y humedad exteriores serán idénticas a las del
interior, por lo que con frecuencia el aire aportado deberá ser
calentado, enfriado o humedecido.
Deberá
compaginarse la estanqueidad del edificio necesaria para evitar
filtraciones de aire indeseadas con una buena ventilación que aporte el
aire de renovación necesario. Antiguamente la falta de estanqueidad hacía
innecesario en muchos casos un sistema propio de ventilación, si bien
las pérdidas de calor en invierno eran considerables. En la unidad
didáctica 3 ya se trató este tema de las infiltraciones en el apartado
de “Evitar pérdidas de calor por ventilación no deseadas”.
La
arquitectura bioclimática intenta evitar infiltraciones de aire
incontroladas haciendo cubiertas, puertas y ventanas lo más estancas
posible, proporcionando la adecuada ventilación con un aire tratado
previamente en el caso de que fuese necesario.
En
la actualidad se poseen los conocimientos necesarios sobre ventilación
como para poder ventilar y refrigerar en verano un edificio sin la ayuda
de elementos artificiales de acondicionamiento de aire. Para lograrlo
es necesario contar con un diseño constructivo adecuado. Lo que
resultaría muy difícil sería pretender enfriar por medio de ventilación
natural un edificio mal concebido desde el punto de vista climático.
En
este tema trataremos sobre la ventilación creada con elementos
puramente constructivos, si bien en ocasiones puede ser apoyada por un
pequeño ventilador para incrementar la velocidad del aire o crear una
presión mayor en el interior que evite infiltraciones de aire frío exterior.
Para
comprender los mecanismos de funcionamiento de un sistema de
ventilación se deben tener en cuenta los siguientes principios básicos:
-
El efecto de enfriamiento depende de la dirección y velocidad del aire.
A la velocidad de un metro por segundo, el efecto de enfriamiento
equivale a 5º C. de la masa de aire seco y en reposo.
-
El movimiento del aire a través de un edificio se debe a las
diferencias de presión y temperatura de las masas de aire. El aire frío
tiende a bajar y el cálido sube hacia el techo. Si hay diferencias de
presión, el aire de las zonas de mayor presión tiende a desplazarse
hacia las de menor presión.
El
aire exterior en movimiento que choca contra la casa se desplaza hacia
arriba y los laterales. Sobre esta pared expuesta se crea una zona de
presión alta. En cambio en las paredes laterales y la pared opuesta
resguardada de los vientos se crea una presión baja.
Para que un sistema de ventilación sea de modo eficaz, es necesario que funcionen adecuadamente sus tres partes fundamentales:
- Captación del aire
- Recorrido del aire a través de la casa
- Salida del aire
Analizaremos
ahora estas tres partes una por una para entender el funcionamiento de
los diversos sistemas de ventilación que existen.
Captación del aire
Se
realiza a través de ventanas u otras aberturas diseñadas para tal fin.
Para que el sistema de ventilación funcione correctamente durante los
periodos de calma, es conveniente que permanezcan cerradas otras
aberturas distintas a las de canalización del movimiento del aire. La
captación del aire puede hacerse por medio de los siguientes elementos:
Por medio de ventiladores:
El
aire exterior puede ser captado empleando un ventilador de baja
potencia, lo que origina un aumento de la presión interior del edificio
en el caso de que otras aberturas permanezcan cerradas. Este sistema
evita las infiltraciones de aire frío del exterior, ya que la mayor
presión del interior hace que el aire externo no pueda entrar.
En
general se utiliza este procedimiento siempre que se necesite una
entrada de aire forzada o se quiera asegurar la captación. Hay regiones
en las que los cambios estacionales modifican el curso de las brisas y
en determinadas circunstancias puede no funcionar el sistema de
ventilación natural existente en la casa.
Puede
ser necesario utilizar ventiladores en captación subterránea a través
de tubos de gran longitud y el algún tipo de torre de captación.
A través de rejillas:
Cuando existen brisas constantes, unas simples rejillas colocadas en la pared
sur de la casa y otras el la fachada opuesta aseguran la captación de
aire. Las aberturas para ventilación en la parte más expuesta a los
vientos deben ser más pequeñas debido a la mayor presión del aire en la
zona más expuesta. Debe protegerse con una malla para evitar la entrada
de animalillos.
El
flujo de aire entrante es mayor si la dirección del viento del exterior
forma un ángulo inferior a 30º con respecto a la perpendicular de la
rejilla.
A través de ventanas:
La
mayor superficie de ventilación la ofrecen las ventanas con vidrios en
librillo. En otro tipo de ventanas lo más importante es que sus hojas no
obstruyan el paso del aire. Es muy aconsejable el empleo de ventanas de
vidrio fijo que llevan añadida una ventilación con aletas de vidrio
móviles, lo que permite dirigir el flujo de aire.
En
tiempo frío es aconsejable que las láminas de vidrio dirijan el aire
entrante hacia arriba, al contrario que en tiempo caluroso. En verano
las láminas deben dirigir el aire hacia el suelo.
Las
ventanas que poseen contraventanas tienen la ventaja de que éstas
pueden ajustarse para canalizar la entrada del aire cuando las brisas
soplen oblicuamente. También debe tenerse en cuenta que las mosquiteras
de malla reducen el movimiento del aire a su través, sobre todo cuando
las brisas llevan baja velocidad.
El papel de los voladizos y salientes:
La Universidad
de Texas y el South Africa Building Research Station realizaron pruebas
en túnel de viento donde observaron la influencia que los voladizos y
salientes ejercen en el fenómeno de captación del aire. Comprobaron que
los voladizos situados sobre las ventanas impedían el adecuado
movimiento del aire a través de ellas. Cuando hicieron hendiduras en los
voladizos, la ventilación volvía a ser la correcta.
Este fenómeno se debe a que los
voladizos originan bajo ellos un espacio de presión más baja. Esto
ocasiona que el aire entrante, al estar a baja presión, tiene tendencia
de ascender hacia el techo y no ventila la parte baja de las estancias
que es donde las personas están. Al practicar las hendiduras se volvían a
igualar las presiones, con lo que la circulación natural del aire por
la parte inferior se restablecía.
Captación subterránea:
Se emplea cuando se desea modificar la temperatura del aire destinado a ventilación.
La
gran inercia térmica del terreno hace que a determinada profundidad la
temperatura permanezca muy estable, más fresca que la temperatura
exterior en verano y más cálida en invierno. Se aprecia claramente el
gran ahorro energético que puede suponer el empleo de un sistema de
ventilación de este tipo.
A
este sistema también se le denomina “pozo canadiense”, por haber sido
utilizado en las regiones frías de ese país. Consiste en captar el aire
en cuevas naturales o en su defecto, construir conductos subterráneos
que captan el aire en puntos alejados, a una distancia entre 10 y 100 metros.
El diámetro de los tubos debe ser amplio, entre 15 y 20 cm.
incluso 25 en tubos de gran longitud. Es conveniente colocar una malla
en sus extremos para evitar la entrada de pequeños animales, esta es una
de las razones de su gran diámetro, ya que la malla dificulta en parte
la captación de aire.
Los
tubos deben ir a una profundidad de al menos un metro, mejor dos metros
de profundidad como mínimo, ya que cuanto más cerca estén de la
superficie menor será la eficiencia en la regulación de la temperatura
del aire que circula por ellos.
Se
procurará que los tubos tengan un recorrido lo más recto posible,
aunque será necesario poner algún codo. El radio de tales codos no puede
ser menor de 70 cm. para no frenar la circulación del aire.
En Galicia se obtiene por este sistema una temperatura del aire de ventilación alrededor de los 15º C.
El
mayor inconveniente de este sistema es que la captación se anula con la
entrada de aire por otras vías como ventanas abiertas o infiltraciones
de aire.
Por
ello es importante asegurar la hermeticidad de las carpinterías de
puertas y ventanas. También puede colocarse un ventilador que aumente la
presión en el interior y evite las infiltraciones. El aire de mayor
presión del interior tenderá a salir por las rendijas y no dejará entrar
un aire externo con menos presión.
Captadores de torre:
Son
dispositivos de captación del aire que circula por encima de las
viviendas. Consisten en aberturas situadas en la parte superior de
torres que se elevan por encima de las casas y se construyen a tal
efecto.
En
regiones donde el aire fluye siempre en la misma dirección los
captadores tienen una abertura dirigida hacia esa dirección para que el
aire entre en su interior y descienda al interior de la casa.
En
regiones donde las brisas cambian de dirección, los captadores llevan
separaciones en diagonal para poder captar las brisas cualquiera que sea
su dirección.
En
los lugares con poca brisa se construyen captadores abiertos hacia dos
lados y con el techo inclinado para poder guiar el aire hacia abajo.
En
las construcciones más sencillas estos captadores van directamente
sobre el tejado o sobre torrecillas de muy poca altura. En estos casos
suelen tener una tapa de madera que lleva sujeta una cuerda para poder
regular desde el interior de la vivienda la amplitud de la abertura y
consecuentemente el flujo de aire entrante.
Los
captadores (y su torre correspondiente) pueden estar situados en
cualquier punto del tejado de la casa e incluso fuera del edificio,
llegando el aire al interior a través de un conducto subterráneo.
En todos los captadores conviene poner una malla metálica para impedir la entrada de aves u otros animales.
Recorrido del aire a través de la casa, sistemas de ventilación
Los factores que causan el movimiento del aire a través de la casa son las diferencias de presión y de temperatura.
El
aire exterior en movimiento que choca contra la casa se desplaza hacia
arriba y los laterales. Sobre esta pared expuesta se crea una zona de
presión alta. En cambio en las paredes laterales y la pared opuesta
resguardada de los vientos se crea una presión baja.
Dependiendo
de estas diferencias de presión y temperatura existentes entre el
exterior y el interior del edificio y entre las diferentes estancias del
edificio pueden generarse movimientos de aire y/o diseñar un recorrido
del aire captado a través de la casa.
Los sistemas más comunes de ventilación y su recorrido a través del edificio son los siguientes:
Ventilación cruzada:
Es
el más sencillo y utilizado de los sistemas de ventilación. Se basa en
las diferencias de temperatura. El aire circula entre aberturas situadas
en fachadas opuestas.
El
aire fresco (fachada norte) entra por aberturas situadas a nivel del
suelo. Al ir recorriendo la vivienda se va calentando, asciende y sale
por la fachada opuesta a través de aberturas situadas cerca del techo.
Este sistema es aconsejable en climas templados durante el verano y en climas cálidos y húmedos.
Efecto chimenea:
En
este sistema el aire más frío y de mayor densidad entra por aberturas
situadas en la parte inferior de la casa. El aire más caliente y menos
denso sale por una chimenea cuya entrada está a la altura del techo.
Es
un sistema muy adecuado para extraer el aire caliente que se acumula en
la parte superior de las estancias, sin embargo puede tener problemas
de funcionamiento si la temperatura exterior es alta.
Chimenea solar:
Este
sistema también se denomina cámara solar. Aprovecha la radiación solar
para calentar una masa de aire, disminuir su densidad y succionar el aire interior hacia el exterior. Actúa como un tiro natural.
Según se desee ventilar a mediodía o por la tarde la cámara solar puede orientarse hacia el sur o hacia el oeste.
El
muro Trombe puede utilizarse como chimenea solar en verano invirtiendo
el sentido de circulación del aire. Para ello deben disponerse aberturas
hacia el exterior en la parte superior. (Ver lámina 4).
Las
chimeneas solares tienen la gran ventaja de que son más eficientes
cuanto más sol incide sobre ellas, es decir, cuanto más calor hace.
Ventilación a través de la cubierta:
Los
tejados acumulan el calor que reciben de la radiación solar. Esto
origina que el aire situado sobre él se caliente y sea menos denso, es
decir, se crea una zona de presión baja hacia la que fluye el aire de
los alrededores.
Este
fenómeno puede ser aprovechado para ventilar la vivienda. Si se abre un
orificio en el centro de la cubierta, el aire del interior de la casa
será succionado hacia arriba. Para completar el sistema basta colocar
aberturas de entrada de aire a la altura del suelo.
En
algunas regiones tropicales construyen una versión más evolucionada del
sistema de ventilación a través de la cubierta. Diseñan el tejado en
forma de mariposa (ver lámina 5), hundido en su centro. El piso superior
hace un voladizo sobre la planta baja para que el aire entrante lo haga
desde la sombra y se encuentre más fresco, favoreciendo el flujo de
aire.
Aspiradores estáticos:
Son
chimeneas de ventilación que aspiran el aire del interior de la
vivienda gracias a un dispositivo diseñado al efecto que produce el
efecto Venturi al pasar el viento por él.
Como en el caso anterior el sistema se completa con la entrada de aire fresco a la vivienda a la altura del suelo.
Es un sistema adecuado para climas cálidos y templados con vientos constantes.
Ventilación a través de un patio:
El
patio ha sido el gran descubrimiento climático de la arquitectura
tradicional de los climas áridos y genera ventilación incluso en épocas
de calma.
Para
que un patio funcione de la manera más eficaz es conveniente que dentro
del mismo se cultiven plantas e incluso haya una pequeña fuente o
estanque.
La
evaporación que originan las plantas y el agua hace descender la
temperatura del patio creando una zona de altas presiones que succiona
el aire que se encuentra encima de él.
Para
completar el flujo de aire, se abren ventanas o rejillas que permitan
el paso del aire fresco del patio al interior de la vivienda y a
continuación hacia el exterior.
En
verano el patio es un microclima que acondiciona el cálido aire
exterior, enfriándolo y humedeciéndolo antes de conducirlo al interior
de la casa. En invierno, cuando la temperatura exterior es más baja que
la del patio, éste proporciona un lugar más cálido que el exterior de la
vivienda donde poder estar al aire libre.
Torres de viento:
Hay varios tipos, cada uno adaptado a un clima particular. Son estos:
Torre de viento de dirección constante:
Se
han utilizado en lugares en los que el viento fluye siempre de manera
constante y en la misma dirección. El captador tiene una única abertura
orientada en esa dirección para que el viento entre en él y está situado
a una altura en la que los vientos circulan con mayor intensidad. El
aire desciende por la torre hasta el suelo de la vivienda ventilando la
casa y sale por aberturas situadas cerca del techo. La colocación de una
caperuza de ventilación rotatoria permite el funcionamiento para cualquier dirección del viento.
Torre evaporativa:
Estas
torres son muy utilizadas en Irán y países de su entorno. Son también
llamadas "torres de viento" y funcionan muy bien en climas cálidos y
secos. A causa de la intensa radiación solar que reciben estas regiones y
la escasez de vegetación, el terreno acumula mucho calor, por lo que el
aire a nivel del suelo está a temperatura más alta que por encima de
las casas.
Las
torres captadoras recogen el aire más fresco arriba, donde circula a
mayor velocidad. En la torre se va enfriando y desciende. Con frecuencia
cuelgan rsteras mojadas para refrescar y humedecer aún más el aire.
En
algunas regiones en vez de esteras colgadas colocan jarras de cerámica
porosa llenas de agua o hacen pasar el aire por encima de una piscina
con agua o una fuente. En tiempo frío se cierra el paso entre la casa y
la torre.
Torre de paredes cruzadas:
La
parte superior de la torre tiene aberturas en los cuatro lados y
paredes que se cruzan en diagonal llegando hasta el techo de las
estancias. Las brisas entran por un lado de la torre y salen por el
otro, arrastrando consigo el aire caliente acumulado en los techos de la
casa.
Salida del aire:
Un sistema de ventilación perdería su eficacia si no se facilitase una salida
al flujo de aire que ventila la casa. Debe diseñarse una salida de
dimensiones adecuadas y en el sitio adecuado para que el aire circule
con soltura. Analizaremos estos dos factores:
- Dimensiones de las aberturas de salida:
Las
dimensiones de las aberturas determinan la velocidad del flujo de aire.
De modo similar a lo que ocurre en una tubería que transporta un
líquido, una abertura pequeña incrementa la velocidad del aire. Una
abertura grande lo enlentece.
La velocidad del aire en el centro de un local es menor que en las aberturas debido a que dispone de mucho espacio y se enlentece.
Para
una idéntica abertura de entrada, la velocidad del aire a través de la
habitación será mayor o menor según la superficie de la abertura de
salida. La lámina 7 explica gráficamente cómo el mismo flujo de aire que
entra en un local a través de la misma abertura adquiere velocidades
diferentes según las dimensiones relativas del orificio de salida.
En
caso de tener dudas sobre las dimensiones de las ventanas de entrada y
salida del aire se recomienda que se coloquen ventanas iguales.
- Situación de la abertura de salida:
La
velocidad del aire a través de la casa es mayor si la salida se
encuentra enfrentada a la entrada. Su inconveniente es que solamente
queda eficazmente ventilado el espacio situado entre las dos aberturas.
Si
se desea ventilar más área de diseñará un cambio de dirección en el
flujo del aire, pero en este caso la velocidad del aire se enlentecerá.
En cada caso particular deberán analizarse las circunstancias concretas y
decidir el recorrido del aire.
A
continuación se expone un resumen de la posición que deben tener las
aberturas de salida en cada tipo de sistema de ventilación para que
funcione con más eficacia.
-
En un sistema de ventilación cruzada la salida del aire debe situarse
en la pared exterior situada en el lado opuesto a la de captación.
-
En ventilación a través de la cubierta la salida del aire debe situarse
en el punto más elevado de la misma, ya que la mayor altura propicia un
efecto chimenea que incrementa el flujo del aire. Pueden colocarse
aspiradores estáticos en la cumbrera. Si la cubierta consta de un simple
faldón inclinado basta dejar salir el aire por el borde de mayor
altura.
-
En la ventilación por efecto chimenea debe estar más frío el aire
exterior que el aire caliente del interior que se quiere evacuar. En los
días calurosos el efecto chimenea puede funcionar mal, por lo que
convendrá colocar en la parte superior de la salida un aspirador
estático que succione el aire del interior.
- En las chimeneas solares el aire caliente debe salir por la parte más alta del captador solar.
-
En la ventilación a través de un patio el aire sale por las ventanas
situadas en el perímetro de la casa. Para evitar la incidencia de la
radiación solar en los países cálidos colocan celosías que permiten la
circulación del aire y cierran el paso a la radiación solar.
-
En las torres de viento de dirección constante y evaporativa el aire
sale por aberturas situadas a la altura del techo de las estancias. En
las torres de paredes cruzadas sale por la abertura de la torre situada
en el extremo opuesto a la de entrada.
Por
último se ha de mencionar que existen sistemas de recuperación de calor
del aire extraído en ventilación y que pueden emplearse en climas fríos
o en climas templados durante el invierno para aprovechar la energía
calorífica del aire de salida de un local.
Aplicación a la construcción bioclimática en Galicia
Galicia
disfruta de un clima templado, aunque con variaciones importantes en
sus distintas regiones debido a su orografía y al hecho de encontrarse
en una zona de transición entre el Océano Atlántico y la Meseta.
Durante
el invierno llegan a Galicia vientos del suroeste cargados de humedad,
por lo que no son adecuados los sistemas de ventilación que humidifican
el aire. Durante el verano el anticiclón de las Azores impide la llegada
de tales vientos, las temperaturas se elevan e incluso en muchas
regiones hay temporadas de calor y sequía.
En
estas circunstancias pueden ser adecuados los sistemas de ventilación
cruzada con aberturas pequeñas durante el invierno y mayores en verano.
Todos los que vivimos en zonas de costa expuestas tenemos la experiencia
de que en días de fuerte temporal no pueden abrirse las ventanas. El
aire que entra por la rejilla del gas, las ventilaciones de los baños y
las rendijas de las ventanas cara al viento ventila la casa más de lo
deseable.
La
ventilación por efecto chimenea puede funcionar mal en zonas que
alcanzan temperaturas altas en verano. La ventilación a través de la
cubierta puede funcionar bien en verano pero tiene el inconveniente de
que en invierno será una fuga de calorías si no se cierra el conducto de
salida.
Las
chimeneas solares pueden ser muy útiles. Puede utilizarse un depósito
de grava para acumulación de calor en invierno o una pared Trombe como
los que se vieron en el tema 3 para ventilar en verano. Será suficiente
disponer aberturas en la parte superior de estos elementos para invertir
el sistema. Además tiene la ventaja de que funcionará justamente los
días de sol.
La ventilación a través de un patio puede ir bien en zonas de clima más continental, como Orense.
Las torres de viento no son adecuadas en Galicia.
Datos, curiosidades y anécdotas
El
conocido arquitecto Frank Lloyd Wright diseñó en Méjico una vivienda
cuya chimenea se encuentra en un pequeño foso rodeada de asientos de
obra a un lado de la sala de estar. Dicho foso de calor en invierno se
transforma al llegar el verano en un eficaz sistema de refrigeración y
ventilación combinados. El pequeño foso se llena de agua y la chimenea
se transforma en una torre de viento que capta el aire de las alturas y
lo conduce al estanque donde se enfría. Para completar el recorrido del
flujo de aire, se abre alguna ventana y el aire circula hasta salir por
ella refrescando la casa.
A
mediados del siglo XX, Caudill diseñó un colegio en una calurosa ciudad
de Texas. Estudió con detenimiento la ventilación del mismo e incluyó
en su diseño estrategias para favorecerla: orientación de las aulas en
sentido perpendicular a la dirección de las brisas, aberturas de entrada
y salida de ventilación en cada aula, etc. Todo parecía perfecto hasta
que comenzaron las clases. Alumnos y profesores no soportaban el calor.
¿Cómo era posible si los cálculos eran correctos? Después de mucho
investigar, Caudill se dio cuenta de que el aire circulaba por techo y
no llegaba a la altura de las personas. En otro colegio similar se les
ocurrió a los arquitectos colocar el mismo tipo de ventanas al revés
para inducir la circulación del aire hacia abajo, ¡Y fue un éxito!
En la India las habitaciones de las casa se construyen con una altura entre 4 y 4,5 metros
para que el aire caliente que sube hacia arriba no afecte a las
personas que disfrutan de un aire más fresco. Sin embargo
investigaciones llevadas a cabo en Sudáfrica y Australia han demostrado
que los techos altos no aseguran confort climático si no se acompañan de
otras medidas. Techos bajos de tan solo 2,5 metros de altura pueden cubrir habitaciones confortables si se tiene en cuenta un diseño adecuado de ventilación.
Hace
4.500 años en el antiguo Egipto para refrigerar las estancias del
faraón se utilizaban grandes vasijas porosas llenas de agua que eran
aireadas por los esclavos.
Actualmente
en muchos lugares de Méjico se colocan en las ventanas vasijas de
cerámica porosa llenas de agua para que el aire que entre a través de
ellas se enfríe y humedezca. En Egipto se colocan vasijas similares en
las torres evaporativas, a media altura.
En
Alemania está patentado un procedimiento para almacenar aire frío en
sótanos. Se sabe que las piedras poseen una gran masa térmica y las
piedras partidas facilitan mucho los intercambios de calor, por ello se
aconseja llenar el sótano con cestos llenos de este material tan fácil
de encontrar. Durante la noche, gracias a un ventilador se aspira el
aire fresco de la noche y las piedras se enfrían. Durante el día, el
mismo ventilador impulsa hacia arriba el aire fresco del sótano para
refrescar la casa.
Las nuevas tecnologías de
ventiladores, luces, bombas, colectores, etc combinadas con un adecuado
diseño mecánico y de construcción pueden llegar a reducir el consumo de
energía de nuestros edificios en un 90% y científicos de la talla de
Amory Lovins estiman que este ahorro puede llegar a un 99%.
Los
castores construyen sus madrigueras en medio de los embalses
artificiales que ellos mismos fabrican haciendo presas con ramas. La
entrada a la madriguera es subacuática por lo que construyen para
ventilarla un conducto vertical de ventilación.
El tejón construye madrigueras grandes y cómodas de una profundidad de hasta 3 metros.
A medida que aumenta la familia la madriguera se amplia con nuevas
estancias unidas por galerías. Tiene varias salidas disimuladas entre
rocas, matorrales o las raices de los árboles. En ocasiones los tejones
comparten madriguera con los zorros, que solamente la ocupan para dormir
por la noche y cuando tienen crías.
La
marmota habita en las frías montañas, por lo que forra el interior de
la madriguera con heno y las salidas con tierra y hierba seca. De este
modo consigue un refugio bien aislado del frío exterior para que sus
crías se encuentren confortables. El aire que se cuela por las rendijas
entre la hierba seca permite la ventilación necesaria.
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Diseño del paisaje para control climático
Introducción:
Los
albores del diseño del paisaje para control climático se pierden en la
noche de los tiempos. La creación de pequeños terraplenes de tierra o
vallas construidas con piedras para proteger las viviendas de los fríos
vientos data del neolítico.
Tampoco
se conoce con exactitud el momento en el que los primeros agricultores
que plantaban hortalizas al lado de sus casas, sembraron semillas de
especies no comestibles para disfrutar de su sombra o sus flores. Parece
claro que la modificación del entorno de las viviendas con finalidad
climática y ornamental data de tiempos prehistóricos. Un arte practicado
durante milenios, que últimamente hemos dejado un tanto olvidado en
nuestras construcciones populares en occidente.
Especies
antiquísimas de árboles, como el ginko biloba, que desaparecieron de su
entorno natural hace milenios, sobrevivieron en los jardines chinos y
japoneses que los siguieron cultivando por su belleza y sus propiedades
medicinales.
Aunque
he leído en alguna publicación que las normas del “Fenk Shui” datan del
siglo XVIII, se estima que la antigua tradición paisajística taoísta
data de hace 5.000 años. El jardín era un lugar de paz y equilibrio, en
el que los estudiosos, los nobles o los guerreros hallaban reposo y se
encontraban en armonía con la naturaleza.
Esta
tradición paisajista China pasó a Corea y en el siglo VII a Japón. Se
sabe que en este país ya se cultivaban jardines antes de la influencia
china. Incluso existían con anterioridad jardines de arena piedra y agua
(kare-san-sui). La cultura paisajística japonesa es sin duda la más
sofisticada que hay actualmente en el mundo. En ningún otro lugar se
cultivan con especial esmero rarísimas especies de musgo para tapizar el
terreno o se barren a diario los fondos de los arroyos con escobas de
juncos para que los cantos rodados proyecten juegos de luces y sombras
al incidir en ellos la luz del Sol.
Su
diseño del paisaje llega más allá que crear barreras al viento o
controlar la radiación solar. Los jardines zen son la expresión profunda
de la filosofía zen. Están pensados para inducir estados de relajación y
contemplación silenciosa y en último término, para crear un entorno
favorable a la experiencia de la iluminación. Esta afirmación de los
propios maestros zen creadores de jardines pueden hacer sonreír a más de
un occidental que nunca ha pisado un auténtico jardín zen, pero es tan
aventurado rechazar lo que se desconoce como creerlo a pies juntillas.
El
paisaje que rodea un edificio puede modificarse buscando protección
frente al viento, los ruidos y el sol implacable del verano. Esto es
perfectamente compatible con la creación de un entorno agradable donde
podamos relajarnos. Nuestro cuerpo y nuestra mente se recuperarán mucho
mejor después de la jornada laboral descansando en estrecho contacto con
la naturaleza.
El
exterior de la vivienda debería ser una prolongación de la misma, una
estancia más en la que desarrollar otras actividades como pasear, tomar
el sol o disfrutar de la naturaleza.
El
clima, el suelo, las plantas y los animalillos del campo forman
ecosistemas relacionados y se puede integrar la vivienda en este entorno
formando una unidad armónica en la que todos saldríamos beneficiados.
Podemos
proteger el terreno de la erosión, plantar arbustos cuyas bayas
alimenten a los pájaros y despertarnos por la mañana oyendo sus cantos.
Se puede diseñar una pequeña charca para que algunas especies en
extinción como las ranas, puedan sobrevivir, podemos destinar espacios
en la parcela donde crezcan plantas autóctonas amenazadas, etc.
Contenido
El diseño del paisaje para control climático parte del análisis del entorno, tema que ya hemos visto en la unidad didáctica 1. A
continuación se estudian las modificaciones que el paisaje natural ha
de experimentar para transformarse en un entorno confortable desde el
punto de vista climático.
En
la unidad didáctica 1 vimos el modo de hacer un croquis en el que
quedaban reflejados los accidentes topográficos y demás elementos del
paisaje. Basándonos en dicho croquis, podemos enumerar los puntos a
tener en cuenta a la hora de plantear el diseño del entorno para crear
microclimas favorables desde el punto de vista climático. Son estos:
Topografía del terreno
Tomaremos
datos de la altitud, pendiente del terreno, desniveles y otros
accidentes geográficos como fallas, masas rocosas, terrenos de graveras o
arenosos, etc.
Alrededores
Esta
toma de datos ha de referirse también a los lindes del terreno, tomando
anotaciones de montes, ríos o mares cercanos u otros accidentes
topográficos relevantes. Debe anotarse también la dirección en la que se
encuentran las vistas más hermosas y aquellas que no resulten gratas.
Agua
Se analizará la presencia de cursos de agua, ríos o arroyos, charcas, lagos, pozos, etc. y la flora y fauna asociadas a ellos.
Radiación solar
En
la configuración de un microclima confortable juega un papel
fundamental la regulación óptima de la radiación solar. Por ello se
deben anotar todos los elementos que proyecten sombra sobre la parcela:
edificaciones cercanas, arbolado, montes cercanos, etc.
En
este caso, conviene saber sobre todo qué elementos, a qué hora del día y
en qué zona de la parcela proyectan sombra en invierno, para no
obstaculizar la captación solar del edificio.
Viento
Debemos
conocer la dirección de los vientos fríos dominantes en invierno y de
las brisas frescas de verano, así como su intensidad para poder hacer
una estimación del espesor de las barreras cortavientos necesarias.
Contaminación
Es
importante señalar la dirección en que se encuentran los elementos de
contaminación sonora, como carreteras, vías de tren u otros focos de
ruido. Debe anotarse la proximidad de otros elementos contaminantes,
como industrias, vertederos y focos de malos olores, por ejemplo
explotaciones agropecuarias y también la presencia de líneas de tendido
eléctrico, transformadores y elementos de perturbación geomagnética.
Vegetación existente
Se
anotará la situación de las zonas despejadas, de las masas boscosas,
del tipo de arbolado y densidad del follaje. Es importante el hecho de
que los árboles sean de hoja perenne o caduca por la barrera que suponen
al paso de la radiación solar.
Se
debe también observar la presencia de especies protegidas que deben ser
conservadas y de otras plantas o árboles singulares que sería
conveniente preservar.
Una
vez hecho este análisis se estará en condiciones de proyectar las
modificaciones que ese entorno particular requiere para la creación de
los microclimas más favorables desde el punto de vista climático y
acordes con los gustos de los futuros usuarios.
Modificación del entorno
El
espacio interior de la vivienda debe encontrar continuidad al acceder
al exterior. Este tránsito puede hacerse de forma gradual a través de
espacios intermedios como porches, galerías o invernaderos.
Algunos
diseñadores de paisajes llegan a expresar esta continuidad comparando
las superficies interiores con el espacio exterior: el pavimento de la
casa tendría su continuidad en el césped, el techo en las ramas de los
árboles, las paredes en los setos y arbustos y el mobiliario en las
masas rocosas.
Sin
entrar en estas cuestiones filosóficas, sí se puede plantear la
modificación del paisaje como una ampliación del confortable microclima
de la vivienda al exterior. La regulación de la temperatura, velocidad
del aire y humedad no pueden ser las mismas, pero sí se pueden lograr
espacios con parámetros climáticos muy benignos donde desarrollar
actividades al aire libre.
Las
finalidades últimas son dos. La primera lograr un importante ahorro
energético. Una eficaz barrera cortavientos reducirá considerablemente
los consumos de calefacción y un control eficaz de la radiación solar
ahorrará gastos de calefacción en invierno y de refrigeración en verano.
La
segunda finalidad que debe ir pareja con la anterior es conseguir en el
exterior de la vivienda espacios confortables no solo desde el punto de
vista climático, sino también estético y psicológico, espacios donde
relajarse y realizar actividades al aire libre.
Intentando
lograr la síntesis de estas dos finalidades, autores como Burle Marx
defienden los diseños curvos y asimétricos. Las esquinas son lugares
donde el viento hace remolinos y psicológicamente producen a nivel
inconsciente una sensación de disconfort.
Desde
este punto de partida analizaremos a continuación las actuaciones que
pueden ejercerse sobre el espacio exterior para intentar lograr estos
objetivos.
Modificación de la topografía
La
forma del terreno afecta directamente al curso de los vientos y a la
temperatura en torno al edificio. Los cambios en la morfología del
terreno pueden modificar el recorrido de las brisas y pueden alejar los
vientos fríos de la vivienda. (Ver lámina 59)
El movimiento de tierras permite hacer barreras frente al viento, los ruidos o las vistas no deseadas.
El terreno puede modificarse, bien terraplenando o bien vaciando para:
- Eliminar obstáculos a la radiación solar
- Hacer montículos que actúen como barreras cortavientos
-
Diseñar un entorno de rocas, pequeños arroyuelos con cascadas,
montículos, etc. en el que la vivienda y sus anexos formen un conjunto
armónico salpicado de pequeños paisajes
- Hacer casas enterradas o semienterradas (Ver lámina 60)
Las
viviendas enterradas y semienterradas datan del neolítico. China,
Japón, Turquía, regiones árticas o la región de Colorado son ejemplo de
ello y dentro de España hay en la actualidad viviendas trogloditas en
zonas tan dispares como Canarias, La Rioja o Andalucía.
Las
fluctuaciones de temperatura al aire libre pueden ser bastante rápidas,
dependiendo de la climatología del lugar. Sin embargo estos cambios
bruscos no ocurren unos metros bajo tierra.
La
temperatura del terreno va aumentando paulatinamente durante los meses
que van de abril a agosto. En septiembre comienza un lento enfriamiento
hasta marzo. Esto se debe a la gran masa térmica de la tierra que hace
que tarde mucho tiempo en calentarse y mucho tiempo en enfriarse. Una
vivienda enterrada o semienterrada no padece los cambios bruscos de
temperatura del exterior.
En
las viviendas construidas sobre el nivel del terreno la mayor parte del
gasto en calefacción se pierde hacia el exterior, bien a través de los
muros, o bien a través del aire que se cuela por las rendijas. En las
construcciones enterradas apenas hay pérdidas por infiltración y el
calor pasa al terreno, donde se almacena.
Una
vivienda enterrada no tendrá problemas de heladas, no se helarán sus
tuberías. En el caso de un corte en el suministro de energía, la
temperatura de la vivienda no descenderá bruscamente y continuará
durante bastantes días a niveles confortables. Durante bastante tiempo
el terreno irá cediendo a la vivienda el calor que recibió de ella.
Una
vivienda enterrada será más cálida en invierno y hará innecesario el
gasto de refrigeración en verano. En una casa enterrada o semienterrada,
el gasto en climatización pasa de ser una cuestión de supervivencia a
una cuestión de confort.
En
un terreno llano y árido, excavar un patio donde ubicar la vivienda
permite protegerla de un entorno agresivo con cambios bruscos de
temperatura al colocarla bajo el nivel circundante. En terrenos
inclinados pueden construirse fácilmente viviendas semienterradas con
dos plantas, lográndose un importante ahorro energético. En regiones de
pluviosidad alta se hace necesario un drenaje eficiente e
impermeabilización de las paredes en contacto con el terreno.
Una
casa enterrada o semienterrada debe completarse con una cubierta de
tierra, ya que es un elemento constructivo a través del cual se pierde
mucho calor. La eficacia térmica de este tipo de cubierta se ve mejorada
plantando vegetación sobre ella. Este tipo de cubierta se ha hecho
desde hace siglos en las construcciones tradicionales de los países
escandinavos.
Estudios
realizados por Kusuda sobre mediciones de temperatura realizadas en
verano dieron temperaturas que nunca sobrepasaron los 40ª C. en una
cubierta de hierba y que llegaron a 60º C. en una superficie asfaltada
cuando la temperatura exterior era de 32º C.
Modificación de la influencia las masas de agua
Las
grandes masas de agua como mares y océanos actúan como reguladores
térmicos. En sus proximidades las temperaturas son más estables.
A
la par generan brisas tierra-mar y mar-tierra de periodicidad diaria.
Estas brisas pueden ser útiles desde el punto de vista climático,
especialmente en climas cálidos donde resulta refrescante exponer la
vivienda a estas corrientes de aire.
Los
mares, además pueden traer vientos marinos cargados de humedad, baste
recordar los temporales que azotan, especialmente en otoño, las costas
gallegas. En estos casos conviene proteger los edificios con barreras
cortavientos. (Ver lámina 61).
Los
ríos que circulan por el fondo de los valles atraen masas de aire frío
que ocasionan nieblas. Esta zona, cargada de humedad, permite que se
desarrollen cómodamente muchas especies de plantas y musgos. Además los
valles pueden estar azotados por corrientes diurnas.
En
los valles será conveniente colocar el edificio en una zona más alta,
en vez de en el fondo y diseñar un jardín rico en especies vegetales
aprovechando la presencia del curso de agua. La vegetación protegerá la
vivienda de los vientos.
Si
está permitido, se puede encauzar una pequeña cantidad de agua para
diseñar un espacio en el que circule el arroyuelo entre rocalla, creando
pequeñas cascadas entre la vegetación. Pronto crecerá el musgo sobre
las piedras. También se puede disponer un remanso para favorecer el
desarrollo de anfibios y facilitar que beban las aves.
Es
importante “salpicar” este tipo de espacios con coníferas para que no
quede desprotegido en invierno, ya que plantar solamente árboles de hoja
caduca enfriaría aún más el ambiente. Esto permite a la vez disfrutar
de una variedad de colorido mucho más amplia, especialmente en otoño.
En
climas cálidos y secos conviene instalar una masa de agua en la
dirección del viento dominante. El aire seco se enfriará y llegará a la
vivienda más fresco y húmedo. En un clima húmedo no sería conveniente
porque la presencia de agua incrementa el grado de humedad ambiental.
La
arquitectura árabe ha utilizado tradicionalmente el agua como elemento
de control climático. En los patios y jardines árabes suelen colocarse
fuentes para refrescar el ambiente, baste recordar los bellos ejemplos
de la Alhambra de Granada y el Generalife. También se debe tener en cuenta en cuenta que la superficie del agua refleja el sonido y la luz.
En
general puede decirse que el agua conviene añadirla en climas cálidos y
secos, eliminarla en los cálidos y húmedos y utilizarla en los
templados, donde puede jugarse con ella creando pequeños microclimas y
espacios diversos en torno a la casa. Es un arte que se practica hace
siglos en los jardines de Japón. En occidente la casa Kaufmann (casa de
la cascada) que realizó Frank Lloyd Wright, es un ejemplo maravilloso de
cómo pueden armonizarse vivienda y paisaje para crear una obra maestra.
(Ver lámina 62).
Modificación del entorno para paliar la contaminación
No siempre es posible evitar que la contaminación llegue a la vivienda porque el mejor método sería evitarla en su origen.
En
la unidad didáctica 1 hemos mencionado cómo puede paliarse la
contaminación de tipo electromagnético utilizando el agua. Unos
aspersores pueden neutralizar la ionización del aire causada por
tendidos eléctricos o transformadores.
El
sonido puede frenarse con barreras vegetales (Ver lámina 5), barreras
prefabricadas o barreras formadas por la combinación de muros y masa
vegetal. Este último tipo resulta muy eficaz al combinar el aislamiento
acústico proporcionado por la masa del muro combinado con la absorción
de la masa vegetal.
Modificaciones de la incidencia la radiación solar
Ya
hemos citado con anterioridad que puede controlarse la radiación solar
que incida en la vivienda plantando árboles de hoja caduca en sus
proximidades, en especial en la fachada sur. Veremos ahora otros
aspectos.
La
radiación solar puede ser absorbida por los materiales o reflejada.
Ambas cosas pueden ser utilizables desde el punto de vista climático.
Pavimentos
y muros de color oscuro situados en el exterior de la vivienda,
absorberán y almacenarán el calor del sol, especialmente si están
protegidos del viento. Pueden crearse espacios muy agradables para
disfrutarse en invierno, pero debe tenerse la precaución de colocar un
árbol de hoja caduca en la dirección de los rayos del Sol en verano. Si
no se hace así puede convertirse el pequeño rincón en un horno.
En
cuanto al aprovechamiento de la luz solar reflejada, puede ser útil en
zonas especialmente lluviosas o que estén nubladas con mucha frecuencia
durante el invierno. En estos casos puede ser conveniente paliar la
falta de luz solar haciendo que la luz que incida en los alrededores de
la vivienda se refleje hacia ella.
La
luz solar se refleja muy bien en las masas de agua y en superficies
claras. En los jardines zen es muy frecuente disponer un espacio de
gravilla blanca situado muy cerca del edificio. Este espacio tiene la
doble finalidad de crear un entorno meditativo y a la vez reflejar la
radiación solar. Japón es un país lleno de bosques y muy lluvioso. En
gran parte del país el cielo está nublado muchos días de invierno. La
gravilla blanca ofrece un espacio de claridad que además refleja la
escasa radiación solar y la proyecta dentro del edificio. Debe limpiarse
con frecuencia para eliminar las hojas o hierbas.
Debe
tenerse en cuenta que al llegar el verano, la radiación solar va a
seguir reflejándose de igual manera y puede resultar molesta. Por ello
conviene colocar en su trayecto algún arbusto de hoja caduca, persianas o
estores para evitar que entre la luz en la vivienda y ocasione
deslumbramientos.
Modificación del curso de los vientos
Analizado
el lugar se conocerá el recorrido de los vientos dominantes. Sólo se
aconseja edificar en lo alto de las colinas en climas cálidos y húmedos.
Deben evitarse las cimas, el fondo de los valles y zonas abiertas.
Si
no hay zonas en calma, pueden diseñarse barreras cortavientos para
proporcionar a la vivienda un entorno en calma y minimizar las pérdidas
de calor por convección y las infiltraciones de aire. En la lámina 4
puede apreciarse la relación entre la forma de una barrera y la zona
protegida.
Cuando
se desea frenar los vientos de invierno y favorecer el acceso a la
vivienda de las brisas de verano, hay que observar en primer lugar si
provienen o no de la misma dirección. Una vez conocidos los recorridos
del aire se puede conseguir una barrera a los vientos fríos de invierno y
canalizar las brisas de verano con una adecuada disposición de setos o
árboles de hoja caduca y perenne. (Ver lámina 63)
También
es posible canalizar los vientos con muros. Hay que tener en cuenta que
los muros producen turbulencias y remolinos de aire mientras que las
barreras vegetales no las provocan y proporcionan mayor espacio en
calma.
Los
muros pueden emplearse conjuntamente con la vegetación. En diseño de
jardines son conocidas las llamadas paredes Rudofsky. Según este
diseñador los muros son un elemento de estabilidad en medio de la
vegetación siempre cambiante. Deben tener color claro y brillante para
crear juegos de luces y sombras con la vegetación. Las paredes Rudofsky
protegen a las plantas del viento y originan una ordenación del espacio.
También son útiles para crear una barrera visual frente a vistas no
deseadas.
Cuando
se emplean muros sólidos como pantallas cortavientos hay que tener en
cuenta que originan turbulencias tras ellos, lo que disminuye su
eficacia, por ello da mejores resultados colocar un seto vegetal delante
del muro para absorberlas.
Modificaciones de la vegetación
El
análisis de los efectos que la vegetación origina en el entorno
edificatorio es complejo dada la complejidad de los elementos que la
componen. Los arquitectos paisajistas se valen a menudo de una
herramienta llamada heliodón para situar la vegetación y otros anexos o
edificaciones auxiliares alrededor de la vivienda.
Un
heliodón es una máquina solar de muy fácil construcción que permite
observar sobre una maqueta la extensión de las sombras y la penetración
lumínica a cualquier hora del día y época del año en una latitud
particular. Se comprende que es una herramienta muy útil para distribuir
la disposición de la vegetación en torno a la casa y crear espacios de
diferente grado de insolación en torno a ella.
La
construcción de un heliodón en clase puede ser un ejercicio excelente.
En el apartado de actividades se hace referencia a dos libros en los que
se explica con detalle cómo construirlo. No me ha parecido oportuno
añadir mi propia versión porque no iba a mejorar lo ya publicado. Las
dos versiones propuestas son diferentes y sencillas de realizar. El
profesor puede decidirse por una u otra, cualquiera de ellas resulta
didáctica y esclarecedora.
La
vegetación ofrece muchas posibilidades de modificar el entorno y no
solamente el clima del mismo. Expresado en forma esquemática, la
vegetación puede utilizarse para:
- Crear barreras cortavientos. Suelen necesitar esta protección las fachadas norte y oeste.
- Dirigir las brisas hacia un determinado espacio
- Controlar los movimientos de la nieve con setos plantados estratégicamente
- Controlar la erosión, afirmar y consolidar taludes
- Crear barreras acústicas
- Crear barreras visuales
-
Controlar la radiación solar con el empleo de especies de hoja caduca o
perenne según desee sombra de tipo permanente o sólo en verano. Suelen
necesitar protección de la radiación solar las fachadas sur, este y
oeste, especialmente la oeste en verano.
- Reducir el resplandor y la luz reflejada
- Ahorrar energía. Un estudio de la Universidad
de Minnesota realizado para la agencia energética sobre dos viviendas
idénticas, demostró que una de ellas, protegida por vegetación en las
fachadas norte, este y oeste gastó un 40% de combustible menos que la
otra.
- Crear espacios armónicos y relajantes
- Absorber el polvo ambiental, las hojas absorben el polvo, actúan como filtros de aire
- Oxigenar el aire y humidificarlo
- Controlar la evaporación del agua contenida en el terreno
- Marcar las zonas de circulación, crear divisiones de espacios e indicar direcciones.
- Crear microclimas
Estudios
realizados por Rudolf Geiger han analizado mezclas de árboles para
conseguir microclimas cálidos en invierno y frescos en verano. Un bosque
mixto de robles, álamos y abetos cumple estos objetivos. Esta
combinación sombrea el suelo en un 70%. Las hojas de los caducifolios al
caer crea un manto de hojas que aísla el terreno del calor y el frío,
lo que beneficia a los microorganismos.
Es
un error plantar arbustos cerca de la casa. Evitan la penetración de
brisas y consecuentemente el enfriamiento por evaporación muy útil en
verano. Esto conlleva la elevación de la temperatura y humedad
ambiental. Otro riesgo añadido es que algunas especies de arbustos
tienen raíces profundas y potentes que pueden dañar los cimientos de la
casa.
En
los alrededores de la vivienda es aconsejable plantar árboles de hoja
caduca y hierba. Las hojas de los árboles y el césped absorben la
radiación solar. El césped segado sombrea el suelo, protege a los
microorganismos de la radiación calorífica y la evaporación refresca el
ambiente. En invierno la hoja caduca cae y el calor del sol calienta el
suelo. El césped crea una capa aislante que lo protege.
En climas fríos conviene poner plantas de hojas delgadas que dejen pasar la luz y el calor.
Las
zonas calurosas y secas suelen tener vegetación escasa y monótona, con
predominio de los colores grisáceos o marrones verdosos. En estos casos
conviene incluir alguna planta verde de hojas brillantes, grandes y
gruesas que aportará humedad al ambiente.
Por
el contrario en los climas muy húmedos las plantas suelen tener colores
oscuros y densos que pueden crear un clima opresivo. El color oscuro de
las plantas potencia la oscuridad de los días nubosos, por lo que es
conveniente incluir otras plantas de color verde claro.
Pueden
utilizarse plantas trepadoras de hoja caduca, como las parras, adosadas
a la fachada sur para regular la radiación solar. Otra posibilidad es
utilizar trepadoras de hoja perenne sobre la fachada norte para aislarla
del frío, como las hiedras, ya que crean una cámara de aire detrás de
las hojas. En este caso no debe permitirse crecer la planta directamente
sobre la pared, sino facilitarle un enrejado a unos 10 cm.
de distancia para que trepe por él. Deben podarse y no emplearlas sobre
muros de ladrillo porque las raíces pueden penetrar en las juntas y
dañar la pared.
Las
ramas y hojas de los árboles actúan como una pantalla de difracción de
la radiación solar y modifican la intensidad y dirección de los vientos
que circulan a su través
La
elección del tipo de árboles depende del tipo de terreno, de la
situación, del área que se desea sombrear o proteger y de la finalidad
de la plantación, es decir, si se desea hacer una barrera frente al
viento, los ruidos o crear un determinado microclima.
La
variedad de los árboles se elegirá atendiendo al, tipo de ramaje, denso
o ligero que dará su utilidad a la hora de crear pantallas y a la
extensión y forma de su copa que nos dará la calidad de su sombra. El
objetivo será diseñar microclimas confortables que resulten
estéticamente agradables.
En
el apartado de material he incluido un trabajo original sobre
clasificación de árboles, arbustos y trepadoras para control climático.
En algún texto he encontrado alguna referencia a variedades susceptibles
de ser utilizadas como barreras cortavientos o setos decorativos. La
originalidad de este trabajo radica en la gran cantidad de información
que ofrece.
Consta
de varias clasificaciones. Se ha incluido un apartado de plantas para
climas expuestos y otra de plantas marítimas (de costa).
Las
plantas están clasificadas según su utilidad, según el tipo de sombra,
según sean de hoja caduca o perenne, según la altura que alcanza un
ejemplar de tamaño medio en nuestras latitudes, según la forma de su
copa y dimensiones (altura y diámetro) y se hace referencia al tipo de
crecimiento, lento o rápido, tipo de suelo y a otros datos de interés.
Estas
clasificaciones permiten encontrar muy fácilmente la variedad de árbol
que se precisa para cada necesidad concreta y serán muy útiles al
profesor a la hora de resolver cuestiones planteadas por los alumnos.
También permiten la ejecución de actividades concretas en las que los
alumnos pueden diseñar la vegetación adecuada para un espacio
determinado, proyectar barreras cortavientos, zonas de sombra, etc.
Aplicación a la construcción bioclimática en Galicia:
Las
modificaciones del entorno en la construcción bioclimática en Galicia
irán encaminadas a lograr microclimas confortables en torno a la
vivienda y afectarán a los siguientes apartados:
-
Modificación de la topografía: los movimientos de tierra procurarán un
montículo frente a la fachada norte y/o noroeste para proteger el
edificio de los vientos fríos. La fachada sur debe quedar sin obstáculos
para permitir un aprovechamiento máximo de la radiación solar. En un
terreno inclinado, caso muy frecuente, puede aprovecharse un talud
orientado al sur para colocar paneles solares fotovoltáicos y colectores
para obtención de agua caliente.
-
Agua: no conviene tener cursos o masas de agua muy cerca de la vivienda
para que no humedezcan más el ambiente en invierno, pero sí es adecuada
la ubicación de alguna pequeña fuente que ayude a refrescar el calor
veraniego. Se pueden dirigir un pequeño curso de agua o regato para
diseñar espacios relajantes con alguna charca y cascadas en algún lugar
de la parcela, no demasiado cerca de la casa, aprovechando los
desniveles que suele tener la orografía gallega. El clima y la
vegetación gallegas son muy propicios para crear lugares llenos de
encanto.
-
Radiación solar: aprovecharla al máximo en invierno y evitar su
incidencia directa en la vivienda en verano, utilizando los métodos ya
mencionados. Puede ser útil en las zonas más lluviosas donde los días de
invierno suelen estar nublados, la ubicación de un pequeño jardín de
grava blanca cercano a la casa para que drene el agua y refleje la
radiación solar. Hay que tener en cuenta que un jardín sin plantas exige
cuidados semanales para eliminar las hojas o plantitas que crezcan
espontáneamente.
- Creación de pantallas cortavientos y/o acústicas como ya se ha dicho
-
Vegetación: pueden emplearse especies de hoja perenne para crear
pantallas cortavientos, acústicas y para dirigir las brisas de verano
como ya se ha explicado. También es posible utilizar plantas trepadoras
para aislamiento de los muros exteriores. Galicia dispone de abundante
agua y un clima templado que favorece el desarrollo de una gran variedad
de especies vegetales. Esto permite plantar variedades muy diversas, lo
que da mucho juego a la hora de diseñar un entorno. Para contrastas con
los colores oscuros de pinos y grisáceos del eucalipto pueden colocarse
“manchas” de especies cuyo color contraste con ellos, como enebros,
arces o prunus. La orografía gallega está formada por rocas graníticas
en una buena parte de su superficie con un manto de tierra vegetal muy
pequeño sobre ella. Cuando este manto queda al descubierto,
especialmente en laderas corre el riesgo de desaparecer. En estos casos
conviene protegerlo plantando especies como la lavanda, el brezo o la
madreselva cuyas raíces sujetan los taludes.
En
el apartado de material se incluyen varias clasificaciones de especies
vegetales de las que ya hemos hablado. Algunas de ellas están
especialmente pensadas para el territorio gallego, como plantas para
terrenos medio-ácidos, plantas para barreras cortavientos y acústicas y
plantas de costa.
La
lámina 66 de esta unidad didáctica presenta un dibujo esquemático que
recoge las posibles modificaciones del entorno de una vivienda de
nuestras latitudes para mejorar su buen funcionamiento climático y
conseguir un apreciable ahorro energético.
Datos, curiosidades y anécdotas:
Los
primeros intentos de modificar el entorno de la vivienda de los que se
tienen noticia datan de los jardines chinos construidos hace 5.000 años.
No se sabe exactamente cuándo la construcción de jardines en China se
impregnó del taoísmo y se enriqueció con su profunda carga de
simbolismo. Así nació el feng shui. El feng shui describe el lugar ideal
donde debe situarse la vivienda: en un lugar donde se unen el yin (lo
femenino) y el yang (lo masculino). Debe situarse en el centro de un
anfiteatro natural, un lugar a media ladera orientada al sur. Detrás de
la casa, hacia el norte debe haber una alta montaña. Al oeste las
colinas yin representadas por un tigre blanco y al este las colinas yang
simbolizadas por un dragón azul. Frente a la casa, al sur debe
contemplarse el paisaje abierto surcado por un río de aguas limpias que
simboliza la abundancia y la riqueza. Si comparamos las normas del feng
shui con las indicaciones que se han dado en la unidad didáctica 1 sobre
la elección del lugar adecuado se verá que tienen muchos puntos de
coincidencia.
Las
casas de campo chinas se construyen en el centro de un jardín rodeado
con una valla y las urbanas alrededor de un jardín interior. Las casas
de las clases dominantes estaban rodeadas de auténticos paisajes
artificiales que reproducían el simbolismo taoista presente en el feng
shui.
Cuando
en el siglo XVII, el conocido maestro de té japonés Rikyu construyó su
nueva casa, invitó a sus amigos a la ceremonia de inauguración del nuevo
jardín y sala del té. La casa se encontraba sobre una colina frente al
mar y todos esperaban que el maestro hubiese ordenado aquel entorno de
modo que la preciosa vista del mar destacase de manera prioritaria.
Quedaron muy perplejos al comprobar que una fila de árboles de hoja
perenne tapaba la mejor vista y se resignaron sin comprender en absoluto
el proceder de tan insigne maestro. Después de contemplar el jardín se
encaminaron hacia la casa subiendo unos estrechos
peldaños hasta el lavabo de piedra donde es obligado lavarse las manos
antes de entrar en la casa de té. Debían inclinarse para recoger el agua
y así agachados con el agua en sus manos, al elevar la vista se
descubría el inmenso mar entre los árboles. De este modo era posible
experimentar la unión del ser humano, el agua, el océano y la
inmensidad.
Cada
vez hay más arquitectos en la actualidad que diseñan el entorno del
edificio con fines climáticos. A continuación veremos varios ejemplos
muy recientes:
El
estudio Line and Space ha construido en medio del desierto en Tucson,
Arizona la residencia Hansen. Se ha hecho respetando la vegetación
existente y se han diseñado dos microclimas exteriores enfriados
mediante evaporación para eliminar la necesidad de refrigerar el
interior y poder extender el uso de la vivienda al exterior. El agua de
lluvia se recoge de la cubierta y se almacena en una cisterna. El agua
gris de bañeras, duchas y lavabos se reutiliza para regar.
Brian
Mackay-Lyons y el estudio Architecture Urban Design han construido una
vivienda en Smelt Brook, en Nueva Escocia, Canadá. La forma de la casa
es monolítica y está pensada para romper los vientos del oeste
predominantes. Se ha diseñado un patio con su propio microclima detrás
de las puertas de metal deslizantes por lasque se accede a la casa.
La Oregon
coast House construida por Obie G. Bowman Architects tiene forma
aerodinámica para resistir los fuertes vientos de la zona que alcanzan
hasta los 150 km. hora. Tiene un cortavientos de hormigón apuntalado con troncos.
Un ejemplo notable de respeto al entorno es la Summer House
en Risor, Noruega, construida por el arquitecto C.V. Holmebakk. El
diseño de esta casa se hizo respetando los troncos y las ramas de los
árboles. Se levantaron más de 30 pilares y no se cortó ni una sola raíz.
La casa se construyó sobre pilares de hormigón ajustables que pueden
desplazarse para adaptarse al crecimiento de los árboles.
De
todos los arquitectos occidentales, el que mejor ha sabido integrar el
entorno y la casa ha sido Frank Lloyd Wright. Una de sus obras, la casa
de la cascada está considerada como mejor muestra de la arquitectura del
siglo XX. El magnate Kaufmann le encargó hacer una casa en el corazón
de un bosque de Pensilvania desde donde pudiese contemplar una cascada.
En
una orilla de la misma, Wright eligió una enorme piedra y sobre ella
fijó la chimenea. En torno suyo surgieron los demás espacios y Kaufmann
se encontró con una casa sobre la cascada. El agua entra en la casa y
lame sus cimientos. Las ramas de los árboles invaden los espacios vacíos
entre las terrazas que cuelgan sobre el agua. Wright nos regaló una
obra maestra.
Otro
pionero de la integración de la vivienda y el entorno fue el finlandés
Alvar Aalto. En 1.958 obtuvo el primer premio en el concurso del
proyecto de la ciudad residencial Kampementsbachen, aunque no llegó a
construirse. En él se adaptaba la topografía de modo que la circulación
rodada, accesos y garajes se pusiesen al norte, a una profundidad entre 3
y 6 metros
debajo de las viviendas, para que los parques infantiles y zonas verdes
no soportasen los ruidos del tráfico. Otros proyectos que fueron
construidos también siguieron dichos principios, como las viviendas de
Sunila que se orientaron al sur conservándose la vegetación de la
vertiente norte. En la ciudad residencial de Bjoernholm en la costa sur
de Finlandia modificó el entorno haciendo terraplenes que permitiesen
recuperar espacios rodeados de lagunas para edificar. Las casas se
sitúan en pendientes alrededor de las lagunas y alejadas de la
carretera.
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“Diseño de la ciudad”
Barcelona. Gustavo Gili. 1.982
- “Arquitectura solar para climas cálidos”
Geohabitat. 2.000
- Helen Berliner
“El espíritu del hogar”
Boston. Shambala Publications. 1.999
- Raúl de la Rosa
“Medicina del hábitat”
Valencia. Terapion S.L. 1.993
- Sophia y Stefan Behling
“Sol Power”
Barcelona. Gustavo Gili. 2.002
Autora: D.G.L.