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1 Promueve: Con el apoyo de: PRINCIPIOS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO: UBICACIÓN, ORIENTACIÓN Y FORMA DEL EDIFICIO DESCRIPCIÓN Para el diseño de un edificio con criterios bioclimáticos es imprescindible considerar su ubicación concreta, y determinar su forma y orientación en función de las condiciones climáticas del lugar donde se vaya a construir. CARACTERISTICAS Existen una serie de variables que condicionan las características formales, geométricas y físicas del edificio de cara al aprovechamiento de las condiciones climáticas exteriores: orientación; características geofísicas del entorno; obstáculos solares y eólicos; forma del edificio y composición física de la envolvente del edificio (cerramientos). UBICACIÓN Y ORIENTACIÓN La ubicación nos dirá las condiciones climáticas concretas de la zona y, en particular, la relación del edificio con su entorno inmediato para definir las estrategias que permitan un mejor aprovechamiento de las condiciones ambientales exteriores. Cualquier punto de la Tierra se puede localizar por sus coordenadas globales, denominadas: Latitud (ϕ) y Longitud (L), correspondientes a su paralelo y meridiano respectivamente. La longitud es el ángulo que forma el meridiano del lugar con el meridiano 0º de referencia de Greenwich (Londres) y es de interés para calcular el mediodía local (instante en que el sol tiene la altura máxima). El estudio del terreno y de las condiciones meso y microclimáticas del lugar se puede desarrollar a través de la observación del entorno: soluciones de la arquitectura popular de la zona, tipo de vegetación propia del lugar, niveles de obstrucción solar generada por obstáculos naturales o edificatorios, elementos de obstrucción, etc. Respecto al viento, deben analizarse las rosas de los vientos, tanto direccionales como de velocidades y estacionales, para aprovechar o evitar las corrientes naturales. Aunque en muchos casos la elección de la ubicación de un proyecto no es decisión del diseñador, en otros muchos sí existe esta libertad de elección. Por ello, es importante conocer y analizar las repercusiones de esta elección en el comportamiento climático del edificio. Los diferentes aspectos que hacen referencia a la ubicación son: Aspectos topográficos: pendiente y orientación La topografía del terreno determina el periodo de accesibilidad solar sobre un punto concreto. La pendiente del terreno y su orientación determinan el ángulo de incidencia solar. - 1

2 El ciclo de absorción y emisión de calor del terreno está condicionado además por las características termofísicas y termoópticas de la cobertura del mismo. Los terrenos claros y las masas de agua en calma reflejan una gran parte de la radiación solar, mientras que las superficies oscuras y rugosas reflejan escasamente la radiación solar y absorben la mayor parte de ésta. En el fondo de los valles se acumula el aire frío más denso, y normalmente más húmedo. Por el contrario, en los lugares llanos o elevados hay mayor exposición al viento y a la radiación solar. Estos factores hacen desaconsejables las ubicaciones en zonas de valles en climas fríos y húmedos, siendo más aptas para climas cálidos secos en los que no existen problemas de frío y de humedad. Las situaciones en emplazamientos elevados, con mayores posibilidades de ventilación, son mejores para climas cálidos húmedos. La orientación de los edificios para aprovechar el máximo de energía solar es uno de los puntos principales de la arquitectura bioclimática ya que la correcta orientación de los edificios repercute significativamente en un edificio. Es importante tener datos de radiación, tanto para superficie horizontal como para superficies con distinta inclinación, para poder valorar las zonas de mayor aprovechamiento en las distintas épocas del año, así como las superficies con mayor riesgo de sobrecalentamiento o de pérdidas energéticas. Aspectos relacionados con el agua La presencia de agua influye en la elección de la ubicación de un proyecto, siempre cuando exista la posibilidad de acercarse a una costa, sea la de mar o la de una masa de agua (p.e. lagos) de dimensiones considerables. Las grandes masas de agua funcionan como reguladores térmicos. Las zonas más cercanas al mar son más estables térmicamente, más expuestas a vientos de carácter cíclico y más húmedas. Salvando la agresividad de los vientos marinos sobre los elementos constructivos, este tipo de ubicación cercano al agua es recomendable en climas extremos, especialmente en los cálidos y secos. En climas cálidos húmedos también puede ser interesante el aprovechamiento de las brisas para combatir la humedad. Aspectos relacionados con la vegetación La vegetación tiene un papel de regulador higrotérmico y también como elemento de control solar durante el verano (vegetación de hoja caduca) y filtro acústico y eólico. La existencia de una zona arbolada o un bosque puede utilizarse como barrera a la radiación solar y al viento. La temperatura dentro de un bosque es más estable y ligeramente más baja, siendo su ambiente húmedo. Las zonas más alejadas de bosques o zonas arboladas son menos estables térmicamente y las situadas en su interior más frías y húmedas. En los climas cálidos secos la ubicación más adecuada se encuentra en el interior de bosques o zonas arboladas (en el caso de que existan); en los cálidos húmedos alejados de éstos y en los templados y fríos al borde, pero no dentro, procurando protegerse de las orientaciones más frías y con más viento. - 2

3 FORMA DEL EDIFICIO Se considera como forma general de un edificio el conjunto de las características geométricas y volumétricas que lo definen: Compacidad: se refiere al grado de concentración de las masas que lo componen. A mayor compacidad menor es el contacto de la superficie de la envolvente con las condiciones exteriores. Por un lado significa menores posibilidades de captación de radiación, y por otro, menos posibilidades de pérdida de energía. En los edificios más compactos hay también pocas posibilidades de ventilación y aparecen espacios centrales alejados del perímetro. Porosidad: proporción entre el volumen lleno y vacío de un edificio, nos indica cuál es la proporción de patios existentes en un edificio en relación con su volumen total. Un edificio con un grado de porosidad grande significa que tiene muchas superficies de intercambio con el exterior, con lo que es más difícil aislarlo de las condiciones exteriores. Pero también es más fácil conseguir una buena ventilación de las zonas interiores del edificio. Los edificios con alta porosidad ofrecen también la posibilidad de crear espacios intermedios con un microclima propio, que pueden ser útiles para aumentar la humedad del ambiente. Esbeltez: proporción general del edificio, desde el punto de vista de lo alargado que sea en sentido vertical. A más esbeltez, menos superficie de contacto con el terreno y mayor exposición climática. En general, no hay climas donde sea recomendable una esbeltez más grande. La configuración formal y volumétrica del edificio determina la relación de éste con el exterior: posibilidades de aportación solar, exposición a vientos y superficie de intercambio térmico con el exterior. En climas extremos resulta adecuada una mayor compacidad de la edificación para limitar el intercambio térmico con el exterior, mientras que en climas más temperados son admisibles formas más abiertas al exterior. La forma y volumetría influyen asimismo, junto con la organización interior, en la posibilidad de desarrollar estrategias de ventilación efectivas. La arquitectura popular ha conseguido proporcionar una respuesta adecuada frente a las condiciones ambientales exteriores; la forma y situación de la edificación, el dimensionado de huecos en función de necesidades solares, la utilización de elementos de protección frente a los vientos dominantes de invierno y la elección de sistemas constructivos ligeros o pesados proporcionan una valiosa información acerca de las estrategias bioclimáticas a emplear en nuevas edificaciones. COMPOSICIÓN FÍSICA DE LA ENVOLVENTE DEL EDIFICIO (CERRAMIENTOS) El funcionamiento del edificio como un filtro energéticamente eficiente entre el interior y el exterior depende de su organización, tamaño y de la selección de materiales y componentes adecuados para cerramientos exteriores e interiores. Debe valorarse la composición de los cerramientos de cara a la captación, almacenamiento y conservación de la energía solar. El color de los recubrimientos debe ser acorde a su función: colores oscuros para superficies captadoras, colores claros para mitigar el efecto solar. - 3

4 Es conveniente también la incorporación de elementos de protección solar fijos o móviles para el periodo sobrecalentado desde los primeros estadios de diseño. El diseño de la envolvente del edificio repercute directamente tanto sobre su potencial para la utilización de energía solar pasiva como sobre sus requerimientos de calefacción y refrigeración. VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS BUENA UBICACIÓN Y ORIENTACIÓN Evita pérdidas de calor en invierno Se consigue una máxima captación solar en invierno y protección de un exceso de soleamiento en verano Una correcta disposición de los huecos nos proporcionará un espacios interiores mejor aclimatados Permite ahorrar energía en calefacción y climatización INCONVENIENTES MALA UBICACIÓN Y ORIENTACIÓN Pérdidas de calor Exceso de captación solar en verano Sobrecalentamiento y temperaturas elevadas del cerramiento y los huecos Falta de confort higrotérmico en los espacios interiores DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y/O APLICACIÓN Las consideraciones relativas a la ubicación del edificio dentro de la parcela (ubicación) y el establecimiento de características formales y volumétricas ajustadas a las necesidades energéticas interiores y a las condiciones ambientales exteriores (análisis de los condicionantes microclimáticos) constituyen los primeros pasos del diseño de la edificación. La coherencia en el aprovechamiento energético exige un ajuste a periodos y condiciones de uso de la edificación mediante la configuración formal, dimensional y física de los elementos de la envolvente de la edificación acordes a las necesidades energéticas previstas en los diferentes ciclos diarios y estacionales. Hay que tener en cuenta la proporción de la envolvente del edificio orientada a cada punto cardinal y la radiación que recibe. El Sol tiene distintas trayectorias a lo largo del año, y por tanto, la radiación que recibe una superficie es distinta dependiendo del día y hora, y de la estación en que nos encontremos (invierno/verano). Para el diseño de edificio pueden enunciarse una serie de criterios de zonificación para las orientaciones principales en latitudes medias (como España), caracterizadas por dos ciclos estacionales: - 4

5 a) Orientación norte: las fachadas situadas en esta orientación no reciben radiación directa, lo que implica escasas ganancias térmicas siendo la orientación más fría y menos confortable. Orientación menos adecuada para el confort de invierno, pero en verano son las estancias más frescas. La iluminación que llega por el norte siempre es difusa sin causar reflejos ni contrastes. Conviene instalar en esta orientación: espacios de poco uso (escaleras, despensas, garajes, etc.), espacios de uso nocturno, espacios con necesidades de iluminación difusa, entre otros. Al ser la zona más fría se debe aislar adecuadamente. b) Orientación sur: mayor número de horas de sol en invierno siendo la mejor orientación para aprovechar la ganancia térmica debida al soleamiento (captadores solares y muros trombe). Conviene instalar en esta orientación espacios de uso diurno y espacios de uso continuado entre otros. Iluminación muy contrastada con muchos reflejos con lo que no es buena orientación para lugares de lectura u oficinas con ordenadores. c) Orientación este: las fachadas reciben más horas de sol en verano que en invierno. Espacios poco cálidos en verano, ya que sólo reciben soleamiento por la mañana, pero son menos cálidos en invierno que los orientados al sur. La iluminación es fría. Conviene instalar en esta orientación los dormitorios o espacios de uso matinal, ya que reciben luz de la mañana sin radiación directa excesiva. d) Orientación oeste: la radiación directa incide en esta orientación por la tarde durante un largo periodo en verano (calienta las estancias haciéndolas inconfortables) y corto en invierno (lugares agradables). Conviene instalar espacios de poca habitabilidad (estancias muy cortas): escaleras, baños, trasteros, etc Para orientar adecuadamente las edificaciones en el terreno se tendrá que tener en cuenta también el tipo de clima donde se vayan a situar. Las ubicaciones y orientaciones más adecuadas para los cuatro tipos de básicos de regiones climáticas (fría, templada, caliente-seca, caliente-húmeda) son: Zona fría: se deben buscar ubicaciones protegidas de los vientos, a media pendiente. La orientación más favorable es al Sur y se debe evitar siempre que se pueda el Norte y los vientos fríos del Noroeste. Zona templada: la zona de posible ubicación en pendientes y vertientes es más amplia, siempre que se busque al protección de los vientos fríos y la captación de brisas. La orientación favorable abarca toda la zona del Sur al Sureste. Zona caliente-seca: la ubicación más adecuada es en las partes bajas de las vertientes, ya que en los valles el clima es más húmedo y fresco. Se debe dar preferencia a la orientación hacia el Sureste y evitar la orientación hacia el Oeste, por la radiación excesiva que hay por la tarde. Zona caliente-húmeda: Se debe buscar el movimiento del aire, cerca de las cimas de los montes. Las orientaciones aconsejables son la Norte y la Sur y las E y O son las que más reciben radiación solar y por ello se deben evitar. - 5

6 Respecto a la forma de las edificaciones, la singularidad determinada por la combinación de clima y lugar hace que no exista un modelo único para un diseño edificatorio energéticamente eficiente, pero sí distintas configuraciones formales de diseño apropiadas para los diferentes climas: Climas extremos, con predominio de la estación fría o caliente: formas compactas son las más adecuadas, ya que para un mismo volumen a acondicionar la superficie de intercambio térmico con el exterior es menor. Ejemplos de arquitectura tradicional: iglúes de esquimales y cúpulas en el desierto. Climas fríos: favorecen diseños orientados a la obtención de calefacción y a la reducción de pérdidas térmicas. Se priorizan formas con mayor superficie de cerramiento y con accesibilidad solar garantizada. En arquitectura tradicional se disminuye la superficie de contacto con el exterior en las orientaciones sin ganancia solar o con alto grado de exposición a los vientos de invierno mediante el semienterramiento de elementos de la envolvente. Climas cálidos y áridos: se potencia la compacidad para limitar el intercambio térmico con el medio y se diseñan espacios interiores de volumen para generar condiciones microclimáticas adecuadas para el desarrollo de estrategias de refrigeración evaporativas y de tratamiento del aire: patios interiores con fuentes y vegetación propios de arquitectura árabe tradicional. Climas templados: Necesidades de calefacción durante el invierno y necesidades de refrigeración durante el verano. La forma del edificio debe ajustarse para potenciar el máximo acceso a la radiación solar directa durante el invierno, incorporando en el diseño elementos de protección solar para el verano (externos o incorporados en el diseño de la envolvente). Climas cálidos y húmedos: la forma de la edificación debe ser lo suficientemente abierta para facilitar las estrategias de ventilación cruzada e incorporar mecanismos de protección solar que no contribuyan a aumentar la humedad ambiental en el interior. La arquitectura tradicional de estos climas sitúa la edificación elevada sobre el terreno, facilitando así la ventilación y el intercambio convectivo con el medio a través de todos los elementos de cerramiento, de carácter predominantemente permeable. MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA Una buena orientación, desde el principio del proyecto, tanto del edificio en su conjunto, como de los huecos en fachada, puede suponer un ahorro muy importante de la energía dedicada a la climatización de los espacios interiores. Logrando así un edificio capaz de responder a las necesidades de confort sin la utilización de aportes energéticos exteriores. La orientación hacia el sur permite el aprovechamiento máximo de la radiación solar, sobre todo durante el invierno, y para evitar efectos perjudiciales en el verano, en toda España. Una casa orientada hacia el sur ahorra un 30% de energía. Las ventanas deberían ocupar un 20% de la fachada sur pero no superar el 60% para no perder energía a través de los cristales. En la cara norte no deberían ocupar más de 10%. - 6

7 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Se pueden consultar distintos ejemplos de viviendas y edificios bioclimáticos teniendo en cuenta su forma, orientación y situación adecuada según su entorno, construidas en España en Solanas (2006). Urbanización bioclimática en el Parque Tecnológico de Granadilla, Tenerife La urbanización bioclimática está formada por 25 viviendas unifamiliares, construidas siguiendo criterios bioclimáticos (aprovechamiento de las condiciones climáticas del emplazamiento, empleo de materiales reciclados y reciclables, etc.) y optimizando las condiciones medioambientales (integración de energías renovables, tratamiento de agua, de residuos, etc.). La zona se eligió atendiendo a sus especiales condiciones climatológicas: vientos del noreste casi constantes, gran asolamiento, escasez de lluvias y aridez de su territorio; por otra parte, cuenta con la cercanía del mar, facilitando experiencias de desalación de agua de mar con energías renovables. Cada casa tiene varios sensores que medirán determinados parámetros comunes a todas ellas, para un posterior procesamiento y comparación, y otros específicos en función de las características de cada una de las viviendas (velocidad del viento y dirección en toberas de aire, temperaturas o humedades en lugares específicos, etc.). REFERENCIAS TÉCNICAS Granados, H. (2006) Principios y estrategias del diseño bioclimático en la arquitectura y el urbanismo. Eficiencia energética. Consejo Superior de los Colegios de Arquitectos de España. 157 pp. Serra, R. y H. Coch (1995) Arquitectura y energía natural. Edicions UPC, Universitat Politècnica de Catalunya. 395 pp. Solanas (2006) Vivienda y Sostenibilidad en España. Solanas, T. Editorial Gustavo Gili, S.L. 215 pp. Urbanización bioclimática en el Parque Tecnológico de Granadilla, Tenerife: 19aa6353f644b f17822b9cf8.html Turégano, J.A., M.C. Velasco y A. Martínez (editores) (2009) Arquitectura bioclimáticas y urbanismo sostenibles. Servicio de Publicaciones, Universidad de Zaragoza. 357 pp. - 7